芒果(Mangifera indica L.)是热带及亚热带重要经济水果之一,其果肉色泽金黄至橙红,果香浓郁,富含可溶性糖类、柠檬酸等有机酸,以及类胡萝卜素、维生素C、多酚类化合物等抗氧化物质,因此具有较高的营养价值和抗氧化性[1-2]。芒果浆是用鲜芒果果肉破碎而成的匀浆,便于贮运和深加工,其保留了果肉绝大部分的感官与营养特性,因而广泛应用于果汁、饮料、果酱、甜品与婴幼儿营养品等配方中[3]。与鲜果相比,芒果浆具有均质化、易混配、便于灭菌与包装的优势,但其高水分活度和丰富的营养基质也使其极易受到微生物污染和内源酶的作用,导致风味退化、褐变和营养损失[4]。因此,选择合适的杀菌工艺是芒果加工研究与工业应用的关键。
巴氏杀菌、瞬时高温杀菌、微波杀菌等热杀菌方式因工艺成熟、对多数致病菌和腐败菌有稳定的灭杀效果而长期应用于果蔬汁加工中[5]。然而,热处理过程中其灭菌效果易受到温度、加热时间以及果汁中传热速率的影响[6],且难免导致维生素C、酚类、色素等热敏性物质的损失,从而影响果蔬汁的品质与色泽。为减轻热损伤同时达到预期的灭菌效果,微波杀菌作为一种相对新型的热杀菌方式得到了广泛关注并在果蔬加工业中逐步推广,微波杀菌的优势在于快速、节能、易控,从而较好地保留热敏成分[5],但是微波场分布、样品介电常数会影响加热均匀性[7-8],从而影响杀菌效果。
超高压处理作为一种“冷杀菌”或低温杀菌技术,在常温或低温条件下通过等静压力作用破坏微生物细胞结构,并能部分抑制或改变酶活性,在明显降低微生物负荷的同时能更好地保持色、香、味与热敏营养素的稳定性,在果蔬汁类产品的质量保持方面显示出显著优势[9]。王凤玲等[10]的研究显示,450 MPa处理15 min的鲜榨复配果汁,与85 ℃处理5 min的传统热处理相比,其pH和可溶性固形物(total soluble solid, TSS)保持稳定,并降低了维生素C、多酚等热敏性物质的损失,且复配果汁的品质更接近未处理果汁。而高婧昕等[11]用超高压和热处理均可保持复合果汁的TSS和色泽,虽然超高压处理并没有提高维生素C、多酚的保留率,但复合果汁的抗氧化能力高于热处理的样品。DARS等[12]用“肯辛顿骄傲”芒果榨汁,在400 MPa 下处理10 min,其抗氧化物质的含量与抗氧化性和热处理相比有所提升,但研究未对比不同的杀菌方式对芒果汁微生物的影响。
本研究采用巴氏杀菌、瞬时高温短时杀菌、微波杀菌与不用条件下的超高压处理芒果浆,对比不同的杀菌方式对其微生物灭活效果、品质与抗氧化性的影响,为芒果浆的工业化生产提供技术参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
芒果为小台农,购于广西北海市。芦丁、Trolox、DPPH,麦克林化学试剂有限公司;抗坏血酸标准品,上海源叶生物科技有限公司;其他药品为国产分析纯。
1.2 仪器与设备
SP-3000巴氏杀菌设备、ST-20超瞬时高温杀菌设备,上海顺仪科技有限公司;M3-L232F家用变频光波微波炉,广东美的股份有限公司;HPP600MPa/460超高压食品处理设备,包头科发高压科技有限责任公司;CS-412色差仪,杭州彩谱科技有限公司;3-18K冷冻离心机,美国Sigma公司。
1.3 实验方法
1.3.1 芒果原浆的制备
挑选新鲜、表皮无损伤的芒果,用50 mg/L ClO2进行表皮消毒,再用水清洗,将消毒好的芒果去皮去核后,破碎获得芒果浆后进行杀菌处理。
1.3.2 杀菌处理
1)巴氏杀菌:通过热水将芒果浆加热到95 ℃,保温10 min,快速冷却后无菌灌装。
2)瞬时高温杀菌:121 ℃杀菌15 s,冷却后无菌灌装。
3)微波杀菌:芒果浆经过700 W处理90 s后进行无菌灌装。
4)超高压杀菌:分别采用300、400、500 MPa压力下处理芒果浆180、300 s后,进行无菌灌装。
以上杀菌灌装的样品在-80 ℃贮藏,用于测定菌落总数、理化和抗氧化指标。
1.3.3 菌落总数测定
按照GB 4789.2—2022《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》的方法对不同杀菌方式处理的芒果浆进行菌落总数的测定,结果以CFU/g表示。
1.3.4 色差测定
使用色差仪测定芒果浆的L*、a*和b*值,杀菌样品与对照组(未杀菌的芒果浆)之间的总色差按公式(1)计算:
(1)
1.3.5 TSS、总酸(total acid,TA)、总糖含量的测定
TSS含量用手持式折光仪测定;取8 g芒果浆加蒸馏水定容到100 mL,摇匀静置30 min,过滤,取20 mL滤液用标准NaOH溶液滴定,结果以柠檬酸%(质量分数)计;总糖含量参考YUAN[13]等的方法进行测定,结果以%(质量分数)表示。
1.3.6 维生素C的测定
称取8 g芒果浆,加2%草酸溶液定容至100 ml,在4 ℃温度下静置30 min,过滤,取10 mL滤液,按照GB 5009.86—2016《食品安全国家标准 食品中抗坏血酸的测定》的方法用2,6-二氯靛酚溶液进行滴定,结果以mg/100 g计。
1.3.7 总酚含量、抗氧化能力分析
称取4 g芒果浆至10 mL离心管中,加入5 mL体积分数为1%盐酸甲醇溶液,于冰水浴中静置10 min,涡旋振荡10 s后静置5 min,再次振荡10 s后静置15 min后,4 ℃、10 000 r/min离心15 min,取上清液定容至10 mL,得到样液用于总酚含量的测定和抗氧化性分析。取上述样液0.1 mL,参考潘立妮等[14]的方法测定总酚含量,结果以没食子酸含量计(mg/100 g)。
参考YANGILAR[15]的方法稍作修改,测定抗氧化能力。取0.08 mL上述样液加0.32 mL体积分数为1%的盐酸甲醇混匀后加5.6 mL FRAP工作液,混匀后暗室反应30 min,于593 nm 波长下定吸光值,根据Trolox标曲计算铁离子还原能力(ferric reducing antioxidant power,FRAP),结果以mg/100 g计;取0.1 mL上述样液加0.9 mL的盐酸甲醇溶液混匀后参考YANGILAR[15]的方法测·OH清除能力,结果以%计;取0.7 mL上述样液参考YANGILAR[15]的方法测定DPPH清除能力,结果以%计。
1.4 数据处理与分析
所有数据均以“平均值±标准差”表示,统计分析采用 SPSS 19.0进行单因素方差分析。不同字母表示统计学显著性(P<0.05),采用Origin 2017作图。
2 结果与分析
2.1 不同杀菌方式对芒果浆中细菌总数的影响
如表1所示,未杀菌的芒果浆中细菌总数超过106 CFU/g,微波杀菌、巴氏杀菌和300 MPa压力杀菌不同程度地降低了芒果浆中的细菌数量,而经过瞬时高温杀菌、400 MPa 和500 MPa高压杀菌的芒果浆中未检出细菌。对比其他几种杀菌工艺,微波杀菌效果最差,这可能是由于微波在食品中的穿透深度有限,微波场在食品中分布不均,食品内部出现“冷点”,温度不足,致使部分微生物未达致死温度和时间[7, 16];同时芒果浆因糖分等TSS含量高而降低其损耗因子,使微波加热效率低、升温变慢[17],从而导致杀菌不足。ALHUSNI等[18]的研究显示,通过热水进行巴氏杀菌由于存在热阻,导致微生物的综合致死效果延迟,而芒果汁等高黏度流体会进一步延迟微生物致死的时间。本实验中巴氏杀菌对芒果浆的杀菌效果不理想,这可归因于芒果浆黏稠使其加热过程中传热速率降低,微生物的致死时间延长,导致细菌的灭活程度不够。经过300 MPa的压力杀菌180 s和300 s,芒果浆中的细菌总数分别下降57.81%和76.79%,而杀菌压力超过400 MPa时,芒果浆中未检出细菌,说明在高压下细菌灭活程度与压力大小、高压作用时间有关,压力越高,高压时间越长,杀菌效果更好,这与先前报道的结论一致[19]。
表1 不同杀菌方式对芒果浆菌落总数的影响
Table 1 Effects of various sterilization methods on the total viable count in mango puree
杀菌方式菌落总数/(CFU/g)未杀菌118 500±6 363微波杀菌88 500±7 778巴氏杀菌74 000±7 071300 MPa/180 s50 000±0300 MPa/300 s27 500±2 020瞬时高温-400 MPa/180 s-400 MPa/300 s-500 MPa/180 s-500 MPa/300 s-
注：-表示未检出(<10 CFU/g)。
2.2 不同杀菌方式对芒果浆色差的影响
L*表示亮度,其测量值越大代表颜色越亮、白,a*和b*分别代表红绿度和蓝黄度,当a*和 b*取正值,它们分别表示红色和黄色,负值则分别代表绿色和蓝色。加工食品的总色差ΔE值<1.5时色泽差异非常小,1.5～3.0表示明显、3.0～6.0表示非常明显、6.0～12.0表示较大差异以及>12.0表示非常大差异[4, 20]。从图1可看出,杀菌处理会不同程度地改变芒果浆的颜色,在热杀菌中,巴氏杀菌能最大程度地保持芒果浆的原有色泽,芒果浆的L*、a*、b*值都没有发生显著变化(P>0.05),与对照的总色差ΔE<1;微波杀菌显著提高了芒果浆的L*值,降低了b*值,对a*值无显著影响,说明微波杀菌导致样品的黄色度减弱,整体颜色变浅;瞬时高温杀菌对芒果浆的色泽改变最大,ΔE达到13.01,L*、a*、b*值都显著降低(P<0.05),说明瞬时高温杀菌导致样品亮度减弱、红色度与黄色度降低,整体呈现暗淡和褪色趋势,这是由于热处理可能导致β-胡萝卜素等色素降解[21]以及非酶促褐变的发生[22]。高压杀菌处理对芒果浆的色差也会产生一定的影响,但相对高温损失杀菌处理引起的颜色变化更小。经过300 MPa压力杀菌180 s的样品其L*、a*、b*值都没有发生显著变化(P>0.05),但与未杀菌样品的总色差ΔE为1.92,表明芒果浆的色泽发生了明显变化,而300 MPa压力杀菌300 s的样品其L*、a*、b*值都显著下降(P<0.05),且总色差为6.89;400 MPa和500 MPa高压杀菌的芒果浆颜色变化进一步增大,主要体现在b*值显著下降(P<0.05),说明高压杀菌处理也可能导致芒果浆中的色素物质发生异构或者降解。
a-L*值;b-a*值;c-b*值;d-ΔE
图1 不同杀菌方式对芒果浆色泽指标的影响
Fig.1 Effects of different sterilization methods on color indexes of mango puree
注:不同小写字母表示差异显著(P<0.05)(下同)。
2.3 不同杀菌方式对芒果浆TSS、总糖、TA含量的影响
未经处理的芒果浆TSS含量为14.0%,巴氏杀菌、瞬时高温杀菌、微波杀菌和500 MPa压力杀菌的芒果浆TSS含量略有上升(图2-a),这可能是由于热处理、微波与高压会破坏细胞结构,或使细胞壁、果胶等松散,释放出原来被包裹或结合的糖类、低分子有机酸、可溶性多糖、可溶蛋白等,导致TSS测得值上升[23]。400 MPa和300 MPa高压处理后芒果浆的TSS含量无明显变化。图2-b显示,与对照组相比,500 MPa的压力处理180 s显著降低了可溶性总糖的含量(P<0.05),其他杀菌方式对芒果浆的总糖含量无显著影响。图2-c显示,400 MPa和300 MPa高压处理后芒果浆300 s没有显著改变其TA含量,而其他杀菌方式都显著降低了样品的TA含量,但降幅很小。
a-TSS;b-总糖;c-TA
图2 不同杀菌方式对芒果浆TSS、总糖、TA含量的影响
Fig.2 Effects of different sterilization methods on content of TSS, total sugars, and TA in mango puree
2.4 不同杀菌方式对芒果浆维生素C、总酚含量的影响
如图3-a所示,新鲜芒果浆的维生素C含量为2.24 mg/100 g,经过杀菌处理之后其维生素C含量都显著降低(P<0.05),这可能是由于热处理加速了维生素C的氧化,而高压处理进一步破坏细胞壁结构,从而加速维生素C的流失。在所有杀菌工艺中,巴氏杀菌和微波杀菌保留了相对较高的维生素C含量,其次是500 MPa/300 s、400 MPa/180 s、300 MPa/300 s杀菌,瞬时高温杀菌和500 MPa/180 s、400 MPa/300 s、300 MPa/180 s杀菌之后芒果浆的维生素C含量最低。DHENGE等[4]的研究显示,相比于热杀菌,高压处理的橙汁具有更高的维生素C含量,与未经杀菌处理的样品无显著差异,说明高压杀菌技术对果汁类产品维生素C含量的影响因品种和高压条件而异。
a-维生素C;b-总酚
图3 不同杀菌方式对芒果浆维生素C、总酚含量的影响
Fig.3 Effects of different sterilization methods on content of vitamin C, total phenols in mango puree
从图3-b可以看出,巴氏杀菌和500 MPa/300 s、400 MPa/180 s、300 MPa/180 s杀菌显著降低了芒果浆的总酚含量(P<0.05),相比对照组分别降低了19.36%、19.91%、19.53%、20.02%,瞬时高温杀菌、微波杀菌以及其他高压灭菌方式处理的芒果浆中总酚含量与对照组无显著差异(P>0.05)。DARS等[12]的研究显示热处理和高压处理显著降低了芒果浆维生素C和总酚等抗氧化物质的含量,但是高压处理造成抗氧化物质的损失更小,这与本研究的结果不一致,可能由于杀菌处理对芒果浆中抗氧化物质的影响与灭菌条件和芒果品种有关。
2.5 不同杀菌方式对芒果浆FRAP的影响
FRAP是通过测定样品还原Fe3+至Fe2+的能力以评估其总抗氧化活性,FRAP值越高,表明样品的抗氧化活性越强。如图4所示,500 MPa/300 s处理的芒果浆FRAP显著高于所有样品(P<0.05),这可能由于高压处理导致细胞壁结构更松散[24],同时压力差会提高细胞膜的透性,破坏细胞内的结构,从而释放更多的结合酚等抗氧化物质[4],提高了这些物质的抗氧化活性,但是其他高压条件下杀菌处理显著降低了FRAP值(P<0.05),进一步说明抗氧化物质的释放可能需要达到一定的压力和作用时间才可实现。微波杀菌的样品保持了较高的FRAP,且与对照相比无显著差异(P>0.05),而巴氏杀菌、瞬时高温杀菌显著降低了FRAP,但与微波杀菌差异不显著。
图4 不同杀菌方式对芒果浆FRAP的影响
Fig.4 Effects of different sterilization methods on the FRAP capacity in mango puree
2.6 不同杀菌方式对芒果浆·OH清除能力的影响
与原芒果浆相比,500 MPa/300 s处理显著提高了·OH清除能力(P<0.05)(图5),这与图4中FRAP的结论一致, 500 MPa/180 s和400 MPa/300 s处理对·OH清除能力无显著影响,其他高压杀菌条件处理降低了·OH清除能力,但变化幅度较小,说明杀菌条件要达到一定的压力才能促进抗氧化物质的释放。热杀菌都显著降低了芒果浆的·OH清除能力(P<0.05),其中巴氏杀菌降低较少,瞬时高温杀菌降低最多,这可能是由于热处理导致小分子抗氧化物的结构发生降解与聚合,从而减弱其与·OH的反应。
图5 不同杀菌方式对芒果浆·OH清除能力的影响
Fig.5 Effects of different sterilization methods on the ·OH scavenging ability of mango puree
图6 不同杀菌方式对芒果浆DPPH清除能力的影响
Fig.6 Effects of different sterilization methods on the DPPH scavenging ability of mango puree
2.7 不同杀菌方式对芒果浆DPPH清除能力的影响
瞬时高温灭菌对芒果浆的DPPH清除能力影响不显著(P>0.05),其他杀菌方式都显著降低了样品的DPPH清除能力芒果浆的DPPH清除能力(P<0.05)(图5)。虽然巴氏杀菌和微波杀菌显著降低了芒果浆(P<0.05)的DPPH清除能力,但是降低幅度不大,且与瞬时高温差异不显著(P>0.05)。高压灭菌对芒果浆DPPH清除能力的影响受到高压大小和时间的影响,所有高压处理180 s芒果浆的DPPH清除能力高于高压处理300 s的样品,而500 MPa和400 MPa作用300 s进一步降低了芒果浆的DPPH清除能力。值得注意的是,500 MPa处理300 s显著提高了FRAP值(图4)和·OH清除能力(图5),这是由于高压促进了细胞结构破坏与亲水性抗氧化物的释放,但可能降低了脂溶性抗氧化物质的稳定性。然而,DPPH主要响应脂溶性抗氧化物质,这导致DPPH自由基清除能力显著下降。
3 结论
本研究对比了巴氏杀菌、瞬时高温杀菌、微波杀菌和不同压力与时间下的超高压杀菌工艺对芒果浆中残留细菌总数、理化指标、抗氧化性的影响。结果表明瞬时高温和400 MPa以上的高压杀菌处理的芒果浆未检测出活细菌,高压杀菌效果与压力大小密切相关,而巴氏杀菌、微波杀菌和300 MPa的高压杀菌还使芒果浆中残留了大量的细菌。瞬时高温虽然杀菌效果突出,但也导致芒果浆的色泽变得暗淡,色差变化最大,巴氏杀菌、微波杀菌能很好地保持芒果浆的色泽,而高压灭菌工艺中只有300 MPa/180 s没有显著改变芒果浆的色泽,其他压力条件下芒果浆的色泽变化均大于巴氏杀菌和微波杀菌。各种灭菌方式虽然改变了芒果浆TSS、总糖、TA的含量,但它们整体的变化不大,而杀菌处理显著降低了芒果浆的维生素C含量,但总酚含量却变化不大。500 MPa处理300 s显著提高了芒果浆的FRAP、·OH清除能力,却降低了DPPH清除能力,其他杀菌工艺都降低了芒果浆的FRAP、·OH清除能力、DPPH清除能力。瞬时高温杀菌有效灭菌的同时,明显改变了芒果浆的色泽,且大大降低了·OH清除能力;巴氏杀菌和微波杀菌在色泽、理化指标和抗氧化性方面效果突出,但无法有效控制芒果浆中的细菌数量。综上,400 MPa 和500 MPa高压杀菌不仅灭菌效果突出,还能较好地保持芒果浆原有色泽、理化指标的稳定和相对较强的抗氧化性。
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