超聲處理對藍(lán)莓汁殺菌效果和品質(zhì)的影響

楚文靖，葉雙雙，張付龍，王賢，尚傳仙

(黃山學(xué)院 生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，安徽 黃山,245041)

超聲波技術(shù)、超高壓技術(shù)[1]、高壓脈沖電場技術(shù)[2]、低壓脈沖電場技術(shù)[3]、微波技術(shù)[4]等非熱殺菌技術(shù)通常被應(yīng)用于果汁殺菌，殺滅微生物的同時(shí)，保持了果汁原有的品質(zhì)。超聲波是一種綠色的非熱物理加工方法，具有耗能少、操作簡單、工作效率高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于食品加工與貯藏中，例如有效成分的提取[5-7]、食品物料的脫水干燥[8-11]、改善食品品質(zhì)[12-14]、殺滅微生物[15-17]等。超聲波殺菌的原理是超聲波可使壓力和溫度發(fā)生局部的迅速變化，進(jìn)而產(chǎn)生剪切破壞、空穴化效應(yīng)、細(xì)胞膜變薄、定位加熱和自由基的生成等，這對微生物來講是致命的[18]。超聲波處理技術(shù)作為一種有效的輔助滅菌方法，逐漸受到重視，已被應(yīng)用到火龍果汁[19]、芒果汁[20]、蘋果汁[21]、柑橘汁[22]等果汁的殺菌中。

新鮮的藍(lán)莓汁營養(yǎng)豐富、風(fēng)味獨(dú)特，但其水分含量高，不易保存。本研究探討超聲功率、超聲時(shí)間、超聲溫度等因素對藍(lán)莓汁殺菌率和品質(zhì)的影響，以期為超聲波技術(shù)在藍(lán)莓汁加工中的應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

藍(lán)莓，大潤發(fā)超市；沒食子酸、Folin-Ciocalteu試劑、1，1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)、瓊脂、葡萄糖、KH2PO4、KCl、乙酸鈉、無水乙醇、無水Na2CO3、乙酸、HCl，均為分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

SB-4200D型超聲波清洗機(jī)，寧波新芝生物科技股份有限公司；CR-10plus型手持色差儀，日本柯尼卡美能達(dá)公司；PAL-1型數(shù)顯糖度計(jì)，日本Atago愛宕公司；IN812C型低溫恒溫培養(yǎng)箱，重慶雅馬拓科技有限公司；YXQ-L50SⅡ型立式壓力蒸汽殺菌鍋，上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；YCD-EL259A型醫(yī)用冷藏冷凍箱，中科美菱低溫科技股份有限公司；80-2臺(tái)式電動(dòng)離心機(jī)，金壇市杰瑞爾電器有限公司；SpectraMax-190 型全波長酶標(biāo)儀，美國 Molecular Devices 公司；LAMBDA365紫外可見分光光度計(jì)，美國Perkin Elmer公司；PHS-3E型精密臺(tái)式酸度計(jì)，上海雷磁儀器有限公司；ZHJH-C2112B型水平流超凈工作臺(tái)，上海智城分析儀器制造有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 藍(lán)莓汁的制備

將冷凍藍(lán)莓解凍、清洗，按照m(藍(lán)莓)∶m(飲用水)=1∶6混合榨汁，然后在4 000 r/min下離心20 min，取上清液，進(jìn)行超聲處理。

1.3.2 藍(lán)莓汁的超聲

分別以超聲功率、超聲時(shí)間和超聲溫度為因素，以殺菌率、總酚、花色苷、DPPH清除率、可溶性固形物、pH、色澤等為響應(yīng)值，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。其中超聲時(shí)間選取2、4、6、8、10 min；超聲功率選取120、150、180、210、240 W；超聲溫度選擇20、30、40、50、60 ℃。以未超聲處理的藍(lán)莓汁為對照組。

1.3.3 殺菌率的測定

菌落總數(shù)的測定參照GB 4789.2—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 菌落總數(shù)測定》。殺菌率按公式(1)計(jì)算[23]：

(1)

1.3.4 總酚含量的測定

總酚含量采用Folin-Ciocalteu法[24]測定。以沒食子酸做標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果表示為每升樣品中沒食子酸的質(zhì)量(mg)。

1.3.5 花色苷含量的測定

花色苷含量采用pH示差法[24]測定。結(jié)果表示為每升樣品中所含矢車菊-3-葡萄糖苷的質(zhì)量(mg)。

1.3.6 DPPH自由基清除率

DPPH自由基清除能力采用吳永祥等[25]的方法，利用酶標(biāo)儀測定各樣品在517 nm處的吸光值。按公式(2)計(jì)算：

(2)

式中：I,DPPH 自由基清除率；A1,樣品組150 μL藍(lán)莓汁吸光度；A2,100 μL藍(lán)莓汁與50 μL無水乙醇溶液的吸光度；A3,100 μL蒸餾水與50 μL DPPH溶液的吸光度；A4,100 μL蒸餾水與50 μL無水乙醇溶液的吸光度。

1.3.7 色澤測定

使用手持色差計(jì)對藍(lán)莓汁的色澤進(jìn)行測量，其中CIELAB為色澤空間，記錄L*、a*、b*和ΔE值。L*值代表亮度從黑(L*=0)到白(L*=100)，a*值代表從綠(-)到紅(+)，b*值代表從藍(lán)(-)到黃(+)。ΔE，其中ΔL*為超聲波處理樣品與對照樣品L*值的差值，Δa*為超聲波處理樣品與對照樣品a*值的差值，Δb*為超聲波處理樣品與對照樣品b*值的差值。

1.3.8 可溶性固形物含量和pH的測定

使用數(shù)顯糖度計(jì)和酸度計(jì)直接測定藍(lán)莓汁樣品的可溶性固形物含量和pH。

2 結(jié)果與討論

2.1 超聲處理對藍(lán)莓汁殺菌效果的影響

2.1.1 超聲功率對藍(lán)莓汁殺菌率的影響

在超聲時(shí)間為6 min，超聲溫度為40 ℃的條件下，不同超聲功率對藍(lán)莓汁殺菌率的影響見圖1。超聲功率對藍(lán)莓汁的殺菌率有顯著影響(P<0.05)。當(dāng)超聲功率由120 W增加到180 W時(shí)，殺菌率由23.1%增加到53.0%。超聲功率180 W時(shí)的殺菌率是120 W的2.3倍。而超聲功率180、210和240 W時(shí)的殺菌率無顯著差異(P>0.05)。當(dāng)超聲功率>180 W時(shí)，殺菌率不再增大，可能是由于聲壓幅值過大，在聲波的空化相內(nèi)空化泡增長過大，致使空化泡在聲波的壓縮相內(nèi)來不及發(fā)生崩潰，影響空化效果，殺菌效果反而不能提升。

圖1 超聲功率對藍(lán)莓汁殺菌率的影響

2.1.2 超聲時(shí)間對藍(lán)莓汁殺菌率的影響

在超聲功率為180 W，超聲溫度為40 ℃的條件下，不同超聲時(shí)間對藍(lán)莓汁殺菌率的影響見圖2。超聲時(shí)間對藍(lán)莓汁的殺菌率有顯著影響(P<0.05)。隨著超聲時(shí)間的增加，殺菌率顯著增加。當(dāng)超聲時(shí)間由2 min增加到8 min時(shí)，殺菌率達(dá)到最大值64.1%，此時(shí)的殺菌率是2 min時(shí)的3.3倍。而超聲時(shí)間8和10 min時(shí)的殺菌率無顯著差異(P>0.05)。

圖2 超聲時(shí)間對藍(lán)莓汁殺菌率的影響

2.1.3 超聲溫度對藍(lán)莓汁殺菌率的影響

在超聲功率為180 W，超聲時(shí)間為8 min的條件下，不同超聲溫度對藍(lán)莓汁殺菌率的影響見圖3。

圖3 超聲溫度對藍(lán)莓汁殺菌率的影響

超聲溫度對藍(lán)莓汁的殺菌率有顯著影響(P<0.05)。隨著超聲溫度的增加，殺菌率呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。超聲溫度20、40和60 ℃時(shí)的殺菌率分別是35.4%、63.5%和53.3%。60 ℃時(shí)的殺菌率比40 ℃殺菌率下降的原因可能是溫度升高后，超聲聲振介質(zhì)的蒸氣壓升高削弱了空穴裂解的強(qiáng)度，從而導(dǎo)致微生物殺滅率有所降低[26]。

2.2 超聲處理對藍(lán)莓汁總酚、花色苷含量和抗氧化活性的影響

2.2.1 超聲功率對藍(lán)莓汁總酚、花色苷含量和DPPH自由基清除率的影響

在超聲時(shí)間為6 min，溫度為40 ℃時(shí)，超聲功率對藍(lán)莓汁總酚、花色苷含量和抗氧化活性的影響見表1。超聲功率對藍(lán)莓汁總酚含量有顯著影響(P<0.05)，隨著功率的增大，總酚含量呈現(xiàn)增加的趨勢，這是因?yàn)槌暪β蕦偡拥奶崛∮蟹e極作用[27]。中低功率(120、150、180、210 W)超聲處理對藍(lán)莓汁花色苷含量沒有顯著影響(P>0.05)，但是240W超聲處理的藍(lán)莓汁中花色苷含量顯著降低(P<0.05)。這是因?yàn)橐欢üβ实某暡梢源龠M(jìn)花色苷的溶出，但超過一定功率時(shí)可能會(huì)破壞其化學(xué)鍵致使花色苷產(chǎn)解分解，導(dǎo)致花色苷含量降低[28]。超聲功率對藍(lán)莓汁的DPPH自由基清除率沒有顯著影響(P>0.05)，即藍(lán)莓汁在不同功率下超聲處理抗氧化活性不變。

表1 超聲功率對藍(lán)莓汁總酚、花色苷含量和DPPH自由基清除率的影響

2.2.2 超聲時(shí)間對藍(lán)莓汁總酚、花色苷含量和DPPH自由基清除率的影響

在超聲功率為180 W，超聲溫度為40 ℃的條件下，超聲時(shí)間對藍(lán)莓汁總酚、花色苷含量和抗氧化活性的影響見表2。結(jié)果顯示，不同超聲時(shí)間(2、4、6、8、10 min)下，藍(lán)莓汁的花色苷含量與對照組相比顯著降低(P<0.05)，而總酚含量顯著增加(P<0.05)，這可能是超聲波產(chǎn)生的空化效應(yīng)破壞了植物細(xì)胞壁，使提取溶劑易溶于植物細(xì)胞，促進(jìn)總酚的溶出[27]。超聲處理時(shí)間對藍(lán)莓汁的DPPH自由基清除活性沒有顯著影響(P>0.05)，于慶華[29]在超聲處理桑葚果汁時(shí)得到了類似的結(jié)果。

表2 超聲時(shí)間對藍(lán)莓汁總酚、花色苷含量和抗氧化活性的影響

2.2.3 超聲溫度對藍(lán)莓汁總酚、花色苷含量和DPPH自由基清除率的影響

在超聲功率為180 W，超聲時(shí)間為8 min的條件下，超聲溫度對藍(lán)莓汁總酚、花色苷含量和抗氧化活性的影響見表3。結(jié)果表明，超聲溫度對藍(lán)莓汁總酚、花色苷含量和DPPH自由基清除率均有顯著影響(P<0.05)。隨著超聲溫度的增加，藍(lán)莓汁中總酚含量呈現(xiàn)逐步增加的趨勢。在較高溫度(50和60 ℃)下，藍(lán)莓汁花色苷含量和DPPH自由基清除率顯著降低，是因?yàn)榛ㄉ赵诟邷貤l件下不穩(wěn)定，易發(fā)生降解。

表3 超聲溫度對藍(lán)莓汁總酚、花色苷含量和抗氧化活性的影響

2.3 超聲處理對藍(lán)莓汁可溶性固形物、pH和色澤的影響

2.3.1 超聲功率對藍(lán)莓汁可溶性固形物、pH和色澤的影響

在超聲時(shí)間為6 min，超聲溫度為40 ℃條件下，超聲功率對藍(lán)莓汁可溶性固形物、pH和色澤的影響見表4。結(jié)果顯示，不同功率的超聲處理對藍(lán)莓汁的可溶性固形物、pH均沒有顯著影響(P>0.05)。超聲處理對色澤有一定影響，當(dāng)超聲功率為240 W時(shí)，亮度L*值顯著下降(P<0.05)，色差ΔE最大，與對照組色澤差別最大。

表4 超聲功率對藍(lán)莓汁可溶性固形物、pH和色澤的影響

2.3.2 超聲時(shí)間對藍(lán)莓汁可溶性固形物、pH和色澤的影響

在超聲功率為180 W，超聲溫度為40 ℃條件下，超聲時(shí)間對藍(lán)莓汁可溶性固形物、pH和色澤的影響見表5。結(jié)果顯示，不同時(shí)間的超聲處理對pH沒有顯著影響(P>0.05)。長時(shí)間(10 min)超聲處理引起藍(lán)莓汁中可溶性固形物和亮度L*值顯著下降(P<0.05)。超聲4 min和10 min的ΔE較大，與對照組色澤差別較大。

表5 超聲時(shí)間對藍(lán)莓汁可溶性固形物、pH和色澤的影響

2.3.3 超聲溫度對藍(lán)莓汁可溶性固形物、pH和色澤的影響

在超聲功率為180 W，超聲時(shí)間為8 min條件下，超聲溫度對藍(lán)莓汁可溶性固形物、pH和色澤的影響見表6。結(jié)果顯示，高溫50和60 ℃超聲處理會(huì)顯著影響藍(lán)莓汁中可溶性固形物含量(P<0.05)，高溫下樣品與對照組的色差ΔE也較大，這可能是因?yàn)樗{(lán)莓汁中主要呈色物質(zhì)花色苷發(fā)生部分降解，以及高溫下酶促褐變反應(yīng)加快，綜合作用使得藍(lán)莓汁色澤發(fā)生變化。

表6 超聲溫度對藍(lán)莓汁可溶性固形物、pH和色澤的影響

3 結(jié)論

超聲處理對藍(lán)莓汁具有一定的殺菌作用，殺菌率受超聲功率、超聲時(shí)間和超聲溫度的影響。當(dāng)超聲功率為180 W、超聲時(shí)間8 min、超聲溫度40 ℃時(shí)，藍(lán)莓汁殺菌率達(dá)到64%。超聲處理可以作為藍(lán)莓汁殺菌處理的輔助方式，也可以作為藍(lán)莓汁預(yù)處理的方式，降低微生物數(shù)量。超聲處理可與其他殺菌技術(shù)聯(lián)合使用以提高殺菌效果。較高的超聲溫度(50和60 ℃)會(huì)影響藍(lán)莓汁的總酚、花色苷含量、抗氧化活性、可溶性固形物含量和色澤，較低超聲溫度(≤40 ℃)、適宜的超聲功率和時(shí)間能最大限度地保持藍(lán)莓汁的品質(zhì)。