番茄汁的微波殺菌工藝研究

李卓思，劉世雄，程裕東

（上海海洋大學食品學院，上海 201306）

番茄汁富含多種營養素，受到廣大消費者的歡迎。但番茄汁是一種熱敏性的食品，其營養成分和色澤品質很容易在殺菌、鈍化酶等關鍵加工工藝中被破壞[1]，果汁類制品一般采用巴氏殺菌和高溫瞬時殺菌[2]。傳統巴氏殺菌的殺菌時間長，傳熱也較不均勻，產品品質明顯下降；高溫瞬時殺菌對控制系統和容器要求很高，需要龐大設備、廠房，投資較大，其他殺菌方式在不同液態食品中也有一定的應用，但并不廣泛。因此選擇合適的加工技術對達到殺菌效果，并保持番茄汁的品質具有重要的意義。

微波作為一種新的加工技術已經廣泛應用于食品殺菌中[3-4]。該技術在蘋果汁[5]、牛奶[6等液態食品中的應用顯示出了很多優勢，如加熱時間短、升溫速度快、便于控制、可以直接對包裝食品進行殺菌[7]、并較好的保持了食品的營養成分和口感等品質，有利于提高這類產品的安全性和貨架期。

周先漢等[8]用正交試驗方法對乳化蜂蜜的微波殺菌工藝進行了優化，但是只考慮了微波殺菌溫度和時間的影響，并未考慮離子和糖的作用。在對殺菌工藝的研究中，不僅考察殺菌條件對殺菌效果的影響，同時考察其對品質的影響[9]，本研究在前期單因素試驗的基礎上[10]，以微生物殘菌數、還原型抗壞血酸、番茄紅素、pH值、總色差為指標綜合考察微波功率、殺菌溫度、糖含量和鹽含量對番茄汁殺菌效果和品質變化的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

番茄：購于歐尚超市，浙粉202。

微波爐（上海松下微波爐有限公司，NNGD567M）；熱電偶測溫儀（ETO DENKI，THERMIC MODEL 2100A）；榨汁機（飛利浦家庭電器有限公司，HR1861）；紫外分光光度計（UV2100，尤尼柯上海儀器有限公司）；ZE-2000型測色色差計（ZE-2000，Nippon Denshoku）；pH 計（PHB-9901，上海艾旺工貿有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品制備 購于上海某超市的番茄，選擇成熟度及色澤均一，形態良好，無病蟲害的果實，用自來水沖洗2～3遍后，再用去離子水沖洗并漏干表面，放入榨汁機中榨汁。在番茄汁中加入0.3 g/100mL的果膠均質，再加入檸檬酸調配，使樣品pH值為4.2±0.1，并根據正交試驗方法加入定量的蔗糖、NaCl，攪拌均勻后冷藏備用。為保證試驗樣品的一致性，試驗用樣品為一次性制備，樣品初始條件設定為體積5 mL，溫度10℃。

1.2.2 殺菌處理試驗 研究微波殺菌處理對番茄汁的影響。將5 mL樣品裝于10 mm×100 mm規格的試管置于聚苯乙烯泡沫支架中，用硅膠塞封口置于微波爐轉盤中心進行加熱處理，硅膠塞具有良好的通氣性，溫度升高時，可以控制物質的膨脹和蒸汽壓力，在不同的微波功率下，將樣品進行加熱處理，加熱后迅速用熱電偶測得其中心溫度，以此確定不同殺菌條件下所需的加熱時間，樣品加熱后置于冰水中冷卻移入4℃冰箱冷藏待測。加熱前用微波爐預熱，每次加熱處理間隔20 min，以恢復微波爐的工況，減少誤差。

1.2.3 正交試驗方法采用L9（34）正交表對微波功率、殺菌溫度、糖含量、鹽含量4因素進行優化試驗（表1），以微生物殘菌數、還原型抗壞血酸、番茄紅素、pH、總色差作為評價指標。

表1 因素水平表

1.3 測定方法

1.3.1 菌落總數的檢驗 根據國家標準GB4789.2 8－2003：食品衛生微生物學檢驗菌落總數測定。

1.3.2 番茄紅素的檢驗 用分光光度計法檢驗樣品中的番茄紅素含量[11]。稱取試樣0.4～0.5 g，準確至0.000 2 g，于10 mL小燒杯中。在盛有試樣的小燒杯中加入少量甲醇，立即用玻璃棒充分攪拌抽提樣品中的黃色素。將抽提液移入帶濾紙的玻璃漏斗中過濾。燒杯里剩余的殘渣再加入少量甲醇，重復上述操作，直至濾液無色，棄去濾液。經預處理后，再用石油醚反復萃取至樣品無色為止，收集濾液于25 mL容量瓶，石油醚定容。于502 nm處測OD值。番茄紅素濃度的計算公式如下：

番茄紅素濃度（mg/g）=（OD×25×10）／（2.0×E1cm）

式中：E1 cm=3.078。

1.3.3 色差值和pH值的檢驗 色差計測色差值[12]，pH計測pH值。

1.3.4 還原型抗壞血酸的檢驗 根據國家標準GB/T 5009.159-2003：食品中還原型抗壞血酸的測定。

1.3.5 微生物殘活率計算 殺菌效果用微生物死亡數量級 Y 表示，計算公式為：Y=-lg（N/N0）[13]

式中：N0—處理前樣品中菌落總數，cfu/mL；N—處理后樣品中菌落總數，cfu/mL；Y—處理前后菌落總數降低的對數。

1.4 統計分析

采用 SPSS軟件（SPSS11.0）對所得數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同條件對番茄汁殺菌效果的影響

正交試驗的結果見表2、表3。以菌落總數死亡數量級Y為考察指標，通過正交直觀分析，因素的極差越大則其對考察指標的影響越大，試驗所考察的 4 個因素 的 極 差 分 別 為 0.97、0.732、1.012、0.627，以糖含量對番茄汁中微生物的殺菌效果影響最大，影響番茄汁中微生物殺菌效果的因素主次順序為C＞A＞B＞D，即糖含量、微波功率、殺菌溫度、鹽含量。從表3可知，4個因素對番茄汁的殺菌效果均有極顯著的影響。在不引起微生物失水死亡的前提下，添加較低蔗糖可以維持微生物內外的滲透壓，對微生物有保護作用。同時，在微波加熱中，蔗糖分子和水分子的化學鍵相結合形成氫鍵，使水分子趨于穩定，降低樣品的介電常數，使樣品的升溫速率變慢，兩個因素同時影響微波的殺菌效果。NaCl在水中形成離子，提高了樣品的介電損失率，進而提高了樣品的升溫速率，另外離子也會和水分子形成水合離子，限制水分子的活動，降低了樣品的介電常數，降低樣品的升溫速率，兩者同時作用影響微波對樣品的殺菌效果。微波功率越高，樣品的升溫速率越快，達到相同殺菌溫度所需要的時間越短，結果顯示，微波功率為1 000 W時，快速升溫加速微生物的死亡，殺菌效果最好，微波功率為500 W時的殺菌效果優于800 W時，這可能是由于500 W熱效應作用于微生物的時間長，殺菌效果較好。90℃和95℃的殺菌效果沒有顯著差異。通過正交直觀分析根據各因素的均值可知，選擇A3B2C1D3，即微波功率1 000 W、殺菌溫度90℃、糖含量2.5 g/100mL、鹽含量3.5 g/100mL，可以得到最好的殺菌效果。

表2 正交試驗結果

表3 正交試驗方差分析

2.2 不同條件對番茄汁中還原型抗壞血酸含量的影響

番茄汁富含豐富的維生素C，還原型抗壞血酸是維生素C的主要成分，從表3可知，4個因素對番茄汁微波處理后的還原型抗壞血酸含量均沒有顯著的影響。抗壞血酸是水溶性維生素，容易受到光照、氧氣、溫度等因素的影響而損失，在本研究中由于微波處理升溫速度快，只需要16～22 s即可達到殺菌溫度，因此，各處理條件對還原型抗壞血酸含量影響不顯著，通過正交直觀分析對各因素的極差和均值進行比較，各因素對還原型抗壞血酸含量影響的主次順序為 A＞C＞B＞D，選擇 A2B2C2D3，即微波功率800 W、殺菌溫度90℃、糖含量3.0 g/100mL、鹽含量3.5 g/100mL的微波殺菌條件，番茄汁中的還原型抗壞血酸的損失最少。

2.3 不同條件對番茄汁中番茄紅素含量的影響

番茄紅素是番茄中的主要色素，對光照敏感，在低溫和常溫下較穩定，溫度較高時穩定性較差[14]。從表3可知，正交試驗中4個因素對番茄汁中的番茄紅素均沒有顯著的影響。這可能是由于本研究試驗均是在室內進行，且所選的殺菌溫度因素之間差異性較小，因此各處理條件對番茄紅素影響不顯著，通過正交直觀分析對各因素的極差和均值進行比較，各因素對番茄紅素含量影響的主次順序為B＞C＞A＞D，選擇 A2B2C3D1，即微波功率 800 W、殺菌溫度90℃、糖含量3.5 g/100mL、鹽含量2.5 g/100mL的微波殺菌條件，番茄汁中番茄紅素的含量最高。

2.4 不同條件對番茄汁pH值和總色差的影響

從表2、3可知，處理條件中鹽含量對pH值影響顯著，其他因素對pH值影響不顯著。pH值在4.05～4.25之間，不影響產品的品質和口感，因此可以不考慮各處理條件對pH值的影響。

處理條件影響殺菌后番茄汁的顏色變化，本研究以總色差作為評價番茄汁顏色變化的指標，△E為1.5～3.0，能感覺到顏色有差異，△E為3.0～6.0，有較顯著差異，通過正交直觀分析，影響番茄汁顏色變化各因素的極差分別為 0.747、1.34、0.506、0.19，由此各因素的的主次順序為 B＞A＞C＞D，即殺菌溫度、微波功率、糖含量、鹽含量，其中殺菌溫度對顏色變化影響顯著，90℃時顏色差異最大，在殺菌過程中殺菌溫度和加熱時間同時影響殺菌后番茄汁的顏色。殺菌溫度95℃時雖然加熱溫度高但時間很短，85℃時雖然加熱時間比90℃長但溫度低，因此95℃和85℃時都減緩了番茄汁感官品質的下降。通過正交直觀分析對均值進行比較選擇A2B1C1D2，即微波功率800 W、殺菌溫度85℃、糖含量2.5 g/100mL、鹽含量3.0 g/100mL的微波殺菌條件，最大程度減少了番茄汁色澤品質的下降。

2.5 處理條件的綜合確定和驗證

對番茄汁各項評價指標所優化的處理條件并不一致，需從操作便利、節省能源和開支等方面綜合選擇因素條件。殺菌功率選擇1 000 W殺菌效率最高，但功率越高，消耗的能源越大，因此選擇功率為550 W。殺菌溫度選擇使殺菌效果較好，番茄汁處理后色差變化較小，且番茄紅素和抗壞血酸的含量較高的溫度條件95℃。鹽含量為3.5 g/100mL殺菌效果最好，但是較高的鹽含量使番茄汁口感變差，因此選擇對殺菌效果較好的，鹽含量為2.5 g/100mL的處理條件。糖含量對品質評價指標均沒有顯著影響，因此選擇對殺菌效果最好的糖含量為2.5 g/100mL的處理條件。綜合分析，確定番茄汁微波殺菌的最佳條件為：微波功率550 W、殺菌溫度95℃、糖含量和鹽含量均為2.5 g/100mL。

通過該處理條件進行驗證試驗，番茄汁中菌落總數死亡數量級為3.76，抗壞血酸含量為9.745 mg/100g，番茄紅素的含量為43.532 μg/g，pH值為4.14，總色差是2.72。和傳統殺菌工藝相比[11]，可以更好的保持番茄汁的品質。

3 結論

在試驗條件范圍內，微波功率、殺菌溫度、鹽含量、糖含量均顯著影響微波殺菌的效果，其中殺菌溫度對微波處理后的番茄汁的色澤影響顯著、四因素對番茄汁中營養成分均影響不顯著。微波殺菌處理條件的較優處理條件為：微波功率550 W、殺菌溫度85℃、鹽含量和糖含量均為2.5 g/100mL。

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