超高壓處理對南果梨汁殺菌效果及品質(zhì)的影響

呂長鑫, 劉蘇蘇, 李萌萌, 焦天慧, 蘆宇, 魏新宇, 勵建榮

(渤海大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧省食品安全重點實驗室，生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心，遼寧 錦州,121013)

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超高壓處理對南果梨汁殺菌效果及品質(zhì)的影響

呂長鑫*, 劉蘇蘇, 李萌萌, 焦天慧, 蘆宇, 魏新宇, 勵建榮*

(渤海大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧省食品安全重點實驗室，生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心，遼寧 錦州,121013)

摘要研究40℃下超高壓200～500 MPa壓力、5～25 min保壓時間對南果梨汁殺菌效果和品質(zhì)的影響。結(jié)果表明：350 MPa下處理15 min和90 ℃下處理10 min，南果梨汁中的菌落總數(shù)和霉菌酵母菌數(shù)均達商業(yè)無菌；隨著處理壓力的增大和保壓時間延長，南果梨汁中可溶性固形物基本不變，總酚含量和pH值略有下降，總酸含量略有升高；而熱處理后總酸和可溶性固形物含量基本不變，總酚含量顯著降低；與對照樣相比，超高壓處理對南果梨汁顏色變化不顯著(△E<1.5)，熱處理顯著(△E>1.5)。另外，利用電子鼻能較好地區(qū)分不同處理后南果梨汁風(fēng)味，其中200 MPa和350 MPa處理組的風(fēng)味與其他壓力組相比更接近鮮汁。超高壓處理南果梨汁與熱處理法相比，不但具有良好的殺菌效果，且能較好地保持其營養(yǎng)成分和色澤，但對其特征香氣卻具有一定影響。

關(guān)鍵詞超高壓；南果梨汁；殺菌；品質(zhì)；電子鼻

南果梨是薔薇科(Rosaceae)梨亞科(Pomoideae)梨屬(Pyrus)中的秋子梨(PyrusussriensisMaxim)，為遼寧特色水果，盛產(chǎn)于遼寧鞍山、錦州、遼陽等地。其不僅肉質(zhì)細膩、酸甜多汁、香氣濃郁，且含有氨基酸、超氧化物歧化酶、黃酮類等多種具有營養(yǎng)價值的物質(zhì)，素有“梨中之王”美稱[1]。南果梨在貯藏過程中常出現(xiàn)果肉或果心褐變，嚴重影響商品外觀和食用品質(zhì)，也造成了大量果實的浪費[2]，深加工是解決果實腐爛問題的重要途徑。南果梨是熱敏性水果，傳統(tǒng)巴氏殺菌雖可殺菌鈍酶，但會使梨汁產(chǎn)生后熟味，造成產(chǎn)品質(zhì)量下降[3]。超高壓技術(shù)(high pressure processing, HPP)屬非熱力殺菌技術(shù)，能有效殺死食品中的腐敗微生物和抑制酶的活性，且不破壞其中的熱敏性成分而利于保持食品固有營養(yǎng)、風(fēng)味、色澤、品質(zhì)和新鮮度，符合消費者對鮮榨果汁營養(yǎng)和原汁原味的要求[4-6]。近年來超高壓廣泛用于藍莓汁[7]、橙汁[8]、草莓汁[9]等多種果汁的加工研究中，而國內(nèi)外有關(guān)南果梨汁超高壓加工的相關(guān)研究尚未見報道。本文以南果梨為原料，分析了不同壓力和保壓時間對南果梨汁微生物指標、理化指標及色澤的影響，并應(yīng)用電子鼻技術(shù)檢測了超高壓處理前后南果梨汁揮發(fā)性物質(zhì)的變化。

1材料與方法

1.1材料與試劑

南果梨，九月中旬購于遼寧省錦州市北鎮(zhèn)，可溶性固形物含量14.3%，貯藏于4℃冷庫后熟備用；食品級D-異抗壞血酸鈉，江西省德興市百勤異VC鈉有限公司；平板計數(shù)培養(yǎng)基、孟加拉紅培養(yǎng)基，北京奧博星生物技術(shù)有限公司；焦性沒食子酸、福林-酚試劑，天津市光復(fù)精細化工研究所。

1.2儀器與設(shè)備

HPP.L2-600/0.6超高壓設(shè)備，天津華泰森淼有限公司；PEN3電子鼻，德國AIRSENSE公司；5804R冷凍離心機，上海研域儀器設(shè)備有限公司；UV-2700紫外可見分光光度計，日本島津儀器有限公司；CR-400色彩色差計，日本Konica Minolta公司；FTL-YXQ-LS-100SII高壓蒸汽滅菌鍋，深圳菲特立科技有限公司；LRH-25OF生化培養(yǎng)箱，上海精宏有限公司。

1.3實驗方法

1.3.1南果梨汁制備

南果梨→清洗→切塊→護色→榨汁→粗濾→離心→灌裝→封口→殺菌→冷卻→貯藏

挑選成熟度相近、大小均勻一致的南果梨，去果柄、清洗、切塊，于0.3%D-異抗壞血酸鈉溶液中護色20 min瀝干后置于高速組織搗碎機中打漿1 min，漿液經(jīng)200目濾布過濾、4 ℃、6 000 r/min條件下離心15 min后取上清液，待上清液恢復(fù)至常溫備用。

1.3.2超高壓處理

將南果梨汁置于聚乙烯袋真空封口，每袋100 mL。通過預(yù)實驗發(fā)現(xiàn)，中溫協(xié)同超高壓處理果汁不僅可增強殺菌效果，而且對果汁品質(zhì)的影響較小。因此確定介質(zhì)溫度為40 ℃，選取壓力200、250、300、350、400、450、500 MPa，時間5、10、15、20、25 min進行超高壓處理，與對照樣鮮汁和90 ℃、10 min下熱處理組進行對比，處理后置于4 ℃條件下貯藏備用。

1.3.3微生物指標檢測方法

按照GB4789.2—2010對樣品菌落總數(shù)進行檢測，按照GB4789.15—2010對樣品進行霉菌、酵母菌的檢測。

1.3.4理化指標的測定方法

(1)pH值測定：使用pH計進行測定。

(2)可溶性固形物含量測定：在20 ℃下，用手持折光儀進行測定。

(3)總酸含量測定：采用GB/T 12456—2008對南果梨汁中的總酸進行測定。

(4)總酚含量測定：采用福林-酚比色法測定[10]。將處理樣品稀釋2倍，取1 mL分別加入2.5 mL質(zhì)量分數(shù)20%Na2CO3溶液和0.5 mL福林試劑，混勻后用蒸餾水定容至10 mL，于75 ℃反應(yīng)10 min冷卻后，在波長760 nm處測定吸光度。用焦性沒食子酸標準曲線y=0.011 4x-0.016 1(R2=0.999 3)校準，總酚含量為每毫升南果梨汁相當(dāng)?shù)慕剐詻]食子酸的量(μg/mL)。

1.3.5色澤的測定

采用CR-400色彩色差計，室溫下以標準白板為標準，測定L*、a*和b*值。其中：L*表亮度，其值越大果汁亮度越大，越小越暗；a*>0表示顏色偏紅，a*<0表示顏色偏綠；b*>0表示顏色偏黃，b*<0顏色偏藍?！鱁值越大表示顏色變化越大，其計算公式：△E=[(Lt*-L0*)2+(at*-a0*)2+(bt*-b0*)2]1/2。其中，Lt*、at*和bt*超高壓處理后樣品測定值，L0*、a0*和b0*代表為處理的空白對照樣測定值[11]。

1.3.6電子鼻分析

氣味指紋分析條件：內(nèi)部流量300 mL/min，進樣流量300 mL/min，樣品體積10 mL，清洗時間100 s，測量時間300 s，頂空溫度25 ℃。電子鼻傳感器陣列的主要性能見表1。打開電子鼻裝置，預(yù)熱儀器，連接設(shè)備，清洗傳感器后進樣，每個樣品重復(fù)測定3次。

數(shù)據(jù)分析方法：取穩(wěn)定后第240～242 s間的數(shù)據(jù)信息進行主成分分析法(principle component analysis, PCA)，線性判別法(linear discrimination analysis, LDA)和Loadings傳感器貢獻率分析法分析。

表1　PEN3電子鼻傳感器性能描述

1.4數(shù)據(jù)處理

試驗結(jié)果以3次重復(fù)試驗所得數(shù)據(jù)的平均值±標準偏差表示；采用SPSS19.0統(tǒng)計軟件中的ANOVA法進行顯著性差異分析，顯著水平為0.05。

2結(jié)果與分析

2.1超高壓處理對南果梨汁殺菌效果的影響

2.1.1超高壓處理壓力對南果梨汁中微生物的影響

設(shè)定介質(zhì)溫度為40℃，在200～500 MPa壓力范圍對梨汁保壓15 min的殺菌效果見表2。

與常壓下空白對照樣相比，經(jīng)過超高壓處理的南果梨汁，菌落總數(shù)隨壓力的升高呈明顯下趨勢，在300 MPa時菌落總數(shù)降至257 CFU/mL，壓力達到350 MPa時則達到商業(yè)無菌(≤100 CFU/mL)效果。南果梨汁初始霉菌和酵母菌數(shù)為5.9×103CFU/mL，隨著壓力的增加霉菌和酵母菌數(shù)急劇減小。當(dāng)壓力為250 MPa時，霉菌和酵母菌數(shù)量為300 CFU/mL，壓力為300 MPa時，其存活量僅為10 CFU/mL，此時已達到國家食品衛(wèi)生標準(≤20 CFU/mL)，超過300 MPa時已檢測不到霉菌和酵母菌。結(jié)果表明，超高壓和熱處理均可達到商業(yè)無菌要求。

表2　超高壓殺菌壓力對南果梨汁微生物的影響

2.1.2保壓時間對南果梨汁中微生物的影響

在2.1.1所得結(jié)果基礎(chǔ)上，進一步考察5～25 min不同保壓時間對南果梨汁中微生物的影響，結(jié)果見表3。發(fā)現(xiàn)在40 ℃、350 MPa條件下各處理樣品均未檢測出霉菌和酵母菌。隨著保壓時間的延長，菌落總數(shù)呈先快后慢的降低趨勢，可能由于在中度壓力處理下，一部分耐壓力弱的微生物迅速死亡，而隨著處理時間的延長，部分耐壓菌仍然可以存活，殺菌效果提高不明顯[12-13]。處理15 min時南果梨汁中菌落總數(shù)為65 CFU/mL，符合商業(yè)無菌要求。

表3　超高壓時間對南果梨汁菌落總數(shù)的影響

2.2超高壓處理對南果梨汁理化指標的影響

2.2.1超高壓處理壓力對南果梨汁理化指標的影響

由表4可知，超高壓處理后南果梨汁的可溶性固形物無明顯變化(P>0.05)?？偡雍侩S著壓力增大略有降低，但變化差異不顯著(P>0.05)。在200～500 MPa壓力范圍內(nèi)，總酸含量隨壓力增加而升高，且壓力大于300 MPa時，總酸含量顯著高于對照樣(P<0.05)，這可能是由于高壓使細胞膜破裂，一部分有機酸釋放出來，導(dǎo)致南果梨總酸含量升高[7]。隨著超高壓壓力增加，果汁的pH值顯著降低(P<0.05)，可能由于超高壓影響水溶液的電離平衡，壓力升高使弱酸向生成更多H+的方向電離，致使受壓介質(zhì)pH改變[14]。果汁的總酸含量升高、pH值下降，其抑制微生物的能力增強，有助于延長果汁貯藏期。熱處理后南果梨汁中總酸、可溶性固形物含量與對照樣無顯著差異(P>0.05)，總酚顯著降低(P<0.05)。由結(jié)果可知，與熱處理相比，超高壓處理可較好保持南果梨汁中的固有營養(yǎng)。

表4　超高壓壓力大小對南果梨汁理化指標的影響

注：(1)數(shù)據(jù)結(jié)果為均值(n=3)；(2)同一列中不同上標者差異顯著(P<0.05)，表5～表7同。

2.2.2保壓時間對南果梨汁理化指標的影響

由表5可知，南果梨汁可溶性固形物含量基本保持穩(wěn)定，說明保壓時間對可溶性固形物影響不大。隨著保壓時間的延長，總酸含量顯著升高，pH值呈逐漸減小趨勢，這與不同壓力處理后南果梨汁中的總酸變化趨勢一致。在5～15 min內(nèi)，總酚含量隨保壓時間變化不明顯，在15～25 min與對照組相比顯著下降(P>0.05)。這可能是在350 MPa下，延長保壓時間后梨汁中耐壓耐熱多酚氧化酶活性有所提高[15]，加劇酶促褐變使酚類物質(zhì)含量降低。

表5　超高壓處理時間對南果梨汁理化指標的影響

2.3超高壓處理對南果梨汁色澤的影響

2.3.1超高壓處理壓力對南果梨汁色澤的影響

由表6可知，與對照樣相比，超高壓處理樣品L*值均略下降但無明顯變化規(guī)律，方差分析得出超高壓處理對L*值影響顯著(P<0.05)；代表紅綠色的a*值，250 MPa處理樣品與對照樣接近，其余處理樣品有不同程度的下降；代表黃藍色的b*值，400 MPa以上處理與對照樣有顯著變化(P<0.05)，但無明顯變化規(guī)律。HARTYNI等[16]報道，△E在0～0.5、0.5～1.5、1.5～3.0內(nèi)，分別代表顏色變化不明顯、略明顯、顯著。超高壓處理組△E<1.5，說明高壓處理對南果梨汁的顏色變化很小。其中400 MPa處理樣品的L*值最小、△E最大，可能是在此壓力條件下，果汁中殘存的多酚氧化酶活性最高所致。熱處理組△E>1.5，說明熱處理對南果梨汁的顏色變化顯著。總體而言，熱處理對南果梨汁的影響大于超高壓處理，即超高壓的顏色會更接近原汁。

表6　超高壓處理壓力對南果梨汁色澤的影響

2.3.2保壓時間對南果梨汁色澤的影響

表7　超高壓處理時間對南果梨汁色澤的影響

由表7可知，與對照樣相比，超高壓處理樣品L*值顯著下降(P<0.05)，且隨著保壓時間的延長呈現(xiàn)先降低后平緩趨勢；a*值和b*值在不同保壓時間內(nèi)基本與對照樣保持一致； 保壓時間在5～15 min內(nèi)，△E隨著保壓時間的延長逐漸上升，在15～25 min內(nèi)，△E趨于穩(wěn)定，這與表3中總酚含量的變化相反，說明多酚類物質(zhì)的氧化需要一定時間，在保壓15 min后，能被氧化的酚類已完全氧化，褐變程度穩(wěn)定，色差值不再增大[7]。而△E小于1.5，說明不同保壓時間不會明顯改變南果梨汁的顏色。

2.4超高壓及熱處理對南果梨汁風(fēng)味的影響

2.4.1PCA分析結(jié)果

PCA分析是對所測定的指標信息進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和降維，再對降維后的特征向量進行線性分類，最后在其散點圖上顯示主要的兩維散點圖[17]。橫、縱坐標分別表示在PCA轉(zhuǎn)換中所得的第1主成分和第2主成分貢獻率。貢獻率越大，越能反映樣品信息，因此樣品間橫坐標上的距離越大，差異越大，縱坐標上的距離即使很大，樣品間的差異也會因第2主成分貢獻率小而不明顯[18]。由圖1可知，第1主成分和第2主成分貢獻率分別為84.09%和14.79%，兩成分總貢獻率為98.88%，表明提取的信息能夠反映原始數(shù)據(jù)大部分信息。圖1顯示，PCA分析方法能顯著區(qū)分不同超高壓處理的南果梨汁，說明超高壓處理對南果梨汁中的揮發(fā)性成分有一定程度的影響，且依據(jù)壓力的大小而有所不同?？赡苡捎诔邏禾幚砜山档突蚣せ钅承┟傅幕钚?，同時通過體積的減小導(dǎo)致香氣反應(yīng)前體物濃度加大，進而改變香氣物質(zhì)種類和濃度[19]。因各樣品在PCA圖中分布無明顯變化趨勢，無法反映南果梨風(fēng)味的變化規(guī)律，因此嘗試使用LDA方法進一步分析。

圖1　不同壓力處理的果汁揮發(fā)性成分的PCA分析Fig.1　PCA analysis of volatile compounds in juice treated treated with different pressures

圖2　不同壓力處理的果汁揮發(fā)性成分的LDA分析Fig.2　LDA analysis of volatile compounds in juicewith different pressures

2.4.2LDA分析結(jié)果

LDA是研究樣品所屬類型的一種統(tǒng)計方法，其注重所采集的南果梨汁揮發(fā)性物質(zhì)成分響應(yīng)值在空間的分布狀態(tài)及彼此之間的距離分析[20]。由圖2可知，第1主成分區(qū)分貢獻率為76.32%，第2主成分區(qū)分貢獻率為17.91%，兩成分總區(qū)分貢獻率達94.23%。不同超高壓壓力處理的南果梨汁氣味差異顯著，且隨超高壓壓力的增大，圖2中樣品分布呈現(xiàn)明顯變化趨勢。在200～300 MPa范圍內(nèi)，隨著壓力的增加LD2呈上升趨勢，在300～500 MPa內(nèi)，隨著壓力的增加LD1和LD2均逐漸下降，說明南果梨汁中某些主要揮發(fā)性成分的含量正逐漸變化。其中200 MPa處理組與鮮汁最為接近，350MPa次之。由于350MPa處理的南果梨汁不但達到商業(yè)無菌，且其營養(yǎng)成分變化不明顯，色澤變化最小，氣味相對其它處理組較為接近鮮汁，因此350MPa是超高壓技術(shù)應(yīng)用于南果梨汁的最佳選擇。

2.4.3Loadings分析結(jié)果

Loadings常用來檢測PCA空間中傳感器對模型數(shù)據(jù)分布的影響，可以識別傳感器響應(yīng)在識別模式中。在坐標(0,0)附近的傳感器對檢測樣品的風(fēng)味反應(yīng)不敏感，相反距離坐標(0,0)越遠的傳感器對檢測樣品的風(fēng)味反應(yīng)越敏感[21]。由圖3可知，第1主成分貢獻率為82.83%，第2主成分貢獻率為16.07%，總貢獻率為98.90%，說明可反映南果梨汁的幾乎全部信息。利用此分析方法可區(qū)分10種傳感器對南果梨汁的敏感程度。其中7號傳感器對第1主成分貢獻率最大，8號傳感器對第2主成分貢獻率最大，2號傳感器對第2主成分貢獻率次之；1、3、4、5、6、9、10號傳感器的負載因子均較低，說明它們對南果梨汁的敏感程度相對較差?？梢?，不同壓力處理的南果梨汁中硫化物、氮氧化合物及乙醇的變化情況存在較大差別，可以用電子鼻進行檢測。

圖3　不同超高壓壓力處理的南果梨汁揮發(fā)性成分的Loadings分析Fig.3　Loadings analysis of volatile compounds in Nanguo pear juice treated with different pressures

3結(jié)論

超高壓處理對南果梨汁具有很好的殺菌效果。南果梨汁中微生物隨著壓力的增加和時間的延長而逐漸減少。40℃、350 MPa處理15 min的南果梨汁，其菌落總數(shù)和霉菌酵母菌數(shù)均已達商業(yè)無菌。

隨著超高壓壓力的增大和保壓時間的延長，南果梨汁的可溶性固形物含量變化不大，總酚含量和pH值略有下降，總酸含量小幅升高，亮度L*值有所下降，但色澤變化不顯著。與熱處理相比，超高壓處理能較好的保持南果梨汁固有營養(yǎng)和色澤。

電子鼻能夠較好區(qū)分不同處理的南果梨汁風(fēng)味，LDA方法能夠很好的呈現(xiàn)南果梨汁風(fēng)味變化趨勢，在300～500 MPa內(nèi)，隨著壓力的增加LD1和LD2均逐漸下降。200 MPa處理后的南果梨汁風(fēng)味最接近鮮汁，350 MPa次之。南果梨汁中變化比較明顯的揮發(fā)性成分有硫化物、氮氧化合物、乙醇或其他相關(guān)成分。

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Effect of ultra high pressure on sterilizing effect and quality of Nanguo pear juice

LYU Chang-xin*, LIU Su-su, LI Meng-meng, JIAO Tian-hui, LU Yu,WEI Xin-yu, LI Jian-rong*

(College of Food Science and Technology, Bohai University;Food Safety Key Lab of Liaoning Province; National &Local Joint Engineering Research Center of Storage,Processing and Safety Control Technology for Fresh Agricultural and Aquatic Products, Jinzhou 121013, China)

ABSTRACTThe impact of high pressure processing (HPP) at 40°C, 200～500MPa for 5～15min on Nanguo pear juice sterilization and quality were studied. Results showed that under the condition of 350 MPa for 15 min and 90℃ for 10min, the total number of colonies and mold yeast were reached the requirement of commercial sterilization standard. Meanwhile, with the increasing of pressure and holding time, the total soluble solid had little change, the total phenol content and pH decreased slightly, and total acids content increased slightly. However, the total phenol content decreased dramatically, the total soluble solids and total acids content remained unchanged. Compared to the control group, juice color change after HPP treatment was not significant (△E<1.5). Furthermore, electronic nose can distinguish its flavor after different UHP pressure processing. The flavor of the juice under 200MPa and 350MPa treatment was closer to fresh juice than other treatment. Through comprehensive analysis, Compared to thermal treatment, UHP has good sterilization effect on Nanguo pear juice and it can keep its nutrition and color preferably. However, the treatment has some influences on characteristic aroma.

Key wordsultra high pressure; Nanguo pear juice; sterilization; quality; electronic nose

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201606021

基金項目：遼寧省科技廳農(nóng)業(yè)攻關(guān)計劃項目(2011205001)；遼寧省食品安全重點實驗室暨遼寧省高校重大科技平臺開放課題項目(LNSAKF2011028)

收稿日期：2015-09-17，改回日期：2015-11-11

第一作者：碩士，教授(呂長鑫教授，勵建榮教授并列為通訊作者)。