高浓度CO2 胁迫预处理与电子束辐照对NFC 苹果汁品质的影响

黄若涵，张天天，刘 芳，樊明涛

（西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西杨凌 712100）

NFC（Not from concentrate）果汁保留了水果原有的新鲜感官特性，具有天然、营养、健康的特点。近年来，随着消费者的健康意识提高，对果汁的营养成分和新鲜程度要求越来越高，NFC 果汁市场需求量不断增加[1]。苹果富含抗坏血酸、多酚、多糖、膳食纤维和矿物质等成分，有利于提高人体免疫力和身体素质[2]。NFC 果汁在生产、贮藏、销售过程中会出现营养成分损失、褐变等问题[3-4]，对果蔬产品质地、风味、色泽产生影响，制约着NFC 果汁的发展。

现通常采用非热杀菌技术和使用添加剂减少果汁营养损失，抑制褐变。果蔬非生物胁迫是指在自然环境发生改变情况下，果蔬应对胁迫反应从而发生各种生理生化状态改变，例如增加多酚合成，抗氧化酶活性增强等[5-8]。但胁迫强度超过果蔬承受阈值时，会导致果蔬性状发生改变[6]。目前CO2主要应用在气调包装，在果蔬保鲜中广泛应用[9]，但作为加工前胁迫处理尚未得到广泛研究及应用。短时高浓度CO2胁迫可作为一种采后非生物胁迫方法，在高CO2和低O2环境下可以降低新鲜果蔬的呼吸代谢强度，显著抑制果实乙烯的产生，有效控制酶促褐变，减缓果实代谢[10]，从而提高果实中多种营养物质的积累，有效控制酶促褐变[11]。杀菌方面，近年来非热杀菌技术已逐步在果汁生产中应用，电子束辐照是一种物理冷杀菌保鲜技术，其利用电子加速器产生的电子束使食品中的微生物发生物理或化学变化，有效抑制有害微生物生长，且能抑制果蔬成熟，有效延长货架期[12]，广泛应用于杂粮[13]、果蔬[14]、鱼[15]、肉制品[16]加工中，且合适剂量下其对食物的风味、颜色、营养物质的影响较小[17]，被认为是高技术、高效益的一种绿色环保的节能型科技加工技术手段[18]。电子束辐照的影响主要取决于食物类型和辐照剂量。辐照剂量不足会导致保鲜效果太差，但剂量过高不但成本高昂，也会对果蔬汁感官品质及营养品质产生不利影响。邹立强等[19]研究了不同电子束辐照剂量（2、4、6、8、10 kGy）对脐橙汁灭菌效果及理化性质的影响，研究表明10 kGy 辐照处理后，脐橙汁中的菌落总数、霉菌与酵母及大肠杆菌的数量显著下降，且对其总糖、总酸、pH、可溶性固形物的理化性质的影响不大，但随着辐照剂量的增大，VC含量明显下降。目前有研究表明不同剂量的电子束辐照食品品质有较大差异，且在NFC 果汁中的应用研究较缺乏。

本研究选用红富士苹果为原料制备NFC 果汁，采用短时高浓度CO2胁迫进行榨汁前处理，并对热杀菌和电子束辐照杀菌进行对比研究，分析其对营养物质及感官品质的影响，以期为非生物胁迫与非热杀菌技术在果汁加工中的结合应用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

苹果 产地陕西，品种为红富士，外观和大小一致，色泽自然，无病虫害，无外伤，购自陕西杨凌洛川苹果专卖店；平板计数琼脂培养基、马铃薯葡萄糖琼脂培养基、煌绿乳糖胆盐肉汤培养基、月桂基硫酸盐胰蛋白胨肉汤 青岛海博生物技术有限公司；无水乙醇、无水碳酸钠 分析纯，四川西陇科学有限公司；抗坏血酸、福林酚、三氯乙酸 分析纯，广东光华科技股份有限公司；没食子酸 分析纯，上海宝曼生物科技有限公司；草酸、过硫酸钾 分析纯，天津市天力化学试剂有限公司；2,6-二氯靛酚钠盐水合物 分析纯，上海源叶生物科技有限公司；2,2-联氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二铵盐（ABTS） 分析纯，上海麦克林生化科技有限公司。

ESS-010-03 电子直线加速器 陕西杨凌核盛辐照技术有限公司；JYL-C051 型九阳料理机 九阳股份有限公司；DK-S26 电热恒温水浴锅 上海森信实验仪器有限公司；JA2003 电子分析天平 上海精密科学仪器有限公司；MJ-BL25B2 搅拌机 广东美的生活电器制造有限公司；pHS-3C 精密pH 计 上海日岛科学仪器有限公司；UV-3100 紫外分光光度计 上海美谱达仪器有限公司；DH 型电热恒温培养箱 北京科伟永兴仪器有限公司；HS-840μ 型水平层流单人净化工作台 苏州净化设备有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 苹果预处理及苹果汁杀菌处理

1.2.1.1 50% CO2胁迫处理不同时间对NFC 苹果汁品质影响 使用0.03 mm 聚乙烯塑料薄膜袋将洗净的红富士苹果放入，每袋放入三个，向乙烯袋中充入浓度为50% CO2气体胁迫处理苹果，分别处理0、30、60 min。处理结束立即切块、榨汁、过滤，置于4 ℃冰箱贮藏，48 h 贮藏期内每8 h 测定一次指标。

1.2.1.2 不同杀菌方式对NFC 苹果汁品质影响 使用0.03 mm 聚乙烯塑料薄膜袋将洗净的红富士苹果均匀分装，每袋放入三个，向乙烯袋中充入浓度为50% CO2气体处理60 min（第一部分结果选取最优处理时间）后切块、榨汁、过滤，过滤后立即进行杀菌处理。电子辐照组分别以0（对照）、2、4 kGy 剂量进行照射；巴氏杀菌组果汁在处理温度98 ℃、处理时间30 s 条件下进行巴氏杀菌。杀菌结束后立刻罐装，待冷却至室温后置于4 ℃冰箱贮藏备用。

1.2.2 总酚含量测定 采用福林-酚比色法测定样品中总酚的含量[20]。使用紫外分光光度计于765 nm波长下对样品溶液吸光度进行测定，苹果果汁的总酚含量以每100 mL 样品果汁中所含毫克当量的没食子酸表示（mg GAE/100 mL）。

1.2.3 总抗氧化活性测定 采用ABTS+自由基清除法[21]，果汁样品在室温条件下反应6 min 后在734 nm波长处测定吸光值，实验结果以ABTS+自由基清除率表示，计算公式见式（1）。

式中，A 表示空白对照的734 nm 处吸光值；B 表示待测样品的734 nm 处吸光值。

1.2.4 VC含量测定 采用2,6-二氯靛酚钠法测定苹果汁中VC的含量[22]。先对2,6-二氯靛酚钠溶液进行标定。取10.00 mL 2,6-二氯靛酚钠溶液于锥形瓶中，用浓度为1 mg/mL 的VC标准溶液进行滴定，滴定终点为溶液出现微红色且15 s 内不褪色。记录VC标准溶液体积消耗量为V1，2,6-二氯靛酚钠溶液体积消耗量为V2。再对待测果汁样品进行滴定。用移液枪将5.00 mL 苹果汁样品取出放入锥形瓶中，加入5.00 mL 2%的草酸溶液，混合均匀后用2,6-二氯靛酚钠溶液滴定至溶液出现微红色且15 s 内不褪色。2,6-二氯靛酚钠溶液体积消耗量为V3，样品溶液体积消耗量为V4。样品中的VC含量计算公式见式（2）。

式中，C 表示VC标准溶液浓度，mg/mL；V1表示消耗的VC标准溶液体积，mL；V2表示2,6-二氯靛酚钠溶液消耗体积，mL；V3表示消耗的2,6-二氯靛酚钠溶液体积，mL；V4表示样品溶液体积消耗量，mL。

1.2.5 pH 及可溶性固形物含量测定 果汁pH 及可溶性固形物含量参考Aktaǧ等[23]的方法进行测定。

1.2.6 褐变度的测定 参考Xu 等[24]的测定方法，测定在420 nm 波长下NFC 苹果汁样品的吸光度A420，以A420乘以10 作为果汁褐变度。

1.2.7 感官评定方法 参考高婧昕等[25]的感官评定方法。选择10 名食品专业同学进行感官评定，对对照组、巴氏杀菌组、2 kGy 辐照组、4 kGy 辐照组四组进行评定，每份待测样品20 mL，分别对果汁外观、香气、色泽、滋味、总体可接受度进行感官检验与评定，评分从强到弱依次是4、3、2、1。

1.2.8 果汁微生物含量测定 菌落总数、霉菌与酵母数量、大肠菌群数量分别参照国家标准GB/T 4789.2-2016 中《食品微生物学检验菌落总数测定》、《食品微生物学检验霉菌和酵母计数》、《食品微生物学检验大肠菌群计数》系列标准进行检测[26]。

1.3 数据处理

所有实验重复三次，数据用SPSS 20.0 软件分析，组间数据采用单因素方差分析（ANOVA），P＜0.05 表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 CO2 预处理苹果对苹果汁品质的影响

2.1.1 CO2处理对苹果汁营养品质的影响

2.1.1.1 总酚 CO2胁迫处理不同时间对果汁总酚含量影响结果见图1。在48 h 贮藏期内，对照组总酚含量始终最低，且下降趋势最快。CO2胁迫处理组总酚含量显著高于对照组（P＜0.05），贮藏48 h 时，胁迫60 min 组总酚含量是对照组的118.7%。CO2胁迫处理可显著增加果蔬总酚含量，本文的结果与Samynathan 等[27]的研究结果一致。

图1 CO2 处理不同时间对总酚含量影响Fig.1 Effect of different time of CO2 treatment on total phenol content

2.1.1.2 总抗氧化活性 抗氧化活性是评价苹果果汁营养价值的重要指标。CO2胁迫处理不同时间对苹果果汁抗氧化活性影响如图2 所示。48 h 贮藏期内，三组NFC 苹果果汁ABTS+自由基清除率均呈下降趋势，对照组果汁ABTS+自由基清除率始终处于最低，48 h 后下降至84.4%；CO2处理60 min 组果汁抗氧化能力显著高于CO2处理30 min 组和对照组（P＜0.05）。高浓度CO2胁迫处理抑制了果汁中ROS水平，提高了果汁抗氧化能力[28]。

图2 CO2 处理不同时间对抗氧化活性影响Fig.2 Effect of different time of CO2 treatment on antioxidant activity

2.1.1.3 VCCO2胁迫处理不同时间对苹果汁VC含量影响如图3 所示。CO2胁迫处理组VC含量显著高于对照组（P＜0.05），表明高浓度CO2胁迫处理苹果有利于提高果汁中VC的含量。可能由于在高浓度CO2环境下抑制了苹果果实呼吸作用，从而减少了果实内营养损失，同时有效抑制了VC的氧化分解。

图3 CO2 处理不同时间对VC 含量影响Fig.3 Effect of different time of CO2 treatment on VC content

2.1.2 CO2处理对苹果汁感官品质的影响

2.1.2.1 pH 和可溶性固形物 如表1 所示，三组NFC 苹果汁在贮藏期内pH 较稳定，均无显著变化，且各组间无显著差异（P＞0.05）。贮藏期24 h 内CO2胁迫处理组可溶性固形物含量均显著大于对照组（P＜0.05），表示高浓度CO2处理苹果有利于果汁可溶性固形物含量的提高，并且胁迫处理60 min 对可溶性固形物含量的提高效果高于处理30 min 组。

表1 CO2 处理不同时间对pH 及可溶性固形物含量的影响Table 1 Effect of different time of CO2 treatment on pH and soluble solid content

2.1.2.2 褐变度 CO2胁迫处理不同时间对褐变度影响如图4 所示，贮藏期间，处理组果汁均发生不同程度的氧化褐变，果汁色泽变深。其中对照组褐变度显著高于胁迫处理组（P＜0.05），48 h 内上升了160.0%。50% CO2处理苹果榨成果汁后有利于苹果果汁色泽的保留，减缓果汁褐变程度，但30 min 和60 min 处理组间在贮藏32 h 内（0 h 除外）无显著差异（P＞0.05），贮藏40～48 h 后差异显著（P＜0.05），其中胁迫处理60 min 组褐变度最低，抑制褐变效果最好。

图4 CO2 处理不同时间对褐变度影响Fig.4 Effect of different time of CO2 treatment on browning degree

2.2 不同杀菌方式对苹果汁品质的影响

2.2.1 不同杀菌方式对苹果汁营养品质的影响

2.2.1.1 总酚 不同杀菌方式对苹果汁总酚含量影响如图5 所示。在48 h 贮藏期内，对照组与不同杀菌处理组总酚含量均呈下降趋势，但对照组下降趋势最快，与第0 h 相比下降了20.44%。巴氏杀菌组苹果汁总酚含量在0～40 h 贮藏期内最低，且显著低于其他组（P＜0.05），表明高温处理不利于果汁中的酚类物质的保留。4 kGy 辐照组总酚含量显著高于对照组及巴氏杀菌组（P＜0.05），4 kGy 电子束辐照剂量有利于贮藏期苹果汁酚类物质的保存。值得注意的是，2 kGy 辐照处理组在杀菌处理结束后（贮藏第0 h），总酚含量与对照组及4 kGy 辐照组相比显著下降（P＜0.05），其原因需要进一步探究。

图5 不同杀菌方式对总酚含量影响Fig.5 Effect of different sterilization methods on total phenol content

2.2.1.2 抗氧化活性 不同杀菌方式对苹果汁抗氧化活性影响结果见图6。2 kGy 辐照组在贮藏0～40 h 时ABTS+自由基清除率始终处于最低，与其他处理组均差异显著（P＜0.05），巴氏杀菌组、4 kGy 辐照组与对照组在48 h 贮藏期内均呈下降趋势，其中对照组下降最少，下降了2.7%，巴氏杀菌组下降了3.7%，4 kGy 辐照组下降趋势最大达4.6%。在贮藏期0～8 h 内，巴氏杀菌组、4 kGy 辐照组抗氧化活性接近于对照组，8 h 后均显著低于对照组（P＜0.05）。但在贮藏0～40 h 内，4 kGy 辐照组显著高于2 kGy辐照组（P＜0.05）。

图6 不同杀菌方式对抗氧化活性影响Fig.6 Effect of different sterilization methods on antioxidant activity

2.2.1.3 VC对照组与其他三组处理组在48 h 贮藏期内VC含量变化见图7，均呈下降趋势，在贮藏期间被氧化分解。其中巴氏杀菌组VC含量始终低于其他三组且均差异显著（P＜0.05），在贮藏期内下降了31%，VC在高温条件下易受热分解，导致果汁营养损失。相较于巴氏杀菌法，电子束辐照处理对果汁VC含量影响较小。贮藏48 h 时，4 kGy 辐照组果汁VC含量显著高于2 kGy 辐照组（P＜0.05）。

图7 不同杀菌方式对VC 含量影响Fig.7 Effect of different sterilization methods on VC contect

2.2.2 不同杀菌方式对苹果汁感官品质的影响

2.2.2.1 pH 及可溶性固形物 不同杀菌方式对苹果汁pH 及可溶性固形物的影响如表2 所示，各处理组NFC 苹果汁在贮藏期内pH 均较稳定且无显著差异（P＞0.05），表示不同杀菌方式对果汁pH 的影响不显著。这与文献研究结果一致，很多非热处理方式对果汁pH 也无显著影响[29-30]。不同杀菌方式对果汁贮藏过程中可溶性固形物含量变化无明显影响，组间无显著差异（P＞0.05），这与岳玲等[31]研究结果一致。

表2 不同杀菌方式对pH 及可溶性固形物含量的影响Table 2 Effect of different sterilization methods on pH and soluble solid content

2.2.2.2 褐变度 不同杀菌方式对苹果汁褐变度的影响如图8 所示，四组苹果果汁在48 h 贮藏期间吸光值均呈上升趋势。巴氏杀菌组与对照组上升速率最大；贮藏40～48 h，巴氏杀菌组褐变度最大，显著高于对照组（P＜0.05），加剧了果汁的褐变。2 kGy 辐照组、4 kGy 辐照组褐变度均显著低于对照组和巴氏杀菌组（P＜0.05），表明电子束辐照显著降低果汁褐变，可有效保留果汁色泽。且贮藏0～40 h 内，4 kGy 辐照处理组褐变度显著低于2 kGy 处理组（P＜0.05）。

图8 不同杀菌方式对褐变度影响Fig.8 Effect of different sterilization methods on browning degree

2.2.2.3 感官评定 NFC 苹果汁（未贮藏）苹果汁感官评分见图9。辐照处理组（2 kGy 与4 kGy）各项评分均高于对照组、巴氏杀菌组。香气方面，巴氏杀菌评分最低，存在明显的蒸煮味；2 kGy 辐照组与4 kGy辐照组香气评分显著高于其他组（P＜0.05），表明电子束辐照有利于香气的保留；2 kGy 与4 kGy 辐照组之间无显著差异（P＞0.05）。

图9 NFC 苹果果汁感官评分Fig.9 NFC apple juice sensory rating

2.2.3 不同杀菌方式对苹果汁微生物的抑菌效果

2.2.3.1 菌落总数 不同杀菌方式对菌落总数影响结果见表3。根据国标规定果（蔬）汁及果（蔬）汁饮料产品的菌落总数不得超过100 CFU/mL[32]，对照组刚榨出汁时符合国家标准，由于没有进行杀菌处理在贮藏24 h 后超过国家标准，其他三组榨汁后、贮藏期内均符合国家标准。各处理组菌落总数显著低于对照组（P＜0.05），巴氏杀菌、电子束辐照都能有效抑制菌落形成，且4 kGy 电子束辐照抑菌效果最好。

表3 不同杀菌方式对菌落总数的影响（CFU/mL）Table 3 Effects of different sterilization methods on the total number of colonies (CFU/mL)

2.2.3.2 霉菌与酵母菌 不同杀菌方式对霉菌与酵母菌数量影响见表4。各处理组霉菌与酵母菌数量显著低于对照组（P＜0.05），巴氏杀菌、电子束辐照均可显著抑制苹果汁中霉菌与酵母菌，贮藏72 h 内霉菌与酵母菌数量始终小于10 CFU/mL。根据国标规定，果（蔬）汁及果（蔬）汁饮料产品的霉菌与酵母菌数量不得超过20 CFU/mL[32]，对照组不符合国家标准，其他三组果汁均符合国家标准。

表4 不同杀菌方式对霉菌与酵母菌数量的影响（CFU/mL）Table 4 Effect of different sterilization methods on mold and yeast (CFU/mL)

2.2.3.3 大肠菌群 不同杀菌方式对苹果汁大肠菌群影响见表5。巴氏杀菌、电子束辐照组苹果汁大肠菌群数量在贮藏72 h 内始终小于3 MPN/mL，显著低于对照组（P＜0.05）。

表5 不同杀菌方式对大肠菌群数量的影响（MPN/mL）Table 5 Effects of different sterilization methods on coliform(MPN/mL)

3 结论

本研究探究高浓度CO2胁迫处理苹果对果汁营养品质和感官品质的影响发现，50%高浓度CO2预处理苹果可显著提高苹果果汁总酚含量、抗氧化活性、VC含量、可溶性固形物含量（P＜0.05），并显著降低了果汁褐变度（P＜0.05），说明高浓度CO2胁迫处理苹果有利于提高果汁营养价值并有效保留色泽。进一步比较了不同杀菌方式对果汁营养品质、感官品质和抑菌效果的影响，结果表明巴氏灭菌后，果汁总酚含量和VC含量显著降低（P＜0.05）；电子束辐照更有利于酚类物质的保留，其中4 kGy 保留效果更显著；2 kGy 和4 kGy 辐照处理可以有效保留果汁色泽，降低其褐变度，且4 kGy 效果更显著；且两电子束辐照组更有利于香气的保留，而巴氏杀菌组易产生异味。巴氏杀菌、电子束辐照均存在显著抑菌效果。

综上所述，50%浓度CO2胁迫处理苹果60 min后榨汁，在保持苹果汁品质特性与抗氧化性方面有显著优势，采用4 kGy 电子束辐照灭菌处理，更好地保留果汁香气及营养，抑制其褐变和微生物滋长，达到了灭菌和保持品质的目的。榨汁前采用50%浓度CO2胁迫预处理60 min，结合4 kGy 电子束辐照灭菌可作为一种新型NFC 苹果汁加工技术。

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