陳玥，楊同亮，孟琬星，李書紅，陳野

（天津科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)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(jī)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(shí)的體積較大，且去皮等工序較為復(fù)雜，制約了菠蘿的銷售。鮮切菠蘿產(chǎn)品因其既能滿足消費(fèi)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(fèi)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(xì)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(guān)食源性疾病[3]。此外，腐敗微生物會(huì)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(jìn)而降低其商業(yè)價(jià)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(guān)于鮮切果蔬殺菌保鮮技術(shù)的報(bào)道主要集中在輻照殺菌技術(shù)[6-7]、紫外殺菌技術(shù)[8-10]、臭氧殺菌技術(shù)[11-12]、高壓滅菌技術(shù)[13]、氣調(diào)保鮮技術(shù)[14-15]、高級氧化技術(shù)[16]以及等離子體技術(shù)。

低溫等離子體技術(shù)是一種綜合氧化性廣譜殺菌技術(shù)[17]，對包括細(xì)菌、真菌、病毒、細(xì)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(shù)而言，等離子體技術(shù)具有安全、短時(shí)、無殘留、設(shè)備簡單等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，等離子體技術(shù)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(shù)擴(kuò)展應(yīng)用于果蔬采后保鮮領(lǐng)域。MA等[18]報(bào)道稱PAW可在有效殺滅草莓表面金黃色葡萄球菌的同時(shí)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(jìn)行處理以延長其貨架期[19]。然而，關(guān)于PAW在鮮切果蔬中的應(yīng)用以及控制其品質(zhì)劣變的報(bào)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(jìn)行清洗，分別研究PAW制備時(shí)間、制備功率以及清洗時(shí)間對鮮切菠蘿菌落數(shù)的影響。通過正交試驗(yàn)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(shù)在鮮切果蔬加工中的應(yīng)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(jī)械損傷及無腐敗的菠蘿。

氯化鈉（分析純）：天津市津科精細(xì)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(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司；平板計(jì)數(shù)瓊脂（生物試劑）：北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司。

1.2 儀器與設(shè)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(jī)（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(shí)科技有限公司；勻漿機(jī)（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)溆谩７謩e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(jìn)行清洗殺菌，清洗時(shí)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(yàn)設(shè)計(jì)

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

1.3.3 菠蘿品質(zhì)指標(biāo)測定

1.3.3.1 菌落計(jì)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(jì)數(shù)，每個(gè)梯度重復(fù)兩次[20]。

表2 正交試驗(yàn)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(biāo)樣，利用色差儀測定PAW處理組菠蘿的色度值，重復(fù)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(lán)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(yù)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(jìn)行穿刺試驗(yàn)，同一切片隨機(jī)取3個(gè)位點(diǎn)進(jìn)行平行測定，得到硬度平均值。

1.3.3.4 感官評價(jià)

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

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(jī)均漿1 min，轉(zhuǎn)速為5 000 r/min，使其混合均勻。利用pH計(jì)測定其pH值。

表3 感官評分標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)食品中抗壞血酸的測定》進(jìn)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(jì)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(jìn)行取樣。按照1.3.3.1方法對樣品進(jìn)行菌落計(jì)數(shù)，繪制貯藏時(shí)間與菌落數(shù)的關(guān)系曲線，計(jì)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(yàn)

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

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有試驗(yàn)重復(fù)3次，表達(dá)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。采用Origin 9.0軟件進(jìn)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(shí)間對鮮切菠蘿菌落數(shù)的影響

等離子體活化水制備時(shí)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(shí)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(shí)間的增加，菌落數(shù)呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢，當(dāng)制備時(shí)間為6 min時(shí)菌落數(shù)達(dá)到最低，因此選擇6 min為等離子體活化水制備時(shí)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(shí)達(dá)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(shí)間對鮮切菠蘿菌落數(shù)的影響

等離子體活化水清洗時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)，菌落數(shù)最少，因此選擇20 min為等離子體活化水清洗時(shí)間的最優(yōu)水平。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

等離子體活化水對菠蘿菌落數(shù)的影響正交試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)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(shí)間、制備功率及清洗時(shí)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(shí)間對鮮切菠蘿殺菌效果影響最大，其次是制備功率，制備時(shí)間影響最小。根據(jù)正交試驗(yàn)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(shí)間4 min、清洗時(shí)間20 min。按此最佳殺菌工藝條件進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn)，得到菌落數(shù)為2.604 lg（CFU/g），低于正交試驗(yàn)各組合的菌落數(shù)。

正交試驗(yàn)方差分析見表5。

表5 正交試驗(yàn)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(shí)間、制備功率及清洗時(shí)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(huì)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(guān)。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(dāng)ΔE*值為1.560±4.300時(shí)，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?yàn)樗?xì)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(shí)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(jìn)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(dǎo)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(dǎo)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?yàn)槠渲泻写罅康幕钚匝趸铮绯粞鹾瓦^氧化氫等物質(zhì)與維生素C發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致其含量下降[25]。等離子體活化水為表面處理技術(shù)，在鮮切水果工業(yè)加工過程中可通過添加保護(hù)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(shí)間與菌落數(shù)對數(shù)值的關(guān)系曲線，擬合對數(shù)曲線，得到4℃下的對數(shù)曲線關(guān)系式為y=11.883ln x-13.226，其中相關(guān)系數(shù)R2=0.907 8，說明對數(shù)曲線與實(shí)際數(shù)據(jù)擬合度較好，可信度較高。試驗(yàn)得到在37℃下的對數(shù)曲線關(guān)系式為y=9.368 6ln x-10.619，其中相關(guān)系數(shù)R2=0.901 3，說明對數(shù)曲線與實(shí)際數(shù)據(jù)擬合度較好，可信度較高。CHEN等[26]認(rèn)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(biāo)，通過關(guān)系式可以計(jì)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(shí)間與菌落數(shù)對數(shù)值的關(guān)系曲線，擬合對數(shù)曲線，得到37℃下對數(shù)曲線關(guān)系式為y=5.856 9ln x-3.599 7，其中相關(guān)系數(shù)為R2=0.911 6，說明對數(shù)曲線與實(shí)際數(shù)據(jù)擬合度較好，可信度較高。當(dāng)菌落數(shù)達(dá)到6.0 lg（CFU/g），計(jì)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(shí)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(yīng)用于鮮切水果的低溫殺菌保鮮技術(shù)，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(shù)的廣泛應(yīng)用提供理論依據(jù)。