射頻加熱殺滅濃縮蘋果汁中魯氏接合酵母的工藝優(yōu)化

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射頻加熱殺滅濃縮蘋果汁中魯氏接合酵母的工藝優(yōu)化

白靜，岳田利※，王虎玄，牛晨，楊麗霞
（西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，楊凌 712100）

摘要：為研究射頻對(duì)蘋果汁中魯氏接合酵母殺滅作用，該文以魯氏接合酵母為試驗(yàn)菌株，通過單因素試驗(yàn)分析了射頻加熱時(shí)間、極板間距、果汁體積、果汁可溶性固形物對(duì)殺菌效果及果汁升溫速度的影響。在固定果汁可溶性固形物為70%的條件下，通過響應(yīng)面試驗(yàn)，建立了魯氏接合酵母菌落總數(shù)降低對(duì)數(shù)值的二次多項(xiàng)數(shù)學(xué)模型，確定了在極板間距為110 mm、果汁體積40 mL、果汁可溶性固形物70%的條件下射頻加熱處理70 s，可以使果汁中魯氏接合酵母菌落總數(shù)下降6個(gè)對(duì)數(shù)值以上。研究比較了相同樣品經(jīng)射頻和傳統(tǒng)水浴殺菌達(dá)到相同殺菌效果時(shí)，處理前后果汁理化指標(biāo)及風(fēng)味變化程度，結(jié)果表明，射頻（70 s）比水?。?30 s）能更快達(dá)到殺菌目的，同時(shí)對(duì)果汁品質(zhì)以及風(fēng)味的影響（P＜0.01）小于水浴處理。研究結(jié)果為射頻殺菌方面的深入研究及實(shí)際應(yīng)用提供了參考。

關(guān)鍵詞：果汁；殺菌；優(yōu)化；射頻；魯氏接合酵母

白靜，岳田利，王虎玄，牛晨，楊麗霞. 射頻加熱殺滅濃縮蘋果汁中魯氏接合酵母的工藝優(yōu)化[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016，32（2）：273－279.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.02.039http://www.tcsae.org

Bai Jing， Yue Tianli， Wang Huxuan， Niu Chen， Yang Lixia. Optimization of Zygosɑcchɑromyces rouxii sterilization from concentrated apple juice by radio frequency heating[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering （Transactions of the CSAE）， 2016， 32（2）: 273－279. （in Chinese with English abstract）doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.02.039 http://www.tcsae.org

0　引　言

高滲酵母是指一種至少能夠在葡萄糖質(zhì)量濃度為500 g/L條件下生長的酵母，由于其耐受食品的高滲透壓及低水分活度，常會(huì)引起水果濃縮汁等高糖食品的腐敗[1-2]，受高滲酵母污染的果汁，不但外觀受到影響，也會(huì)引起產(chǎn)品質(zhì)量下降，直接影響到產(chǎn)品的銷售，如果是包裝的果汁甚至?xí)蚪湍府a(chǎn)氣而脹袋引起爆炸，不僅對(duì)消費(fèi)者造成威脅，也會(huì)給生產(chǎn)企業(yè)帶來巨大損失。中國是蘋果生產(chǎn)大國，作為蘋果深加工主要產(chǎn)品的濃縮蘋果汁，每年出口量巨大，2014年出口量達(dá)45萬t[3]。然而，其高達(dá)66%～70%的可溶性固形物并不能完全避免高滲酵母的污染。關(guān)于濃縮果汁受到高滲酵母污染的報(bào)道屢見不鮮[4-5]，市售的果汁一般是由濃縮果汁調(diào)配而來，因此也存在著被高滲酵母污染的風(fēng)險(xiǎn)。

前人對(duì)濃縮蘋果汁中高滲酵母的分離研究表明，魯氏接合酵母（Zygosɑcchɑromyces rouxii）是一種能夠在濃縮蘋果汁中生長的高滲酵母，對(duì)濃縮蘋果汁品質(zhì)穩(wěn)定具有潛在威脅[6]。有報(bào)道將魯氏接合酵母歸類為嗜高滲酵母[7]，進(jìn)一步體現(xiàn)了其極端的生理性能。因此，對(duì)魯氏接合酵母的控制是保證濃縮蘋果汁品質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。近年來，Rojo等[8]、Hayes等[9]、Bevilacqua等[10]對(duì)于魯氏接合酵母的控制有一定研究。然而，在國內(nèi)尚未見到對(duì)該菌控制方面的報(bào)道。為探索更好的殺菌工藝，以保證快速殺滅果汁中魯氏接合酵母的同時(shí)果汁品質(zhì)不受較大影響，本研究利用射頻技術(shù)對(duì)濃縮蘋果汁進(jìn)行殺菌，并對(duì)其工藝效果進(jìn)行研究。

射頻技術(shù)（radio frequency，RF）作為一種新興的電磁加熱技術(shù)，被認(rèn)為在食品工業(yè)中很有潛力[11]。射頻殺菌是利用頻率范圍在3 kHz～300 MHz之間的高頻電磁波，引起物料內(nèi)部極性分子往復(fù)旋轉(zhuǎn)和帶電離子往復(fù)運(yùn)動(dòng)來升高物料溫度[12-13]，從而殺滅微生物的方法。該加熱過程不需要任何傳導(dǎo)過程，其作用機(jī)理與微波類似，但是相比微波，射頻具有更強(qiáng)的穿透能力，這使其更具有在液體食品加熱殺菌上應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)[14-16]。

關(guān)于射頻技術(shù)對(duì)食品及農(nóng)產(chǎn)品殺菌方面的研究主要集中在國外[17-20]。在國內(nèi)，僅有劉嫣紅[21]、呂曉英[22]公開發(fā)表了射頻技術(shù)對(duì)食品殺菌的研究。關(guān)于射頻在濃縮蘋果汁殺菌上的研究還未有報(bào)道。

本試驗(yàn)通過響應(yīng)面法優(yōu)化射頻殺菌參數(shù)，分析影響射頻對(duì)濃縮蘋果汁中魯氏接合酵母殺滅作用的因素，同時(shí)比較相同的樣品經(jīng)射頻和水浴殺菌達(dá)到同等殺菌效果時(shí)，果汁理化指標(biāo)和風(fēng)味的變化。以期通過這些研究，為射頻對(duì)濃縮蘋果汁中魯氏接合酵母殺滅方面的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料

菌株：魯氏接合酵母菌株LB[23]由西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院發(fā)酵動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室提供。

濃縮蘋果清汁（pH值3.5～4，電導(dǎo)率212 μS/cm，可溶性固形物為70%），購買于陜西省海升果汁廠。

1.2試劑

YPD固體培養(yǎng)基：葡萄糖20 g，蛋白胨20 g，酵母浸粉10 g，瓊脂20 g，蒸餾水1 L。

質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40 %的高糖YPD培養(yǎng)基：葡萄糖400 g，蛋白胨20 g，酵母浸粉10 g，蒸餾水1 L。

質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40 %的葡萄糖稀釋液：葡萄糖400 g，蒸餾水1 L。

1.3儀器與設(shè)備

27.12 MHz射頻設(shè)備（GF-6A-27-JY，石家莊紀(jì)元有限公司）；六通道熒光光纖測(cè)溫儀（HQ-FTS-D1F00，西安和其光電有限公司）；恒溫培養(yǎng)箱（DPX-9002B-1，上海?，斣囼?yàn)設(shè)備有限公司）；電子鼻（PEN3，德國AIRSENSE公司）； 酸度計(jì)（pHS-3C，上海虹益儀器廠）；阿貝折光儀（WYT-1，泉州中友光學(xué)儀器有限公司）；紫外可見分光光度計(jì)（UV-2550，日本島津公司）。

1.4方法

1.4.1樣品的制備

挑取斜面保存的LB一環(huán)，接種到裝有100 mL 40%高糖YPD液體培養(yǎng)基中，28℃，150 r/min 搖床培養(yǎng)40 h，進(jìn)行菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)。待培養(yǎng)結(jié)束，用血球板計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，得到培養(yǎng)液的菌體濃度。將活化后的菌液按一定比例加入到無菌蘋果汁中，使蘋果汁的初始菌落總數(shù)達(dá)到106～107CFU/mL。

1.4.2射頻加熱系統(tǒng)

本研究所采用的射頻加熱系統(tǒng)如圖1所示，該設(shè)備由射頻發(fā)生器、加熱室、排氣系統(tǒng)、熱風(fēng)加熱系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)等組成，額定功率為6 kW，頻率為27.12 MHz。上下兩極板構(gòu)成的加熱場(chǎng)面積為650 mm× 450 mm，極板間距可以在100～300 mm間調(diào)節(jié)。試驗(yàn)中通過射頻設(shè)備屏幕上的操作面板設(shè)定極板間距，加熱時(shí)間等條件。

圖1　射頻加熱系統(tǒng)示意圖Fig.1　Schematic diagram of RF heating system

1.4.3射頻加熱蘋果汁的溫度-時(shí)間曲線測(cè)定

該試驗(yàn)在50 mL離心管（直徑28.6 mm）中進(jìn)行，利用光纖測(cè)溫儀測(cè)定果汁的溫度變化，光纖探頭置于距離心管底1 cm位置處，每3 s記錄一次。每個(gè)條件下重復(fù)3次。

1.4.4射頻殺菌處理

將20、25、30、35、40 mL接種有菌落總數(shù)為106～107CFU/mL魯氏接合酵母LB的蘋果汁加入到50 mL離心管中，置于射頻設(shè)備上下極板間處理75 s。到達(dá)設(shè)定時(shí)間后，立即取出冰浴，待溫度降至室溫（23±1℃）進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。每個(gè)條件進(jìn)行3次平行。

1.4.5殺菌效果評(píng)價(jià)

用40%葡萄糖無菌稀釋液，將射頻處理前后的蘋果汁進(jìn)行10倍梯度稀釋，取適當(dāng)梯度的稀釋液100 μL涂布于YPD平板上，置于28℃培養(yǎng)3～5 d，然后進(jìn)行菌落計(jì)數(shù)。每個(gè)稀釋梯度3次平行。殺菌效果用魯氏接合酵母菌落總數(shù)降低對(duì)數(shù)值-lgS表示，計(jì)算公式如下[17]

式中N0為射頻處理前的菌落總數(shù)，CFU/mL；N為射頻處理后的菌落總數(shù)，CFU/mL。

1.4.6殺菌單因素試驗(yàn)

選取射頻加熱時(shí)間25、35、45、55、65、75、85、95 s，固定極板間距117 mm、果汁體積40 mL及果汁可溶性固形物70%，研究射頻時(shí)間對(duì)魯氏接合酵母殺滅的影響。

選取極板間距110、117、130、140、150 mm，固定射頻時(shí)間75 s、果汁體積40 mL及果汁可溶性固形物70%，研究極板間距對(duì)魯氏接合酵母殺滅的影響。

選取果汁體積20、25、30、35、40 mL，固定極板間距117 mm、射頻時(shí)間75 s及果汁可溶性固形物70%，研究果汁體積對(duì)魯氏接合酵母殺滅的影響。

選取果汁可溶性固形物11.5%、20%、30%、40%、50%、60%、70%，固定極板間距117 mm、射頻時(shí)間75 s及果汁體積40 mL，研究果汁可溶性固形物對(duì)魯氏接合酵母殺滅的影響。

單因素試驗(yàn)每個(gè)試驗(yàn)條件進(jìn)行3次平行。

1.4.7響應(yīng)面試驗(yàn)及驗(yàn)證試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，固定果汁可溶性固形物為70%，利用Design Expert（version 8.0.6）軟件，進(jìn)行三因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)。因素水平編碼表如表1所示。利用軟件分析獲得最佳的工藝參數(shù)，以最優(yōu)工藝參數(shù)為試驗(yàn)條件，進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。

表1　響應(yīng)面設(shè)計(jì)因素水平編碼表Table 1　Factors and levels of response surface design

1.4.8 不同處理對(duì)果汁品質(zhì)影響評(píng)價(jià)

1）理化指標(biāo)評(píng)價(jià)

分別對(duì)未處理（對(duì)照樣品CK，初始LB菌落總數(shù)106～107CFU/mL）、射頻處理（初始LB菌落總數(shù)106～107CFU/mL，射頻處理70 s后樣品中LB菌落總數(shù)為0）、水浴處理（初始LB菌落總數(shù)106～107CFU/mL，90℃下水浴處理330 s后樣品中LB菌落總數(shù)為0 ，與射頻處理達(dá)到相同殺菌效果）的濃縮蘋果汁進(jìn)行可溶性固形物、總酸、總糖、色值、透光率的測(cè)定，以評(píng)價(jià)相同樣品，達(dá)到相同殺菌效果的不同處理方式對(duì)果汁品質(zhì)的影響。檢測(cè)方法參照SB/T10203-94。

2）電子鼻檢測(cè)果汁風(fēng)味變化

取不同處理后的樣品各10 mL，富集30 min后用電子鼻檢測(cè)，參數(shù)為清洗時(shí)間180 s，測(cè)樣時(shí)間60 s，每個(gè)試樣重復(fù)10次。

1.4.9 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS軟件（SPSS18.0）對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，響應(yīng)面數(shù)據(jù)應(yīng)用Design-Expert 8.0.6軟件進(jìn)行分析，使用PEN3型電子鼻WinMuster軟件對(duì)電子鼻數(shù)據(jù)進(jìn)行線性判別式分析（linear discriminant analysis，LDA）。

2　結(jié)果與分析

2.1單因素結(jié)果

2.1.1射頻加熱時(shí)間對(duì)殺菌效果的影響

如圖2所示，在射頻極板間距為117 mm條件下，接種有魯氏接合酵母的40 mL濃縮蘋果汁（70%）的溫度呈線性升高。對(duì)升溫曲線進(jìn)行線性回歸分析，得到回歸方程為y＝0.9197x＋21.868（y為溫度，℃ ；x為時(shí)間，s），決定系數(shù)R2達(dá)到0.994。通過進(jìn)一步試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，改變極板間距、果汁可溶性固形物、果汁體積等條件，射頻對(duì)濃縮蘋果汁的加熱均較好符合線性模型。由此可知，濃縮蘋果汁在射頻場(chǎng)中呈線性升溫。

圖2　射頻加熱時(shí)間對(duì)魯氏接合酵母殺滅作用的影響Fig.2　Effects of RF heating time on sterilization of Z. rouxii

在射頻處理過程中，隨著加熱時(shí)間的延長，蘋果汁中魯氏接合酵母菌落總數(shù)降低對(duì)數(shù)值-lgS逐漸增大。射頻處理25 s時(shí)，樣品溫度升高到46℃，此時(shí)微生物開始減少。而根據(jù)預(yù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，將相同樣品置于90℃條件下水浴處理，將溫度升高到46℃需要120 s，并且魯氏接合酵母菌落總數(shù)并未減少。由此可以看出，樣品溫度同樣達(dá)到46℃時(shí)，射頻加熱可以引起魯氏接合酵母死亡，而傳統(tǒng)水浴未產(chǎn)生致死作用。射頻能夠在較低溫度較短時(shí)間下引起微生物致死，可能與其加熱均勻性高且使菌體快速升溫有一定關(guān)系。同時(shí)，由于射頻是介電加熱，而食品中微生物的介電特性與其他成分相比明顯偏高[24]，射頻能量會(huì)選擇性地先集中于微生物，使其快速致死。近年來各國學(xué)者對(duì)射頻殺菌的熱效應(yīng)與非熱效應(yīng)進(jìn)行了大量研究[25-26]，而具體機(jī)理如何也尚無定論。當(dāng)射頻處理時(shí)間延長到45 s時(shí)，菌落總數(shù)降低對(duì)數(shù)值開始明顯（P＜0.01）增加。當(dāng)處理時(shí)間延長到75 s時(shí)，果汁溫度達(dá)到90℃左右，濃縮蘋果汁中的魯氏接合酵母全部被殺滅，菌落總數(shù)下降了6.3個(gè)對(duì)數(shù)。

2.1.2極板間距對(duì)殺菌效果的影響

由圖3可知，在加熱75 s相同時(shí)間內(nèi)，極板間距由110～150 mm變化過程中，終溫先增加后減小，說明加熱速率先升高后降低。這是由于射頻處理樣品過程中，待處理的樣品放在2個(gè)平行電極板之間，開始時(shí)射頻加熱電路頻率較發(fā)生電路固有頻率高，當(dāng)其他條件固定情況下降低極板時(shí)，極板間的電容增大，從而使加熱電路的頻率下降[27]。通過改變極板間距調(diào)節(jié)加熱電路的頻率，進(jìn)而控制加熱電路頻率與發(fā)生電路固有頻率耦合到負(fù)載中的輸出功率，耦合程度越大，電路中的能量傳遞也就越大。試驗(yàn)中極板間距由117～150 mm的變化引起射頻耦合的輸出功率不斷減小，所以處理相同時(shí)間條件下，117 mm時(shí)溫度達(dá)到90℃左右，此時(shí)殺菌效果較好，果汁中魯氏接合酵母被完全殺滅。而當(dāng)極板間距從117 mm進(jìn)一步減小至110 mm時(shí)，加熱電路的頻率進(jìn)一步下降，有可能低于發(fā)生電路頻率，導(dǎo)致耦合效果變差，輸出功率減小，相同處理時(shí)間下果汁溫度為89℃左右，此時(shí)樣品中的菌體也全部被殺滅，菌落總數(shù)降低對(duì)數(shù)值與極板間距為117 mm時(shí)無顯著差異（P＞0.05）。綜上，極板間距對(duì)濃縮蘋果汁升溫速度和魯氏接合酵母殺滅效果均有顯著影響。

圖3　極板間距對(duì)魯氏接合酵母殺滅作用的影響Fig.3　Effects of polar plates space on sterilization of Z. rouxii

2.1.3果汁體積對(duì)殺菌效果的影響

由圖4可知，在射頻處理相同時(shí)間的情況下，隨著果汁體積的變化，樣品的溫度及菌落總數(shù)降低對(duì)數(shù)值也隨之發(fā)生明顯（P＜0.01）變化，且呈現(xiàn)正相關(guān)。當(dāng)果汁體積增加到40 mL時(shí)，樣品終溫為90℃左右，此時(shí)殺菌效果較好，果汁中魯氏接合酵母被完全殺滅，菌落總數(shù)降低6.3個(gè)對(duì)數(shù)值。

引起這種結(jié)果的原因可能是，果汁體積增加，引起設(shè)備的載荷增加，電流和輸出功率變大，升溫速度變快，相同處理時(shí)間75 s下，終溫升高，進(jìn)而引起致死率升高；同時(shí)，由于離心管直徑和極板間距一定，果汁體積的改變實(shí)際引起樣品高度的變化，進(jìn)而引起樣品頂部距上極板的空氣高度變化，果汁體積增加引起空氣高度的減小，極板間電容增加，引起加熱電路的頻率下降，使得加熱電路頻率與發(fā)生電路的固有頻率耦合效果變好[27]，從而升溫速率變快，處理相同75 s時(shí)間下終溫升高，對(duì)魯氏接合酵母的致死作用增強(qiáng)。果汁體積由30 mL增加到40 mL過程中，射頻設(shè)備的輸出功率明顯增大，樣品溫度上升明顯（P＜0.01），導(dǎo)致魯氏接合酵母致死率增大。在本試驗(yàn)條件下，果汁量40 mL達(dá)到設(shè)備輸出功率的峰值，繼續(xù)增加樣品量，會(huì)發(fā)生過載現(xiàn)象，且結(jié)合試驗(yàn)實(shí)際考慮，樣品量不宜超過40 mL。

圖4　果汁體積對(duì)魯氏接合酵母殺滅作用的影響Fig.4 Effects of juice volume on sterilization of Z. rouxii

2.1.4果汁可溶性固形物對(duì)殺菌效果的影響

由圖5可知，果汁可溶性固形物從11.5%～40%變化時(shí)，樣品溫度及魯氏接合酵母活菌數(shù)量降低對(duì)數(shù)值變化不明顯（P＞0.05）。

圖5 果汁可溶性固形物對(duì)魯氏接合酵母殺滅作用的影響Fig.5　Effects of juice concentration on sterilization of Z. rouxii

當(dāng)果汁可溶性固形物達(dá)到40%后，魯氏接合酵母致死率急劇升高，到60%時(shí)，樣品中的菌全部死亡，菌落總數(shù)降低6.4個(gè)對(duì)數(shù)值。果汁可溶性固形物變化所產(chǎn)生的這種影響，可能是由于射頻加熱屬于介電加熱，不同可溶性固形物的果汁介電特性不同，從而引起射頻加熱速率不同[15，28]，也就導(dǎo)致其他條件相同的情況下，魯氏接合酵母的致死率不同。由于果汁可溶性固形物70%時(shí)加熱速率較快，且結(jié)合實(shí)際考慮，魯氏接合酵母主要能耐受濃縮果汁的高滲環(huán)境，是對(duì)濃縮果汁威脅較大的微生物，所以后續(xù)固定果汁可溶性固形物為70%進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

2.2響應(yīng)面優(yōu)化射頻加熱殺菌條件

2.2.1回歸模型的建立

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以魯氏接合酵母菌落總數(shù)降低對(duì)數(shù)值-lgS為響應(yīng)值，選取時(shí)間（X1）、極板間距（X2）、體積（X3）3個(gè)因素，應(yīng)用Design-Expert 8.0.6軟件進(jìn)行Box-Behnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)，每組試驗(yàn)重復(fù)3次，試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果如表2所示。

表2　響應(yīng)面分析試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2　Experimental design and results of response surface analysis

用Design-Expert對(duì)表2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行逐步回歸擬合，得到射頻處理時(shí)間（X1，s）；極板間距（X2，mm）；果汁體積（X3，mL）與菌落總數(shù)降低對(duì)數(shù)值（Y）的二次多項(xiàng)回歸方程模型為：

2.2.2回歸模型顯著性檢驗(yàn)

回歸模型進(jìn)行方差分析的結(jié)果如表3所示。該模型P＜0.0001，說明模型極顯著；失擬項(xiàng)不顯著（P＝0.6663＞0.05）；為0.9861，說明該回歸模型能解釋響應(yīng)值變化的98.61%，表明模型的擬合度良好；從而說明試驗(yàn)建立的回歸模型可以很好的描述響應(yīng)值與各試驗(yàn)因素間的關(guān)系。

表3　回歸模型及各因素的顯著性分析Table 3　Significance analysis of the fitted regression model equation and each factor

模型的一次項(xiàng)系數(shù)X1、X2和X3都達(dá)到極顯著（P＜0.0001），由F值可知，影響射頻殺菌過程的因素作用大小順序?yàn)椋篨2＞X3＞X1，即極板間距＞果汁體積＞射頻時(shí)間；交互項(xiàng)X1X2，X1X3，X2X3對(duì)響應(yīng)值的影響都達(dá)到極顯著（P＜0.01）；二次項(xiàng)，的作用極顯著（P＜0.01），的作用顯著（P＜0.05）。

2.2.3 試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)響應(yīng)面設(shè)計(jì)已建立的數(shù)學(xué)模型在試驗(yàn)范圍內(nèi)優(yōu)化得到的最優(yōu)條件為：射頻時(shí)間為70 s、極板間距為110 mm、體積為40 mL，該條件下魯氏接合酵母的菌落總數(shù)可以下降6個(gè)對(duì)數(shù)值。為驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果，在上述條件下進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，得到魯氏接合酵母菌落總數(shù)平均下降了6.4個(gè)對(duì)數(shù)值，且蘋果汁中魯氏接合酵母殘留量為0，達(dá)到了完全殺滅魯氏接合酵母的目的。

2.3射頻和水浴殺菌對(duì)果汁理化指標(biāo)和風(fēng)味的影響

根據(jù)試驗(yàn)得到，與射頻最優(yōu)條件驗(yàn)證試驗(yàn)中相同的樣品，在90℃水浴條件下需處理330 s才能完全殺死樣品中的魯氏接合酵母。相比較而言，相同的樣品，射頻可以在更短時(shí)間內(nèi)（70 s）達(dá)到相同殺菌效果。2種處理方式對(duì)果汁理化指標(biāo)的影響如表4所示，2種處理方式對(duì)果汁可溶性固形物、總酸及總糖均沒有顯著性影響（P＞0.05）；而對(duì)于色值和透光率，射頻處理與對(duì)照樣品間沒有顯著性差異（P＞0.05），而水浴處理后有顯著性變化（P＜0.01）。

表4　不同處理方式對(duì)果汁品質(zhì)影響Table 4　Fruit juice quality of different processing method

為了比較2種殺菌方式對(duì)果汁風(fēng)味的影響，將不同處理后的果汁進(jìn)行電子鼻檢測(cè)。本試驗(yàn)選用線性判別法（linear discriminant analysis，LDA）進(jìn)行分析，該方法利用了所有傳感器的信號(hào)以提高分類的準(zhǔn)確性[29]。LDA分析結(jié)果如圖6所示，根據(jù)WinMuster軟件處理結(jié)果可知，兩判別式的總貢獻(xiàn)率為95.45%，其中判別式LD1的貢獻(xiàn)率為87.28%，判別式LD2的貢獻(xiàn)率為8.17%，不同處理方式的樣品可以區(qū)分開，且各自的重復(fù)性較好。其中判別式LD1貢獻(xiàn)率大，起主要判別作用，而在LD1判別式（橫坐標(biāo)的跨度）上，射頻處理與CK的距離小于水浴與CK之間距離，因此射頻處理與對(duì)照樣品的差異小于水浴處理，說明射頻處理對(duì)濃縮蘋果汁的風(fēng)味影響小于水浴。

圖6　不同處理的LDA分析圖Fig.6　LDA analytical graph of different treatment method

3　討　論

本研究以固定的容器（即直徑一定）為載體，進(jìn)行射頻加熱對(duì)濃縮蘋果汁中魯氏接合酵母殺滅影響因素的基礎(chǔ)性研究。若改變?nèi)萜?，相同體積的樣品由于容器的改變引起直徑變化，從而導(dǎo)致液面高度發(fā)生變化。根據(jù)預(yù)試驗(yàn)以及前人相關(guān)研究結(jié)果[27，30]，在其他條件不變的情況下，不同的高徑比（液面高度和容器直徑的比值）會(huì)影響樣品頂部距上極板的空氣高度，極板間電容發(fā)生變化，進(jìn)而影響加熱電路頻率與發(fā)生電路固有頻率耦合效果，對(duì)樣品升溫速率和殺菌作用產(chǎn)生影響。故而，后期的研究可以從高徑比的變化入手，進(jìn)一步深入探討射頻技術(shù)在濃縮蘋果汁殺菌上的應(yīng)用。

由于傳統(tǒng)濃縮果汁生產(chǎn)過程主要采用巴氏熱處理殺菌，容易導(dǎo)致濃縮蘋果汁外部過熱焦糊而黏附管道，而內(nèi)部未達(dá)到一定溫度無法徹底殺菌的現(xiàn)象。根據(jù)本試驗(yàn)結(jié)果，相同的樣品在達(dá)到完全殺菌效果時(shí)，射頻加熱處理僅耗時(shí)70 s，而傳統(tǒng)水浴殺菌需要330 s。這是由于射頻加熱具有升溫迅速，穿透性強(qiáng)，加熱均勻等優(yōu)勢(shì)。故而，本研究為射頻在濃縮蘋果汁加熱以及殺菌方面的應(yīng)用提供了一定的理論依據(jù)，企業(yè)生產(chǎn)中可以參考AwuahG B等[14]、Uemura K等[18]的研究，采用管道形式使?jié)饪s蘋果汁流經(jīng)射頻加熱設(shè)備，通過調(diào)節(jié)泵速控制果汁流速，從而達(dá)到完全殺菌的目的。射頻殺菌在工業(yè)上的應(yīng)用不僅可以大大降低殺菌時(shí)間節(jié)約成本；減少果汁由于傳統(tǒng)殺菌熱傳導(dǎo)過程所引起的外部過熱，內(nèi)部殺菌不充分等問題；還可以較好地保障果汁品質(zhì)和風(fēng)味，因而具有較大的工業(yè)應(yīng)用前景。

4　結(jié)　論

1）單因素試驗(yàn)結(jié)果表明，射頻加熱處理時(shí)間、極板間距、果汁體積和果汁濃度均對(duì)魯氏接合酵母殺菌效果有顯著影響（P＜0.01）。

2）結(jié)合實(shí)際考慮，固定可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%，選取射頻處理時(shí)間、極板間距和果汁體積進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)，建立了射頻對(duì)濃縮蘋果汁中魯氏接合酵母殺滅的二次多項(xiàng)數(shù)學(xué)模型。經(jīng)方差分析得到3個(gè)因素對(duì)響應(yīng)值的影響大小依次為：極板間距＞果汁體積＞射頻時(shí)間。應(yīng)用該射頻設(shè)備，在極板間距為110 mm、果汁體積40 mL、果汁可溶性固形物70%的條件下處理70 s，可以將果汁中106～107CFU/mL的魯氏接合酵母LB完全殺滅。

3）試驗(yàn)比較了相同的樣品在達(dá)到完全殺菌效果時(shí)，射頻和水浴殺菌對(duì)濃縮蘋果汁品質(zhì)和風(fēng)味的影響。結(jié)果表明，無論對(duì)果汁的理化指標(biāo)還是風(fēng)味，射頻處理均優(yōu)于傳統(tǒng)水浴殺菌處理。

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Optimization of Zygosaccharomyces rouxii sterilization from concentrated apple juice by radio frequency heating

Bai Jing, Yue Tianli※, Wang Huxuan, Niu Chen, Yang Lixia
（College of Food Science ɑnd Engineering， Northwest A＆F University， Yɑngling， 712100, Chinɑ）

Abstract:As the production of concentrated apple juice becomes larger in recent years， the spoilage of osmotolerant yeasts is increasingly serious， and the safety and quality of concentrated apple juice in China has been under serious threat. Zygosɑcchɑromyces rouxii （Z. rouxii） is a kind of osmotolerant yeast which possesses great resistance to osmosis， acid and preservative and might result in spoilage for concentrated apple juice. This is not only a risk to consumers' health， but also bringing huge losses to the production enterprises. Therefore， it is necessary to seek a new sterilization method which can sterilize Z. rouxii quickly， as well as exert less impact on apple juice quality. Radio frequency （RF） heating sterilization is a novel dielectric heating sterilization method， by which the internal heating is rapidly generated as a result of molecular friction in response to an applied alternating electric field with the frequency between 3 kHz and 300 MHz. This technology can offer the advantages of rapid heating， high penetration depth， heating homogeneity and so on. This article used Z. rouxii as model microorganism， and studied the influence of different factors on apple juice heating and Z. rouxii sterilization under the RF heating treatment. To achieve the goal， single-factor analysis was conducted to measure the effects of RF heating time， polar plates’ spacing， juice volume， juice concentration on the sterilization efficacy. Combining single-factor experiment results and practice， RF heating time， polar plates’ spacing and juice volume were further researched using a three-variable three-level Box-Benhnken design to optimize the sterilization conditions. A quadratic polynomial model for the logarithmic reduction of viable count for Z. rouxii was established， and the results indicated that the interaction effects of RF heating time and polar plates’ spacing， RF heating time and juice volume， and polar plates’ spacing and juice volume were extremely significant （P＜0.01）. Moreover， the order of significant degree of 3 factors was as follows: polar plates’ spacing ＞ juice volume ＞ RF heating time. When the concentration of apple juice was selected as 70%， the optimized parameters were determined by response surface experiment and they were as follows: polar plates’ spacing of 110 mm， juice volume of 45 mL and heating time of 70 s. Under this optimal condition， at least a reduction of logarithm value of 6 for viable count of Z. rouxii could be achieved. In addition， the verification test showed that there was a good fit between the experimental and the predicted values. Meanwhile， this study also compared the variations of juice physical indicators and juice flavor between RF heating and traditional water bath by electronic nose when achieving the same sterilizing effect. The results indicated that the sterilization rate of RF heating （70 s） was outstandingly faster than water bath （330 s）， and furthermore， its impacts on the quality and flavor of apple juice were less than water bath treatment. Therefore， the results indicate that the method of RF heating can efficiently sterilize Z. rouxii in concentrated apple juice. The research provides a theoretical basis for further study on the RF heating sterilization and its application in sterilizing Z. rouxii in concentrated apple juice in industry.

Keywords:fruit juices; sterilization; optimization; radio frequency（RF）; Zygosɑcchɑromyces rouxii

通信作者：※岳田利，男，陜西寶雞人，教授，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向食品生物技術(shù)及食品安全控制研究。楊凌 西北農(nóng)林科技大學(xué)食品學(xué)院，712100。Email：yuetl@nwafu.edu.cn

作者簡介：白靜，女，陜西西安人，研究方向?yàn)槭称房茖W(xué)。楊凌西北農(nóng)林科技大學(xué)食品學(xué)院，712100。Email：bai2217965@126.com

基金項(xiàng)目：“十二五”國家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目（2012BAD31B01）

收稿日期：2015-10-15

修訂日期：2015-12-21

中圖分類號(hào)：TS201.3; TS255.44

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-6819（2016）-02-0273-07

doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.02.039