微波和巴氏殺菌對NFC蘋果汁品質的影響

李根，趙巖，馬寅斐，和法濤，丁辰，朱風濤，初樂

（中華全國供銷合作總社濟南果品研究院，山東濟南250014）

蘋果是薔薇科（Rosaceae）蘋果屬（Malus）植物的果實。中國多年前就已超越美國、日本成為世界上蘋果栽種規模最大、產量最高的國家，蘋果總產量約占全球總產量的55%。蘋果營養成分豐富，富含糖類、維生素和礦物質等多種營養成分[1]。鮮榨（not-from-concentrate，NFC）蘋果汁最大程度了保留了蘋果中的營養成分[2]。但果汁是熱敏性物質，傳統的加熱時間長溫度高易影響果汁的色澤和營養成分。超高壓殺菌、脈沖電場殺菌、超聲波殺菌、輻照殺菌等非熱殺菌[3-6]可以避免長時間熱效應，從而保護果汁的營養成分、色澤和風味。但也有其缺點，例如殺菌效果不如熱殺菌，難以殺死細菌芽孢，設備成本較高等[7]。

微波殺菌作為近年來新興的一種殺菌技術，越來越多運用食品工業中。其同時存在熱效應和非熱效應[8]，具有加熱時間短、滅菌效果好、節能等特點。微波的熱效應是食品中微生物成分被一定電磁場影響發生分子極化現象，吸收能量升溫致蛋白質變性失活[9]。除了人們公認的微波熱效應外，有研究通過比較微波和傳統加熱對耐熱性強的枯草芽孢桿菌致死曲線，表明微波對微生物的致死溫度比傳統加熱低，同時解釋了微波的非熱效應[10]。微波殺菌和巴氏殺菌對NFC 蘋果汁品質是否具有差異性影響，仍未見相關報道。因此，本研究采用微波和巴氏殺菌對NFC 蘋果汁進行處理，對比兩種殺菌方式對NFC 蘋果汁的影響程度，對微波技術應用于NFC 蘋果汁提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅富士蘋果，4 ℃貯藏，購于煙臺。

Trolox 試劑、福林酚、DPPH、2，4，6-三吡啶基-S-三嗪（2，4，6-tri（2-pyridyl）-s-triazine，TPTZ）：上海麥克林生化科技有限公司；平板計數瓊脂（plate count agar，PCA）：北京奧博星生物技術有限責任公司；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

WZD4S-01 微波真空箱：南京三樂微波技術發展有限公司；pHS-3C 雷磁pH 計：上海儀電科學儀器股份有限公司；UV-1800 型紫外可見分光光度計：上海美譜達儀器有限公司；ZXSR-1160 型生化培養箱：上海智誠分析儀器制造有限公司；YXQ-LS-100A 型蒸汽滅菌器：上海博迅實業有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

新鮮蘋果→挑選→清洗→切塊→破碎打漿→壓榨→均質→脫氣→巴氏和微波殺菌→冷卻→4 ℃貯藏→各指標測定。

1.3.2 試驗設計

將30 mL 樣品（20 ℃，可溶性固形物12°Brix）裝于50 mL 玻璃瓶中，一組放于WZD4S-01 微波真空箱轉盤中央進行微波處理（720 W，120 s），后迅速冰浴冷卻，作為微波組；一組水浴加熱至90 ℃保溫10 s，后迅速冰浴冷卻，作為巴氏殺菌組；一組不作任何處理，作為對照組。所有樣品放于4 ℃冷藏下待測，且均為一次性制備。

1.3.3 菌落總數的測定

參照GB 47892-2010《食品微生物學檢驗菌落總數》測定。

1.3.4 可溶性固形物的測定

參照GB/T 12143-2008《飲料通用分析方法》，將果汁充分混勻，用手持糖度計測定。

1.3.5 pH值的測定

用pHS-3C 雷磁pH 計測定。用pH 4.01 和pH 6.86 的校準液校正后測定。

1.3.6 總酸的測定參照GB/T 12456-2008《食品中總酸的測定》，pH

電位法。折算系數以蘋果酸計。

1.3.7 總糖測定

參照GB/T 5009.7-2016《食品安全國家標準食品中還原糖的測定》，直接滴定法。

1.3.8 色差的測定

采用TC-PⅡG 型全自動測色色差計測定果汁的顏色，獲得L*、a*、b*、△E值[根據國際照明委員會（Commission Internationale de L′Eclairage，CIE）表色系統]，平行測定3 次。L*表示顏色的亮度，100 表示純白色，0 表示純黑色；a*就是表示紅色或綠色的深淺，a*為正值表示顏色偏紅，a*為負值表示顏色偏綠；b*表示黃色或藍色的深淺，b*為正值表示顏色偏橙，b*為負值表示顏色偏藍；△E表示色差，△E越大，與對照組相比顏色變化越大。

1.3.9 VC的測定

參照GB/T5009.86-2016《食品安全國家標準食品中抗壞血酸的測定》，2，6-二氯靛酚滴定法測定。

1.3.10 多酚含量的測定

采用福林酚法測定[11]。吸取1 mL 稀釋50 倍的樣品液，加入5 mL 水，1 mL 福林酚，3 mL 7.5%的碳酸鈉溶液，于10 mL 比色管中混勻，室溫避光顯色2 h。測定765 nm 吸光度。以沒食子酸標準溶液為參比繪制標準曲線，計算總酚含量（以沒食子酸計）。

1.3.11 DPPH 自由基清除率的測定

采用Jiang 等的方法略作修改[12]，取0.1 mL 樣品稀釋液，加入0.04 mg/mL 的DPPH 工作液3.9 mL，充分混勻，37 ℃下避光保存水浴1 h，在波長517 nm 下測吸光度，用無水乙醇參比調零。以不同濃度的Trolox 溶液做標準曲線，果汁的抗氧化能力表示為trolox 等價抗氧化能力（trolox equivalent antioxidant capacity，TEAC）值（mmol/L）。

1.3.12 還原能力測定

采用鐵離子還原能力（ferric reducing ability of plasma，FRAP）方法[13]。取0.1mL 樣品稀釋液，加入3.9mL TPTZ 工作液（0.3 mol/L 醋酸鹽緩沖溶液：10 mmol/L 的TPTZ 溶液：20 mmol/L 的FeCl3溶液=10：1：1，體積比），充分混勻，室溫下放置10 min，在波長593 nm 處測吸光度。以不同濃度的FeSO4還原力做標準曲線，果汁抗氧化能力表示為FRAP 值（mmol FeSO4/L）。

1.3.13 酶活性的測定

1.3.1 3.1 多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）酶活性的測定

PPO 酶活性的測定采用分光光度法[14]，反應底物為0.07 mol/L 的鄰苯二酚溶液（pH 6.5 的磷酸緩沖液溶）。取2 mL 底物，加入1 mL 提取的粗酶液，立即在420 nm 處測定吸光值隨時間的變化曲線，曲線直線部分的斜率即為酶活。

1.3.1 3.2 果膠甲酯酶（pectin methylesterase，PME）酶活性的測定

PME 酶活性的測定采用電位滴定法[15]，反應底物為1%的果膠鹽溶液（pH 7.5 含0.1 mol/L NaCl）。取10 mL 底物溶液在30 ℃水浴下用2 mol/LNaOH 溶液和0.05 mol/LNaOH 迅速調至pH值為7.5，后加入0.05 mL，0.05 mol/L 的NaOH 溶液和2 mL 粗酶液，計算pH值重新回到7.5 的時間t。

PME 酶活（/U/mL）=（C·V0）（/V·1t）

式中：C為NaOH 濃度，mol/L；V0為加入NaOH 體積，mL；V1為粗酶液體積，mL；t為時間，min。

2 結果與分析

2.1 微波殺菌和巴氏殺菌對NFC 蘋果汁殺菌效果的影響

微波殺菌和巴氏殺菌對蘋果汁菌落總數的影響見表1。由表1可知，與對照組相比，巴氏殺菌和微波殺菌對NFC 蘋果汁殺菌效果都顯著（p＜0.05），且殺菌后均符合國家飲料衛生標準的規定（菌落總數≤100 cfu/mL）。微波殺菌除了公認的熱效應外，微波的電磁場使微生物細胞膜電位和周圍的電荷產生改變叫做微波的非熱效應[16]。由于存在雙重效應。微波殺菌后殘菌率為0.08%，基本檢測不到細菌，巴氏殺菌后果汁菌落總數從1.2×104cfu/mL 下降到51 cfu/mL，殘菌率為0.42 %。說明微波殺菌比巴氏殺菌對NFC 蘋果汁的殺菌效果更加顯著（p＜0.05）。

表1 微波殺菌和巴氏殺菌對蘋果汁菌落總數的影響（n=3）Table1 Effect of microwave sterilization or pasteurization on microflora in apple juice（n=3）

2.2 微波殺菌和巴氏殺菌對對NFC 蘋果汁理化性質的影響

微波殺菌和巴氏殺菌對蘋果汁理化性質的影響見表2。

表2 微波殺菌和巴氏殺菌對蘋果汁理化性質的影響（n=3）Table 2 Effect of microwave sterilization or pasteurization on the physico-chemical properties in apple juice（n=3）

由表2可知，與對照組相比，微波殺菌和巴氏殺菌使果汁pH值降低，可溶性固形物降低，總酸含量上升，總糖含量降低，但差異均不顯著（p＞0.05）。因此微波殺菌和巴氏殺菌后NFC 蘋果汁基本理化性質變化不顯著。這與周笑犁等[17]報道的變化趨勢相似：微波殺菌后總酸上升，pH值、總酸、總糖含量降低，而總酸含量與之研究結果相反。微波殺菌、巴氏殺菌處理后，果汁的理化性質變化不顯著，這與我們研究結果一致。

2.3 微波殺菌和巴氏殺菌對對NFC 蘋果汁色澤的影響

微波殺菌和巴氏殺菌對蘋果汁色澤的影響見表3。果汁的色澤通過L*、a*、b*值來表示，如表3所示，經過兩種殺菌方式處理后，L*值均比對照組顯著增加（p＜0.05）。其中微波殺菌組的L*值顯著高于巴氏殺菌（p＜0.05），果汁顏色變亮。這可能是在殺菌過程中伴隨著溫度的升高，蘋果汁中的PPO 酶活性受到抑制，果汁的酶促褐變減輕[17]，同時升溫可使某些物質變化或反應，使果汁亮度增加。巴氏殺菌后果汁的a*值較對照組和微波殺菌顯著降低（p＜0.05），根據Sapers 等[19]人報道，果汁L*值變小、a*值增大表明發生了褐變。說明巴氏殺菌溫度更高，果汁發生了Maillard 反應使果汁非酶褐變增加。兩種殺菌方式與對照組相比果汁的b*值均顯著下降（p<0.05），說明果汁的黃色均有不同程度變淡。通過計算發現，微波殺菌與對照組、巴氏殺菌與對照組的△E值分別為2.64 和3.44，微波殺菌的△E值顯著低于巴氏殺菌的△E值（p<0.05），說明微波殺菌對NFC 蘋果汁色澤影響較小。

表3 微波殺菌和巴氏殺菌對蘋果汁色澤的影響（n=3）Table 3 Effect of microwave sterilization or pasteurization on the color in apple juice（n=3）

2.4 微波殺菌和巴氏殺菌對對NFC 蘋果汁VC、多酚和抗氧化能力能影響

NFC 蘋果汁中含有豐富的功能性營養成分，但在殺菌過程中隨著溫度的升高，一些功能成分易受到損失。因此，在殺菌后能更多保留一些營養成分是需要解決的問題。微波殺菌和巴氏殺菌對蘋果汁VC、多酚和抗氧化能力的影響見表4。

表4 微波殺菌和巴氏殺菌對蘋果汁VC、多酚和抗氧化能力的影響（n=3）Table 4 Effect of microwave sterilization or pasteurization on the VC、polyphenols、antioxidant capacity in apple juice（n=3）

由表4可知，微波殺菌和巴氏殺菌與對照組相比多酚含量顯著提升了214.34 mg/L 和65.91 mg/L，而微波殺菌多酚含量還顯著高于巴氏殺菌（p<0.05）。可能是溫度升高有利于小分子量的酚類溶出，而由于微波破壞了酚酸糖苷鍵和酯鍵等，使酚酸從結合態轉換為游離態[20]，使多酚含量顯著升高。除此之外，微波殺菌后多酚氧化酶殘存活性低于巴氏殺菌，保留了更多的酚類物質。

殺菌處理后果汁的抗氧化能力有一定的變化。由表4可知，經過殺菌后果汁的抗氧化能力顯著增強，其中微波殺菌后果汁DPPH 自由基和鐵還原能力都顯著高于巴氏殺菌（p<0.05），表明微波殺菌后果汁有更好的抗氧化能力。

VC是保持人體健康的重要物質，但在加工過程中受熱、光照等易分解。由表4可知，經過微波殺菌和巴氏殺菌后VC含量都顯著降低（p<0.05），巴氏殺菌NFC蘋果汁中VC含量顯著下降到52.32 mg/100 g，保留率為64.88 %，微波殺菌NFC 蘋果汁VC含量下降到73.53 mg/100 g，保留率為91.18%。說明相比于巴氏殺菌，微波殺菌能更好的保留果汁中的VC。

2.5 相關性分析

微波殺菌和巴氏殺菌處理后主要抗氧化物質與抗氧化活性的相關性分析見表5。

表5 不同處理方式主要抗氧化物質與抗氧化活性的相關性分析Table 5 Correlation analysis between the main antioxidant parameters and antioxidant capacity by different methods

由表5所示，通過對不同處理方式后果汁中主要抗氧化物質和抗氧化能力進行相關性分析，探究NFC蘋果汁中主要抗氧化物質和抗氧化能力之間的關系。多酚含量與DPPH 溶液體系呈現極顯著相關（R2=0.981，p<0.01），與FRAP 體系呈現顯著相關（R2=0.760，p<0.05）。由此說明，果汁的多酚含量與抗氧化能力均呈現顯著正相關，對抗氧化能力作用最大，這與Maisuthisakul 等[21]的研究結果一致，他們發現酚類物質與抗氧化活性直接相關。而抗壞血酸對抗氧化能力影響不顯著。DPPH 溶液體系和FRAP 體系的抗氧化呈極顯著相關（R2=0.846，p<0.01），表明兩種方法可用于分析NFC 蘋果汁的抗氧化能力。

2.6 微波殺菌和巴氏殺菌對NFC 蘋果汁PPO 和PME的影響

微波殺菌和巴氏殺菌對蘋果汁PPO 和PME 的影響見表6。

表6 微波殺菌和巴氏殺菌對NFC 蘋果汁PPO 和PME 酶活性的影響Table 6 Effect of microwave sterilization or pasteurization on the enzymatic activity of PPO and PME in apple juice

NFC 蘋果汁中含有PPO 和PME 兩種內源酶，會對果汁的色澤和渾濁穩定性產生影響[22，23]。如表6所示，經過殺菌之后果汁中的PPO 和PME 酶活性都顯著降低，巴氏殺菌后果汁中PPO 和PME 殘存酶活為5.1%和11.53%，微波殺菌后果汁中PPO 和PME 殘存酶活為1.3%和8.3%，表明微波殺菌比巴氏殺菌有更好的鈍酶作用。與Marszalek 等[24]和Tajchakavit 等[25]研究結果一致，前者發現微波殺菌后PPO 和POD 的活性降低了98%和100%。后者發現微波殺菌的橙汁中果膠甲酯酶的失活比傳統加熱更為明顯。因此，為保證NFC 蘋果汁質量，在加工過程中應先進行滅酶工藝再進行后續的工藝來保證果汁的質量。

3 結論

巴氏殺菌和微波殺菌后果汁中的微生物數量都符合國家衛生標準，同時由于微波的雙重效應，對果汁的殺菌更為徹底；與對照組相比，兩種殺菌方式對果汁的pH值、可溶性固形物、總糖、總酸影響不顯著；通過對比處理前后果汁L*、a*、b*值的差異，兩種殺菌方式都通過抑制酶活性使果汁顏色變亮，微波殺菌的△E更低，說明微波殺菌能更好的保持果汁原有的顏色；兩種殺菌方式都使果汁多酚含量顯著提高、DPPH 自由基清除能力和鐵還原能力顯著增強、VC含量顯著降低，但微波殺菌較巴氏殺菌更好的保留了VC，同時顯著提升了多酚含量和抗氧化能力，相關性分析表明了體系的抗氧化能力和多酚含量呈現顯著正相關；通過殺菌處理可鈍化果汁中的內源酶PPO 和PME，微波殺菌較巴氏殺菌能更好的起到鈍酶的效果。

綜上可知，微波殺菌對NFC 蘋果汁不僅能起到顯著的殺菌鈍酶效果，還能更好的保持果汁原有的色澤和營養成分。因此，后續可以對微波殺菌后果汁貯藏期內穩定性的情況進行深入研究。