超高壓協(xié)同檸檬汁柵欄處理對軟包裝荔枝罐頭殺菌效果及其動力學分析

王欲翠，張 帆，馮 毅，吳德全，向 紅,

（1.華南農(nóng)業(yè)大學食品學院，廣東 廣州 510642；2.廣州鮮之源生態(tài)冷鏈技術(shù)有限公司，廣東 廣州 511486）

荔枝（Litchi chinensis Sonn.）營養(yǎng)豐富、口味獨特，在華南地區(qū)被廣泛栽培。荔枝成熟于炎熱的夏季，新鮮荔枝易褐變腐爛、不耐貯藏，因此將荔枝加工為可長期保藏的產(chǎn)品，不僅能滿足消費者的需求，而且可緩解鮮果銷售的壓力。工業(yè)化生產(chǎn)中普遍采用熱加工達到滅菌的效果，但對果汁的品質(zhì)影響較大。

食品超高壓技術(shù)是將食品物料密封于彈性包裝材料中，以水或其他流體介質(zhì)作為傳遞壓力的媒介，在100～1 000 MPa壓力下作用一段時間，以達到殺菌目的一種非熱加工技術(shù)，既能有效地殺滅細菌，又能很大程度上保持食品的營養(yǎng)價值[1-3]。李珊等[4]認為，鮮榨蘋果汁在500 MPa處理5 min時，霉菌和酵母菌可被全部殺死。楊天歌等[5]研究超高壓和熱殺菌對枸杞汁品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，超高壓能更好地保留總類胡蘿卜素和總酚，更好地保持枸杞汁原有的顏色，且超高壓對枸杞汁抗氧化活性的保持也優(yōu)于熱處理。除此之外，應用超高壓對鮭魚肉[6]、蔬菜汁[7-10]、堅果類飲料[11]等進行處理，均有較好的殺菌和保持品質(zhì)的效果。檸檬汁為低酸性（pH值約為2.0）果汁，并含有多種有效抑菌成分，如檸檬烯、檸檬醛醇類和檸檬酯類衍生物能有效抑制微生物，保存食品營養(yǎng)品質(zhì)[12-14]，超高壓協(xié)同檸檬汁能在降低超高壓壓力和縮短加壓時間的條件下，實現(xiàn)有效殺滅微生物，從而減少超高壓損耗，節(jié)約成本。

超高壓滅菌動力學曲線大多數(shù)情況下并不符合一級反應的規(guī)律[15]。Chen Haiqiang[16]認為，Weibull模型和log-logistic模型比線性模型能更好地解釋超高壓滅菌的規(guī)律，且Weibull模型更加簡潔，普遍適用。檸檬汁協(xié)同超高壓對軟包裝荔枝的滅菌動力學鮮見報道。本實驗通過研究檸檬汁協(xié)同超高壓對荔枝果肉的殺菌效果，并分析其殺菌動力學，以期為荔枝果肉超高壓加工技術(shù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

荔枝品種為‘淮枝'，購于當?shù)剞r(nóng)貿(mào)市場。檸檬購于當?shù)爻小＞埘ニ芰洗鼮槭惺邸?/p>

平板計數(shù)瓊脂、孟加拉紅瓊脂、結(jié)晶紫中性紅膽鹽瓊脂、結(jié)晶紫中性紅膽鹽-4-甲基傘形酮-β-D-葡萄糖苷瓊脂、氯化鈉 廣東環(huán)凱微生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

800 MPa雙容器食品超高壓裝置 包頭文天科技有限責任公司；SQP電子天平 賽多利斯科學儀器（北京）有限責任公司；SW-CJ-1F型單人雙面凈化工作臺蘇州凈化設(shè)備有限公司；280CB手提式壓力蒸汽滅菌器浙江新豐醫(yī)療器械有限公司；LHS恒溫恒濕培養(yǎng)箱上海齊欣科學儀器有限公司；真空包裝機 廣州瑞寶包裝機械有限公司；SKG榨汁機 上海沃迪自動化裝備股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

挑選8～9 成熟、大小一致、無病蟲害的荔枝，先用自來水清洗，再用蒸餾水沖洗，隨后晾干水分，剝皮去核。將一部分荔枝果肉和去皮切塊后的檸檬放入榨汁機中榨汁，并用4 層紗布過濾得到荔枝汁和檸檬汁。然后將荔枝果肉分裝于已灌注荔枝汁（相當于0%（體積分數(shù)，下同）檸檬汁）和不同體積分數(shù)（50%、100%）檸檬汁的聚對苯二甲酸乙二醇酯塑料袋中（每袋100 g），抽真空熱封后，藏于4 ℃冰箱中備用，次日清晨進行超高壓處理，其中以不同壓力下加荔枝汁處理軟包裝荔枝為對照。

1.3.2 超高壓處理

超高壓處理設(shè)備最大工作壓強600 MPa、容積3 L、升壓速率為100 MPa/min，瞬時泄壓，傳壓介質(zhì)為純凈水，本實驗不考慮升壓、泄壓過程中樣品的溫度變化。將包裝好的樣品置于高壓腔，設(shè)定壓力及時間參數(shù)，根據(jù)前期超高壓處理對軟包裝荔枝罐頭貯藏品質(zhì)的預實驗結(jié)果，在壓力分別為180、380、500 MPa，保壓時間分別為5、10、15 min時，荔枝果肉的貯藏品質(zhì)變化較大，所以在室溫（25 ℃）下采用壓力分別為180、380、500 MPa，保壓時間分別為5、10、15 min的條件對軟包裝荔枝進行超高壓處理，其中以不同壓力下加荔枝汁處理軟包裝荔枝為對照。

1.3.3 微生物檢測

菌落總數(shù)測定參照GB 4789.2—2010《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數(shù)測定》，采用倒平板法。霉菌和酵母菌測定參照GB 4789.15—2010《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 霉菌和酵母菌計數(shù)》，采用倒平板法。大腸桿菌測定參照GB 4789.3—2010《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 大腸埃希氏菌計數(shù)》，采用倒平板法。每個處理取3 袋樣品測定，各稀釋梯度重復3 次，取平均值。其中樣品中的微生物是自然存在的。

1.3.4 脹袋情況測定

將超高壓后的樣品置于37 ℃恒溫恒濕箱中貯藏7 d，每天統(tǒng)計脹袋情況，并對未脹袋的樣品進行微生物檢測。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

1.4.1 動力學分析

為分析檸檬汁協(xié)同超高壓對荔枝果肉的殺菌效果，采用Weibull模型[16-18]，如下式所示。

式中：N0為超高壓處理前樣品菌落總數(shù)/（CFU/mL）；N為超高壓處理后樣品菌落總數(shù)/（CFU/mL）；b和n分別為尺度參數(shù)和形狀參數(shù)[19]；t為時間/min。當n＜1時Weibull分布為一個凹面向上的曲線，n＞1時曲線凹面向下，n＝1時為一條直線。

1.4.2 數(shù)據(jù)分析

Weibull模型分析和方差分析使用SPSS 17.0軟件，畫圖使用Microcal Origin 9.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 檸檬汁協(xié)同超高壓處理對軟包裝荔枝殺菌效果的影響

2.1.1 檸檬汁協(xié)同超高壓對荔枝果肉菌落總數(shù)的影響

由圖1可知，隨著檸檬汁體積分數(shù)升高和壓力的增大，軟包裝荔枝果肉菌落總數(shù)的對數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢，且檸檬汁體積分數(shù)在50%～100%之間，下降趨勢明顯。高壓處理保壓5 min后，100%檸檬汁+180 MPa、100%檸檬汁+380 MPa處理組分別比對照組菌落總數(shù)的對數(shù)多降低了0.61、3.74 個單位。而100%檸檬汁+380 MPa處理組加壓15 min后，比0%檸檬汁+180 MPa處理組加壓15 min菌落總數(shù)對數(shù)多降低了0.62 個單位，當壓力從180 MPa增加到380 MPa時，菌落總數(shù)降幅較大；380 MPa時，隨著加壓時間的延長，菌落總數(shù)降幅較?。坏S著檸檬汁體積分數(shù)的增大，菌落總數(shù)降幅較大，其中100%檸檬汁+380 MPa處理組趨勢曲線幾乎和0%檸檬汁+500 MPa處理組重合，說明100%檸檬汁+380 MPa處理的殺菌效果和0%檸檬汁+500 MPa處理時殺菌效果相當，較好地證明了檸檬汁協(xié)同超高壓殺菌的柵欄效應可以在較低的超高壓壓力下，就可以達到較強的殺菌效果。因此對荔枝果肉進行檸檬汁協(xié)同超高壓處理具有很好的殺菌效果。

圖1 超高壓協(xié)同檸檬汁處理對荔枝果肉菌落總數(shù)的影響Fig. 1 Effect of HHP combined with lemon juice on inactivation of bacteria in litchi pulp

超高壓對細胞膜的破壞是其能夠殺菌的根本原因[20-21]。Kato等[22]的研究認為，超高壓處理后的細胞膜發(fā)生了相變，導致細胞膜流動性降低，這很可能就是超高壓導致細胞膜被破壞的原因。Tahiri等[23]的研究表明，壓力增大導致的相變會因為細胞膜上類脂和蛋白質(zhì)之間壓縮率的不同而不同，因此不同菌種對壓力敏感程度不一樣。另外，檸檬汁為低酸性食品，pH值約為2，而大部分微生物生長適宜pH值為5～9，低酸性的檸檬汁有助于殺滅微生物；并且檸檬汁中檸檬烯、檸檬醛等能抑制微生物生長，起到滅菌作用，進一步增強超高壓殺菌效果。Alpas等[24]研究了在不同pH值環(huán)境下超高壓對8 種微生物的滅菌效果，結(jié)果證明當pH值降低時，對微生物的殺滅效果增強。本研究發(fā)現(xiàn)，檸檬汁結(jié)合超高壓處理對荔枝果肉有明顯的殺菌作用，且相同壓力下，檸檬汁與超高壓對殺滅細菌有協(xié)同作用，與只進行超高壓處理的荔枝果肉相比，殺菌效果更加明顯。

2.1.2 檸檬汁協(xié)同超高壓對荔枝果肉霉菌、酵母菌的影響

如圖2所示，霉菌、酵母菌數(shù)隨著壓力和檸檬汁體積分數(shù)的升高呈現(xiàn)明顯下降趨勢；相同壓力下，檸檬汁協(xié)同超高壓處理組更能抑制微生物增長。100%檸檬汁+180 MPa、50%檸檬汁+380 MPa處理組加壓15 min，較0%檸檬汁+180 MPa、0%檸檬汁+380 MPa處理組加壓15 min，菌落數(shù)量對數(shù)分別多降低了0.32、0.24 個單位。且50%檸檬汁+380 MPa處理組霉菌、酵母菌數(shù)隨著時間的延長其降低速率加快，一方面由于霉菌、酵母菌對壓力升高較敏感，壓力的增大會破壞其細胞結(jié)構(gòu)，功能性蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，失去活性，從而起到殺菌效果[25-26]；另一方面低酸性的檸檬汁（pH值約為2）、檸檬原汁中檸檬烯、檸檬醛等能抑制微生物生長，起到滅菌作用，進一步增強超高壓殺菌效果[27-28]。李巧巧等[29]對D-檸檬烯應用在面包上進行初步應用研究，結(jié)果表明：氣體狀態(tài)的D-檸檬烯能有效抑制腐敗面包上的酵母和青霉，對面包有較好的保鮮作用。朱安妮等[12]認為，鮮榨檸檬果肉原汁對7 種常見食源性致病菌均具有明顯抑菌效果。本研究結(jié)果表明：100%檸檬汁+380 MPa處理組和不同體積分數(shù)（0%、50%、100%）檸檬汁+500 MPa處理組均無霉菌和酵母菌檢出，說明100%檸檬汁+380 MPa處理組與500 MPa處理組的霉菌、酵母菌殺菌效果相當。

圖2 超高壓協(xié)同檸檬汁對荔枝果肉中霉菌、酵母菌的影響Fig. 2 Effect of HHP combined with lemon juice on inactivation of mold and yeast in litchi pulp

2.1.3 檸檬汁協(xié)同超高壓對荔枝果肉大腸桿菌的影響

大腸桿菌能夠反映食品受污染的程度，易導致食源性疾病的發(fā)生，應嚴格控制此菌的數(shù)量。本實驗中不論是對照組還是處理組均無大腸桿菌檢出，說明實驗環(huán)境以及所用的純凈水沒有受到污染，干凈安全，對人體無致病性。

2.2 不同處理方式對荔枝軟罐頭脹袋情況的影響

由表1可知，經(jīng)過超高壓處理的荔枝罐頭發(fā)生脹袋時間明顯推后，且脹袋時間隨著壓力和檸檬汁體積分數(shù)增大而推后。未經(jīng)超高壓處理的荔枝軟罐頭保藏1 d就發(fā)生明顯脹袋。結(jié)合圖1和圖2可知，0%檸檬汁+180 MPa和50%、100%檸檬汁+180 MPa的處理可殺滅部分微生物，但仍達不到殺菌要求。380 MPa保壓15 min，可使菌落總數(shù)、霉菌和酵母菌明顯減少，在37 ℃下貯藏7 d時并不能有效防止脹袋，而100%檸檬汁+380 MPa組保壓15 min后，荔枝軟罐頭未見脹袋情況。說明檸檬汁和超高壓對殺滅微生物有較強的協(xié)同作用。對未脹袋的荔枝軟罐頭進行細菌菌落總數(shù)、霉菌和酵母菌菌落總數(shù)、大腸桿菌菌落總數(shù)檢驗，結(jié)果表明，菌落總數(shù)均小于100 CFU/mL，霉菌和酵母菌總數(shù)小于20 CFU/mL，均無大腸桿菌檢出，感官品質(zhì)良好。

表1 不同處理方式對軟包裝荔枝罐頭脹袋情況的影響（保壓時間15 min、貯藏溫度37 ℃）Table 1 Effects of different treatments on degree of swelling of soft packages (pressure holding time of 15 minutes, storage temperature of 37 ℃)

2.3 超高壓協(xié)同檸檬汁處理對荔枝軟罐頭殺菌效果的動力學分析結(jié)果

表2 不同處理組處理軟包裝荔枝菌落總數(shù)殺菌曲線Weibull模型參數(shù)Table 2 Parameters of Weibull model for bacterial inactivation in soft packages subjected to different treatments

決定系數(shù)R2反映模型擬合度的高低，R2越大，說明模型擬合度越高。由表1可知，在能檢測到總菌落的7 種處理方式下，Weibull模型的R2都大于0.900，表明檸檬汁協(xié)同超高壓對軟包裝荔枝滅菌效果的動力學符合Weibull模型。

運用Weibull模型擬合不同體積分數(shù)檸檬汁協(xié)同超高壓處理后軟包裝荔枝菌落總數(shù)的對數(shù)，由圖3可知，Weibull模型可很好地擬合動力學曲線。殺菌動力學曲線的形狀隨著處理壓力水平和檸檬汁體積分數(shù)的變化呈現(xiàn)明顯變化。0%檸檬汁+180 MPa處理組和不同體積分數(shù)（50%、100%）檸檬汁+180 MPa處理組殺菌動力曲線彎曲度較小，接近線性，但隨著壓力的增加以及檸檬汁的協(xié)同作用，殺菌曲線成凹面狀，并有明顯的曲率和拖尾現(xiàn)象[30]。0%檸檬汁+380 MPa處理條件下，在初始的5 min內(nèi)，菌落總數(shù)迅速降低，協(xié)同50%、100%檸檬汁處理時，5 min之后到15 min的拖尾部分分別能降低0.44、0.52 個對數(shù)單位。隨著檸檬汁體積分數(shù)的增高，動力學曲線總體上呈現(xiàn)凹面狀增強的趨勢，表明檸檬汁具有一定的殺菌協(xié)同作用，比單獨超高壓處理能進一步起到殺滅細菌的作用；100%檸檬汁+380 MPa處理組的動力學曲線與0%檸檬汁+500 MPa處理組的動力學曲線幾乎重合，說明在100%檸檬汁+380 MPa處理條件下，再增大壓力時，對殺菌效果影響不明顯。

圖3 不同處理方式下Weibull模型擬合的菌落總數(shù)殺菌動力學曲線Fig. 3 Survival curves of bacteria in litchi pulp subjected to HHP treatment combined with lemon juice

由表2可知，Weibull模型中兩個動力學參數(shù)b和n與壓力大小和檸檬汁協(xié)同作用有關(guān)。尺度參數(shù)b可反映殺菌效果，b隨著壓力的升高而變大，這一結(jié)果與其他研究結(jié)果[31-32]一致。在壓力180 MPa時n最大，表明在此壓力條件下微生物細胞敏感性提高，且隨著檸檬汁體積分數(shù)增高，n變化最大，說明動力學曲線形狀不穩(wěn)定。壓力180～380 MPa下，n降低最多；380～500 MPa協(xié)同不同濃度檸檬汁處理組的n值變化不明顯，即表明380～500 MPa協(xié)同不同體積分數(shù)檸檬汁處理下，動力學曲線形狀趨于穩(wěn)定狀態(tài)；其中0%檸檬汁+500 MPa時n最小，說明此處理條件下，動力學曲線凹面狀最明顯，且殺菌效果隨著加壓時間的延長而變?nèi)酢?/p>

同一壓力下，有檸檬汁協(xié)同作用時，b會增大，說明超高壓協(xié)同檸檬汁具有柵欄效應，即檸檬汁的協(xié)同作用可以適當降低加壓壓力，從而在較低的壓力下就可以實現(xiàn)高效率的殺菌。形狀參數(shù)n反映曲線的形狀，不同處理組n均小于1，表明在同一處理組下，殺菌效果隨著處理時間的延長而變?nèi)?，由圖3可知，曲線拖尾現(xiàn)象明顯。

3 結(jié) 論

超高壓協(xié)同檸檬汁對軟包裝荔枝具有柵欄效應，在檸檬汁的協(xié)同下，比單一超高壓殺菌效果要好，且壓力大小及保壓時間對殺菌效果影響較明顯。無檸檬汁時，在處理壓力180～380 MPa內(nèi)，軟包裝荔枝的處理壓力越大，保壓時間越長，殺菌效果越好；相同壓力時，隨著檸檬汁體積分數(shù)的增大，菌落總數(shù)的對數(shù)呈現(xiàn)明顯降低趨勢；100%檸檬汁+380 MPa處理組與0%檸檬汁+500 MPa處理組殺菌效果相當，說明檸檬汁協(xié)同超高壓殺菌的柵欄效應可以在較低的超高壓壓力下就達到較強的殺菌效果。100%檸檬汁+380 MPa、500 MPa處理時已無霉菌和酵母菌檢出，霉菌、酵母菌對壓力和低酸性環(huán)境更敏感。

100%檸檬汁+380 MPa處理組、（0%、50%、100%）檸檬汁+500 MPa處理組保壓15 min后，在37 ℃下貯藏7 d，均未發(fā)生脹袋，且對未脹袋的荔枝軟罐頭進行微生物檢驗，菌落總數(shù)均小于100 CFU/mL，霉菌和酵母菌總數(shù)均小于20 CFU/mL，均無大腸桿菌檢出，感官品質(zhì)良好。說明檸檬汁的低酸性能有效抑制微生物增長、殺滅細菌，有利于保持軟包裝荔枝的品質(zhì)，延長貯藏期。

Weibull模型能較好地擬合超高壓協(xié)同檸檬汁處理軟包裝荔枝的殺菌動力學曲線，其中擬合系數(shù)R2大于0.900。尺度參數(shù)b隨著壓力和檸檬汁體積分數(shù)的增大而增大，b越大，殺菌效果越好。形狀參數(shù)n與壓力以及檸檬汁協(xié)同作用有關(guān)，表明壓力大小和檸檬汁協(xié)同作用影響殺菌曲線的形狀，0%檸檬汁+180 MPa處理組和檸檬汁（50%、100%）+180 MPa處理組殺菌曲線接近線性；而0%檸檬汁+380 MPa處理組、檸檬汁（50%、100%）+380 MPa處理組和500 MPa處理組擬合曲線凹度較大，其中100%檸檬汁+380 MPa處理組與0%檸檬汁+500 MPa處理組動力學曲線幾乎重合，且相互間變化趨于穩(wěn)定。