微波处理对芒果原浆杀菌效果和品质的影响研究

余秀丽 施瑞城

摘 要 为了探讨微波杀菌对芒果原浆品质的影响，研究不同微波功率、处理时间、样品初始温度对芒果原浆菌落总数及维生素C含量、褐变度（BD）和色泽等品质指标的影响，采用正交试验优化微波杀菌工艺条件，并与巴氏杀菌工艺进行比较，分析杀菌前后芒果原浆菌落总数及感官品质的变化。结果表明，微波处理具有非常好的杀菌效果，且能抑制芒果原浆的褐变度、保护芒果原浆的营养成分和色泽。芒果原浆微波杀菌工艺最佳参数为：微波功率550 W，处理时间60 s，样品初始温度35 ℃，此工艺下菌落总数为50 CFU/mL，杀菌率达99.9%。与巴氏杀菌处理相比，采用微波杀菌不仅能达到更好的杀菌效果，而且原有品质保持良好。该杀菌工艺的研究为芒果原浆的贮存提供了理论依据。

关键词 芒果原浆；微波杀菌；杀菌效果；品质

中图分类号 F307.5 文献标识码 A

Abstract In order to explore the effect of microwave pasteurization on the quality of mango puree， the influence of different microwave power， treatment time， and sample initial temperature on the quality indices of mango puree such as the total number of bacteria， L-ascorbic acid content， browning degree（BD）and color was studied. The sterilization conditions were optimized by an orthogonal experiment. In addition， the process was compared to pasteurization； The sterilization effect and changes in sensory characteristics of the mango puree were analyzed before and after sterilization. The results indicated that microwave treatment had a very good sterilization effect， inhibited browning degree， and preserved the nutritional component and color of mango puree. The optimal sterilization process parameters were as follows： microwave power for 550 W， treatment time for 60 s， sample initial temperature at 35 ℃. Under these conditions， the total number of bacteria was 50 CFU/mL， and the sterilization rate was up to 99.9%. Compared to pasteurization， microwave sterilization of mango puree could achieve a preferable sterilizing effect with little quality deterioration. This study thus provides a theoretical basis for storage and preservation of mango puree.

Key words mango puree； microwave sterilization； sterilization effect； quality

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.03.029

芒果（Mangifera indica L.）属于漆树科芒果属，是重要的热带水果之一，其营养丰富、香甜味美、风味独特、外形美观，被誉称为“热带果王”[1-3]。芒果富含碳水化合物、脂肪、蛋白质、有机酸、氨基酸、维生素、多酚类物质、矿物质和膳食纤维等多种营养成分[4]，其中类胡萝卜素和维生素C含量明显高于其他水果[5]，具有止晕、止咳、利尿、解渴、益胃、抗癌、抗抑郁、延缓衰老和护目养颜等保健功效[6]。然而，芒果属于呼吸跃变型水果，贮藏期短，很容易软化后熟、发病腐烂，从而失去其商品价值，严重制约着芒果产业的发展[7]。将芒果加工成原浆这种半成品形式保存起来，可以有效延长芒果果汁、果酱及其它产品加工所需原料的供应期。果蔬产品在加工过程中很容易受微生物污染而腐烂变质，杀菌是保持产品品质稳定和延长其货架期的必要工艺。传统的果浆杀菌方式多采用传导式热力杀菌，可有效地杀死微生物，但其温度高、时间长，会对产品的热敏性营养成分和色泽等品质造成破坏，从而影响产品的质量。

微波杀菌作为近年来新兴的一种辐射杀菌技术，在食品行业中已经被广泛应用[8]。由于微波处理具有由微波产生的温度场热效应和电磁场非热效应双重杀菌作用[9]，与传统热杀菌相比，可以在较低的温度下达到相同的杀菌效果，且升温快，可大大缩短食品物料在高温下的作用时间，有效减少营养成分和风味物质的损失和改变，从而提高产品的品质[10]。目前，国内外已有一些研究学者利用微波杀菌技术对水果原浆进行杀菌，如番木瓜浆[11]、苹果浆[12]、猕猴桃浆[13]、草莓浆[14]等，均取得较好的杀菌效果，而将微波杀菌技术应用于芒果原浆的研究尚未见任何报道。本研究主要探讨芒果原浆微波杀菌的最佳工艺条件，在单因素试验的基础上，以菌落总数、可溶性固形物、维生素C含量、褐变度（BD）以及总色差（ΔE）等为指标综合考察微波功率、处理时间和样品初始温度对芒果原漿杀菌效果和品质变化的影响，并与传统巴氏杀菌工艺进行比较。该研究旨在为芒果原浆的贮存提供一定的理论依据，也可为其它类似产品微波杀菌技术的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 材料与试剂 新鲜芒果：品种为“台农”，产地为海南。氯化钠、草酸、抗坏血酸、2，6-二氯酚靛酚标准品、无水乙醇，以上试剂均为分析纯。平板计数琼脂（PCA）购自广东环凯微生物科技有限公司。

1.1.2 仪器与设备 NN-GS597M型Panasonic微波炉（频率为2450MHz，1 000 w）（上海松下微波炉有限公司）； G154DW自动压力灭菌锅[致微（厦门）仪器有限公司]；SW-CJ-1FD洁净工作台（苏州佳宝净化工程设备有限公司）；SPX智能型生化培养箱（宁波江南仪器厂）；WYT型手持折光仪（成都兴晨光学仪器有限公司）；PHS-3C型pH计（上海仪电科学仪器股份有限公司）；CR-400型便携式色差仪（日本柯尼卡美能达公司）；TGL-16M型高速冷冻离心机（湖南湘仪）；T6新世纪型紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）；AR124CN型电子天平[奥豪斯仪器（上海）有限公司]；PL-303型电子天平[梅特勒-托利多仪器（上海）]。

1.2 方法

1.2.1 芒果原浆的制备 将芒果洗净后，去皮去核，切块，用打浆机制浆，将芒果原浆灭菌后迅速打开微波炉门，然后立即用灭过菌的瓶盖密封；称取50 g芒果原浆于经过灭菌的玻璃瓶中（50 mL，高为60 mm，内径为49 mm），以微波处理时间0 s的芒果原浆作为对照组。

1.2.2 不同微波功率对芒果原浆微生物和品质的影响

将芒果原浆置于微波炉腔正中央位置，分别在300、400、550、700、1 000 W微波功率和25 ℃条件下，微波处理60 s；取出处理后的芒果原浆，立即分段冷却至室温，然后置于4 ℃下冷藏待测。以未经处理的芒果原浆作为空白对照（CK）。

1.2.3 不同处理时间对芒果原浆微生物和品质的影响

将芒果原浆置于微波炉腔正中央位置，在550 W、25 ℃条件下，分别处理30、60、90、120 s；然后取出处理后的芒果原浆，立即分段冷却至室温，然后置于4 ℃下冷藏待测。以未经处理的芒果原浆作为空白对照（CK）。

1.2.4 不同样品初温对芒果原浆微生物和品质的影响

将芒果原浆置于微波炉腔正中央位置，在550 W、60 s条件下，分别进行不同初温处理，即分别预热至15、25 、35、45 ℃；然后取出处理后的芒果原浆，立即分段冷却至室温，然后置于4 ℃下冷藏待测。以未经处理的芒果原浆作为空白对照（CK）。

1.2.5 巴氏杀菌处理条件 将芒果原浆置于85 ℃的恒温水浴中处理10 min，取出后立即分段冷却至室温，然后置于4 ℃下冷藏待测。

1.2.6 菌落总数的测定 根据国标《GB 4789.2-2010食品微生物学检验 菌落总数测定》进行测定，以CFU/mL为单位。

1.2.7 可溶性固形物（TSS）含量的测定 采用手持折光仪来测定。

1.2.8 pH值的测定 采用校准过的实验室PHS-3C型pH计测定。

1.2.9 维生素C含量的测定 采用2，6-二氯酚靛酚法测定，结果以mg/hg表示。

1.2.10 褐变度（BD）的测定 参照Liu等[15]的方法并稍作修改。取3.0 mL芒果原浆浸出液，加3.0 mL无水乙醇，混匀后，在4 ℃条件下以4 500 r/min离心15 min；取上清液，在420 nm处测定其吸光度，以无水乙醇作为空白对照。

1.2.11 色差的测定 芒果原浆的颜色变化用色差（ΔE）来表示，采用CR-400型色差计测定。测定芒果原浆的L*、a*、b*值，每个样品重复3次。其中L*表示亮度，L*值越大，表明样品的亮度越大；a*表示红绿偏向，正值代表偏向红色，负值代表偏向绿色；b*表示黄蓝偏向，正值代表偏向黄色，负值代表偏向蓝色。数值越大，表明偏向的程度就越大。總色差ΔE反映色泽的总体变化程度，ΔE越大则表明样品的色泽变化越大。计算公式如下：

ΔE=[（ΔL*）2+（Δa*）2+（Δb*）2]1/2

1.3 数据处理

试验数据采用Excel 2016进行处理，并用SPSS Statistics 22.0软件进行统计分析；采用ANOVA进行Turkey多重比较分析（p<0.05）。每项指标重复测定3次，测定结果均用平均值±标准偏差（SD）来表示。

2 结果与分析

2.1 不同微波功率对芒果原浆杀菌效果和品质的影响

2.1.1 不同微波功率对芒果原浆中菌落总数的影响 微波杀菌的作用机理是利用热效应和非热生化效应产生的协同增效作用将微生物杀死。热效应是利用高温破坏微生物体内蛋白质的结构，导致其变性，从而达到杀菌效果；非热生化效应是利用微波破坏微生物的机体，使其细胞的正常生理活动受到影响，不能正进行新陈代谢作用，生长发育因此受阻而最终死亡[16-17]。从图1可以看出，在微波处理时间（60 s）和样品初始温度（25 ℃）固定的条件下，随着微波功率的不断升高，芒果原浆中的菌落总数显著减少（p<0.05）。当功率为550 W和700 W时，灭菌率分别为99.75%和99.92%，杀菌效果明显但二者差别不大；当微波功率为1 000 W时，芒果原浆中未检测到细菌，杀菌效果最好。可见，微波功率的升高有助于杀灭微生物，这是因为随着微波功率的增大，电场强度逐渐增强，芒果原浆中的微生物吸收的微波能增加，加剧了其自身的死亡[11]。

2.1.2 不同微波功率对芒果原浆TSS、pH、维生素C和褐变度（BD）的影响 可溶性固形物（TSS）主要指可溶性糖，包括单糖、双糖、多糖等，其作为果蔬汁（浆）行业常用的技术参数，是果蔬汁（浆）品质评价中的关键指标[18-19]。从表1可知，与对照组相比，随着微波功率的增大，芒果原浆可溶性固形物含量均有所增加。这可能是由于在微波的作用下芒果原浆组织受损，内容物质溶出，且功率越大受损越严重。当微波功率在400～700 W时，芒果原浆中可溶性固性物含量无明显变化。这可能是由于当功率增大到一定程度时，导致一些易凝聚成分如果胶物质凝聚包裹了部分溶出物，与微波的作用相抵消[11]。不同种类的果蔬汁（浆）都有其不同的pH值，pH值是评价果蔬汁（浆）的重要指标之一。由表1可知，芒果原浆的pH值较对照组也有所增加，但随着微波功率的继续增大，各组间差异不显著。

维生素C是水果中的重要营养成分，其性质极不稳定，易受氧气、压力、温度、微量元素及酸和光照等因素的影响[20]。从表1可以看出，同对照组相比，随着微波功率的增大，芒果原浆中的维生素C含量不断下降，各组间差异显著（p<0.05）。这是因为维生素C对温度非常敏感，微波热效应使芒果原浆温度上升，从而导致维生素C被破坏[21]。

褐变度是评价食品颜色变化的重要指标。由表1可知，经不同微波功率处理后，芒果原浆的褐变度较对照组有所升高。当微波功率小于550 W时，褐变度变化较小且各组间差异不显著，较好地保证了芒果原浆的营养品质，减少了因温度作用而导致芒果原浆发生的褐变反应。褐变度的变化主要是由于维生素C、多酚物质和胡萝卜素等的降解所引起的非酶褐变，以及还原糖和氨基酸之间发生的Maillard反应所致[22-23]。

2.1.3 不同微波功率对芒果原浆色泽的影响 色泽变化是衡量食品在杀菌过程中感官品质变化的重要指标。由表2可知，与对照组相比，经微波杀菌处理后芒果原浆的L*值（亮度）均有所增加，整体上随功率升高而呈逐渐增大趋势。而a*值（红度）与b*值（黄度）均有不同程度的降低，说明经微波处理后芒果原浆所固有的红黄色均有所变淡。根据有关文献报道[24]，深色物质，包括水溶性色素氧化或者Maillard反应产物等都会使a*值减小，这可能与Vc的降解有关；经热处理后总类胡萝卜素的氧化褪色会使果浆的白色和亮度更加明显，而β-胡萝卜素向反式结构转化则会减弱其原有的红色。其中，微波功率为1 000 W时对芒果原浆的色泽影响最大。可见，增大微波功率会对芒果原浆的色泽造成显著影响。 所以，从杀菌效果和感官品质方面综合考虑，选择550 W作为最佳微波功率。

2.2 不同微波处理时间对芒果原浆灭菌效果和品质的影响

2.2.1 不同微波处理时间对芒果原浆中菌落总数的影响 由图2可知，在固定微波功率（550 W）和样品初始温度（25 ℃）的条件下，芒果原浆中的菌落总数随微波处理时间的延长而逐渐下降，处理时间越长，微波产生的热效应越大，非热效应作用的时间也越长，残存菌落数就越少。与对照组相比，处理时间为30 s时菌落总数下降趋势不明显，这是因为此时温度太低，微波处理时间太短，既没有达到微生物的热致死温度，微生物也没有吸收太多的微波能；随着微波处理时间的延长，菌落总数显著减少（p<0.05），其中当处理时间为60 s时，菌落总数迅速下降，灭菌率达99.75%；90 s时与60 s相比差异显著（p<0.05）；当处理时间为120 s时，芒果原浆中未检测到微生物，说明微波处理对芒果原浆具有很好的杀菌效果。

2.2.2 不同微波处理时间对芒果原浆TSS、pH、维生素C和褐变度（BD）的影响 由表3可知，随着处理时间的延长，芒果原浆中可溶性固性物（TSS）含量较对照组均有所增加，这可能是因为微波处理时间的延长会伴随温度的上升，从而引起非水溶性物质降解及芒果原浆组织内容物质的溶出[11]。同样，pH值较对照组也有所增加，且处理时间大于60 s时变化显著。同对照组相比，随着处理时间的延长，芒果原浆中的维生素C含量不断下降，差异显著（p<0.05）。此外，随着处理时间的延长，褐变度逐渐增大，其中90 s后增加显著。

2.2.3 不同微波处理时间对芒果原浆色泽的影响

由表4可知，与对照组相比，经微波处理后芒果原浆的亮度（L*）有所增加，并随处理时间的延长而呈逐渐增大的趋势，各组间差异不显著（p<0.05）；而a*值（红度）和b*值（黄度）有所下降，这可能是因为微波的热效應作用使芒果原浆中的呈色物质发生降解反应。其中，微波处理时间120 s时芒果原浆的色泽变化最为显著。可见，延长微波处理时间会对芒果原浆的色泽造成显著影响。所以，从杀菌效果和感官品质方面综合考虑，选择60 s作为最佳微波处理时间。

2.3 不同样品初温对芒果原浆灭菌效果和品质的影响

2.3.1 不同样品初温对芒果原浆微生物的影响

由图3可知，在一定功率（550 W）和时间（60 s）的条件下，随着样品初始温度的不断升高，芒果原浆的菌落总数呈不断下降的趋势，各处理组间差异显著（p<0.05）。当初始温度为25 ℃和35 ℃时，芒果原浆的灭菌率已分别达到99.75%和99.94%；45 ℃时未检测到微生物。这是因为样品初始温度越高，经微波加热后能达到较高的温度，从而对微生物有更好的杀菌效果。样品初始温度越高，消耗的能量越大，在工业实际生产中成本越高，所以确定最优工艺时也要考虑物料初温对能量的消耗[25]。

2.3.2 不同样品初温对芒果原浆TSS、pH、维生素C和褐变度（BD）的影响 由表5可知，随着样品初始温度的升高，芒果原浆中的可溶性固形物含量不断增大，当初始温度为45 ℃吋，可溶性固形物含量最大，这可能是由于样品初始温度的升高对芒果原浆组织内容物质的溶出和非水溶性物质的降解有促进作用[11]。与对照组相比，样品初始温度为15 ℃时，pH值有所增加，但变化不显著；当初温大于25 ℃时，pH值显著增加。同对照组相比，随着样品初始温度的增加，芒果原浆中的维生素C含量不断下降，差异显著（p<0.05），但25 ℃和35 ℃之间差异不显著（p>0.05）。随着样品初始温度的升高，褐变度（BD）有所增加，但变化不显著，初温大于35 ℃时褐变度（BD）显著增加。

2.3.3 不同样品初温对芒果原浆色泽的影响 从表6可以看出，同对照组相比，随着样品初始温度的不断升高，芒果原浆的L*值（亮度）有所下降，整体上呈先上升后下降趋势；而a*值（红度）、b*值（黄度）变化趋势类似，随样品初温的升高而逐渐下降；色差值（ΔE）逐渐增大。其中，样品初始温度为45 ℃时芒果原浆颜色变化最明显。所以，从杀菌效果和感官品质方面综合考虑，选择35 ℃作为最佳样品初始温度。

2.4 芒果原浆微波杀菌工艺的优化

根据以上单因素试验结果，确定对芒果原浆微波杀菌效果影响显著的几个因素和其主要水平，以菌落总数、TSS、维生素C、褐变度（BD）和色差值（ΔE）为评价指标，采用3因素3水平正交试验设计。芒果原浆微波杀菌正交试验设计与结果分析见表7。

由表7中的极差分析可知，微波功率、处理时间和样品初始温度对芒果原浆的杀菌效果和品质都有影响。其中，对菌落总数、维生素C、褐变度和色差影响最大的因素是微波功率，其次是微波处理时间，样品初始温度的影响最小，菌落总数的最优工艺为A2B3C3，维生素C的最优工艺为A1B1C1，褐变度（BD）的最优工艺为为A1B1C1，色差的最优工艺为A1B1C1。此外，对可溶性固形物影响最大的因素是微波处理时间，其次是微波功率，最后是样品初始温度，可溶性固形物的最优工艺为A1B1C2。由表7可知，400 W、45 s、25 ℃条件下芒果原浆品质最优，但杀菌效果不显著；而550 W、60 s、45 ℃条件下品质方面虽不及400 W、45 s、25 ℃，但对芒果原浆的杀菌效果最好。

由k值可以得出，以菌落总数为评价指标的最优组合为A2B3C3，该组合并未在表7中出现；而表7的正交试验中菌落总数最少的组合为A2B2C3，考虑到微波处理时间和样品初始温度对芒果原浆杀菌效果和品质的影响相对不明显，从高效节能和实际生产中的操作难易程度以及节约成本等多角度综合考虑，选择微波处理时间为60 s，樣品初始温度为35 ℃。所以，从杀菌效果和感官品质方面综合分析，芒果原浆微波处理的最优水平组合为A2B2C2，即微波功率550 W，处理时间60 s，样品初始温度35 ℃。

2.5 芒果原浆微波杀菌处理最佳工艺条件验证

根据正交试验确定的芒果原浆微波杀菌最优水平组合A2B2C2进行验证试验，并从杀菌效果和品质方面同传统巴氏杀菌进行比较。从表8可以看出，在微波处理最佳因素水平组合A2B2C2条件下测得的菌落总数为50 CFU/mL，与巴氏杀菌处理相比，具有更好的杀菌效果。与对照组相比，微波杀菌和巴氏杀菌均使芒果原浆可溶性固形物含量和pH值显著增大（p<0.05），而微波杀菌和巴氏杀菌处理组间差异不显著（p>0.05）；微波处理对褐变度（BD）影响不显著（p>0.05），而巴氏杀菌能使褐变度（BD）显著增加（p<0.05）；微波杀菌和巴氏杀菌均使芒果原浆中维生素C含量显著减小（p<0.05），色差值（ΔE）显著增大（p<0.05），而巴氏杀菌处理后维生素C含量相对减小更多，ΔE值相对增大更多，表明微波杀菌能较好地保持芒果原浆原有的营养成分和色泽。

3 讨论

微波处理对芒果原浆中的微生物有很强的致死作用，微波功率越大，处理时间越长，样品初温越高，微生物致死率越高，这与翟金亮[25]对桑椹果汁进行微波杀菌工艺研究的结论一致。其中，微波功率和处理时间对芒果原浆的杀菌效果影响较大。所以，利用微波对芒果原浆进行杀菌是可行的。在试验范围内，微波处理对芒果原浆的可溶性固形物，pH值、维生素C、褐变度和色差值均有影响，且随微波功率的增大、处理时间的延长和样品初始温度的升高，影响增大。

芒果原浆最佳微波杀菌工艺参数为：微波功率550 W，处理时间60 s，样品初始温度35 ℃。在此工艺条件下，不仅能有效杀死芒果原浆中的微生物，而且对其营养、色泽和风味等感官品质指标影响均较小。

周笑犁等[26]在研究微波和巴氏灭菌对猕猴桃汁的品质影响时发现，微波灭菌不仅具有较好的杀菌效果，而且能更好地保持猕猴桃汁原有的色泽和营养成分。同样，余秀丽等[27]在进行微波和巴氏杀菌对番木瓜果浆品质影响比较的研究时也发现，利用微波杀菌技术对番木瓜果浆进行杀菌处理，不仅杀菌效果显著，还可以较好地保持番木瓜果浆原有的品质特性。本研究中，与传统巴氏杀菌相比，芒果原浆采用微波杀菌可以在较短的时间内达到更好的杀菌效果。在品质方面，经微波处理的芒果原浆其可溶性固形物、维生素C含量、褐变度以及色差值的变化幅度均比巴氏杀菌小。所以，微波处理可以较好地保持芒果原浆原有的营养成分和色泽等品质。

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