不同殺菌方式對低糖紅棗泥制品的影響

楊園園，賀奕森，謝添羽，單春會，郝光飛，趙山山*

(1.河北工程大學 生命科學與食品工程學院，河北 邯鄲 056038；2.石河子大學，新疆 石河子 832003)

棗是鼠李科棗屬植物，是我國特有的藥食兩用的果品。紅棗具有治療腸道疾病、止咳化痰平喘、益氣養腎、抗氧化、保護肝臟、抑制癌細胞等保健功效[1-5]。長期食用紅棗能夠使生物體中白細胞內的環磷酸腺苷的比例增高，增強機體免疫力，改善人體肝功能[6-7]。

紅棗表皮褶皺內夾藏著大量的微生物和灰塵，簡單的清洗僅能去除灰塵和部分微生物，導致紅棗泥制品中含有大量腐敗微生物，使得紅棗泥制品不宜貯藏。因此選擇合理的殺菌方式是延長紅棗泥制品貨架期的關鍵。傳統的熱殺菌技術能有效地殺死微生物，但對熱敏性的營養物質以及產品的顏色、風味有一定的影響[8]。非熱殺菌技術雖然能較大程度保持果蔬的風味和營養成分，但是難以將細菌芽孢全面殺除，使得非熱殺菌的應用范圍受到一定限制[9]。針對這些問題，有研究者將非熱殺菌和熱殺菌方式結合起來對食品進行全面殺菌。Piyasena等[10]發現熱輔助超聲波處理比單獨采用相同功率超聲波處理的殺菌效果更好。王文宗[11]探討非熱殺菌超聲技術結合低溫的熱處理對胡蘿卜汁處理的殺菌效果和機理研究。因此，要探究非熱殺菌與熱殺菌方式相結合對紅棗泥產品的影響，選擇合適的殺菌方式處理紅棗泥。

本研究以新疆紅棗為原料，通過比較常見的殺菌方式，選擇殺菌效果較好的熱殺菌和非熱殺菌相結合，探究新型的協同殺菌方式與常見的殺菌方式對紅棗泥的影響，開發新型殺菌方式。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 實驗材料

紅棗：產自新疆和田。

1.1.2 實驗試劑

無水葡萄糖、蒽酮、無水乙醇、甲醇、乙酸乙酯、硫酸、碳酸鈉、2,4二硝基苯胼、氫氧化鈉、草酸、鹽酸等：均為分析純；福林-酚試劑：國藥集團化學試劑有限公司；沒食子酸標準品、Vc標準液：天津市科密歐化學試劑有限公司；平板計數瓊脂培養基：北京奧博星生物技術有限責任公司；LB培養基：上海博微生物科技有限公司。

1.1.3 實驗儀器

SW-CJ-2D型超凈工作臺 蘇州凈化設備有限公司；DHG-9070A電熱鼓風干燥箱、DHP-9162電熱恒溫培養箱 上海一恒科學儀器有限公司；SGJ-300B破碎機 廊坊市光合機械有限公司；JYC-21GS03電磁爐 九陽股份有限公司；FA2104S電子分析天平 上海精密儀器儀表有限公司；JMLB-120立式膠體磨 上海科勞機械設備有限公司；DZKW-D-Z電熱恒溫水浴鍋 北京市永光明醫療儀器有限公司；UV1901紫外可見分光光度計 杭州艾普儀器設備有限公司；BILON-250Y超聲波細胞粉碎儀 北京比朗實驗設備有限公司；XO-SM50超聲波微波協同反應工作站 南京先歐儀器制造有限公司；CH1006超級恒溫槽(液晶板) 上海平軒科學儀器有限公司；HPP 600 MPa-20 L超高壓處理裝置 包頭科發高壓科技有限責任公司；HR-8752GM 型微波爐 海爾有限公司；UltraScan Pro測色儀 美國Hunter Lab公司。

2 實驗方法

2.1 紅棗泥的制備

2.1.1 工藝流程

紅棗精選→清洗→熱軟化(去皮、去核)→破碎→膠體磨均質→調配→濃縮→灌裝→殺菌→冷藏備用。

2.1.2 操作要點

熱軟化：用100 ℃的熱蒸汽將洗干凈的紅棗軟化后，去除棗皮和棗核。

破碎：按比例將水和紅棗加入到破碎機中進行破碎。

均質：將棗漿倒入膠體磨進行膠磨處理，膠體磨磨齒間隙為5 μm，獲得組織較細膩的紅棗漿。

調配：按設計比例加入適量的添加劑，以獲得最佳的口感和感官狀態。

濃縮：將處理好的紅棗漿進行熬制濃縮，在不銹鋼鍋中加熱，用小火熬制40 min，熬制過程中要不停攪拌，分多次添加玉米油。

灌裝殺菌：將紅棗泥裝入玻璃瓶中，比較常見的幾種殺菌方式的殺菌效果，于4 ℃下冷藏待測。

2.2 常見殺菌方式的比較

將制作好的同一批未發酵的紅棗泥分成5組，每組3份，每份為150 g紅棗泥，裝入滅過菌的200 mL玻璃瓶中。對照組3份，不做任何處理，其他殺菌組將處理后的紅棗泥于4 ℃冷藏待測。以紅棗泥的微生物檢測為評價標準。

2.2.1 巴氏殺菌

將紅棗泥加熱到殺菌溫度80 ℃，處理15 min后，迅速冷卻至室溫，于4 ℃冷藏待測。

2.2.2 熱輔助超聲波殺菌

將超聲波探頭插入紅棗泥中，深度為1 cm，在250 W、60 ℃處理15 min后，迅速冷卻至室溫，于4 ℃冷藏待測。

2.2.3 超高壓殺菌

將灌裝好的紅棗泥置于超高壓設備中，于室溫進行超高壓處理。在壓力為400 MPa下處理15 min，迅速冷卻至室溫，于4 ℃冷藏待測。

2.2.4 微波殺菌

將紅棗泥在550 W微波功率，微波處理60 s，迅速冷卻至室溫，于4 ℃冷藏待測。

2.2.5 殺菌方式的結合及條件優化

以殺菌效果為評價指標，選擇效果較好的熱殺菌方式和非熱殺菌方式。使得兩種殺菌方式結合，探究這種新型殺菌方式對紅棗泥的殺菌效果，并優化殺菌條件。

2.2.5.1 單因素實驗

在其他條件相同的情況下，對微波時間、微波功率、超聲時間、超聲功率、溫度、裝填量進行單因素實驗。以紅棗泥綜合評價為指標，探究不同的殺菌條件對紅棗泥品質的影響。

2.2.5.2 正交實驗

在單因素實驗結果的基礎上選取影響較大的4個因素，進行四因素三水平的正交實驗，見表1。以紅棗泥的綜合評價為指標，使微波熱輔助超聲波殺菌條件得到優化。

表1 微波熱輔助超聲波殺菌正交實驗因素水平表Table 1 The factors and levels of orthogonal test for microwave thermal-assisted ultrasonic sterilization

2.3 紅棗泥評價指標的測定

2.3.1 微生物檢測

菌落總數：參照GB 4789.2-2016《食品微生物學檢驗 菌落總數測定》[12]。

大腸桿菌數：參照GB 4789.3-2016《食品微生物學檢驗 大腸菌群計數》。

2.3.2 紅棗泥營養成分的檢測

總糖：采用蒽酮比色法[13]。

總酸：采用參照GB/T 12456-2008《食品中總酸的測定》[14]。

總酚：采用Folin-Ciocalteu比色法[15]。

Vc：采用2,4-二硝基苯肼法[16]。

可溶性固形物(TSS)含量的測定：采用阿貝折射儀。

2.3.3 紅棗泥色澤的測定

采用UltraScan Pro測色儀測定紅棗泥的L*、a*和b*值，重復3次。其中L*表示亮度，a*表示紅綠偏向，b*表示黃藍偏向。

2.3.4 紅棗泥感官評價

選取15名專業人員對處理后的紅棗泥依據感官評定表進行感官評價[17]，滿分100分，見表2。

表2 紅棗泥感官評分標準Table 2 The sensory evaluation standard of red jujube paste

2.3.5 微波熱輔助超聲波殺菌綜合評價[18]

為使紅棗泥在達到國家標準的同時，最大程度保留紅棗泥的營養，減少對紅棗泥感官品質的影響。選擇菌落總數、總酚含量、總糖含量、Vc含量和感官評價為指標并對這些指標進行加權(菌落總數所占權重為70%，總酚含量所占權重為5%，總糖含量所占權重為5%，Vc含量所占權重為5%，感官評價所占權重為15%)，作為評價微波熱輔助超聲波殺菌紅棗泥的綜合指標計算得分，具體評分情況見表3。

表3 紅棗泥綜合評分標準Table 3 The comprehensive sensory evaluation standard of red jujube paste

3 結果分析

3.1 常見殺菌方式處理紅棗泥的殺菌效果

由于紅棗表面含有大量腐敗微生物，在發酵過程中易造成產品的污染，所以，要選擇殺菌效果較好的方式對紅棗泥進行殺菌。本研究參考了果醬中常用的殺菌方式，以菌落總數和大腸桿菌數為指標，結果見表4。

表4 不同殺菌方式對紅棗泥的殺菌效果Table 4 The sterilization effects of different sterilization methods on red jujube paste

紅棗泥經過巴氏殺菌、微波殺菌、超高壓殺菌熱輔助超聲波殺菌后，第1天的菌落總數分別為(0.94±0.10)，(0.72±0.54)，(0.35±0.10)，(0.15±0.08)lg CFU/g；大腸桿菌未檢出。菌落總數和大腸桿菌數均符合GB/T 22474-2008《果醬》的國家標準。5種殺菌方式均能抑制微生物生長。當殺菌后的紅棗泥保藏15 d后菌落總數分別為(5.14±0.07)，(4.48±0.10)，(3.55±0.20)，(3.10±0.12)lg CFU/g ；大腸菌群分別為(0.82±0.05)，(0.77±0.04)，(0.42±0.06)，(0.28±0.07)lg CFU/g。菌落總數和大腸桿菌數均低于國家規定標準。非熱殺菌方式中熱輔助超聲波殺菌的殺菌效果顯著高于超高壓殺菌方式(p<0.05)。熱殺菌方式中微波殺菌的殺菌效果顯著高于巴氏殺菌方式(p<0.05)。選取微波殺菌與熱輔助超聲波殺菌結合進行后續殺菌條件優化實驗。

3.2 微波熱輔助超聲波殺菌單因素實驗結果

本研究將熱殺菌和非熱殺菌相結合，在殺菌效果最佳的基礎上盡可能保留紅棗泥中的營養成分。在其他條件相同的情況下，通過綜合評分探究微波時間、微波功率、超聲時間、超聲功率、溫度及裝填量對紅棗泥品質的影響，見圖1。

圖1 微波熱輔助超聲波殺菌單因素實驗結果Fig.1 The single factor experimental results of microwave thermal-assisted ultrasonic sterilization

3.2.1 微波時間對紅棗泥品質的影響

在紅棗泥裝填量為150 g，微波功率為700 W，溫度為90 ℃，超聲波功率為1000 W，超聲時間為60 s的條件下，分別微波30，45，60，75，90 s。不同的微波時間對紅棗泥綜合評價的影響見圖1中a。紅棗泥的綜合評分隨著微波時間的延長呈現先上升后緩慢下降的趨勢。隨著微波時間的延長，紅棗泥的菌落總數與時間成反比，時間越長，殺菌效果越好。但當微波時間超過60 s后，Vc含量下降顯著，且色澤隨著微波時間的延長變深，略帶糊味，影響口感。因此，當微波時間為60 s時，殺菌效果、營養物質的保留程度和感官評價最佳。

3.2.2 微波功率對紅棗泥品質的影響

在紅棗泥裝填量為150 g，溫度為90 ℃，超聲波功率為1000 W，超聲時間為60 s的條件下，分別于微波功率為600，700，800，900，1000 W的條件下微波處理60 s。不同的微波功率對紅棗泥綜合評價的影響見圖1中b。當微波功率在600～700 W之間時，紅棗泥的綜合評分隨著微波功率的增大呈現上升趨勢。當微波功率超過700 W后，紅棗泥的綜合評分呈下降趨勢。微波功率越大，殺菌效果越好，但當微波功率超過700 W后，紅棗泥的營養成分嚴重受損，出現焦糊現象，使得紅棗泥的口感微苦。因此，當微波功率為700 W時，殺菌效果、營養物質的保留程度和感官評價最佳。

3.2.3 超聲時間對紅棗泥品質的影響

在紅棗泥裝填量為150 g，微波功率為700 W，微波時間為60 s，溫度為90 ℃，超聲波功率為1000 W的條件下，分別超聲30，40，50，60，70 s。不同的超聲時間對紅棗泥綜合評價的影響見圖1中c。紅棗泥的綜合評分在30～60 s之間呈現上升趨勢，60～70 s之間趨勢較平穩。隨著超聲時間的延長，殺菌率也有所增加，達到60 s后殺菌率增加趨勢變緩。超聲同時也具有熱效應，超聲時間增加使得溫度升高，會造成一些熱敏性營養物質的損失，所以超聲時間不宜過長。因此，當超聲時間為60 s時，殺菌效果、營養物質的保留程度和感官評價最佳。

3.2.4 超聲波功率對紅棗泥品質的影響

在紅棗泥裝填量為150 g，微波功率為700 W，微波時間為60 s，溫度為90 ℃，超聲波功率分別為400，600，800，1000，1200 W的條件下，超聲60 s。不同的超聲波功率對紅棗泥綜合評價的影響見圖1中d。隨著超聲功率的增加，紅棗泥的殺菌率也隨之增加。當超聲功率為1000 W時，殺菌率最佳，但當超聲功率超過1000 W時，殺菌率開始下降，因為超聲功率越強，空化泡在超聲波的膨脹相內可能增長過大，使得它在聲波的壓縮相內來不及發生崩潰，殺菌效果反而下降[19]。因此，當超聲功率為1000 W時，殺菌效果、營養物質的保留程度和感官評分最佳。

3.2.5 溫度對紅棗泥品質的影響

在紅棗泥裝填量為150 g，微波功率為700 W，微波時間為60 s，超聲波功率1000 W，超聲時間為60 s的條件下，溫度分別為80，85，90，95，100 ℃。不同的溫度對紅棗泥綜合評價的影響見圖1中e。隨著溫度的提升，殺菌率也隨之增加，增加趨勢緩慢。溫度過高導致紅棗泥產生色澤、風味和營養物質的改變和損失。當溫度超過90 ℃時，紅棗泥的綜合評價略有下降，基于保護紅棗泥品質和節省能量考慮，選取90 ℃作為微波熱輔助超聲波殺菌時的溫度。

3.2.6 裝填量對紅棗泥品質的影響

在微波功率為700 W，微波時間為60 s，超聲波功率為1000 W，超聲時間為60 s，溫度為90 ℃的條件下，裝填量分別為50，100，150，200，250 g。不同的裝填量對紅棗泥綜合評價的影響見圖1中f。紅棗泥裝填量的多少影響殺菌效果的優劣和紅棗泥口味的變化。裝填量為50 g時，殺菌效果較好，但是紅棗泥的風味會出現焦糊現象；當裝填量為150 g時，紅棗泥的感官品質較佳，殺菌率為80%，因此選擇150 g為最佳裝填量。

3.3 微波熱輔助超聲波殺菌正交實驗結果

在單因素實驗結果基礎上，選擇影響較大的微波時間、微波功率、超聲時間、超聲功率4個因素進行正交實驗，并對紅棗泥進行綜合評價，分析得出微波熱輔助超聲波殺菌的最優方案。

由表5正交實驗結果可知，影響微波熱輔助超聲波殺菌工藝的4個因素大小依次為超聲波功率>微波功率>微波時間>超聲波時間。A因素：K1>K3>K2；B因素：K3>K2>K1；C因素：K1>K3>K2；D因素：K2>K3>K1。所以最優方案為A1B3C1D2，即微波熱輔助超聲波殺菌工藝的最佳參數是超聲時間為50 s，超聲波功率為1000 W，微波時間為45 s，微波功率為700 W，溫度為90 ℃。

表5 微波熱輔助超聲波殺菌正交實驗結果Table 5 The orthogonal experimental results of microwave thermal-assisted ultrasonic sterilization

3.4 不同殺菌方式處理紅棗泥的殺菌效果

紅棗泥經過5種殺菌方式處理后，結果見表6。

表6 不同殺菌方式對紅棗泥的殺菌效果Table 6 The sterilization effects of different sterilization methods on red jujube paste

第1天的菌落總數分別為(0.94±0.10)，(0.72±0.54)，(0.35±0.10)，(0.15±0.08)，(0.09±0.02)lg CFU/g；大腸桿菌未檢出。菌落總數和大腸桿菌數均符合GB/T 22474-2008《果醬》國家規定標準。當殺菌后的紅棗泥保藏15 d后菌落總數分別為(5.14±0.07)，(4.48±0.10)，(3.55±0.20)，(3.10±0.12)，(2.31±0.17)lg CFU/g；大腸菌群分別為(0.82±0.05)，(0.77±0.04)，(0.42±0.06)，(0.28±0.07)，(0.13±0.04)lg CFU/g。菌落總數和大腸桿菌數均低于國家規定標準，微波熱輔助超聲波殺菌的殺菌效果顯著高于其他殺菌方式(p<0.05)。

3.5 不同殺菌方式對紅棗泥營養成分的影響

總糖、總酚、Vc是紅棗泥中重要的營養成分，總酸和可溶性固形物是評價紅棗泥品質的關鍵指標。紅棗泥經過不同殺菌方式處理后的營養成分結果見表7。

與未殺菌紅棗泥的對照組相比，經過5種不同殺菌方式處理后，總糖含量、總酚含量、Vc含量均有顯著的變化(p<0.05)，總酸含量和可溶性固形物含量的變化差異不顯著(p>0.05)。經過巴氏殺菌、微波殺菌和超高壓殺菌處理后紅棗泥的總糖含量分別下降18.44%、5.21%、5.07%，熱輔助超聲波殺菌和微波熱輔助超聲波殺菌處理后的紅棗泥總糖含量變化較小；經過巴氏殺菌、微波殺菌和超高壓殺菌處理后的紅棗泥總酚含量分別下降31.89%、32.42%、11.38%，熱輔助超聲波殺菌和微波熱輔助超聲波殺菌處理后紅棗泥的總酚含量分別增加21.04%和27.21%。經過5種殺菌方式處理后紅棗泥中的Vc含量均減少，損失率為分別為78.97%、79.06%、52.65%、30.62%、29.78%，微波熱輔助超聲波殺菌處理后的Vc含量損失率較小。與對照組和其他4組殺菌方式相比，微波熱輔助超聲波殺菌能夠較大程度地保留紅棗泥中營養成分，并且能夠增加紅棗泥中總酚的含量。

3.6 不同殺菌方式對紅棗泥色澤的影響

色澤是消費者在挑選果醬時的關注點之一，也是衡量果醬質量的關鍵品質。本研究利用UltraScan Pro測色儀測定紅棗泥經過不同方式殺菌后色澤的變化，結果見表8。

表8 不同殺菌方式對紅棗泥色澤的影響Table 8 Effects of different sterilization methods on the color of red jujube paste

由表8可知，巴氏殺菌處理后ΔE<0.5，說明巴士殺菌處理后對紅棗泥的色澤變化不明顯。微波殺菌和超高壓殺菌處理后0.5<ΔE<1.5，說明微波殺菌和超高壓殺菌處理后對紅棗泥的色澤變化略明顯。微波熱輔助超聲波殺菌和熱輔助超聲波殺菌處理后ΔE分別為2.25±0.05和1.58±0.09，均大于1.5，說明微波熱輔助超聲波殺菌和熱輔助超聲波殺菌能有效地改變紅棗泥的色澤。紅棗泥經微波熱輔助超聲波殺菌處理后紅棗泥的色澤較其他殺菌方式變化顯著，可能是由于超聲波的空穴效應能夠增加聚合色素的比例，并能抑制酶促褐變的作用，使殺菌后的紅棗泥色澤鮮亮發紅，提高了紅棗泥的質量[20]。

3.7 不同殺菌方式對紅棗泥感官評分的影響

產品風味和色澤的好壞直接影響消費者的購買欲[21]。紅棗泥在經過不同殺菌方式處理后從色澤、香味、狀態、口感和總分方面進行統計，結果見表9。

表9 不同殺菌方式對紅棗泥感官評分的影響Table 9 Effects of different sterilization methods on sensory score of red jujube paste

從紅棗泥的色澤分析，巴氏殺菌、微波殺菌與未殺菌的紅棗泥差異不顯著(p>0.05)；微波熱輔助超聲波殺菌的色澤評分顯著高于其他5組，經過處理后的紅棗泥色澤自然明亮、均勻，結果與色澤測定的結果一致。微波熱輔助超聲波殺菌處理后的紅棗泥具有濃郁的紅棗香味。由紅棗泥的狀態可知，超高壓殺菌評分顯著高于其他4種殺菌方式，形態均勻光滑，流速緩慢，無糖和水析出，易涂抹。熱輔助超聲波殺菌和微波熱輔助超聲波殺菌與未殺菌紅棗泥的口感差異不顯著，但是巴氏殺菌和微波殺菌后的紅棗泥評分較低，微波殺菌后的紅棗泥棗香味變淡，有略微的苦味，口感較差。從紅棗泥的感官評價總分可以得出，微波熱輔助超聲波殺菌相比于其他4種殺菌方式更能保護紅棗泥的風味。

4 結論與討論

傳統的紅棗泥含糖量高、熱量高，可溶性固形物含量一般在60%以上，不符合現在消費者的需求。但是低糖的紅棗泥可溶性固形物含量一般在40%左右，使得滲透壓較低、水分活度高，易造成腐敗變質等問題。因此，要選擇出殺菌效果好且能夠最大程度保留紅棗泥中營養成分的殺菌方式。近年來，超高壓、超聲波等非熱殺菌技術被食品工業廣泛使用。縱偉等[22]利用超高壓設備對紅棗果醬進行殺菌處理，壓力500 MPa處理11 min即可使低糖紅棗果醬達到衛生指標要求。雖然非熱殺菌技術能夠較大程度保留食品的色澤、風味和營養成分，但是也存在難以殺死細菌芽孢、殺菌強度大時溫度易升高等缺點，限制了其應用范圍[23]。因此，將傳統熱殺菌技術和非熱殺菌技術協同殺菌成為了研究熱點。Bregje 等[24]利用高靜壓和加熱結合處理番茄醬，發現處理后產品品質的保持要優于傳統滅菌處理的效果。林春銘[25]將超聲波、CO2惰性氣體、超高壓靜態殺菌等非熱力聯合措施，來提高西瓜汁的預殺菌效果。

本研究以新疆紅棗為原料，以殺菌效果為指標，比較常見的幾種殺菌方式，選擇殺菌效果較好的微波殺菌和熱輔助超聲波殺菌結合并優化。得到殺菌的最佳參數為超聲波功率1000 W超聲時間50 s、微波功率700 W微波時間45 s、溫度90 ℃。在此殺菌條件下處理的棗泥的感官評分最佳，顏色明亮，棗味濃郁，形態均勻光滑，流速緩慢，易涂抹。本研究得到的微波熱輔助超聲波殺菌改進了現有的殺菌技術，為工業化生產高品質的紅棗泥提供了理論依據。