微波杀菌对枇杷果汁品质的影响
通讯作者：邵兴锋,男,教授,主要从事食品贮藏与保鲜研究。E-mail:shaoxingfeng@nbu.edu.cn
作者简介:王近近,女,主要从事农产品贮藏与加工研究。E-mail:jinjinwangtkzc@163.com
收稿日期:2015-09-01接受日期:2015-11-25网络出版日期:2016-07-10
基金:
浙江省自然科学基金项目(LR15C20002),宁波市农业和社会发展攻关项目(2014C50084)枇杷(Eriobotrya japonica Lindl.)别名卢橘, 为蔷薇科枇杷属植物, 是我国南方特色水果。枇杷果实味道鲜美, 营养丰富, 市场价值极高, 不仅是养生佳品, 而且被誉为“ 果中之皇” , 深受消费者喜爱[1]。按果肉颜色, 枇杷可分为白肉枇杷和红肉枇杷[2], 宁海白枇杷为白肉枇杷中的新品种, 其果实成熟于初夏高温多雨时节, 采后贮藏运输时果实极易腐烂变质。此外, 成熟的果实中也有较多的残次果, 因此开展枇杷的深加工很有必要。发展枇杷加工业, 既可以延长保藏期限、满足消费者对枇杷产品的常年需求, 又可以提高枇杷种植产业的附加值[3]。枇杷果汁是枇杷加工品中重要的一种, 但白枇杷果汁加工过程中既要控制褐变, 更要控制微生物的生长繁殖, 减少腐败及品质劣变, 因此杀菌技术在枇杷果汁加工过程中极其重要。
目前, 果汁的杀菌方式主要是加热杀菌— — 传统巴氏杀菌和高温短时杀菌[4]。然而, 温度过低, 杀菌效果不理想, 贮藏期短; 而高温加热杀菌虽然能达到较好的杀菌效果, 但同时会使果汁营养损失过大[5]。因此, 探索能够最大限度杀死果汁中的微生物, 同时对果汁的品质、营养物质及功能特性影响最小的杀菌技术至关重要。目前较理想的杀菌方式有微波杀菌[6]、脉冲电场杀菌[7]、超声杀菌[8, 9]、紫外杀菌[10]、辐照杀菌[11]等。微波杀菌技术在苹果汁[12]、柚子果汁[13]、蓝莓果汁[14]等果汁杀菌中的研究及应用表明其不仅能有效消除果汁中的微生物而且对果汁营养成分及风味物质影响较小或不明显。而目前枇杷果汁的研究多集中于加工工艺流程[15], 鲜见对其杀菌方式进行系统分析评价的报道。本试验采用微波杀菌对枇杷果汁进行杀菌, 并与传统巴氏杀菌作对比, 研究果汁贮藏期间品质及抗氧化性的变化, 以期为微波杀菌技术在枇杷果汁贮藏保鲜中的进一步研究提供科学指导。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
宁海白枇杷, 商业成熟时, 采自浙江省宁海县, 挑选无损伤、无害虫的果实用于试验。
YQ5G-03型微波杀菌机, 南京永青食品高新技术发展有限公司; HR2003型匀浆机, 飞利浦家庭电器有限公司; PL303电子天平, 梅特勒托利仪器有限公司; HH-2数显恒温水浴锅, 国华电器有限公司; H2500R-2离心机, 湖南湘仪实验室仪器有限公司; UV1600分光光度计, 上海美谱达仪器有限公司; FE-20 pH计, 梅特勒托利仪器有限公司; WYH型手持糖度计, 泉州光学仪器厂; HWS-328恒温恒湿培养箱, 宁波东南仪器有限公司; LDZH-110KBS高温高压灭菌锅, 上海申安医疗器械厂。
1.2 方法
1.2.1 枇杷果汁的制备 宁海白枇杷剥皮去核, 用匀浆机打浆10s得到枇杷果浆, 10 000r· min-1 4℃离心5min, 上清液作为宁海白枇杷鲜榨果汁。
1.2.2 杀菌工艺方法 鲜榨果汁分别装入经紫外灭菌的300mL PET瓶中, 随机选取果汁进行微波杀菌、巴氏杀菌处理。微波处理组:根据YQ5G-03型徽波杀菌机的机器性能及前期预试验结果, 选择2 520W作为杀菌功率, 时间分别为2、4、6、8和10min, 微波杀菌温度控制在60℃。阳性对照组即巴氏杀菌组:果汁在76℃水浴中加热到76℃, 并保持30s。以未作任何处理的果汁作为阴性对照组。之后果汁立即放入冰浴中冷却至4℃, 用于检测菌落总数, 以筛选出合适的微波处理时间。
1.2.3 分组处理及指标测定
1.2.3.1 分组处理 鲜榨果汁分别分为3组, 对照组(CK)、传统巴氏杀菌(CP)的试验条件同1.2.2, 微波杀菌组(MP)的处理条件根据1.2.2选定的最佳处理条件。处理后的果汁立即放入冰浴中冷却至4℃, 置于4℃环境中贮藏28d。在处理后每隔7d取样, 测定相关品质变化情况。所有的试验组均重复3次。
1.2.3.2 菌落总数的测定 果汁中菌落总数检测方法按国家标准GB 4789.2-2010食品微生物学检测-菌落总数测定[16]的方法进行。
1.2.3.3 Vc含量的测定 采用钼蓝比色法[17]。取2mL果汁加入到试管中, 随后依次加入草酸-EDTA溶液3mL, 偏磷酸乙酸0.5mL, 5%硫酸溶液1.0mL及 5%钼酸铵溶液2mL; 加水定容到20mL, 混匀后于30℃水浴放置10min。以空白管调零, 测定760nm下吸光值。配置浓度为0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06 mg· mL-1的Vc溶液, 按上述方法测定吸光值, 以Vc含量为横坐标, 绘制标准曲线。
1.2.3.4 总酚含量的测定 参考Sato等[18]的方法。取0.4mL果汁加入0.4mL福林酚试剂充分震荡后静置3min, 再加入0.04mL 饱和 NaCO3溶液, 经充分震荡后静置于暗室1h后, 测定700nm下吸光值。配置不同浓度没食子酸溶液, 按上述方法测定A700, 并绘制标准曲线。
1.2.3.5 DPPH· 清除能力的测定 参考Yamaguchi等[19]的方法。取果汁 2 mL, 加入 2 mL 0.1 mmol· L-1 DPPH 溶液(溶于 95%的乙醇), 混匀后在室温下避光反应 30 min, 1 000 r· min-1 离心10 min, 在517 nm 下测吸光值 Ai; 空白组:2mL果汁中加入 2 mL 95% 乙醇溶液, 同样条件下测定吸光值Aj; 对照组:2 mL DPPH 溶液与 2 mL 蒸馏水混合, 在 517 nm 下测吸光值Ac; 以等体积蒸馏水和 95%乙醇混合液作为空白调零。清除率按下式计算:
DPPH· 清除率=[1-(Ai-Aj)/Ac] × 100%
1.2.3.6 pH及可溶性固形物(SSC)的测定 采用PE-20 pH计测定果汁pH值; 手持糖量仪直接测定SSC。
1.2.3.7 多酚氧化酶(PPO)及过氧化物酶(POD)活性测定 PPO活性测定参考Liu等[20]的方法。在10mL试管中加入1.5 mL 40 mmol· L-1的邻苯二酚和2.3 mL 0.1 mol· L-1的磷酸缓冲液(pH值 6.5), 25℃水浴5min, 然后向该体系中加入0.2 mL枇杷果汁, 混匀后在420 nm下测定吸光值2min内的变化。PPO活性(U)定义为每克鲜果肉每分钟引起420nm处吸光值变化0.001。
POD活性测定参照Katiyo等[21]的方法并稍作修改。3 mL反应体系中加入3 mL 0.1 mol· L-1 的磷酸缓冲液(pH 值6.0)、19 μ L愈创木酚和28 μ L 30%的H2O2, 并在25℃中水浴5 min。0.05 mL枇杷果汁加入到反应体系中混匀, 470 nm下测定吸光值2 min内的变化。POD活性(U)定义为每克鲜果肉每分钟引起470nm处吸光值变化0.001。
1.2.4 数据统计与分析 采用Excel处理数据, 计算标准偏差。数据图片用Origin Pro 8.1绘制。显著性差异用SPSS分析(student-neuman-keuls, S-N-K法, p< 0.05), 皮尔逊相关性分析检验2个变量之间的线性关系。
2 结果与分析
2.1 杀菌处理对果汁菌落总数的影响
由图1可知, 阴性对照组果汁的菌落数远大于国家标准(100 CFU· mL-1)[16], 微波处理组样品的菌落总数随着微波处理时间的增加而减少; 在处理6min时菌落总数略高于处理4min时的, 但差异不显著; 微波处理果汁8min和10min后, 菌落总数降至2.0 Log(CFU· mL-1)以下, 二者差异不显著; 同时, 普通巴氏杀菌处理(Heat)的微生物数量降至1.0 Log(CFU· mL-1)(即10CFU· mL-1)左右。微波处理8min、10min与巴氏杀菌处理的果汁菌落总数无显著差异, 且菌落数低于国家标准。因此, 以下试验分析中的微波杀菌参数均采用功率2 520W, 温度控制60℃, 杀菌处理时间8min。
Figure Option
图1 不同杀菌处理对果汁菌落总数的影响注:柱形上方不同字母表示差异显著(p< 0.05)。Fig.1 Effect of different sterilization process on the total plate count of juice
Note:Different letters above the bar mean significant difference at 0.05 level.
2.2 贮藏期间果汁品质的变化
2.2.1 贮藏期间菌落总数的变化 由图2可知, CK果汁在0 d时的菌落总数> 104CFU· mL-1, 远高于国家标准, 并且在贮藏14 d后菌落数已达到不可计程度。而CP和MP果汁的菌落总数在整个贮藏期间都符合国家标准, 在这期间2组的菌落总数无显著差异, 且MP果汁菌落数略微低于CP。表明微波处理和传统巴氏杀菌都可以延长果汁的贮藏期, 且微波处理效果较好。
2.2.2 贮藏期间总酚和Vc含量的变化 图3表明, 贮藏期结束后, MP的果汁中总酚和Vc含量显著高于CK和CP(p< 0.05), 其中MP的Vc含量是其他2组的2倍以上。贮藏期间, 3个处理组果汁的总酚和Vc含量均有波动, 在贮藏7d时均下降, 后呈不规则变化。其中, MP的果汁中总酚和Vc含量均明显高于其他2组, 说明微波处理能较好地维持果汁中的总酚和Vc含量。
Figure Option
图3 不同杀菌处理的果汁在贮藏期间总酚(A)和Vc(B)含量的变化Fig.3 Evolution of total phenols(A) and Vc(B) contents of different sterilization method of loquat juices during the storage2.2.3 贮藏期间DPPH· 清除能力的变化 由图4可知, MP的果汁DPPH· 清除能力远高于CP和CK, 其中MP的果汁DPPH· 清除能力在前7d下降超过10%, 之后的贮藏过程中始终保持在80%左右。相关性分析表明, 枇杷果汁中的Vc含量和总酚含量与DPPH· 清除能力呈极显著正相关(Vc:0.89, p< 0.01; 总酚:0.58, p< 0.01), 这表明DPPH· 清除能力主要与Vc和总酚类物质有关, 微波处理能很好的保持果汁中的总酚和Vc含量, 从而使果汁保持极高的抗氧化能力。
Figure Option
图4 不同杀菌处理的果汁在贮藏期间DPPH· 清除能力的变化Fig.4 Evolution of DPPH· scavenging ability of different sterilization method of loquat juices during the storage timeFigure Option 
图5 不同杀菌处理的果汁在贮藏期间pH(A)和SSC(B)的变化Fig.5 Evolution of pH(A) and SSC(B) of of different sterilization method of loquat juices during the storage time2.2.4 果汁贮藏期间pH和SSC的变化 由图5-A可知, 在贮藏期间, 2个试验组的果汁pH波动范围不超过0.1, 变化不显著; CK的pH在14d后显著上升(p< 0.05), 这可能与微生物数量急剧上升有关。果汁的SSC含量在贮藏期间呈先上升后下降的趋势, 且3组间的趋势相似(图5-B)。
表1 果汁DPPH· 清除能力与Vc和总酚含量的相关性分析 Table 1 Correlation between DPPH· scavenging ability and Vc, total phenols contents of juice2.3 果汁贮藏期间PPO和POD活性的变化
由图6可知, 各处理组果汁的PPO和POD活性均不相同。MP的果汁PPO和POD酶活在贮藏期间始终为0, 显著低于CK和CP(p< 0.05), 说明微波处理已完全使这2种酶失活。皮尔逊相关系数的分析表明, 枇杷果汁中的PPO和POD活性与DPPH· 清除能力呈极显著负相关(p< 0.01); 同时, PPO和POD活性又与果汁中酚类物质呈显著负相关(PPO:-0.46, p< 0.01; POD:-0.27, p< 0.05), 这表明枇杷果汁中的PPO和POD是影响酚类物质含量的主要因素。
表2 果汁PPO、POD活性与DPPH· 清除能力、总酚含量的相关性分析 Table 2 Correlation between PPO, POD activity and DPPH scavenging ability, total phenols contents of juiceFigure Option
图6 不同杀菌处理的果汁在贮藏期间PPO(A)和POD(B)活性的变化Fig.6 Evolution of PPO(A) and POD(B) activity of of different sterilization method of loquat juices during the storage time3 讨论
传统巴氏杀菌可以很好的延长果汁的贮藏期, 但是对营养物质的破坏较大, 其抗氧化能力损失也很大[22, 23]。微波杀菌技术主要是通过微波加热减少食品中微生物数量从而达到杀菌的目的, 其加热原理主要是利用电磁频率与食品内蛋白质、糖等极性分子作用, 这种加热方式具有效率高、加热时间快的优点[24]。同时, 微波的电磁频率还会使微生物内的蛋白质、核酸等分子改性或失活。Giuliani等[25]研究表明, 微波杀菌技术对多种微生物具有抵御作用; 同时, 微波杀菌升温迅速, 适合果汁这种流动液体的杀菌。考虑到微波杀菌的“ 热效应” 和“ 非热效应” , 具有广谱的杀菌作用, 所以本研究选择菌落总数这一指标来反映微波的杀菌能力。本研究使用的微波功率2 520W, 可实现果汁的迅速升温, 试验过程中杀菌温度控制在60℃, 这是为了避免温度过高使果汁塑料瓶膨胀变形, 实现灌装后的一次杀菌。试验达到杀菌要求所需的时间为8min, 这明显大于部分文献中报道的微波杀菌时间[26, 27], 究其原因, 可能是因为本试验设计的最高温度为60℃, 需更长的处理时间以达到杀菌要求。今后的研究可在保持果汁品质的基础上对微波杀菌的条件进行优化。
本研究发现, 与传统热杀菌比较, 微波处理能更好的保存营养物质, 或者促进营养物质的解离, 提高枇杷果汁的营养价值。马晓玉等[28]研究杀菌方式对哈密瓜汁贮藏中品质变化的影响也表明, 与巴氏杀菌相比, 微波杀菌技术不但杀菌效果显著而且可以相对较好的保持哈密瓜汁特有的风味和营养物质。Igual等[13]研究表明, 采用微波杀菌处理柚子果汁, 相比传统巴氏杀菌保持了较高的抗氧化能力和营养物质含量(抗坏血酸、总酚、SSC等), 并且延长了贮藏期。周笑犁等[29]在研究微波和巴氏杀菌对猕猴桃汁的品质影响时发现, 微波和巴氏杀菌对猕猴桃汁的pH值和SSC影响不显著。这与微波杀菌升温速度快、效率高等有关。
本研究发现, 虽然微波处理的枇杷果汁Vc含量在贮藏期间变化浮动较大, 但是都显著高于CK和CP, 在巴氏杀菌作用下Vc的含量整体上略低于CK。这可能是由于微波加热释放了生理上无活性的结合态 Vc, 或是无活性的Vc 前体物转变成了有活性的 Vc[30]。微波杀菌处理也较好的抑制了氧化酶类的活性, 减少Vc的氧化; 除Vc外, 微波处理组的总酚含量在整个贮藏期间也均高于CK, 这是由于微波处理一方面有助于部分结合态酚类物质的释放, 提高游离态酚类物质的总量; 另一方面, 微波处理快速加热从而抑制酶类的活性, 抑制酚类物质的氧化。植物中存在的抗氧化性的物质主要是酚类物质, 这些抗氧化物质可以延缓脂质过氧化或者其他分子氧化, 如苹果[31]、香蕉皮[32]等的多酚类物质有较强的抗氧化作用。Bahorun等[33]研究表明, 果蔬中的酚类物质与抗氧化能力呈正相关, 本研究结果也显示, 总酚含量与DPPH· 清除能力呈显著正相关。作为抗氧化物质的酚类物质, 其含量高代表DPPH· 清除能力强。综上, 微波杀菌有效防止了枇杷果汁氧化, 这与微波杀菌提高柚子果汁抗氧化能力[14]的结论一致。
微波杀菌几乎完全抑制PPO和POD活性是微波的热效应和非热效应共同作用的结果。本试验中, 微波温度控制在60℃, 热效应发挥了一定的作用, 但更重要的是非热效应。酶蛋白分子属于极性分子, 在微波杀菌过程中的交变电场作用下进行高速的取向运动, 产生摩擦热使蛋白质结构变化, 从而使酶失活。特别是以铜离子为辅助因子的金属酶PPO在微波场的作用下, 铜离子所处的环境会发生变化而影响酶的活性[12, 14]。而传统巴氏杀菌的果汁PPO部分失活, POD相比CK无显著差异, 这是由于该枇杷中的POD耐热性高于PPO[34]。
4 结论
适合枇杷果汁的杀菌处理条件是微波2 520W, 温度60℃, 处理8min。该微波处理与传统巴氏相比, 杀菌效果、果汁可溶性固形物和pH值方面无显著差异, 但是微波杀菌能完全钝化相关褐变酶— — PPO和POD的活性, 进而更好的保持果汁中Vc和总酚含量, 保持较高的抗氧化能力。由此可见, 微波杀菌技术处理枇杷果汁后, 有利于维持果汁的营养和保健功能。
The authors have declared that no competing interests exist.
参考文献
[1]俞益芹, 张焕新.北京:
中国标准出版社, 2010[本文引用:2][17]张宪政. 植物生理学实验技术[M].
辽宁:
辽宁科学技术出版社, 1989[本文引用:1][18]Sato M, Ramarathnam N, Suzuki Y, Ohkubo T, Takeuchi M, Ochi H.
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