超高壓協(xié)同檸檬汁柵欄處理對軟包裝荔枝罐頭殺菌效果及其動力學(xué)分析

王欲翠，張 帆，馮 毅，吳德全，向 紅,

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東 廣州 510642；2.廣州鮮之源生態(tài)冷鏈技術(shù)有限公司，廣東 廣州 511486）

荔枝（Litchi chinensis Sonn.）營養(yǎng)豐富、口味獨特，在華南地區(qū)被廣泛栽培。荔枝成熟于炎熱的夏季，新鮮荔枝易褐變腐爛、不耐貯藏，因此將荔枝加工為可長期保藏的產(chǎn)品，不僅能滿足消費者的需求，而且可緩解鮮果銷售的壓力。工業(yè)化生產(chǎn)中普遍采用熱加工達到滅菌的效果，但對果汁的品質(zhì)影響較大。

食品超高壓技術(shù)是將食品物料密封于彈性包裝材料中，以水或其他流體介質(zhì)作為傳遞壓力的媒介，在100～1 000 MPa壓力下作用一段時間，以達到殺菌目的一種非熱加工技術(shù)，既能有效地殺滅細菌，又能很大程度上保持食品的營養(yǎng)價值[1-3]。李珊等[4]認(rèn)為，鮮榨蘋果汁在500 MPa處理5 min時，霉菌和酵母菌可被全部殺死。楊天歌等[5]研究超高壓和熱殺菌對枸杞汁品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，超高壓能更好地保留總類胡蘿卜素和總酚，更好地保持枸杞汁原有的顏色，且超高壓對枸杞汁抗氧化活性的保持也優(yōu)于熱處理。除此之外，應(yīng)用超高壓對鮭魚肉[6]、蔬菜汁[7-10]、堅果類飲料[11]等進行處理，均有較好的殺菌和保持品質(zhì)的效果。檸檬汁為低酸性（pH值約為2.0）果汁，并含有多種有效抑菌成分，如檸檬烯、檸檬醛醇類和檸檬酯類衍生物能有效抑制微生物，保存食品營養(yǎng)品質(zhì)[12-14]，超高壓協(xié)同檸檬汁能在降低超高壓壓力和縮短加壓時間的條件下，實現(xiàn)有效殺滅微生物，從而減少超高壓損耗，節(jié)約成本。

超高壓滅菌動力學(xué)曲線大多數(shù)情況下并不符合一級反應(yīng)的規(guī)律[15]。Chen Haiqiang[16]認(rèn)為，Weibull模型和log-logistic模型比線性模型能更好地解釋超高壓滅菌的規(guī)律，且Weibull模型更加簡潔，普遍適用。檸檬汁協(xié)同超高壓對軟包裝荔枝的滅菌動力學(xué)鮮見報道。本實驗通過研究檸檬汁協(xié)同超高壓對荔枝果肉的殺菌效果，并分析其殺菌動力學(xué)，以期為荔枝果肉超高壓加工技術(shù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

荔枝品種為‘淮枝'，購于當(dāng)?shù)剞r(nóng)貿(mào)市場。檸檬購于當(dāng)?shù)爻小＞埘ニ芰洗鼮槭惺邸?/p>

平板計數(shù)瓊脂、孟加拉紅瓊脂、結(jié)晶紫中性紅膽鹽瓊脂、結(jié)晶紫中性紅膽鹽-4-甲基傘形酮-β-D-葡萄糖苷瓊脂、氯化鈉 廣東環(huán)凱微生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

800 MPa雙容器食品超高壓裝置 包頭文天科技有限責(zé)任公司；SQP電子天平 賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限責(zé)任公司；SW-CJ-1F型單人雙面凈化工作臺蘇州凈化設(shè)備有限公司；280CB手提式壓力蒸汽滅菌器浙江新豐醫(yī)療器械有限公司；LHS恒溫恒濕培養(yǎng)箱上海齊欣科學(xué)儀器有限公司；真空包裝機 廣州瑞寶包裝機械有限公司；SKG榨汁機 上海沃迪自動化裝備股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

挑選8～9 成熟、大小一致、無病蟲害的荔枝，先用自來水清洗，再用蒸餾水沖洗，隨后晾干水分，剝皮去核。將一部分荔枝果肉和去皮切塊后的檸檬放入榨汁機中榨汁，并用4 層紗布過濾得到荔枝汁和檸檬汁。然后將荔枝果肉分裝于已灌注荔枝汁（相當(dāng)于0%（體積分?jǐn)?shù)，下同）檸檬汁）和不同體積分?jǐn)?shù)（50%、100%）檸檬汁的聚對苯二甲酸乙二醇酯塑料袋中（每袋100 g），抽真空熱封后，藏于4 ℃冰箱中備用，次日清晨進行超高壓處理，其中以不同壓力下加荔枝汁處理軟包裝荔枝為對照。

1.3.2 超高壓處理

超高壓處理設(shè)備最大工作壓強600 MPa、容積3 L、升壓速率為100 MPa/min，瞬時泄壓，傳壓介質(zhì)為純凈水，本實驗不考慮升壓、泄壓過程中樣品的溫度變化。將包裝好的樣品置于高壓腔，設(shè)定壓力及時間參數(shù)，根據(jù)前期超高壓處理對軟包裝荔枝罐頭貯藏品質(zhì)的預(yù)實驗結(jié)果，在壓力分別為180、380、500 MPa，保壓時間分別為5、10、15 min時，荔枝果肉的貯藏品質(zhì)變化較大，所以在室溫（25 ℃）下采用壓力分別為180、380、500 MPa，保壓時間分別為5、10、15 min的條件對軟包裝荔枝進行超高壓處理，其中以不同壓力下加荔枝汁處理軟包裝荔枝為對照。

1.3.3 微生物檢測

菌落總數(shù)測定參照GB 4789.2—2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗 菌落總數(shù)測定》，采用倒平板法。霉菌和酵母菌測定參照GB 4789.15—2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗 霉菌和酵母菌計數(shù)》，采用倒平板法。大腸桿菌測定參照GB 4789.3—2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗 大腸埃希氏菌計數(shù)》，采用倒平板法。每個處理取3 袋樣品測定，各稀釋梯度重復(fù)3 次，取平均值。其中樣品中的微生物是自然存在的。

1.3.4 脹袋情況測定

將超高壓后的樣品置于37 ℃恒溫恒濕箱中貯藏7 d，每天統(tǒng)計脹袋情況，并對未脹袋的樣品進行微生物檢測。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

1.4.1 動力學(xué)分析

為分析檸檬汁協(xié)同超高壓對荔枝果肉的殺菌效果，采用Weibull模型[16-18]，如下式所示。

式中：N0為超高壓處理前樣品菌落總數(shù)/（CFU/mL）；N為超高壓處理后樣品菌落總數(shù)/（CFU/mL）；b和n分別為尺度參數(shù)和形狀參數(shù)[19]；t為時間/min。當(dāng)n＜1時Weibull分布為一個凹面向上的曲線，n＞1時曲線凹面向下，n＝1時為一條直線。

1.4.2 數(shù)據(jù)分析

Weibull模型分析和方差分析使用SPSS 17.0軟件，畫圖使用Microcal Origin 9.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 檸檬汁協(xié)同超高壓處理對軟包裝荔枝殺菌效果的影響

2.1.1 檸檬汁協(xié)同超高壓對荔枝果肉菌落總數(shù)的影響

由圖1可知，隨著檸檬汁體積分?jǐn)?shù)升高和壓力的增大，軟包裝荔枝果肉菌落總數(shù)的對數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢，且檸檬汁體積分?jǐn)?shù)在50%～100%之間，下降趨勢明顯。高壓處理保壓5 min后，100%檸檬汁+180 MPa、100%檸檬汁+380 MPa處理組分別比對照組菌落總數(shù)的對數(shù)多降低了0.61、3.74 個單位。而100%檸檬汁+380 MPa處理組加壓15 min后，比0%檸檬汁+180 MPa處理組加壓15 min菌落總數(shù)對數(shù)多降低了0.62 個單位，當(dāng)壓力從180 MPa增加到380 MPa時，菌落總數(shù)降幅較大；380 MPa時，隨著加壓時間的延長，菌落總數(shù)降幅較小；但隨著檸檬汁體積分?jǐn)?shù)的增大，菌落總數(shù)降幅較大，其中100%檸檬汁+380 MPa處理組趨勢曲線幾乎和0%檸檬汁+500 MPa處理組重合，說明100%檸檬汁+380 MPa處理的殺菌效果和0%檸檬汁+500 MPa處理時殺菌效果相當(dāng)，較好地證明了檸檬汁協(xié)同超高壓殺菌的柵欄效應(yīng)可以在較低的超高壓壓力下，就可以達到較強的殺菌效果。因此對荔枝果肉進行檸檬汁協(xié)同超高壓處理具有很好的殺菌效果。

圖1 超高壓協(xié)同檸檬汁處理對荔枝果肉菌落總數(shù)的影響Fig. 1 Effect of HHP combined with lemon juice on inactivation of bacteria in litchi pulp

超高壓對細胞膜的破壞是其能夠殺菌的根本原因[20-21]。Kato等[22]的研究認(rèn)為，超高壓處理后的細胞膜發(fā)生了相變，導(dǎo)致細胞膜流動性降低，這很可能就是超高壓導(dǎo)致細胞膜被破壞的原因。Tahiri等[23]的研究表明，壓力增大導(dǎo)致的相變會因為細胞膜上類脂和蛋白質(zhì)之間壓縮率的不同而不同，因此不同菌種對壓力敏感程度不一樣。另外，檸檬汁為低酸性食品，pH值約為2，而大部分微生物生長適宜pH值為5～9，低酸性的檸檬汁有助于殺滅微生物；并且檸檬汁中檸檬烯、檸檬醛等能抑制微生物生長，起到滅菌作用，進一步增強超高壓殺菌效果。Alpas等[24]研究了在不同pH值環(huán)境下超高壓對8 種微生物的滅菌效果，結(jié)果證明當(dāng)pH值降低時，對微生物的殺滅效果增強。本研究發(fā)現(xiàn)，檸檬汁結(jié)合超高壓處理對荔枝果肉有明顯的殺菌作用，且相同壓力下，檸檬汁與超高壓對殺滅細菌有協(xié)同作用，與只進行超高壓處理的荔枝果肉相比，殺菌效果更加明顯。

2.1.2 檸檬汁協(xié)同超高壓對荔枝果肉霉菌、酵母菌的影響

如圖2所示，霉菌、酵母菌數(shù)隨著壓力和檸檬汁體積分?jǐn)?shù)的升高呈現(xiàn)明顯下降趨勢；相同壓力下，檸檬汁協(xié)同超高壓處理組更能抑制微生物增長。100%檸檬汁+180 MPa、50%檸檬汁+380 MPa處理組加壓15 min，較0%檸檬汁+180 MPa、0%檸檬汁+380 MPa處理組加壓15 min，菌落數(shù)量對數(shù)分別多降低了0.32、0.24 個單位。且50%檸檬汁+380 MPa處理組霉菌、酵母菌數(shù)隨著時間的延長其降低速率加快，一方面由于霉菌、酵母菌對壓力升高較敏感，壓力的增大會破壞其細胞結(jié)構(gòu)，功能性蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，失去活性，從而起到殺菌效果[25-26]；另一方面低酸性的檸檬汁（pH值約為2）、檸檬原汁中檸檬烯、檸檬醛等能抑制微生物生長，起到滅菌作用，進一步增強超高壓殺菌效果[27-28]。李巧巧等[29]對D-檸檬烯應(yīng)用在面包上進行初步應(yīng)用研究，結(jié)果表明：氣體狀態(tài)的D-檸檬烯能有效抑制腐敗面包上的酵母和青霉，對面包有較好的保鮮作用。朱安妮等[12]認(rèn)為，鮮榨檸檬果肉原汁對7 種常見食源性致病菌均具有明顯抑菌效果。本研究結(jié)果表明：100%檸檬汁+380 MPa處理組和不同體積分?jǐn)?shù)（0%、50%、100%）檸檬汁+500 MPa處理組均無霉菌和酵母菌檢出，說明100%檸檬汁+380 MPa處理組與500 MPa處理組的霉菌、酵母菌殺菌效果相當(dāng)。

圖2 超高壓協(xié)同檸檬汁對荔枝果肉中霉菌、酵母菌的影響Fig. 2 Effect of HHP combined with lemon juice on inactivation of mold and yeast in litchi pulp

2.1.3 檸檬汁協(xié)同超高壓對荔枝果肉大腸桿菌的影響

大腸桿菌能夠反映食品受污染的程度，易導(dǎo)致食源性疾病的發(fā)生，應(yīng)嚴(yán)格控制此菌的數(shù)量。本實驗中不論是對照組還是處理組均無大腸桿菌檢出，說明實驗環(huán)境以及所用的純凈水沒有受到污染，干凈安全，對人體無致病性。

2.2 不同處理方式對荔枝軟罐頭脹袋情況的影響

由表1可知，經(jīng)過超高壓處理的荔枝罐頭發(fā)生脹袋時間明顯推后，且脹袋時間隨著壓力和檸檬汁體積分?jǐn)?shù)增大而推后。未經(jīng)超高壓處理的荔枝軟罐頭保藏1 d就發(fā)生明顯脹袋。結(jié)合圖1和圖2可知，0%檸檬汁+180 MPa和50%、100%檸檬汁+180 MPa的處理可殺滅部分微生物，但仍達不到殺菌要求。380 MPa保壓15 min，可使菌落總數(shù)、霉菌和酵母菌明顯減少，在37 ℃下貯藏7 d時并不能有效防止脹袋，而100%檸檬汁+380 MPa組保壓15 min后，荔枝軟罐頭未見脹袋情況。說明檸檬汁和超高壓對殺滅微生物有較強的協(xié)同作用。對未脹袋的荔枝軟罐頭進行細菌菌落總數(shù)、霉菌和酵母菌菌落總數(shù)、大腸桿菌菌落總數(shù)檢驗，結(jié)果表明，菌落總數(shù)均小于100 CFU/mL，霉菌和酵母菌總數(shù)小于20 CFU/mL，均無大腸桿菌檢出，感官品質(zhì)良好。

表1 不同處理方式對軟包裝荔枝罐頭脹袋情況的影響（保壓時間15 min、貯藏溫度37 ℃）Table 1 Effects of different treatments on degree of swelling of soft packages (pressure holding time of 15 minutes, storage temperature of 37 ℃)

2.3 超高壓協(xié)同檸檬汁處理對荔枝軟罐頭殺菌效果的動力學(xué)分析結(jié)果

表2 不同處理組處理軟包裝荔枝菌落總數(shù)殺菌曲線Weibull模型參數(shù)Table 2 Parameters of Weibull model for bacterial inactivation in soft packages subjected to different treatments

決定系數(shù)R2反映模型擬合度的高低，R2越大，說明模型擬合度越高。由表1可知，在能檢測到總菌落的7 種處理方式下，Weibull模型的R2都大于0.900，表明檸檬汁協(xié)同超高壓對軟包裝荔枝滅菌效果的動力學(xué)符合Weibull模型。

運用Weibull模型擬合不同體積分?jǐn)?shù)檸檬汁協(xié)同超高壓處理后軟包裝荔枝菌落總數(shù)的對數(shù)，由圖3可知，Weibull模型可很好地擬合動力學(xué)曲線。殺菌動力學(xué)曲線的形狀隨著處理壓力水平和檸檬汁體積分?jǐn)?shù)的變化呈現(xiàn)明顯變化。0%檸檬汁+180 MPa處理組和不同體積分?jǐn)?shù)（50%、100%）檸檬汁+180 MPa處理組殺菌動力曲線彎曲度較小，接近線性，但隨著壓力的增加以及檸檬汁的協(xié)同作用，殺菌曲線成凹面狀，并有明顯的曲率和拖尾現(xiàn)象[30]。0%檸檬汁+380 MPa處理條件下，在初始的5 min內(nèi)，菌落總數(shù)迅速降低，協(xié)同50%、100%檸檬汁處理時，5 min之后到15 min的拖尾部分分別能降低0.44、0.52 個對數(shù)單位。隨著檸檬汁體積分?jǐn)?shù)的增高，動力學(xué)曲線總體上呈現(xiàn)凹面狀增強的趨勢，表明檸檬汁具有一定的殺菌協(xié)同作用，比單獨超高壓處理能進一步起到殺滅細菌的作用；100%檸檬汁+380 MPa處理組的動力學(xué)曲線與0%檸檬汁+500 MPa處理組的動力學(xué)曲線幾乎重合，說明在100%檸檬汁+380 MPa處理條件下，再增大壓力時，對殺菌效果影響不明顯。

圖3 不同處理方式下Weibull模型擬合的菌落總數(shù)殺菌動力學(xué)曲線Fig. 3 Survival curves of bacteria in litchi pulp subjected to HHP treatment combined with lemon juice

由表2可知，Weibull模型中兩個動力學(xué)參數(shù)b和n與壓力大小和檸檬汁協(xié)同作用有關(guān)。尺度參數(shù)b可反映殺菌效果，b隨著壓力的升高而變大，這一結(jié)果與其他研究結(jié)果[31-32]一致。在壓力180 MPa時n最大，表明在此壓力條件下微生物細胞敏感性提高，且隨著檸檬汁體積分?jǐn)?shù)增高，n變化最大，說明動力學(xué)曲線形狀不穩(wěn)定。壓力180～380 MPa下，n降低最多；380～500 MPa協(xié)同不同濃度檸檬汁處理組的n值變化不明顯，即表明380～500 MPa協(xié)同不同體積分?jǐn)?shù)檸檬汁處理下，動力學(xué)曲線形狀趨于穩(wěn)定狀態(tài)；其中0%檸檬汁+500 MPa時n最小，說明此處理條件下，動力學(xué)曲線凹面狀最明顯，且殺菌效果隨著加壓時間的延長而變?nèi)酢?/p>

同一壓力下，有檸檬汁協(xié)同作用時，b會增大，說明超高壓協(xié)同檸檬汁具有柵欄效應(yīng)，即檸檬汁的協(xié)同作用可以適當(dāng)降低加壓壓力，從而在較低的壓力下就可以實現(xiàn)高效率的殺菌。形狀參數(shù)n反映曲線的形狀，不同處理組n均小于1，表明在同一處理組下，殺菌效果隨著處理時間的延長而變?nèi)酰蓤D3可知，曲線拖尾現(xiàn)象明顯。

3 結(jié) 論

超高壓協(xié)同檸檬汁對軟包裝荔枝具有柵欄效應(yīng)，在檸檬汁的協(xié)同下，比單一超高壓殺菌效果要好，且壓力大小及保壓時間對殺菌效果影響較明顯。無檸檬汁時，在處理壓力180～380 MPa內(nèi)，軟包裝荔枝的處理壓力越大，保壓時間越長，殺菌效果越好；相同壓力時，隨著檸檬汁體積分?jǐn)?shù)的增大，菌落總數(shù)的對數(shù)呈現(xiàn)明顯降低趨勢；100%檸檬汁+380 MPa處理組與0%檸檬汁+500 MPa處理組殺菌效果相當(dāng)，說明檸檬汁協(xié)同超高壓殺菌的柵欄效應(yīng)可以在較低的超高壓壓力下就達到較強的殺菌效果。100%檸檬汁+380 MPa、500 MPa處理時已無霉菌和酵母菌檢出，霉菌、酵母菌對壓力和低酸性環(huán)境更敏感。

100%檸檬汁+380 MPa處理組、（0%、50%、100%）檸檬汁+500 MPa處理組保壓15 min后，在37 ℃下貯藏7 d，均未發(fā)生脹袋，且對未脹袋的荔枝軟罐頭進行微生物檢驗，菌落總數(shù)均小于100 CFU/mL，霉菌和酵母菌總數(shù)均小于20 CFU/mL，均無大腸桿菌檢出，感官品質(zhì)良好。說明檸檬汁的低酸性能有效抑制微生物增長、殺滅細菌，有利于保持軟包裝荔枝的品質(zhì)，延長貯藏期。

Weibull模型能較好地擬合超高壓協(xié)同檸檬汁處理軟包裝荔枝的殺菌動力學(xué)曲線，其中擬合系數(shù)R2大于0.900。尺度參數(shù)b隨著壓力和檸檬汁體積分?jǐn)?shù)的增大而增大，b越大，殺菌效果越好。形狀參數(shù)n與壓力以及檸檬汁協(xié)同作用有關(guān)，表明壓力大小和檸檬汁協(xié)同作用影響殺菌曲線的形狀，0%檸檬汁+180 MPa處理組和檸檬汁（50%、100%）+180 MPa處理組殺菌曲線接近線性；而0%檸檬汁+380 MPa處理組、檸檬汁（50%、100%）+380 MPa處理組和500 MPa處理組擬合曲線凹度較大，其中100%檸檬汁+380 MPa處理組與0%檸檬汁+500 MPa處理組動力學(xué)曲線幾乎重合，且相互間變化趨于穩(wěn)定。