高压脉冲电场(PEF)对蓝莓汁品质及杀菌机理探究

高压脉冲电场(PEF)对蓝莓汁品质及杀菌机理探究

陶晓赟   北京林业大学

摘  要：蓝莓具有多种生理保健功能，具有广阔的应用领域和发展前景。为实现蓝莓的综合利用与产品开发，本文采用高压脉冲电场这种非热加工技术处理鲜榨蓝莓汁，研究经过处理的蓝莓汁中微生物、营养成分、色泽及贮藏期间各种理化指标的变化；结合仿生技术和GC-MS技术分析蓝莓汁风味的变化；探究电场强度、处理时间、电导率等因素对蓝莓汁中不同微生物的致死率及高压脉冲电场对微生物的钝化机制。主要研究结果如下：1.PEF技术可有效杀灭蓝莓汁中的微生物（p<0.05），且不影响蓝莓汁的色泽风味和营养成分。当电场强度为30 kV/cm、处理时间为60μs时，高压脉冲电场对蓝莓汁的灭菌率已达到99%以上；4℃下贮藏30天后菌落总数为1.3个对数，满足商业无菌要求（GB19297-2010）。2.PEF技术对蓝莓汁中的重要活性成分影响较小。在4℃下贮藏30天后，PEF处理的蓝莓汁中花青素和Vc的保留率分别为84.84%、87.87%，与热处理的蓝莓汁差异显著（p<0.05）； PEF和热处理对蓝莓汁中的还原糖、总酸、总酚、Brix含量的影响不显著（p>0.05）；热处理后蓝莓汁的色差值ΔE*要比PEF处理高近3倍，说明与热处理的蓝莓汁相比，PEF能更好的保护蓝莓汁的颜色。3.电子鼻无损检测技术适合检测蓝莓汁，PCA分析得到总贡献率为97.943%，DFA分析正确判断率为100%，SIMCA分析可知PEF处理、对照组的蓝莓汁为一类物质。采用电子舌技术检测蓝莓汁发现三种不同处理的蓝莓汁味道变化最大的是丰富性（鲜的回味），酸味、咸味、涩味与对照略有差异。经过热处理后的蓝莓汁味道变化最大。4.采用SPME提香、GC-MS联机检索的方法检测经过热和PEF处理的蓝莓汁发现：醇类、酮类、醛类、酯类、酸类及烷烃类化合物种类和含量都发生显著变化（p<0.05）；但是主要的香气成分变化不大，这些物质赋予了蓝莓汁特有的果香、花香、松香、樟脑香。5.在一定范围内，随电场强度、处理时间的增大，PEF对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和酿酒酵母的杀灭效果增强显著（p<0.05）。当处理条件为35kV/cm、90μs时，大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、酿酒酵母致死率分别为5.12、4.64、5.30个对数。相同电场强度、处理时间下，PEF对不同微生物的致死率：酿酒酵母>大肠杆菌>金黄色葡萄球菌。Hiilsheger模型可有效分析PEF与各种微生物之间的动力学关系。大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、酿酒酵母三种微生物的致死临界场强分别为11.01 kV/cm、16.55 kV/cm、11.25 kV/cm。6.PEF处理后酵母菌和大肠杆菌存在亚致死细胞。利用扫描电子显微镜观察经PEF处理后的酿酒酵母发现牙痕增多，细胞表面出现粗糙褶皱、凹陷甚至孔洞。借助透射电子显微镜观察经过PEF处理的酿酒酵母发现原生质体发生团聚、缺失，细胞质壁分离，细胞核明显缺失。PI染色发现经过PEF处理，酿酒酵母和大肠杆菌细胞膜破损数量随电场强度和处理时间的增大而增多，且酿酒酵母比大肠杆菌更容易发成膜损伤。经过PEF处理的酿酒酵母、大肠杆菌胞内蛋白不仅发生外泄，蛋白质的二级结构也被破坏。AO染色发现酵母菌、大肠杆菌DNA发生变性。经过PEF处理的酿酒酵母线粒体膜电位损伤。这些现象支持了“膜穿孔学说”，且经过PEF处理的微生物不仅发生膜穿孔，胞内蛋白、线粒体、遗传物质等都受到破坏，诸多因素共同造成微生物死亡。

关键词：高压脉冲电场； 蓝莓汁； 品质； 致死率； 杀菌机理；