超高壓和高溫短時殺菌對櫻桃汁品質的影響

彭思嘉,侯志強,徐貞貞,廖小軍,*

(1.中國農業(yè)大學食品科學與營養(yǎng)工程學院,國家果蔬加工工程技術研究中心, 農業(yè)部果蔬加工重點實驗室,食品非熱加工北京市重點實驗室,北京 100083; 2.中國農業(yè)科學院農業(yè)質量標準與檢測技術研究所,農業(yè)部農產品質量安全重點實驗室,北京 100081)

櫻桃(Cerasuspseudocerasus)是維生素C、多酚、花色苷等抗氧化物質含量豐富的果品。由于櫻桃成熟期短、集中上市,不耐貯藏,其遠銷和大規(guī)模生產種植被限制。我國的櫻桃以鮮食為主,加工約占10%。目前櫻桃汁采用傳統(tǒng)高溫殺菌方式,高溫殺菌雖然能夠很好的殺滅食品中的微生物,保證食品安全,延長貨架期,但不可避免的存在一些缺陷,比如易導致其色澤破壞、風味喪失、營養(yǎng)損失等。

超高壓技術(high pressure processing,HPP)是指將食品密封在柔性容器內,以水或其他液體作為傳壓介質,在常溫或稍高于常溫(25～60 ℃)下進行100～1000 MPa的加壓處理,維持一定時間后以達到殺滅食品中微生物、鈍化內源酶的目的[1]。HPP處理使?jié)B透入微生物體內的水或其它物質膨脹,從而破壞細胞壁,改變蛋白質結構,抑制遺傳物質復制,使菌體破碎,從而導致微生物體的死亡[2],幾乎可以殺滅所有微生物。由于HPP處理不會破壞共價鍵,能夠較好地保護食品的風味、營養(yǎng)、色澤等[3],越來越多的應用于食品加工中。近些年來,HPP技術已經成為食品領域可行的加工手段,在果蔬、肉、乳制品的商業(yè)化應用達到了較高的水平[4]。目前,有諸多利用超高壓技術對果蔬汁殺菌、鈍酶及品質變化的研究,包括蘋果復合汁[5]、草莓汁[6]、葡萄柚汁[7]等，但尚未見超高壓技術在櫻桃汁加工中的應用研究。

本文比較了超高壓和高溫短時(high temperature short time,HTST)殺菌對櫻桃汁品質影響及貯藏期間櫻桃汁品質變化,旨在為超高壓技術在櫻桃汁產業(yè)化的應用提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮成熟櫻桃(品種紅燈) 山東省青島市;PET瓶 康通塑料包裝用品;甲醇、乙腈 色譜純,德國Merck公司;甲酸 色譜純,MREDA公司;Folin-Ciocalteu試劑 分析純,北京拜爾迪生物技術有限公司;Trolox、DPPH、2,4,6-三(2-吡啶)-1,3,5-三吖嗪(TPTZ)、對照品維生素C、綠原酸、兒茶酚、矢車菊素-3-蕓香糖苷、天竺葵素-3,5二葡萄糖苷 分析純,均購自Sigma-Aldrich上海貿易有限公司;其他試劑 均為國產分析純。

JYL-C051料理機 九陽股份有限公司;BYTQG脫氣機 溫州濱一機械科技有限公司;PB-10 pH計 德國賽多利斯公司;WAY-2S數字阿貝折射儀 上海精密科學儀器有限公司;T6紫外分光光度計 北京普析通用有限公司;Metrohm自動電位滴定儀 瑞士萬通公司;KQ-500DE型超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司;LC-20AT高效液相色譜儀 日本島津公司;FT74X高溫瞬時殺菌系統(tǒng) 英國Armfield公司;HPP-30L-600 MPa超高壓設備 包頭科發(fā)高壓科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 櫻桃汁的制備 櫻桃清洗、去梗,按總重35%的比例加入含3%VC的水溶液打漿,采用四層紗布過濾后,向其中加入1%的白砂糖,充分攪拌溶解。真空脫氣后灌裝到60 mL PET瓶中,封口。

1.2.2 超高壓處理 將灌裝好的櫻桃汁放入超高壓設備中,室溫下采用壓力550 MPa、保壓2 min處理樣品,處理后樣品一部分立即用于測定微生物及品質指標,其余放于4 ℃貯藏用于品質變化分析。

1.2.3 高溫短時處理 采用超高溫瞬時殺菌系統(tǒng)對櫻桃汁進行殺菌,條件為95 ℃/15 s。熱殺菌的櫻桃汁于無菌超凈工作臺中灌裝到60 mL PET瓶中,封口。處理后樣品一部分立即用于測定微生物及品質指標,其余放于4 ℃貯藏用于品質變化分析。

1.2.4 指標測定

1.2.4.1 微生物的測定 采用平板計數法,根據GB4789.2-2010《食品微生物學檢驗菌落總數測定》進行菌落總數的測定,及GB4789.15-2010《食品微生物學檢驗霉菌和酵母計數》進行霉菌和酵母菌數的測定。

1.2.4.2 pH的測定 取10 mL樣品于燒杯中,采用pH計室溫下測定HPP處理和HTST處理櫻桃汁的pH。

1.2.4.3 可滴定酸(titratable acid,TA)的測定 取20 mL櫻桃汁,記錄質量,用0.1 mol/L NaOH溶液滴定至pH8.1[8]。樣品TA用檸檬酸的百分含量表示,計算公式如下:

式(1)

其中,TA為可滴定酸含量(%);C為NaOH溶液濃度(0.1 mol/L);V1為滴定所用樣品體積(mL);V2為消耗NaOH溶液體積(mL);K為折算系數(以一水檸檬酸計,0.070);V0為櫻桃汁樣品總體積(mL);m為樣品質量(g)。

1.2.4.4 可溶性固形物(soluble solids,SS)的測定 使用數字阿貝折光儀室溫下測定。

1.2.4.5 色澤 采用全自動色差儀在反射模式下測定櫻桃汁的亮度(L*)、紅度(a*)、藍度(b*)值。總色差的計算公式如下:

式(2)

1.2.4.6 總酚含量的測定 采用Folin-Ciocalteu’s法測定總酚含量[9]。取5 g櫻桃汁,加30 mL甲醇,30 ℃/500 W超聲30 min,于4 ℃、10000 r/min下離心10 min,取上清液定容至50 mL備用。取0.1 mL櫻桃汁上清液(以無水甲醇做空白對照),用無水甲醇稀釋4倍,與2 mL稀釋10倍的Folin-phenol試劑混合后,于室溫下避光反應1 h,再加入1.8 mL 7.5%的碳酸鈉溶液,室溫下避光反應15 min,用紫外分光光度計測定765 nm處吸光值,總酚含量以每mL樣品含有焦性沒食子酸當量(mg)表示。配制不同濃度沒食子酸標準溶液繪制標準曲線,標準曲線方程為:y=0.0108x+0.0142(R2=0.999)。

1.2.4.7 鐵離子還原能力的測定 參照Suarez等[10]的方法。樣品前處理與總酚相同。取100 μL樣品加入到4 mL TPTZ工作液(工作液由0.2 mol/L醋酸鹽緩沖液(pH3.6):10 mmol/L的TPTZ溶液:20 mmol/L的FeCl3溶液按體積比10∶1∶1配制而成)于37 ℃反應10 min后,測定其在593 nm處吸光值,以蒸餾水為對照。配制不同濃度的Trolox標準溶液繪制標準曲線,標準曲線方程為:y=1.1015x+0.0096(R2=0.993)。

1.2.4.8 清除DPPH自由基能力的測定 參照Suarez等[10]的方法。樣品前處理與總酚相同。取25 μL樣品加入到4 mL DPPH自由基(0.14 mmol/L)溶液中,常溫避光放置70 min后,測定其在517 nm處吸光值,以甲醇溶液為對照。計算公式為:

式(3)

其中,A1為不加樣品的DPPH自由基溶液的吸光度;A2為加樣品的DPPH自由基溶液的吸光度。配制不同濃度的Trolox標準溶液繪制標準曲線,標準曲線方程為:y=5.9987x-3.3866(R2=0.994)。

1.2.4.9 維生素C含量的測定 參考Tiwari等[11]的方法。取5 g樣品與25 mL 2.5%的偏磷酸混合,4 ℃下提取2 h。然后4 ℃、12000 r/min離心10 min,過濾取上清液即為維生素C粗提液。采用高效液相色譜儀測定,粗提液過0.45 μm膜待上樣,Agela C18柱(4.6 mm×250 mm i.d,5 μm),流動相A為95% 50 mmol/L的磷酸二氫鉀(pH=3),流動相B為5%乙腈。二元高壓梯度等速洗脫,流速為1 mL/min,進樣量20 μL,檢測波長245 nm,柱溫30 ℃。配制不同濃度維生素C標準溶液繪制標準曲線,擬合方程為:y=154356707x+23678217(R2=0.996)。

1.2.4.10 酚類物質含量的測定 按照Escarpa等[12]方法，取5 g櫻桃汁與30 mL甲醇混合,超聲30 min,于4 ℃、10000 r/min下離心10 min,過濾取上清液待用。采用高效液相色譜儀測定,提取液過0.45 μm膜待上樣,Agela C18柱(4.6 mm×250 mm i.d,5 μm),流動相A為0.1 mol/L磷酸,B為100%甲醇。開始濃度B為5%,10 min升至50%,15 min升至70%,20 min升至80%,25 min達到100%。二元高壓梯度等速洗脫,流速為1 mL/min,進樣量20 μL,檢測波長280 nm,柱溫30 ℃。根據Usenik等[13]研究結果，選取具有代表性的綠原酸、兒茶酚進行測定。繪制標準曲線為:兒茶酚:y=23823020x(R2=0.9939);綠原酸:y=35718880x+325366(R2=0.996)。

1.2.4.11 花色苷含量的測定 參照Garcia等[14]的方法。取10 g樣品,加入20 mL 0.1% HCl的無水甲醇,4 ℃下靜置提取2 h。于12000 r/min、4 ℃下離心10 min,過濾取上清液待用。采用高效液相色譜儀測定,提取液過0.45 μm膜待上樣,Agela C18柱(4.6 mm×250 mm i.d,5 μm),流動相A為5%甲酸-水,B為100%甲醇。B的濃度在0～15 min為15%,15～20 min為30%,30 min達到50%,33 min達到80%。配制不同濃度的標準溶液繪制標準曲線為:矢車菊素-3-蕓香糖苷:y=493217x(R2=0.999);天竺葵素-3,5-二葡萄糖苷:y=16141x-169554(R2=0.990)。

1.2.4.12 多酚氧化酶(PPO)活性的測定 參照Ndiaye等[15]的方法。將10 g樣品與80 mL 提取液混合均勻,8000 r/min,4 ℃離心10 min,過濾取上清液為酶粗提液。其中,PPO的提取液為磷酸緩沖液(0.2 mol/L,pH=6.5)。采用分光光度法,反應底物為0.5 mL 0.07 mol/L的鄰苯二酚溶液(用0.2 mol/L,pH=6.5的磷酸緩沖液配制),將反應底物加入到2.0 mL磷酸緩沖液中,再加入0.5 mL PPO粗酶液,混合均勻后在420 nm處測定吸光值隨時間的變化曲線,時間間隔為15 s,PPO酶活性計算方法如下:以每min吸光度A變化0.01為一個多酚氧化酶活性單位(U)。

式(4)

其中,A為反應時間內吸光度的變化;W為樣品鮮重(g);t為反應時間(min);VT為提取酶液總體積(mL);VS為測定時取用酶液體積(mL)。

1.2.4.13 果膠含量的測定 將10 g樣品與60 mL 95%乙醇混合均勻,將混合物放入100 ℃水浴中煮20 min,冷卻至室溫后用漏斗過濾,不溶物用煮沸的乙醇沖洗,最后得到均一、白色粉末狀固體,于35 ℃烘至恒重。稱取40 mg不溶性物質,經30 mL含0.5%硫酸溶液提取得到水溶性果膠,提取液于10000 r/min離心15 min,收集上清液定容至100 mL。取1 mL樣品加入至6 mL濃硫酸-四硼酸鈉溶液(0.0125 mol/L)后立即放入冰水浴中,直到達到室溫,加入0.1 mL 0.15%間苯基苯酚溶液,混合后于520 nm測定吸光值。配制不同濃度半乳糖醛酸的標準溶液按上述比色法繪制標準曲線為:y=0.009x+0.038(R2=0.999)。

1.2.4.14 感官評價 櫻桃汁經HPP和HTST處理后立即進行感官評價,按照感官評分標準(如表1所示)采用9分制打分法對樣品的香氣、滋味、顏色、組織狀態(tài)以及綜合情況進行評分,分數越高代表對該屬性的嗜好程度越強。不同處理的櫻桃汁分裝到品嘗杯中并隨機編號放在托盤中提供給20名感官評價員,男女各半,年齡(20±1)歲。

表1 櫻桃汁感官評分標準Table 1 Score standard for sensory evaluation of the cherry juice

1.3 數據統(tǒng)計與分析

所有實驗進行3次重復。采用Origin 8.0軟件進行數據處理與繪圖。采用SPSS 22.0軟件檢驗不同處理間差異顯著性,p>0.05表示差異不顯著,p<0.05表示差異顯著。結果中以相同字母表示無顯著性差異,不同字母則表示存在顯著差異。

2 結果與分析

2.1 微生物變化

由表2可知,櫻桃汁初始細菌總數以及霉菌與酵母菌總數分別為1.27×103和4.90×104CFU/mL,經過HPP和HTST殺菌后櫻桃汁菌落總數小于100 CFU/mL,而霉菌和酵母菌未檢出,均符合國家標準。貯藏期間HPP和HTST櫻桃汁菌落總數均先下降后緩緩上升,可能是HPP和HTST造成了部分細菌的亞致死損傷[16-17],貯藏期出現修復,第15 d和20 d后細菌總數超過國標100 CFU/mL,但貯藏期間霉菌和酵母菌沒有被檢出。

表2 HPP和HTST處理后櫻桃汁微生物的變化Table 2 Change of microbes of HPP-and HTST-processed cherry juice

2.2 pH、TA、SS和果膠含量的變化

由表3可知,HTST對櫻桃汁pH和TA無影響,顯著降低了櫻桃汁SS含量(p<0.05),可能由于櫻桃汁SS含量較高,高溫下發(fā)生美拉德反應;美拉德反應是熱加工果汁品質的影響極其重要,果汁中羰基化合物和游離氨基酸、蛋白質、肽鏈及胺類等氨基化合物上的氨基之間反應生成糖胺,再經過一系列復雜過程生成褐色素[18-19]。櫻桃碳水化合物和蛋白質的含量較高[20],因此在熱加工過程中可能較易發(fā)生美拉德反應從而使SS含量下降。陳子葉等[21]研究的甘蔗汁在相同條件HTST處理前后SS無顯著差異,可能由于甘蔗中的蛋白質含量(0.4 g/100 g)較櫻桃少,而且在酸性條件下,美拉德反應發(fā)生1,2-烯醇化反應,櫻桃汁的pH較低,故更容易發(fā)生美拉德反應。

表3 HPP和HTST處理后櫻桃汁pH、SS、TA含量的變化Table 3 Changes of pH,SS and TA of HPP-and HTST-processed cherry juice

HPP顯著降低櫻桃汁pH(p<0.05),對櫻桃汁SS和TA均無影響(p>0.05)。貯藏期間兩種處理櫻桃汁的pH和SS含量無顯著變化(p>0.05),TA含量增加,可能與微生物增加產酸或果膠降解有關。

由表3可知,HPP對櫻桃汁果膠含量無影響,而HTST顯著降低櫻桃汁果膠含量(p<0.05),可能因為果膠在高溫、低pH條件下發(fā)生降解。貯藏期間兩種處理的櫻桃汁果膠含量均呈現先增加后下降的趨勢,主要原因是原果膠逐漸轉化為果膠,而后果膠被果膠甲酯酶和多聚半乳糖醛酸酶水解成半乳糖醛酸。

2.3 顏色和多酚氧化酶含量的變化

櫻桃汁顏色的變化情況如表4所示。兩種櫻桃汁的亮度L*、紅度a*、黃度b*均有所下降,HPP處理櫻桃汁總色差ΔE>2,說明HPP引起了櫻桃汁肉眼可見的顏色變化(通常認為當ΔE≥2時,色澤變化明顯可見;而ΔE<2時,色澤變化肉眼不可見。貯藏期間兩種處理櫻桃汁L*、a*、b*、ΔE值呈波動趨勢。

表4 HPP和HTST處理櫻桃汁顏色的變化Table 4 Changes of color of HPP-and HTST-processed cherry juice

HTST處理使櫻桃PPO酶失活(表5),貯藏過程中不存在酶促褐變,櫻桃汁顏色變化可能與維生素C、多酚等物質氧化褐變有關;而HPP處理的櫻桃汁中PPO酶仍保持82%的殘留活性,貯藏過程存在酶促褐變反應,導致櫻桃汁顏色變化明顯。PPO是一種耐壓能力很強的酶[22],曾慶梅等[23]研究表明，500 MPa/50 ℃/10 min處理后梨汁PPO殘留活性為75.3%。

表5 HPP和HTST處理后櫻桃汁中PPO酶活性變化Table 5 Changes of PPO of HPP-and HTST-processed cherry juice

2.4 抗氧化物質含量及抗氧化能力的變化

由表6可知,HPP對櫻桃汁總酚含量無影響(p>0.05),而HTST櫻桃汁總酚保留率僅為83.9%(p<0.05);HPP將櫻桃汁兒茶酚含量提高了4.6%,而HTST將兒茶酚含量降低了6.8%;兩種處理均顯著降低綠原酸含量(p<0.05),保留率分別為95.4%、90.3%。酚類物質在熱處理作用下極易氧化[24],而HPP處理能夠得到更好的保留[25]。

表6 HPP和HTST處理后櫻桃汁抗氧化物質含量及抗氧化能力的變化Table 6 Changes of antioxidants and antioxidative capacity of HPP-and HTST-processed cherry juice

兒茶酚含量的增加可能是由于超高壓增加了其提取率。Queiroz,Gao等[26-27]研究HPP處理蘋果汁、西柚汁得到相同結果,400 MPa/7 min處理的蘋果汁和550 MPa/10 min處理前后的西柚汁總酚含量不變。而Wang,Zhao等[28-29]研究發(fā)現,在HPP條件為400～600 MPa/2.5～10 min,500 MPa/10 min時,紫甘薯汁和庫爾勒香梨汁的總酚含量下降但無顯著性差異。這種差異的可能是由于不同食品體系的PPO酶活性或壓力、保壓時間等加工條件不同造成。貯藏后期,兩種櫻桃汁總酚含量均顯著下降(p<0.05),酚類物質含量下降原因主要有酚類物質的氧化降解、酚類物質與蛋白質或花色苷聚合反應以及PPO酶促反應[30]。HPP櫻桃汁貯藏6 d后總酚顯著下降(p<0.05),這與HPP處理后櫻桃汁PPO保持較高的活性有關;而HTST櫻桃汁貯藏10d后總酚顯著下降(p<0.05),這可能與氧化降解以及聚合反應有關。貯藏期間,HPP與HTST櫻桃汁綠原酸和兒茶酚含量有所波動,但呈下降趨勢,最終保留率均在80%以上。

HPP處理后櫻桃汁維生素C保留率達95.9%,而HTST櫻桃汁維生素C僅保留45.3%(p<0.05)。林怡發(fā)現,HPP處理楊梅汁維生素C保留97.7%～98.8%,而熱處理楊梅汁保留59.0%～61.8%[31]。超高壓處理過程會將氧氣壓入食品體系,促進其與維生素C接觸,從而導致少量維生素C氧化降解[32-33],而維生素C對溫度敏感,在熱處理作用下大量氧化降解[34]。貯藏期間HPP櫻桃汁維生素C變化不大,而HTST櫻桃汁維生素C顯著下降(p<0.05),20 d后保留率僅為42.6%。

HPP和HTST處理后櫻桃汁矢車菊素-3-蕓香糖苷含量均顯著降低(p<0.05),保留率分別為77.7%和69.1%。HPP櫻桃汁天竺葵素-3,5-二葡萄糖苷含量與對照無顯著差異(p>0.05),而HTST櫻桃汁顯著降低(p<0.05),僅保留88.3%。林怡研究表明,經過超高壓(500 MPa/10 min)處理的楊梅汁與對照相比花青素含量未發(fā)生顯著變化[31]。貯藏期間,兩種花色苷含量均呈現波動狀態(tài),HPP櫻桃汁矢車菊素-3-蕓香糖苷含量始終高于HTST組,天竺葵素-3,5-二葡萄糖苷含量貯藏前期高于HTST組而貯藏結束時低于HTST組。花色苷的穩(wěn)定性受到溫度、氧氣、維生素C、PPO、過氧化物酶以及β-葡萄糖苷酶等因素的影響[35-36]。超高壓處理未完全鈍化PPO及櫻桃汁中的維生素C含量高,都可能造成花色苷降解。

與對照組相比,兩種櫻桃汁抗氧化能力均有升高。貯藏期間,兩種櫻桃汁抗氧化能力呈現下降趨勢。HPP櫻桃汁抗氧化能力高于HTST的原因是HPP能夠更好的保存維生素C、綠原酸、兒茶酚、花色苷等物質。

2.5 感官評價

圖1為HPP和HTST櫻桃汁在處理后和貯藏20 d后的感官評價結果。HPP組處理后樣品在綜合、香氣、滋味、顏色四個方面得分均高于HTST組,但無顯著性差異(p>0.05)。兩組櫻桃汁在組織狀態(tài)方面差異顯著(p<0.05),HPP組較差,主要因為超高壓櫻桃汁中果膠含量較高使得組織狀態(tài)粘稠,流動性較差。4 ℃貯藏20 d后,兩種果汁在香氣、滋味方面無顯著變化(p>0.05),但顏色均明顯變差。HPP櫻桃汁的組織狀態(tài)仍不及HTST櫻桃汁，但與HPP剛處理的櫻桃汁相比,其組織狀態(tài)的評分有改善,主要由于果膠在貯藏期間發(fā)生降解,使得果汁的流動性變好,更符合消費者的感官喜好。

圖1 HPP和HTST處理對櫻桃汁感官評價的影響Fig.1 Changes of sensory evaluation of HPP-and HTST-processed cherry juice

3 結論

HPP和HTST對櫻桃汁中微生物均具有較好的殺滅效果;HPP能夠更好地保留櫻桃汁的酚類物質、維生素C、花色苷等物質,并具有較好的感官品質,但不能充分鈍化櫻桃汁的多酚氧化酶。4 ℃貯藏期間,兩種櫻桃汁菌落總數均緩慢升高,但霉菌和酵母菌均未檢出。兩種櫻桃汁中酚類化合物、維生素C、花色苷以及抗氧化能力在貯藏期間均呈現下降趨勢,但貯藏結束時HPP櫻桃汁仍能更好的保留營養(yǎng)物質。綜上所述,HPP更適合櫻桃汁殺菌。