高壓脈沖電場對發酵型橙醋的殺菌及陳釀作用

孫茜妍，楊瑞金，吳　梨，趙　偉

（江南大學食品學院，江蘇無錫214122）

高壓脈沖電場對發酵型橙醋的殺菌及陳釀作用

孫茜妍，楊瑞金*，吳梨，趙偉

（江南大學食品學院，江蘇無錫214122）

用高壓脈沖電場（PEF）對發酵型橙醋進行處理，研究了不同處理條件（時間、頻率、脈寬和場強）下PEF對橙醋的殺菌效果，并與熱處理對橙醋殺菌效果以及理化性質的影響進行了比較。同時通過對PEF作用的新釀橙醋及經1個月自然陳釀橙醋的風味成分的分析比較，考察PEF技術加速橙醋陳釀的可行性。結果顯示，PEF與熱處理相比，會對橙醋的理化性質有更好的保護作用；在最優殺菌條件（300μs、200Hz、2μs、25kV/cm）下，PEF對腐敗菌的殺菌效果可達到5.24個對數，高于傳統熱處理殺菌的5.03個對數。GC-MS檢測結果表明，經PEF處理的橙醋主要風味物質乙酸乙酯、乙酸異戊酯、3-甲基-1-丁醇、3-羥基-2-丁酮、苯乙醇等都有不同程度的增加，與自然陳釀趨勢相同。研究結果表明PEF對橙醋具有良好的殺菌效果，并具有加速陳釀作用，在高品質醋加工中的應用前景非常廣闊。

高壓脈沖電場（PEF），殺菌，橙醋，陳釀

果醋是以水果或其加工下腳料為原料，經過微生物發酵釀制而成的一種酸味調味品，其兼具了水果豐富的營養價值和優良的風味［1］。果醋中保留了大部分水果原有的營養成分，除了具有一般食醋的抗菌殺菌、降血壓、增食欲、促消化、保護皮膚等作用外，還兼有水果的保健功能，如：蘋果醋能夠補中益氣、生津開胃；梨醋能夠生津潤燥、清熱化痰等［2-3］。

在果醋釀造過程中，傳統殺菌工藝采用巴氏殺菌（60℃，5min）或“煎醋”即煮沸的方式，通常會造成風味物質和營養成分被破壞［4］。新釀制成的醋風味粗糙，口感刺激，且不穩定，所以必須進行陳釀。自然陳釀是發酵結束后，經過一段時間的貯存，使得醋中的物質發生緩慢復雜的相互作用，最終獲得穩定良好的風味［4］。但是此陳釀方法周期較長，例如鎮江香醋的國家標準中規定鎮江香、陳醋的陳釀時間為6個月以上［5］。為了加速陳釀，經常采用人工催陳技術、包括紅外技術、超聲波技術和超高壓技術等［6］。

高壓脈沖電場（PEF）是近年來被廣泛研究的非熱加工技術，大量的研究表明其對果汁及其加工產品有很好的殺菌效果，且能較好保持產品品質［7-8］。同時，國內外已有研究表明PEF可用于酒類的陳釀［9-12］，但尚無其對果醋殺菌和催陳的報道。

本研究采用PEF處理新釀制的橙醋，考察其殺菌效果，并通過氣質聯用技術（GC-MS）測定處理前后揮發性風味物質，觀察PEF處理對加速陳釀的效果。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

贛南臍橙11月采自江西贛州，4℃保存；安琪葡萄酒干酵母BV818安琪酵母公司；惡臭醋酸桿菌渾濁變種AS1.41中國工業微生物菌種保藏中心；OXOID OSA橙汁瓊脂培養基北京拜迪爾生物有限技術公司。

YZ-E8榨汁機九陽股份有限公司；ZQTY-50型恒溫振蕩培養箱上海知楚儀器公司；OSU-4L型高壓脈沖電場系統美國俄亥俄州立大學；電熱恒溫培養箱上海一恒科學儀器有限公司；LXJ-IIB型離心機上海安亭科學儀器廠；FE20型實驗室pH計、FE30型實驗室電導率儀梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；WYA-2W型雙目阿貝折光儀上海索光光電技術有限公司；TSQ Quantum XLS三重四極桿氣相質譜聯用儀美國賽默飛世爾公司；UltraScan Pro1166型高精度分光測色儀Hunterlab公司

1.2實驗方法

1.2.1發酵工藝流程

1.2.2橙醋細菌接種及細菌總數檢測方法接種1%腐敗的橙醋于新醋中，室溫培養24h，控制初始菌落總數在106～108cfu/mL。細菌總數檢測采用平板菌落計數法。將1mL樣品以十倍遞增法用生理鹽水稀釋成10-2～10-6稀釋度的稀釋液，取1mL稀釋液于滅菌平板中，倒入OSA培養基15～20mL，置于30℃恒溫培養箱中培養，48h后計數。

1.2.3PEF處理時間對殺菌效果的影響設置場強為20kV/cm，脈寬2μs，頻率200Hz，處理時間分別為150、300、450、600μs，檢測處理前后橙醋的細菌總數，計算致死對數，計算公式如下：

式中：N：致死對數，cfu/mL；n：處理后樣品菌落總數；n0：未處理空白菌落總數。

1.2.4PEF處理頻率對殺菌效果的影響PEF處理頻率為100、150、200Hz（機器操作范圍100～200Hz），場強20kV/cm，時間300μs，脈寬2μs，按公式（1）計算致死對數。

1.2.5PEF處理脈寬對殺菌效果的影響PEF處理脈寬為1.0、1.5、2μs（機器操作范圍1～2μs）、場強20kV/cm，時間300μs，頻率200Hz，按公式（1）計算致死對數。

1.2.6PEF處理場強對殺菌效果的影響PEF處理場強為15、20、25kV/cm（機器操作范圍15～25kV/cm），時間300μs，脈寬2μs，頻率200Hz，按公式（1）計算致死對數。

1.2.7橙醋熱殺菌效果測定將新釀橙醋于60℃水浴中保持5min，立即冷卻，按公式（1）計算致死對數。

1.2.8GC-MS參數條件及分析分別測定未處理新醋、自然陳釀一個月、PEF最優條件處理的橙醋揮發性風味物質。

1.2.8.1色譜柱DB-WAX柱（60mm×0.25mm，0.25μm）。

1.2.8.2風味物質萃取條件取4mL樣品和1.0g分析純NaCl加入到15mL頂空瓶中，插入50μm CAR/PDMS萃取頭，40℃振搖萃取25min。

1.2.8.3色譜條件CAR/PDMS萃取頭解析10min，進樣口溫度280℃，載氣為高純氦氣，流量1.1mL/min，不分流。

1.2.8.4程序升溫起始溫度35℃，保持3min，以5℃/min的速度升至120℃，保持5min，再以10℃/min的速度升至240℃，保持5min。

1.2.8.5質譜條件5973型四極桿質譜儀，接口溫度250℃，電子轟擊（EI）離子源，電子能量為70eV，電子倍增器電壓為1353V，離子源溫度為230℃，四極桿溫度為150℃，質量掃描范圍33～350amu。

1.2.9理化指標測定方法pH：使用pH計直接測定；電導率：使用電導率儀直接測定；可溶性固形物：使用阿貝折光儀直接測定；色差：以未處理橙醋為對照，用高精度分光測色儀測定PEF處理及熱處理后的色差；As、Pb的含量：橙醋中As的含量依照GB 5009.12-2010《食品中鉛的測定》［13］測定，Pb的含量依照GB/T 5009.11-2003《食品中總砷及無機砷的測定》［14］測定。

1.2.10數據分析利用SPSS 19.0對數據進行統計和方差分析（p＜0.05），每個樣品做三次平行。

2　結果與分析

2.1PEF處理條件對橙醋殺菌效果的影響

2.1.1時間PEF處理時間對橙醋中細菌的致死對數的考察如圖1所示。由圖1可知，致死對數隨處理時間的延長而增大，處理300μs可達4.33個對數，而后無顯著差異。與廖小軍［15］的研究結果一致，嚴志明［16］的研究也表明在PEF對橙汁的殺菌過程中，隨著時間的延長，致死對數越高。因此，選擇300μs作為后續研究的處理時間。

2.1.2頻率由圖2可知，隨著PEF處理頻率的加大，致死對數增大。當頻率為200Hz時，可達4.33個對數。說明處理頻率的升高對橙醋的殺菌效果加強有明顯的作用，與Mosqueda等［17］利用PEF對西瓜汁進行殺菌的結論一致。因此選用200Hz作為最優PEF處理頻率。

圖2　不同PEF處理頻率下橙醋中的微生物致死對數Fig.2　Log10microbial reduction in the orange vinegar treated by PEF under different frequency

2.1.3脈寬研究者們在研究PEF對沙門氏菌［18］和植物乳桿菌［19］的殺菌效果時發現，脈寬的改變對殺菌效果有顯著的影響。PEF脈寬改變對橙醋中微生物的致死對數隨脈寬增加呈先減小后增加的趨勢（圖3），當脈寬為2μs時，效率最高。因此選用2μs為后續研究所用脈寬。

圖3　不同PEF處理脈寬下橙醋中的微生物致死對數Fig.3　Log10microbial reduction in the orange vinegar treated by PEF under different pulse widths

2.1.4場強在不同PEF處理場強下，致死對數的變化如圖4所示。在場強為15、20、25kV/cm時，致死對數分別為4.18、4.38和5.24個對數。McDonald等［20］對橙汁進行PEF殺菌處理，結果顯示場強由30kV/cm增加到50kV/cm時，致死對數增加了1.45個對數。Gurtler等［21］的研究表明，在13.1、19.7、23.7kV/cm的場強下，PEF對橙汁的殺菌效果分別為1.0、2.4、3.4個對數。說明加大電場強度對殺菌效果有積極作用［15］。最終確定PEF殺菌最佳條件為處理時間300μs、頻率200Hz、脈寬2μs、場強25kV/cm。

圖4　不同PEF處理場強下橙醋中的微生物致死對數Fig.4　Log10microbial reduction in the orange vinegar treated by PEF under different electric field intensities

2.2PEF處理對橙醋理化性質的影響

根據國標［22］中對食醋理化指標的規定以及前人對橙汁殺菌前后品質的比較［23，15］，選擇電導率、pH、色差、可溶性固形物含量、As和Pb的含量為理化指標，對PEF處理和熱處理的橙醋進行對比，結果如表1所示。

表1　不同處理方式對橙醋理化性質的影響Table 1　The effects of different kinds of processing on the physicochemical properties of the orange vinegar

優化的PEF處理條件下的殺菌致死對數為5.24個對數，超過傳統熱處理所達到的5.03個對數。在電導率和pH方面，兩種處理方式均對橙醋沒有顯著的影響（p＞0.05）。然而，熱處理所產生的色差程度顯著高于PEF處理（p＜0.05），說明PEF對橙醋有著良好的護色效果。熱處理會造成橙醋可溶性固形物含量下降，導致營養物質的損失。As的含量處理前后均遠低于國家標準（1mg/L）的限量范圍，Pb未檢出。由于PEF可利用瞬間產生的高壓脈沖殺滅細菌，整個過程幾乎不產生熱量［24］，所以既能達到殺菌要求，又對橙醋理化性質有更好的保護，是一種比熱殺菌更有優勢的非熱殺菌方式。

2.3PEF處理對橙醋的陳釀效果

2.3.1橙醋的揮發性風味物質通過GC-MS分析，得到未處理的橙醋的總離子流色譜圖（圖5）。利用美國國家標準譜圖庫（NIST-MS，2005）自動檢索，鑒定出了44種揮發性化學物質，并通過峰面積歸一化法計算出這些物質的相對含量（表2）。其中包含醇類物質11種，醛類物質6種，酸類物質2種，酯類物質13種，其他物質12種。其中含量較高的有乙酸乙酯（20.93%）、乙酸（20.06%）、甲酸甲酯（6.09%）、辛酸（5.30%）、3-甲基-1-丁醇（4.8%）、乙酸異戊酯（3.83%）、苯乙醇（3.7%）、乙醇（2.72%）、2-乙酸苯乙酯（1.58%）。通過比對張霽紅［25］、袁小單［26］和劉楊岷等［28］對蘋果醋、柿醋和食醋的研究發現，乙酸乙酯、乙酸、甲酸甲酯、辛酸、乙酸異戊酯、3-甲基-1-丁醇、苯乙醇、乙醇、2-乙酸苯乙酯是果醋的主要風味物質。

表2　未處理的橙醋揮發性物質成分Table 2　The volatile compounds of the orange vinegar

比較可鑒定的44種風味物質總量在其總體揮發性物質中所占的比例，發現PEF處理后（93.38%）與自然陳釀（91.23%）相對于未處理中風味物質總量（84.57%）有所增加，說明陳釀過后總體揮發性物質的種類有所減少，使得可鑒定的主要風味物質相對含量增加，讓橙醋的特征風味更加突出。

2.3.2PEF處理對橙醋風味物質的影響

2.3.2.1總醇、總醛、總酸和總酯如表3所示總酸和總醇在自然陳釀及PEF處理后都有明顯的上升，而總酯的相對含量在經過PEF處理后明顯高于自然陳釀，但總醛未發生顯著變化。殷涌光等采用高壓脈沖電場催陳一年白酒，其總酸、總醇、總醛、總酯的變化趨勢均與自然陳釀相同，且總酯含量經處理后明顯增高，并高于六年陳釀水平［9］。Bin Zhang等利用PEF催陳白蘭地，其乙酸乙酯含量上升了16.6%［29］，說明PEF處理對酯化反應的形成有促進作用。

圖5　未處理橙醋揮發性成分GC-MS總離子流色譜圖Fig.5　Total ion current of volatile compounds from the original orange vinegar

表3　不同處理方式下四類橙醋香氣成分的相對含量Table 3　The relative contents of four kinds of the volatile compounds after different treatments

2.3.2.2代表性風味物質表4所示為橙醋風味物質中含量較高的主要特征風味物質，包括乙酸乙酯、乙醇、乙酸異戊酯和3-甲基-1-丁醇等，這些物質構成了醋的獨特風味，也是陳釀過程中的關鍵風味物質［26，28］。

表4　不同處理方式下橙醋香氣主要成分及其相對含量Table 4　The relative concentrations of the major volatile compounds after different processing treatments

乙酸乙酯和乙酸是相對含量最大的物質。自然陳釀和PEF處理后的橙醋風味物質中，乙酸所占比例均明顯增大，產生更加濃郁的醋酸味。與新醋相比，自然陳釀后乙酸乙酯含量并無明顯差異，而乙醇含量上升，但PEF處理后乙酸乙酯有顯著上升（p＜0.05），乙醇含量無明顯變化。這說明PEF處理能夠促進橙醋中乙酸和乙醇的酯化反應，使得乙酸乙酯的風味更佳明顯，橙醋口感更綿柔，更具有后熟感。同時乙酸異戊酯也與乙酸乙酯有相同的變化趨勢，其特殊果香更賦予了PEF處理后橙醋良好的風味，也印證了PEF處理對加速橙醋陳釀效果的積極作用。2-乙酸苯乙酯相對含量較小，自然陳釀與PEF處理后均未顯示出明顯的變化。辛酸是具有特殊香氣的化合物，常用作香料，在陳釀和PEF處理后均有不同程度的下降。

呈蘋果白蘭地香氣的3-甲基-1-丁醇、紫丁香氣味的α-松油醇和玫瑰香氣的苯乙醇都是發酵過程中產生的雜醇油，一定量的雜醇油對食醋風味的成熟有關鍵的作用。這三種物質在自然陳釀和PEF處理后都顯示出了相同的變化趨勢，PEF處理后的相對含量變化程度更大，說明PEF較自然陳釀有快速催陳的效果。而帶有牛奶香氣的3-羥基-2-丁酮在兩種條件下均無明顯變化且相對含量都極少，該物質可以呈現蜂蜜香味，使得橙醋更具香甜味。

3　結論

3.1經過PEF處理條件優化，確定最佳殺菌條件為時間300μs、頻率200Hz、脈寬2μs、場強25kV/cm。殺菌效果可達5.24個對數，超過傳統熱處理殺菌效果，且對橙醋理化品質和風味有更好的保護作用。PEF處理具有替代熱處理作為橙醋殺菌工藝的潛質和優勢。

3.2研究發現，PEF在殺菌過程的同時，可對橙醋的陳釀產生加速作用。經過GC-MS分析，PEF處理后橙醋風味物質變化趨勢與自然陳釀基本一致，且酯類物質的增加程度大于自然陳釀，使得橙醋香味更濃郁口感更醇厚。而本文僅對PEF處理后風味物質的客觀變化進行描述，其加速陳釀的機制有待進一步研究。

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Effects of pulsed electric field on the sterilization and aging of fermented orange vinegar

SUN Qian-yan，YANG Rui-jin*，WU Li，ZHAO Wei
（School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China）

Fermented orange vinegar was treated by pulsed electrical field（PEF）and the sterilization effect and physicochemical were studied under different PEF treatment conditions including time，frequency，pulse width and electric field intensity.Furthermore，a comparison was made with thermal pasteurization.In addition，the flavor compounds of untreated，PEF treated and naturally aged orange vinegar were analyzed to investigate the feasibility of accelerating aging by PEF.The best sterilizing effect was 5.24log reduction at treatment time of 300μs，frequency of 200Hz，pulse width of 2μs and electric field intensity of 25kV/cm，which was better than that of the thermal pasteurization.PEF processing also had a better protective effect on the physicochemical properties.GC-MS showed that the major flavor compounds such as ethyl acetate，isoamyl acetate，3-methyl-1-butanol，acetoin，phenethyl alcohol increased at different levels having the same tendency as natural aging. The PEF treatment had good influence on sterilization and aging of the fermented orange vinegar and it had a broad application prospect in the processing of high-qualified vinegar.

pulsed electrical field（PEF）；sterilization；orange vinegar；aging

TS255.4

A

1002-0306（2015）12-0133-06

10.13386/j.issn1002-0306.2015.12.019

2014－12－01

孫茜妍（1990－），女，碩士研究生，研究方向：食品加工與配料。

楊瑞金（1964-），男，博士，教授，研究方向：食品加工新技術。

國家自然科學基金面上項目（31271947）。