番茄汁的微波殺菌工藝研究

李卓思，劉世雄，程裕東

（上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海 201306）

番茄汁富含多種營(yíng)養(yǎng)素，受到廣大消費(fèi)者的歡迎。但番茄汁是一種熱敏性的食品，其營(yíng)養(yǎng)成分和色澤品質(zhì)很容易在殺菌、鈍化酶等關(guān)鍵加工工藝中被破壞[1]，果汁類制品一般采用巴氏殺菌和高溫瞬時(shí)殺菌[2]。傳統(tǒng)巴氏殺菌的殺菌時(shí)間長(zhǎng)，傳熱也較不均勻，產(chǎn)品品質(zhì)明顯下降；高溫瞬時(shí)殺菌對(duì)控制系統(tǒng)和容器要求很高，需要龐大設(shè)備、廠房，投資較大，其他殺菌方式在不同液態(tài)食品中也有一定的應(yīng)用，但并不廣泛。因此選擇合適的加工技術(shù)對(duì)達(dá)到殺菌效果，并保持番茄汁的品質(zhì)具有重要的意義。

微波作為一種新的加工技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于食品殺菌中[3-4]。該技術(shù)在蘋果汁[5]、牛奶[6等液態(tài)食品中的應(yīng)用顯示出了很多優(yōu)勢(shì)，如加熱時(shí)間短、升溫速度快、便于控制、可以直接對(duì)包裝食品進(jìn)行殺菌[7]、并較好的保持了食品的營(yíng)養(yǎng)成分和口感等品質(zhì)，有利于提高這類產(chǎn)品的安全性和貨架期。

周先漢等[8]用正交試驗(yàn)方法對(duì)乳化蜂蜜的微波殺菌工藝進(jìn)行了優(yōu)化，但是只考慮了微波殺菌溫度和時(shí)間的影響，并未考慮離子和糖的作用。在對(duì)殺菌工藝的研究中，不僅考察殺菌條件對(duì)殺菌效果的影響，同時(shí)考察其對(duì)品質(zhì)的影響[9]，本研究在前期單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上[10]，以微生物殘菌數(shù)、還原型抗壞血酸、番茄紅素、pH值、總色差為指標(biāo)綜合考察微波功率、殺菌溫度、糖含量和鹽含量對(duì)番茄汁殺菌效果和品質(zhì)變化的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

番茄：購(gòu)于歐尚超市，浙粉202。

微波爐（上海松下微波爐有限公司，NNGD567M）；熱電偶測(cè)溫儀（ETO DENKI，THERMIC MODEL 2100A）；榨汁機(jī)（飛利浦家庭電器有限公司，HR1861）；紫外分光光度計(jì)（UV2100，尤尼柯上海儀器有限公司）；ZE-2000型測(cè)色色差計(jì)（ZE-2000，Nippon Denshoku）；pH 計(jì)（PHB-9901，上海艾旺工貿(mào)有限公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 樣品制備 購(gòu)于上海某超市的番茄，選擇成熟度及色澤均一，形態(tài)良好，無(wú)病蟲害的果實(shí)，用自來(lái)水沖洗2～3遍后，再用去離子水沖洗并漏干表面，放入榨汁機(jī)中榨汁。在番茄汁中加入0.3 g/100mL的果膠均質(zhì)，再加入檸檬酸調(diào)配，使樣品pH值為4.2±0.1，并根據(jù)正交試驗(yàn)方法加入定量的蔗糖、NaCl，攪拌均勻后冷藏備用。為保證試驗(yàn)樣品的一致性，試驗(yàn)用樣品為一次性制備，樣品初始條件設(shè)定為體積5 mL，溫度10℃。

1.2.2 殺菌處理試驗(yàn) 研究微波殺菌處理對(duì)番茄汁的影響。將5 mL樣品裝于10 mm×100 mm規(guī)格的試管置于聚苯乙烯泡沫支架中，用硅膠塞封口置于微波爐轉(zhuǎn)盤中心進(jìn)行加熱處理，硅膠塞具有良好的通氣性，溫度升高時(shí)，可以控制物質(zhì)的膨脹和蒸汽壓力，在不同的微波功率下，將樣品進(jìn)行加熱處理，加熱后迅速用熱電偶測(cè)得其中心溫度，以此確定不同殺菌條件下所需的加熱時(shí)間，樣品加熱后置于冰水中冷卻移入4℃冰箱冷藏待測(cè)。加熱前用微波爐預(yù)熱，每次加熱處理間隔20 min，以恢復(fù)微波爐的工況，減少誤差。

1.2.3 正交試驗(yàn)方法采用L9（34）正交表對(duì)微波功率、殺菌溫度、糖含量、鹽含量4因素進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)（表1），以微生物殘菌數(shù)、還原型抗壞血酸、番茄紅素、pH、總色差作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

表1 因素水平表

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 菌落總數(shù)的檢驗(yàn) 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB4789.2 8－2003：食品衛(wèi)生微生物學(xué)檢驗(yàn)菌落總數(shù)測(cè)定。

1.3.2 番茄紅素的檢驗(yàn) 用分光光度計(jì)法檢驗(yàn)樣品中的番茄紅素含量[11]。稱取試樣0.4～0.5 g，準(zhǔn)確至0.000 2 g，于10 mL小燒杯中。在盛有試樣的小燒杯中加入少量甲醇，立即用玻璃棒充分?jǐn)嚢璩樘針悠分械狞S色素。將抽提液移入帶濾紙的玻璃漏斗中過濾。燒杯里剩余的殘?jiān)偌尤肷倭考状?，重?fù)上述操作，直至濾液無(wú)色，棄去濾液。經(jīng)預(yù)處理后，再用石油醚反復(fù)萃取至樣品無(wú)色為止，收集濾液于25 mL容量瓶，石油醚定容。于502 nm處測(cè)OD值。番茄紅素濃度的計(jì)算公式如下：

番茄紅素濃度（mg/g）=（OD×25×10）／（2.0×E1cm）

式中：E1 cm=3.078。

1.3.3 色差值和pH值的檢驗(yàn) 色差計(jì)測(cè)色差值[12]，pH計(jì)測(cè)pH值。

1.3.4 還原型抗壞血酸的檢驗(yàn) 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5009.159-2003：食品中還原型抗壞血酸的測(cè)定。

1.3.5 微生物殘活率計(jì)算 殺菌效果用微生物死亡數(shù)量級(jí) Y 表示，計(jì)算公式為：Y=-lg（N/N0）[13]

式中：N0—處理前樣品中菌落總數(shù)，cfu/mL；N—處理后樣品中菌落總數(shù)，cfu/mL；Y—處理前后菌落總數(shù)降低的對(duì)數(shù)。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用 SPSS軟件（SPSS11.0）對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同條件對(duì)番茄汁殺菌效果的影響

正交試驗(yàn)的結(jié)果見表2、表3。以菌落總數(shù)死亡數(shù)量級(jí)Y為考察指標(biāo)，通過正交直觀分析，因素的極差越大則其對(duì)考察指標(biāo)的影響越大，試驗(yàn)所考察的 4 個(gè)因素 的 極 差 分 別 為 0.97、0.732、1.012、0.627，以糖含量對(duì)番茄汁中微生物的殺菌效果影響最大，影響番茄汁中微生物殺菌效果的因素主次順序?yàn)镃＞A＞B＞D，即糖含量、微波功率、殺菌溫度、鹽含量。從表3可知，4個(gè)因素對(duì)番茄汁的殺菌效果均有極顯著的影響。在不引起微生物失水死亡的前提下，添加較低蔗糖可以維持微生物內(nèi)外的滲透壓，對(duì)微生物有保護(hù)作用。同時(shí)，在微波加熱中，蔗糖分子和水分子的化學(xué)鍵相結(jié)合形成氫鍵，使水分子趨于穩(wěn)定，降低樣品的介電常數(shù)，使樣品的升溫速率變慢，兩個(gè)因素同時(shí)影響微波的殺菌效果。NaCl在水中形成離子，提高了樣品的介電損失率，進(jìn)而提高了樣品的升溫速率，另外離子也會(huì)和水分子形成水合離子，限制水分子的活動(dòng)，降低了樣品的介電常數(shù)，降低樣品的升溫速率，兩者同時(shí)作用影響微波對(duì)樣品的殺菌效果。微波功率越高，樣品的升溫速率越快，達(dá)到相同殺菌溫度所需要的時(shí)間越短，結(jié)果顯示，微波功率為1 000 W時(shí)，快速升溫加速微生物的死亡，殺菌效果最好，微波功率為500 W時(shí)的殺菌效果優(yōu)于800 W時(shí)，這可能是由于500 W熱效應(yīng)作用于微生物的時(shí)間長(zhǎng)，殺菌效果較好。90℃和95℃的殺菌效果沒有顯著差異。通過正交直觀分析根據(jù)各因素的均值可知，選擇A3B2C1D3，即微波功率1 000 W、殺菌溫度90℃、糖含量2.5 g/100mL、鹽含量3.5 g/100mL，可以得到最好的殺菌效果。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

表3 正交試驗(yàn)方差分析

2.2 不同條件對(duì)番茄汁中還原型抗壞血酸含量的影響

番茄汁富含豐富的維生素C，還原型抗壞血酸是維生素C的主要成分，從表3可知，4個(gè)因素對(duì)番茄汁微波處理后的還原型抗壞血酸含量均沒有顯著的影響?？箟难崾撬苄跃S生素，容易受到光照、氧氣、溫度等因素的影響而損失，在本研究中由于微波處理升溫速度快，只需要16～22 s即可達(dá)到殺菌溫度，因此，各處理?xiàng)l件對(duì)還原型抗壞血酸含量影響不顯著，通過正交直觀分析對(duì)各因素的極差和均值進(jìn)行比較，各因素對(duì)還原型抗壞血酸含量影響的主次順序?yàn)?A＞C＞B＞D，選擇 A2B2C2D3，即微波功率800 W、殺菌溫度90℃、糖含量3.0 g/100mL、鹽含量3.5 g/100mL的微波殺菌條件，番茄汁中的還原型抗壞血酸的損失最少。

2.3 不同條件對(duì)番茄汁中番茄紅素含量的影響

番茄紅素是番茄中的主要色素，對(duì)光照敏感，在低溫和常溫下較穩(wěn)定，溫度較高時(shí)穩(wěn)定性較差[14]。從表3可知，正交試驗(yàn)中4個(gè)因素對(duì)番茄汁中的番茄紅素均沒有顯著的影響。這可能是由于本研究試驗(yàn)均是在室內(nèi)進(jìn)行，且所選的殺菌溫度因素之間差異性較小，因此各處理?xiàng)l件對(duì)番茄紅素影響不顯著，通過正交直觀分析對(duì)各因素的極差和均值進(jìn)行比較，各因素對(duì)番茄紅素含量影響的主次順序?yàn)锽＞C＞A＞D，選擇 A2B2C3D1，即微波功率 800 W、殺菌溫度90℃、糖含量3.5 g/100mL、鹽含量2.5 g/100mL的微波殺菌條件，番茄汁中番茄紅素的含量最高。

2.4 不同條件對(duì)番茄汁pH值和總色差的影響

從表2、3可知，處理?xiàng)l件中鹽含量對(duì)pH值影響顯著，其他因素對(duì)pH值影響不顯著。pH值在4.05～4.25之間，不影響產(chǎn)品的品質(zhì)和口感，因此可以不考慮各處理?xiàng)l件對(duì)pH值的影響。

處理?xiàng)l件影響殺菌后番茄汁的顏色變化，本研究以總色差作為評(píng)價(jià)番茄汁顏色變化的指標(biāo)，△E為1.5～3.0，能感覺到顏色有差異，△E為3.0～6.0，有較顯著差異，通過正交直觀分析，影響番茄汁顏色變化各因素的極差分別為 0.747、1.34、0.506、0.19，由此各因素的的主次順序?yàn)?B＞A＞C＞D，即殺菌溫度、微波功率、糖含量、鹽含量，其中殺菌溫度對(duì)顏色變化影響顯著，90℃時(shí)顏色差異最大，在殺菌過程中殺菌溫度和加熱時(shí)間同時(shí)影響殺菌后番茄汁的顏色。殺菌溫度95℃時(shí)雖然加熱溫度高但時(shí)間很短，85℃時(shí)雖然加熱時(shí)間比90℃長(zhǎng)但溫度低，因此95℃和85℃時(shí)都減緩了番茄汁感官品質(zhì)的下降。通過正交直觀分析對(duì)均值進(jìn)行比較選擇A2B1C1D2，即微波功率800 W、殺菌溫度85℃、糖含量2.5 g/100mL、鹽含量3.0 g/100mL的微波殺菌條件，最大程度減少了番茄汁色澤品質(zhì)的下降。

2.5 處理?xiàng)l件的綜合確定和驗(yàn)證

對(duì)番茄汁各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)所優(yōu)化的處理?xiàng)l件并不一致，需從操作便利、節(jié)省能源和開支等方面綜合選擇因素條件。殺菌功率選擇1 000 W殺菌效率最高，但功率越高，消耗的能源越大，因此選擇功率為550 W。殺菌溫度選擇使殺菌效果較好，番茄汁處理后色差變化較小，且番茄紅素和抗壞血酸的含量較高的溫度條件95℃。鹽含量為3.5 g/100mL殺菌效果最好，但是較高的鹽含量使番茄汁口感變差，因此選擇對(duì)殺菌效果較好的，鹽含量為2.5 g/100mL的處理?xiàng)l件。糖含量對(duì)品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)均沒有顯著影響，因此選擇對(duì)殺菌效果最好的糖含量為2.5 g/100mL的處理?xiàng)l件。綜合分析，確定番茄汁微波殺菌的最佳條件為：微波功率550 W、殺菌溫度95℃、糖含量和鹽含量均為2.5 g/100mL。

通過該處理?xiàng)l件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，番茄汁中菌落總數(shù)死亡數(shù)量級(jí)為3.76，抗壞血酸含量為9.745 mg/100g，番茄紅素的含量為43.532 μg/g，pH值為4.14，總色差是2.72。和傳統(tǒng)殺菌工藝相比[11]，可以更好的保持番茄汁的品質(zhì)。

3 結(jié)論

在試驗(yàn)條件范圍內(nèi)，微波功率、殺菌溫度、鹽含量、糖含量均顯著影響微波殺菌的效果，其中殺菌溫度對(duì)微波處理后的番茄汁的色澤影響顯著、四因素對(duì)番茄汁中營(yíng)養(yǎng)成分均影響不顯著。微波殺菌處理?xiàng)l件的較優(yōu)處理?xiàng)l件為：微波功率550 W、殺菌溫度85℃、鹽含量和糖含量均為2.5 g/100mL。

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