陳玥，楊同亮，孟琬星，李書紅，陳野

（天津科技大學食品科學與工程學院，天津 300457）

菠蘿（pineapple）又稱鳳梨，屬多年生草本果樹植物[1]，原產(chǎn)于南美洲后傳入我國。菠蘿營養(yǎng)豐富，富含葡萄糖、有機酸、維生素、礦物質(zhì)等多種營養(yǎng)物質(zhì)。但是由于菠蘿果實的體積較大，且去皮等工序較為復雜，制約了菠蘿的銷售。鮮切菠蘿產(chǎn)品因其既能滿足消費者對健康營養(yǎng)食品的需求，又能滿足人們對方便快捷生活方式的需求[2]，越來越受到消費者的青睞。然而，鮮切水果在去皮、切割等加工過程中，果肉的細胞壁發(fā)生破裂、營養(yǎng)物質(zhì)外露，更容易被腐敗微生物污染，引發(fā)相關食源性疾病[3]。此外，腐敗微生物會引起鮮切水果質(zhì)地變軟，甚至產(chǎn)生令人不愉快的氣味[4]，大大縮短鮮切水果的貨架期，進而降低其商業(yè)價值[5]。

在食品加工過程中，鮮切水果加工中的殺菌成為必不可少的環(huán)節(jié)。目前，關于鮮切果蔬殺菌保鮮技術的報道主要集中在輻照殺菌技術[6-7]、紫外殺菌技術[8-10]、臭氧殺菌技術[11-12]、高壓滅菌技術[13]、氣調(diào)保鮮技術[14-15]、高級氧化技術[16]以及等離子體技術。

低溫等離子體技術是一種綜合氧化性廣譜殺菌技術[17]，對包括細菌、真菌、病毒、細菌孢子以及生物膜在內(nèi)的多種微生物生長具有抑制作用[18]。相較于其它低溫殺菌保鮮技術而言，等離子體技術具有安全、短時、無殘留、設備簡單等優(yōu)點。同時，等離子體技術也存在對物料形狀有特定要求、殺菌不均勻的問題。利用低溫等離子體激發(fā)水分子可制備得到等離子體活化水（plasma-activated water，PAW），其富含多種殺菌活性物，既能有效殺滅腐敗微生物，又不受物料形狀限制，可將等離子體技術擴展應用于果蔬采后保鮮領域。MA等[18]報道稱PAW可在有效殺滅草莓表面金黃色葡萄球菌的同時不引起其原始色澤、硬度以及pH值的顯著變化。他們還利用PAW對采后楊梅進行處理以延長其貨架期[19]。然而，關于PAW在鮮切果蔬中的應用以及控制其品質(zhì)劣變的報道較少。本研究采用大氣壓低溫等離子體制備PAW，利用PAW對鮮切菠蘿進行清洗，分別研究PAW制備時間、制備功率以及清洗時間對鮮切菠蘿菌落數(shù)的影響。通過正交試驗確定PAW對鮮切菠蘿最適殺菌工藝參數(shù)，然后研究在最適工藝參數(shù)下PAW對鮮切菠蘿品質(zhì)及貨架期的影響，為PAW技術在鮮切果蔬加工中的應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

菠蘿：市售，選取新鮮、成熟度適中、無病蟲害、無機械損傷及無腐敗的菠蘿。

氯化鈉（分析純）：天津市津科精細化工研究所；2，6-二氯靛酚鈉（分析純）：上海麥克林生化科技有限公司；草酸、抗壞血酸（分析純）：天津市風船化學試劑科技有限公司；平板計數(shù)瓊脂（生物試劑）：北京奧博星生物技術有限責任公司。

1.2 儀器與設備

低溫等離子表面處理儀（CTP-2000K）：南京蘇曼等離子體科技有限公司；塑料薄膜封口機（FR-300A）：上海森合包裝器材有限公司；高品質(zhì)電腦色差儀（NH310）：深圳市三恩時科技有限公司；勻漿機（T25）：德國IKA公司；物性分析儀（TX-AT Plus）：英國Stable Micro System公司。

1.3 方法

1.3.1 等離子體活化水的制備及樣品的處理

分別取10 mL無菌蒸餾水置于等離子體處理石英池內(nèi)，根據(jù)表1中各條件制備等離子體活化水。每種等離子體活化水制備20 mL，將制備得到的不同等離子體活化水密封于無菌PE袋內(nèi)備用。

菠蘿經(jīng)清洗、去皮后，切成邊長4 cm×4 cm，厚度2 mm的菠蘿片，密封裝入無菌PE袋內(nèi)，于4℃下保存?zhèn)溆?。分別稱取10 g菠蘿片密封于含有20 mL不同條件下制備的等離子體活化水中進行清洗殺菌，清洗時間如表1所示。

表1 等離子體活化水的制備及樣品的處理Table 1 Preparation and treatment time of PAW

1.3.2 正交試驗設計

以等離子體活化水制備時間、制備功率、清洗時間為三因素，選擇L9（34）正交設計方案進行正交試驗，考察制備時間、制備功率、清洗時間對鮮切菠蘿菌落數(shù)的影響，正交試驗因素水平如表2所示。

1.3.3 菠蘿品質(zhì)指標測定

1.3.3.1 菌落計數(shù)

稱取10 g處理后的鮮切菠蘿于90 mL無菌生理鹽水袋中，均質(zhì)，制備1∶10（g/mL）稀釋液，依次梯度稀釋。在超凈臺內(nèi)操作，取1 mL不同稀釋度溶液于滅菌平板中，并傾倒一定量滅菌冷卻后的瓊脂培養(yǎng)基，搖晃均勻后靜置，待其凝固后，于（37±1）℃恒溫恒濕培養(yǎng)箱中倒置培養(yǎng)48 h后計數(shù)，每個梯度重復兩次[20]。

表2 正交試驗因素水平Table 2 Orthogonal level test factors

經(jīng)測定，未處理的鮮切菠蘿初始菌落數(shù)為3.035 lg（CFU/g）。

1.3.3.2 色度測定

以未經(jīng)處理的鮮切菠蘿為標樣，利用色差儀測定PAW處理組菠蘿的色度值，重復測定L*、a*、b*值及ΔE*值3次得到色度平均值。其中，L*為黑白色度參數(shù)，a*為紅綠色度參數(shù)，b*為黃藍色度參數(shù)[19]。

1.3.3.3 硬度測定

將菠蘿切成邊長3 cm×3 cm，厚度4 mm的薄片，采用物性分析儀，選擇P/2柱形探頭，預壓速度2.0 mm/s，測試速度1.5 mm/s，測后速度10.0 mm/s，下壓距離3.0 mm，觸發(fā)力5.0 g，進行穿刺試驗，同一切片隨機取3個位點進行平行測定，得到硬度平均值。

1.3.3.4 感官評價

分別以表觀狀態(tài)、氣味、硬度、成熟度、表面濕潤性為評價指標，選擇10名經(jīng)過培訓的感官評價員根據(jù)表3進行感官評價。

1.3.3.5 pH值測定

分別稱取10g處理前后的鮮切菠蘿片放入90mL無菌蒸餾水中，用勻漿機均漿1 min，轉(zhuǎn)速為5 000 r/min，使其混合均勻。利用pH計測定其pH值。

表3 感官評分標準Table 3 Sensory evaluation criteria

1.3.3.6 維生素C含量測定

參照GB 5009.86—2016《食品安全國家標準食品中抗壞血酸的測定》進行測定[21]。

1.3.3.7 貨架期的測定

1）溫度加速系數(shù)K值計算

稱取10 g鮮切菠蘿片，分別密封于無菌PE袋內(nèi)，4℃和37℃下保存0～2.5 h，每間隔0.5 h進行取樣。按照1.3.3.1方法對樣品進行菌落計數(shù)，繪制貯藏時間與菌落數(shù)的關系曲線，計算K值，公式為：

式中：θs為指定溫度下的貨架壽命[22]，h。

2）加速試驗

將鮮切菠蘿在等離子體活化水的最佳殺菌工藝條件下進行處理，測定37℃貯藏溫度下鮮切菠蘿貨架期，根據(jù)K值計算4℃下的貨架期。

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有試驗重復3次，表達為平均值±標準差。采用Origin 9.0軟件進行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 等離子體活化水對鮮切菠蘿菌落數(shù)的影響

2.1.1 等離子體活化水制備時間對鮮切菠蘿菌落數(shù)的影響

等離子體活化水制備時間對菠蘿菌落數(shù)的影響見圖1。

圖1 等離子體活化水制備時間對菠蘿菌落數(shù)的影響Fig.1 Effect of PAW preparation time on colony number of pineapples

如圖1所示，隨著制備時間的增加，菌落數(shù)呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢，當制備時間為6 min時菌落數(shù)達到最低，因此選擇6 min為等離子體活化水制備時間的最優(yōu)水平。

2.1.2 等離子體活化水制備功率對鮮切菠蘿菌落數(shù)的影響

等離子體活化水制備功率對菠蘿菌落數(shù)的影響見圖2。

圖2 等離子體活化水制備功率對菠蘿菌落數(shù)的影響Fig.2 Effect of PAW preparation power on colony number of pineapples

如圖2所示，隨著制備功率的增加，菌落數(shù)呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢，而菌落數(shù)在制備功率為70 W時達到最低，因此選擇70 W為等離子體活化水制備功率的最優(yōu)水平。

2.1.3 等離子體活化水清洗時間對鮮切菠蘿菌落數(shù)的影響

等離子體活化水清洗時間對菠蘿菌落數(shù)的影響見圖3。

圖3 等離子體活化水清洗時間對菠蘿菌落數(shù)的影響Fig.3 Effect of PAW washing time on colony number of pineapples

如圖3所示，隨著等離子體活化水清洗時間的增加，菌落數(shù)大致呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢，且在清洗20 min時，菌落數(shù)最少，因此選擇20 min為等離子體活化水清洗時間的最優(yōu)水平。

2.2 正交試驗結(jié)果

等離子體活化水對菠蘿菌落數(shù)的影響正交試驗結(jié)果見表4。

表4 正交試驗設計及結(jié)果Table 4 Orthogonal experimental results

如表4所示，等離體子體活化水制備時間、制備功率及清洗時間均對鮮切菠蘿的殺菌效果有影響。根據(jù)極差分析可知，三因素中等離子體活化水清洗時間對鮮切菠蘿殺菌效果影響最大，其次是制備功率，制備時間影響最小。根據(jù)正交試驗結(jié)果分析可知，等離子體活化水對鮮切菠蘿殺菌工藝的最適參數(shù)為A1B2C2，即制備功率70 W、制備時間4 min、清洗時間20 min。按此最佳殺菌工藝條件進行3次驗證試驗，得到菌落數(shù)為2.604 lg（CFU/g），低于正交試驗各組合的菌落數(shù)。

正交試驗方差分析見表5。

表5 正交試驗方差分析Table 5 Analysis of variance on orthogonal test

如表5所示，等離子體活化水制備時間、制備功率及清洗時間對鮮切菠蘿殺菌效果影響均未有顯著性。

2.3 等離子體活化水對鮮切菠蘿品質(zhì)的影響

2.3.1 等離子體活化水對色澤的影響

等離子體活化水對鮮切菠蘿色澤的影響結(jié)果見表6。

如表6所示，鮮切菠蘿經(jīng)等離子體活化水處理后，L*值有所上升，a*值與b*值有所下降。等離子體活化水清洗后，菠蘿會吸收水分，增加光的折射和反射效果，從而亮度增加。a*值與b*值的降低可能與等離子體活化水中的氧化性物質(zhì)引起的酶促褐變有關。而ΔE*值經(jīng)過等離子體活化水處理后為1.560±4.300，在色度分析中，ΔE*值表示的是樣品總顏色變化程度[23]，當ΔE*值為1.560±4.300時，表明鮮切菠蘿顏色變化肉眼可見，但仍可被接受。

表6 等離子體活化水對鮮切菠蘿色澤的影響Table 6 Effect of PAW on chrominance of fresh-cut pineapples

2.3.2 等離子體活化水對硬度、pH值及維生素C含量的影響

等離子體活化水對鮮切菠蘿品質(zhì)的影響結(jié)果見表7。

如表7所示，等離子體活化水處理后，鮮切菠蘿的硬度升高。這可能是因為水果細胞壁水解酶的活力經(jīng)低溫等離子體處理后受到了抑制，同時果膠、纖維素、半纖維素等物質(zhì)的水解也同樣受到了抑制，另外等離子體活化水可能促進了木質(zhì)素等物質(zhì)的合成，從而抑制了水果硬度的下降[24]。

表7 等離子體活化水對鮮切菠蘿品質(zhì)的影響Table 7 Effect of PAW on quality of fresh-cut pineapples

與未處理的鮮切菠蘿相比，等離子體活化水處理導致鮮切菠蘿pH值略有下降。pH值的變化可能是由于在等離子體活化水中存在大量的活性粒子，這些粒子附著在鮮切菠蘿表面，導致菠蘿勻漿pH值降低。

未處理組鮮切菠蘿中維生素C的含量為（14.068±0.995）mg/100 g，等離子體活化水處理后為（10.010±0.129）mg/100 g。水果和蔬菜含有非常豐富的維生素C，但它很容易受到外界環(huán)境的影響而被氧化。結(jié)果表明，等離子體活化水對鮮切菠蘿中維生素C具有影響，因為其中含有大量的活性氧化物，如臭氧和過氧化氫等物質(zhì)與維生素C發(fā)生反應，導致其含量下降[25]。等離子體活化水為表面處理技術，在鮮切水果工業(yè)加工過程中可通過添加保護劑防止氧化發(fā)生。

2.3.3 等離子體活化水對感官品質(zhì)的影響

等離子體活化水對鮮切菠蘿感官品質(zhì)的影響結(jié)果見表8。

表8 等離子體活化水對鮮切菠蘿感官品質(zhì)的影響Table 8 Effect of PAW on sensory quality of fresh-cut pineapples

如表8所示，鮮切菠蘿經(jīng)等離子體活化水處理后，表觀狀態(tài)、氣味、硬度、成熟度均略有所下降，而表面濕潤性不變。經(jīng)等離子體活化水處理后的鮮切菠蘿雖得分有所降低，但仍保持其原有的感官品質(zhì)，外觀色澤鮮艷、氣味香甜、硬度適中且無熟化感。因此，等離子體活化水并未破壞鮮切菠蘿的感官品質(zhì)。

2.3.4 等離子體活化水對貨架期的影響

2.3.4.1 溫度加速系數(shù)

通過繪制未處理鮮切菠蘿貯藏時間與菌落數(shù)對數(shù)值的關系曲線，擬合對數(shù)曲線，得到4℃下的對數(shù)曲線關系式為y=11.883ln x-13.226，其中相關系數(shù)R2=0.907 8，說明對數(shù)曲線與實際數(shù)據(jù)擬合度較好，可信度較高。試驗得到在37℃下的對數(shù)曲線關系式為y=9.368 6ln x-10.619，其中相關系數(shù)R2=0.901 3，說明對數(shù)曲線與實際數(shù)據(jù)擬合度較好，可信度較高。CHEN等[26]認為鮮切食品的安全菌落數(shù)為6.0 lg（CFU/g）。因此，以菌落數(shù)6.0 lg（CFU/g）為指標，通過關系式可以計算出4℃下菠蘿貨架壽命為8.06 h，37℃下菠蘿貨架壽命為6.17 h，溫度加速系數(shù)K=1.31。

2.3.4.2 PAW處理鮮切菠蘿貨架期

通過繪制PAW處理鮮切菠蘿貯藏時間與菌落數(shù)對數(shù)值的關系曲線，擬合對數(shù)曲線，得到37℃下對數(shù)曲線關系式為y=5.856 9ln x-3.599 7，其中相關系數(shù)為R2=0.911 6，說明對數(shù)曲線與實際數(shù)據(jù)擬合度較好，可信度較高。當菌落數(shù)達到6.0 lg（CFU/g），計算出37℃下PAW處理鮮切菠蘿貨架壽命為6.89 h，由溫度加速系數(shù)K=1.31可得，經(jīng)等離子體處理后在4℃下鮮切菠蘿貨架期為9.03 h。與未處理的鮮切菠蘿相比，貨架期延長0.97 h。

3 結(jié)論

本研究探明了PAW對鮮切菠蘿菌落數(shù)及品質(zhì)的影響。在最適工藝參數(shù)下，PAW可以有效減少初始帶菌量，延長貨架期，同時較好地保持鮮切菠蘿的原始品質(zhì)。因此，等離子體活化水是一種高效、快速、無毒害的可應用于鮮切水果的低溫殺菌保鮮技術，可改善鮮切水果易腐敗變質(zhì)、不易貯藏等問題，本研究為生鮮食品的低溫殺菌工藝提供參考，也為等離子體活化水技術的廣泛應用提供理論依據(jù)。