等离子体活化水对鲜切菠萝品质的影响

陈玥，杨同亮，孟琬星，李书红，陈野

（天津科技大学食品科学与工程学院，天津 300457）

菠萝（pineapple）又称凤梨，属多年生草本果树植物[1]，原产于南美洲后传入我国。菠萝营养丰富，富含葡萄糖、有机酸、维生素、矿物质等多种营养物质。但是由于菠萝果实的体积较大，且去皮等工序较为复杂，制约了菠萝的销售。鲜切菠萝产品因其既能满足消费者对健康营养食品的需求，又能满足人们对方便快捷生活方式的需求[2]，越来越受到消费者的青睐。然而，鲜切水果在去皮、切割等加工过程中，果肉的细胞壁发生破裂、营养物质外露，更容易被腐败微生物污染，引发相关食源性疾病[3]。此外，腐败微生物会引起鲜切水果质地变软，甚至产生令人不愉快的气味[4]，大大缩短鲜切水果的货架期，进而降低其商业价值[5]。

在食品加工过程中，鲜切水果加工中的杀菌成为必不可少的环节。目前，关于鲜切果蔬杀菌保鲜技术的报道主要集中在辐照杀菌技术[6-7]、紫外杀菌技术[8-10]、臭氧杀菌技术[11-12]、高压灭菌技术[13]、气调保鲜技术[14-15]、高级氧化技术[16]以及等离子体技术。

低温等离子体技术是一种综合氧化性广谱杀菌技术[17]，对包括细菌、真菌、病毒、细菌孢子以及生物膜在内的多种微生物生长具有抑制作用[18]。相较于其它低温杀菌保鲜技术而言，等离子体技术具有安全、短时、无残留、设备简单等优点。同时，等离子体技术也存在对物料形状有特定要求、杀菌不均匀的问题。利用低温等离子体激发水分子可制备得到等离子体活化水（plasma-activated water，PAW），其富含多种杀菌活性物，既能有效杀灭腐败微生物，又不受物料形状限制，可将等离子体技术扩展应用于果蔬采后保鲜领域。MA等[18]报道称PAW可在有效杀灭草莓表面金黄色葡萄球菌的同时不引起其原始色泽、硬度以及pH值的显著变化。他们还利用PAW对采后杨梅进行处理以延长其货架期[19]。然而，关于PAW在鲜切果蔬中的应用以及控制其品质劣变的报道较少。本研究采用大气压低温等离子体制备PAW，利用PAW对鲜切菠萝进行清洗，分别研究PAW制备时间、制备功率以及清洗时间对鲜切菠萝菌落数的影响。通过正交试验确定PAW对鲜切菠萝最适杀菌工艺参数，然后研究在最适工艺参数下PAW对鲜切菠萝品质及货架期的影响，为PAW技术在鲜切果蔬加工中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

菠萝：市售，选取新鲜、成熟度适中、无病虫害、无机械损伤及无腐败的菠萝。

氯化钠（分析纯）：天津市津科精细化工研究所；2，6-二氯靛酚钠（分析纯）：上海麦克林生化科技有限公司；草酸、抗坏血酸（分析纯）：天津市风船化学试剂科技有限公司；平板计数琼脂（生物试剂）：北京奥博星生物技术有限责任公司。

1.2 仪器与设备

低温等离子表面处理仪（CTP-2000K）：南京苏曼等离子体科技有限公司；塑料薄膜封口机（FR-300A）：上海森合包装器材有限公司；高品质电脑色差仪（NH310）：深圳市三恩时科技有限公司；匀浆机（T25）：德国IKA公司；物性分析仪（TX-AT Plus）：英国Stable Micro System公司。

1.3 方法

1.3.1 等离子体活化水的制备及样品的处理

分别取10 mL无菌蒸馏水置于等离子体处理石英池内，根据表1中各条件制备等离子体活化水。每种等离子体活化水制备20 mL，将制备得到的不同等离子体活化水密封于无菌PE袋内备用。

菠萝经清洗、去皮后，切成边长4 cm×4 cm，厚度2 mm的菠萝片，密封装入无菌PE袋内，于4℃下保存备用。分别称取10 g菠萝片密封于含有20 mL不同条件下制备的等离子体活化水中进行清洗杀菌，清洗时间如表1所示。

表1 等离子体活化水的制备及样品的处理Table 1 Preparation and treatment time of PAW

1.3.2 正交试验设计

以等离子体活化水制备时间、制备功率、清洗时间为三因素，选择L9（34）正交设计方案进行正交试验，考察制备时间、制备功率、清洗时间对鲜切菠萝菌落数的影响，正交试验因素水平如表2所示。

1.3.3 菠萝品质指标测定

1.3.3.1 菌落计数

称取10 g处理后的鲜切菠萝于90 mL无菌生理盐水袋中，均质，制备1∶10（g/mL）稀释液，依次梯度稀释。在超净台内操作，取1 mL不同稀释度溶液于灭菌平板中，并倾倒一定量灭菌冷却后的琼脂培养基，摇晃均匀后静置，待其凝固后，于（37±1）℃恒温恒湿培养箱中倒置培养48 h后计数，每个梯度重复两次[20]。

表2 正交试验因素水平Table 2 Orthogonal level test factors

经测定，未处理的鲜切菠萝初始菌落数为3.035 lg（CFU/g）。

1.3.3.2 色度测定

以未经处理的鲜切菠萝为标样，利用色差仪测定PAW处理组菠萝的色度值，重复测定L*、a*、b*值及ΔE*值3次得到色度平均值。其中，L*为黑白色度参数，a*为红绿色度参数，b*为黄蓝色度参数[19]。

1.3.3.3 硬度测定

将菠萝切成边长3 cm×3 cm，厚度4 mm的薄片，采用物性分析仪，选择P/2柱形探头，预压速度2.0 mm/s，测试速度1.5 mm/s，测后速度10.0 mm/s，下压距离3.0 mm，触发力5.0 g，进行穿刺试验，同一切片随机取3个位点进行平行测定，得到硬度平均值。

1.3.3.4 感官评价

分别以表观状态、气味、硬度、成熟度、表面湿润性为评价指标，选择10名经过培训的感官评价员根据表3进行感官评价。

1.3.3.5 pH值测定

分别称取10g处理前后的鲜切菠萝片放入90mL无菌蒸馏水中，用匀浆机均浆1 min，转速为5 000 r/min，使其混合均匀。利用pH计测定其pH值。

表3 感官评分标准Table 3 Sensory evaluation criteria

1.3.3.6 维生素C含量测定

参照GB 5009.86—2016《食品安全国家标准食品中抗坏血酸的测定》进行测定[21]。

1.3.3.7 货架期的测定

1）温度加速系数K值计算

称取10 g鲜切菠萝片，分别密封于无菌PE袋内，4℃和37℃下保存0～2.5 h，每间隔0.5 h进行取样。按照1.3.3.1方法对样品进行菌落计数，绘制贮藏时间与菌落数的关系曲线，计算K值，公式为：

式中：θs为指定温度下的货架寿命[22]，h。

2）加速试验

将鲜切菠萝在等离子体活化水的最佳杀菌工艺条件下进行处理，测定37℃贮藏温度下鲜切菠萝货架期，根据K值计算4℃下的货架期。

1.4 数据分析

所有试验重复3次，表达为平均值±标准差。采用Origin 9.0软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 等离子体活化水对鲜切菠萝菌落数的影响

2.1.1 等离子体活化水制备时间对鲜切菠萝菌落数的影响

等离子体活化水制备时间对菠萝菌落数的影响见图1。

图1 等离子体活化水制备时间对菠萝菌落数的影响Fig.1 Effect of PAW preparation time on colony number of pineapples

如图1所示，随着制备时间的增加，菌落数呈现先减少后增加的趋势，当制备时间为6 min时菌落数达到最低，因此选择6 min为等离子体活化水制备时间的最优水平。

2.1.2 等离子体活化水制备功率对鲜切菠萝菌落数的影响

等离子体活化水制备功率对菠萝菌落数的影响见图2。

图2 等离子体活化水制备功率对菠萝菌落数的影响Fig.2 Effect of PAW preparation power on colony number of pineapples

如图2所示，随着制备功率的增加，菌落数呈现先减少后增加的趋势，而菌落数在制备功率为70 W时达到最低，因此选择70 W为等离子体活化水制备功率的最优水平。

2.1.3 等离子体活化水清洗时间对鲜切菠萝菌落数的影响

等离子体活化水清洗时间对菠萝菌落数的影响见图3。

图3 等离子体活化水清洗时间对菠萝菌落数的影响Fig.3 Effect of PAW washing time on colony number of pineapples

如图3所示，随着等离子体活化水清洗时间的增加，菌落数大致呈现先减少后增加的趋势，且在清洗20 min时，菌落数最少，因此选择20 min为等离子体活化水清洗时间的最优水平。

2.2 正交试验结果

等离子体活化水对菠萝菌落数的影响正交试验结果见表4。

表4 正交试验设计及结果Table 4 Orthogonal experimental results

如表4所示，等离体子体活化水制备时间、制备功率及清洗时间均对鲜切菠萝的杀菌效果有影响。根据极差分析可知，三因素中等离子体活化水清洗时间对鲜切菠萝杀菌效果影响最大，其次是制备功率，制备时间影响最小。根据正交试验结果分析可知，等离子体活化水对鲜切菠萝杀菌工艺的最适参数为A1B2C2，即制备功率70 W、制备时间4 min、清洗时间20 min。按此最佳杀菌工艺条件进行3次验证试验，得到菌落数为2.604 lg（CFU/g），低于正交试验各组合的菌落数。

正交试验方差分析见表5。

表5 正交试验方差分析Table 5 Analysis of variance on orthogonal test

如表5所示，等离子体活化水制备时间、制备功率及清洗时间对鲜切菠萝杀菌效果影响均未有显著性。

2.3 等离子体活化水对鲜切菠萝品质的影响

2.3.1 等离子体活化水对色泽的影响

等离子体活化水对鲜切菠萝色泽的影响结果见表6。

如表6所示，鲜切菠萝经等离子体活化水处理后，L*值有所上升，a*值与b*值有所下降。等离子体活化水清洗后，菠萝会吸收水分，增加光的折射和反射效果，从而亮度增加。a*值与b*值的降低可能与等离子体活化水中的氧化性物质引起的酶促褐变有关。而ΔE*值经过等离子体活化水处理后为1.560±4.300，在色度分析中，ΔE*值表示的是样品总颜色变化程度[23]，当ΔE*值为1.560±4.300时，表明鲜切菠萝颜色变化肉眼可见，但仍可被接受。

表6 等离子体活化水对鲜切菠萝色泽的影响Table 6 Effect of PAW on chrominance of fresh-cut pineapples

2.3.2 等离子体活化水对硬度、pH值及维生素C含量的影响

等离子体活化水对鲜切菠萝品质的影响结果见表7。

如表7所示，等离子体活化水处理后，鲜切菠萝的硬度升高。这可能是因为水果细胞壁水解酶的活力经低温等离子体处理后受到了抑制，同时果胶、纤维素、半纤维素等物质的水解也同样受到了抑制，另外等离子体活化水可能促进了木质素等物质的合成，从而抑制了水果硬度的下降[24]。

表7 等离子体活化水对鲜切菠萝品质的影响Table 7 Effect of PAW on quality of fresh-cut pineapples

与未处理的鲜切菠萝相比，等离子体活化水处理导致鲜切菠萝pH值略有下降。pH值的变化可能是由于在等离子体活化水中存在大量的活性粒子，这些粒子附着在鲜切菠萝表面，导致菠萝匀浆pH值降低。

未处理组鲜切菠萝中维生素C的含量为（14.068±0.995）mg/100 g，等离子体活化水处理后为（10.010±0.129）mg/100 g。水果和蔬菜含有非常丰富的维生素C，但它很容易受到外界环境的影响而被氧化。结果表明，等离子体活化水对鲜切菠萝中维生素C具有影响，因为其中含有大量的活性氧化物，如臭氧和过氧化氢等物质与维生素C发生反应，导致其含量下降[25]。等离子体活化水为表面处理技术，在鲜切水果工业加工过程中可通过添加保护剂防止氧化发生。

2.3.3 等离子体活化水对感官品质的影响

等离子体活化水对鲜切菠萝感官品质的影响结果见表8。

表8 等离子体活化水对鲜切菠萝感官品质的影响Table 8 Effect of PAW on sensory quality of fresh-cut pineapples

如表8所示，鲜切菠萝经等离子体活化水处理后，表观状态、气味、硬度、成熟度均略有所下降，而表面湿润性不变。经等离子体活化水处理后的鲜切菠萝虽得分有所降低，但仍保持其原有的感官品质，外观色泽鲜艳、气味香甜、硬度适中且无熟化感。因此，等离子体活化水并未破坏鲜切菠萝的感官品质。

2.3.4 等离子体活化水对货架期的影响

2.3.4.1 温度加速系数

通过绘制未处理鲜切菠萝贮藏时间与菌落数对数值的关系曲线，拟合对数曲线，得到4℃下的对数曲线关系式为y=11.883ln x-13.226，其中相关系数R2=0.907 8，说明对数曲线与实际数据拟合度较好，可信度较高。试验得到在37℃下的对数曲线关系式为y=9.368 6ln x-10.619，其中相关系数R2=0.901 3，说明对数曲线与实际数据拟合度较好，可信度较高。CHEN等[26]认为鲜切食品的安全菌落数为6.0 lg（CFU/g）。因此，以菌落数6.0 lg（CFU/g）为指标，通过关系式可以计算出4℃下菠萝货架寿命为8.06 h，37℃下菠萝货架寿命为6.17 h，温度加速系数K=1.31。

2.3.4.2 PAW处理鲜切菠萝货架期

通过绘制PAW处理鲜切菠萝贮藏时间与菌落数对数值的关系曲线，拟合对数曲线，得到37℃下对数曲线关系式为y=5.856 9ln x-3.599 7，其中相关系数为R2=0.911 6，说明对数曲线与实际数据拟合度较好，可信度较高。当菌落数达到6.0 lg（CFU/g），计算出37℃下PAW处理鲜切菠萝货架寿命为6.89 h，由温度加速系数K=1.31可得，经等离子体处理后在4℃下鲜切菠萝货架期为9.03 h。与未处理的鲜切菠萝相比，货架期延长0.97 h。

3 结论

本研究探明了PAW对鲜切菠萝菌落数及品质的影响。在最适工艺参数下，PAW可以有效减少初始带菌量，延长货架期，同时较好地保持鲜切菠萝的原始品质。因此，等离子体活化水是一种高效、快速、无毒害的可应用于鲜切水果的低温杀菌保鲜技术，可改善鲜切水果易腐败变质、不易贮藏等问题，本研究为生鲜食品的低温杀菌工艺提供参考，也为等离子体活化水技术的广泛应用提供理论依据。