獼猴桃汁射頻殺菌工藝初探

呂曉英，王紹金，吳　倩，李光輝，封雨晴，徐云鳳，夏效東，*（.西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西楊凌700；.西北農(nóng)林科技大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院，陜西楊凌700）

獼猴桃汁射頻殺菌工藝初探

呂曉英1，王紹金2，吳倩1，李光輝1，封雨晴1，徐云鳳1，夏效東1，*
（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西楊凌712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院，陜西楊凌712100）

本研究選用鮮榨獼猴桃汁為研究對(duì)象，以沙門氏菌為受試菌，使用固定頻率為27.12MHz的射頻設(shè)備進(jìn)行處理，研究了處理時(shí)間、極板間距以及獼猴桃汁厚度對(duì)射頻殺菌效果的影響。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)得出射頻殺菌的最優(yōu)條件為：極板間距105mm、處理時(shí)間210s、獼猴桃汁厚度為45mm。該條件下射頻處理可使獼猴桃汁中的沙門氏菌下降8個(gè)以上數(shù)量級(jí)。同時(shí)，本研究還比較了巴氏殺菌和射頻殺菌對(duì)獼猴桃汁中維生素C含量的影響，結(jié)果表明相比巴氏殺菌，射頻殺菌能更好地保持獼猴桃汁中維生素C。

獼猴桃汁，射頻處理，殺菌

獼猴桃細(xì)嫩多汁，酸甜宜人，還含有大量的維生素C、優(yōu)良的膳食纖維、豐富的抗氧化物質(zhì)及礦物質(zhì)，被譽(yù)為“水果之王”［1］。但獼猴桃采后易變軟腐爛，迫切需要深加工以促進(jìn)獼猴桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前其深加工產(chǎn)品中獼猴桃汁占很大的比重，但獼猴桃汁易出現(xiàn)風(fēng)味的改變、混濁和沉淀等問(wèn)題［2］。同時(shí)關(guān)于耐酸的食源性致病菌污染果汁的報(bào)道也屢見(jiàn)不鮮［3-6］。為探索更好地加工工藝以保證果汁良好的微生物狀況和感官性質(zhì)，本實(shí)驗(yàn)利用射頻對(duì)獼猴桃汁進(jìn)行殺菌，并對(duì)其工藝及效果進(jìn)行了初步探究。

射頻技術(shù)作為新興的電磁加熱技術(shù)，被認(rèn)為食品工業(yè)中很有潛力的技術(shù)之一［7］。射頻加熱是通過(guò)發(fā)射高頻交變電磁場(chǎng)而使極板間的物料加熱［8］。射頻技術(shù)具有加熱快速、均勻、穿透力強(qiáng)、物料溫度低等優(yōu)點(diǎn)［9］。國(guó)內(nèi)外對(duì)射頻技術(shù)在食品及農(nóng)產(chǎn)品加工中的研究主要集中在肉制品加熱、面包烘焙、果蔬加工、冷凍食品解凍及干果的殺蟲(chóng)滅菌等［10-13］。關(guān)于射頻技術(shù)處理液體食品的研究目前還比較少［14-17］，利用射頻對(duì)獼猴桃汁進(jìn)行處理還尚未有報(bào)道。

本研究以沙門氏菌為受試菌，研究射頻處理對(duì)鮮榨獼猴桃汁的殺菌效果，優(yōu)化射頻處理的工藝參數(shù)；同時(shí)，比較巴氏殺菌和射頻殺菌對(duì)獼猴桃汁中的維生素C含量的影響，為今后射頻技術(shù)在獼猴桃汁等果汁殺菌方面的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

海沃德獼猴桃購(gòu)于陜西楊凌果園，果實(shí)新鮮飽滿，無(wú)病蟲(chóng)害和機(jī)械損傷；沙門氏菌SL1344由西北農(nóng)林科技大學(xué)食品學(xué)院微生物實(shí)驗(yàn)室提供；細(xì)菌培養(yǎng)基北京路橋有限責(zé)任公司；所有化學(xué)試劑均為市售分析純。

射頻設(shè)備（27.12MHz） 石家莊紀(jì)元公司，10kW；細(xì)菌培養(yǎng)箱上海?，攲?shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；紫外分光光度計(jì)美國(guó)BIO-RAD公司；AL204電子天平上海梅特勒-托利多儀器有限公司；榨汁機(jī)美的集團(tuán)。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1獼猴桃汁的制備選取成熟度統(tǒng)一的獼猴桃，清洗干凈，去除果皮，放入榨汁機(jī)打漿，用雙層消毒紗布過(guò)濾，除去獼猴桃汁中的粗大顆粒，得到較澄清的獼猴桃汁（常溫下獼猴桃汁的可溶性固形物含量為12.8°Brix，pH約為3.2），冷藏備用。

1.2.2菌液的制備和接種將凍存管中的沙門氏菌SL1344接種到營(yíng)養(yǎng)瓊脂平板上，培養(yǎng)24h后轉(zhuǎn)移至LB肉湯中，37℃搖床培養(yǎng)至穩(wěn)定期，將培養(yǎng)好的菌液于4℃下，5000r/min離心5min，棄去上清液，菌體復(fù)溶于無(wú)菌水中離心洗滌2次后，加入一定量菌體到獼猴桃汁中，使菌體濃度達(dá)到107～108cfu/mL。

1.2.3菌落總數(shù)的測(cè)定根據(jù)GB 4789.1-2010方法，對(duì)接種沙門氏菌的獼猴桃汁在射頻處理前后進(jìn)行菌落計(jì)數(shù)。殺菌效果采用致死率來(lái)表示。

致死率計(jì)算采用如下公式：致死率=lg（N0/N）；式中：N—射頻處理后的微生物數(shù)，cfu/mL；N0—射頻處理前的微生物數(shù)，cfu/mL。

1.2.4不同處理?xiàng)l件對(duì)獼猴桃汁殺菌效果的研究

1.2.4.1單因素實(shí)驗(yàn)將獼猴桃汁置于100mL燒杯中，以沙門氏菌致死率為指標(biāo)，研究射頻處理時(shí)間、射頻極板間距和獼猴桃汁厚度對(duì)殺菌效果的影響。射頻處理后樣品立即冰浴10min，再進(jìn)行涂板計(jì)數(shù)。獼猴桃汁初始溫度均為20℃。每次實(shí)驗(yàn)重復(fù)三次。

在獼猴桃汁厚度為45mm，極板間距分別為105mm的條件下，研究不同處理時(shí)間（90、120、150、180、210、240s）對(duì)沙門氏菌的致死率的影響。

在獼猴桃汁厚度為45mm，處理時(shí)間為210s的條件下，研究不同極板間距（105、110、115、120、125mm）對(duì)沙門氏菌的致死率的影響。

在極板間距為105mm，處理時(shí)間210s的條件下，研究不同獼猴桃汁厚度（15、25、35、45mm）對(duì)沙門氏菌的致死率的影響。

1.2.4.2正交實(shí)驗(yàn)為確定射頻最佳殺菌條件，在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取合適的實(shí)驗(yàn)水平，采用L9（33）正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化出最佳工藝條件。每個(gè)實(shí)驗(yàn)組重復(fù)三次，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行方差分析，并進(jìn)行3次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。

表1　正交實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 1　Factors and levels in orthogonal array design

1.2.5巴氏殺菌處理將獼猴桃汁于65℃下，水浴30min。

1.2.6維生素C含量的測(cè)定采用2，6-二氯靛酚法檢測(cè)不同處理前后獼猴桃汁中的維生素C含量。

1.3數(shù)據(jù)處理

采用SPSS軟件（SPSS 18.0）對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2　結(jié)果與分析

2.1不同處理?xiàng)l件對(duì)獼猴桃汁殺菌效果的影響

2.1.1射頻時(shí)間對(duì)獼猴桃汁殺菌效果的影響如圖1所示，射頻時(shí)間對(duì)獼猴桃汁的殺菌效果隨著射頻時(shí)間的延長(zhǎng)而愈加明顯。當(dāng)射頻處理時(shí)間由90s延長(zhǎng)到150s時(shí)，沙門氏菌總數(shù)由下降0.3個(gè)數(shù)量級(jí)升高到下降1.2個(gè)數(shù)量級(jí)，致死率提高了0.9個(gè)數(shù)量級(jí)；而當(dāng)射頻處理時(shí)間由150s延長(zhǎng)到210s時(shí)，致死率則提高了6.5個(gè)數(shù)量級(jí)。已有研究表明，射頻技術(shù)對(duì)食品中微生物的殺滅作用主要是熱效應(yīng)引起的。射頻處理時(shí)間在150s內(nèi)時(shí)，獼猴桃汁溫度比較低，致死率提高緩慢。隨著射頻作用時(shí)間的延長(zhǎng)，獼猴桃汁溫度不斷升高，致死率增加也愈加顯著。當(dāng)處理時(shí)間延長(zhǎng)到240s時(shí)，獼猴桃汁中的沙門氏菌基本全部被殺滅。美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）規(guī)定果汁在殺菌過(guò)程中，致病菌下降5個(gè)數(shù)量級(jí)即達(dá)到操作要求［18］。隨著射頻處理時(shí)間的延長(zhǎng)，獼猴桃汁溫度不斷升高，獼猴桃汁中熱敏成分損失變大，同時(shí)設(shè)備能耗也在不斷增大。因此在保證射頻殺菌達(dá)到操作要求的條件下，本研究中射頻作用時(shí)間不宜超過(guò)210s。

圖1　射頻時(shí)間對(duì)沙門氏菌致死率的影響Fig.1　Influence of RF treatment time on the inactivation of Salmonella

圖2　極板間距對(duì)沙門氏菌致死率的影響Fig.2　Influence of polar plates space on the inactivation of Salmonella

2.1.2極板間距對(duì)獼猴桃汁殺菌效果的影響在射頻處理物料的過(guò)程中，被加熱的產(chǎn)品放在兩個(gè)平行電極板之間，通過(guò)改變兩個(gè)極板間距來(lái)調(diào)節(jié)顱腔頻率，進(jìn)而控制顱腔頻率與機(jī)器固有頻率耦合到負(fù)載中的輸出功率。在一定范圍內(nèi)，射頻極板間距與耦合功率呈反比例關(guān)系。極板間距越大，輸出功率越小。由圖2可以看出，隨著射頻極板間距的增大，沙門氏菌致死率下降趨勢(shì)逐漸明顯。在極板間距由105mm到125mm不斷增大的過(guò)程中，射頻耦合功率不斷減小，沙門氏菌的致死率由下降7.7個(gè)數(shù)量級(jí)減小到下降0.8個(gè)數(shù)量級(jí)。這是由于隨著極板間距的增大，輸出功率減小，獼猴桃汁溫度上升較小，菌體吸收電磁波能較小，導(dǎo)致沙門氏菌致死率明顯降低。在本實(shí)驗(yàn)條件下，極板間距小于103mm時(shí)，顱腔頻率與機(jī)器固有頻率耦合會(huì)出現(xiàn)過(guò)載的情況。因此綜合考慮極板間距不宜低于105mm。

2.1.3果汁厚度對(duì)獼猴桃汁殺菌效果的影響將獼猴桃汁置于100mL的小燒杯中，改變獼猴桃汁的體積來(lái)調(diào)整其厚度，分別放置于平行極板間進(jìn)行射頻處理。由圖3可知，改變獼猴桃汁的厚度，射頻對(duì)于獼猴桃汁中沙門氏菌的致死率也隨之改變。隨著獼猴桃汁厚度的增加，沙門氏菌的致死率也明顯增加。獼猴桃汁厚度為15、25、35mm時(shí)，沙門氏菌達(dá)到了0.3、1.0和2.6個(gè)數(shù)量級(jí)；當(dāng)獼猴桃汁厚度為45mm時(shí)，沙門氏菌致死率高達(dá)7.7個(gè)數(shù)量級(jí)。隨著獼猴桃汁厚度的增加，射頻設(shè)備的載荷提高，輸出功率提高，電流變大，則溫度上升幅度越大，致死率也就越高。獼猴桃汁厚度由35mm增加到45mm的過(guò)程中，輸出功率明顯增大，獼猴桃汁溫度上升明顯，導(dǎo)致沙門氏菌致死率顯著增加。在本實(shí)驗(yàn)條件下，果汁厚度為45mm會(huì)達(dá)到機(jī)器輸出功率的峰值，繼續(xù)增加厚度，則會(huì)出現(xiàn)過(guò)載的情況。所以本研究果汁厚度不宜大于45mm。

圖3　獼猴桃汁厚度對(duì)沙門氏菌致死率的影響Fig.3　Influence of juice thickness on the inactivation of Salmonella

2.2射頻對(duì)獼猴桃汁殺菌工藝正交優(yōu)化

基于上述單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)獼猴桃汁厚度（A）、極板間距（B）、射頻時(shí)間（C）三個(gè)因素在不同水平下進(jìn)行L9（33）正交實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)組重復(fù)三次，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2　Results analysis of orthogonal array design

表3　正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果方差分析表Table 3　Variance analysis of the results of orthogonal array design

由表2分析可知，RA＞RC＞RB＞R空列，誤差較小，三個(gè)因素對(duì)于殺菌效果的影響大小依次為：獼猴桃汁厚度（A）＞射頻時(shí)間（C）＞極板間距（B）。對(duì)正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，由表3可知，獼猴桃汁厚度、射頻時(shí)間、極板間距對(duì)沙門氏菌致死率有極顯著影響。射頻殺菌的優(yōu)組合為A3B1C3，即獼猴桃汁厚度45mm、極板間距105mm、殺菌時(shí)間210s。

2.3驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

按照獼猴桃汁厚度45mm、極板間距105mm、殺菌時(shí)間210s的條件進(jìn)行三次平行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明沙門氏菌致死率的平均值為8.1326±0.31，遠(yuǎn)高于正交實(shí)驗(yàn)中的其余組合。這是由于在最佳條件作用下，獼猴桃汁的最終溫度56℃超過(guò)了沙門氏菌的耐受溫度，導(dǎo)致沙門氏菌急劇死亡。

表4　最佳殺菌條件下重復(fù)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 4　Repeatability of results under optimum conditions

表5　不同殺菌方式處理的獼猴桃汁中的維生素C含量的變化Table 5　Effect of different sterilization methods on Vitamin C content in kiwi-fruit juice

2.4射頻處理對(duì)獼猴桃汁中維生素C含量的影響

利用射頻處理獼猴桃汁，在殺菌鈍酶的同時(shí)，還可能對(duì)獼猴桃汁中的營(yíng)養(yǎng)成分產(chǎn)生影響。維生素C是獼猴桃汁中的主要營(yíng)養(yǎng)成分，因此，本研究對(duì)比了經(jīng)巴氏殺菌和優(yōu)化條件下射頻處理的獼猴桃汁中維生素C含量的變化。由表5可知，射頻處理后維生素C保留率高達(dá)98.1%，而普通巴氏殺菌維生素C的保留率僅為93.2%，且方差分析發(fā)現(xiàn)射頻處理和巴氏殺菌處理對(duì)維生素C含量下降影響的差別極顯著（p＜0.01）。結(jié)果表明與巴氏殺菌相比，射頻殺菌能更好的保留獼猴桃汁中的維生素C。

3　結(jié)論

利用射頻處理獼猴桃汁，在極板間距105mm、殺菌時(shí)間210s、獼猴桃汁厚度45mm的條件下，沙門氏菌可下降8.1個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到美國(guó)FDA對(duì)果汁HACCP體系中殺菌工藝的要求。另外通過(guò)對(duì)比維生素C含量可知，射頻處理后獼猴桃汁中維生素C的保留率為98.1%，而巴氏殺菌后維生素C的保留率僅為93.2%。

射頻殺菌的主導(dǎo)效應(yīng)是熱效應(yīng)。因此可以通過(guò)研究果汁的介電常數(shù)、損耗因子、溫度與加熱速率的關(guān)系，調(diào)整獼猴桃汁的初始溫度，來(lái)縮短射頻處理時(shí)間，以期得到最佳殺菌條件，在保證獼猴桃汁品質(zhì)的同時(shí)，最大限度的降低能耗。在工業(yè)上進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，可以設(shè)計(jì)并行的管道將果汁勻速的通過(guò)射頻設(shè)備，以期提高殺菌的效率。

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Preliminary study on sterilization technology of kiwifruit juice by radio frequency treatment

LV Xiao-ying1，WANG Shao-jin2，WU Qian1，LI Guang-hui1，F(xiàn)ENG Yu-qing1，XU Yun-feng1，XIA Xiao-dong1，*
（1.College of Food Science and Engineering，Northwest A&F University，Yangling 712100，China；2.College of Mechanical and Electronic Engineering，Northwest A&F University，Yangling 712100，China）

This study used kiwifruit juice as experimental material，Salmonella as surrogate microorganism，to evaluate the effectiveness of radio frequency（RF）treatment at a frequency of 27.12MHz on inactivating bacterial pathogens in kiwi-fruit juice.The effects of treatment time，space between polar plates and the thickness of juice were investigated by single factor and orthogonal array methods.The optimized parameters were determined by orthogonal array methods as follows：distance of 105mm between polar plates，treatment time of 210s，and 45mm of kiwi-fruit juice depth.Under such conditions，at least 8 log reductions of Salmonella could be achieved.In addition，in comparison with pasteurization treatment，more Vitamin C was kept in kiwifruit juice after RF treatment.

kiwi-fruit juice；radio frequency；sterilization

TS255.44

B

1002-0306（2015）02-0267-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.02.049

2014－03－13

呂曉英（1990-），女，碩士研究生，研究方向：食品安全。

夏效東（1981-），男，博士研究生，教授，研究方向：食品安全。

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAK17B06）。