超高壓和熱處理對沙棘-哈密瓜復合果汁品質的影響

任書凝，宋永程，李緣，邢亞閣，畢秀芳*

1(西華大學 食品與生物工程學院，四川 成都，610039)2(宜賓西華大學研究院，四川 宜賓，644000)

沙棘(HippophaerhamnoidesLinn)又稱酸刺、酸柳，富含多種維生素、黃酮、有機酸、多酚和一些必需氨基酸等多種生物活性物質[1]，具有較高的藥用價值[2]。沙棘果實在每年的9月末至10月初成熟，成熟期很短，由于其果實密集，果皮很薄，不易采摘，并且沙棘果實需要非常嚴格的貯藏條件[3]，因此沙棘不能全年新鮮食用。哈密瓜(CucumismeloL.)有“瓜中之王”的美稱[4]，其果肉香甜，營養價值高，據研究表明，哈密瓜除糖和水分含量高外，還含有維生素、有機酸以及多種礦物質[5]。沙棘和哈密瓜鮮果資源豐富，營養價值高，是制備復合果汁飲品的良好原材料。

采用一種合適的殺菌工藝技術是加工生產沙棘-哈密瓜復合果汁的關鍵環節。目前，熱殺菌(thermal processing,TP)作為果汁飲料加工生產中常用的一種殺菌方式，具有良好的殺菌效果，但經過處理后會喪失其獨特的風味，產生讓大眾難以接受的“蒸煮味”，這是因為在處理過程中發生了異味形成、維生素破壞等有害反應[6]。而超高壓技術(ultra-high pressure，UHP)主要是運用的帕斯卡原理對樣品進行處理，通常是在一定溫度下將軟包裝或散裝的食品放置在以水或礦物油為傳壓介質的容器中，向其施加一定的壓力并保壓一段時間，從而達到延長產品貨架期等目的[7-8]。相比TP，UHP不僅可以有效殺滅食品中的微生物,延長貯藏期，而且對食品本身所含有的營養成分破壞較小[9]。目前，UHP已應用于多種果蔬汁的加工中，如復合水蜜桃汁[10]、復合藍莓汁[11]等，但應用于沙棘汁加工的研究較少。

本研究主要采用UHP和TP兩種殺菌方式對沙棘-哈密瓜復合果汁進行殺菌處理，通過對比2種不同殺菌方式對復合果汁品質的影響，探究在貯藏期(15 d，4 ℃)內的品質變化規律，為超高壓技術應用于沙棘-哈密瓜復合果汁產業化加工中提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 實驗原料

試驗所用沙棘(產地甘肅)、哈密瓜(西州蜜)均為市售，存放于4 ℃冰箱中，2 d內使用。

1.1.2 主要試劑

Na2CO3、NaHCO3、NaCl、AlCl3、NaNO3、NaOH、HCl、草酸、乙酸鈉、無水乙醇、沒石子酸、蘆丁，成都科龍化工試劑廠；抗壞血酸，凱弘生物科技有限公司；福林酚試劑，福州飛凈生物科技有限公司；平板計數瓊脂、馬鈴薯葡萄糖瓊脂、結晶紫中性紅膽鹽瓊脂、煌綠乳糖膽鹽肉湯，北京奧博星生物技術有限責任公司；2,6-二氯靛酚鈉鹽、DPPH，上海源葉生物科技有限公司；果膠酶，齊齊哈爾臺龍食品有限公司；高嶺土，Sigma-Aldrich(中國上海)；氯化鈉，河南明瑞食品添加有限公司；L(+)-抗壞血酸標品，廣東光華科技股份有限公司。

1.2 儀器與設備

MJ-BL25C4榨汁機，廣東美的生活電器制造有限公司；HPP600 MPa/3-5超高壓設備，上海沃迪智能裝備股份有限公司；WF32-16MM色差儀，深圳市威福光電科技有限公司；SGSP-02恒溫培養箱、SFG-02.400恒溫鼓風干燥箱，黃石市恒豐醫療器械有限公司；WFG7200紫外分光光度計，尤尼柯(上海)儀器有限公司；GI54DWS立式自動壓力蒸汽滅菌器，致微(廈門)儀器有限公司；FAL-102手持糖度計，深圳源恒通科技有限公司；MC-01000228酸度計，成都世紀方舟科技有限公司；TD-5M臺式離心機，四川蜀科儀器有限公司；SW-CJ-2F單人單面凈化工作臺；蘇州安泰空氣技術有限公司；DK-98-Ⅱ電熱恒溫水浴鍋，天津市泰斯特儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 沙棘-哈密瓜復合果汁的制備

1.3.1.1 沙棘汁的制備

挑選新鮮的、形態良好的沙棘果實進行清洗，瀝干以后，用破碎機打漿得到沙棘原漿，再用4層紗布進行過濾。粗濾后的沙棘汁經4 000 r/min離心10 min去油后得到澄清的沙棘汁備用。

1.3.1.2 哈密瓜汁的制備

新鮮哈密瓜去除皮、瓤后，洗凈、切塊、榨汁,再用4層紗布過濾得到哈密瓜汁。

1.3.1.3 單因素試驗確定配比

根據沙棘和哈密瓜果汁自身的特點，確定添加的基本比例。沙棘果實營養成分高，但自身口感較為酸澀，且得到的澄清沙棘汁為橙黃色，因此選用哈密瓜汁來調節果汁的甜味，豐富香氣。本實驗分別按照沙棘汁和哈密瓜汁的體積比1∶2.5、1∶3、1∶3.5、1∶4、1∶4.5進行混合，攪拌均勻后得到5組不同配比的沙棘-哈密瓜復合果汁，并依次編號為352、534、466、853、297。分別從色澤、滋味口感、香氣以及組織形態4個方面進行評分，對5組不同編號的復合果汁進行感官評定，選擇評分最高組作為最佳配比。感官評定采用評分法，由10名男性和10名女性經過培訓后按照表1進行評定，計算平均分作為評分值，后續的指標測定均采用最佳配比的沙棘-哈密瓜復合果汁進行測定。

1.3.2 超高壓處理沙棘-哈密瓜復合果汁

用50 mL聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephalate， PET)塑料瓶包裝沙棘-哈密瓜復合果汁，置于超高壓設備中進行處理。經過查閱文獻和預試驗的確定，選用超高壓條件為500 MPa,5 min，溫度25 ℃對沙棘-哈密瓜復合果汁進行超高壓處理。

表1 感官評定標準Table 1 Sensory assessment criteria

1.3.3 熱處理沙棘-哈密瓜復合果汁

用50 mL的PET塑料瓶包裝沙棘-哈密瓜復合果汁，置于水浴鍋中在2 min內使復合果汁的中心溫度達到90 ℃后，保溫1 min，之后迅速冷卻至室溫，得到熱處理組復合果汁。

1.3.4 樣品貯藏

經殺菌處理后的復合果汁一部分用于殺菌后理化指標的測定，剩余部分置于4 ℃條件下貯藏15 d，每5 d取樣1次進行貯藏期內品質變化的測定。

1.3.4 微生物的測定

根據GB 4789.2—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數測定》、GB 4789.15—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 霉菌和酵母計數》、GB 4789.3—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 大腸菌群計數》分別對樣品的菌落總數、霉菌與酵母菌、大腸菌群進行計數，結果以對數表示。

1.3.5 復合果汁pH值的測定

取待測果汁50 mL于50 mL燒杯中，搖勻后采用pH計測定沙棘-哈密瓜復合果汁的pH值。

1.3.6 可溶性固形物(total soluble solid, TSS)的測定

沙棘-哈密瓜復合果汁的可溶性固形物采用手持式糖度儀在室溫25 ℃下進行測定，以蒸餾水為空白對照，結果以°Brix表示。

1.3.7 顏色的測定

使用色差儀測定樣品顏色。采用CIE-LAB顏色體系進行測定,將50 mL復合果汁置于50 mL燒杯中,于避光條件下,對沙棘-哈密瓜復合果汁的亮度(L*)、紅色值(a*)和黃色值(b*)進行測定。樣品總色差ΔE計算如公式(1)所示：

(1)

式中：L0*、L*分別代表處理前后沙棘-哈密瓜復合果汁的亮度；a0*、a*分別代表處理前后沙棘-哈密瓜復合果汁的紅色值；b0*、b*分別代表處理前后沙棘-哈密瓜復合果汁的黃色值。

1.3.8 總酚含量的測定

使用福林酚法測定總酚含量。總酚含量以每100 mL果汁中所含的沒食子酸(mg)表示。

配制質量濃度為0.1、0.2、0.4、0.5、0.7、1.0 mg/mL的系列沒食子酸標準溶液。分別取1 mL的標準溶液，按照上述方法測定吸光值。以沒食子酸標準溶液質量濃度為橫坐標,吸光值為縱坐標，繪制出標準曲線，得到其回歸方程y=0.796 8x-0.033 4(R2=0.992 5)。

1.3.9 總黃酮含量的測定

總黃酮的測定參照孫雪皎等[12]的方法并略作修改。總黃酮含量以每100 mL果汁中蘆丁的含量(mg)表示。

配制質量濃度梯度為0、0.02、0.04、0.06、0.08、0.10 mg/mL標準蘆丁溶液。照上述方法,測出吸光值。以蘆丁標準溶液濃度為橫坐標，吸光值為縱坐標，繪制標準曲線，獲得回歸方程y=13.55-0.021 3(R2=0.998 8)。

1.3.10 維生素C的測定

復合果汁中維生素C含量的測定采用GB 5009.86—2016《食品安全國家標準 食品中抗壞血酸的測定》中的2,6-二氯靛酚滴定法。

1.3.11 抗氧化能力的測定

參考宋淼等[13]的方法，采用DPPH自由基清除法測定沙棘-哈密瓜復合果汁的抗氧化能力，并略作修改。4 mL的果汁樣品中加入4 mL 0.2 mmol/L的DPPH自由基溶液，振蕩搖勻后避光反應30 min，測量在517 nm處的吸光值；對照組將樣品換為無水乙醇，為A0；空白組將DPPH自由基溶液換為無水乙醇，為A1。DPPH自由基清除率計算如公式(2)所示：

(2)

式中：A0表示4 mL無水乙醇+4 mL 0.2 mmol/L的DPPH自由基溶液，A1表示4 mL果汁樣品+4 mL 0.2 mmol/L的DPPH自由基溶液，A2表示4 mL無水乙醇+4 mL果汁樣品。

1.4 數據分析

實驗數據采用Origin 2018進行統計并繪圖。使用軟件SPSS 17.0進行統計分析，組間數據采用單因素方差分析，當P<0.05時差異顯著，結果以標記字母(a、b、c)表示，所有實驗重復2次。

2 結果與分析

2.1 復合汁配方的確定

2種果汁的調配比例是影響復合果汁飲料的一大重要因素，不同比例配制出來的復合果汁的口感和風味有很大的區別，適宜的調配比例可以使果汁擁有更好的酸甜比，受到大眾的喜愛。本研究采用沙棘汁和哈密瓜汁2種果汁進行復配，通過單因素試驗，由表2可知，各組果汁之間的色澤、組織狀態無明顯差異(P>0.05)，而香氣、口感顯著不同(P>0.05)，表明不同編號的復合果汁之間主要在香氣和口感方面存在差異。534組的香氣、口感均優于其他組，且總分最高(P>0.05)。而352組分數較低是因為沙棘汁比例較大，口感偏酸澀，接受度較低，因此，選擇534組進行后續實驗，即復合汁比例為V(沙棘汁)∶V(哈密瓜汁)=1∶3。

表2 感官評價結果Table 2 Sensory evaluation results

2.2 超高壓處理和熱處理對沙棘-哈密瓜復合果汁中微生物的影響

由圖1可知，沙棘-哈密瓜復合果汁初始的菌落總數為4.26 lgCFU/mL，霉菌與酵母菌數量為4.32 lgCFU/mL，經UHP處理后，菌落總數、霉菌與酵母菌總數分別下降了3.00和3.72個對數(P<0.05)，經TP處理后分別下降了2.77和3.37個對數(P<0.05)，結果表明UHP和TP都可以有效殺滅沙棘-哈密瓜復合果汁中的微生物。趙鳳等[14]研究發現枸杞汁經過UHP(500 MPa，5 min)以及TP(85 ℃，15 s)處理后的菌落總數均發生顯著性下降(P<0.05)，分別降低至5 CFU/mL和4 CFU/mL。結果表明UHP和TP都是有效的殺菌方法。

UHP-高靜水壓(500 MPa，5 min，25 ℃)；TP-熱處理(90 ℃，1 min) a-菌落總數；b-霉菌和酵母菌圖1 不同處理后復合汁菌落總數、霉菌和酵母菌的變化Fig.1 Changes of total bacterial count, mold and yeast in compound juice after different treatments

在整個貯藏期內，果汁中的菌落總數隨著貯藏時間的延長明顯增加(P<0.05)，且熱處理組的增加速度更快，而且各個貯藏期內，UHP組的菌落總數均明顯低于TP組(P<0.05)，貯藏結束時分別達到了3.74 lgCFU/mL、3.92 lgCFU/mL。這一結果表明，UHP能夠更有效地控制微生物在貯藏期內的生長。在貯藏期內，經不同殺菌處理后的復合果汁中菌落總數均增長較快，這可能是因為2種處理均未能完全殺滅復合果汁中的微生物，當微生物適應了生長環境后便會迅速繁殖[15]。

2.3 超高壓和熱殺菌對沙棘-哈密瓜復合果汁pH值、TSS、濁度、顏色的影響

2.3.1 超高壓和熱殺菌對沙棘-哈密瓜復合果汁pH值和TSS的影響

如表3所示，未處理的沙棘-哈密瓜復合果汁的pH值和TSS分別為3.78、7.10 °Brix。經過UHP和TP處理后，pH值和TSS均無明顯變化(P<0.05)，貯藏15 d后二者也無明顯的變化(P<0.05)，王寅[16]研究藍莓汁經過超高壓處理后二者也無明顯變化。

2.3.2 超高壓和熱殺菌對沙棘-哈密瓜復合果汁色差的影響

色澤是消費者判定一個產品品質好壞，對該產品喜好度的最直觀因素。由表3可知，與未處理組相比，沙棘-哈密瓜復合果汁經過UHP處理后的L*值無明顯變化(P<0.05)，而TP處理后的L*值顯著上升(P<0.05)，這可能是由于TP使復合果汁中的酶如多酚氧化酶失活，從而抑制了酶促褐變的發生，因此TP組的復合果汁較為明亮。與未處理組相比，復合果汁經UHP和TP處理后的a*均顯著降低(P<0.05)，b*值無明顯變化(P<0.05)，說明殺菌后的果汁較未處理組紅色更弱，黃色無明顯變化。復合果汁經過UHP處理后的ΔE值為1.30，而熱處理組ΔE值為3.45，表明UHP處理后的復合果汁顏色變化較小，能更好地保留沙棘-哈密瓜復合果汁原有的顏色。呂長鑫等[17]也研究發現，相比TP，UHP處理后的樣品顏色更接近于原汁。在貯藏過程中，2個組果汁的b*值均有所上升，但UHP處理組的果汁在貯藏第15 d時b*值發生驟降，與貯藏0 d時的處理組相比下降了0.68，說明貯藏15 d果汁樣品的黃色變淡(P<0.05)，這可能與沙棘-哈密瓜復合果汁中類胡蘿卜素含量的下降有關。

表3 超高壓和熱殺菌對沙棘-哈密瓜復合果汁pH值、 TSS、顏色的影響Table 3 Effects of UHP and TP on the pH，TSS，and color of the seabuckthorn-Hami melon compound juice

2.4 超高壓和熱殺菌對沙棘-哈密瓜復合果汁生物活性的影響

2.4.1 超高壓和熱處理對沙棘-哈密瓜復合果汁中總酚含量的影響

貯藏期內沙棘-哈密瓜復合果汁中總酚含量的變化如圖2-a所示。未處理組的沙棘-哈密瓜復合果汁中的總酚質量濃度為794.87 mg/100mL，經UHP處理后無明顯變化(P>0.05)，TP組明顯下降(P<0.05)，降低了12.6%。李雨浩[11]也研究發現藍莓復合果汁經過UHP和TP處理后，總酚含量均呈現下降趨勢，且TP組下降幅度更大。這是因為溫度過高會使酚類物質發生降解，而在超高壓處理過程中環境溫度較低，不會對酚類物質造成影響[18]。隨著貯藏時間的延長，各處理組復合果汁的總酚含量均逐漸下降，在貯藏期結束后，與未處理組相比，UHP和TP組總酚含量分別降低了24.42%和36.60%，KEENAN等[19]也研究發現TP組的果昔在貯藏期內總酚含量下降幅度更大。說明UHP能更好地保持沙棘-哈密瓜復合汁在貯藏期內的總酚含量。

2.4.2 超高壓和熱殺菌對沙棘-哈密瓜復合果汁中總黃酮的影響

貯藏期內沙棘-哈密瓜復合果汁中總黃酮的變化如圖2-b所示。未處理組的沙棘-哈密瓜復合果汁中總黃酮的質量濃度為12.23 mg/100mL，殺菌處理后與未處理無顯著差異(P<0.05)。NAYAK等[20]研究發現蘋果汁經UHP和TP處理后總黃酮含量沒有明顯變化；經處理后果汁中總黃酮含量呈下降趨勢，貯藏15 d后分別下降了20.38%和14.55%，表明UHP能更有效的控制總黃酮損失，該研究結果與于泳渤[21]研究結果一致。

2.4.3 超高壓和熱殺菌對沙棘-哈密瓜復合果汁中維生素C含量的影響

貯藏期間沙棘-哈密瓜復合果汁中維生素C含量的變化如圖2-c所示。未處理的沙棘-哈密瓜復合果汁中維生素C含量為52.976 mg/100mL，經過UHP和TP處理后果汁中的維生素C含量分別下降了7.93%和15.86%(P<0.05)。一般認為，超高壓對小分子物質沒有影響，處理后維生素C降解可能與果汁中殘留的氧氣氧化有關[22]。2個處理組的維生素C含量均隨著貯藏時間的延長顯著下降(P<0.05)，且UHP和TP組的維生素C含量在貯藏15 d時分別降低了24.52%和30.97%。溫升南等[23]研究發現，經過巴氏殺菌(73 ℃，15 min)后的菠蘿汁中維生素C含量保留率僅為55%，放置16 d后維生素C含量降到2.2%，而經超高壓處理后(400 MPa，20 min)的菠蘿汁相同條件放置16 d后，損失率僅為15%，與本研究得到的結論一致。

2.4.4 超高壓和熱殺菌對沙棘-哈密瓜復合果汁抗氧化活性的影響

在貯藏期間沙棘-哈密瓜復合果汁抗氧化活性的變化如圖2-d所示，未處理的沙棘-哈密瓜復合果汁對DPPH自由基的清除率為95.01%，UHP和TP對沙棘-哈密瓜復合果汁的DPPH自由基清除能力無明顯影響(P<0.05)。在貯藏期間，2個處理組的DPPH自由基清除率均呈現下降趨勢，且在貯藏期結束時，UHP組的顯著高于TP組(P<0.05)，分別為92.75%和91.01%。蒲瑩等[24]研究表明，在貯藏期間TP對DPPH自由基清除率的影響大于UHP。說明UHP能更好的保持沙棘-哈密瓜復合汁的抗氧化活性。

UHP-高靜水壓(500 MPa，5 min，25 ℃);TP-熱處理(90 ℃，1 min) a-總酚含量；b-總黃酮含量；c-維生素C；d-抗氧化活性圖2 貯藏期間沙棘-哈密瓜復合汁中總酚含量、總黃酮含量、維生素C和抗氧化活性的變化Fig.2 Changes of total phenol content, total flavonoids content, vitamin C, and antioxidant activity in seabuckthorn-Hami melon compound juice during storage 注：不同字母表示同一處理不同貯藏時間的結果存在顯著差異(P<0.05)

本研究還對沙棘-哈密瓜復合果汁中的生物活性物與抗氧化活性之間的關系進行了分析，結果如表4所示。在貯藏期間，UHP組沙棘-哈密瓜復合果汁的抗氧化活性與總酚、總黃酮含量呈現極顯著正相關(P<0.01)，TP組沙棘-哈密瓜復合果汁的抗氧化活性與總酚含量呈現極顯著正相關(P<0.01)，與總黃酮、維生素C含量呈現顯著正相關(P<0.05)。這與FENG等[25]的研究結果一致，FENG等[25]發現草莓復合果汁經UHP(500 MPa,15 min,20 ℃)和TP(86 ℃,1 min)處理后其抗氧化活性與總酚含量呈現正相關(P<0.01)。這些高度相關性表明總酚含量在沙棘-哈密瓜復合果汁在貯藏期間的抗氧化活性中起重要作用。

表4 貯藏期間超高壓和熱處理沙棘-哈密瓜復合果汁中 生物活性物與抗氧化活性之間的Pearson相關性分析Table 4 Pearson correlation analysis between bioactive substances and antioxidant activity in seabuckthorn-Hami melon compound juice under UHP and TP during storage

3 結論

經超高壓處理和熱處理后，沙棘-哈密瓜復合果汁中的微生物數量均達到國家標準，在貯藏期結束時，超高壓和熱處理組的菌落總數分別為3.74 lgCFU/mL、3.92 lgCFU/mL，也符合國家標準要求；與未處理組相比，超高壓處理對沙棘-哈密瓜復合果汁顏色的影響較小(ΔE<2)，熱處理影響較大(ΔE>2)，且熱處理組的果汁樣品在貯藏期間顏色變化更大；pH值和TSS在兩種處理前后和貯藏期內均無明顯變化(P>0.05)；與熱處理相比，超高壓組的樣品在處理后及貯藏期間具有更高的維生素C、總酚、總黃酮含量和抗氧化活性；因此在沙棘-哈密瓜復合果汁生產過程中，超高壓處理可以作為一種新型的加工技術，但由于貨架期較短，還需要與其他技術相結合來延長貨架期。