超高壓處理時間對鮮榨番茄汁品質的影響

馬 越 ，王歡歡 ，王雨濱 ，趙曉燕 ， 張 超

（1.北京市農林科學院蔬菜研究中心，北京 100097；2.沈陽農業大學，遼寧沈陽 110866；3.果蔬農產品保鮮與加工北京市重點實驗室，北京 100097；4.農業部蔬菜產后處理重點實驗室，北京 100097；5.農業部華北地區園藝作物生物學與種質創制重點實驗室，北京 100097）

鮮榨番茄汁，也被稱為非濃縮還原（NFC）番茄汁，是將壓榨后的番茄汁，直接進行滅菌和包裝生產的一種工業化產品，具有果實原有的香氣和營養，深受消費者的青睞[1]。目前，超高壓技術可以較好地維持鮮榨果汁原有的顏色和香氣，在橙汁、蘋果汁、仙人掌汁、西瓜汁、桑葚汁、菠蘿汁、芒果汁和草莓汁等產品加工中取得良好的效果。超高壓處理技術是將產品置于極高的靜態壓力下作用一段時間，以達到滅菌和維持產品品質的目的，因此超高壓處理的效果實際上是壓力、時間和溫度三者相互協同作用的結果。但是，目前研究較多的是超高壓處理中壓力對果汁品質和安全的影響，忽略了處理時間和處理溫度對超高壓的協同效果。

因此，試驗以熱處理為對照，評價超高壓處理時間對鮮榨番茄汁菌落總數、關鍵酶的活性和風味的協同效應，以期為鮮榨番茄汁的生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料和設備

番茄，北京市果香四溢蔬菜超市曙光花園店提供；營養瓊脂，北京奧博星生物技術有限責任公司提供；氯化鈉、焦性沒食子酸、愈創木酚、偏磷酸，國藥集團化學試劑有限公司提供；福林酚、抗壞血酸，美國Sigma公司提供；碳酸鈉、氫氧化鈉、30%過氧化氫、硫酸、冰醋酸、草酸，北京化工廠提供。

UV-1800型紫外可見分光光度計，日本島津公司產品；全破碎打漿機，Philips公司產品；臺式分光測色儀，日本柯尼卡美能達公司產品；恒溫恒濕培養箱，德國MMM集團產品；G154DW型高壓滅菌鍋，美國致微公司產品；超凈工作臺，北京東聯哈爾儀器制造有限公司產品；BDS200FL型超高壓設備，英國STANSTED FLUID POWER LTD(簡稱SPF）公司產品；S-50型膠體磨，廊坊通用機械制造有限公司產品；滴定儀，德國肖特儀器有限公司產品。

1.2 超高壓處理和熱處理

將2 kg番茄用超純水清洗外表皮，切瓣去梗，用打漿機對番茄打漿30 s，然后用1層紗布過濾，濾出皮籽，過濾后的番茄汁使用膠體磨粉碎，然后使用高壓均質機在30 bar壓力下均質，獲得鮮榨番茄汁，使用鋁箔袋進行包裝，每袋質量100 g。

熱處理：將鋁箔袋置于100℃水中處理5 min，然后在冰水浴中迅速冷卻至4℃，測定相關指標。

超高壓處理：將鋁箔袋置于壓力倉內，在25℃和400 MPa條件下分別處理10，20和30 min，迅速降低壓力，時間為10 s，測定相關指標。

CK組為未經過熱處理和超高壓處理的樣品。

1.3 菌落總數、霉菌和酵母菌的測定

菌落總數、霉菌和酵母菌總數采用平板計數法進行測定，分別參照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和GB 4789.15—2016食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 霉菌和酵母菌計數測定。

1.4 可溶性固形物和酸度測定

可溶性固形物采用手持便攜式阿貝折光儀在室溫下進行測定，pH值在室溫下使用酸度計直接測定。

酸度采用滴定法測定，通過公式（1）計算可滴定酸含量。

式中：TA——可滴定酸含量，%；

V0——番茄汁樣品總體積，mL；

V2——消耗NaOH的標準體積，mL；

C——NaOH標準液的摩爾濃度，mol/L；

W——樣品質量，g；

V1——滴定所用樣品的體積，mL；

K——折算系數，以檸檬酸計為0.070。

1.5 顏色測定

采用全自動色差儀對樣品的色澤進行測定。以未經處理的樣品為色差測定的參比樣，采用反射模式測定各組樣品的L*，a*和b*值，通過L*，a*和b*值計算得出色差值ΔE，ΔE越大表示樣品的顏色變化就越大。

1.6 風味測定

取3 mL的番茄汁于透明玻璃瓶內，立即將其密封，于室溫下放置20 min后立即使用電子鼻對其風味進行測定。

1.7 VC含量的測定

VC含量采用鉬藍比色法測定番茄汁中的VC含量，取10 mL樣品加入25 mL草酸-EDTA，經過濾后，吸取1 mL上清液加入0.5 mL偏磷酸-醋酸溶液，再加入5%濃硫酸1 mL，加入鉬酸銨2 mL，用蒸餾水定容至25 mL，15 min后于波長705 nm處測定吸光度。

1.8 總酚含量的測定

樣品總酚含量采用Folin-Ciocalteau法測定。吸取1 mL樣品，加入蒸餾水5 mL，Folin-Ciocalteus顯色劑1 mL，7.5%碳酸鈉溶液3 mL，顯色，放置2 h后，采用分光光度計于波長765 nm處測定吸光度。

1.9 PPO和POD活性測定

PPO和POD活性參照Ortu?o C等人[2]的方法并進行部分修改。稱取5 g樣品，5 mL提取液（1 mol/L聚乙二醇PEG6000，1%聚乙烯吡咯烷銅，1%Trition X-100），在4℃，以轉速10 000 r/min離心10 min，收集上清液即為酶提取液，低溫保存備用。將2 mL乙酸-乙酸鈉緩沖液，1 mL 50 mmol/L鄰苯二酚，0.2 mL粗酶液加入比色皿中，迅速混合均勻，在酶動力掃描狀態下用紫外分光光度計于波長410 nm處測定吸光度130 s。酶活性計算見公式（2）。

式中：ΔA——波長420或470 nm處吸光度的變化差；

Δt——波長420或470 nm處時間的變化差；

f——樣品的稀釋倍數。

POD活性測定首先稱取5 g樣品，5 mL提取液（1 mol/L聚乙二醇PEG6000，1%聚乙烯吡咯烷銅，1%Trition X-100），在4℃，以轉速10 000 r/min離心10 min，收集上清液即為酶提取液，低溫保存備用。將3 mL愈創木酚溶液，0.2 mL酶液，0.2 mL H2O2，加入比色皿中，迅速混合均勻，在酶動力掃描狀態下用紫外分光光度計于波長470 nm處測定吸光度130 s。

1.10 電子鼻檢測

分別稱取樣品10 mL置于頂空進樣瓶中，于室溫25℃下，平衡5 min后直接將進樣針頭插入樣品瓶采用頂空吸氣法進行電子鼻分析試驗。測定條件：傳感器清洗時間100 s，傳感器歸零時間5 s，樣品準備時間5 s，進樣流量400 mL/min，檢測時間60 s。完成1次檢測后系統進行清零和標準化，然后再進行第2次頂空采樣。統計分析10個不同選擇性傳感器的G/G0值。采用主成分分析表征樣品之間的差別。

1.11 數據處理與統計

試驗所有數據均有3次重復，計算平均值和標準偏差，使用統計分析軟件DPS v7.05進行處理，Ducan's新復極差法進行顯著性分析（p≤0.05）。圖像繪制采用Origin 8.0軟件。

2 結果與討論

2.1 超高壓處理時間對鮮榨番茄汁菌落總數、霉菌和酵母菌數量的影響

超高壓處理時間對鮮榨番茄汁菌落總數的影響見圖1。

圖1 超高壓處理時間對鮮榨番茄汁菌落總數的影響

果汁類飲料中微生物的國家食品衛生標準是菌落總數小于100 CFU/mL，霉菌和酵母菌不得檢出。檢測結果顯示，熱處理和超高壓處理的鮮榨番茄汁中未檢出霉菌和酵母菌。CK組鮮榨番茄汁中菌落總數為3.42 Log CFU/mL，熱處理組的菌落總數均未檢出，而超高壓處理組的菌落總數均顯著性低于CK組；20和30 min處理組顯著低于10 min處理組的菌落總數，且均低于100 CFU/mL。因此，熱處理和超高壓處理（在25℃和400 MPa條件下，處理20 min以上）可以使鮮榨番茄汁達到商業無菌。

2.2 超高壓處理時間對鮮榨番茄汁顏色的影響

超高壓處理時間對鮮榨番茄汁顏色的影響見表1。

由表1可以發現，超高壓處理組的ΔE均小于2.0，而熱處理組的ΔE大于2.0，因而超高壓處理降低鮮榨番茄汁的顏色變化，與張微[3]的研究結果一致，即超高壓處理使芒果汁和菠蘿汁更好地保持了原有色澤。隨著超高壓處理時間延長，ΔE提高，果汁的顏色變化增加，但是超高壓處理時間未對L*和a*值產生顯著性影響。值得注意的是，超高壓處理鮮榨番茄汁的a*值顯著低于CK組，而熱處理的a*值顯著高于CK組，a*值主要與產品的紅色相關，因而超高壓處理后的果汁紅色度降低。與超高壓處理后的仙人掌汁不同，該果汁在經過超高壓處理后，L*值和a*值略有升高，原因可能在于仙人掌中的主要呈色物質葉綠素易于與氧氣等發生氧化反應而降低L*值和a*值，而番茄汁中的主要呈色物質番茄紅素對氧氣具有相對較高的穩定性[4]。

表1 超高壓處理時間對鮮榨番茄汁顏色的影響

2.3 超高壓處理時間對鮮榨番茄汁可溶性固形物的影響

超高壓處理時間對鮮榨番茄汁可溶性固形物含量的影響見圖2。

圖2 超高壓處理時間對鮮榨番茄汁可溶性固形物含量的影響

由圖2可知，與CK組相比，熱處理組的可溶性固形物含量未發生顯著變化，而超高壓處理組均顯著性提高；超高壓處理時間對鮮榨番茄汁中可溶性固形物含量沒有顯著性影響。因此，超高壓處理提高鮮榨番茄汁中可溶性固形物含量，處理時間對可溶性固形物含量無顯著性影響。相關研究發現超高壓處理后的仙人掌汁的可溶性固形物含量與對照組未發生顯著變化。

2.4 超高壓處理時間對鮮榨番茄汁pH值和可滴定酸含量的影響

超高壓處理時間對鮮榨番茄汁pH值（a） 和可滴定酸含量（b） 的影響見圖3。

由圖3可知，鮮榨番茄汁的pH值隨著超高壓處理時間的延長而升高，20 min和30 min處理組的pH值顯著高于CK組，而熱處理對番茄汁的pH值沒有顯著性影響。該結論與超高壓處理對桑葚汁和藍莓汁pH值[5]的變化規律相同，而與蘋果汁pH值的變化規律相反，可見pH值的變化與果實的類型有關。

與pH值的變化規律相對應，鮮榨番茄汁中的可滴定酸含量隨著超高壓處理時間的延長而降低，20 min和30 min處理組的可滴定酸含量值顯著低于CK組，而熱處理對番茄汁的可滴定酸含量沒有顯著性影響。也有研究報道超高壓處理對鮮榨菠蘿汁和獼猴桃汁的pH值和可滴定酸含量均未產生顯著性影響[3，6]。

圖3 超高壓處理時間對鮮榨番茄汁pH值（a）和可滴定酸含量（b）的影響

2.5 超高壓處理時間對鮮榨番茄汁VC含量的影響

超高壓處理時間對鮮榨番茄汁VC含量的影響見圖4。

圖4 超高壓處理時間對鮮榨番茄汁VC含量的影響

由圖4可知，熱處理和超高壓處理均顯著降低鮮榨番茄汁中的VC含量，其中熱處理組的VC含量顯著低于超高壓處理組，熱處理的保留率為55%，而在25℃和400 MPa條件下處理20 min VC保留率為73%，比熱處理的VC保留率提高18%；值得注意的是在超高壓處理10～30 min過程中，VC含量沒有發生顯著性變化。因此，超高壓處理有利于鮮榨番茄汁中VC含量的保留，而且超高壓處理時間對VC含量沒有顯著性影響。趙斌[7]研究也發現超高壓處理后番茄汁中VC有所下降，但高于熱殺菌汁，在超高壓壓力400 MPa，溫度20℃下，保壓15 min時，其番茄汁中VC保留率約為96%。Zhang C等人[12]研究發現超高壓處理樣品的還原型VC保留率達94.92%，遠高于熱處理的樣品。超高壓處理的仙人掌汁中VC含量保留率為96%，而熱處理組的VC保留率為78%。在此基礎上，李星賀[5]的研究進一步發現在超高壓處理時間為5～15 min，VC含量降低明顯；而在15～25min時，VC含量降低減慢。

2.6 超高壓處理時間對鮮榨番茄汁總酚含量的影響

超高壓處理時間對鮮榨番茄汁總酚含量的影響見圖5。

圖5 超高壓處理時間對鮮榨番茄汁總酚含量的影響

由圖5可知，熱處理組的總酚保留率為63%，而超高壓處理20 min組的保留率為98%，比熱處理組提高35%；與CK組相比，熱處理組的總酚含量顯著降低，而超高壓處理組的總酚含量未發生顯著性變化；超高壓處理時間也未對總酚含量產生顯著性影響。因此，超高壓處理時間對鮮榨番茄汁中總酚含量沒有顯著性影響，總酚的保留率比熱處理組提高約35%。相關研究表明，超高壓處理后，蘋果汁中的總酚含量未發生顯著性變化。但是，超高壓處理后的仙人掌汁中總黃酮類物質的含量有所增加。

2.7 超高壓處理時間對鮮榨番茄汁PPO和POD活性的影響

PPO和POD被認為是引起果汁非酶促褐變的關鍵酶，其催化酚類化合物生成醌類物質，宏觀上會引起產品的褐變[8-10]。因此，鈍化PPO和POD是維持產品原有顏色的主要方法[8，11-12]。熱處理顯著降低PPO的活性，并且其活性也顯著低于超高壓處理組的活性。因此，熱處理可以顯著降低PPO活性。

超高壓處理時間對鮮榨番茄汁PPO（a）和POD活性（b） 的影響見圖6。

由圖6可知，超高壓處理組的PPO活性顯著低于CK組，并且隨著超高壓處理時間的延長，PPO活性降低，其中20 min和30 min處理組的PPO活性顯著低于10 min處理組。因此，超高壓處理可以鈍化PPO活性，20 min和30 min處理降低PPO活性效果更加明顯。張微[3]研究表明，鮮榨芒果汁和荔枝汁中PPO的含量隨著超高壓處理時間的延長而降低，在450 MPa時PPO活性下降到45.5%；鮮榨草莓汁中PPO活力隨保壓時間的延長而降低，在400 MPa處理20 min發生顯著性降低[13]。

熱處理組的POD活性顯著低于CK組和超高壓處理組，因此，熱處理鈍化POD的作用最佳。超高壓處理時間對POD的活性沒有顯著性影響，超高壓處理組的POD約是CK組的30%。但是超高壓處理時間對POD活性沒有顯著性影響。張微[3]研究表明，鮮榨荔枝汁中的POD活性在300 MPa時，未出現顯著性降低，當壓力提高至450 MPa時，POD的活性減小，POD比PPO更耐壓；溫度協同超高壓處理對荔枝汁中POD的鈍化效應明顯；鮮榨蘋果汁中POD的活性隨著壓力的升高顯著降低；茭白中的POD和苯丙氨酸解氨酶的殘留活性隨著保壓時間的延長會達到一個較低水平，進一步延長保壓時間對相對殘留酶活影響甚微[14]。

圖6 超高壓處理時間對鮮榨番茄汁PPO（a）和POD活性（b） 的影響

2.8 超高壓處理時間對鮮榨番茄汁風味的影響

超高壓處理時間對鮮榨番茄汁風味的影響見圖7。

圖7 超高壓處理時間對鮮榨番茄汁風味的影響

風味是影響產品品質的主要特征，由圖7可知，主成分1和主成分2對風味的貢獻率分別為72.06%和27.33%，合計達到99.39%，可以反映樣品風味的差異。超高壓處理組與CK組在主成分1上有一些差別，在主成分2上差別極小；熱處理組與CK組在主成分1和主成分2上具有顯著性差別，因此超高壓處理的鮮榨番茄汁風味更加接近于CK組。隨著超高壓處理時間延長，超高壓處理組的鮮榨番茄汁未見顯著性差別，而熱處理組的番茄汁相互均有差別。因此，超高壓處理的鮮榨番茄汁風味更加接近于番茄的原有香氣，而熱處理引起風味的變化，并且風味的穩定性較低[5]。

3 結論

采用超高壓處理（在25℃和400 MPa條件下，處理20 min以上）可以使鮮榨番茄汁菌落總數小于100 CFU/mL，達到商業無菌。超高壓處理降低鮮榨番茄汁的顏色變化，其風味更加接近于番茄的原有香氣；超高壓處理有利于保留鮮榨番茄汁中總酚和VC含量，其總酚的保留率比熱處理組提高約35%；超高壓處理可以鈍化PPO和POD活性，其中在400 MPa條件下處理20 min或更長時間，鈍化PPO活性效果更加明顯。因此，在25℃和400 MPa條件下，處理20 min以上有利于維持鮮榨番茄汁的品質。