超高壓處理對南瓜復合汁殺菌效果與品質的影響

康歡，馬濤，戶昕娜，廖小軍，胡小松，宋弋*

北京食品營養與人類健康高精尖創新中心，國家果蔬加工工程技術研究中心，農業部果蔬加工重點開放實驗室，中國農業大學食品科學與營養工程學院（北京 100083）

近年來，與飲食有關的健康問題持續凸顯，越來越多的消費者在追求食品感官刺激的同時，更關注食品的功能特性。大量研究已證實，水果和蔬菜在預防心血管疾病、Ⅱ型糖尿病和一些癌癥方面發揮著重要作用[1]。但果蔬原料具有很強的季節性，不易貯存，而將果蔬原料加工為果蔬汁，以轉換為產品的方法解決果蔬貯藏問題，同時提高產品的附加值，則是一種重要的加工方式[2]。

長期以來，熱處理一直是殺滅微生物和延長食品保質期的首選技術[3]。然而，水果和蔬菜類產品經過熱處理之后，會發生營養物質降解、色澤劣變、風味損失等問題，極大地影響了產品的感官品質與營養價值[4]。研究顯示，經熱處理的蘆筍，其特征性的綠色發生明顯的不良變化且抗壞血酸和類黃酮等生物活性化合物含量顯著降低[5]；熱處理對番茄汁的天然風味也會產生不利影響。由此可見，傳統的熱處理方法在果蔬產品的品質保持方面具有較大的局限性。

超高壓技術（Ultra high pressure，UHP）作為一種非熱加工技術，是近年的研究熱點。它是指將食品密封在容器內，以水或油作為傳壓介質，在常溫或稍高于常溫（25～60 ℃）的條件下進行100～1 000 MPa的加壓處理，壓力維持一定時間后有效殺滅微生物、鈍化內源酶，從而延長食品貨架期的一種物理加工方法[6]。UHP技術只作用于維持生物大分子結構的氫鍵、范德華力等非共價鍵，對共價鍵無明顯影響，因此可以在殺菌的基礎上最大程度的保持食品原有的色澤、風味、質構等品質[7]。研究顯示，番木瓜汁經過超高壓處理后，其色澤、總酚、抗氧化能力和感官特性能更好地被保留[8]；生姜汁經過超高壓處理后，其總酚、姜酚和抗氧化能力與對照組相比顯著增加[9]；超高壓處理的桑葚汁[10]與對照組相比，能更好地保留總花青素和總酚的含量，并且具有更好的抗氧化能力、色澤和流變特性。

因此，試驗以我國大面積種植的作物南瓜為原料，研究超高壓技術對南瓜復合汁中微生物的殺滅效果以及產品品質的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

試驗用南瓜（品種為海南長腿瓜，Cucurbitapepo）、紅富士蘋果、百香果，市售。要求新鮮、無損失、無腐爛。

氫氧化鈉，北京易秀博古生物科技有限公司；3, 5-二硝基水楊酸、乙酸鋅、亞鐵氰化鉀、鹽酸，北京金銳林科技發展有限公司。所有化學試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

HHP-650超高壓處理設備（7 L），包頭科發高壓科技有限責任公司；BT 124 S電子分析天平，賽多利斯科學儀器有限公司；JYDZ-31 B九陽打漿機，九陽股份有限公司；868型pH計，美國奧立龍公司；WAY-2 S型阿貝折射儀，上海精密科學儀器有限公司；842型自動電位滴定儀，瑞士萬通公司；UV-762型紫外分光光度計，上海精密科學儀器有限公司；Color Quest色差儀，美國Hunterlab公司；HH.S1-Ni電熱恒溫水浴鍋，北京長安科學儀器廠；2000 D型超純水器，北京長風儀器儀表公司；CR 21 GⅢ型低溫高速離心機，日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 超高壓南瓜復合汁的制備

挑選成熟新鮮的南瓜，洗凈去皮并去除南瓜瓤，將南瓜切成5 mm左右厚度的薄片；將南瓜片在沸水中熱燙2 min，冷卻后瀝干水分，南瓜和水以1∶2（g/mL）打漿制得南瓜汁；挑選新鮮的紅富士蘋果，洗凈后分切榨汁，加入抗壞血酸（500 mg/L）護色；挑選新鮮成熟的百香果，洗凈后取果肉榨汁，并用紗布過濾。按照南瓜汁、蘋果汁和百香果汁體積比65.8∶32.9∶1.3的比例混合得到復合南瓜汁產品。將復合南瓜汁經膠體磨處理5 min，再在40 MPa的條件下高壓均質處理5 min。南瓜復合汁均質后立即灌裝到容量60 mL的無菌PET瓶中，封口后進行超高壓處理。

①南瓜→挑選清洗→去皮去瓤→切片→熱燙→打漿→南瓜汁

②百香果→挑選清洗→去皮→榨汁→過濾→百香果汁

③蘋果→挑選清洗→打漿→蘋果汁

①+②+③→膠體磨→高壓均質→灌裝→超高壓→冷藏

1.3.2 超高壓處理

將密封的瓶裝南瓜復合汁放入超高壓容器中，壓力分別設置為400，450，500，550和600 MPa；保壓時間分別設置為5，10和15 min，對超高壓處理前后的產品進行測定。

1.3.3 理化指標的測定方法

1.3.3.1 pH的測定

在25 ℃條件下采用pH計測定pH，測定前采用pH為4.01，6.86和9.18的標準緩沖液進行校正。

1.3.3.2 可溶性固形物的測定

采用數字阿貝折光儀測定。測量用一次性塑料滴管取樣品，滴2滴樣品于棱鏡上進行測量（25 ℃）。每次測量后都用蒸餾水清洗。

1.3.3.3 可滴定酸含量的測定

采用電位滴定法測定，取50 mL南瓜復合汁用0.1 mol/L的氫氧化鈉標準溶液滴定至終點pH 8.1，按式（1）計算可滴定酸含量：

式中：C為氫氧化鈉溶液濃度（0.1 mol/L）；W為樣品質量（g）；V2為滴定消耗氫氧化鈉溶液體積（mL）；V1為滴定樣品體積（mL）；V0為南瓜復合汁總體積（mL）；K為蘋果酸折算系數，0.067。

1.3.3.4 色澤的測定

采用全自動色差儀測定L*、a*、b*值，并計算總色差值。總色差按式（2）計算。

式中：L*表示亮度指數，L*=0表示黑色，L*=100表示白色；a*表示紅綠色，+a方向顏色接近紅色，-a方向接近綠色；b*表示黃藍色，+b方向顏色接近黃色，-b方向顏色接近藍色；L*0，a*0，b*0表示未處理樣品的最初測定值。

1.3.3.5 抗氧化能力的測定

分別采用DPPH和FRAP兩種方法測定南瓜復合汁的抗氧化能力。

1.3.3.6 懸浮穩定性的測定

南瓜復合汁離心后的懸濁度改變程度可用來反映南瓜復合汁的懸浮穩定性，采用比色法測定南瓜復合汁的懸浮穩定性。

1.3.3.7 粒徑的測定

用Zetasizer測定南瓜復合汁的粒徑，測定溫度為25 ℃，記錄粒徑的大小。

1.3.4 營養成分的測定方法

1.3.4.1 還原糖含量的測定

采用GB/T 6194—1986《水果、蔬菜可溶性糖測定法測定》。

1.3.4.2 總酚含量的測定

采用福林-酚比色法進行測定。

1.4 微生物數量的測定方法

按照GB 4789.2—2016食品安全國家標準《食品微生物學檢驗菌落總數測定》對樣品進行菌落總數的檢測；按照GB 4789.3—2016食品安全國家標準《食品微生物學檢驗大腸菌群測定》對大腸菌群進行檢測；按照GB 4789.15—2016食品安全國家標準《食品微生物學檢驗霉菌和酵母菌計數》對酵母菌和霉菌進行檢測。

2 結果與分析

2.1 超高壓處理對南瓜復合汁品質的影響

表1顯示的是不同條件的超高壓處理對南瓜復合汁的pH、可溶性固形物含量、可滴定酸含量和還原糖含量的影響。

表1 超高壓處理對南瓜復合汁品質的影響

2.1.1 超高壓處理對南瓜復合汁pH的影響

超高壓處理后南瓜復合汁的pH在3.75～3.80之間，未處理南瓜復合汁的pH是3.81，超高壓處理和未處理南瓜復合汁的pH不存在顯著性差異（p＞0.05）。高壓可以增強食物中水和弱酸的離子解離常數，這會導致食物基質中游離氫離子的數量增加，因此超高壓處理的南瓜復合汁的pH值略微降低。謝慧明等[11]對獼猴桃汁進行200～500 MPa的超高壓處理后得出一致的結論。

2.1.2 超高壓處理對南瓜復合汁可溶性固形物含量的影響

未處理南瓜復合汁的可溶性固形物含量是8.40°Brix，超高壓處理南瓜復合汁的可溶性固形物含量顯著高于未處理組的可溶性固形物含量（p＜0.05）。尹琳琳等[12]認為由于過高的壓力破壞植物組織，使內溶物溢出，所以超高壓處理后的南瓜復合汁的可溶性固形物含量升高。不同超高壓壓力和時間處理的南瓜復合汁的可溶性固形物含量不存在顯著性差異（p＞0.05），這與王寅等[13]對藍莓汁進行200～500 MPa的超高壓處理后的結果一致。

2.1.3 超高壓處理對南瓜復合汁可滴定酸含量的影響

未處理南瓜復合汁的可滴定酸含量為0.287%，與超高壓處理的可滴定酸含量存在顯著性差異（p＜0.05），超高壓處理南瓜復合汁的可滴定酸含量明顯高于未處理樣品。有研究認為超高壓處理影響溶液中的電離狀態，導致氫離子的電離狀態增強[14]。不同超高壓壓力和時間處理對南瓜復合汁的可滴定酸含量沒有明顯的影響（p＞0.05），其含量在0.399%～0.406%之間。

2.1.4 超高壓處理對南瓜復合汁還原糖含量的影響

還原糖是南瓜復合汁的主要成分之一，對其甜味有作用，因此還原糖含量是衡量南瓜復合汁品質的一個重要指標。未處理南瓜復合汁的還原糖含量為48.2～54.0 mg/g AW，超高壓處理南瓜復合汁的還原糖含量與未處理組相比不存在顯著性差異（p＞0.05）。郭曉暉等[15]對草莓果漿進行200～500 MPa的超高壓處理后也得出類似的結論；黃麗等[16]證明在100～500 MPa的壓力范圍內，荔枝汁還原糖含量變化趨勢不明顯（p＞0.05），Zhang等[17]對胡蘿卜汁進行550 MPa、6 min的超高壓處理發現，胡蘿卜汁的果糖、葡萄糖和蔗糖與未處理相比也不存在顯著性差異（p＞0.05）。

2.1.5 超高壓處理對南瓜復合汁色澤的影響

與未處理南瓜復合汁的L*、a*、b*值作比較，超高壓處理的L*、a*、b*值沒有明顯變化（p＞0.05），未處理南瓜復合汁和超高壓處理的亮度值、紅度值和黃度值相近；但Wang等[18]發現超高壓處理紫甘薯花蜜與未處理作比較，b*值明顯升高（p＜0.05），這是因為超高壓處理會促進細胞破裂進而提高色素的可提取性[19]。

ΔE表示總色差，0.5＜ΔE＜2表示顏色差異較小且肉眼不可見，2＜ΔE＜3表示顏色稍有可察覺差異[20]。與未處理樣品作比較，處理壓力大的南瓜復合汁的色差比處理壓力小的色差稍明顯，較高壓力對南瓜復合汁的顏色可能有破壞作用。

表2 超高壓處理對南瓜復合汁色澤的影響

2.1.6 超高壓處理對南瓜復合汁抗氧化能力的影響

采用DPPH測定未處理南瓜復合汁的抗氧化能力，為0.336 mg Trolox/g，超高壓處理的抗氧化能力在0.384～0.447 mg Trolox/g之間，未處理南瓜復合汁與超高壓處理的抗氧化能力存在顯著性差異（p＜0.05），超高壓處理南瓜復合汁的抗氧化能力與未處理相比增加了12.5%～33.0%，不同超高壓壓力處理的南瓜復合汁的抗氧化能力差異不顯著（p＞0.05）。Vega-Gálvez等[21]對醋栗果肉進行300～500 MPa的超高壓處理后用DPPH測定抗氧化能力發現，超高壓處理的醋栗果肉的抗氧化能力與未處理樣品相比明顯升高（p＜0.05）。Patras等[22]測定超高壓處理藍莓黑莓果泥的抗氧化能力得到了一致的結論。

采用FRAP測定未處理南瓜復合汁的抗氧化能力，為0.220 mg Trolox/g，超高壓處理南瓜復合汁的抗氧化能力在0.282～0.319 mg Trolox/g之間，與未處理組相比存在顯著性差異（p＜0.05），超高壓處理南瓜復合汁的抗氧化能力比未處理增加了21.2%～45.0%。Inada等[23]對嘉寶果果汁進行超高壓處理后，用FRAP測定其抗氧化能力發現比未處理樣品增加了46%。不同超高壓壓力處理的南瓜復合汁的抗氧化能力差異不顯著（p＞0.05）。超高壓處理使南瓜復合汁抗氧化能力增加的原因可能是高靜水壓力誘導使組織基質發生改變，具有抗氧化作用的化合物釋放到細胞外環境中，這種變化提高了抗氧化組分的可提取性[24]。

圖1 超高壓處理對南瓜復合汁抗氧化能力的影響

2.1.7 超高壓處理對南瓜復合汁總酚含量的影響

酚類化合物是主要存在于水果和蔬菜中的生物活性物質，具有預防高血壓、抗動脈硬化、抗血栓等功能[25]。未處理南瓜復合汁的總酚含量為2.049 mg GAE/g AW，超高壓處理南瓜復合汁的總酚含量在3.410～3.875 mg GAE/g AW之間，比未處理樣品增加相比顯著升高，增加了39.9%～47.2%。Subasi等[26]發現350～550 MPa超高壓處理的石榴汁與未處理石榴汁相比，酚類含量顯著升高（p＜0.05），增加了3.38%～11.99%。這是由于高壓下酚類化合物的可萃取性和溶解性增強，瞬時加壓引起植物細胞破壞，使這些化合物更容易被提取[27]。

圖2 超高壓處理對南瓜復合汁總酚含量的影響

2.1.8 超高壓處理對南瓜復合汁懸浮穩定性的影響

懸浮穩定性是影響消費者對果汁類產品接受度的主要因素，消費者不希望果汁出現分層或乳化的狀態，即希望果汁有穩定的渾濁度。由圖3可以看出，未處理南瓜復合汁和超高壓處理的南瓜復合汁的懸浮穩定性不存在顯著性差異（p＞0.05），超高壓處理后，南瓜復合汁的濁度維持在比較穩定的狀態。

圖3 超高壓處理對南瓜復合汁懸浮穩定性的影響

2.1.9 超高壓處理對南瓜復合汁粒徑的影響

由圖4可知，未處理南瓜復合汁的粒徑為938 nm，超高壓處理南瓜復合汁的粒徑大小在1 063～1 168 nm之間，未處理南瓜復合汁的粒徑與超高壓處理存在顯著性差異（p＜0.05）。這一結果是超高壓力下果膠、蛋白質發生凝結，體系中的淀粉糊化度增加造成的[28]。

2.2 超高壓處理對南瓜復合汁殺菌效果的影響

表3的微生物測定結果顯示，未處理樣品中菌落總數為5.898 log CFU/mL，大腸菌群數量為5.293 log CFU/mL，酵母菌數量為3.398 log CFU/mL，霉菌數量為4.924 log CFU/mL。所有超高壓處理的南瓜復合汁均未檢測到菌落總數、大腸菌群、酵母菌和霉菌。超高壓引起微生物滅活的機制可能是空間壓力、速度梯度、湍流和空化使細胞發生機械損傷，從而起到殺菌的作用[29]。有研究[30]對超高壓草莓汁中的微生物檢測發現，草莓汁中的大腸菌群在壓力350 MPa、保壓時間3 min即可全部殺滅；霉菌和酵母菌在壓力為350 MPa、保壓時間10 min可全部殺滅；壓力500 MPa、保壓時間15 min處理使菌落總數降至30 CFU/mL，達到國家食品衛生標準，研究結果一致，可見超高壓處理具有良好的殺菌效果。

圖4 超高壓處理對南瓜復合汁粒徑大小的影響

表3 超高壓處理對南瓜復合汁微生物含量的影響 log CFU·mL-1

3 結論

試驗研究了400～600 MPa、5～15 min的超高壓處理對南瓜復合汁的品質和殺菌效果的影響，主要得出以下結論：

1) 超高壓處理對南瓜復合汁的pH、還原糖含量、懸浮穩定性的影響很小，與未處理組相比不存在顯著性差異（p＞0.05），超高壓處理技術可以減少有效南瓜復合汁中的營養成分損失。

2) 超高壓處理南瓜復合汁的可溶性固形物含量、可滴定酸含量、抗氧化能力、總酚含量、粒徑大小明顯比未處理南瓜復合汁高（p＜0.05），南瓜復合汁的顏色與未處理相比沒有明顯色差，超高壓處理可有效保持南瓜復合汁的品質。

3) 超高壓處理對南瓜復合汁中的微生物有明顯的殺滅作用（p＜0.05），400 MPa、5 min的處理條件即可達到商業無菌的狀態，可見超高壓技術具有良好的殺菌效果。