脉冲强光处理对蓝莓汁杀菌效果及品质的影响

张晓千1,2,孙晓琛2,苏巍2,崔晓臻2,范琳琳2,周剑忠1,2 *

(1.上海海洋大学 食品学院,上海 201306;2.江苏省农业科学院农产品加工研究所,江苏 南京 210014)

摘 要: 为探究脉冲强光(intense pulsed light,IPL)处理对蓝莓汁杀菌效果和品质的影响,以微生物数量、酶活力、营养成分(总花色苷、维生素C、总酚)含量为指标,分析不同脉冲强度和次数的IPL 处理对蓝莓汁活菌数和营养品质的影响,并通过气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)法分析蓝莓汁挥发性风味物质的变化。结果表明:IPL 处理后,蓝莓汁中微生物数量降低到20 CFU/mL 以下;过氧化物酶完全失活,超氧化物歧化酶活力保留率高于(88.68±0.18)%;蓝莓汁没有发生褐变;总酚含量得以完全保留。400 J 强度的IPL 处理对蓝莓汁抗氧化能力影响不显著(P>0.05),总花色苷、维生素C 含量保留率分别高达(84.83±1.30)%、(95.00±2.59)%。GC-MS 分析表明,香气成分中的醛类、醇类、酯类含量有一定的损失,新增异蒲勒醇、柏木烯醇等挥发性风味物质。IPL 处理能够有效杀灭蓝莓汁中的微生物,同时保留较多的营养成分。

关键词: 脉冲强光;杀菌;蓝莓汁;品质;挥发性风味物质

蓝莓(越桔属)富含酚类化合物、花色苷、有机酸以及维生素等热敏性生物活性物质,具有抗氧化、抗炎、神经保护和改善视力等功效[1-3],蕴含重要的经济价值。蓝莓果实成熟后表皮易出现机械损伤,不耐储存,为减少采后损失并且延长蓝莓的销售时间,蓝莓被加工成各种产品,其中蓝莓汁作为最常见的加工产品,它的口感极佳,风味独特。未经杀菌的蓝莓汁容易受到微生物的污染,在25 ℃下只有几小时的保质期。目前,蓝莓汁的杀菌一般采用热处理(巴氏杀菌)方式,然而热加工不仅会破坏蓝莓汁中热敏性生物活性物质,还会对蓝莓汁的颜色、风味产生不良影响。因此,寻找能够有效对蓝莓汁中微生物和酶灭活,又最大限度保留其营养成分的热杀菌替代方法,是该领域关注的重点。

脉冲强光(intense pulsed light,IPL)是一种较新的冷杀菌技术,它能够在相对较长的时间内(几分之一秒)积累能量,并在短时间内(百万分之一或千分之一秒)利用惰性气体闪光灯释放具有高强度、超短持续脉冲时间(100~400 ms)的广谱光(100~1 100 nm),包括远紫外光、近紫外光和可见光[4]。IPL 可以快速降低食品表面或液体中的微生物数量(营养细菌、细菌内生孢子、霉菌孢子、酵母)以及一些造成食品变质的酶类活力,具有低处理温度、高杀菌效率和无残留物等优势。工业上,IPL 技术已经用于包装材料的消毒。IPL 技术杀菌的有效性取决于参数的适当优化,例如施加的脉冲次数、脉冲强度、样品和灯之间的距离。此外,食品基质、微生物的污染水平也会影响IPL 的杀菌效率。目前IPL 应用于固体或与食品接触表面的杀菌研究较多,关于IPL 对液体食品的杀菌及其感官品质的影响研究相对较少[5]。仅有少数研究将IPL 用于胡萝卜汁、苹果汁、石榴汁的杀菌[6]。Bhagat 等[7]将IPL 用于石榴汁的杀菌,结果发现IPL 将石榴汁中的微生物数量减少了5 个对数值,多酚氧化酶和过氧化物酶完全失活,营养物质保留较好(酚类、维生素C)。IPL 技术有望应用于蓝莓汁的非热加工,但目前尚未有系统研究。

本研究将IPL 应用于蓝莓汁杀菌,以蓝莓汁的微生物数量、酶活力、色泽、pH 值、总酸含量、可溶性固形物含量、总糖含量、总花色苷含量、维生素C 含量、总酚含量、抗氧化能力为指标,分析不同脉冲强度和脉冲次数的IPL 处理对蓝莓汁活菌数和营养品质的影响,同时结合气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)法分析处理前后蓝莓汁挥发性风味物质的变化,综合评价IPL 应用于蓝莓汁杀菌的可行性,以期为IPL 技术在蓝莓汁等果汁杀菌中的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

南高丛蓝莓冻果:南京双吉农业发展有限公司;酚酞、2,6-二氯酚靛酚标准溶液、草酸、碳酸钠(均为分析纯):国药集团化学试剂有限公司;葡萄糖标准品(纯度99%)、没食子酸标准品(纯度98%)、水杨酸(分析纯):上海源叶生物科技有限公司;无水乙醇、福林酚(Folin-Ciocalteu)(均为分析纯):上海麦克林生化科技有限公司;平板计数琼脂、马铃薯葡萄糖琼脂、结晶紫中性红胆盐琼脂、孟加拉红琼脂(均为生物试剂):北京奥博星生物技术有限公司;硫酸亚铁、过氧化氢(均为分析纯):四川西陇科学股份有限公司;超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活力检测试剂盒:南京建成生物工程研究所;过氧化物酶(peroxidase,POD)活力检测试剂盒、多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)活力检测试剂盒:北京索莱宝科技有限公司;1,1-二苯基-2-三硝基苯 肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH):北京克瑞斯生物技术有限公司。

1.2 仪器与设备

脉冲强光杀菌设备:江苏省农业科学院农产品加工研究所食品生物工程创新团队和南京安迪威电气工程有限公司联合研制。该系统由脉冲电源和装有氙气闪光灯的腔体组成(见图1)。该设备的输入电压、脉冲强度、频率和脉冲持续时间分别为0~3 650 V、0~500 J、0.3 Hz 和200 µs。

图1 IPL 原理示意图
Fig.1 IPL principle

高压灭菌锅(SX-500):日本TOMY 公司;离心机(3K15):西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司;生化培养箱(LRH-150):上海一恒科学仪器有限公司;双人单面净化工作台(SW-CJ-1C):苏州净化设备有限公司;榨汁机(XY-8608):广东德玛仕智能厨房设备有限公司;手持阿贝折光仪(LH-T32):浙江陆恒环境科技有限公司;台式分光测色仪(24V-3A):深圳市三恩时科技有限公司;酶标仪(E-poch):美国Bio-Tek 公司;pH 计(FE-20):梅特勒-托利多(上海)有限公司;气相色谱-质谱联用仪(TSQ8000EVO):美国Thermo Fisher公司。

1.3 方法

1.3.1 蓝莓汁的制备

将蓝莓冻果常温解冻、清洗,于榨汁机中破碎搅拌15 s,将得到的蓝莓糜浆以4 500 r/min 的速度离心15 min,取上清液经4 层纱布过滤,滤液即为蓝莓果汁样品。

1.3.2 蓝莓汁的IPL 处理

将5 mL 蓝莓汁样品均匀倾注到培养皿(直径90 mm)中,开盖进行IPL 处理,蓝莓汁样品厚度为2 mm,样品与灯之间的距离为2 cm。处理结束后,将所有蓝莓汁储存在(4±1)℃以备进一步分析,未经任何处理的蓝莓汁样品为对照组。

不同的脉冲强度和脉冲次数设置如表1 所示。

表1 不同脉冲处理条件
Table 1 Different pulse treatment conditions

样品编号UT PL1 PL2 PL3 PL4脉冲强度和脉冲次数未处理300 J、20 次300 J、60 次300 J、100 次400 J、20 次样品编号PL5 PL6 PL7 PL8 PL9脉冲强度和脉冲次数400 J、60 次400 J、100 次500 J、20 次500 J、60 次500 J、100 次

1.3.3 微生物分析

根据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》、GB 4789.3—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 大肠菌群计数》、GB 4789.15—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 霉菌和酵母计数》中的相关方法对处理前后蓝莓汁中微生物进行计数,结果以残存活菌数(CFU/mL)表示。

1.3.4 酶活力测定

蓝莓汁中SOD、POD、PPO 活力分别按照检测试剂盒说明书的步骤进行测定。

1.3.5 色泽分析

使用台式分光测色仪测定蓝莓汁样品的色泽。将15 mL 样品移入比色皿中,测定L*(亮/暗)值、a*(红/绿)值、b*(黄/蓝)值。总色差(∆E)、褐变指数(browning index,BI)由以下公式计算[8]

式中:L1*、L0*分别为经过IPL 处理和未经IPL 处理的蓝莓汁的L*值;a1*、a0*分别为经过IPL 处理和未经IPL 处理的蓝莓汁的a*值;b1*、b0*分别为经过IPL处理和未经IPL 处理的蓝莓汁的b*值;X 为中间值;B为蓝莓汁的褐变指数。

1.3.6 pH 值和总酸含量的测定

蓝莓汁的pH 值在室温下用pH 计测定。蓝莓汁中总酸含量的测定参考GB 12456—2021《食品安全国家标准 食品中总酸的测定》。

1.3.7 可溶性固形物和总糖含量的测定

采用手持阿贝折光仪测定蓝莓汁样品可溶性固形物含量。采用苯酚-硫酸法[9]测定蓝莓汁的总糖含量,根据葡萄糖标准曲线回归方程(Y=0.004 7X+0.066 4,R2=0.998)计算蓝莓汁中总糖含量,结果表示为每升样品中葡萄糖的质量(g)。

1.3.8 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》中2,6-二氯靛酚滴定法测定蓝莓汁中维生素C 含量。

1.3.9 总花色苷含量测定

参照Di Stefano 等[10]的方法测定总花色苷含量。分别移取一定量的无水乙醇、水和盐酸,按照体积比69∶30∶1 混匀制成稀释液。用稀释液对蓝莓汁样品进行10 倍稀释后在540 nm 波长处测定溶液吸光度(A540)。总花色苷含量(W,mg/L)以蓝莓渣提取液中含有的锦葵色素-3-葡萄糖苷当量计,计算公式如下。

式中:16.7 为摩尔消光系数;d 为样品的稀释倍数。

1.3.10 总酚含量测定

总酚含量采用福林酚法[11]测定。0.2 mL 蓝莓汁中加入0.5 mL 福林酚试剂,再加入2.3 mL 去离子水,混匀;静置1 min 后,加入2 mL 7.5%碳酸钠溶液,混匀。用锡箔纸包裹后于室温下暗反应2 h,反应结束后,在760 nm 处测定溶液吸光度,根据没食子酸标准曲线回归方程(Y=0.002 8X+0.068 4,R2=0.998)计算蓝莓汁中总酚含量,结果表示为每升样品中没食子酸的质量(mg)。

1.3.11 DPPH 自由基清除率测定

DPPH 自由基清除率根据De Souza 等[12]的方法检测。将10 mg DPPH 溶于250 mL 无水乙醇中,制成最终浓度为0.1 mmol/L 的DPPH 溶液。将0.5 mL 样品与4 mL DPPH 溶液混合,避光放置30 min。在517 nm处测定混合物的吸光度。DPPH 自由基清除率(M,%)的计算公式如下。

式中:A1 为0.5 mL 样品溶液与4 mL DPPH 溶液的吸光度;A2 为0.5 mL 样品溶液与4 mL 无水乙醇的吸光度;A0 为0.5 mL 去离子水与4 mL DPPH 的吸光度。

1.3.12 羟基自由基(·OH)清除率测定

采用Hou 等[13]的方法测定羟基自由基清除能力。将蓝莓汁样品(1 mL)与10 mmol/L 硫酸亚铁溶液(1 mL)、10 mmol/L 水杨酸溶液(溶于无水乙醇,1 mL)、6 mmol/L 过氧化氢溶液(1 mL)反应,然后在37 ℃下混合1 h,在510 nm 波长处测定混合物的吸光度。羟基自由基清除率(N,%)的计算公式如下。

式中:A1 为样品的吸光度;A2 为反应液的吸光度,其中1 mL 过氧化氢溶液由1 mL 去离子水代替;A0 为1 mL 去离子水的吸光度。

1.3.13 GC-MS 测定蓝莓汁挥发性有机化合物

通过GC-MS 对蓝莓汁中挥发性有机化合物进行定性、定量分析。将经过前处理的蓝莓汁样品插入气相色谱-质谱联用仪进样口,色谱柱采用TG-5MS 弹性石英毛细管柱;载气为高纯氦气;载气流速设置为1.2 mL/min,不分流进样;进样口温度为250 ℃;程序升温:初始温度40 ℃保持2 min,然后以6 ℃/min 升到280 ℃,保持4 min。

质谱条件:离子源为电子轰击电离源,传输线温度280 ℃;离子源温度300 ℃;电子能量70 eV;扫描范围(m/z)33~500 amu,采用全扫描采集模式。得到质谱图进行定性分析,利用美国国家标准与技术研究院(National Insititute of Standards and Technology,NIST)谱图库工作站数据处理系统按峰面积归一化法进行定量分析,根据某一物质的峰面积与总峰面积的比值计算出各化学成分在蓝莓汁挥发性成分中相对含量[14]

1.4 数据处理

每组蓝莓汁样品平行测定3 次,采用SPSS 26.0 软件分析试验数据,结果以平均值±标准差表示,P<0.05表示有显著性差异;采用Origin 2022 软件作图。

2 结果与分析

2.1 IPL 处理对蓝莓汁的杀菌效果

图2 为不同脉冲强度和不同脉冲次数的IPL 处理下蓝莓汁中微生物的杀菌效果。

图2 IPL 处理对蓝莓汁中酵母菌的杀菌效果
Fig.2 Sterilization effect of IPL treatment on yeast in blueberry juice

不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

由图2 可知,新鲜蓝莓汁中需氧嗜温菌、霉菌以及大肠菌群均未检出,酵母菌数量为(127.00±0.90) CFU/mL。蓝莓汁属于酸性食品(pH 值≤4.5),大多数微生物在该环境中的生长受到抑制,而酵母菌具有耐酸性,主要存在于高酸、高糖的食品中,能够利用果汁进行发酵,产生气体和酒精味,严重影响蓝莓汁的品质[15]。从图2中可以看出,所有IPL 处理组的酵母菌数量降低到20 CFU/mL 以下,符合GB 7101—2022《食品安全国家标准 饮料》中规定的微生物限量标准。IPL 处理导致蓝莓汁中酵母菌的死亡,这可能是由于微生物体内出现DNA 损伤、细胞结构变形(液泡膨胀、细胞膜破裂)以及胞内蛋白质的泄露[16]

2.2 IPL 处理对蓝莓汁中酶的灭活水平

IPL 处理对蓝莓汁中酶活力的影响见图3。

图3 IPL 处理对蓝莓汁中PPO、POD 和SOD 活力的影响
Fig.3 Influence of IPL treatment on activity of PPO,POD,and SOD in blueberry juice

A. PPO 和POD 活力;B. SOD 活力。对于同一指标,不同小写字母表示不同处理组之间差异显著(P<0.05)。

果汁中的PPO 和POD 主要位于植物的细胞器中,当水果经过压榨或切割等加工步骤时,细胞器和液泡会破裂,酶和底物化合物从中释放并开始发生酶促反应[17],此过程会降解生物活性化合物、产生褐变并诱导不良风味形成[18]。因此除了微生物的灭活外,导致果汁变质的酶的灭活也是至关重要的。从图3A 中可以看出,未处理组蓝莓汁PPO 和POD 活力分别为(1.09±0.01)、(1.39±0.07)U/mL。经过IPL 处理之后,POD 完全失去活性,PPO 活力存在不同程度的降低,为(0.14±0.01)~(0.86±0.14)U/mL,其中PL4 处理组的PPO 活力最低,降低了(87.16±1.15)%。IPL 处理会使与酶活力密切相关的必需基团氨基酸残基发生光敏氧化,同时IPL 产生的短时高能机械冲击作用使酶的蛋白质结构改变,从而失去活力[19]。最近研究发现IPL处理导致PPO 中β-折叠和随机卷曲增加,α-螺旋和β-转角减少,这些变化表明IPL 处理破坏了PPO 的二级和三级结构,因此PPO 被显著灭活[20]。此外,Chakraborty 等[21]对葡萄汁进行IPL 处理时发现,相较于PPO,POD 对IPL 较敏感,本试验所测得的蓝莓汁中酶的敏感性与其相似。

SOD 不同于PPO 和POD,它在清除自由基方面具有重要作用[22]。由图3B 可知,新鲜蓝莓汁中SOD 活力为(37.43±0.56)U/mL,经过IPL 处理之后,PL1 组SOD 活力降低至(33.14±0.62)U/mL,其余处理组SOD活力没有显著变化(P>0.05),蓝莓汁的SOD 活力保留率在(88.68±0.18)%以上。综上可知IPL 处理能够在显著降低蓝莓汁中PPO、POD 活力的同时保留较高的SOD 活力。其中PL4 处理组SOD 活力保留率最高[(99.12±1.27)%],POD 完 全 失 活,PPO 活 力 最 低[(0.14±0.01) U/mL]。

2.3 IPL 处理对蓝莓汁pH 值、总酸含量的影响

IPL 处理后,蓝莓汁的pH 值和总酸含量的变化情况见图4。

图4 IPL 处理对蓝莓汁pH 值和总酸含量的影响
Fig.4 Influence of IPL treatment on pH and total acid content of blueberry juice

对于同一指标,不同小写字母表示不同处理组间差异显著(P<0.05)。

从图4 中可以看出,蓝莓汁的初始pH 值为(2.91±0.01),初始总酸含量为(5.90±0.09) g/L。IPL 处理后,蓝莓汁的pH 值保持在(2.91±0.01)~(2.96±0.01),变化较小。IPL 处理后总酸含量略有降低,保留率在86%以上。

2.4 IPL 处理对蓝莓汁中可溶性固形物和总糖含量的影响

IPL 处理后蓝莓汁中可溶性固形物和总糖含量的变化见图5。

图5 IPL 处理对蓝莓汁中总糖含量和可溶性固形物含量的影响
Fig.5 Influence of IPL treatment on total sugar content and soluble solids in blueberry juice

对于同一指标,不同小写字母表示不同处理组间差异显著(P<0.05)。

蓝莓汁中可溶性固形物和总糖的含量影响着蓝莓汁的口感和风味,可以反映果汁质量[23]。从图5 中可以看出,IPL 处理后蓝莓汁总糖含量整体上保持稳定。PL1、PL2、PL3、PL6 以及PL9 处理组蓝莓汁的可溶性固形物含量显著升高,PL4、PL5、PL7、PL8 处理组可溶性固形物含量与新鲜蓝莓汁相比没有显著性差异(P>0.05)。结果表明IPL 处理不会造成蓝莓汁可溶性固形物以及总糖含量的损失。

2.5 IPL 处理对蓝莓汁中总花色苷含量和颜色的影响

IPL 处理对蓝莓汁中总花色苷含量及色差和蓝莓汁外观的影响见图6。

图6 IPL 处理对蓝莓汁中总花色苷含量及色差和蓝莓汁外观的影响
Fig.6 Influence of IPL treatment on total anthocyanins content,color variation,and appearance of blueberry juice

A. 总花色苷含量及色差;B. 外观。对于同一指标,不同小写字母表示不同处理组之间差异显著(P<0.05)。

花色苷是存在于水果和蔬菜中的天然色素,其稳定性容易受到温度、pH 值及光照等多种因素的影响[24],而颜色是蓝莓汁的重要感官指标,直接影响消费者满意度。由图6A 可知,初始蓝莓汁的总花色苷含量为(57.80±1.12)mg/L,随着脉冲次数和脉冲强度的增大,蓝莓汁中总花色苷含量逐渐下降,而ΔE 呈现逐渐上升的趋势。PL1 处理组总花色苷含量保留率最高,为(84.83±1.30)% ,其 次 是 PL4 处 理 组[(82.06±1.55)%],蓝莓汁中丰富的酚类物质能够通过共聚合反应稳定花色苷,防止花色苷在IPL 处理过程中降解[25],然而较高脉冲强度和较多脉冲次数的IPL 处理产生的光化学作用可能会导致花色苷降解,从而使蓝莓汁颜色改变[26]。从图6B 中可以看到,IPL 处理组之间蓝莓汁的颜色变化不明显,可能是由于蓝莓汁本身总花色苷含量很高[27],即使总花色苷含量有所降低,肉眼可辨识度也不高。综上可知在有效杀灭微生物和抑制酶活力的前提下,使用低强度的IPL 处理更有利于蓝莓汁总花色苷的保留。

不同处理组蓝莓汁的颜色参数见表2。

表2 不同IPL 处理组蓝莓汁的色泽参数
Table 2 Color parameters of blueberry juice in different IPL treatment groups

注:同列不同字母表示差异显著(P<0.05)。

样品编号UT PL1 PL2 PL3 PL4 PL5 PL6 PL7 PL8 PL9 L*值41.65±0.02J 44.32±0.01I 46.97±0.01F 49.13±0.01D 45.23±0.02H 48.17±0.03E 51.55±0.01B 45.79±0.01G 49.33±0.01C 53.84±0.16A a*值60.38±0.03A 59.82±0.02B 57.81±0.01E 55.43±0.01G 59.35±0.04C 56.69±0.06F 52.02±0.01H 58.84±0.02D 55.51±0.03G 48.95±0.40I b*值33.56±0.04A 32.92±0.04B 31.02±0.02E 30.00±0.04G 32.28±0.10C 30.35±0.09F 28.61±0.02H 31.49±0.03D 30.23±0.03F 28.62±0.29H BI 值218.33±0.11A 198.56±0.13B 174.44±0.11E 158.89±0.14G 190.09±0.66C 165.35±0.54F 141.74±0.08H 182.92±0.13D 159.23±0.25G 131.89±1.87I

由表2 可知,中L*值随着脉冲次数及脉冲强度的增加而增大,说明IPL 处理使蓝莓汁变得更亮。a*值变化趋势与L*值相反,它随着脉冲强度及脉冲次数的增加而降低,表明蓝莓汁红色减少,b*值也逐渐降低。所有IPL 处理组蓝莓汁的BI 值降低,可能由于IPL 处理很好地控制了蓝莓汁中PPO、POD 的活力,因此没有发生酶促褐变。

2.6 IPL 处理对蓝莓汁中总酚含量和抗氧化能力的影响

IPL 处理对蓝莓汁总酚含量和抗氧化能力的影响见图7。

图7 IPL 处理对蓝莓汁总酚含量和抗氧化能力的影响
Fig.7 Influence of IPL treatment on total phenol content and antioxidant capacity of blueberry juice

A. 总酚含量;B.抗氧化能力。对于同一指标,不同小写字母表示不同处理组间差异显著(P<0.05)。

酚类是植物次生代谢的天然物质,具有抗氧化能力。从图7A 中看到,初始蓝莓汁的总酚含量为(71.20±1.03)mg/L,IPL 处理组蓝莓汁总酚含量为(69.18±2.20)~(76.65±1.35)mg/L,除了PL1 处理组将总酚含量提高了(7.65±0.08)%之外,其他处理组总酚含量与初始蓝莓汁总酚含量之间没有显著性差异(P>0.05)。Zhan 等[28]研究发现果汁中较高的酚类化合物含量可归因于PPO 和POD 的有效失活。

从图7B 看出,IPL 处理对蓝莓汁DPPH 自由基清除率影响不显著(P>0.05),PL1、PL8、PL9 处理组的羟基自由基清除率降低,其他处理组的羟基自由基清除率较稳定,说明低脉冲强度、低脉冲次数的组合(300 J、20 次)和高脉冲强度、高脉冲次数的组合(500 J、60 次;500 J、100 次)会显著降低(P<0.05)蓝莓汁的羟基自由基清除率,而400 J 脉冲强度处理的蓝莓汁抗氧化能力维持较好。同样的,Vollmer 等[29]发现施加47 个脉冲次数时,IPL 对水果的抗氧化能力没有显著影响,但是将脉冲次数增加到94 次和187 次时可显著降低水果抗氧化能力。

2.7 IPL 处理对蓝莓汁维生素C 含量的影响

IPL 处理对蓝莓汁维生素C 含量的影响见图8。

维生素C 也称为抗坏血酸,主要存在于果蔬中,是人体必需的营养物质,除抗氧化能力外,它还具有促进铁吸收、增强免疫力的功效[30]。从图8 可以看出,初始蓝莓汁中维生素C 含量为(54.84±5.17)mg/100 mL,低脉冲强度、低脉冲次数处理(PL1、PL2)对蓝莓汁维生素C 没有显著性影响(P>0.05),保留率高达(95.00±2.59)%。然而高强度(500 J)IPL 处理会使维生素C 快速降解,例如PL9 处理组蓝莓汁维生素C 保留率仅为(48.34±1.12)%。蓝莓汁中维生素C 的降解可能是高强度IPL 产生的光热效应与空气中氧气的结合导致的[29],在醋栗汁中也发现了维生素C 对热的高敏感趋势[31]

图8 IPL 处理对蓝莓汁维生素C 含量的影响
Fig.8 Influence of IPL treatment on vitamin C content of blueberry juice

不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

2.8 IPL 处理对蓝莓汁挥发性风味物质的影响

IPL 处理前后蓝莓汁中挥发性风味物质的变化见表3。

表3 IPL 处理前后蓝莓汁中挥发性风味物质的变化
Table 3 Volatile flavor compounds of blueberry juice before and after IPL treatment

化合物类型醇类醛类酮类酸类化合物名称反式-2-甲基环戊醇正辛醇*芳樟醇*4-萜烯醇α-松油醇橙花醇*异蒲勒醇香叶醇*正辛醇*芳樟醇*顺,反-5,9-环十二烷二烯-顺-1,2-二醇雪松醇柏木烯醇(-)-异长叶醇3,7,11-三甲基十二烷醇反式-2-癸烯醛(Z)-7-十六碳烯醛视黄醛2-甲基-5-(1-甲基乙烯基)环己酮*大马士酮*顺式-8,11,14-二十碳三烯酸二十碳五烯酸顺式-5,8,11,14,17-二十碳五烯酸2-氨基-4-氧代-3,4-二氢蝶啶-6-羧酸2-溴十四酸*3-羟基月桂酸分子式C6H12O C8H18O C10H18O C10H18O C10H18O C10H18O C10H18O C10H18O C8H18O C10H18O C12H20O2 C15H26O C15H24O C15H26O C15H32O C10H18O C16H30O C20H28O C10H16O C13H18O C20H34O2 C20H30O2 C20H30O2 C7H5N5O3 C14H27BrO2 C12H24O3相对含量%对照组-0.52 35.73 7.70 3.36 1.57-12.51 0.52 35.73 0.22 0.24--0.08 0.14 0.20 0.05 1.49 0.29 0.03-0.07-0.02 0.02处理组0.16 0.43 33.67--0.82 0.02 5.85 0.43 33.67--0.07 0.02----1.83 0.48-0.02-0.02 0.04-

续表3 IPL 处理前后蓝莓汁中挥发性风味物质的变化
Continue table 3 Volatile flavor compounds of blueberry juice before and after IPL treatment

注:-表示该种化合物未检出;*表示该种化合物是新鲜蓝莓汁和IPL 处理后蓝莓汁所共有的。

化合物类型酯类烷烃类杂氧化合物化合物名称(E)-3,7-二甲基-2,6-辛二烯醇3-甲基丁酸酯花生四烯酸甲酯*9-十八烯-12-炔酸甲酯(Z)-3,7-二甲基-1,3,6-十八烷三烯*环氧石竹烯*2,4-二甲基苯并[h]喹啉2-乙烯基-2,6,6-三甲基四氢-2H-吡喃分子式C15H26O2 C21H34O2 C19H32O2 C10H16 C15H24O C15H13N C10H18O相对含量%对照组0.42 0.07-0.15 0.41--处理组-0.14 0.05 0.36 0.16 0.02 0.28

香气是蓝莓汁的重要特征,从表3 中可以看出,通过GC-MS 在蓝莓汁中共鉴定出33 种挥发性化合物,它们由醇类、醛类、酸类、酮类、酯类、烷烃类和杂氧化合物构成。其中醇类种类较多,例如芳樟醇、橙花醇等,赋予了蓝莓汁较多的果香和花香。IPL 处理后蓝莓汁挥发性成分中醇类物质减少了5 种,含量也有所降低,橙花醇、香叶醇相对含量分别降低了0.52、0.47 倍。同时新增了反式-2-甲基环戊醇、异蒲勒醇、柏木烯醇、(-)-异长叶醇4 种化合物,赋予了蓝莓汁薄荷、黄瓜、柑橘类气味。说明IPL 处理对香气类型及其含量有一定影响。新化合物的产生可能是由于IPL 处理导致果汁中细胞破裂,引起细胞内成分的释放 [32]。此外,蓝莓汁酮类含量增加,例如2-甲基-5-(1-甲基乙烯基)环己酮、大马士酮的相对含量分别增加了1.23、1.66 倍。醛类化合物经过IPL 处理后未检测到,这可能是由于醛的不稳定性,导致它们在果汁基质中容易被IPL 还原成醇类或氧化成酸类[33]。IPL 处理后,蓝莓汁挥发性成分中的顺式-8,11,14-二十碳三烯酸、顺式-5,8,11,14,17-二十碳五烯酸、3-羟基月桂酸未检测到,2-溴十四酸相对含量增加了2 倍,同时新增了二十碳五烯酸等化合物。以上结果表明IPL 处理后蓝莓汁中的醛类、醇类、酯类有所减少,有新的化合物产生,赋予蓝莓汁更丰富的香气,没有产生不良挥发性化合物。

3 结论

IPL 处理将蓝莓汁中微生物数量降低至GB 7101—2022《食品安全国家标准 饮料》规定的微生物限量以下,导致蓝莓汁变质的酶类(POD、PPO)活力降低,SOD 活力保留较好,同时蓝莓汁没有发生褐变。营养物质方面,IPL 处理不会减少蓝莓汁总酸、总可溶性固形物、总糖含量。400 J 以下强度的IPL 处理组蓝莓汁总花色苷、维生素C 含量保留率较高,总酚含量得以完全保留,抗氧化能力维持较好。此外,结合GC-MS 对蓝莓汁中挥发性风味物质的分析,400 J、20 次IPL 处理后蓝莓汁中的醛类、醇类、酯类的含量和种类有所减少,新增了反式-2-甲基环戊醇、异蒲勒醇、柏木烯醇、(-)-异长叶醇等化合物,赋予了蓝莓汁木香、薄荷、黄瓜、柑橘类香气。IPL 技术能够在对蓝莓汁有效杀菌的同时保留较多的营养物质,有潜力应用于蓝莓汁的杀菌。本文结果为IPL 技术在蓝莓汁中的应用提供参考,后续应考虑经IPL 处理的蓝莓汁在不同储存条件下的保质期。

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Influence of Intense Pulsed Light Treatment on Sterilization Effect and Quality of Blueberry Juice

ZHANG Xiaoqian1,2,SUN Xiaochen2,SU Wei2,CUI Xiaozhen2,FAN Linlin2,ZHOU Jianzhong1,2 *
(1.College of Food Sciences & Technology,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China;2. Institute of Agri-products Processing,Jiangsu Academy of Agricultural Sciences,Nanjing 210014,Jiangsu,China)

Abstract: In order to investigate the influence of intense pulsed light (IPL) on the sterilization effect and quality of blueberry juice,microorganism count,enzyme activities,and nutrients(total anthocyanins,vitamin C,and total phenols) were used as indicators to analyze the influence of IPL treatments with different pulse intensities and times on the number of viable bacteria and nutritional quality of blueberry juice. The changes in volatile flavor compounds in blueberry juice were analyzed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS).The results showed that the number of microorganisms in blueberry juice was reduced to less than 20 CFU/mL after IPL treatment;peroxidase was completely inactivated,and the retention rate of superoxide dismutase activity was higher than (88.68±0.18)%;there was no browning of blueberry juice;the total phenol content was completely retained. The antioxidant capacity of blueberry juice was not significantly affected by an IPL treatment with an intensity of 400 J (P>0.05),and the retention rates of total anthocyanins and vitamin C contents were as high as (84.83±1.30)% and (95.00±2.59)%,respectively. GC-MS analysis showed some loss of aldehydes,alcohols,and esters in the aroma composition,with the addition of new volatile aroma compounds such as isobulerol and cedrenol. The IPL treatment could effectively kill the microorganisms in blueberry juice,while retaining more nutrients.

Key words: intense pulsed light;sterilization;blueberry juice;quality;volatile flavor compounds

DOI: 10.12161/j.issn.1005-6521.2025.02.004

基金项目: 江苏省农业科技自主创新资金项目(CX(22)2026)

作者简介: 张晓千(1999—),女(汉),硕士研究生,研究方向:食品科学。

*通信作者: 周剑忠(1965—),男(汉),研究员,博士,研究方向:食品生物技术。

引文格式:

张晓千,孙晓琛,苏巍,等. 脉冲强光处理对蓝莓汁杀菌效果及品质的影响[J]. 食品研究与开发,2025,46(2):23-31.

ZHANG Xiaoqian,SUN Xiaochen,SU Wei,et al. Influence of Intense Pulsed Light Treatment on Sterilization Effect and Quality of Blueberry Juice[J]. Food Research and Development,2025,46(2):23-31.

责任编辑:王艳

收稿日期:2024-03-28