超聲波和巴氏殺菌后櫻桃番茄汁的品質變化動力學

秦艷紅，郜海燕,*，房祥軍，陳杭君，周擁軍，黎云龍（1.南京農業大學食品科技學院，江蘇 南京　10095；.浙江省農業科學院食品科學研究所，浙江省果蔬保鮮與加工技術研究重點實驗室，浙江 杭州　1001；.浙江豐島食品有限公司，浙江 紹興　15）

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超聲波和巴氏殺菌后櫻桃番茄汁的品質變化動力學

秦艷紅1,2，郜海燕1,2,*，房祥軍2，陳杭君2，周擁軍2，黎云龍3
（1.南京農業大學食品科技學院，江蘇 南京210095；2.浙江省農業科學院食品科學研究所，浙江省果蔬保鮮與加工技術研究重點實驗室，浙江 杭州310021；3.浙江豐島食品有限公司，浙江 紹興312532）

摘 要：以鮮榨櫻桃番茄汁為原料，研究其分別經巴氏殺菌（85 ℃、15 min）和超聲波殺菌（200 W、40℃、30 min）后的品質動力學變化。殺菌后的櫻桃番茄汁分別貯藏在不同溫度條件下（0、4、10、15、20 ℃），每隔一定時間測定其色澤、VC含量和菌落總數。結果表明：2種殺菌方式后櫻桃番茄汁的色澤隨著貯藏時間的延長和貯藏溫度的升高變化越明顯；以VC含量變化為指標，在0～10 ℃條件下，超聲波殺菌比巴氏殺菌的貨架期延長了3.8～4 d；以菌落總數為評價指標，2種殺菌方式的貨架期差異不顯著，菌落總數的變化符合一級反應模型，該模型可準確預測0～20 ℃各貯藏溫度條件下的貨架期。鮮榨櫻桃番茄汁在0～10 ℃條件下貯藏，經超聲波殺菌推薦貨架期為6～9 d，經巴氏殺菌推薦貨架期為6～8 d。

關鍵詞：動力學；櫻桃番茄汁；巴氏殺菌；超聲波殺菌；貨架期

引文格式：

秦艷紅, 郜海燕, 房祥軍, 等. 超聲波和巴氏殺菌后櫻桃番茄汁的品質變化動力學[J]. 食品科學, 2016, 37(12): 261-266. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201612047. http://www.spkx.net.cn

QIN Yanhong, GAO Haiyan, FANG Xiangjun, et al. Quality change kinetics of ultrasonic and pasteurized processed cherry tomato juice[J]. Food Science, 2016, 37(12): 261-266. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201612047. http://www.spkx.net.cn

櫻桃番茄（Lyco persivon esculentum var. cerasiforme）茄科番茄屬，又稱小番茄、圣女果等[1]。櫻桃番茄可蔬可果，色澤鮮艷、營養豐富，富含維生素、谷胱甘肽和番茄紅素等生物活性物質，深受消費者喜愛[2-3]。由于櫻桃番茄采后易受到微生物等污染不宜貯藏，經加工制成櫻桃番茄汁是解決問題的重要途徑之一[4]。目前，對于果汁的殺菌主要以巴氏殺菌為主，熱殺菌雖然能很好地殺滅微生物并鈍化酶，但是對果汁的營養成分及色澤影響較大，近年來，非熱殺菌在加工中的使用越來越廣泛，不僅能有效殺滅微生物而且能保持其原有風味及營養價值。

近年來研究表明，超聲波作為非熱殺菌的一種，能夠在短時間內使液體中的某些細菌致死，病毒失活，破壞體積較小的一些微生物的細胞壁[5]，另外，還能對食品起到均質、裂解大分子物質等作用，超聲波在食品加工方面有著廣闊的應用前景[6-7]。超聲波是指頻率大于20 kHz的聲波，一般認為，其殺菌效力主要由其產生的空化作用引起，高強度的超聲波在液體介質中傳播時，產生空穴現象[8]，并形成微小氣泡核，微小氣泡核在絕熱收縮及崩潰的瞬間，其內部呈現5 000 ℃以上的瞬時高溫及50 000 kPa的瞬時壓力，從而使液體中的微生物致死[9-10]。超聲波殺菌技術已應用于液體食品殺菌領域，如在橙汁[11]、胡蘿卜汁[12]、液態奶[13]等中的應用。盡管超聲波在果汁中的殺菌研究已被廣泛報道，但是利用超聲波殺菌對果汁品質動力學的研究較少。本實驗比較了超聲波殺菌和傳統巴氏殺菌后櫻桃番茄汁在貯藏期間菌落總數、色澤和VC含量的變化，并研究了不同貯藏條件下櫻桃番茄汁品質動力學的變化及貨架期，以期為超聲波技術在液態食品加工及貯藏中的應用提供參考。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

櫻桃番茄品種為“千禧”，購于江蘇省楊家村農貿市場。

胰蛋白胨、葡萄糖、酵母浸膏、瓊脂青島高科園海博生物技術有限公司；所用試劑均為國產分析純。

1.2儀器與設備

迅數全自動菌落計數儀、Cintra 404紫外-可見光分光光度計澳大利亞GBC科學儀器公司；Lab ColorQuest XE色差儀美國HunterLab顏色管理公司。

1.3方法

1.3.1櫻桃番茄汁的制備

選擇無病蟲害、無機械損傷、成熟度一致的新鮮櫻桃番茄作為實驗原料。將櫻桃番茄用自來水沖洗2～3 遍后，用純凈水沖洗并擦干表面，櫻桃番茄-水按1∶2比例放入組織搗碎機中榨汁。櫻桃番茄汁使用8 層紗布過濾，濾除籽及果皮等塊狀物質，在澄清的櫻桃番茄汁中加入0.25%果膠、0.1%羧甲基纖維素鈉、0.03%黃原膠（均為質量分數），均質，再加入質量分數為5%的白砂糖，加入檸檬酸使櫻桃番茄汁的pH值調至4.0左右[14]，冷藏備用。為保證實驗樣品的一致性，所有實驗樣品需一次性準備充足。

1.3.2殺菌處理

調配好的櫻桃番茄汁分為2 組，一組進行巴氏殺菌，85 ℃，維持15 min；另一組參考王順民等[15]的方法進行超聲波殺菌，通過預實驗篩選出最佳超聲波處理條件為200 W、40 ℃、20 min。利用最佳超聲波處理條件對櫻桃番茄汁殺菌處理，殺菌后的樣品在0、4、10、15、20 ℃條件下貯藏進行指標測定。

1.3.3指標測定

貯藏在不同溫度條件下的樣品每1 d取1 次樣，進行菌落總數、VC含量及色澤指標測定。菌落總數的測定：參照GB 4789.2—2010《食品微生物學檢驗：菌落總數測定》[16]；VC含量的測定：參照曹建康等[17]的方法并略加修改；色澤的測定：參照國際照明委員會對物體顏色測定建立的可見光譜的顏色空間標準最常用的Lab色彩空間測定[18]。

本實驗除特殊說明外，所有指標測定均重復3 次，結果所示數據均為3 次平行實驗的平均值。采用Excel 2010、Origin 8.5、SPSS 19.0對數據進行分析處理，用Duncan’s多重比較進行差異顯著性分析。

1.3.4櫻桃番茄汁貨架期預測模型

1.3.4.1一級反應模型

化學反應動力學模型目前已經得到了廣泛應用，在食品加工或貯藏過程中，有關食品品質變化的指標大多遵循零級或一級反應模型，其中一級反應模型應用最為廣泛[19-20]。

式中：t為貯藏時間/d；C為貯藏t時特征指標值；C0為特征指標的初始值；k為化學反應速率。

1.3.4.2Arrhenius方程

Arrhenius方程是用來描述溫度與化學反應 速率之間的關系式，目前，已被廣泛應用于預測果蔬貨架期。將品質動力學反應模型與Arrhenius方程相結合使用，可以確定特征指標C的反應速率k與貯藏溫度T之間的關系[21-22]。Arrhenius方程為：

式中：k0為指前因子（又稱頻率因子）；Ea為表觀活化能/（J/mol）；R為氣體常數，為8.314 J/（mol·K）；T為絕對溫度/K。

對式（2）兩邊取對數得：

由式（3）可看出，lnk與（1/T）間存在線性關系，其中以（1/T）為橫坐標，lnk為縱坐標，得出截距為lnk0，斜率為（－Ea/R）的直線。利用Origin 8.5軟件對反應速率k與絕對溫度T之間的關系進行線性擬合，即可得出指前因子k0和表觀活化能Ea。對于復雜反應，表觀活化能沒有明確的物理意義，但復雜反應的表觀活化能是構成該復雜反應的各個基元反應的活化能的代數和[23]?；罨艿拇笮”硎净瘜W反應發生的難易，值越小表示越容易進行，相反，值越大反應越難進行。

若某特征指標C的變化符合一級反應動力學模型，將式（1）代入式（2）得：

當確定了貯藏溫度T、櫻桃番茄汁達到貨架期終點時的特征指標C和特征指標的初始值C0，即可求得從貯藏開始到達貨架期終點櫻桃番茄汁所經歷的貯藏時間t，記為該反應模型下櫻桃番茄汁的貨架期（shelf life，SL），見公式（5）：

2　結果與分析

2.1不同貯藏時間下櫻桃番茄汁色澤的變化

按照國際照明委員會對物體顏色測定建立的可見光譜的顏色空間標準，最常用的為Lab色彩空間，采用色差儀測定貯藏過程中櫻桃番茄汁色澤的變化。由圖1可看出，經過2種殺菌方式處理后亮度L*值總體呈下降趨勢，且貯藏溫度越高，下降速度越快，通過顯著性分析可得出超聲波殺菌處理組的0 ℃與10、15、20 ℃，4 ℃與10 ℃差異顯著（P＜0.05），其他組均無顯著性差異。巴氏殺菌組只有0 ℃與15 ℃相比，L*值差異顯著（P＜0.05），其他溫度差異均不顯著。兩處理組之間相比較只有0 ℃和10 ℃條件下L*值差異顯著（P＜0.05），其他溫度差異均不顯著。a*值總體都呈下降趨勢，且從圖1可看出，巴氏殺菌處理組下降速率更快一些，但通過顯著性比較，兩處理組之間，差異不顯著（P＞0.05）。b*值整體呈稍上升趨勢，通過顯著性比較發現，只有0 ℃條件下差異極顯著外（P＜0.01），其他溫度差異均不顯著。

圖1　2種殺菌方式對櫻桃番茄汁色澤的影響Fig. 1　Color changes of cherry tomato juice processed by two different sterilization methods during storage

2.2櫻桃番茄汁在貯藏期內VC含量的變化

圖2　2種殺菌方式下的櫻桃番茄汁在不同貯藏溫度條件下VC含量的變化Fig. 2　Changes in VC content of cherry tomato juice processed two different sterilization methods at different storage temperatures

表1　超聲波殺菌后的櫻桃番茄汁在0～20 ℃貯藏條件下品質損失率及貨架期Table 1 Quality degradation and shelf life of ultrasound treated cherry tomato juice stored at 0–20 ℃

櫻桃番茄汁內富含VC，但是VC很不穩定，易受到光、氧氣等因素的影響，經超聲波和巴氏殺菌的櫻桃番茄汁不同溫度條件下貯藏，定期測定其VC含量。如圖2所示，2種殺菌方式在不同貯藏溫度條件下的VC含量的變化，鮮榨櫻桃番茄汁的VC含量為14.27 mg/100 g，經超聲波殺菌后VC含量為12.87 mg/100 g，損失率為9.85%，經巴氏殺菌后VC含量為12.02 mg/100 g，損失率為15.80%。從圖2可看出，隨著貯藏溫度的升高，VC的損失速率越快，反應速率k越大，由式（1）可計算出櫻桃番茄汁在貯藏期內VC的損失速率k及R2，如表1、2所示?？煽闯龀暡⒕煌A藏溫度條件下的擬合方程的R2值均大于0.9，具有較高的擬合精度。巴氏殺菌櫻桃番茄汁除293 K條件下的擬合方程的R2為0.84，其他擬合方程的R2值均大于0.9，具有較高的擬合精度，說明2種殺菌方式下的VC含量的變化均符合一級反應模型。通過表1比較可發現，相同貯藏溫度條件下巴氏殺菌后的櫻桃番茄汁的VC含量比超聲波殺菌條件下的櫻桃番茄汁的VC含量下降得稍快，但通過顯著性分析，比較2 組下降速率k無顯著性差異（P＞0.05）。

表2　巴氏殺菌后的櫻桃番茄汁在0～20 ℃貯藏條件下品質損失率及貨架期Table 2 Quality degradation and shelf life of thermally pasteurized cherry tomato juice stored at 0–20 ℃

圖3　貯藏溫度和反應速率的關系Fig. 3　Relationship between storage temperature and reaction rate

對不同貯藏溫度條件下VC損失率作圖，如圖3所示，由式（3）可得Ea值，超聲波殺菌后VC降解的表觀活化能為49.21 kJ/mol（R2=0.988 8），巴氏殺菌后VC降解的表觀活化能為33.48 kJ/mol（R2=0.905 2），說明超聲波殺菌在較低的溫度條件下VC就開始發生損失，巴氏殺菌作為傳統方法在VC的保護上有一定作用，在較高溫度條件下才使VC發生損失。

根據實際和工業生產中的標準，VC降低到不可接受范圍即為產品的貨架期，參照Polydera等[24]的方法，本研究以VC質量分數下降到原來的50%時 所用的時間作為櫻桃番茄汁的貨架期，即用0.5C0代替C，代入式（5）可計算出以VC含量為指標的櫻桃番茄汁的預測貨架期時間，見表1、2。通過表1、2可看出，在0 ℃貯藏條件下，超聲波殺菌比巴氏殺菌組的實測值增加了4 d，4 ℃貯藏條件下延長了3.8 d，10 ℃時增加了1.1 d，15 ℃和20 ℃時兩者相當，差別不大。由表1、2可以看出，經超聲波殺菌的櫻桃番茄汁在較低溫度條件下有利于VC的保持，可適當延緩VC含量的損失，但隨著溫度的升高損失速率加大。利用貨架期實測值驗證貨架期模型預測值，從表1、2還可看出，在較低貯藏溫度條件下超聲波殺菌組的準確率達到90%，在20 ℃時準確率較低僅為83%，用此貨架期預測模型可準確預測超聲波殺菌的櫻桃番茄汁在0～15 ℃貯藏溫度條件下的貨架期，而巴氏殺菌在0～10 ℃可準確預測，10～20 ℃準確性欠缺。

2.3櫻桃番茄汁在貯藏期內菌落總數的變化

圖4　兩種殺菌方式下的菌落總數變化Fig. 4　Changes in total plate count during storage at 0–20 ℃ in cherry tomato juice processed by two different sterilization methods

經過2種殺菌方式處理，不同貯藏溫度條件下菌落總數的變化如圖4所示?？梢钥闯?，貯藏溫度越高，微生物增值速率越大。通過式（1）計算出微生物的增值速率k，見表1、2，由表1、2可見，貯藏溫度升高，增值速率k增大。超聲波殺菌處理的決定系數R2均大于0.85，回歸方程的擬合精度較高，巴氏殺菌處理的決定系數R2除在277 K條件下值較低，其他R2值均大于0.8，擬合度較好，可說明2種處理條件下櫻桃番茄汁內的菌落總數變化基本符合一級反應模型。

通過表1、2可看出，2種殺菌處理后的櫻桃番茄汁菌落總數的增長速率通過顯著性比較差異不顯著（P＞0.05）。對不同溫度和菌落總數增值速率作圖，如圖2所示，由式（3）計算出Ea值，經超聲波和巴氏殺菌處理櫻桃番茄汁，其表觀活化能分別為24.60 kJ/mol （R2=0.938 9）和24.81 kJ/mol（R2=0.938 4），超聲波殺菌對微生物的殺菌效果要略優于巴氏殺菌。可能是因為巴氏殺菌由于溫度較低對某些嗜熱菌的殺滅效果不好，而超聲波主要利用空化效應再加上部分熱效應 能有效殺滅微生物。

根據國家標準[25]，當果蔬汁中菌落總數超過100 CFU/mL時即超過衛生標準，不符合要求，在不同貯藏溫度條件下，將100代替C代入式（5）計算出貨架期預測值見表1、2?？煽闯觯褪蠚⒕统暡⒕髾烟曳阎呢浖芷趯崪y值在各貯藏溫度條件下沒有明顯差異，在低溫條件下可貯藏1 周左右，溫度較高時僅可貯藏5 d左右。通過貨架期實測值對該模型的驗證可看出，在0～20 ℃貯藏溫度條件下超聲波殺菌的準確率達95%，巴氏殺菌在0～15 ℃貯藏溫度條件下準確率也可達到90%，該模型可準確預測超聲波和巴氏殺菌在各溫度條件下的貨架期預測模型。

3　結 論

巴氏殺菌和超聲波殺菌后櫻桃番茄汁的色澤隨著貯藏時間的延長，L*值下降，a*值降低，b*值升高，并且隨著貯藏溫度的升高變化越明顯，超聲波殺菌的櫻桃番茄汁的色澤變化總體比巴氏殺菌處理組變化慢。

超聲波殺菌很好地保持了櫻桃番茄汁加工和貯藏期間的營養成分。以VC含量變化為指標，在0～10 ℃條件下超聲波殺菌比巴氏殺菌的貨架期顯著延長，15 ℃和20 ℃條件下變化不明顯，且VC含量的變化符合一級反應模型，該模型可準確預測超聲波殺菌的櫻桃番茄汁在0～15 ℃貯藏條件下的貨架期及巴氏殺菌在0～10 ℃貯藏條件下的貨架期。以菌落總數為指標，2種殺菌方式的貨架期差異不顯著，菌落總數的變化符合一級反應模型，該模型可準確預測0～20 ℃各貯藏條件下的貨架期。

在確保食品安全的前提下，雖然營養成分仍在可接受范圍內，但為了保證食品安全，應以菌落總數為主要評價標準，鮮榨的櫻桃番茄汁在0～10 ℃條件下貯藏，經超聲波殺菌推薦貨架期為6～9 d，經巴氏殺 菌推薦貨架期為6～8 d。超聲波殺菌技術雖然在果汁中的應用具有一定的參考價值，但由于其殺菌后 的貨架期仍較短，因此還需進一步的研究盡可能地延長其貨架期。

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Quality Change Kinetics of Ultrasonic and Pasteurized Processed Cherry Tomato Juice

QIN Yanhong1,2, GAO Haiyan1,2,*, FANG Xiangjun2, CHEN Hangjun2, ZHOU Yongjun2, LI Yunlong3
(1. College of Food Science and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing210095, China; 2. Food Science Institute, Key Laboratory of Fruits and Vegetables Postharvest and Processing Technology Research of Zhejian g Provin ce, Zhejiang Academy of Agricultural Sciences, Hangzhou310021, China; 3. Zhejiang Bridge Food Limited Company, Shaoxing312532, China)

Abstract:A kinetic investigation of quality variations in fresh cherry tomato juice was conducted after thermal pasteurization (85 ℃ for 15 min) and ultrasonic sterilization (200 W and 40 ℃ for 30 min). For this purpose, changes in color, vitamin C and total plate count were measured at intervals during subsequent storage at 0, 4, 10, 15 or 20 ℃. The results indicated that the color changed obviously with increasing storage time and temperature for both types of processing. Based on the variation of vitamin C, the shelf life of pasteurized cherry tomato juice was 3.8–4 days longer than that of ultrasonic sterilized juice at low storage temperatures (0–10 ℃). There was no obvious difference in shelf life based on total plate count. The shelf life of cherry tomato juice at storage temperatures of 0–20 ℃ could be precisely predicted by the first order reaction kinetic model describing the changes in total plate count. At low storage temperatures (0–10 ℃), 6–9 days were proposed as the shelf life of ultrasonic sterilized cherry tomato juice, while 6–8 days were proposed as the shelf life of thermally pasteurized juice.

Key words:kinetics; cherry tomato juice; pasteurization; ultrasonic sterilization; shelf life

收稿日期：2015-09-08

基金項目：國家國際科技合作項目專項（2013DFA31450）；公益性行業（農業）科研專項（201303073）；浙江省重大科技專項重點農業項目（2013C02026）

作者簡介：秦艷紅（1988—），女，碩士研究生，研究方向為食品包裝保鮮技術。E-mail：qinyanhong1021@126.com

*通信作者：郜海燕（1958—），女，研究員，博士，研究方向為食品物流保鮮與質量控制。E-mail：spsghy@163.com

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201612047

中圖分類號：TS255.36

文獻標志碼：A

文章編號：1002-6630（2016）12-0261-06