高濃度CO2 脅迫預處理與電子束輻照對NFC 蘋果汁品質的影響

黃若涵，張天天，劉 芳，樊明濤

（西北農林科技大學食品科學與工程學院，陜西楊凌 712100）

NFC（Not from concentrate）果汁保留了水果原有的新鮮感官特性，具有天然、營養、健康的特點。近年來，隨著消費者的健康意識提高，對果汁的營養成分和新鮮程度要求越來越高，NFC 果汁市場需求量不斷增加[1]。蘋果富含抗壞血酸、多酚、多糖、膳食纖維和礦物質等成分，有利于提高人體免疫力和身體素質[2]。NFC 果汁在生產、貯藏、銷售過程中會出現營養成分損失、褐變等問題[3-4]，對果蔬產品質地、風味、色澤產生影響，制約著NFC 果汁的發展。

現通常采用非熱殺菌技術和使用添加劑減少果汁營養損失，抑制褐變。果蔬非生物脅迫是指在自然環境發生改變情況下，果蔬應對脅迫反應從而發生各種生理生化狀態改變，例如增加多酚合成，抗氧化酶活性增強等[5-8]。但脅迫強度超過果蔬承受閾值時，會導致果蔬性狀發生改變[6]。目前CO2主要應用在氣調包裝，在果蔬保鮮中廣泛應用[9]，但作為加工前脅迫處理尚未得到廣泛研究及應用。短時高濃度CO2脅迫可作為一種采后非生物脅迫方法，在高CO2和低O2環境下可以降低新鮮果蔬的呼吸代謝強度，顯著抑制果實乙烯的產生，有效控制酶促褐變，減緩果實代謝[10]，從而提高果實中多種營養物質的積累，有效控制酶促褐變[11]。殺菌方面，近年來非熱殺菌技術已逐步在果汁生產中應用，電子束輻照是一種物理冷殺菌保鮮技術，其利用電子加速器產生的電子束使食品中的微生物發生物理或化學變化，有效抑制有害微生物生長，且能抑制果蔬成熟，有效延長貨架期[12]，廣泛應用于雜糧[13]、果蔬[14]、魚[15]、肉制品[16]加工中，且合適劑量下其對食物的風味、顏色、營養物質的影響較小[17]，被認為是高技術、高效益的一種綠色環保的節能型科技加工技術手段[18]。電子束輻照的影響主要取決于食物類型和輻照劑量。輻照劑量不足會導致保鮮效果太差，但劑量過高不但成本高昂，也會對果蔬汁感官品質及營養品質產生不利影響。鄒立強等[19]研究了不同電子束輻照劑量（2、4、6、8、10 kGy）對臍橙汁滅菌效果及理化性質的影響，研究表明10 kGy 輻照處理后，臍橙汁中的菌落總數、霉菌與酵母及大腸桿菌的數量顯著下降，且對其總糖、總酸、pH、可溶性固形物的理化性質的影響不大，但隨著輻照劑量的增大，VC含量明顯下降。目前有研究表明不同劑量的電子束輻照食品品質有較大差異，且在NFC 果汁中的應用研究較缺乏。

本研究選用紅富士蘋果為原料制備NFC 果汁，采用短時高濃度CO2脅迫進行榨汁前處理，并對熱殺菌和電子束輻照殺菌進行對比研究，分析其對營養物質及感官品質的影響，以期為非生物脅迫與非熱殺菌技術在果汁加工中的結合應用提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蘋果 產地陜西，品種為紅富士，外觀和大小一致，色澤自然，無病蟲害，無外傷，購自陜西楊凌洛川蘋果專賣店；平板計數瓊脂培養基、馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養基、煌綠乳糖膽鹽肉湯培養基、月桂基硫酸鹽胰蛋白胨肉湯 青島海博生物技術有限公司；無水乙醇、無水碳酸鈉 分析純，四川西隴科學有限公司；抗壞血酸、福林酚、三氯乙酸 分析純，廣東光華科技股份有限公司；沒食子酸 分析純，上海寶曼生物科技有限公司；草酸、過硫酸鉀 分析純，天津市天力化學試劑有限公司；2,6-二氯靛酚鈉鹽水合物 分析純，上海源葉生物科技有限公司；2,2-聯氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二銨鹽（ABTS） 分析純，上海麥克林生化科技有限公司。

ESS-010-03 電子直線加速器 陜西楊凌核盛輻照技術有限公司；JYL-C051 型九陽料理機 九陽股份有限公司；DK-S26 電熱恒溫水浴鍋 上海森信實驗儀器有限公司；JA2003 電子分析天平 上海精密科學儀器有限公司；MJ-BL25B2 攪拌機 廣東美的生活電器制造有限公司；pHS-3C 精密pH 計 上海日島科學儀器有限公司；UV-3100 紫外分光光度計 上海美譜達儀器有限公司；DH 型電熱恒溫培養箱 北京科偉永興儀器有限公司；HS-840μ 型水平層流單人凈化工作臺 蘇州凈化設備有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 蘋果預處理及蘋果汁殺菌處理

1.2.1.1 50% CO2脅迫處理不同時間對NFC 蘋果汁品質影響 使用0.03 mm 聚乙烯塑料薄膜袋將洗凈的紅富士蘋果放入，每袋放入三個，向乙烯袋中充入濃度為50% CO2氣體脅迫處理蘋果，分別處理0、30、60 min。處理結束立即切塊、榨汁、過濾，置于4 ℃冰箱貯藏，48 h 貯藏期內每8 h 測定一次指標。

1.2.1.2 不同殺菌方式對NFC 蘋果汁品質影響 使用0.03 mm 聚乙烯塑料薄膜袋將洗凈的紅富士蘋果均勻分裝，每袋放入三個，向乙烯袋中充入濃度為50% CO2氣體處理60 min（第一部分結果選取最優處理時間）后切塊、榨汁、過濾，過濾后立即進行殺菌處理。電子輻照組分別以0（對照）、2、4 kGy 劑量進行照射；巴氏殺菌組果汁在處理溫度98 ℃、處理時間30 s 條件下進行巴氏殺菌。殺菌結束后立刻罐裝，待冷卻至室溫后置于4 ℃冰箱貯藏備用。

1.2.2 總酚含量測定 采用福林-酚比色法測定樣品中總酚的含量[20]。使用紫外分光光度計于765 nm波長下對樣品溶液吸光度進行測定，蘋果果汁的總酚含量以每100 mL 樣品果汁中所含毫克當量的沒食子酸表示（mg GAE/100 mL）。

1.2.3 總抗氧化活性測定 采用ABTS+自由基清除法[21]，果汁樣品在室溫條件下反應6 min 后在734 nm波長處測定吸光值，實驗結果以ABTS+自由基清除率表示，計算公式見式（1）。

式中，A 表示空白對照的734 nm 處吸光值；B 表示待測樣品的734 nm 處吸光值。

1.2.4 VC含量測定 采用2,6-二氯靛酚鈉法測定蘋果汁中VC的含量[22]。先對2,6-二氯靛酚鈉溶液進行標定。取10.00 mL 2,6-二氯靛酚鈉溶液于錐形瓶中，用濃度為1 mg/mL 的VC標準溶液進行滴定，滴定終點為溶液出現微紅色且15 s 內不褪色。記錄VC標準溶液體積消耗量為V1，2,6-二氯靛酚鈉溶液體積消耗量為V2。再對待測果汁樣品進行滴定。用移液槍將5.00 mL 蘋果汁樣品取出放入錐形瓶中，加入5.00 mL 2%的草酸溶液，混合均勻后用2,6-二氯靛酚鈉溶液滴定至溶液出現微紅色且15 s 內不褪色。2,6-二氯靛酚鈉溶液體積消耗量為V3，樣品溶液體積消耗量為V4。樣品中的VC含量計算公式見式（2）。

式中，C 表示VC標準溶液濃度，mg/mL；V1表示消耗的VC標準溶液體積，mL；V2表示2,6-二氯靛酚鈉溶液消耗體積，mL；V3表示消耗的2,6-二氯靛酚鈉溶液體積，mL；V4表示樣品溶液體積消耗量，mL。

1.2.5 pH 及可溶性固形物含量測定 果汁pH 及可溶性固形物含量參考Akta?等[23]的方法進行測定。

1.2.6 褐變度的測定 參考Xu 等[24]的測定方法，測定在420 nm 波長下NFC 蘋果汁樣品的吸光度A420，以A420乘以10 作為果汁褐變度。

1.2.7 感官評定方法 參考高婧昕等[25]的感官評定方法。選擇10 名食品專業同學進行感官評定，對對照組、巴氏殺菌組、2 kGy 輻照組、4 kGy 輻照組四組進行評定，每份待測樣品20 mL，分別對果汁外觀、香氣、色澤、滋味、總體可接受度進行感官檢驗與評定，評分從強到弱依次是4、3、2、1。

1.2.8 果汁微生物含量測定 菌落總數、霉菌與酵母數量、大腸菌群數量分別參照國家標準GB/T 4789.2-2016 中《食品微生物學檢驗菌落總數測定》、《食品微生物學檢驗霉菌和酵母計數》、《食品微生物學檢驗大腸菌群計數》系列標準進行檢測[26]。

1.3 數據處理

所有實驗重復三次，數據用SPSS 20.0 軟件分析，組間數據采用單因素方差分析（ANOVA），P＜0.05 表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 CO2 預處理蘋果對蘋果汁品質的影響

2.1.1 CO2處理對蘋果汁營養品質的影響

2.1.1.1 總酚 CO2脅迫處理不同時間對果汁總酚含量影響結果見圖1。在48 h 貯藏期內，對照組總酚含量始終最低，且下降趨勢最快。CO2脅迫處理組總酚含量顯著高于對照組（P＜0.05），貯藏48 h 時，脅迫60 min 組總酚含量是對照組的118.7%。CO2脅迫處理可顯著增加果蔬總酚含量，本文的結果與Samynathan 等[27]的研究結果一致。

圖1 CO2 處理不同時間對總酚含量影響Fig.1 Effect of different time of CO2 treatment on total phenol content

2.1.1.2 總抗氧化活性 抗氧化活性是評價蘋果果汁營養價值的重要指標。CO2脅迫處理不同時間對蘋果果汁抗氧化活性影響如圖2 所示。48 h 貯藏期內，三組NFC 蘋果果汁ABTS+自由基清除率均呈下降趨勢，對照組果汁ABTS+自由基清除率始終處于最低，48 h 后下降至84.4%；CO2處理60 min 組果汁抗氧化能力顯著高于CO2處理30 min 組和對照組（P＜0.05）。高濃度CO2脅迫處理抑制了果汁中ROS水平，提高了果汁抗氧化能力[28]。

圖2 CO2 處理不同時間對抗氧化活性影響Fig.2 Effect of different time of CO2 treatment on antioxidant activity

2.1.1.3 VCCO2脅迫處理不同時間對蘋果汁VC含量影響如圖3 所示。CO2脅迫處理組VC含量顯著高于對照組（P＜0.05），表明高濃度CO2脅迫處理蘋果有利于提高果汁中VC的含量。可能由于在高濃度CO2環境下抑制了蘋果果實呼吸作用，從而減少了果實內營養損失，同時有效抑制了VC的氧化分解。

圖3 CO2 處理不同時間對VC 含量影響Fig.3 Effect of different time of CO2 treatment on VC content

2.1.2 CO2處理對蘋果汁感官品質的影響

2.1.2.1 pH 和可溶性固形物 如表1 所示，三組NFC 蘋果汁在貯藏期內pH 較穩定，均無顯著變化，且各組間無顯著差異（P＞0.05）。貯藏期24 h 內CO2脅迫處理組可溶性固形物含量均顯著大于對照組（P＜0.05），表示高濃度CO2處理蘋果有利于果汁可溶性固形物含量的提高，并且脅迫處理60 min 對可溶性固形物含量的提高效果高于處理30 min 組。

表1 CO2 處理不同時間對pH 及可溶性固形物含量的影響Table 1 Effect of different time of CO2 treatment on pH and soluble solid content

2.1.2.2 褐變度 CO2脅迫處理不同時間對褐變度影響如圖4 所示，貯藏期間，處理組果汁均發生不同程度的氧化褐變，果汁色澤變深。其中對照組褐變度顯著高于脅迫處理組（P＜0.05），48 h 內上升了160.0%。50% CO2處理蘋果榨成果汁后有利于蘋果果汁色澤的保留，減緩果汁褐變程度，但30 min 和60 min 處理組間在貯藏32 h 內（0 h 除外）無顯著差異（P＞0.05），貯藏40～48 h 后差異顯著（P＜0.05），其中脅迫處理60 min 組褐變度最低，抑制褐變效果最好。

圖4 CO2 處理不同時間對褐變度影響Fig.4 Effect of different time of CO2 treatment on browning degree

2.2 不同殺菌方式對蘋果汁品質的影響

2.2.1 不同殺菌方式對蘋果汁營養品質的影響

2.2.1.1 總酚 不同殺菌方式對蘋果汁總酚含量影響如圖5 所示。在48 h 貯藏期內，對照組與不同殺菌處理組總酚含量均呈下降趨勢，但對照組下降趨勢最快，與第0 h 相比下降了20.44%。巴氏殺菌組蘋果汁總酚含量在0～40 h 貯藏期內最低，且顯著低于其他組（P＜0.05），表明高溫處理不利于果汁中的酚類物質的保留。4 kGy 輻照組總酚含量顯著高于對照組及巴氏殺菌組（P＜0.05），4 kGy 電子束輻照劑量有利于貯藏期蘋果汁酚類物質的保存。值得注意的是，2 kGy 輻照處理組在殺菌處理結束后（貯藏第0 h），總酚含量與對照組及4 kGy 輻照組相比顯著下降（P＜0.05），其原因需要進一步探究。

圖5 不同殺菌方式對總酚含量影響Fig.5 Effect of different sterilization methods on total phenol content

2.2.1.2 抗氧化活性 不同殺菌方式對蘋果汁抗氧化活性影響結果見圖6。2 kGy 輻照組在貯藏0～40 h 時ABTS+自由基清除率始終處于最低，與其他處理組均差異顯著（P＜0.05），巴氏殺菌組、4 kGy 輻照組與對照組在48 h 貯藏期內均呈下降趨勢，其中對照組下降最少，下降了2.7%，巴氏殺菌組下降了3.7%，4 kGy 輻照組下降趨勢最大達4.6%。在貯藏期0～8 h 內，巴氏殺菌組、4 kGy 輻照組抗氧化活性接近于對照組，8 h 后均顯著低于對照組（P＜0.05）。但在貯藏0～40 h 內，4 kGy 輻照組顯著高于2 kGy輻照組（P＜0.05）。

圖6 不同殺菌方式對抗氧化活性影響Fig.6 Effect of different sterilization methods on antioxidant activity

2.2.1.3 VC對照組與其他三組處理組在48 h 貯藏期內VC含量變化見圖7，均呈下降趨勢，在貯藏期間被氧化分解。其中巴氏殺菌組VC含量始終低于其他三組且均差異顯著（P＜0.05），在貯藏期內下降了31%，VC在高溫條件下易受熱分解，導致果汁營養損失。相較于巴氏殺菌法，電子束輻照處理對果汁VC含量影響較小。貯藏48 h 時，4 kGy 輻照組果汁VC含量顯著高于2 kGy 輻照組（P＜0.05）。

圖7 不同殺菌方式對VC 含量影響Fig.7 Effect of different sterilization methods on VC contect

2.2.2 不同殺菌方式對蘋果汁感官品質的影響

2.2.2.1 pH 及可溶性固形物 不同殺菌方式對蘋果汁pH 及可溶性固形物的影響如表2 所示，各處理組NFC 蘋果汁在貯藏期內pH 均較穩定且無顯著差異（P＞0.05），表示不同殺菌方式對果汁pH 的影響不顯著。這與文獻研究結果一致，很多非熱處理方式對果汁pH 也無顯著影響[29-30]。不同殺菌方式對果汁貯藏過程中可溶性固形物含量變化無明顯影響，組間無顯著差異（P＞0.05），這與岳玲等[31]研究結果一致。

表2 不同殺菌方式對pH 及可溶性固形物含量的影響Table 2 Effect of different sterilization methods on pH and soluble solid content

2.2.2.2 褐變度 不同殺菌方式對蘋果汁褐變度的影響如圖8 所示，四組蘋果果汁在48 h 貯藏期間吸光值均呈上升趨勢。巴氏殺菌組與對照組上升速率最大；貯藏40～48 h，巴氏殺菌組褐變度最大，顯著高于對照組（P＜0.05），加劇了果汁的褐變。2 kGy 輻照組、4 kGy 輻照組褐變度均顯著低于對照組和巴氏殺菌組（P＜0.05），表明電子束輻照顯著降低果汁褐變，可有效保留果汁色澤。且貯藏0～40 h 內，4 kGy 輻照處理組褐變度顯著低于2 kGy 處理組（P＜0.05）。

圖8 不同殺菌方式對褐變度影響Fig.8 Effect of different sterilization methods on browning degree

2.2.2.3 感官評定 NFC 蘋果汁（未貯藏）蘋果汁感官評分見圖9。輻照處理組（2 kGy 與4 kGy）各項評分均高于對照組、巴氏殺菌組。香氣方面，巴氏殺菌評分最低，存在明顯的蒸煮味；2 kGy 輻照組與4 kGy輻照組香氣評分顯著高于其他組（P＜0.05），表明電子束輻照有利于香氣的保留；2 kGy 與4 kGy 輻照組之間無顯著差異（P＞0.05）。

圖9 NFC 蘋果果汁感官評分Fig.9 NFC apple juice sensory rating

2.2.3 不同殺菌方式對蘋果汁微生物的抑菌效果

2.2.3.1 菌落總數 不同殺菌方式對菌落總數影響結果見表3。根據國標規定果（蔬）汁及果（蔬）汁飲料產品的菌落總數不得超過100 CFU/mL[32]，對照組剛榨出汁時符合國家標準，由于沒有進行殺菌處理在貯藏24 h 后超過國家標準，其他三組榨汁后、貯藏期內均符合國家標準。各處理組菌落總數顯著低于對照組（P＜0.05），巴氏殺菌、電子束輻照都能有效抑制菌落形成，且4 kGy 電子束輻照抑菌效果最好。

表3 不同殺菌方式對菌落總數的影響（CFU/mL）Table 3 Effects of different sterilization methods on the total number of colonies (CFU/mL)

2.2.3.2 霉菌與酵母菌 不同殺菌方式對霉菌與酵母菌數量影響見表4。各處理組霉菌與酵母菌數量顯著低于對照組（P＜0.05），巴氏殺菌、電子束輻照均可顯著抑制蘋果汁中霉菌與酵母菌，貯藏72 h 內霉菌與酵母菌數量始終小于10 CFU/mL。根據國標規定，果（蔬）汁及果（蔬）汁飲料產品的霉菌與酵母菌數量不得超過20 CFU/mL[32]，對照組不符合國家標準，其他三組果汁均符合國家標準。

表4 不同殺菌方式對霉菌與酵母菌數量的影響（CFU/mL）Table 4 Effect of different sterilization methods on mold and yeast (CFU/mL)

2.2.3.3 大腸菌群 不同殺菌方式對蘋果汁大腸菌群影響見表5。巴氏殺菌、電子束輻照組蘋果汁大腸菌群數量在貯藏72 h 內始終小于3 MPN/mL，顯著低于對照組（P＜0.05）。

表5 不同殺菌方式對大腸菌群數量的影響（MPN/mL）Table 5 Effects of different sterilization methods on coliform(MPN/mL)

3 結論

本研究探究高濃度CO2脅迫處理蘋果對果汁營養品質和感官品質的影響發現，50%高濃度CO2預處理蘋果可顯著提高蘋果果汁總酚含量、抗氧化活性、VC含量、可溶性固形物含量（P＜0.05），并顯著降低了果汁褐變度（P＜0.05），說明高濃度CO2脅迫處理蘋果有利于提高果汁營養價值并有效保留色澤。進一步比較了不同殺菌方式對果汁營養品質、感官品質和抑菌效果的影響，結果表明巴氏滅菌后，果汁總酚含量和VC含量顯著降低（P＜0.05）；電子束輻照更有利于酚類物質的保留，其中4 kGy 保留效果更顯著；2 kGy 和4 kGy 輻照處理可以有效保留果汁色澤，降低其褐變度，且4 kGy 效果更顯著；且兩電子束輻照組更有利于香氣的保留，而巴氏殺菌組易產生異味。巴氏殺菌、電子束輻照均存在顯著抑菌效果。

綜上所述，50%濃度CO2脅迫處理蘋果60 min后榨汁，在保持蘋果汁品質特性與抗氧化性方面有顯著優勢，采用4 kGy 電子束輻照滅菌處理，更好地保留果汁香氣及營養，抑制其褐變和微生物滋長，達到了滅菌和保持品質的目的。榨汁前采用50%濃度CO2脅迫預處理60 min，結合4 kGy 電子束輻照滅菌可作為一種新型NFC 蘋果汁加工技術。

? The Author(s) 2024.This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).