超声波技术、超高压技术[1]、高压脉冲电场技术[2]、低压脉冲电场技术[3]、微波技术[4]等非热杀菌技术通常被应用于果汁杀菌，杀灭微生物的同时，保持了果汁原有的品质。超声波是一种绿色的非热物理加工方法，具有耗能少、操作简单、工作效率高等优点，被广泛应用于食品加工与贮藏中，例如有效成分的提取[5-7]、食品物料的脱水干燥[8-11]、改善食品品质[12-14]、杀灭微生物[15-17]等。超声波杀菌的原理是超声波可使压力和温度发生局部的迅速变化，进而产生剪切破坏、空穴化效应、细胞膜变薄、定位加热和自由基的生成等，这对微生物来讲是致命的[18]。超声波处理技术作为一种有效的辅助灭菌方法，逐渐受到重视，已被应用到火龙果汁[19]、芒果汁[20]、苹果汁[21]、柑橘汁[22]等果汁的杀菌中。

新鲜的蓝莓汁营养丰富、风味独特，但其水分含量高，不易保存。本研究探讨超声功率、超声时间、超声温度等因素对蓝莓汁杀菌率和品质的影响，以期为超声波技术在蓝莓汁加工中的应用提供实验支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

蓝莓，大润发超市；没食子酸、Folin-Ciocalteu试剂、1，1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)、琼脂、葡萄糖、KH2PO4、KCl、乙酸钠、无水乙醇、无水Na2CO3、乙酸、HCl，均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

SB-4200D型超声波清洗机，宁波新芝生物科技股份有限公司；CR-10plus型手持色差仪，日本柯尼卡美能达公司；PAL-1型数显糖度计，日本Atago爱宕公司；IN812C型低温恒温培养箱，重庆雅马拓科技有限公司；YXQ-L50SⅡ型立式压力蒸汽杀菌锅，上海博讯实业有限公司医疗设备厂；YCD-EL259A型医用冷藏冷冻箱，中科美菱低温科技股份有限公司；80-2台式电动离心机，金坛市杰瑞尔电器有限公司；SpectraMax-190 型全波长酶标仪，美国 Molecular Devices 公司；LAMBDA365紫外可见分光光度计，美国Perkin Elmer公司；PHS-3E型精密台式酸度计，上海雷磁仪器有限公司；ZHJH-C2112B型水平流超净工作台，上海智城分析仪器制造有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 蓝莓汁的制备

将冷冻蓝莓解冻、清洗，按照m(蓝莓)∶m(饮用水)=1∶6混合榨汁，然后在4 000 r/min下离心20 min，取上清液，进行超声处理。

1.3.2 蓝莓汁的超声

分别以超声功率、超声时间和超声温度为因素，以杀菌率、总酚、花色苷、DPPH清除率、可溶性固形物、pH、色泽等为响应值，进行实验。其中超声时间选取2、4、6、8、10 min；超声功率选取120、150、180、210、240 W；超声温度选择20、30、40、50、60 ℃。以未超声处理的蓝莓汁为对照组。

1.3.3 杀菌率的测定

菌落总数的测定参照GB 4789.2—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》。杀菌率按公式(1)计算[23]：

杀菌率

(1)

1.3.4 总酚含量的测定

总酚含量采用Folin-Ciocalteu法[24]测定。以没食子酸做标准曲线，结果表示为每升样品中没食子酸的质量(mg)。

1.3.5 花色苷含量的测定

花色苷含量采用pH示差法[24]测定。结果表示为每升样品中所含矢车菊-3-葡萄糖苷的质量(mg)。

1.3.6 DPPH自由基清除率

DPPH自由基清除能力采用吴永祥等[25]的方法，利用酶标仪测定各样品在517 nm处的吸光值。按公式(2)计算：

(2)

式中：I,DPPH 自由基清除率；A1,样品组150 μL蓝莓汁吸光度；A2,100 μL蓝莓汁与50 μL无水乙醇溶液的吸光度；A3,100 μL蒸馏水与50 μL DPPH溶液的吸光度； A4,100 μL蒸馏水与50 μL无水乙醇溶液的吸光度。

1.3.7 色泽测定

使用手持色差计对蓝莓汁的色泽进行测量，其中CIELAB为色泽空间，记录L*、a*、 b*和ΔE值。L*值代表亮度从黑(L*=0)到白(L*=100)，a*值代表从绿(-)到红(+)，b*值代表从蓝(-)到黄(+)。ΔE，其中ΔL*为超声波处理样品与对照样品L*值的差值，Δa*为超声波处理样品与对照样品a*值的差值，Δb*为超声波处理样品与对照样品b*值的差值。

1.3.8 可溶性固形物含量和pH的测定

使用数显糖度计和酸度计直接测定蓝莓汁样品的可溶性固形物含量和pH。

2 结果与讨论

2.1 超声处理对蓝莓汁杀菌效果的影响

2.1.1 超声功率对蓝莓汁杀菌率的影响

在超声时间为6 min，超声温度为40 ℃的条件下，不同超声功率对蓝莓汁杀菌率的影响见图1。超声功率对蓝莓汁的杀菌率有显著影响(P<0.05)。当超声功率由120 W增加到180 W时，杀菌率由23.1%增加到53.0%。超声功率180 W时的杀菌率是120 W的2.3倍。而超声功率180、210和240 W时的杀菌率无显著差异(P>0.05)。当超声功率>180 W时，杀菌率不再增大，可能是由于声压幅值过大，在声波的空化相内空化泡增长过大，致使空化泡在声波的压缩相内来不及发生崩溃，影响空化效果，杀菌效果反而不能提升。

2.1.2 超声时间对蓝莓汁杀菌率的影响

在超声功率为180 W，超声温度为40 ℃的条件下，不同超声时间对蓝莓汁杀菌率的影响见图2。超声时间对蓝莓汁的杀菌率有显著影响(P<0.05)。随着超声时间的增加，杀菌率显著增加。当超声时间由2 min增加到8 min时，杀菌率达到最大值64.1%，此时的杀菌率是2 min时的3.3倍。而超声时间8和10 min时的杀菌率无显著差异(P>0.05)。

2.1.3 超声温度对蓝莓汁杀菌率的影响

在超声功率为180 W，超声时间为8 min的条件下，不同超声温度对蓝莓汁杀菌率的影响见图3。

超声温度对蓝莓汁的杀菌率有显著影响(P<0.05)。随着超声温度的增加，杀菌率呈现先升高后下降的趋势。超声温度20、40和60 ℃时的杀菌率分别是35.4%、63.5%和53.3%。60 ℃时的杀菌率比40 ℃杀菌率下降的原因可能是温度升高后，超声声振介质的蒸气压升高削弱了空穴裂解的强度，从而导致微生物杀灭率有所降低[26]。

2.2 超声处理对蓝莓汁总酚、花色苷含量和抗氧化活性的影响

2.2.1 超声功率对蓝莓汁总酚、花色苷含量和DPPH自由基清除率的影响

在超声时间为6 min，温度为40 ℃时，超声功率对蓝莓汁总酚、花色苷含量和抗氧化活性的影响见表1。超声功率对蓝莓汁总酚含量有显著影响(P<0.05)，随着功率的增大，总酚含量呈现增加的趋势，这是因为超声功率对总酚的提取有积极作用[27]。中低功率(120、150、180、210 W)超声处理对蓝莓汁花色苷含量没有显著影响(P>0.05)，但是240W超声处理的蓝莓汁中花色苷含量显著降低(P<0.05)。这是因为一定功率的超声波可以促进花色苷的溶出，但超过一定功率时可能会破坏其化学键致使花色苷产解分解，导致花色苷含量降低[28]。超声功率对蓝莓汁的DPPH自由基清除率没有显著影响(P>0.05)，即蓝莓汁在不同功率下超声处理抗氧化活性不变。

2.2.2 超声时间对蓝莓汁总酚、花色苷含量和DPPH自由基清除率的影响

在超声功率为180 W，超声温度为40 ℃的条件下，超声时间对蓝莓汁总酚、花色苷含量和抗氧化活性的影响见表2。结果显示，不同超声时间(2、4、6、8、10 min)下，蓝莓汁的花色苷含量与对照组相比显著降低(P<0.05)，而总酚含量显著增加(P<0.05)，这可能是超声波产生的空化效应破坏了植物细胞壁，使提取溶剂易溶于植物细胞，促进总酚的溶出[27]。超声处理时间对蓝莓汁的DPPH自由基清除活性没有显著影响(P>0.05)，于庆华[29]在超声处理桑葚果汁时得到了类似的结果。

2.2.3 超声温度对蓝莓汁总酚、花色苷含量和DPPH自由基清除率的影响

在超声功率为180 W，超声时间为8 min的条件下，超声温度对蓝莓汁总酚、花色苷含量和抗氧化活性的影响见表3。结果表明，超声温度对蓝莓汁总酚、花色苷含量和DPPH自由基清除率均有显著影响(P<0.05)。随着超声温度的增加，蓝莓汁中总酚含量呈现逐步增加的趋势。在较高温度(50和60 ℃)下，蓝莓汁花色苷含量和DPPH自由基清除率显著降低，是因为花色苷在高温条件下不稳定，易发生降解。

2.3 超声处理对蓝莓汁可溶性固形物、pH和色泽的影响

2.3.1 超声功率对蓝莓汁可溶性固形物、pH和色泽的影响

在超声时间为6 min，超声温度为40 ℃条件下，超声功率对蓝莓汁可溶性固形物、pH和色泽的影响见表4。结果显示，不同功率的超声处理对蓝莓汁的可溶性固形物、pH均没有显著影响(P>0.05)。超声处理对色泽有一定影响，当超声功率为240 W时，亮度L*值显著下降(P<0.05)，色差ΔE最大，与对照组色泽差别最大。

2.3.2 超声时间对蓝莓汁可溶性固形物、pH和色泽的影响

在超声功率为180 W，超声温度为40 ℃条件下，超声时间对蓝莓汁可溶性固形物、pH和色泽的影响见表5。结果显示，不同时间的超声处理对pH没有显著影响(P>0.05)。长时间(10 min)超声处理引起蓝莓汁中可溶性固形物和亮度L*值显著下降(P<0.05)。超声4 min和10 min的ΔE较大，与对照组色泽差别较大。

2.3.3 超声温度对蓝莓汁可溶性固形物、pH和色泽的影响

在超声功率为180 W，超声时间为8 min条件下，超声温度对蓝莓汁可溶性固形物、pH和色泽的影响见表6。结果显示，高温50和60 ℃超声处理会显著影响蓝莓汁中可溶性固形物含量(P<0.05)，高温下样品与对照组的色差ΔE也较大，这可能是因为蓝莓汁中主要呈色物质花色苷发生部分降解，以及高温下酶促褐变反应加快，综合作用使得蓝莓汁色泽发生变化。

3 结论

超声处理对蓝莓汁具有一定的杀菌作用，杀菌率受超声功率、超声时间和超声温度的影响。当超声功率为180 W、超声时间8 min、超声温度40 ℃时，蓝莓汁杀菌率达到64%。超声处理可以作为蓝莓汁杀菌处理的辅助方式，也可以作为蓝莓汁预处理的方式，降低微生物数量。超声处理可与其他杀菌技术联合使用以提高杀菌效果。较高的超声温度(50和60 ℃)会影响蓝莓汁的总酚、花色苷含量、抗氧化活性、可溶性固形物含量和色泽，较低超声温度(≤40 ℃)、适宜的超声功率和时间能最大限度地保持蓝莓汁的品质。

参考文献

[1] 房子舒,易俊洁,张雅洁,等.超高压和高温瞬时杀菌对蓝莓汁品质影响的比较[J].食品与发酵工业,2012,38(12):7-10.

[2] 陶晓赟,王寅,陈健,等.高压脉冲电场对蓝莓汁杀菌效果及品质的影响[J].食品与发酵工业,2012,38(7):94-97.

[3] ZHU N, ZHANG S,LI J, et al. Design and optimization of a microchip operating at low-voltage pulsed electric field for juice sterilization[J]. Food and Bioprocess Technology,2019,12(10)：1 696-1 707.

[4] 谢国芳,王瑞,周笑犁,等.巴氏、超高温和微波处理对蓝莓原汁品质的影响[J].食品与生物技术学报,2015,34(10):1 095-1 100.

[5] 黄兆翔,庞道睿,王卫飞,等.超声波辅助酶法提取花生红衣中白藜芦醇的工艺优化[J].中国油脂,2020,45(2):122-126.

[6] 梁志宏,尹蓉,张倩茹,等.提取方式对枣膳食纤维理化及功能特性的影响[J].食品与发酵工业,2019,45(19):132-137.

[7] 孙莎,吴伟杰,郜海燕,等.杨梅果实抗氧化物质的提取及其稳定性研究[J].中国食品学报,2018,18(8):185-193.

[8] CHEN Y, LI M, DHARMASIRI T S K,et al.Novel ultrasonic-assisted vacuum drying technique for dehydrating garlic slices and predicting the quality properties by low field nuclear magnetic resonance[J]. Food Chemistry,2020,306：125 625.

[9] CAO X,ISLAM M N,ZHONG S, et al.Drying kinetics, antioxidants, and physicochemical properties of litchi fruits by ultrasound-assisted hot air-drying.[J]. Journal of Food Biochemistry,2020,44(1):13 073.

[10] 田伏锦,刘云宏,黄隽妍,等.马铃薯超声强化冷风干燥及品质特性[J].食品科学,2019,40(5):85-94.

[11] 刘云宏,孙畅莹,曾雅.直触式超声功率对梨片超声强化热风干燥水分迁移的影响[J].农业工程学报,2018,34(19):284-292.

[12] 崔强,王琳,周国卫,等.超声处理对大豆分离蛋白-乳清分离蛋白混合蛋白功能特性的影响[J].食品科学,2019,40(23):111-116.

[13] FALLAVENA L F, MARCZAK L D F, MERCALI G D. Ultrasound application for quality improvement of beef Biceps femoris physicochemical characteristics[J]. LWT,2020,118:108 817

[14] 张坤,王道营,张淼,等.高强度超声对鹅胸肉嫩度及品质的影响[J].食品科学,2018,39(15):122-127.

[15] 李申,马亚琴,李楠楠,等.基于声化学效应探究低频超声处理对温州蜜柑汁杀菌及其品质的影响[J].食品与发酵工业,2017,43(5):106-114.

[16] KHANDPUR P, GOGATE P R. Evaluation of ultrasound based sterilization approaches in terms of shelf life and quality parameters of fruit and vegetable juices[J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2016, 29(123):337-353.

[17] 王文宗,李冰,田应娟,等.超声波对胡萝卜汁杀菌效果的研究[J]. 食品科学, 2009,30(22):58-60.

[18] PASSOS M L, RIBEIRO C P.食品工程的创新:新技术与新产品[M].张慜等，译.北京:中国轻工业出版社,2013.

[19] 王振帅,曾秋烦,信思悦,等.超声联合杀菌对火龙果汁品质及抗氧化性的影响[J].食品与发酵工业,2019,45(5):157-163.

[20] SANTHIRASEGARAM V, RAZALI Z, SOMASUNDRAM C. Effects of thermal treatment and sonication on quality attributes of Chokanan mango (Mangifera indica L.) juice[J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2013, 20(5):1 276-1 282.

[21] GABRIEL A A. Microbial inactivation in cloudy apple juice by multi-frequency Dynashock power ultrasound[J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2012, 19(2):346-351.

[22] 李申,马亚琴,李楠楠,等.基于声化学效应探究低频超声处理对温州蜜柑汁杀菌及其品质的影响[J].食品与发酵工业,2017,43(5):106-114.

[23] 胡顺爽,郜海燕,吴伟杰,等.响应面法优化草莓鲜榨汁紫外杀菌工艺[J].食品科学,2018,39(22):227-234.

[24] CHU W,GAO H,CHEN H, et al. Effects of cuticular wax on the postharvest quality of blueberry fruit[J]. Food Chemistry,2018,239:68-74.

[25] 吴永祥,王雅群,戴毅,等.祁白术多酚酶法提取工艺优化及其抗氧化、抑制黑色素合成活性[J].核农学报,2019,33(6): 1 146-1 155.

[26] GARCIA M L, BURGOS J, SANZ B, et al．Effect of heat and ultrasonic waves on the survival of two strains of Bacillus subtilis[J]. Journal of Applied Bacteriology, 1989,67(6): 619-628.

[27] 张震,马亚琴,王鹏旭,等. 局部超声效应对甜橙皮渣总酚提取及其抗氧化性的影响[J].食品与机械, 2018,34(8): 19-23.

[28] 程佑声,王鸿飞,许凤,等.蓝莓皮渣花色苷提取及抗氧化活性的研究[J].果树学报,2015,32(4):696-704.

[29] 于庆华.超声处理对桑葚果汁品质影响研究[J].食品科技, 2019,44(7):109-115.

Effects of ultrasonic treatment on the sterilization and quality of blueberry juice

CHU Wenjing*, YE Shuangshuang, ZHANG Fulong,WANG Xian, SHANG Chuanxian

(College of Life and Environment Sciences, Huangshan University, Huangshan 245041, China)

ABSTRACT The effects of ultrasonic treatment on the sterilization and quality of blueberry juice were studied. The results showed ultrasonic treatment including ultrasonic power, ultrasonic time, ultrasonic temperature had a significant effect on the sterilization rate of blueberry juice. The sterilization rate of blueberry juice reached 64% when ultrasonic conditions were 180 W of ultrasonic power, 8 min of ultrasonic time, and 40 ℃ of ultrasonic temperature. As the ultrasound power and ultrasound time increased, total phenol content increased and anthocyanin content decreased, but the DPPH radical scavenging rate of blueberry juice remained unchanged. When the ultrasonic temperature was higher than 40 ℃, the radical scavenging rate of DPPH blueberry juice decreased significantly. Ultrasound treatment has little effect on soluble solids, pH and color of blueberry juice.

Key words blueberry juice; ultrasonic treatment; sterilization rate; quality

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.023927

引用格式:楚文靖，叶双双，张付龙，等.超声处理对蓝莓汁杀菌效果和品质的影响[J].食品与发酵工业,2020,46(13):203-208.CHU Wenjing, YE Shuangshuang, ZHANG Fulong, et al. Effects of ultrasonic treatment on the sterilization and quality of blueberry juice[J].Food and Fermentation Industries,2020,46(13):203-208.

第一作者：博士，讲师(本文通讯作者，E-mail：chuwenjing58@126.com)

基金项目：黄山学院人才启动项目(2018xkjq001)；安徽省大学生创新训练项目(201810375080); 国家级大学生创新训练项目(201910375018)

收稿日期：2020-011，改回日期：2020-03-26