超高壓、超聲波及協同處理對紅棗濁汁的影響

許牡丹，樊凡，徐穎，賀佳璇

陜西科技大學食品與生物工程學院（西安 710021）

紅棗是鼠李科的落葉小喬木或灌木植物，也是我國特色果品，在中國多個地方都有種植[1]。其不但含有豐富的營養成分，而且還含有豐富的藥用物質。鮮棗果實肉脆味美，酸甜可口，深受人們喜愛。其營養成分豐富而全面，富含多種糖、有機酸、脂肪、蛋白質等，其中氨基酸種類齊全，包括人體不能合成的多種必需氨基酸，以及兒童體內不能合成的組氨酸和精氨酸。在紅棗的采摘、貯藏和加工過程中，受損的紅棗不能加工成完整的棗產品，導致紅棗資源的浪費，但是它們可以加工成棗汁、復合濁汁等，可豐富棗加工品種的種類[2]。生物功能性成分的研究和開發已成為研究的熱點。近年來，隨著棗種植面積的增加，栽培生態的變化和氣候環境的巨大變化，棗類產業存在重大的裂果病蟲害等問題，使得大棗病害隨之逐年加重，殘次裂果棗數逐年增多，如何利用好殘次果，對紅棗特別是殘次棗進行加工利用，開發紅棗新產品，是我們的首要任務。食品冷殺菌技術包括超高壓滅菌、輻射滅菌、超聲波滅菌等[3]，冷殺菌技術在確保食品安全的條件下，可最大限度保留食品的色、香及營養成分。課題研究的紅棗濁汁，以獼猴桃漿為天然配料，以微生物、酶活性、VC等為指標，衡量超高壓及在超高壓的基礎上，結合協同殺菌方式對紅棗濁汁品質的影響效果。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

冬棗（西安雨潤農副產品采購中心，無損傷腐爛，成熟度一致）。

營養瓊脂培養基（北京路橋技術有限責任公司）；馬鈴薯瓊脂培養基（北京奧博星生物技術有限責任公司）；聚乙烯吡咯烷酮（PVPP）、鄰苯二酚、愈創木酚、過氧化氫、2, 6-二氯靛酚、福林酚試劑、沒食子酸、草酸、氫氧化鈉（國產分析純）；酚酞指示劑（北京惠寶聯化科技有限公司，化學純）。

1.1.2 主要儀器與設備

HPP.L 3-600/3型超高壓設備（天津華泰淼生物公司）；JP-080超聲波設備（潔盟清洗設備公司）；HPG-280 BX型恒溫培養箱（哈爾濱市東聯電子技術開發有限公司）；SW-CJ-1 D型單人凈化工作臺（蘇州凈化設備公司）；XFS-280 A型手提式壓力蒸汽滅菌鍋（浙江新豐器械公司）。

1.2 方法

1.2.1 樣品的處理

每個聚乙烯袋中裝入100 mL紅棗濁汁做不同處理。

1) 將壓力設定為不同的處理條件：設定100，200，300和400 MPa的壓力條件保壓10 min，溫度30℃，每個樣品經高壓處理后當天進行相關檢測。

2) 常溫下頻率40 kHz，功率90%，將紅棗濁汁超聲20 min，超高壓壓力300 MPa、介質溫度30 ℃、保壓時間20 min做殺菌處理。

3) 常溫下頻率40 kHz，功率90%，將紅棗濁汁超聲20 min，溫度30 ℃做殺菌處理。

1.2.2 不同處理后紅棗濁汁營養品質的分析

1.2.2.1 酶活性測定[4]

a）粗酶液的提取

多酚氧化酶（PPO）和過氧化物酶（POD）的提取。取5 g濁汁與5 mL的含4%聚乙烯吡咯烷酮（PVPP）的磷酸緩沖液（0.2 mol/L，pH 6.5），均勻混合，混合液于4 ℃冰箱靜置1 h，在4 ℃、以1 000 r/min離心10 min，過濾，上清液即為提取的粗酶液。

b）酶活性測定：采用分光光度法測定。

PPO底物配制：使用0.2 mol/L、pH 6.5的磷酸緩沖液配制成濃度0.05 mol/L的鄰苯二酚溶液。

POD底物配制：使用0.2 mol/L、pH 6.5的磷酸緩沖液配制成的體積分數1%愈創木酚溶液和0.15%的H2O2溶液。

PPO測定：取2.5 mL鄰苯二酚溶液于試管中，于30 ℃保溫10 min，加0.5 mL PPO粗酶液，迅速在420 nm處測定吸光度隨時間的變化，繪制曲線圖。曲線初始直線部分斜率代表酶活性，每隔30 s記錄1次數據，共計6次，以30 s吸光度變化0.001所需酶量為1個酶活力單位。

POD測定：取2.5 mL愈創木酚溶液和0.5 mL H2O2加入試管中，于30 ℃保溫10 min，加入0.2 mL POD粗酶液，迅速在470 nm處測定吸光度隨時間的變化。曲線初始的直線部分斜率代表酶活性，每隔30 s記錄1次數據，共計6次，以30 s吸光度變化0.001所需酶量為1個酶活力單位。按式（1）計算酶活殘存率。

1.2.2.2 VC含量測定

按照2, 6-二氯靛酚法[5]測定。

1.2.2.3 總酚含量測定

按照Folin-Ciocalteu法[6]測定。

1.2.2.4 還原糖的測定

按照GB/T 5009.7—2016測定。

1.2.2.5 總酸的測定

按照GB/T 12456—2008測定。

1.2.2.6 pH測定

在20 ℃下，用酸度計直接測定濁汁pH。

1.2.2.7 懸浮穩定性的測定

取10 mL復合汁，以4 000 r/min離心20 min，在660 nm處測吸光度。以未處理作空白對照，結果以吸光度表示。吸光度越大表示復合濁汁懸浮的穩定性越高。

1.2.2.8 褐變度的測定

取10 mL復合汁，按體積比1∶1加入無水乙醇，混勻，以4 000 r/min離心30 min，取上清液，在420 nm處測定吸光度。以無水乙醇作空白對照，結果以吸光度表示。

1.2.3 超高壓處理后棗汁微生物分析

1) 菌落總數的測定：按照GB 4789.2—2016檢測。

2) 霉菌與酵母菌數的測定：按照GB 4789.15—2016檢測。

2 結果與分析

2.1 酶活與滅菌方式的關系

紅棗濁汁中存在PPO酶和POD酶，PPO酶參與一系列由酶促活動而引發的化學變化，POD酶是活性較高的一種酶，植物生命體各種氧化都與其相關。由圖1可知，POD酶活高于PPO酶活，UHP-UW協同處理PPO和POD酶活高于UHP和UW單獨處理，而且在UHP處理中300 MPa時PPO和POD酶活高于其他壓力。經研究[7]，POD酶屬于耐壓酶，可能是壓力導致部分未破碎細胞的細胞膜損壞或改變其通透性，導致細胞內部的POD酶釋放，使POD酶活殘留率升高，也可能是壓力破壞了部分酶與底物的間隔，加速酶促反應，導致出現POD酶被激活的現象。與POD酶不同，隨著壓力的升高，PPO酶活殘存率均有所下降。

2.2 VC濃度與滅菌方式的關系

維生素類物質具有天然抗氧化性，能清除游離的自由基，具有促進新陳代謝、延緩機體衰老等作用。VC易受光照、溫度、pH等外界因素的影響，化學性質不穩定。

由圖2滅菌方式與VC的關系可知，在100 MPa時VC的保存率最大，為101.8%；之后隨著壓力的不斷增大，VC保存率隨之降低，尤其是協同處理滅菌時VC的保存率達到最低。超高壓滅菌理論上不會破壞共價鍵，從而影響小分子物質，所以VC保存率降低可能是UHP促進了氧分子與VC的接觸，加速了氧化反應[8]。

2.3 總酚濃度與滅菌方式的關系

總酚有強抗氧化活性，主要由酚酸及類黃酮類化合物組成，對濁汁的色澤及口感有重要的作用，不同滅菌方式對紅棗濁汁總酚濃度的影響如圖3所示。隨著壓力的增大，總酚濃度呈先降低再升高的趨勢，在300 MPa時總酚濃度有所增加，超高壓壓力越高，鈍酶效果越好，酚類物質能更好地被保留，而且UHP破壞細胞，使細胞的酚類物質溶解出來，導致總酚含量的增加[9]。協同滅菌處理總酚濃度也有所增加，UW單獨處理次之。

圖2 滅菌方式與VC的關系

圖3 滅菌方式與總酚的關系

2.4 懸浮穩定性及褐變度與滅菌方式的關系

果蔬汁的懸浮穩定性代表了果汁存在結構穩定性，穩定性越高越不容易沉淀，果汁的品質越好，測定采用吸光光度法，吸光度越大，表示復合汁懸浮的穩定性越高，不同殺菌方式處理的濁汁懸浮穩定性如圖4所示。當壓力達到400 MPa時，穩定性急劇降低，協同處理殺菌穩定性達到最高，超聲波與超高壓單獨處理次之。

圖4 不同滅菌方式懸浮穩定性的變化趨勢

褐變是食品中普遍存在的一種變色現象，新鮮的果蔬原料在進行加工時，由于多酚物質被氧化為醌類，產生褐色，使食品原來的顏色變暗。在果汁的加工過程中，特別是水果蔬菜的加工過程，褐變是有害的，它不僅影響食品風味，而且降低其營養價值，不同殺菌方式處理的濁汁褐變度的變化如圖5所示。隨著壓力的增大褐變度有所增加，當達到300 MPa時，褐變度有所下降，可見超高壓能有效抑制濁汁的褐變，其中超高壓協同超聲波處理效果最佳。

圖5 不同滅菌方式褐變度的變化趨勢

2.5 菌落總數與滅菌方式的關系

在超高壓的作用下，微生物細胞膜細胞壁被破壞，微生物的形態結構等發生變化，導致微生物失活，從而達到滅菌的目的。如圖6所示，隨著壓力的升高，菌落總數呈下降趨勢，說明壓力越高對微生物的破壞程度越高。UHP-UW處理的菌落總數為2.98 lg CFU/mL，與UHP相比滅菌效果更明顯。

圖6 滅菌方式與菌落總數的關系

2.6 霉菌與酵母菌數與滅菌方式的關系

圖7 滅菌方式與霉菌酵母菌數的關系

如圖7所示，隨著壓力的升高，霉菌酵母菌數也隨之降低，400 MPa時達到最低，其次分別為UHP-UW的300 MPa、UW的200 MPa、100 MPa，說明協同處理可有效提高滅菌效率。霉菌和酵母菌的耐壓性較差，超高壓對其殺滅效果更顯著。

2.7 不同滅菌方式對紅棗濁汁理化性質的影響

不同處理條件下的紅棗濁汁理化性質結構如表1所示。與對照組相比，6種處理條件下總酸無明顯差異，UHP、UHP-UW、UW還原糖含量及pH少量降低。結果表明，加壓滅菌對紅棗濁汁中的理化性質影響甚微，UHP-UW協同處理綜合效果最佳。

表1 不同滅菌方式對紅棗濁汁理化性質的影響

3 結論

超高壓能很好地保持紅棗濁汁中營養成分及品質特性。試驗結果表明，不同滅菌處理方式下所得的濁汁的理化性質無顯著性影響，超高壓與超聲波協同處理條件下，鈍化酶活作用顯著，超高壓滅菌效果隨著壓力的升高而有所增加。UHP與UHP-UW相比較，協同處理滅菌效果的明顯改善，使其不僅達到國家衛生標準，而且能較好地保持濁汁原有的特性，使得超高壓協同處理滅菌成為將來研究趨勢。