高壓脈沖電場對番茄汁殺菌效果的研究

金聲瑯，殷涌光，王 瑩，赫桂丹

（1.黃山學(xué)院旅游學(xué)院，安徽黃山245021；2.吉林大學(xué)生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，吉林長春130022；3.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島266109）

高壓脈沖電場對番茄汁殺菌效果的研究

金聲瑯1，2，殷涌光2，王 瑩3，赫桂丹2

（1.黃山學(xué)院旅游學(xué)院，安徽黃山245021；2.吉林大學(xué)生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，吉林長春130022；3.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島266109）

運(yùn)用高壓脈沖電場對番茄汁進(jìn)行非熱殺菌，通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)對染有大腸桿菌的番茄汁進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，番茄汁的菌落總數(shù)隨電場強(qiáng)度、脈沖數(shù)、初始溫度的增加而降低。當(dāng)電場強(qiáng)度E為50kV/cm，脈沖個數(shù)為36個，樣品出口溫度為40℃時，番茄汁中接種的大腸桿菌數(shù)量可降低6個對數(shù)以上。同時從抗壞血酸、番茄紅素、還原糖、果膠和可溶性固形物等方面對番茄汁品質(zhì)進(jìn)行分析，結(jié)果表明運(yùn)用高壓脈沖電場非熱殺菌不影響番茄汁的品質(zhì)。

高壓脈沖電場，非熱殺菌，番茄汁

番茄富含維生素、礦質(zhì)元素、氨基酸及番茄紅素，特別是番茄紅素賦予番茄抗氧化、防（抗）腫瘤、抗衰老等作用［1-2］。由于番茄采后不便貯藏和運(yùn)輸，加工轉(zhuǎn)化成番茄汁是解決此問題的重要途徑之一［3-4］。目前，番茄汁消毒仍然以加熱殺菌為主［5］，雖然能很好地殺滅微生物并鈍化其中的酶，但會造成番茄汁色澤、風(fēng)味的改變以及營養(yǎng)成分的流失。高壓脈沖電場技術(shù)（High Intensity Pulsed Electric Fields，以下簡稱PEF）是利用高強(qiáng)度脈沖電場瞬時破壞微生物的細(xì)胞膜，其利用高電位而非電流殺菌，因此殺菌過程的溫度低，從而克服了加熱殺菌的缺陷［6］。PEF已經(jīng)成為近十幾年來最有望實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的冷殺菌技術(shù)之一［7-8］，在果汁、飲料加工中的應(yīng)用研究較多［9-14］，但關(guān)于番茄汁PEF殺菌的研究在國內(nèi)外尚未見報(bào)道。本文目的是研究PEF處理番茄汁時各類參數(shù)與殺菌效果的關(guān)系，尋求最佳參數(shù)組合，并從抗壞血酸、番茄紅素、還原糖、果膠和可溶性固形物等方面分析PEF處理對番茄汁營養(yǎng)結(jié)構(gòu)和風(fēng)味的影響，以期為實(shí)踐應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

普通番茄 市售，新鮮成熟，深紅，大小約為5個500g左右；E.coli菌種，牛肉膏，蛋白胨，胰蛋白大豆瓊脂，胰蛋白大豆肉湯。

手提式壓力蒸汽滅菌鍋，阿貝折光儀，微生物接種箱，生化培養(yǎng)箱，電熱鼓風(fēng)干燥箱，電爐，高壓脈沖電場設(shè)備。

高壓脈沖電場系統(tǒng)處理室中高強(qiáng)度的電壓脈沖傳遞給物料，電學(xué)參數(shù)通過示波器顯示。脈沖電源的波形為指數(shù)衰減波，頻率可調(diào)為1000～3000Hz。整個處理容量為200mL［15］。用泵來抽取番茄汁，使其在裝置中循環(huán)流動。PEF裝置熱處理部分可以保持樣品在恒溫下進(jìn)行處理。實(shí)驗(yàn)前，儀器管路清洗采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%NaOH、10%市售次氯酸消毒液和無菌水清洗至無菌［16］。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品處理 選擇紅色達(dá)90%以上的番茄，去除果蒂，以自來水清洗，再用蒸餾水洗凈。經(jīng)熱燙（95～100℃、20s）后去皮去芯，用多功能粉碎機(jī)粉碎，均質(zhì)機(jī)均質(zhì)（壓力30MPa），過濾法初步除菌，冷藏備用［17］。

1.2.2 微生物接種與計(jì)數(shù) 實(shí)驗(yàn)用E.coli由胰蛋白大豆瓊脂（tryptic soya agar，TSA）斜面移至胰蛋白大豆肉湯（tryptic soya agar，TSB），37℃搖床培養(yǎng)18h，使菌體濃度達(dá)到108～109cfu/mL［18］。

取已培養(yǎng)的飽和菌懸液10mL，用純度為100%的番茄汁1000mL進(jìn)行稀釋，這樣番茄汁中的菌數(shù)可達(dá)到約106～107cfu/mL。根據(jù) GB/T4789.2-2003方法，測定接種和不接種的樣品在PEF處理前后樣品菌落總數(shù)。

1.2.3 高壓脈沖電場處理

1.2.3.1 單因素實(shí)驗(yàn)1 設(shè)置電場系統(tǒng)頻率 f= 1000Hz，脈沖數(shù)12個。番茄汁的溫度為4℃。測得番茄汁初始菌落總數(shù)為1.0×107cfu/mL。調(diào)整場強(qiáng)的大小，找出處理后番茄汁殘留菌數(shù)與電場場強(qiáng)的關(guān)系。

1.2.3.2 單因素實(shí)驗(yàn) 2 設(shè)置電場系統(tǒng)場強(qiáng)40kV/cm，番茄汁的溫度為4℃。通過調(diào)整脈沖頻率的方式調(diào)整不同的脈沖數(shù)，檢測不同脈沖數(shù)對番茄汁中菌落總數(shù)的影響。

1.2.3.3 單因素實(shí)驗(yàn)3 將初始溫度分別調(diào)至4、10、20、25、40℃，其中4、20、40℃分別為冷藏溫度、常溫和榨汁時的溫度。在電場強(qiáng)度E=40kV/cm，脈沖頻率f=1000Hz條件下處理番茄汁。

1.2.3.4 正交實(shí)驗(yàn) 結(jié)合前面所做單因素殺菌實(shí)驗(yàn)，選擇電場強(qiáng)度、脈沖數(shù)和初始溫度作為影響因素，指標(biāo)為菌落總數(shù)下降的對數(shù)，做正交實(shí)驗(yàn)。

1.2.4 番茄汁的理化指標(biāo)檢測 抗壞血酸：GB/T6195-1986；還原糖：GB/T5009.7-2008；番茄紅素的測定：GB/T22249-2008；果膠的測定：參考張小玲［19］的方法；可溶性固形物含量：用阿貝折光儀在室溫下進(jìn)行測定。

1.2.5 實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析 所有實(shí)驗(yàn)采用3次重復(fù)，用SPSS15.0統(tǒng)計(jì)軟件對全部數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析，顯著性分析采用One-Way ANOVA Turkey HSD軟件，在顯著性水平α=0.05下進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 場強(qiáng)大小對殺菌效果的影響

如圖1所示，PEF對番茄汁的殺菌效果隨電場強(qiáng)度的增加而增加。

2.2 脈沖數(shù)對殺菌效果的影響

由圖2所示，隨著脈沖數(shù)的增加，殺菌效果開始較為顯著后趨于平緩。脈沖數(shù)與脈沖頻率呈對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)脈沖頻率從1000Hz上升到3000Hz，脈沖數(shù)也從12升至36。

圖1 不同場強(qiáng)對番茄汁樣品處理后的殺菌效果

圖2 不同脈沖數(shù)對樣品處理后的殺菌效果

2.3 初始溫度對殺菌效果的影響

由圖3所示，番茄汁的菌落總數(shù)隨著初始溫度的增加而降低，說明在PEF處理時，適當(dāng)提高樣品的初始溫度，可以提高殺菌效果。

圖3 殘留菌數(shù)與樣品溫度關(guān)系曲線

2.4 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

由表1、表2所示，影響PEF對番茄汁殺菌的因素主次順序?yàn)殡妶鰪?qiáng)度＞初始溫度＞脈沖個數(shù)。最佳參數(shù)組合為電場強(qiáng)度50kV/cm，番茄汁溫度40℃，脈沖數(shù)36個。最佳參數(shù)組合下，處理后的番茄汁中菌落總數(shù)能減少6.3個對數(shù)。

表1 因素水平表

2.5 PEF對番茄汁測定指標(biāo)的影響

為了弄清PEF對番茄汁理化指標(biāo)的影響，設(shè)定上述實(shí)驗(yàn)在所得到的最佳參數(shù)條件下對番茄汁進(jìn)行殺菌實(shí)驗(yàn)并重復(fù)3次。殺菌后，分別測定其抗壞血酸、番茄紅素、還原糖、果膠和可溶性固形物等理化指標(biāo)，并與原樣進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)。如表3所示，用PEF殺菌，對番茄汁的各項(xiàng)理化指標(biāo)影響不顯著，可以保持其原有品質(zhì)。

表3 PEF對番茄汁測定指標(biāo)的影響

表2 正交實(shí)驗(yàn)分析

3 結(jié)論

3.1 用PEF技術(shù)對番茄汁進(jìn)行殺菌是可行的，且不影響番茄汁的風(fēng)味和成分。

3.2 利用PEF對番茄汁進(jìn)行非熱殺菌時，影響殺菌結(jié)果的因素順序?yàn)椋弘妶鰪?qiáng)度＞初始溫度＞脈沖個數(shù)。番茄汁的菌落總數(shù)隨PEF的電場強(qiáng)度、初始溫度、脈沖數(shù)的增加而降低。

3.3 通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)確定了PEF處理番茄汁的最佳參數(shù)是：電場強(qiáng)度E=50kV/cm，初始溫度40℃，脈沖個數(shù)為36個。

3.4 在最佳參數(shù)下，PEF技術(shù)對染有大腸桿菌的番茄汁進(jìn)行殺菌，菌落總數(shù)能降低6.3個對數(shù)。

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Study on sterilization of tomatoes juice by high intensity pulsed electric fields

JIN Sheng-lang1，2，YIN Yong-guang2，WANG Ying3，HE Gui-dan2
（1.Tourism College，Huangshan University，Huangshan 245021，China；（2.College of Biological and Agricultural Engineering，Jilin University，Changchun 130022，China；（3.School of Food Science and Engineering，Qingdao Agricultural University，Qingdao 266109，China）

Tomatoes juice was sterilized by using high intensity Pulse Electric Field（PEF）.The non-thermal inactivation of Escherichia coli in the treated juice was studied by single-factors experiment and orthogonal test. The maximum inactivation of 6-log reduction was achieved with the PEF of 50kV/cm，36 pulse numbers，at the temperature wtih 40℃.The results showed that the bacteria clones decreased with the increasing of electric field strength，pulse frequency and the initial temperature，and the juice quality was not affected by high intensity PEF from the aspect of ascorbic acid，lycopene，reducing sugar，pectin and the soluble solids.

high intensity pulsed electric field；non-thermal sterilization；tomatoes juice

TS255.3

A

1002-0306（2010）11-0091-03

2009-11-09

金聲瑯（1980-），男，講師，博士研究生，從事食品保鮮方面的研究。

2008年度安徽省高校青年教師資助計(jì)劃立項(xiàng)項(xiàng)目（2008jq1137）。