寧椿源 周林燕 畢金峰* 顏廷才 周 沫 呂 健 李 聰
(1 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院 沈陽(yáng)110866 2 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所 農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京100193)
桃原產(chǎn)我國(guó),屬薔薇科落葉小喬木,迄今已有4 000 多年的栽培歷史,桃營(yíng)養(yǎng)豐富,含糖類(lèi)、多酚類(lèi)、有機(jī)酸等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[1]。據(jù)FAO 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,我國(guó)的桃產(chǎn)量呈逐年遞增的趨勢(shì)。2014年,我國(guó)的桃產(chǎn)量已達(dá)到1 192.4 萬(wàn)t,其中北京平谷區(qū)桃產(chǎn)量達(dá)29 萬(wàn)t。平谷區(qū)是著名的大桃之鄉(xiāng),以個(gè)大、色艷、甜度高而馳名中外。桃屬呼吸躍變型果實(shí),有較強(qiáng)的季節(jié)性,易變質(zhì)腐爛,如不及時(shí)銷(xiāo)售、貯藏和加工,容易造成經(jīng)濟(jì)損失。為了更好地利用資源,桃加工勢(shì)在必行。目前桃加工產(chǎn)品種類(lèi)較多,其中以桃汁為主[2]。桃汁是水果資源高效利用的主要途徑,鮮榨桃濁汁因能保持其原有的色、香、味而備受消費(fèi)者青睞。傳統(tǒng)的熱殺菌技術(shù)包括巴氏殺菌、高溫瞬時(shí)殺菌等,通過(guò)高溫鈍化內(nèi)源酶和殺死微生物,然而高溫會(huì)導(dǎo)致食品營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、風(fēng)味和色澤等的損失,且很難同時(shí)保證食品安全。
高壓均質(zhì)技術(shù)(high pressure homogenization,HPH)是一種新興的非熱加工技術(shù),是利用高壓使液體物料高速流過(guò)狹窄的可調(diào)間隙時(shí)受到強(qiáng)大的剪切力,剪切后的液體物料因沖擊設(shè)備內(nèi)壁而產(chǎn)生強(qiáng)大撞擊力,以及因靜壓力突降與突升而產(chǎn)生的空穴爆炸力等綜合作用,使得液體物料體系更加穩(wěn)定[3]。目前,HPH 被廣泛地應(yīng)用在制藥、化工、生物化學(xué)中[4],部分已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。在果汁行業(yè),HPH 除了可將果汁進(jìn)行細(xì)化、混合,較好地保持食品中原有營(yíng)養(yǎng)成分、風(fēng)味和色澤等外[5],還能保證食品在微生物方面安全性[6],逐漸受到人們的重視。HPH 對(duì)微生物的殺菌作用是流體通過(guò)均質(zhì)閥時(shí)產(chǎn)生的剪切力、均質(zhì)壓力、速度梯度、湍流和空穴作用等機(jī)械作用破壞了微生物細(xì)胞,從而使微生物失活[7]。目前,國(guó)內(nèi)外有關(guān)HPH 對(duì)蘋(píng)果汁、胡蘿卜汁等的品質(zhì)和微生物的影響研究較多,然而沒(méi)有HPH 對(duì)桃汁影響的相關(guān)研究報(bào)道。劉偉等[8]研究表明單獨(dú)的HPH 不能確保果汁中多酚氧化酶(Polyphenol oxidase,PPO)的完全失活,HPH 處理后PPO 的殘存酶活在30%左右,發(fā)生褐變,通過(guò)添加VC 能有效抑制桃汁褐變[9]。本文研究HPH結(jié)合VC 處理對(duì)桃濁汁品質(zhì)和微生物的影響,旨在為桃濁汁HPH 的商業(yè)化應(yīng)用提供理論依據(jù)。
成熟桃,品種為晚二十四號(hào),購(gòu)于北京平谷區(qū)市場(chǎng)。經(jīng)清洗、切塊后于液氮中速凍,立即于-40℃冷庫(kù)存放。營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基、孟加拉紅培養(yǎng)基,北京陸橋技術(shù)有限責(zé)任公司;二氧化氯速效泡騰片,北京華龍星宇科技發(fā)展有限公司;pH 計(jì)校準(zhǔn)液,歐洲Hanna 儀器有限公司;福林酚溶液、沒(méi)食子酸、硝酸鋁,Sigma-Aldrich 公司;抗壞血酸、氯化鈉、亞硝酸鈉、無(wú)水甲醇、氫氧化鈉,以上試劑均為分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;無(wú)水乙醇和95%乙醇,北京化工廠。
JN-02HC 高壓納米均質(zhì)機(jī)(含加熱/冷卻循環(huán)系統(tǒng)),廣州聚能生物科技有限公司;JYL-C020 九陽(yáng)料理機(jī),九陽(yáng)股份有限公司;SW-CJ-1F 超凈工作臺(tái),江蘇安泰空氣技術(shù)有限公司;LDZX-50KBS不銹鋼立式壓力蒸汽滅菌鍋,上海申安醫(yī)療器械廠;DHP-9082 恒溫培養(yǎng)箱,上海一恒科技有限公司;HZQ-F160 恒溫振蕩培養(yǎng)箱,蘇州培英實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;Sigma3K15 離心機(jī),德國(guó)Sigma 公司;WZB 45 數(shù)顯折光儀,上海精密分析儀器有限公司;Testo 205 pH 計(jì),德國(guó)Testo 公司;Hunter Lab Color Quest XT 色差計(jì),美國(guó)Hunter Lab 公司;UV-1800 紫外-可見(jiàn)光分光亮度計(jì),日本Shimadzu 公司。
1.2.1 桃濁汁加工工藝流程 速凍桃經(jīng)4 ℃解凍12 h,在榨汁中加入0.15%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的VC,4 層紗布過(guò)濾后HPH 處理。
1.2.2 HPH 處理 桃濁汁分別預(yù)熱至30~60 ℃,經(jīng)70~190 MPa 壓力處理,測(cè)定桃濁汁中的微生物以及品質(zhì)的變化。以上步驟重復(fù)3 次。每次HPH處理前,HPH 機(jī)使用50 mg/L 二氧化氯消毒劑浸泡20 min,以保持HPH 機(jī)腔體內(nèi)無(wú)菌。HPH 處理過(guò)程中,通過(guò)加熱/冷卻循環(huán)系統(tǒng)使均質(zhì)閥所處環(huán)境的溫度與進(jìn)料溫度保持一致。由于1 d 內(nèi)無(wú)法完成所有進(jìn)料溫度的HPH 處理,所以不同進(jìn)料溫度的HPH 處理采用不同批次的桃原料進(jìn)行。不同批次的未處理桃濁汁的初始菌落總數(shù)、霉菌和酵母范圍分別為4.21~4.52 lg(CFU/mL)、3.56~4.07 lg(CFU/mL)。
1.2.3 微生物檢測(cè) 根據(jù)GB 4789.2-2016《食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 菌落總數(shù)測(cè)定》 和GB 4789.15-2016《食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 霉菌和酵母計(jì)數(shù)》分別測(cè)定菌落總數(shù)、霉菌和酵母菌。菌落總數(shù)培養(yǎng)基選用營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基,霉菌和酵母選用孟加拉紅培養(yǎng)基。為保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性,試驗(yàn)結(jié)果均為3 個(gè)平行、兩組重復(fù)數(shù)據(jù)平均所得。
1.2.4 色澤的測(cè)定 采用色差計(jì)測(cè)定桃濁汁的色澤,依次使用黑板、白板校準(zhǔn)后測(cè)定桃濁汁的色澤,記錄L*,a*,b*值。根據(jù)公式(1)計(jì)算總色差△E值。
式中,L0*,a0*,b0*為未處理桃濁汁的色澤值。
1.2.5 pH 值和可溶性固形物 采用pH 計(jì)測(cè)定桃濁汁的pH 值,使用前用pH 標(biāo)準(zhǔn)液校準(zhǔn)pH 計(jì)。采用數(shù)顯折光儀測(cè)定桃濁汁的可溶性固形物,結(jié)果表示為°Brix。
1.2.6 總酚的測(cè)定 參照Li 等[10]的方法并略作修改,采用福林酚(Folin Ciocalteu)法測(cè)定總酚含量。取5 mL 桃濁汁,于離心管中加入10 mL 80%甲醇,輕輕攪拌,超聲提取2 h,于9 500 r/min 和4℃條件下離心10 min,取1 mL 上清液,加蒸餾水稀釋至2 mL 后,加1 mL 福林酚,靜置6 min,加7.5% Na2CO32 mL,用蒸餾水定容10 mL,75 ℃水浴鍋加熱10 min,于765 nm 處測(cè)定吸光值。標(biāo)準(zhǔn)曲線:采用不同質(zhì)量濃度(0,50,100,150,200,250,300,350,400,450,500 μg/mL)的沒(méi)食子酸標(biāo)準(zhǔn)溶液,其它操作步驟相同,以甲醇為空白對(duì)照,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。
1.2.7 黃酮的測(cè)定 參照Sun 等[11]的方法并略作修改。于3 mL 樣品中加入15 mL 80%甲醇超聲提取2 h,于9 500 r/min 和4 ℃條件下離心10 min,取上清液定容。取稀釋到適當(dāng)倍數(shù)的樣品提取液4.0 mL,加到10 mL 試管中,加入4 mL 蒸餾水,混勻后依次加入0.3 mL 5% NaNO2溶液、0.3 mL 10% Al(NO3)·9H2O 溶液,混勻。靜置6 min,加入4 mL 1 mol/L NaOH 溶液,用蒸餾水定容10 mL,于510 nm 處測(cè)定吸光度。標(biāo)準(zhǔn)曲線:采用不同質(zhì)量 濃度(0,5,10,25,50,100,150,200 mg/L)的兒茶素的標(biāo)準(zhǔn)溶液,其它操作步驟相同,以80%甲醇為空白對(duì)照,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。
2.1.1 HPH 結(jié)合VC 處理對(duì)桃濁汁菌落總數(shù)的影響 HPH 處理均質(zhì)壓力、進(jìn)料溫度和VC 處理對(duì)桃濁汁中菌落總數(shù)的影響如圖1所示。從圖1a、1b 可以看出,隨著均質(zhì)壓力的升高,菌落總數(shù)逐漸降低。當(dāng)進(jìn)料溫度30 ℃,均質(zhì)壓力提高到190 MPa 時(shí),未添加VC 的桃濁汁中菌落總數(shù)由4.52 lg(CFU/mL)降到3.30 lg(CFU/mL)。這可能是隨著均質(zhì)壓力的升高,桃濁汁通過(guò)高壓均質(zhì)閥時(shí)獲得的速度增加,微生物受到的剪切力及空穴效應(yīng)增強(qiáng),從而殺菌效果增強(qiáng)[6]。潘見(jiàn)等[12]采用HPH 處理西瓜汁時(shí)也發(fā)現(xiàn)相似結(jié)果,當(dāng)壓力由0 MPa 升到120 MPa,菌落總數(shù)由4 lg(CFU/mL) 降到1.93 lg(CFU/mL)。提高進(jìn)料溫度會(huì)顯著增強(qiáng)桃濁汁中微生物的殺菌效果。當(dāng)均質(zhì)壓力為70 MPa 時(shí),進(jìn)料溫度從30 ℃升到45 ℃和60 ℃時(shí),HPH 處理后未添加VC 的桃濁汁中菌落總數(shù)的降低量分別為0.81lg(CFU/m)L 和1.73log(CFU/mL),添加VC 的桃濁汁中菌落總數(shù)的降低量從1.03lg(CFU/mL)提高到1.91log(CFU/mL)。Guan 等[13]也得出相似的結(jié)果,當(dāng)壓力為190 MPa,溫度從20 ℃升至60 ℃時(shí),菌落總數(shù)的降低量由0.54lg(CFU/mL)升至2.32lg(CFU/mL)。這可能是因?yàn)闇囟壬?,流體的黏度降低使湍流作用和空穴作用增強(qiáng),進(jìn)而提高了HPH 對(duì)微生物的破壞作用[14]。Amador-Espejo等[15]采用HPH 處理牛奶時(shí)得出類(lèi)似結(jié)果,用200 MPa HPH 處理牛奶,進(jìn)料溫度為55 ℃時(shí),牛奶中菌落總數(shù)降低約5.0 lg(CFU/mL),遠(yuǎn)高于進(jìn)料溫度24 ℃時(shí)菌落總數(shù)的降低量。本研究中,進(jìn)料溫度提高到60 ℃,HPH 處理后菌落總數(shù)的變化趨勢(shì)與30 ℃和45 ℃變化趨勢(shì)不同,當(dāng)壓力升至70 MPa 時(shí),菌落總數(shù)降低了1.72 lg(CFU/mL),繼續(xù)提高壓力,菌落總數(shù)不再發(fā)生顯著變化。這可能是因?yàn)闇囟葘?duì)菌落總數(shù)的滅菌效果大于壓力對(duì)菌落總數(shù)的滅菌效果。在未處理桃濁汁中添加VC 后,菌落總數(shù)平均降低了0.20 lg(CFU/mL)。總體來(lái)看,HPH 處理對(duì)添加VC 和未添加VC 的桃濁汁樣品中菌落總數(shù)沒(méi)有顯著性差異。
2.1.2 HPH 結(jié)合VC 處理對(duì)桃濁汁霉菌和酵母菌的影響 HPH 處理的均質(zhì)壓力、進(jìn)料溫度和VC處理對(duì)桃濁汁中霉菌和酵母菌的影響如圖2所示。HPH 對(duì)霉菌和酵母菌的殺滅效果高于菌落總數(shù)。隨著均質(zhì)壓力的升高,桃濁汁中的霉菌和酵母菌存活率降低。進(jìn)料溫度為30,45 ℃和60 ℃,壓力由70 MPa 升到190 MPa 時(shí),霉菌酵母菌分別由3.56 lg(CFU/mL) 降低到3.19lg(CFU/mL),3.12lg(CFU/mL) 降到1.52 lg (CFU/mL),1.12 lg(CFU/mL)降到0 lg(CFU/mL)。Campos 等[16]將橘子汁進(jìn)行100~300 MPa HPH 處理,發(fā)現(xiàn)處理壓力低于100 MPa 時(shí),酵母菌約5lg(CFU/mL);壓力為150 MPa,酵母菌約4.50lg(CFU/mL);壓力提高到250 MPa 時(shí),未檢測(cè)出酵母菌。Suárezjacobo 等[17]采用100 MPa HPH 處理蘋(píng)果汁,霉菌酵母菌沒(méi)有顯著減少,當(dāng)壓力提到200 MPa 時(shí),霉菌酵母菌低于0.10lg(CFU/mL)。當(dāng)壓力為70 MPa 時(shí),進(jìn)料溫度由30 ℃升到45 ℃和60 ℃,桃濁汁中霉菌和酵母菌分別降低了0.44lg(CFU/mL)和2.44lg(CFU/mL);當(dāng)壓力為110 MPa 時(shí),桃濁汁中霉菌和酵母菌分別降低了0.65lg(CFU/mL)和3.37lg(CFU/mL)。提高進(jìn)料溫度可顯著提高HPH 對(duì)霉菌和酵母的殺滅效果。在進(jìn)料溫度60 ℃,均質(zhì)壓力110,150 MPa 和190 MPa 時(shí),未檢測(cè)到霉菌酵母菌。HPH 處理前在桃濁汁中添加VC 對(duì)桃濁汁中霉菌酵母菌的影響較小,只有在30 ℃/ 0 MPa、45 ℃/110 MPa 和45 ℃/190 MPa 時(shí),未添加VC 桃濁汁與添加VC 桃濁汁中霉菌酵母菌之間有顯著性差異,其余均沒(méi)有顯著性差異。
2.2.1 HPH 結(jié)合VC 處理對(duì)桃濁汁pH 值和可溶性固形物的影響 HPH 處理對(duì)桃濁汁pH 值和可溶性固形物的影響見(jiàn)表1。HPH 處理后,未添加VC 的桃濁汁的pH 值有下降的趨勢(shì)。進(jìn)料溫度為30,45 ℃和60 ℃,處理壓力從0 MPa 升到190 MPa 時(shí),pH 值分別降低了0.06,0.10 和0.13。Patrignani 等[18]將杏汁采用100 MPa HPH 處理后,pH 值降低了0.08。在桃濁汁中添加VC,當(dāng)進(jìn)料溫度30 ℃時(shí),桃濁汁pH 值沒(méi)有顯著差異;當(dāng)進(jìn)料溫度為45 ℃和60 ℃時(shí),pH 值分別降低約0.10 和0.20。
圖2 HPH 結(jié)合VC 處理對(duì)溫度為30 ℃(a)、45 ℃(b)和60 ℃(c)桃濁汁中霉菌酵母菌的影響Fig.2 Effects of high pressure homogenization combined with VC on mold and yeast of cloudy peach juice with inlet temperature of 30 ℃(a),45 ℃(b) and 60 ℃(c)
桃濁汁經(jīng)HPH 處理后,可溶性固形含量升高。當(dāng)處理壓力為190 MPa,進(jìn)料溫度分別為30,45 ℃和60 ℃時(shí),可溶性固形物含量分別升高0.17,0.57°Brix 和0.80°Brix。隨著進(jìn)料溫度的升高,可溶性固形物含量的增加量提高。在桃濁汁中添加VC,HPH 處理后可溶性固形物含量同樣升高。HPH 處理后桃濁汁pH 值和可溶性固形物的變化,可能是因?yàn)镠PH 使桃濁汁中的細(xì)胞被破壞,細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)溶出,進(jìn)入桃濁汁中[19]。
表1 HPH 結(jié)合VC 對(duì)桃濁汁(30,45,60 ℃)pH 和可溶性固形物的影響Table 1 Effect of HPH combined with VC on pH and the soluble solids of cloudy peach juice with inlet temperature of 30 ℃,45 ℃and 60 ℃
色澤是影響桃濁汁品質(zhì)的重要指標(biāo)。從表2可知,未添加VC 的桃濁汁經(jīng)HPH 處理,3 個(gè)進(jìn)料溫度下,L*值和b*值均顯著降低。當(dāng)進(jìn)料溫度30℃時(shí),a*值顯著升高;45 ℃和60 ℃時(shí),a*值與未處理樣品沒(méi)有顯著性差異。在不同進(jìn)料溫度處理下,色澤變化趨勢(shì)相同。Tribst 等[5]研究發(fā)現(xiàn)200~300 MPa HPH 處理顯著降低了NFC 芒果汁的L*值和b*值。關(guān)云靜[6]也發(fā)現(xiàn)HPH 處理降低了芒果汁的L*值和b*值。在桃濁汁中添加VC 后,未處理桃濁汁的L*值和b*值顯著升高,a*值降低。添加VC能抑制褐變,保持未處理桃濁汁較好的色澤。HPH處理后添加VC 的桃濁汁L*值、a*值和b*值的變化趨勢(shì)與未添加VC 的桃濁汁變化趨勢(shì)一致,其變化量減小。HPH 處理后桃濁汁ΔE 的變化見(jiàn)圖3。桃濁汁經(jīng)HPH 處理后,隨著均質(zhì)壓力的升高,ΔE 升高,說(shuō)明褐變嚴(yán)重。可能是因?yàn)镠PH 處理時(shí),有氧氣介入,促進(jìn)桃濁汁的褐變。由于在預(yù)試驗(yàn)中處理前、后桃濁汁中并未檢測(cè)出含有5-羥甲基糠醛,因此HPH 處理后桃濁汁褐變的主要原因是多酚氧化酶(PPO)引起的酶促褐變。HPH 處理未添加VC 的桃濁汁,當(dāng)進(jìn)料溫度為30 ℃時(shí),ΔE值最高,之后進(jìn)料溫度再升高,ΔE 值降低。HPH對(duì)PPO 有鈍化作用,進(jìn)料溫度升高能降低桃濁汁中PPO 的殘存酶活,減少褐變[8]。在桃濁汁中添加VC 后,ΔE 值降低,可能因?yàn)閂C 能與果汁中的氧氣反應(yīng),抑制酶促褐變[20]。
表2 HPH 結(jié)合VC 對(duì)桃濁汁色澤(L*、a*、b*)的影響Table 2 Effect of HPH combined with VC on the color (L*,a*,b*) of cloudy peach juice with inlet temperature of 30 ℃,45 ℃and 60 ℃
(續(xù)表2)
圖3 HPH 結(jié)合VC 對(duì)桃濁汁ΔE 的影響Fig.3 Effect of HPH combined with VC on ΔE of cloudy peach juice
HPH 結(jié)合VC 處理對(duì)桃濁汁總酚和黃酮含量的影響見(jiàn)表3。當(dāng)進(jìn)料溫度分別為30,45 ℃和60℃時(shí),HPH 處理后未添加VC 的桃濁汁的總酚含量比未處理樣品分別平均提高了7,2 mg/L 和1 mg/L。不同壓力HPH 處理后,桃濁汁中總酚含量沒(méi)有顯著性差異。Yu 等[21]在研究HPH 對(duì)桑葚汁的影響時(shí)也發(fā)現(xiàn),200 MPa HPH 處理后桑葚汁中總酚含量顯著提高。在桃濁汁中添加VC,顯著提高了總酚的含量,約為未處理樣品的2~3 倍。桃濁汁中加入的VC 能與氧氣反應(yīng),可競(jìng)爭(zhēng)性抑制酚類(lèi)氧化,有效保留酚類(lèi)[21]。添加VC 的桃濁汁在HPH處理后總酚含量有所波動(dòng),而總體沒(méi)有顯著性變化。在桃濁汁中添加VC 后,同樣顯著提高了黃酮的含量,約為未處理桃濁汁的2~3 倍。添加和未添加VC 的桃濁汁經(jīng)HPH 處理后,黃酮含量沒(méi)有明顯的變化趨勢(shì),即HPH 對(duì)桃濁汁中的黃酮沒(méi)有顯著影響。
HPH 處理對(duì)桃濁汁中微生物有顯著的抑制作用,隨著均質(zhì)壓力和進(jìn)料溫度的升高,菌落總數(shù)、霉菌和酵母菌都有降低的趨勢(shì)。在桃濁汁中添加VC 后,HPH 對(duì)微生物的抑制作用沒(méi)有顯著變化。經(jīng)190 MPa、60 ℃HPH 處理后,桃濁汁中菌落總數(shù)、霉菌和酵母菌分別為1.94lg(CFU/mL)、0lg(CFU/mL),符合GB 7101-2015《飲料食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》。HPH 處理后,添加和未添加VC 的桃濁汁pH 值降低,可溶性固形物含量升高;L*值和b*值降低,ΔE 增加。添加VC 桃濁汁的總酚和黃酮顯著增加,均比未處理桃濁汁增加了2~3 倍。綜上,HPH 處理能有效抑制桃濁汁中微生物,部分理化和營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)得到改善,而HPH 對(duì)桃濁汁色澤的影響不顯著,在桃濁汁中添加VC 后進(jìn)行HPH處理,能顯著改善桃汁的色澤,且總酚和黃酮的含量顯著增加。綜上所述,HPH 結(jié)合VC 處理桃濁汁既能降低微生物又改善桃濁汁品質(zhì)。
表3 HPH 結(jié)合VC 處理對(duì)桃濁汁總酚和黃酮的影響Table 3 Effect of HPH combined with VC on total phenolics and flavonoids in peach juice of peach juice with inlet temperature of 30 ℃,45 ℃and 60 ℃