李 珊，陳芹芹，李淑燕，韓 帥，倪元穎*

(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，農(nóng)業(yè)部果蔬加工重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，果蔬加工教育部工程研究中心，北京 100083)

超高壓對(duì)鮮榨蘋果汁的殺菌效果及動(dòng)力學(xué)分析

李 珊，陳芹芹，李淑燕，韓 帥，倪元穎*

(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，農(nóng)業(yè)部果蔬加工重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，果蔬加工教育部工程研究中心，北京 100083)

研究超高壓對(duì)鮮榨蘋果汁的殺菌效果，考察細(xì)菌總數(shù)、霉菌、酵母菌數(shù)分別在300、400、500、600MPa，保壓時(shí)間5、10、15、20、25min條件下的變化。結(jié)果表明：隨著壓力的升高和時(shí)間的延長(zhǎng)，殺菌效果增強(qiáng)；霉菌、酵母對(duì)壓力較為敏感，500MPa處理5min即可被全部殺死。對(duì)不同處理壓力下蘋果汁殺菌效果進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，應(yīng)用Weibull模型，繪制殺菌曲線，在4個(gè)壓力水平下，曲線相關(guān)系數(shù)R2均大于0.900，證明擬合效果良好。模型中，比例參數(shù)b值，隨壓力的增加而升高；形狀參數(shù)n，在400～600MPa條件下則沒(méi)有顯著變化。

超高壓；鮮榨蘋果汁；細(xì)菌總數(shù)；霉菌；酵母菌；Weibull模型

隨著生活水平的提高，人們對(duì)食品品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)的要求也不斷提升。營(yíng)養(yǎng)好、品質(zhì)高的食品越來(lái)越受到消費(fèi)者的青睞。鮮榨蘋果汁即是這樣一種食品，它既含有豐富的營(yíng)養(yǎng)，又保持良好的天然風(fēng)味，風(fēng)靡日本歐洲市場(chǎng)[1]。為實(shí)現(xiàn)一定的貨架期要求，保證鮮榨蘋果汁的安全性，工業(yè)化生產(chǎn)中普遍采用熱力加工達(dá)到滅菌的目的。果汁是一種熱敏食品，熱處理能很好的殺滅和鈍化果汁中的微生物和酶，但對(duì)果汁的品質(zhì)影響較大[2]。超高壓技術(shù)作為一種非熱加工技術(shù)，它既能保證食品的微生物安全性，又能保持食品色澤、風(fēng)味、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等方面的質(zhì)量品質(zhì)[3]。

超高壓技術(shù)能有效殺死食品中的腐敗菌和致病菌，主要原因是高壓能使微生物細(xì)胞膜損傷、蛋白質(zhì)變性及改變細(xì)胞內(nèi)pH值[4]。其殺菌效果主要與微生物種類、壓力大小、加壓時(shí)間、環(huán)境因子等多種因素有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，酵母菌、霉菌的耐壓性比細(xì)菌中革蘭氏陰性菌的耐壓性低，而革蘭氏陰性菌的耐壓性又較革蘭氏陽(yáng)性菌低，病毒也可在不太高的壓力下滅活。芽孢較營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞的耐壓性強(qiáng)[5]。不同食品體系中，超高壓技術(shù)對(duì)微生物的殺滅效果也不同。目前已有報(bào)道，應(yīng)用超高壓對(duì)蘋果汁[6]、草莓汁[7]、獼猴桃汁[8]、枸杞[9]等進(jìn)行處理，有較好的殺菌效果。蘋果汁為高酸性食品，其中主要的腐敗菌是對(duì)壓力敏感的酵母、霉菌和乳酸菌[10]。無(wú)論是食品原料中天然存在的微生物還是專門接種到物料中的微生物，超高壓滅菌動(dòng)力學(xué)曲線大多數(shù)情況下并不符合一級(jí)反應(yīng)的規(guī)律[11]。研究發(fā)現(xiàn)[12]，log-logistic 模型及Weibull模型能夠比線性模型更好的解釋超高壓滅菌的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而Weibull模型更加簡(jiǎn)潔、易用。超高壓處理鮮榨蘋果汁滅菌動(dòng)力學(xué)還未見(jiàn)報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)研究超高壓對(duì)鮮榨蘋果汁的殺菌效果，并分析其殺菌動(dòng)力學(xué)，為超高壓在鮮榨蘋果汁加工領(lǐng)域中提供一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

市售山東煙臺(tái)紅富士蘋果，于4℃度避光貯存。市售聚乙烯塑料袋。

營(yíng)養(yǎng)瓊脂、孟加拉紅培養(yǎng)基、抗壞血酸、氯化鈉均購(gòu)自北京藍(lán)弋化學(xué)試劑公司。

1.2 儀器與設(shè)備

CAU-HHP-700超高壓設(shè)備 包頭科發(fā)新型高技術(shù)食品機(jī)械有限責(zé)任公司；K600(3205)Braun食品料理機(jī) 德國(guó)博朗公司；SPN1501F電子天平 美國(guó)奧豪斯公司；SW-lJ-1FD超凈臺(tái) 蘇州尚田潔凈技術(shù)有限公司；LDZX-50KBS立式壓力蒸汽滅菌器 上海申安醫(yī)療器械廠；PHX智能型生化培養(yǎng)箱 寧波萊福科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 試樣制備

市場(chǎng)購(gòu)得形態(tài)良好，無(wú)病蟲害的山東煙臺(tái)紅富士蘋果，用自來(lái)水清洗3遍，再用蒸餾水沖洗，切塊放入榨汁機(jī)中榨汁，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%抗壞血酸護(hù)色，用4層紗布過(guò)濾。然后分裝于聚乙烯塑料袋中(每袋40mL)，抽真空熱封于2℃冰箱中備用。

1.3.2 超高壓實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

將袋裝蘋果汁置于高壓腔，設(shè)定壓力及時(shí)間參數(shù)，于室溫(25℃)下采用壓力分別為300、400、500、600MPa，保壓時(shí)間為5、10、15、20、25min處理。

1.3.3 微生物檢測(cè)

根據(jù)GB 4789.2—2010《食品微生物學(xué)檢驗(yàn)菌落總數(shù)測(cè)定》檢測(cè)菌落總數(shù)；根據(jù)GB 4789.15—2010《食品微生物學(xué)檢驗(yàn)霉菌和酵母計(jì)數(shù)》進(jìn)行霉菌和酵母菌計(jì)數(shù)。菌落總數(shù)培養(yǎng)基選用營(yíng)養(yǎng)瓊脂，霉菌、酵母菌計(jì)數(shù)選用孟加拉紅培養(yǎng)基。為保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果均為兩個(gè)平行，3組重復(fù)數(shù)據(jù)平均所得。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

1.4.1 動(dòng)力學(xué)分析

滅菌效果用Weibull模型分析[13-15]。

式中：N0為超高壓處理前樣品中菌落總數(shù)/(CFU/mL)；N為超高壓處理后樣品中菌落總數(shù)/(CFU/mL)；b和n分別為尺度參數(shù)和形狀參數(shù)[15]。當(dāng)n＜1時(shí)Weibull分布為一個(gè)凹面向上的曲線，n＞1時(shí)曲線凹面向下，n=1時(shí)為一條直線。

1.4.2 數(shù)據(jù)分析

方差分析(ANOVA)及Weibull模型分析使用SPSS 17.0，繪圖使用Microcal Origin 8.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 超高壓處理對(duì)鮮榨蘋果汁的殺菌效果研究

2.1.1 超高壓處理對(duì)菌落總數(shù)的影響

圖1 不同壓力對(duì)蘋果汁中菌落總數(shù)的影響Fig.1 Effect of pressure on the bacteria inactivation in fresh apple juice

由圖1可知，壓力和時(shí)間是影響菌落總數(shù)的重要因素。隨著保壓時(shí)間的延長(zhǎng)及處理壓力的增加，菌落總數(shù)呈現(xiàn)明顯下降的趨勢(shì)。高壓處理保壓5min后，600MPa處理組較300MPa處理組菌落總數(shù)的對(duì)數(shù)多降低了2.2個(gè)單位。而處理組(600MPa、25min)比處理組300MPa、5min菌落降低對(duì)數(shù)多降低了2.8個(gè)單位。當(dāng)壓力從300MPa增加到400MPa時(shí)，菌落總數(shù)降幅較大。而壓力從400MPa到500MPa，500MPa到600MPa時(shí)，菌落總數(shù)降幅較小。這是由于不同菌都有自身耐壓閾值，壓力敏感菌壓力閾值較低(＜300MPa)，耐壓菌的閾值高，少數(shù)革蘭氏陽(yáng)性菌芽孢可耐受1000MPa以上壓力[7]。因此，在較低壓力下提高到較高壓力，能有效殺滅壓力敏感菌，細(xì)菌總數(shù)大幅度減少，而繼續(xù)升高壓力，在一定條件下因壓力達(dá)不到耐壓菌的閾值，菌落總數(shù)的降低趨勢(shì)也就相對(duì)平緩。

2.1.2 超高壓處理對(duì)霉菌、酵母菌的殺菌效果

圖2 不同壓力對(duì)蘋果汁中霉菌、酵母菌數(shù)的影響Fig.2 Effect of pressure on the inactivation of mold and yeast in fresh apple juice

由圖2可見(jiàn)，隨著壓力的增加霉菌及酵母菌的數(shù)量顯著降低。400MPa處理組霉菌、酵母菌數(shù)隨時(shí)間的延長(zhǎng)其降低速率更快。在壓力400MPa條件下處理20min，菌落總數(shù)由最初的16000CFU/mL降至15CFU/mL，符合國(guó)家食品衛(wèi)生不超過(guò)20CFU/mL的標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果表明，當(dāng)壓力提升至500MPa時(shí)，對(duì)鮮榨蘋果汁處理5min則無(wú)霉菌酵母菌檢出，600MPa處理5min也能達(dá)到相同的效果。

2.2 超高壓處理對(duì)鮮榨蘋果汁殺菌效果的動(dòng)力學(xué)分析

表1 超高壓處理鮮榨蘋果汁殺菌曲線Weibull模型參數(shù)Table 1 The Weibull model for kinetic parameters of bacteria inactivation in apple juice treated by ultra high pressure

以相關(guān)系數(shù)(R2)為模型擬合好壞的評(píng)價(jià)指標(biāo)。R2越大，模型擬合度越高。由表1可見(jiàn)，4個(gè)壓力下Weibull模型的R2值都在0.900以上，表明超高壓對(duì)鮮榨蘋果汁滅菌效果的動(dòng)力學(xué)符合Weibull模型。

圖3 300、400、500、600MPa條件下Weibull模型擬合的殺菌動(dòng)力學(xué)曲線Fig.3 Survival curves of bacteria in fresh apple juice at 300, 400, 500 MPa and 600 MPa fitted with Weibull model

由圖3可知，殺菌動(dòng)力學(xué)曲線的形狀隨著處理壓力水平的變化呈現(xiàn)顯著變化。由于本實(shí)驗(yàn)選用的超高壓設(shè)備升壓速率為70MPa/min，升高到600MPa需9min左右，而實(shí)驗(yàn)以壓力升高到處理壓力300、400、500、600MPa后為0min開(kāi)始計(jì)時(shí)，此時(shí)細(xì)菌總數(shù)已經(jīng)隨壓力的升高而有一定下降。當(dāng)處理壓力在300MPa時(shí)，超高壓殺菌動(dòng)力學(xué)曲線彎曲度較小接近線性，但隨著壓力的增加，殺菌曲線呈凹面狀，顯示明顯的曲率和拖尾[16]。在較高的壓力400、500、600MPa條件下殺菌曲線的形狀較為相似。在初始的5min內(nèi)，菌落對(duì)數(shù)急速降低，5min之后到25min的拖尾部分仍能降低約1.5個(gè)對(duì)數(shù)。

由表1顯示，Weibull模型中兩個(gè)動(dòng)力學(xué)參數(shù)b和n與壓力相關(guān)。在壓力范圍300～600MPa間b值與壓力幾乎成線性關(guān)系，隨著壓力的增加而增加。這一結(jié)果與其他文獻(xiàn)報(bào)道[13-14]一致。n值顯示處理壓力對(duì)殺菌曲線的形狀的影響。在壓力300MPa時(shí)n值最大，表明在此壓力條件下微生物細(xì)胞的敏感性提高，導(dǎo)致微生物大量死亡。壓力從300～400MPa，n值降低最多，而400～500MPa，500～600MPa間n值變化不大。即表明在400～600MPa下，動(dòng)力學(xué)曲線形狀趨于穩(wěn)定。

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)研究了超高壓處理對(duì)鮮榨蘋果汁的殺菌效果的影響，并對(duì)其進(jìn)行了殺菌動(dòng)力學(xué)分析。得出以下結(jié)論：壓力大小及保壓時(shí)間對(duì)殺菌效果影響顯著，在處理壓力300～600MPa范圍內(nèi)，鮮榨蘋果汁的處理壓力越大，保壓時(shí)間越長(zhǎng)，殺菌效果越好。處理組600MPa，25min比處理組300MPa，5min菌落降低對(duì)數(shù)多降低了2.8個(gè)單位。霉菌、酵母菌對(duì)壓力更為敏感，處理壓力500MPa以上保壓5min則無(wú)菌落檢出。

Weibull模型對(duì)超高壓處理鮮榨蘋果汁的殺菌動(dòng)力學(xué)曲線擬合良好。比例參數(shù)b值與壓力幾乎呈線性關(guān)系，隨壓力的增大而升高，b值越大殺菌效果越好。形狀參數(shù)n值與壓力相關(guān)，表明壓力大小影響殺菌曲線的形狀，300MPa壓力時(shí)殺菌曲線較為接近線性，增加壓力到400、500、600MPa，曲線凹度增加，且相互間變化趨于穩(wěn)定。

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Bactericidal Effect and Kinetics of High Hydrostatic Pressure on Fresh Apple Juice

LI Shan，CHEN Qin-qin，LI Shu-yan，HAN Shuai，NI Yuan-ying*
(Key Laboratory of Fruits and Vegetables Processing, Ministry of Agriculture, Engineering Research Centre for Fruits and Vegetables Processing, Ministry of Education, College of Food Science and Nutritional Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China)

In order to explore the bactericidal effect of high hydrostatic pressure on natural microorganisms in fresh apple juice, the numbers of total bacteria, mold and yeast in fresh apple juice were measured after pressure treatment at 300, 400, 500 or 600 MPa for 5, 10, 15, 20 min and 25 min, respectively. The results showed that the bactericidal effect was improved with the increase of pressure level and pressure-holding time. Mold and yeast were more sensitive to high hydrostatic pressure and could be inactivated at 500 MPa for 5 min. The Weibull model was used to fit the survival curve. The correlation coefficients (R2) were more than 0.900 determined at four pressure levels, which proved that Weibull model was suitable for the kinetic analysis of bacterial inactivation. The values of scale factor b in the model were increased with the increase of pressure, while the values of shape factor n were stable in the pressure range of 400 to 600 MPa.

high hydrostatic pressure；fresh apple juice；total bacterial count；mold；yeast；Weibull model

TS255.1

A

1002-6630(2011)07-0043-04

2010-07-14

北京市科技計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(D101105046610001)

李珊(1987—)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏。E-mail：li3flysky@yahoo.com.cn

*通信作者：倪元穎(1960—)，女，教授，碩士，研究方向?yàn)楣呒庸?、天然產(chǎn)物提取和功能食品開(kāi)發(fā)。

E-mail：niyuany@163.com