王小媛,牛涵,靳學(xué)遠(yuǎn),趙光遠(yuǎn)*,縱偉
(1.鄭州輕工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,河南鄭州 450002)
(2.海南科技職業(yè)大學(xué)臨床醫(yī)藥學(xué)院,海南海口 571126)
杜仲籽油具有優(yōu)良的理化性質(zhì),其主要脂肪酸為亞麻酸,具有保護(hù)心臟、調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)和對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能有積極影響等有益作用,具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和廣泛的開(kāi)發(fā)潛力,杜仲籽油早在2009年被批準(zhǔn)為食品新資源,但由于油脂不溶于水、有特殊香氣和容易產(chǎn)生油膩感等特點(diǎn),不宜直接添加到產(chǎn)品中[1-3]。經(jīng)過(guò)前期研究,本團(tuán)隊(duì)以蘋(píng)果汁和杜仲籽油為原料,制作了一種杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料,該產(chǎn)品狀態(tài)均勻、穩(wěn)定、呈乳濁狀,具有蘋(píng)果汁香氣和杜仲籽油特有脂香,香氣適宜,口感細(xì)膩,酸甜適口。為了使其能夠長(zhǎng)期存放且保持較好的品質(zhì),本文將進(jìn)一步研究不同殺菌方法對(duì)杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料品質(zhì)的影響。
熱巴氏殺菌是一種常見(jiàn)的相對(duì)溫和的殺菌形式,除了殺滅微生物外,還能滅活果汁變質(zhì)有關(guān)的酶,但同時(shí)會(huì)對(duì)飲料中的熱敏感物質(zhì)造成影響[4],而低溫等離子體技術(shù)是一種新興的綠色非熱食品加工技術(shù)。等離子體的組成是復(fù)雜的,它是物質(zhì)的第四種狀態(tài),是一種電離氣體,包含多種不同的活性物質(zhì),如電子、自由基、離子等,這些物質(zhì)單獨(dú)或聯(lián)合作用于微生物,從而達(dá)到殺滅微生物的效果,微生物殺滅效率受等離子體體系和處理參數(shù)等的影響[5,6]。使用等離子體技術(shù)進(jìn)行殺菌可降低成本并有效保持食品原有的品質(zhì),是熱殺菌的合適替代方案[7],現(xiàn)已有利用等離子體處理谷物、肉制品、水果蔬菜及其制品等的相關(guān)報(bào)道,研究表明,低溫等離子體能夠滅活食品中的有害微生物,且能夠有效保持食品品質(zhì)[8,9]。
本研究比較了不同條件的低溫等離子體和熱處理對(duì)杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料微生物指標(biāo)(菌落總數(shù))、主要理化指標(biāo)(pH、可溶性固形物含量、總酚含量、黃酮含量、總糖含量、還原糖含量、總酸)及抗氧化性(DPPH自由基和ABTS+自由基清除率)及穩(wěn)定性(粒徑、ζ-電位)的影響,為杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料的滅菌方式提供相關(guān)理論依據(jù)和開(kāi)辟新途徑。
蘋(píng)果汁,北京匯源飲料食品集團(tuán)有限公司;杜仲籽油,陜西寶禾生物科技有限公司;羅漢果苷、黃原膠,食品級(jí),河南萬(wàn)邦化工科技有限公司;平板計(jì)數(shù)瓊脂,青島高科技工業(yè)園海博生物技術(shù)有限公司;氫氧化鈉、酒石酸鉀鈉、亞硫酸鈉、碳酸鈉、亞硝酸鈉、硝酸鋁、硫酸,分析純,天津市大茂化學(xué)試劑廠;苯酚,99.5%,上海易恩化學(xué)技術(shù)有限公司;福林酚試劑,北京索萊寶科技有限公司;過(guò)硫酸鉀,≥99%,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;3,5-二硝基水楊酸、沒(méi)食子酸、蘆丁、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、2,2′-聯(lián)氨-雙(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二胺鹽(ABTS),≥98%,上海源葉生物科技有限公司。
新芝SCIENTZ-207A超高壓均質(zhì)機(jī),寧波新芝生物科技股份有限公司;TS-PL200等離子表面處理機(jī),深圳市東信高科技自動(dòng)化設(shè)備有限公司;TU-1810紫外可見(jiàn)分光光度計(jì),北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;HC-3018R高速冷凍離心機(jī),安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司;HH-4恒溫?cái)嚢杷″?,金壇區(qū)西城新瑞儀器廠;Zetasizer NANO-ZS90型納米粒度表面電位分析儀,英國(guó)Malvern公司;PHS-3C pH計(jì),上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司。
1.3.1 杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料的制備工藝流程
黃原膠、羅漢果苷→混勻→蘋(píng)果汁→攪拌溶解→加入杜仲籽油→均質(zhì)→殺菌→灌裝→成品
1.3.2 操作要點(diǎn)
1.3.2.1 調(diào)配及均質(zhì)
根據(jù)之前的研究,杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料的制備工藝為:按質(zhì)量分?jǐn)?shù)添加0.014%羅漢果苷、0.59%的杜仲籽油和0.3%黃原膠后,在43 ℃下以34 MPa的壓力均質(zhì)3次。
1.3.3 殺菌方法
熱處理:將40 mL樣品置于50 mL離心管中進(jìn)行熱處理,采用四種不同的處理溫度和時(shí)間,分別為65 ℃處理30 min、80 ℃處理20 min、90 ℃處理10 min和90 ℃處理15 min;
低溫等離子體處理:采用常壓等離子體噴射(APPJ)裝置產(chǎn)生低溫等離子體,設(shè)備采用高工作電壓和高頻正弦波逆變器(5 kV、40 kHz),放電功率為750 W,以低壓空氣(0.18 MPa)為載體氣體,氣體流量30 L/min,將150 mL樣品放置于冰水浴的塑料杯(高14 cm、直徑7 cm)中,噴嘴與飲料樣品面之間的距離約為5 cm,處理時(shí)間為90、120、150、180 s。處理樣品時(shí)每工作10 s攪拌30 s,使低溫等離子體活性成分在樣品中分布均勻,從而達(dá)到殺菌效果。
1.3.4 指標(biāo)及測(cè)定方法
1.3.4.1 菌落總數(shù)的測(cè)定
參考GB 4789.2-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 菌落總數(shù)測(cè)定》的方法進(jìn)行測(cè)定。
1.3.4.2 pH測(cè)定
使用pH計(jì)測(cè)定。
1.3.4.3 總酸測(cè)定參考GB 12456-2021《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中總酸的測(cè)定》采用酸堿滴定法測(cè)定,結(jié)果以蘋(píng)果酸當(dāng)量計(jì)。
1.3.4.4 可溶性固形物含量測(cè)定
利用手持阿貝折光儀測(cè)定。
1.3.4.5 總糖含量測(cè)定
采用苯酚-硫酸法測(cè)定杜仲籽油果汁飲料中總糖的含量。
1.3.4.6 還原糖含量測(cè)定
采用3,5-二硝基水楊酸(DNS)法測(cè)定杜仲籽油果汁飲料中還原糖的含量。
1.3.4.7 總酚含量測(cè)定采用福林酚比色法對(duì)杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料的總酚含量進(jìn)行測(cè)定,以沒(méi)食子酸計(jì)算,結(jié)果以每毫升樣品含有相當(dāng)于沒(méi)食子酸(mg)表示。
1.3.4.8 黃酮含量測(cè)定
黃酮的測(cè)定采用鄭若宇[10]的方法。
1.3.4.9 DPPH自由基清除率測(cè)定
參考于弘慧等等[11]的方法,DPPH自由基清除率計(jì)算公式如式(1)所示。
式中:
R——樣品的DPPH自由基清除率,%;
A1——樣品加DPPH溶液的吸光值;
A2——樣品加無(wú)水乙醇的吸光值;
A3——DPPH溶液加無(wú)水乙醇的吸光值。
1.3.4.10 ABTS+自由基清除率測(cè)定
參考尤菊[12]的方法,ABTS+·清除率計(jì)算公式如式(2)所示。
式中:
X——樣品的ABTS+自由基清除率,%;
A1——樣品加ABTS溶液的吸光值;
A2——樣品加無(wú)水乙醇的吸光值;
A3——ABTS溶液加無(wú)水乙醇的吸光值。
1.3.4.11 粒徑、電位測(cè)定
采用Zetasizer NANO-ZS 90納米粒度表面電位分析儀測(cè)定杜仲籽油蘋(píng)果汁的粒徑和電位。粒徑測(cè)定相關(guān)參數(shù):將杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料按體積稀釋50倍后進(jìn)行測(cè)定,以避免高質(zhì)量分?jǐn)?shù)引起的多重散射效應(yīng)[13],測(cè)試溫度為恒溫25 ℃,平衡時(shí)間為120 s;電位測(cè)定相關(guān)參數(shù):將杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料稀釋5倍后進(jìn)行測(cè)定,測(cè)試溫度為恒溫25 ℃,平衡時(shí)間為120 s。
每個(gè)實(shí)驗(yàn)做3次平行,數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示,使用SPSS 21.0軟件進(jìn)行顯著性分析,采用Duncan多重比較法,當(dāng)p<0.05時(shí),數(shù)據(jù)被視為具有顯著性差異,圖使用Origin Pro 9.4軟件繪制。
不同殺菌方式對(duì)杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料菌落總數(shù)、pH及可溶性固形物的影響如表1所示,實(shí)驗(yàn)所選取的不同條件的低溫等離子體和熱處理后,菌落總數(shù)從350 CFU/mL降到了檢測(cè)限以下,說(shuō)明兩種處理方式均有較好的殺菌效果,但蘋(píng)果汁中可能含有嗜酸耐熱菌和耐高滲酵母,如脂環(huán)酸芽孢桿菌、魯氏接合酵母等[14,15],在后續(xù)儲(chǔ)藏過(guò)程中芽孢可能會(huì)重新萌發(fā)。熱殺菌目前在食品行業(yè)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,而低溫等離子體殺菌目前也有研究證明是一種有效的殺菌方式[16]。
未處理的杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料pH值為3.83,低溫等離子體和熱處理對(duì)于pH的影響均不顯著(p>0.05),在De等[17]采用巴氏殺菌處理果汁的研究中得出了相似的結(jié)果,Paix?o等[18]利用低溫等離子體處理巴西金桔汁后,pH值與未處理的果汁保持在相同的水平。
熱處理對(duì)于杜仲籽油蘋(píng)果汁可溶性固形物含量的影響不顯著(p>0.05),這與Alongi等[19]對(duì)于蘋(píng)果汁巴氏殺菌的研究結(jié)果類(lèi)似,而低溫等離子體處理顯著增加了可溶性固形物含量(p<0.05),隨著處理時(shí)間的增加,可溶性固形物含量從未處理的11.47 °Bx增大到13.50 °Bx,其值升高可能是因?yàn)樘幚磉^(guò)程中酶的變化或水分的散失[20,21]。
表1 熱處理及低溫等離子體處理對(duì)杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料菌落總數(shù)、pH及可溶性固形物的影響Table 1 Effect of thermal treatment and cold plasma on total number of colonies, pH and soluble solids content in Eucommia ulmoides seed oil apple juice beverage
圖1 不同殺菌方式對(duì)杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料總酚含量的影響Fig.1 Effect of different sterilization methods on total phenolic content of Eucommia ulmoides seed oil apple juice beverage
酚類(lèi)物質(zhì)具有多種對(duì)人體有益的生理特性,例如抗氧化、抗病毒、抗炎癥等。果汁在加工和貯藏過(guò)程中,多酚會(huì)發(fā)生氧化、降解、聚合等,會(huì)影響果汁的感官及理化特性,因此總酚含量是評(píng)判果汁品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。不同殺菌方式對(duì)杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料總酚含量的影響如圖1所示,未處理的飲料總酚含量為0.31 mg/mL,熱殺菌對(duì)果汁飲料的總酚含量無(wú)顯著差異,He等[22]對(duì)于蘋(píng)果汁的熱處理研究中也有類(lèi)似的結(jié)果。低溫等離子體處理果汁飲料時(shí)間少于150 s時(shí),總酚含量無(wú)顯著差異,當(dāng)處理時(shí)間達(dá)到180 s時(shí),總酚含量顯著升高8.39%(p<0.05)。Hou等[23]用低溫等離子體處理藍(lán)莓汁,結(jié)果表明藍(lán)莓汁的總酚含量無(wú)顯著變化。本研究中處理180 s后的顯著升高可能是因?yàn)榈蜏氐入x子體處理所施加的能量及其產(chǎn)生的活性物質(zhì)作用于結(jié)合態(tài)的酚類(lèi)化合物,使其轉(zhuǎn)變成游離態(tài),從而提高酚類(lèi)物質(zhì)的含量[24]。與熱處理相比,低溫等離子體處理不僅能較好地保持飲料的多酚含量,且當(dāng)處理時(shí)間延長(zhǎng)到180 s時(shí),能提高多酚的含量。
黃酮是植物產(chǎn)生的天然多酚,與多酚一樣,植物類(lèi)黃酮也有多種有益的生物學(xué)特性。由圖2知,熱殺菌飲料的黃酮含量顯著降低(p<0.05),在90 ℃15 min時(shí)黃酮含量最大損失了6.34%,通常,在熱處理過(guò)程中,熱降解、解聚合等各種反應(yīng)是導(dǎo)致黃酮類(lèi)化合物降解的主要原因[25];而低溫等離子體處理的黃酮含量有所升高但變化不顯著(p<0.05),在180 s時(shí)達(dá)到最大值0.22 mg/mL,比未殺菌的樣品增加了2.80%,這可能由于部分黃酮類(lèi)化合物原本以結(jié)合狀態(tài)存在于細(xì)胞膜上,低溫等離子體處理提供了一定水平的能量使黃酮變成游離狀態(tài),從而導(dǎo)致含量略微增加[26]。
圖2 不同殺菌方式對(duì)杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料黃酮含量的影響Fig.2 Effect of different sterilization methods on total flavonoid content of Eucommia ulmoides seed oil apple juice beverage
由圖3知,杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料在經(jīng)過(guò)熱處理后,果汁飲料的總糖含量顯著降低(p<0.05),其中在65 ℃ 30 min時(shí)降幅最大為20.48%,劉蘇蘇[27]對(duì)南果梨汁進(jìn)行熱處理后也觀察到總糖含量的下降;低溫等離子體處理90 s時(shí)對(duì)果汁飲料的總糖含量無(wú)顯著影響,隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng),總糖含量均顯著降低(p<0.05),最大降幅為11.42%,降低程度小于熱處理。有研究表明,臭氧降解是低溫等離子體處理過(guò)程中多糖降解的主要途徑,糖苷鍵斷裂導(dǎo)致大分子解聚和官能團(tuán)氧化形成羰基和羧基化合物、內(nèi)酯、過(guò)氧化氫和二氧化碳[28],因此總糖含量減少。
由圖4以發(fā)現(xiàn),低溫等離子體和熱處理均使杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料還原糖含量顯著增大(p<0.05),熱處理65 ℃ 30 min和低溫等離子體處理90 s后還原糖含量分別增加了10.34%、11.76%,影響幅度相近。還原糖含量的增加可能是由于非還原糖轉(zhuǎn)化為還原糖所致[29]。Dong等[30]利用等離子體處理藍(lán)莓后還原糖含量也有所增加。
圖3 不同殺菌方式對(duì)杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料總糖含量的影響Fig.3 Effect of different sterilization methods on total sugar content of Eucommia ulmoides seed oil apple juice beverage
圖4 不同殺菌方式對(duì)杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料還原糖含量的影響Fig.4 Effect of different sterilization methods on reducing sugar content of Eucommia ulmoides seed oil apple juice beverage
圖5 不同殺菌方式對(duì)杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料總酸的影響Fig.5 Effect of different sterilization methods on total acid content of Eucommia ulmoides seed oil apple juice beverage
由圖5知,熱處理對(duì)杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料總酸含量沒(méi)有顯著影響(p>0.05),基本保持在0.29 g/100 mL,而低溫等離子體處理使杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料的總酸含量顯著升高(p<0.05),在180 s時(shí)與未殺菌的樣品相比最大增加了26.23%,但仍在正常范圍。Pankaj等[31]用等離子體處理白葡萄汁后總酸含量也顯著降低,這可能是因?yàn)榈蜏氐入x子體產(chǎn)生的自由基或臭氧可將蘋(píng)果汁中的部分醛類(lèi)氧化成酸性化合物,從而導(dǎo)致總酸升高。
DPPH自由基清除實(shí)驗(yàn)是根據(jù)待測(cè)樣品對(duì)DPPH自由基的還原能力來(lái)衡量其抗氧化能力。由圖6知,熱處理顯著降低了DPPH自由基清除率,隨著加熱溫度的升高,清除率的降低幅度越大,在90 ℃ 15 min時(shí)降幅最大為6.49%,楊培青等[32]對(duì)沙棘汁熱殺菌的研究中也發(fā)現(xiàn)DPPH自由基清除率降低;低溫等離子體處理對(duì)于飲料的DPPH自由基清除率也產(chǎn)生了負(fù)面影響,處理90 s后清除率降為71.80%,不同處理時(shí)間之間沒(méi)有顯著變化(p>0.05),Park等[33]利用等離子體處理漿果提取物和Ramazzina等[34]對(duì)于鮮切蘋(píng)果的研究同樣發(fā)現(xiàn)了等離子體使DPPH自由基清除率降低。
圖6 不同殺菌方式對(duì)杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料DPPH自由基清除率的影響Fig.6 Effect of different sterilization methods on DPPH radical clearance of Eucommia ulmoides seed oil apple juice beverage
圖7示了不同殺菌方式對(duì)杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料ABTS+自由基清除率的影響,可見(jiàn)經(jīng)過(guò)低溫等離子體和熱處理后均顯著降低(p<0.05),變化趨勢(shì)與DPPH自由基清除率相似,其中熱處理降低程度最大的是90 ℃處理15 min后降為94.53%,低溫等離子體處理后ABTS+自由基清除率最低為93.51%,處理90 s后清除率不再發(fā)生顯著變化(p>0.05)。雖然殺菌過(guò)程會(huì)對(duì)飲料的抗氧化性有負(fù)面影響但是仍保持了較高的抗氧化活性,且兩種殺菌方式對(duì)ABTS+自由基清除率的影響程度大小相似。Cosentino等[35]在巴氏殺菌乳飲料和Almeida等[36]用等離子體處理橙汁后也觀察到相似的抗氧化能力的下降。
圖7不同殺菌方式對(duì)杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料ABTS+自由基清除率的影響Fig.7 Effect of different sterilization methods on ABTS+ radical clearance of Eucommia ulmoides seed oil apple juice beverage
圖8 不同殺菌方式對(duì)杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料粒徑、ζ-電位的影響Fig.8 Effect of different sterilization methods on particle size and ζ-potential of Eucommia ulmoides seed oil apple juice beverage
圖9 不同殺菌方式對(duì)杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料粒徑分布的影響Fig.9 Effect of different sterilization methods on particle size distribution of Eucommia ulmoides seed oil apple juice beverage
乳液體系的粒徑和ζ-電位能反映其穩(wěn)定性[37],粒徑越小、ζ-電位的絕對(duì)值越大,說(shuō)明乳液體系越穩(wěn)定,本文利用粒徑和ζ-電位來(lái)考察杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料的穩(wěn)定性。由圖8可知,低溫等離子體和熱處理后,杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料的粒徑均顯著升高(p<0.05),90 ℃熱處理15 min后,粒徑最高增加了8.19%,低溫等離子體處理180 s后,粒徑最高增加了5.87%,與熱處理的樣品相比粒徑更??;等離子體處理對(duì)飲料的ζ-電位無(wú)顯著變化(p>0.05),而熱處理溫度升高到90 ℃處理15 min后ζ-電位絕對(duì)值顯著降低6.54%(p<0.05),小于等離子體處理組。圖9為飲料的粒徑分布圖,可以看出,杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料經(jīng)過(guò)殺菌后其粒徑分布沒(méi)有明顯變化,基本呈單峰分布,說(shuō)明杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料經(jīng)過(guò)殺菌后仍有較好的穩(wěn)定性。由粒徑、ζ-電位綜合來(lái)看,等離子體處理更有利于保持飲料的穩(wěn)定性。
本實(shí)驗(yàn)研究了不同殺菌方法對(duì)于杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料品質(zhì)的影響,結(jié)果表明,低溫等離子體和熱處理后菌落總數(shù)均未檢出,有較好的殺菌效果,對(duì)于飲料的抗氧化性會(huì)有一定程度的降低,但仍然保持較高的水平。此外,熱殺菌會(huì)顯著降低黃酮含量,而等離子體殺菌對(duì)黃酮含量無(wú)顯著影響,且等離子體能夠更好地保持飲料多酚含量。在飲料穩(wěn)定性方面,低溫等離子體殺菌能更好地保持飲料的粒徑和ζ-電位。綜合考慮,低溫等離子體殺菌能夠更好地保持果汁飲料的品質(zhì),且殺菌時(shí)間短,更適合杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料的殺菌。該研究結(jié)果為杜仲籽油蘋(píng)果汁飲料的殺菌提供了理論依據(jù)和參考,后續(xù)可以對(duì)等離子體殺菌條件進(jìn)一步優(yōu)化,以獲得更好的殺菌效果和儲(chǔ)藏品質(zhì)。