超高压和热处理对沙棘-哈密瓜复合果汁品质的影响

任书凝，宋永程，李缘，邢亚阁，毕秀芳*

1(西华大学 食品与生物工程学院，四川 成都，610039)2(宜宾西华大学研究院，四川 宜宾，644000)

沙棘(HippophaerhamnoidesLinn)又称酸刺、酸柳，富含多种维生素、黄酮、有机酸、多酚和一些必需氨基酸等多种生物活性物质[1]，具有较高的药用价值[2]。沙棘果实在每年的9月末至10月初成熟，成熟期很短，由于其果实密集，果皮很薄，不易采摘，并且沙棘果实需要非常严格的贮藏条件[3]，因此沙棘不能全年新鲜食用。哈密瓜(CucumismeloL.)有“瓜中之王”的美称[4]，其果肉香甜，营养价值高，据研究表明，哈密瓜除糖和水分含量高外，还含有维生素、有机酸以及多种矿物质[5]。沙棘和哈密瓜鲜果资源丰富，营养价值高，是制备复合果汁饮品的良好原材料。

采用一种合适的杀菌工艺技术是加工生产沙棘-哈密瓜复合果汁的关键环节。目前，热杀菌(thermal processing,TP)作为果汁饮料加工生产中常用的一种杀菌方式，具有良好的杀菌效果，但经过处理后会丧失其独特的风味，产生让大众难以接受的“蒸煮味”，这是因为在处理过程中发生了异味形成、维生素破坏等有害反应[6]。而超高压技术(ultra-high pressure，UHP)主要是运用的帕斯卡原理对样品进行处理，通常是在一定温度下将软包装或散装的食品放置在以水或矿物油为传压介质的容器中，向其施加一定的压力并保压一段时间，从而达到延长产品货架期等目的[7-8]。相比TP，UHP不仅可以有效杀灭食品中的微生物,延长贮藏期，而且对食品本身所含有的营养成分破坏较小[9]。目前，UHP已应用于多种果蔬汁的加工中，如复合水蜜桃汁[10]、复合蓝莓汁[11]等，但应用于沙棘汁加工的研究较少。

本研究主要采用UHP和TP两种杀菌方式对沙棘-哈密瓜复合果汁进行杀菌处理，通过对比2种不同杀菌方式对复合果汁品质的影响，探究在贮藏期(15 d，4 ℃)内的品质变化规律，为超高压技术应用于沙棘-哈密瓜复合果汁产业化加工中提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 实验原料

试验所用沙棘(产地甘肃)、哈密瓜(西州蜜)均为市售，存放于4 ℃冰箱中，2 d内使用。

1.1.2 主要试剂

Na2CO3、NaHCO3、NaCl、AlCl3、NaNO3、NaOH、HCl、草酸、乙酸钠、无水乙醇、没石子酸、芦丁，成都科龙化工试剂厂；抗坏血酸，凯弘生物科技有限公司；福林酚试剂，福州飞净生物科技有限公司；平板计数琼脂、马铃薯葡萄糖琼脂、结晶紫中性红胆盐琼脂、煌绿乳糖胆盐肉汤，北京奥博星生物技术有限责任公司；2,6-二氯靛酚钠盐、DPPH，上海源叶生物科技有限公司；果胶酶，齐齐哈尔台龙食品有限公司；高岭土，Sigma-Aldrich(中国上海)；氯化钠，河南明瑞食品添加有限公司；L(+)-抗坏血酸标品，广东光华科技股份有限公司。

1.2 仪器与设备

MJ-BL25C4榨汁机，广东美的生活电器制造有限公司；HPP600 MPa/3-5超高压设备，上海沃迪智能装备股份有限公司；WF32-16MM色差仪，深圳市威福光电科技有限公司；SGSP-02恒温培养箱、SFG-02.400恒温鼓风干燥箱，黄石市恒丰医疗器械有限公司；WFG7200紫外分光光度计，尤尼柯(上海)仪器有限公司；GI54DWS立式自动压力蒸汽灭菌器，致微(厦门)仪器有限公司；FAL-102手持糖度计，深圳源恒通科技有限公司；MC-01000228酸度计，成都世纪方舟科技有限公司；TD-5M台式离心机，四川蜀科仪器有限公司；SW-CJ-2F单人单面净化工作台；苏州安泰空气技术有限公司；DK-98-Ⅱ电热恒温水浴锅，天津市泰斯特仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 沙棘-哈密瓜复合果汁的制备

1.3.1.1 沙棘汁的制备

挑选新鲜的、形态良好的沙棘果实进行清洗，沥干以后，用破碎机打浆得到沙棘原浆，再用4层纱布进行过滤。粗滤后的沙棘汁经4 000 r/min离心10 min去油后得到澄清的沙棘汁备用。

1.3.1.2 哈密瓜汁的制备

新鲜哈密瓜去除皮、瓤后，洗净、切块、榨汁,再用4层纱布过滤得到哈密瓜汁。

1.3.1.3 单因素试验确定配比

根据沙棘和哈密瓜果汁自身的特点，确定添加的基本比例。沙棘果实营养成分高，但自身口感较为酸涩，且得到的澄清沙棘汁为橙黄色，因此选用哈密瓜汁来调节果汁的甜味，丰富香气。本实验分别按照沙棘汁和哈密瓜汁的体积比1∶2.5、1∶3、1∶3.5、1∶4、1∶4.5进行混合，搅拌均匀后得到5组不同配比的沙棘-哈密瓜复合果汁，并依次编号为352、534、466、853、297。分别从色泽、滋味口感、香气以及组织形态4个方面进行评分，对5组不同编号的复合果汁进行感官评定，选择评分最高组作为最佳配比。感官评定采用评分法，由10名男性和10名女性经过培训后按照表1进行评定，计算平均分作为评分值，后续的指标测定均采用最佳配比的沙棘-哈密瓜复合果汁进行测定。

1.3.2 超高压处理沙棘-哈密瓜复合果汁

用50 mL聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephalate， PET)塑料瓶包装沙棘-哈密瓜复合果汁，置于超高压设备中进行处理。经过查阅文献和预试验的确定，选用超高压条件为500 MPa,5 min，温度25 ℃对沙棘-哈密瓜复合果汁进行超高压处理。

表1 感官评定标准Table 1 Sensory assessment criteria

1.3.3 热处理沙棘-哈密瓜复合果汁

用50 mL的PET塑料瓶包装沙棘-哈密瓜复合果汁，置于水浴锅中在2 min内使复合果汁的中心温度达到90 ℃后，保温1 min，之后迅速冷却至室温，得到热处理组复合果汁。

1.3.4 样品贮藏

经杀菌处理后的复合果汁一部分用于杀菌后理化指标的测定，剩余部分置于4 ℃条件下贮藏15 d，每5 d取样1次进行贮藏期内品质变化的测定。

1.3.4 微生物的测定

根据GB 4789.2—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》、GB 4789.15—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 霉菌和酵母计数》、GB 4789.3—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 大肠菌群计数》分别对样品的菌落总数、霉菌与酵母菌、大肠菌群进行计数，结果以对数表示。

1.3.5 复合果汁pH值的测定

取待测果汁50 mL于50 mL烧杯中，摇匀后采用pH计测定沙棘-哈密瓜复合果汁的pH值。

1.3.6 可溶性固形物(total soluble solid, TSS)的测定

沙棘-哈密瓜复合果汁的可溶性固形物采用手持式糖度仪在室温25 ℃下进行测定，以蒸馏水为空白对照，结果以°Brix表示。

1.3.7 颜色的测定

使用色差仪测定样品颜色。采用CIE-LAB颜色体系进行测定,将50 mL复合果汁置于50 mL烧杯中,于避光条件下,对沙棘-哈密瓜复合果汁的亮度(L*)、红色值(a*)和黄色值(b*)进行测定。样品总色差ΔE计算如公式(1)所示：

(1)

式中：L0*、L*分别代表处理前后沙棘-哈密瓜复合果汁的亮度；a0*、a*分别代表处理前后沙棘-哈密瓜复合果汁的红色值；b0*、b*分别代表处理前后沙棘-哈密瓜复合果汁的黄色值。

1.3.8 总酚含量的测定

使用福林酚法测定总酚含量。总酚含量以每100 mL果汁中所含的没食子酸(mg)表示。

配制质量浓度为0.1、0.2、0.4、0.5、0.7、1.0 mg/mL的系列没食子酸标准溶液。分别取1 mL的标准溶液，按照上述方法测定吸光值。以没食子酸标准溶液质量浓度为横坐标,吸光值为纵坐标，绘制出标准曲线，得到其回归方程y=0.796 8x-0.033 4(R2=0.992 5)。

1.3.9 总黄酮含量的测定

总黄酮的测定参照孙雪皎等[12]的方法并略作修改。总黄酮含量以每100 mL果汁中芦丁的含量(mg)表示。

配制质量浓度梯度为0、0.02、0.04、0.06、0.08、0.10 mg/mL标准芦丁溶液。照上述方法,测出吸光值。以芦丁标准溶液浓度为横坐标，吸光值为纵坐标，绘制标准曲线，获得回归方程y=13.55-0.021 3(R2=0.998 8)。

1.3.10 维生素C的测定

复合果汁中维生素C含量的测定采用GB 5009.86—2016《食品安全国家标准 食品中抗坏血酸的测定》中的2,6-二氯靛酚滴定法。

1.3.11 抗氧化能力的测定

参考宋淼等[13]的方法，采用DPPH自由基清除法测定沙棘-哈密瓜复合果汁的抗氧化能力，并略作修改。4 mL的果汁样品中加入4 mL 0.2 mmol/L的DPPH自由基溶液，振荡摇匀后避光反应30 min，测量在517 nm处的吸光值；对照组将样品换为无水乙醇，为A0；空白组将DPPH自由基溶液换为无水乙醇，为A1。DPPH自由基清除率计算如公式(2)所示：

(2)

式中：A0表示4 mL无水乙醇+4 mL 0.2 mmol/L的DPPH自由基溶液，A1表示4 mL果汁样品+4 mL 0.2 mmol/L的DPPH自由基溶液，A2表示4 mL无水乙醇+4 mL果汁样品。

1.4 数据分析

实验数据采用Origin 2018进行统计并绘图。使用软件SPSS 17.0进行统计分析，组间数据采用单因素方差分析，当P<0.05时差异显著，结果以标记字母(a、b、c)表示，所有实验重复2次。

2 结果与分析

2.1 复合汁配方的确定

2种果汁的调配比例是影响复合果汁饮料的一大重要因素，不同比例配制出来的复合果汁的口感和风味有很大的区别，适宜的调配比例可以使果汁拥有更好的酸甜比，受到大众的喜爱。本研究采用沙棘汁和哈密瓜汁2种果汁进行复配，通过单因素试验，由表2可知，各组果汁之间的色泽、组织状态无明显差异(P>0.05)，而香气、口感显著不同(P>0.05)，表明不同编号的复合果汁之间主要在香气和口感方面存在差异。534组的香气、口感均优于其他组，且总分最高(P>0.05)。而352组分数较低是因为沙棘汁比例较大，口感偏酸涩，接受度较低，因此，选择534组进行后续实验，即复合汁比例为V(沙棘汁)∶V(哈密瓜汁)=1∶3。

表2 感官评价结果Table 2 Sensory evaluation results

2.2 超高压处理和热处理对沙棘-哈密瓜复合果汁中微生物的影响

由图1可知，沙棘-哈密瓜复合果汁初始的菌落总数为4.26 lgCFU/mL，霉菌与酵母菌数量为4.32 lgCFU/mL，经UHP处理后，菌落总数、霉菌与酵母菌总数分别下降了3.00和3.72个对数(P<0.05)，经TP处理后分别下降了2.77和3.37个对数(P<0.05)，结果表明UHP和TP都可以有效杀灭沙棘-哈密瓜复合果汁中的微生物。赵凤等[14]研究发现枸杞汁经过UHP(500 MPa，5 min)以及TP(85 ℃，15 s)处理后的菌落总数均发生显著性下降(P<0.05)，分别降低至5 CFU/mL和4 CFU/mL。结果表明UHP和TP都是有效的杀菌方法。

UHP-高静水压(500 MPa，5 min，25 ℃)；TP-热处理(90 ℃，1 min) a-菌落总数；b-霉菌和酵母菌图1 不同处理后复合汁菌落总数、霉菌和酵母菌的变化Fig.1 Changes of total bacterial count, mold and yeast in compound juice after different treatments

在整个贮藏期内，果汁中的菌落总数随着贮藏时间的延长明显增加(P<0.05)，且热处理组的增加速度更快，而且各个贮藏期内，UHP组的菌落总数均明显低于TP组(P<0.05)，贮藏结束时分别达到了3.74 lgCFU/mL、3.92 lgCFU/mL。这一结果表明，UHP能够更有效地控制微生物在贮藏期内的生长。在贮藏期内，经不同杀菌处理后的复合果汁中菌落总数均增长较快，这可能是因为2种处理均未能完全杀灭复合果汁中的微生物，当微生物适应了生长环境后便会迅速繁殖[15]。

2.3 超高压和热杀菌对沙棘-哈密瓜复合果汁pH值、TSS、浊度、颜色的影响

2.3.1 超高压和热杀菌对沙棘-哈密瓜复合果汁pH值和TSS的影响

如表3所示，未处理的沙棘-哈密瓜复合果汁的pH值和TSS分别为3.78、7.10 °Brix。经过UHP和TP处理后，pH值和TSS均无明显变化(P<0.05)，贮藏15 d后二者也无明显的变化(P<0.05)，王寅[16]研究蓝莓汁经过超高压处理后二者也无明显变化。

2.3.2 超高压和热杀菌对沙棘-哈密瓜复合果汁色差的影响

色泽是消费者判定一个产品品质好坏，对该产品喜好度的最直观因素。由表3可知，与未处理组相比，沙棘-哈密瓜复合果汁经过UHP处理后的L*值无明显变化(P<0.05)，而TP处理后的L*值显著上升(P<0.05)，这可能是由于TP使复合果汁中的酶如多酚氧化酶失活，从而抑制了酶促褐变的发生，因此TP组的复合果汁较为明亮。与未处理组相比，复合果汁经UHP和TP处理后的a*均显著降低(P<0.05)，b*值无明显变化(P<0.05)，说明杀菌后的果汁较未处理组红色更弱，黄色无明显变化。复合果汁经过UHP处理后的ΔE值为1.30，而热处理组ΔE值为3.45，表明UHP处理后的复合果汁颜色变化较小，能更好地保留沙棘-哈密瓜复合果汁原有的颜色。吕长鑫等[17]也研究发现，相比TP，UHP处理后的样品颜色更接近于原汁。在贮藏过程中，2个组果汁的b*值均有所上升，但UHP处理组的果汁在贮藏第15 d时b*值发生骤降，与贮藏0 d时的处理组相比下降了0.68，说明贮藏15 d果汁样品的黄色变淡(P<0.05)，这可能与沙棘-哈密瓜复合果汁中类胡萝卜素含量的下降有关。

表3 超高压和热杀菌对沙棘-哈密瓜复合果汁pH值、 TSS、颜色的影响Table 3 Effects of UHP and TP on the pH，TSS，and color of the seabuckthorn-Hami melon compound juice

2.4 超高压和热杀菌对沙棘-哈密瓜复合果汁生物活性的影响

2.4.1 超高压和热处理对沙棘-哈密瓜复合果汁中总酚含量的影响

贮藏期内沙棘-哈密瓜复合果汁中总酚含量的变化如图2-a所示。未处理组的沙棘-哈密瓜复合果汁中的总酚质量浓度为794.87 mg/100mL，经UHP处理后无明显变化(P>0.05)，TP组明显下降(P<0.05)，降低了12.6%。李雨浩[11]也研究发现蓝莓复合果汁经过UHP和TP处理后，总酚含量均呈现下降趋势，且TP组下降幅度更大。这是因为温度过高会使酚类物质发生降解，而在超高压处理过程中环境温度较低，不会对酚类物质造成影响[18]。随着贮藏时间的延长，各处理组复合果汁的总酚含量均逐渐下降，在贮藏期结束后，与未处理组相比，UHP和TP组总酚含量分别降低了24.42%和36.60%，KEENAN等[19]也研究发现TP组的果昔在贮藏期内总酚含量下降幅度更大。说明UHP能更好地保持沙棘-哈密瓜复合汁在贮藏期内的总酚含量。

2.4.2 超高压和热杀菌对沙棘-哈密瓜复合果汁中总黄酮的影响

贮藏期内沙棘-哈密瓜复合果汁中总黄酮的变化如图2-b所示。未处理组的沙棘-哈密瓜复合果汁中总黄酮的质量浓度为12.23 mg/100mL，杀菌处理后与未处理无显著差异(P<0.05)。NAYAK等[20]研究发现苹果汁经UHP和TP处理后总黄酮含量没有明显变化；经处理后果汁中总黄酮含量呈下降趋势，贮藏15 d后分别下降了20.38%和14.55%，表明UHP能更有效的控制总黄酮损失，该研究结果与于泳渤[21]研究结果一致。

2.4.3 超高压和热杀菌对沙棘-哈密瓜复合果汁中维生素C含量的影响

贮藏期间沙棘-哈密瓜复合果汁中维生素C含量的变化如图2-c所示。未处理的沙棘-哈密瓜复合果汁中维生素C含量为52.976 mg/100mL，经过UHP和TP处理后果汁中的维生素C含量分别下降了7.93%和15.86%(P<0.05)。一般认为，超高压对小分子物质没有影响，处理后维生素C降解可能与果汁中残留的氧气氧化有关[22]。2个处理组的维生素C含量均随着贮藏时间的延长显著下降(P<0.05)，且UHP和TP组的维生素C含量在贮藏15 d时分别降低了24.52%和30.97%。温升南等[23]研究发现，经过巴氏杀菌(73 ℃，15 min)后的菠萝汁中维生素C含量保留率仅为55%，放置16 d后维生素C含量降到2.2%，而经超高压处理后(400 MPa，20 min)的菠萝汁相同条件放置16 d后，损失率仅为15%，与本研究得到的结论一致。

2.4.4 超高压和热杀菌对沙棘-哈密瓜复合果汁抗氧化活性的影响

在贮藏期间沙棘-哈密瓜复合果汁抗氧化活性的变化如图2-d所示，未处理的沙棘-哈密瓜复合果汁对DPPH自由基的清除率为95.01%，UHP和TP对沙棘-哈密瓜复合果汁的DPPH自由基清除能力无明显影响(P<0.05)。在贮藏期间，2个处理组的DPPH自由基清除率均呈现下降趋势，且在贮藏期结束时，UHP组的显著高于TP组(P<0.05)，分别为92.75%和91.01%。蒲莹等[24]研究表明，在贮藏期间TP对DPPH自由基清除率的影响大于UHP。说明UHP能更好的保持沙棘-哈密瓜复合汁的抗氧化活性。

UHP-高静水压(500 MPa，5 min，25 ℃);TP-热处理(90 ℃，1 min) a-总酚含量；b-总黄酮含量；c-维生素C；d-抗氧化活性图2 贮藏期间沙棘-哈密瓜复合汁中总酚含量、总黄酮含量、维生素C和抗氧化活性的变化Fig.2 Changes of total phenol content, total flavonoids content, vitamin C, and antioxidant activity in seabuckthorn-Hami melon compound juice during storage 注：不同字母表示同一处理不同贮藏时间的结果存在显著差异(P<0.05)

本研究还对沙棘-哈密瓜复合果汁中的生物活性物与抗氧化活性之间的关系进行了分析，结果如表4所示。在贮藏期间，UHP组沙棘-哈密瓜复合果汁的抗氧化活性与总酚、总黄酮含量呈现极显著正相关(P<0.01)，TP组沙棘-哈密瓜复合果汁的抗氧化活性与总酚含量呈现极显著正相关(P<0.01)，与总黄酮、维生素C含量呈现显著正相关(P<0.05)。这与FENG等[25]的研究结果一致，FENG等[25]发现草莓复合果汁经UHP(500 MPa,15 min,20 ℃)和TP(86 ℃,1 min)处理后其抗氧化活性与总酚含量呈现正相关(P<0.01)。这些高度相关性表明总酚含量在沙棘-哈密瓜复合果汁在贮藏期间的抗氧化活性中起重要作用。

表4 贮藏期间超高压和热处理沙棘-哈密瓜复合果汁中 生物活性物与抗氧化活性之间的Pearson相关性分析Table 4 Pearson correlation analysis between bioactive substances and antioxidant activity in seabuckthorn-Hami melon compound juice under UHP and TP during storage

3 结论

经超高压处理和热处理后，沙棘-哈密瓜复合果汁中的微生物数量均达到国家标准，在贮藏期结束时，超高压和热处理组的菌落总数分别为3.74 lgCFU/mL、3.92 lgCFU/mL，也符合国家标准要求；与未处理组相比，超高压处理对沙棘-哈密瓜复合果汁颜色的影响较小(ΔE<2)，热处理影响较大(ΔE>2)，且热处理组的果汁样品在贮藏期间颜色变化更大；pH值和TSS在两种处理前后和贮藏期内均无明显变化(P>0.05)；与热处理相比，超高压组的样品在处理后及贮藏期间具有更高的维生素C、总酚、总黄酮含量和抗氧化活性；因此在沙棘-哈密瓜复合果汁生产过程中，超高压处理可以作为一种新型的加工技术，但由于货架期较短，还需要与其他技术相结合来延长货架期。