巴氏殺菌對NFC蘋果汁殺菌效果及品質(zhì)的影響

李根，初樂，趙巖，和法濤，朱風(fēng)濤，馬寅斐

中華全國供銷合作總社濟(jì)南果品研究院（濟(jì)南 250014）

蘋果是薔薇科（Rosaceae）蘋果屬（Malus）植物的果實。NFC（not from concentrate）蘋果汁一般稱為“非濃縮還原汁蘋果汁”，即未經(jīng)濃縮還原的100%純果汁，其工藝是將新鮮的原料清洗后，經(jīng)過破碎，壓榨出果汁，果汁直接進(jìn)行巴氏殺菌，在較低的溫度環(huán)境中加工成產(chǎn)品[1]。因為未經(jīng)過濾、高溫濃縮等復(fù)雜工藝，該工藝最大程度地保留了蘋果汁原有的口感、風(fēng)味和營養(yǎng)成分[2]。

巴氏滅菌法（Pasteurization），亦稱低溫消毒法、冷殺菌法，一般是在熱力學(xué)溫度低于100 ℃的情況下，對產(chǎn)品進(jìn)行熱力殺滅微生物，以延長食品貨架期[3-4]?，F(xiàn)在巴氏殺菌的程序種類繁多，一般包括“低溫長時間”殺菌（Long-temperature-long-time，LTLT）和“高溫短時”殺菌（High-temperature-shorttime，HTST）[5]。果汁是熱敏性食物，長時間加熱會破壞其風(fēng)味口感和營養(yǎng)成分，HTST是加熱食品至約72 ℃或更高溫度，維持15 s或更長時間的殺菌方法[6]，因此更符合NFC蘋果汁的實際生產(chǎn)。目前，針對NFC果汁殺菌的研究大多集中超高壓[7]、超聲波[8]、脈沖電場[9]等非熱殺菌，但就從加工及設(shè)備成本來看，熱殺菌仍是果汁企業(yè)最常用的方式。

此次試驗通過不同巴氏殺菌條件處理NFC蘋果汁，并結(jié)合殺菌動力學(xué)模型探究殺菌效果，綜合品質(zhì)評價，得到既能夠保持果汁品質(zhì)又能夠保證殺菌效果的工藝條件，以期為NFC蘋果汁的工業(yè)化生產(chǎn)提供可靠的參數(shù)。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

紅富士蘋果，于4 ℃貯藏，購于威海。

瓊脂、酵母膏、蛋白胨，北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司；2, 6-二氯淀粉鈉鹽、L-抗壞血酸標(biāo)準(zhǔn)品，上海麥克林生化科技有限公司；其他試劑，均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

立式壓力蒸汽滅菌鍋，上海博訊實業(yè)有限公司；無菌操作臺，蘇凈集團(tuán)蘇州安泰空氣技術(shù)有限公司；電熱恒溫培養(yǎng)箱，湖北省黃石市醫(yī)療器械廠；UV-1800型紫外可見分光光度計，上海美譜達(dá)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 NFC蘋果汁工藝流程

將無病害、新鮮的蘋果洗凈，用Stephen破碎機(jī)破碎打漿，同時加入0.1%的VC護(hù)色，用紗布壓榨過濾后均質(zhì)處理，冷藏備用。為保證試驗樣品的一致性，所有試驗樣品需一次性準(zhǔn)備充足。

1.3.2 殺菌處理

將制備好的蘋果汁按照設(shè)定的溫度和時間進(jìn)行殺菌，樣品處理完后，迅速放入冰水中冷卻。采用70，75，80，85和90 ℃五個溫度梯度，分別加熱0，1，2，5，10，20和30 min，測定菌落總數(shù)。分析溫度及時間對均質(zhì)處理后NFC蘋果汁的殺菌效果。

1.4 測定方法

1.4.1 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 菌落總數(shù)的測定》進(jìn)行測定。

1.4.2 可溶性固形物的測定

參照GB/T 12143—2018《飲料通用分析方法》，用手持式糖度計進(jìn)行測定。

1.4.3 pH的測定

用pH計對樣品進(jìn)行測定。用pH 4.01和pH 6.86的校準(zhǔn)液校正后測定。

1.4.4 總酸的測定

參照GB/T 12456—2008《食品中總酸的測定》中的pH電位法。折算系數(shù)以蘋果酸計。

1.4.5 VC的測定

參照GB/T 5009.86—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中抗壞血酸的測定》中的2, 6-二氯靛酚滴定法進(jìn)行測定。

1.4.6 色差的測定

根據(jù)GB/T 18963—2012《濃縮蘋果汁》，用全自動測色色差計在反射模式下對果汁的亮度（L*）、紅色值（a*）、黃色值（b*）進(jìn)行測定，并計算總色差ΔE。感官評價是通過人的視覺器官評價產(chǎn)品的整體色澤，而L*、a*、b*是3個分解值，也無法體現(xiàn)果汁的實際色澤變化。所以采用ΔE表示色差，反映顏色的變化程度，ΔE越大表示蘋果汁顏色變化越大：

式中：L0*、a0*、b0*分別為果汁最初的亮度、紅綠值、黃藍(lán)值；L*、a*、b*分別為處理后果汁的亮度、紅綠值、黃藍(lán)值。

1.5 巴氏殺菌動力學(xué)分析

殺菌效果采用殘活率對數(shù)值表示：

式中：lgA為殺菌前后菌落總數(shù)降低的對數(shù)；N0為樣品中初始活菌數(shù)，CFU/mL；N為在特定溫度下處理時間t后的活菌數(shù)，CFU/mL。

假定在目標(biāo)溫度下，菌落總數(shù)與處理時間存在指數(shù)遞減關(guān)系，即類似于化學(xué)反應(yīng)中的一級反應(yīng)[10]：

式中：D為殺滅90%微生物所需要的時間，min；t為處理時間，min。

Z值定義為D值下降一個數(shù)量級所需提高的溫度，它體現(xiàn)不同致死條件下微生物的相對耐熱性[11]：

2 結(jié)果與分析

2.1 不同殺菌條件對NFC果汁殺菌效果的影響

NFC蘋果汁中的菌落總數(shù)隨保溫時間的變化規(guī)律通常用殘存活菌曲線來表示，又稱致死速率曲線[12]。如圖1所示，在殺菌過程中，隨加熱時間的增加，殘存的活菌數(shù)迅速減少。不同熱處理溫度下殺滅果汁微生物的動力學(xué)曲線基本符合一級動力學(xué)模型。一級動力學(xué)模型被經(jīng)常用來描述微生物的殘活率和處理時間之間的關(guān)系，是經(jīng)典的殺菌模型[13]。當(dāng)加熱溫度為70～75 ℃時，果汁中微生物存在一定的耐熱性，隨加熱時間的增加，微生物致死率變化不明顯。但當(dāng)溫度上升到85 ℃后，lgA開始出現(xiàn)明顯下降趨勢；當(dāng)溫度到達(dá)90 ℃后，微生物能達(dá)到近100%的致死率。對圖1中的曲線進(jìn)行線性模型擬合，各溫度下的線性方程和相關(guān)系數(shù)、D值如表1所示。

圖1 加熱致死率曲線

表1 巴氏殺菌動力學(xué)模型擬合參數(shù)

2.2 巴氏殺菌動力學(xué)分析

由表1可知，在各溫度下，細(xì)菌總數(shù)的對數(shù)值降低與加熱時間均呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系（R2均大于0.918 9）。這進(jìn)一步說明巴氏殺菌對NFC蘋果汁的殺菌作用符合一級動力學(xué)。根據(jù)圖1和表1可知，微生物對數(shù)值隨著加熱溫度的升高而減少，且溫度越高，擬合直線斜率越大，即殺菌效果越好。同時根據(jù)式（2）和（3）可知，圖1中擬合曲線斜率的負(fù)倒數(shù)即為各殺菌溫度下的DT。DT本身不代表全部的殺菌時間，根據(jù)理論，DT只代表微生物的數(shù)量減少原來的1/10。所以在所設(shè)定的溫度下，要把微生物總數(shù)從10n降到100，所需要的加熱時間是nDT。在工廠生產(chǎn)過程中，只需要測定微生物數(shù)量就可以確定n的值。

除此之外，在70～75 ℃下NFC蘋果汁菌落總數(shù)下降一個數(shù)量級分別需要58.14和44.64 min，而在75～90 ℃下雖然所用時間較短，但高溫也會造成果汁營養(yǎng)成分破壞及升高溫度保溫所需要成本提升。因此，需綜合考慮各方面因素來確定最適殺菌參數(shù)。

Z值反映微生物的耐熱特性，是通過加熱致死時間曲線一個對數(shù)周期變化求得的溫度（℃）。Z值越小，溫度越高，產(chǎn)生的殺菌效果就越明顯。擬致死溫度-時間曲線是以加熱溫度（T）為橫坐標(biāo)，以lgD為縱坐標(biāo)的半對數(shù)曲線，結(jié)果見圖2。根據(jù)Z定義，模型斜率的倒數(shù)即為Z值。由此計算得出Z值為17.61 ℃，即在NFC蘋果汁熱殺菌的過程中，使滅菌時間減少到原來的1/10時，所需升高的溫度為17.61 ℃。

2.3 巴氏殺菌對NFC蘋果汁品質(zhì)的影響

通過圖1殘存活菌曲線的線性方程獲得微生物達(dá)標(biāo)（菌落總數(shù)＜100 CFU/mL）的5組熱殺菌工藝參數(shù)，分別為70 ℃，26.9 min；75 ℃，18 min；80 ℃，9.12 min；85 ℃，0.52 min；90 ℃，0 min。

2.3.1 巴氏殺菌對NFC蘋果汁中可滴定酸、可溶性固形物含量和pH的影響

由表2可知，與對照組相比，以5種處理條件對NFC蘋果汁的可溶性固形物、pH沒有顯著性影響。而果汁可滴定酸略有下降，但影響不顯著。這與趙玉紅等[14]報道的變化趨勢相似。

圖2 擬致死溫度-時間曲線

表2 巴氏殺菌對NFC蘋果汁理化性質(zhì)的影響

2.3.2 巴氏殺菌對NFC蘋果汁中VC含量的影響

Athmaselvi等[15]的研究表明果汁中的VC容易受加熱溫度、濕度、壓力、摩擦、微量元素及光和酸等影響，主要是由于VC的分子結(jié)構(gòu)中含連烯二醇的結(jié)構(gòu)，性質(zhì)非常不穩(wěn)定。所以，保持VC的穩(wěn)定性是關(guān)鍵性問題。如圖3所示，在70 ℃，25.9 min時，VC損失量最大，為28.7%。在90 ℃，0 min時，VC損失量最小，為19.9%。由此可知，高溫短時比低溫長時間加熱能更好地保留果汁中的VC，這與王翠琴等[16]的研究一致。

圖3 不同熱處理條件對NFC蘋果汁維生素C的影響

2.3.3 巴氏殺菌對NFC蘋果汁色澤的影響

采用不同熱殺菌條件，測定各條件處理的NFC蘋果汁的L*、a*、b*和色差，結(jié)果見表3和圖4。由表3可知，NFC蘋果汁的L*值隨殺菌溫度升高而增大，可能是高溫使果汁中多酚氧化酶失活，抑制了酶促褐變。這與楊珊珊等[17]研究結(jié)論一致。而表示紅綠的a*值和代表黃綠的b*值無明顯規(guī)律性的變化。由圖4可知，果汁色差值呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，70 ℃時，色差值最大；加熱85 ℃時，色差值最??；90 ℃時，色差增加，可能是溫度過高造成果汁非酶褐變。

表3 不同熱處理條件對NFC蘋果汁L*、a*、b*值的影響

圖4 不同熱處理條件對NFC蘋果汁色差的影響

3 結(jié)論

此次試驗對NFC蘋果汁進(jìn)行不同強(qiáng)度熱殺菌處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在不同溫度下殺菌動力學(xué)均符合一級動力學(xué)模型。對殘存微生物曲線分析可以發(fā)現(xiàn)，在一定的溫度條件下，NFC蘋果汁中的微生物總數(shù)隨加熱時間的延長而減少，熱處理的時間越長殺菌的效果越好；溫度越高，菌落總數(shù)的對數(shù)下降速率越快，即在達(dá)到相同殺菌效果的情況下，升高溫度可以減少熱處理時間。結(jié)果顯示，Z值為17.61 ℃，即滅菌時間減少到原來的1/10所需升高的溫度為17.61 ℃。

與未處理的NFC蘋果汁相比，巴氏殺菌處理后果汁基本理化指標(biāo)（總酸、pH、可溶性固形物）均無顯著變化；而VC均顯著下降，其中加熱時間越長損失越大；果汁殺菌后通過抑制酶活性使果汁顏色變亮，而高溫短時殺菌能更好保持果汁原有的色澤。此次試驗為NFC蘋果汁的工業(yè)化生產(chǎn)提供可靠參數(shù)。