超聲聯合殺菌對火龍果汁品質及抗氧化性的影響

王振帥，曾秋煩，信思悅，陳善敏，盛懷宇，蔣和體

(西南大學 食品科學學院，重慶，400716)

火龍果(Pitaya)，又叫紅龍果、仙蜜果等，是仙人掌科量天尺屬和蛇鞭柱屬的栽培品種[1-2]，主要有紅皮白肉、紅皮紅肉和黃皮白肉火龍果3個品種[3]。最早起源于巴西、墨西哥等中美州地區，之后傳到越南等東南亞國家以及中國臺灣，目前我國火龍果種植地區主要分布在海南、福建、云南等地[4-5]?；瘕埞缓苄陨攀忱w維、維生素E、植物多糖、礦物質元素、不飽和脂肪酸等，具有降低血糖、血壓和潤腸道的作用，還能調節人體各項機能，提高免疫力，具有預防大腸癌的功能[6-7]。

火龍果采后在自然條件下極易失水和腐爛，不耐貯藏，研究表明白肉火龍果比紅肉火龍果貯藏期稍長，所以對紅肉火龍果的深加工顯得尤為重要[8]。紅肉火龍果汁本身含有的腐敗微生物在貯藏期間極易造成果汁變質，所以殺菌技術的應用極為重要。常見的熱殺菌技術有巴氏殺菌、超高溫瞬時殺菌(ultra high temperature treated，UHT)，但是熱殺菌極易損失產品中的熱敏性營養成分，降低產品的品質。超聲波殺菌屬于非熱殺菌技術，大腸桿菌、巨大芽孢桿菌、綠膿桿菌對超聲非常敏感，可被完全殺死，但超聲對葡萄球菌、鏈球菌等效果較小[9]。研究表明超聲波-低熱聯合[10]、超聲波-氯聯合[11]、超聲波-二甲基二碳酸鹽聯合[12]均有較好的殺菌效果，并對產品品質影響較小。當超聲波應用于果汁殺菌時，其能量可瞬間分布于果汁中，空穴氣泡絕熱收縮至爆破的瞬間過程，產生“熱點”效應，導致細胞膜在變化的壓強條件下拉伸，破裂，并伴有膜電位的改變，因而在中低溫條件下具有顯著的殺菌效力，達到減緩熱效應(降低熱殺菌溫度)和降低能耗的效果[13-14]，秦艷紅等[15]使用超聲200 W、40℃、30 min處理櫻桃番茄汁，一定程度上延長了貨架期；王文宗[10]探討了超聲-低熱聯合對胡蘿卜汁的殺菌效果及其機理研究。微波殺菌具有熱效應和非熱效應雙重效果，但其對總酚及黃酮損失量較大，所以進行超聲預處理，一方面可增加多酚含量[16]，另一方面縮短微波時間，增加抗氧化活性物質保留量。本研究采用超聲-微波聯合殺菌(ultrasonic - microwave combination sterilization，UMC)、超聲-中溫聯合殺菌(ultrasonic-moderate temperature combination sterilization，UMTC)，對比巴氏殺菌，通過比較殺菌后火龍果汁的理化性質、抗氧化性，分析不同殺菌技術對火龍果汁品質的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅肉火龍果，購于永輝超市；果膠酶，諾維信生物技術有限公司；平板計數培養基，北京奧博星生物技術責任有限公司；蘆丁，中國藥品生物制品檢定所；沒食子酸，上海源葉生物科技有限公司；Folin-酚試劑，北京索萊寶科技有限公司；3,5-二硝基水楊酸、HCl、NaOH、水楊酸，重慶川東化工(集團)有限公司；酒石酸鉀鈉、葡萄糖、2,6-二氯靛酚、CH3COONa、KCl、Na2CO3、NaH2PO4、無水乙醇、FeSO4、H2O2、三氯乙酸，成都市科龍化工試劑廠；DPPH，分析純，Sigma公司；BHT，阿達瑪斯試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

紫外-可見分光光度計(7200)，尤尼柯(上海)儀器有限公司；無菌操作臺(VD-650)，蘇州凈化設備有限公司；電熱恒溫水浴鍋(HWS-26)，上海齊欣科學儀器有限公司；全自動色差儀(UltraScan PRO)，美國Hunter Lab公司；手持糖度儀(PAL-1)，上海上天精密儀器有限公司；超聲波清洗機，昆山市超聲儀器有限公司；陶瓷螺旋壓榨機(JYZ-B530)，九陽股份有限公司；電子天平(FA2004)，上海舜宇恒平科學儀器有限公司；微波爐：廣東格蘭仕微波爐電器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 火龍果汁制備工藝流程

紅肉火龍果→清洗去皮→切塊榨汁→滅酶(微波550 W、3 min)→果膠酶酶解(添加量0.06%、酶解時間2.0 h、溫度55 ℃)→果膠酶的鈍化(微波700 W、30 s)→過濾得果汁(pH為4.42)→殺菌→快速冷卻→指標測定

1.3.2 殺菌方法

巴氏殺菌[17]：將制備好的火龍果汁水浴加熱到中心溫度為95 ℃后開始計時，時間為2 min；裝入已滅過菌的耐高溫PET瓶中，流水下快速冷卻至室溫。

UMC殺菌[16，18]：將超聲功率、超聲時間、微波功率、微波時間進行單因素及響應面實驗，以菌落總數、褐變指數、總酚為評判指標，最后處理條件為功率200 W，20 min，然后放入微波爐中，功率為700 W，1.5 min，無菌罐裝后快速冷卻至室溫。

UMTC殺菌：參考文獻[15]并進行優化，將制備好的火龍果汁置于超聲中，超聲功率為200 W，50 ℃，20 min，殺菌后無菌罐裝并快速冷卻至室溫。

1.3.3 指標檢測

1.3.3.1 微生物檢測

以菌落總數作為微生物檢測指標，采用平板計數法，具體參考GB 4789.2—2016的相關規定[19]。

1.3.3.2 可溶性固形物測定

根據SB/T 10203—1994，使用手持糖度計直接測定可溶性固形物含量(°Brix)。

1.3.3.3 總糖、總酸的測定

采用3,5-二硝基水楊酸比色法[20]測定果汁的總糖；采用直接滴定法測定總酸，結果以檸檬酸計。

1.3.3.4 Vc含量、花色苷含量測定

Vc含量采用2,6-二氯靛酚法測定[21]；花色苷含量采用pH示差法測定[22]。

1.3.3.5 褐變指數測定[23]

取5 mL火龍果汁，加入15 mL 80%乙醇，混勻并置于室溫下避光反應30 min，4 ℃條件下4 000 r/min離心20 min，取上清液于420 nm處測定吸光度，以80%乙醇溶液作為空白。

(1)

式中：A為吸光值，V1為提取液體積，mL，V2為樣品體積，mL。

1.3.3.6 色澤測定[24]

采用UtraScan PRO測色儀(總透射模式) 測定火龍果汁色澤。色澤參數分別為亮度值L*、紅綠值a*、黃藍值b*，以未殺菌鮮榨汁為對照組，同一個樣品測3次，取其平均值。按公式(2)計算ΔE總色差值:

ΔE=[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2]1/2

(2)

1.3.3.7 總酚含量測定

采用福林酚法，測定方法參考文獻[25-26]。以沒食子酸為標準物，繪制標準曲線，得線性方程：y=0.097 1x+0.027 3，R2=0.994 3。取1 mL提取液測定吸光度，總酚含量以沒食子酸計，單位mg/mL。

1.3.3.8 總黃酮含量測定

采用亞硝酸鈉法[27]，以蘆丁為標準物，得標準曲線方程為：y=0.012 7x+0.025 7，R2=0.977 4。取1 mL火龍果汁測定吸光度，總黃酮含量表示為蘆丁當量，單位mg/mL。

1.3.4 抗氧化性的測定

1.3.4.1 DPPH自由基清除率測定[28]

DPPH在乙醇溶液中會表現為深紫色，抗氧化劑與其單電子發生配對作用，從而使顏色逐漸消失，通過測定火龍果汁與其反應后吸光度變化從而判斷抗氧化能力?；瘕埞♂?0倍，將其與0.2 mmol /L DPPH溶液各2.0 mL混合為實驗組，與乙醇各2.0 mL混勻為空白組，以及乙醇與0.2 mmol /L DPPH溶液各2.0 mL混勻為對照組，避光放置30 min后于517 nm處測定吸光度(以乙醇調零)。按公式(3)進行計算:

(3)

式中：Ai為實驗組吸光度；Aj為空白組吸光度；Ac為對照組吸光度。

1.3.4.2 ABTS+自由基清除率測定[29]

利用火龍果汁抑制ABTS在氧化作用下生成ABTS+的顏色反應，測定出抗氧化能力。將ABTS自由基儲備液用無水乙醇稀釋吸光值為0.700±0.002 (734 nm處)，取ABTS自由基稀釋液5.4 mL與0.6 mL稀釋10倍火龍果汁混勻(蒸餾水替換火龍果汁設為對照)，在室溫下反應10 min后，于734 nm波長下測定吸光值。按公式(4)進行計算。

(4)

式中：A1為實驗組吸光值；A0為對照組吸光值。

1.3.4.3 羥自由基(·OH)清除率測定[17]

利用Fenton反應測定火龍果汁對Fe2+催化H2O2產生·OH自由基的清除能力。取9 mmol/L FeSO4和9 mmol/L乙醇-水楊酸溶液各1 mL，然后加入火龍果汁和8. 8 mmol/L H2O2溶液各1 mL，混勻避光放置10 min后于510 nm處測定吸光度。按公式(5)計算:

(5)

式中：A0為空白吸光值，參比溶液為不加H2O2的體系；Ax為加樣品的吸光值，Ax0為不加H2O2的吸光值，

參比溶液為去離子水。

采用鄰苯三酚自氧化的方法，取2.35 mL 0.1 mol/L Tris-HCl緩沖液(pH值8.2)和2.00 mL 0.05 mol/L磷酸緩沖液(pH值7.8)加入3只比色管中，25 ℃水浴保溫15 min。其中1只比色管加入4.50 mmol/L鄰苯三酚鹽酸溶液0.15 mL，另1只加入4.50 mmol/L鄰苯三酚鹽酸溶液0.15 mL和稀釋10倍火龍果汁1 mL，最后1只加鹽酸0.15 mL為調零管，立即混勻于320 nm波長下測定吸光度，測定3 min，每隔30 s記錄1次。按公式(6)進行計算。

(6)

式中：ΔA1為鄰苯三酚氧化速率，ΔA為加樣品后鄰苯三酚氧化速率。

1.3.5 感官品質評定[31]

對經過不同殺菌處理的果汁從色澤、風味、口感、組織狀態及綜合評價5個方面進行感官評定，邀請12名食品學院經過感官審評培訓的學生組成評價小組，按照表1進行審評和打分。

表1 火龍果汁感官評分標準Table 1 The standard score sheet for the sensory evaluation of Pitaya juice

1.3.6 數據分析

每個實驗處理重復3次，結果以平均值X±SD表示，利用SPSS 22.0軟件進行顯著性分析，P<0.05表示顯著差異；應用Origin2017及Excel對所得數據進行圖形繪制。

2 結果與分析

2.1 不同殺菌方式對菌落總數、總酸、可溶性固形物、總糖的影響

由表2可知，3種殺菌方式都有很好的殺菌效果，殺菌后菌落總數均已達到GB 7101—2015國家標準，其中UMC殺菌和UMTC殺菌效果較好，與巴氏殺菌有顯著性差異(P<0.05)，UMC殺菌優于UMTC殺菌，但兩者差異不顯著(P>0.05)；不同殺菌方式對火龍果汁的總酸、總糖、可溶性固形物含量均沒有顯著影響，這一結果與文獻[16,18]得出的結論相符合。

2.2 不同殺菌方式對Vc含量、花色苷、褐變指數的影響

3種殺菌方式對火龍果汁Vc含量、花色苷含量、褐變指數的影響如圖1所示，火龍果汁中Vc含量經過3種殺菌方式均有不同程度的下降。與鮮榨汁相比，巴氏殺菌、UMC殺菌、UMTC殺菌下降比例分別為35.71%、12.60%、26.79%，UMC殺菌保留Vc含量效果最好，UMTC殺菌效果次之，兩者均與巴氏殺菌有顯著差異(P<0.05)。巴氏殺菌Vc含量損失最大，這可能是由于巴氏殺菌溫度較高，使得Vc發生降解，造成Vc含量的大量損失。研究表明超聲處理由于空穴效應能夠消除溶解氧從而抑制Vc的有氧降解，同時也降低了脫氫抗壞血酸的積累水平，使無氧降解也得到間接抑制[32]，但是UMTC殺菌中溫(50 ℃)加快了Vc降解的速度，造成Vc含量還是有一定程度的下降。

表2 不同殺菌方式對火龍果汁菌落總數、總酸、可溶性固形物、總糖的影響Table 2 Effects of different sterilization methods onaerobic bacterial count, total acid, soluble solids andtotal sugar of Pitaya juice

注：a,b,c,d表示同一列數值間的顯著性差異(P<0.05)，表3同。

圖1 不同殺菌方式對火龍果汁Vc含量、花色苷、褐變指數的影響Fig.1 Effects of different sterilization methods on Vc content, anthocyanins and browning index of Pitaya juice

花色苷化學性質不穩定，易受溫度、光照、氧氣等因素的影響，造成花色苷含量下降，使食品色澤發生變化。巴氏殺菌、UMC殺菌、UMTC殺菌花色苷含量分別下降43.18%、9.24%、24.22%，KECHINSKI等[33]研究發現隨著溫度升高，花色苷降解也隨之加快，這一結論與實驗結果一致。巴氏殺菌和UMTC殺菌因加熱時間較長，所以花色苷損失程度較大，而UMC殺菌因微波處理時間很短而較好的保留了花色苷含量。

褐變指數是評價食品發生色澤變化的一個重要指標，由圖1可知，經過巴氏殺菌的火龍果汁發生褐變程度最大，UMC殺菌和UMTC殺菌與其有顯著性差異(P<0.05)，但兩者之間差異不顯著。巴氏殺菌由于高溫產生的熱效應會促使美拉德反應、焦糖化反應的發生以及抗壞血酸的降解，從而引起非酶褐變[34]。超聲處理能夠去除溶解氧從而抑制褐變，UMTC殺菌由于溫度促進褐變發生，兩方面共同作用從而達到一種平衡狀態。而UMC殺菌減少了由溫度作用導致的褐變反應，最大程度的保護了火龍果汁色澤。

2.3 不同殺菌方式對火龍果汁色澤的影響

表3為3種殺菌方式對火龍果汁色澤的影響，由表3可知，巴氏殺菌的L*值和a*值均顯著性下降，火龍果汁色澤變暗，紅度變淺，這可能是因為Vc降解、色素變化等導致果汁發生褐變，亮度值減??；UMC殺菌L*值增加，a*值下降，即火龍果汁亮度增加，紅度變淺，表明超聲能改善火龍果汁的亮度，同時顏色變淺是由超聲波產生的OH-引發呈色物質的氧化還原反應與異構化引起的[35]；UMTC殺菌L*值下降，a*值下降，表現為暗紅色是由于超聲作用與中溫共同作用所導致。3種殺菌方式處理過的火龍果汁b*值均顯著性增長，黃度加深。ΔE表示色澤變化程度，ΔE值越大，說明顏色變化越大，UMC殺菌的ΔE值最大，但其能改善亮度，較好的保護火龍果汁的色澤。

表3 不同殺菌方式對火龍果汁色澤的影響Table 3 Effect of different sterilization methods on thecolor of Pitaya juice

2.4 不同殺菌方式對火龍果汁總黃酮和總酚含量的影響

由圖2可知，3種殺菌方式處理的果汁總黃酮含量均為下降狀態，巴氏殺菌、UMC殺菌、UMTC殺菌分別下降21.23%、9.49%、15.99%，UMC殺菌保留總黃酮含量效果最好；相比鮮榨汁，巴氏殺菌的總酚含量顯著性下降(P<0.05)，而UMC殺菌、UMTC殺菌后總酚含量分別提升了9.65%、7.36%，這可能是因為超聲處理的提取效應引發的細胞內含物流出以及束縛態酚類物質的釋放所引起[36]，微波處理和UMTC殺菌中的中溫均相應地造成多酚損失，但最終還是較多的保留了多酚含量。

圖2 不同殺菌方式對火龍果汁總黃酮和總酚含量的影響Fig.2 Effects of different sterilization methods on total flavonoids and total phenol content of Pitaya juice

2.5 火龍果汁抗氧化活性測定結果

由圖3可知，4種抗氧化能力評價體系對不同殺菌方式處理后火龍果汁抗氧化能力的比較評估，在DPPH自由基清除率評價體系中，UMC殺菌自由基清除率最高，UMTC殺菌自由基清除率稍弱于鮮榨汁；在ABTS+自由基清除率體系中，UMC殺菌抗氧化能力顯著優于另外2種殺菌方式，UMTC殺菌與鮮榨汁抗氧化能力差異不顯著(P>0.05)，巴氏殺菌自由基清除率最低；在羥自由基清除率評價體系中，清除率強弱順序為UMC殺菌(72.13%)>UMTC殺菌(71.28%)>鮮榨汁(63.92%)>巴氏殺菌(55.59%)；在超氧陰離子自由基清除率評價體系中，清除率強弱順序為UMC殺菌(75.02%)>UMTC殺菌(67.95%)>鮮榨汁(42.82%)>巴氏殺菌(37.55%)；綜合來看，抗氧化能力強弱順序為UMC殺菌≥UMTC殺菌≥鮮榨汁≥巴氏殺菌，由圖3也可看出總酚含量在不同殺菌方式下的變化趨勢，與抗氧化能力強弱順序相一致，表明總酚在抗氧化能力方面起到重要作用。巴氏殺菌清除率最低主要是因為高溫作用使總酚含量顯著下降所引起，UMC殺菌與UMTC殺菌自由基清除率較高是因為超聲作用使得束縛態酚類物質釋放使總酚含量上升，從而使清除率提高，另外，UMC殺菌中的微波處理會使火龍果汁組織基質發生改變，使細胞壁破壞，有助于結合性酚酸釋放，導致抗氧化能力有所提高[37]。

圖3 不同殺菌方式對火龍果汁抗氧化性的影響及總酚與抗氧化能力的關系Fig.3 The effect of different sterilization methods on the antioxidation of Pitaya juice and the relationship between total phenol and antioxidant capacity

2.6 火龍果汁感官評定

不同殺菌方式下火龍果汁的感官評價如圖4所示，巴氏殺菌處理后的火龍果汁色澤、風味等整體分值偏低，有蒸煮的氣味，組織狀態較差，這可能是由于巴氏殺菌長時間的高溫加熱所致；UMC殺菌和UMTC殺菌后效果都較好，這是因為超聲處理能較好的保留香氣，另外會促進醇類、醛類物質轉化為酯類物質，使香氣更加濃郁，UMC殺菌中微波處理也會使一些風味物質溶出，如糖類、花色苷等，使火龍果汁風味更加突顯。從綜合評價可得感官總分順序為鮮榨汁>UMC殺菌>UMTC殺菌>巴氏殺菌，所以UMC殺菌后可以較好的保持火龍果汁的品質。

圖4 不同殺菌方式下火龍果汁的風味感官評估Fig.4 Sensory evaluation of flavor of Pitaya juice under different sterilization methods

3 結論

本實驗對比了超聲-微波聯合殺菌(UMC殺菌)、超聲-中溫聯合殺菌(UMTC殺菌)與巴氏殺菌對火龍果汁品質及抗氧化性的影響，火龍果汁經過這3種殺菌處理后均能達到GB 7101—2015國家標準，其中UMC殺菌效果最好，也能較好的保持火龍果汁的品質。3種殺菌方式對火龍果汁總酸、總糖、可溶性固形物含量均沒有顯著差異(P>0.05)，但Vc和花色苷含量有不同程度的下降，其中UMC殺菌有較好的保留效果，巴氏殺菌導致火龍果汁褐變最為嚴重，而UMC殺菌和UMTC殺菌能較好的保持火龍果汁色澤。另外，巴氏殺菌、UMC殺菌、UMTC殺菌處理對總黃酮含量有顯著性影響(P<0.05)，而UMC殺菌和UMTC殺菌使總酚含量顯著上升，所以抗氧化能力也有所提高。在火龍果汁感官評價中，UMC殺菌后的果汁色澤提升，口感與組織狀態也較好，綜合得出UMC殺菌能較好的保持火龍果汁的品質并提高抗氧化能力。