熱輔助超聲波處理對鮮榨火龍果汁品質的影響

夏必幫，朱文嫻，廖紅梅，劉元法

(江南大學食品學院，江蘇無錫214122)

火龍果(Hylocereus polyrhizus)又被稱為龍珠果、紅龍果、仙人果等，為仙人掌科量天尺屬(Hylocereusundatus)和蛇鞭柱屬(Seleniereus Mejalantous)多年生攀緣性多肉植物［1］。根據火龍果果肉的色澤可將其分為紅皮紅肉、紅皮白肉、黃皮白肉三類。火龍果果肉口感清甜，含有豐富的維生素(VC、VB2、VB5、VB6、VB9、VE)、膳食纖維、蛋白質、氨基酸、甜菜紅色素、多酚類及礦物質(如 Ca、Si、Fe、K 等)［2－3］。

鮮榨火龍果汁能很好地保留火龍果自身的營養成分和風味物質，但自然菌群(細菌、霉菌和酵母菌等)的存在會影響其食用安全性和貯藏期［4－5］。一般來說，傳統熱殺菌處理能有效控制微生物，但會嚴重破壞果汁的營養成分和天然風味，特別是對熱敏性成分( 如 VC、甜菜紅素等)［6－7］。非熱殺菌技術能提供一種全新的選擇。其中，孫慧等［8］采用臭氧殺菌技術處理火龍果汁飲料可很好地控制其自然菌群，但是對感官特性破壞較嚴重;李威等［1］采用超高壓處理鮮榨火龍果汁，結果表明該技術能有效保持火龍果汁品質，但處理中高壓環境對設備要求較高、且設備損耗較嚴重;Halim等［9］采用UV－防腐劑處理紅肉火龍果汁，發現1.5%檸檬酸和15μL/100 mL二甲基二碳酸鹽可使菌落總數、霉菌和酵母菌數分別降低4.12、4.14個對數，同時品質保持較好。另外，熱輔助超聲波(Thermosonication，TS)技術是一種聲熱結合技術，已有研究表明，該技術可有效降低果汁中微生物，同時可有效保持鮮榨果汁口感，符合消費者對果汁營養和風味上的需求［10］。目前，已有文獻報道將該技術應用于蘋果汁［11－12］、番茄汁［13］、西瓜汁［14］和橙汁［15］等果蔬汁加工，但在火龍果汁中的應用卻少有報道。

本研究主要考察TS處理條件，包括功率、溫度和時間對鮮榨火龍果汁的殺菌效果(菌落總數、霉菌和酵母菌)和品質(色澤、VC、總糖、可溶性固形物、pH和總酸等)的影響，擬探討TS在鮮榨火龍果汁加工中的應用可行性，以期為鮮榨火龍果汁的工業化生產提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紅肉火龍果 無錫歐尚超市;2，6－二氯靛酚鈉

華中海威基因科技有限公司;平板計數瓊脂培養基、孟加拉紅瓊脂培養基、苯酚、濃硫酸、乙醇等 國藥化學試劑公司;其它試劑 均為分析純。

SCIENTZ－ⅡD型超聲波設備 寧波新芝生物技術股份有限公司;JX097976WAJ型手持式折光儀 成都宏達新元科技有限公司;Ultra Scan Pro1166型高精度分光測色儀 美國Hunterlab公司;UV－1800型紫外分光光度計 島津國際貿易(上海)有限公司;TGL－16M型高速冷凍離心機 上海盧湘儀離心機儀器有限公司;SW－CJ－2D型雙人單面無菌操作臺 蘇州凈化設備有限公司;SPX－250B－Z型生化培養箱 上海博遠實業有限公司;LDZX－30KBS型立式壓力蒸汽滅菌器 上海申安醫療器械廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 鮮榨火龍果汁制備工藝流程 原料選擇→去皮→切分→勻漿→粗濾→離心→殺菌。

操作要點:原料選擇:果皮紅色均勻、果實硬度和單果重(500～700 g)大致相同;切分:切塊大小為2×2 cm;勻漿:純果肉勻漿;粗濾:四層紗布過濾籽;離心:3000×g、4 ℃、10 min。

1.2.2 TS處理 取60 mL鮮榨火龍果汁于無菌夾套燒杯(75%酒精浸泡30 min，無菌水沖洗3遍以上)中并連接循環水浴預熱，達到預設溫度后進行TS處理(在380 W、30～55℃條件下TS處理10 min;在190～570 W、50℃下TS處理10 min;在570W、50℃和55℃條件下TS處理5～30 min)。以95℃熱處理10 min為對照。處理結束后立即將火龍果汁于4℃下冷藏保存，以待后續測定。

1.2.3 自然菌群的測定 菌落總數(Aerobic bacteria，AB)、霉菌和酵母菌 (Yeasts and molds，Y＆M)分別采用國標GB 4789.2－2016和GB 4789.15－2016進行測定。操作流程:在無菌操作臺中將火龍果汁進行梯度稀釋到合適稀釋度，移取1 mL稀釋液于培養皿中，再分別倒入15 mL平板計數瓊脂培養基和孟加拉紅培養基，冷卻后進行倒置培養。其中菌落總數在(36±1)℃下培養48 h后計數，霉菌和酵母菌在(28±1)℃下培養5 d后計數。微生物含量采用對數值(lgN)表示，N為樣品中的微生物數量(CFU/mL)。

1.2.4 色差的測定 采用高精度分光測色儀測定L*、a*、b*，其中 L*值表示亮度，L*值越大表示亮度越大;a*值表示有色物質的紅綠偏向，正值越大，表示偏向紅色的程度越大，負值絕對值越大，表示偏向綠色的程度越大;b*值表示有色物質的黃藍偏向，正值越大，表示偏向黃色的程度越大，負值絕對值越大，表示偏向藍色的程度越大，并運用顯著性分析方法分析 L*、a*、b*、總色差 ΔE 數值上的變化［16］。ΔE的計算公式如下:

ΔE=［(L－L0)2+(a－a0)2+(b－b0)2］1/2

式中，L0、a0、b0和 L、a、b 分別是火龍果汁處理前后的色差值。

1.2.5 全波段掃描 將純火龍果果汁按1∶30 mL(果汁∶蒸餾水)比例進行稀釋，然后取3～4 mL的稀釋液于UV－1800紫外分光光度計中，在300～800 nm波段對處理之后的火龍果汁樣品進行吸光度掃描［17］。

1.2.6 VC含量的測定 參照趙曉梅等［18］的方法，采用二甲苯萃取，然后用2，6－二氯靛酚滴定測定還原型VC含量。吸取5 mL 2%偏磷酸樣品浸出液于50 mL試管中，加5 mL p H4.0的乙酸鈉緩沖液和2 mL 2，6－二氯靛酚溶液，劇烈振蕩5 s后加入10 mL二甲苯萃取，劇烈振蕩20 s待靜置分層后，取樣于500 nm波長下進行比色測定。在一定范圍內，吸光度值與2，6－二氯靛酚染料濃度呈線性相關。VC含量計算公式如下:

滴定度T(mg/mL)=C×V/(V1－V2)

式中，T:每毫升2，6－二氯靛酚溶液相當于VC的毫克數;C:VC的濃度，mg/mL;V:吸取VC的體積，mL;V1:滴定所消耗2，6－二氯靛酚溶液的體積，mL;V2:空白所消耗2，6－二氯靛酚溶液的體積，mL。

VC(mg/100 g)=(2－V3)×T×(A/W)×100

式中，2:2，6－二氯靛酚染料的體積，mL;V3:2，6－二氯靛酚溶液的體積，mL;T:2，6－二氯靛酚染料滴定度，mg/mL;A:稀釋倍數;W:樣品重量，g。

VC保留率(%)=(Vc1/Vc0)×100

式中，Vc0、Vc1分別表示處理前和處理后火龍果汁樣品中VC的含量，mg/100 g。

1.2.7 總糖含量的測定 參照姜瓊等［19］的方法，采用苯酚－硫酸法測定總糖。用蒸餾水對火龍果汁進行稀釋(6000倍)。配制8種不同濃度(0～1.8 mg/mL)的葡萄糖標準液，根據標準液在490 nm波長下的吸光度值繪制標準曲線，根據標準曲線計算火龍果汁中總糖含量。計算公式如下:

式中，C:葡萄糖濃度當量，mg/mL;V:純火龍果果汁總體積，mL;D:稀釋倍數;m:火龍果重量，100 g。

總糖保留率(%)=(鮮樣總糖/處理樣總糖)×100

式中:鮮樣總糖、處理樣總糖－分別表示處理前和處理后火龍果汁中總糖含量，g/100 g。

1.2.8 可溶性固形物含量、pH、總酸的測定 參照Tiwari等［16］對葡萄汁中的測定方法。可溶性固形物含量采用手持式折光儀直接測定。p H采用p H計直接對火龍果汁進行測定。總酸采用直接滴定法測定，設定pH8.2為滴定終點，測定的樣品與去離子水按照1∶3的比例進行稀釋，取20 mL稀釋后的樣品進行滴定。

1.3 數據處理

本次實驗所得數據均為2次重復，3次平行，結果均以平均值±標準偏差的形式表示，圖表由Origin 8.5軟件制作，采用SPSS 19.0軟件Duncan法進行顯著性分析(p＜0.05)。

2 結果與分析

2.1 TS處理對微生物數量的影響

由圖1可知，隨著TS處理時間延長、功率和溫度的提高，鮮榨火龍果汁中菌落總數、霉菌和酵母菌均逐漸降低。在380 W、55℃下TS處理10 min后，果汁中AB和Y＆M分別降低到3.67、1.62個對數(圖1A)。在570 W、50℃下經TS處理10 min后，果汁中AB和Y＆M分別降低到3.37和平板計數法檢測限(未檢出)(圖1B)。由圖1C～圖1D可知，在570 W、50和55℃下TS處理30 min后，AB分別降低到1.77、1.48個對數，Y＆M未檢出，符合果汁微生物質量安全標準。Abid等［11］研究結果與本實驗結果一致，結果表明隨TS(500 W、30 min)溫度升高(40～60℃)蘋果汁中AB降低到2.26個對數，Y＆M未檢出。另外Bhattacherjee等［17］研究發現隨著超聲(20 ℃、25 kHz)時間由30 min延長到60 min，柑橘汁中AB由3.7降低到1.9個對數，Y＆M由2.5降低到2.4個對數;說明超聲波處理對細菌的殺菌效果較霉菌和酵母更好。結合本研究和Abid等［11］研究結果，可推測TS處理處理中霉菌和酵母菌對溫度較為敏感，很大程度上提高了TS對于霉菌和酵母的控制效果。95℃熱處理10 min后，火龍果汁中AB和Y＆M均未檢出，說明該條件能夠有效控制微生物。

圖1 TS處理中溫度、功率和時間對火龍果汁中菌落總數、霉菌和酵母菌的影響Fig.1 Effects of temperature，in－put power and treatment time on theaerobic bacteria，yeasts and molds in red dragon fruit juice during TSprocessing注:1.(A)380 W、10 min;(B)50℃、10 min;(C)570 W、50℃;(D)570 W、55℃。CK為未處理果汁，95℃為熱處理10 min對照。2.a～f，A～D不同小寫字母表示具有顯著性差異(p＜0.05)。

2.2 TS處理對鮮榨火龍果汁品質的影響

2.2.1 TS處理對鮮榨火龍果汁色澤的影響 由圖2可知，火龍果汁的最大吸光度值在538 nm，主要是由于其中甜菜紅素在538 nm下有最大吸收峰［17］，因而峰高值可初步表征果汁中甜菜紅素含量;在480～490 nm之間有個亞峰，這主要是由于甜菜黃素在480 nm處有最大吸收峰。隨著TS(570 W、50℃)處理時間的延長(5～30 min)，最大吸收峰A538nm緩慢且逐步降低，480～490 nm處亞峰無變化;而95℃條件下熱處理樣品A538nm最低，但480～490 nm處亞峰明顯增高。55℃條件下經TS處理后火龍果汁全波長掃描圖譜也可得到類似結果(結果未展示)。結果表明，經過TS處理后火龍果汁中甜菜紅素可能受到破壞，但其破壞程度較熱處理弱;由于甜菜紅素為紅色，也是火龍果汁主要呈色物質，因而推測TS處理和熱處理均會不同程度影響火龍果汁的色澤。

圖2 TS(570 W、50 ℃、5～30 min)和熱處理后火龍果汁全波段(300～800 nm)掃描圖譜Fig.2 Full wavelength scanning pattern(300～800 nm)of red dragon fruit juice treated by TS(570 W，50 ℃，5～30 min)and heat(95 ℃，10 min)

由表1可知，經TS處理后火龍果汁的L*值明顯增加，這與熱處理后的L*變化一致;Herbach等［20］研究85℃熱處理1 h后紅肉火龍果汁和色素提取物的色澤變化也得到類似結果，并認為L*值可作為甜菜紅色素保留情況的一個可靠指標。與鮮榨汁相比較，隨著TS處理強度增強(包括溫度和壓強增加、處理時間延長)，火龍果汁a*值和b*值呈現先下降后增加趨勢;其中a*值在570 W、50℃處理20～30 min，以及570 W、55℃處理5～30 min等較高強度下顯著增加(p＜0.05);b*值在570 W、55℃處理10～30 min等較高強度下顯著增加(p＜0.05)。該現象可解釋為:TS處理中由于超聲波空穴作用產生二級代謝物，包括各類自由基和過氧化氫，推測它們可能會導致甜菜紅色發生降解;超聲波的機械剪切作用可破碎大顆粒，即將火龍果果肉破碎，因而導致甜菜紅素從胞中溶出。經過95℃熱處理10 min后，火龍果汁的a*值顯著增加(p＜0.05)，b*值有所增加但無顯著變化(p＞0.05)。TS處理中中等強度和溫度以及空穴氣泡瞬間釋放的熱能與熱處理中結果類似，一方面導致甜菜紅素降解，另一方面加熱過程能夠將甜菜紅素水解后產生的甜菜醛酸/異甜菜醛酸與脯氨酸作用，產生梨果仙人掌黃素和異梨果仙人掌黃素，它們在490 nm附近有較強吸收峰［20］。火龍果汁的總色差值ΔE*，則隨著TS處理強度增強而增大，其中在570 W、55℃處理20～30 min時間內，產生了肉眼可見色差(ΔE*＞2.0);經95℃熱處理10 min后，也發生了肉眼可見色差(ΔE*=2.55)。結果表明，TS處理較熱處理能夠更好地保留火龍果汁的色澤。

2.2.2 TS處理對VC含量的影響 由表1可知，鮮榨火龍果汁中的VC含量為10.118 mg/100 g。在TS處理過程中，50℃的TS處理(570 W、30 min)溫度較55℃有更高的 VC保留率，分別為86.89%和79.07%。熱處理后VC含量降低至7.309 mg/100 g，保留率為72.28%。與熱處理相比，TS處理可較好保留VC，其主要原因是VC對溫度敏感，在高溫下可導致VC發生氧化降解，而TS過程中產生的空穴效應和機械作用可破壞火龍果果肉細胞，使果肉內抗氧化性物質釋放和溶出，避免火龍果汁中VC的破壞。

表1 TS處理對鮮榨火龍果汁營養成分和理化性質的影響(n=3)Table 1 Effects of TStreatment on nutrients and physicochemical properties of freshred dragon fruit juice(n=3)

2.2.3 TS處理對總糖含量的影響 由表1可知，鮮榨火龍果汁中的總糖含量為13.194 g/100 g。在TS處理過程中，溫度對總糖含量影響較大。表1中，50℃的TS處理(570 W、30 min)溫度較55℃有更高的總糖保留率，分別為87.04%和79.78%，55℃下總糖保留水平較低。熱處理后總糖下降至9.624 g/100 g，保留率為73.04%。表明在55℃下，TS處理和熱處理后火龍果汁樣品中總糖整體保留率較低。據萬鵬等［21］研究，荔枝果汁在酸性條件下，隨著溫度的升高，其還原糖發生美拉德反應而加速降解。

2.2.4 TS處理對鮮榨火龍果汁TSS、p H、TA的影響由表1可知，TS處理和熱處理對的火龍果汁中TSS、pH、TA均無顯著性差異(p＞0.05)。據 Abid等［11］和Liao 等［12］等研究表明，經TS 處理后蘋果汁中TSS、pH和TA均無顯著性變化(p＞0.05)，與本實驗的研究結果一致。

3 結論

由實驗可知，TS(570 W、50℃、30 min)處理能有效控制鮮榨火龍果汁中自然菌群(AB≤1.77lgN，Y＆M未檢出)，有利于其色澤、VC和總糖的保留(總色差ΔE*＜2，VC和總糖的保留率分別為86.89%、87.04%)，對果汁中可溶性固形物含量、pH、總酸無顯著性影響(p＞0.05)。95℃熱處理10 min后的果汁雖然可有效控制其自然菌群，但對果汁色澤、VC和總糖等品質影響較大(p＜0.05)。因此，TS(570 W、50℃、30 min)處理可用于控制火龍果汁中自然菌群并保持鮮榨汁的品質。TS處理為開發新型火龍果汁產品，保證成品的品質提供了良好的技術支持。