摘要：為降低酸菜料包在殺菌過程中的爆袋情況，同時提高酸菜料包的殺菌品質(zhì)，文章利用加壓微波殺菌技術(shù)對殺菌過程中酸菜料包的理化品質(zhì)和參數(shù)變化進(jìn)行研究。通過測定乳酸含量、維生素C含量、L^*值、a^*值、b^*值、硬度、爆袋率和微生物含量，研究不同表壓力下酸菜料包的微波殺菌工藝。結(jié)果表明，酸菜料包殺菌過程分為兩個階段：在加壓低溫階段，表壓力越高，水分的相變速率越低，酸菜料包升溫越快；在加壓高溫階段，表壓力越高，酸菜料包的爆袋率越低，但是水的沸點越高，導(dǎo)致酸菜料包的品質(zhì)越差。研究發(fā)現(xiàn)，最優(yōu)殺菌工藝參數(shù)為低溫階段表壓力90 kPa、高溫階段表壓力50 kPa、升溫微波功率600 W、保溫溫度（85±2） ℃、保溫時間300 s。與傳統(tǒng)微波殺菌相比，酸菜料包的爆袋率下降了42%；與研究中的其他殺菌工藝參數(shù)相比，此參數(shù)下酸菜料包的理化品質(zhì)和感官評價最優(yōu)。綜上，此加壓微波殺菌工藝可為酸菜料包的殺菌工序提供理論參考與技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：酸菜料包；微波殺菌；加壓殺菌；爆袋率；品質(zhì)評價

中圖分類號：TS255.54""""""文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A"""""文章編號：1000-9973（2025）02-0162-07

Study on Pressurized Microwave Sterilization Technology of Sauerkraut Packet

LI Run-jie¹， SONG Fei-hu^1，2*， LIU Chang¹， ZHENG Yue¹， JIN Guang-yuan^1，2

（1.School of Mechanical Engineering， Jiangnan University， Wuxi 214122， China; 2.Jiangsu Key

Laboratory of Advanced Food Manufacturing Equipment amp; Technology， Wuxi 214122， China）

Abstract： In order to reduce the bag bursting of sauerkraut packet during sterilization， and improve the sterilization quality of sauerkraut packet， in this paper， the physicochemical quality and parameter changes of sauerkraut packet during sterilization are studied by using pressurized microwave sterilization technology. By measuring lactic acid content， vitamin C content， L^*"value， a^* value， b^*"value， hardness， bag bursting rate and microbial content， the microwave sterilization technology of sauerkraut packet under different surface pressures is studied. The results show that the sterilization process of sauerkraut packet is divided into two stages： in the pressurized low-temperature stage， the higher the surface pressure， the lower the phase transformation rate of water， and the faster the temperature of sauerkraut packet rises; in the pressurized high-temperature stage， the higher the surface pressure， the lower the bursting rate of sauerkraut packet， but the higher the boiling point of water， resulting in the worse quality of sauerkraut packet. It is found that the optimal sterilization process parameters are surface pressure of 90 kPa at low-temperature stage， surface pressure of 50 kPa at high-temperature stage， heating microwave power of 600 W， holding temperature of （85±2） ℃ and holding time of 300 s. Compared with traditional microwave sterilization， the bag bursting rate of sauerkraut packet decreases by 42%. Compared with other sterilization process parameters in the study， the physicochemical quality and sensory evaluation of sauerkraut packet under such parameters are the best. In summary， the pressurized microwave sterilization process can provide theoretical references and technical support for the sterilization process of sauerkraut packet.

Key words： sauerkraut packet; microwave sterilization; pressurized sterilization; bag bursting rate; quality evaluation

發(fā)酵蔬菜是我國傳統(tǒng)的發(fā)酵食品，歷史悠久^[1]，已有3 000多年的制作歷史。因其制作工藝和原材料的差異，形成了各具特色的發(fā)酵蔬菜制品^[1]。酸菜因味道酸爽，具有抗衰老^[2]、預(yù)防動脈硬化^[3]和調(diào)節(jié)人體生理功能等多種有益功效^[4]，廣受歡迎。但由于酸菜在常溫下儲存極易腐敗變質(zhì)，因此，對酸菜進(jìn)行高質(zhì)量的殺菌處理是當(dāng)今相關(guān)領(lǐng)域亟待解決的難題^[5]。

當(dāng)前，酸菜的殺菌方法有水浴殺菌^[6]、巴氏殺菌^[7]和微波殺菌^[8]等，水浴殺菌、巴氏殺菌和微波殺菌可使酸菜中微生物菌落總數(shù)至少降低3～4個數(shù)量級，以達(dá)到延長酸菜貨架期的目的。微波殺菌具有加熱速度快、殺菌效果好、能耗低等優(yōu)勢^[9]，能迅速實現(xiàn)殺菌效果，因此，微波殺菌已廣泛應(yīng)用于各類食品的殺菌中^[9-10]。Tian等^[11]研究發(fā)現(xiàn)，相較于水浴殺菌和巴氏殺菌，微波殺菌具有更好的殺菌效果，進(jìn)一步說明了微波殺菌技術(shù)是一種常見且有效的殺菌手段，在酸菜的殺菌過程中具有良好的適用性。但在酸菜裝袋后，殺菌過程中因溫度等問題引起的爆袋和品質(zhì)劣變等現(xiàn)象仍無法解決^[12]。

加壓具有平衡包裝袋內(nèi)部蒸汽壓、提高水的沸點^[13]等優(yōu)勢，將有效緩解微波殺菌過程中的爆袋和品質(zhì)劣變等問題。因此，本研究將加壓微波殺菌技術(shù)應(yīng)用于酸菜料包的殺菌工藝，搭建了常壓微波殺菌系統(tǒng)和加壓微波殺菌系統(tǒng)，研究了常壓、加壓微波殺菌下酸菜料包的溫度和品質(zhì)特性，最終建立了酸菜料包的加壓微波最優(yōu)殺菌工藝流程。

1"材料和方法

1.1"材料

未殺菌的酸菜：購于到來福東北土特產(chǎn)有限公司。

1.2"試劑

酚酞標(biāo)準(zhǔn)滴定液、鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定液、氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定液（均為分析純）、無菌均質(zhì)袋、平板計數(shù)瓊脂、馬鈴薯葡萄糖瓊脂：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.3"主要儀器與設(shè)備

P70F23P-G5微波爐"廣東格蘭仕集團(tuán)有限公司；I4A01光纖測溫儀"西安和其光電科技股份有限公司；PCI 6014數(shù)據(jù)采集卡"美國國家儀器有限公司；法蘭式壓力罐"江南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院；金屬雙缸數(shù)顯型壓力泵"合肥榮事達(dá)電子電器集團(tuán)有限公司；LSA-H3P50YB晶閘管"深圳市博得電子科技有限公司；3nh NR10QC色差儀"廣東三恩時科技有限公司；721型紫外可見分光光度計"上海菁華科技儀器有限公司；QH-03真空包裝機(jī)"浙江群海電子科技有限公司；TGL-16C高速臺式離心機(jī)"上海安亭科學(xué)儀器廠；LDZM-80KCS-Ⅱ立式壓力蒸汽滅菌鍋"上海申安醫(yī)療器械有限公司；LC-PJ-400GM拍打式無菌均質(zhì)機(jī)、LC-FA1204電子分析天平、Discovery-H移液槍""上海力辰儀器科技有限公司；SW-CJ-1D超凈工作臺"上海滬凈凈化有限公司；SHSH-C6000生化培養(yǎng)箱"上海尚城生物科技有限公司；UTi120S紅外線熱成像儀"優(yōu)利德科技（中國）股份有限公司；TA.XT Plus物性測試儀"英國Stable Micro Systems公司。

1.4"方法

1.4.1"酸菜料包的預(yù)處理

將未殺菌的酸菜樣品包從冷藏室內(nèi)取出，在無菌室內(nèi)統(tǒng)一采用市售高溫蒸煮袋（12 cm×17 cm）進(jìn)行真空包裝，裝袋量（300±10） g，切絲（6.0 mm×1.0 mm），按照1.4.4指標(biāo)測定中的步驟，剪開高溫蒸煮袋，均勻取樣進(jìn)行品質(zhì)測定。

1.4.2"常壓微波殺菌流程

對微波爐進(jìn)行改造，使其能在0～600 W有效微波吸收范圍內(nèi)連續(xù)自動調(diào)節(jié)微波功率輸出，具體系統(tǒng)見圖1。本文開發(fā)了LabView程序以實現(xiàn)功率控制和溫度監(jiān)測^[14]，最終獲取酸菜料包的實時溫度。而殺菌實時溫度采用食品冷點溫度進(jìn)行整體評價^[10]，由圖2中的熱成像儀圖像探明，殺菌處理中最冷點位于酸菜料包中心區(qū)域^[15]，最熱點位于酸菜料包對角邊緣^[15]。因此，按照圖3方式布置光纖，以完成酸菜料包溫度的監(jiān)測。殺菌流程：將酸菜料包的冷點溫度以600 W微波功率從常溫分別升溫至80，85，90，95 ℃，然后分別在對應(yīng)溫度采用PID控制程序保溫300 s（保溫溫度誤差為±2 ℃，符合精度要求），最后分別以0 W微波功率降溫至70 ℃取出，每隔20 s記錄酸菜料包的溫度和使用的功率，實現(xiàn)常壓微波殺菌過程中酸菜料包溫度的測定，最終根據(jù)溫度實現(xiàn)對酸菜料包殺菌過程中低溫和高溫階段的劃分。

1.4.3"加壓微波殺菌流程

酸菜料包的加壓微波殺菌裝置見圖4。主要由加壓微波殺菌設(shè)備、溫度單元和壓力單元組成。加壓微波殺菌設(shè)備壓力罐的材料為尼龍材料，該壓力罐采用可進(jìn)微波場的法蘭和O型圈的密封方式，具體殺菌流程見1.4.2。低溫和高溫階段分別在常壓基礎(chǔ)上額外加50，70，90 kPa壓力，高溫階段殺菌工藝參數(shù)見表1。

1.4.4"指標(biāo)測定

1.4.4.1"乳酸含量的測定

乳酸含量的測定參考吳國峰等^[16]關(guān)于酸菜中乳酸的酸堿滴定法。根據(jù)公式（1）計算乳酸含量。

總酸（以乳酸計）=c×V×0.09×250/25×W^-1×100%。（1）

式中：c為NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度（mol/L）；V為滴定消耗的NaOH溶液的體積（mL）；W為實驗完畢稱取的酸菜的質(zhì)量（g）；0.09為乳酸的毫克當(dāng)量。

1.4.4.2"維生素C含量的測定

維生素C含量的測定參考馬宏飛等^[17]關(guān)于果蔬中維生素C的紫外可見分光光度法。根據(jù)公式（2）計算維生素C含量。

維生素C含量=c×V_總×V_待測×100V₁×W_總×1 000。（2）

式中：ｃ為依照標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計算得到的維生素Ｃ的濃度（μg/mL）；V₁為測定吸光度時吸取的酸菜溶液的體積（mL）；V_總為吸取的酸菜溶液的定容總體積（mL）；V_待測為待測酸菜提取液的總體積（mL）；Ｗ_總為實驗完畢均勻稱取的酸菜質(zhì)量（g）；100為100 g酸菜。

1.4.4.3"色澤的測定

色澤的測定：使用色差儀對每份酸菜料包樣品的3個不同位置進(jìn)行測定，測定3次，取平均值。根據(jù)公式（3）計算ΔE。

ΔE=ΔL²+Δa²+Δb²。（3）

式中：L^*值表示亮度，L^*值越大，亮度越大；a^*值表示紅度，a^*值越大，紅色越明顯；b^*值表示黃度，b^*值越大，黃色越明顯。

1.4.4.4"質(zhì)構(gòu)的測定

使用TA.XT Plus物性測試儀測定酸菜的硬度，用直徑為90 mm、高度為15 mm的培養(yǎng)皿裝滿同等重量且均勻的酸菜，平行測定3次，剔除差距明顯的曲線，并取平均值。探頭型號為TA/70 mm，測試模式為TPA，測試速度為60 mm/min，觸發(fā)力為5 N，兩次下壓間隔時間為5 s，目標(biāo)模式為形變40%。

1.4.4.5"爆袋率的測定

每次實驗完畢后，從微波爐中取出裝有酸菜料包的壓力罐，拆卸壓力罐，觀察酸菜料包有無破損情況，有破損情況意味著爆袋，無破損情況意味著沒有爆袋，各批次做100次重復(fù)性實驗，以統(tǒng)計酸菜料包的爆袋率。根據(jù)公式（4）計算爆袋率。

爆袋率（%）=n_爆袋n_總×100%。 （4）

式中：n_爆袋表示爆袋的數(shù)目；n_總表示實驗總袋數(shù)。

1.4.4.6"微生物指標(biāo)的測定

采用傾注平板法^[18]。細(xì)菌總數(shù)的測定參照GB 4789.3—2016；酵母菌和霉菌的測定參照GB 4789.15—2016。

1.4.4.7"感官評價

由10名經(jīng)過一定訓(xùn)練的評委（5名男性和5名女性，年齡在20～50歲，食品工程專業(yè)的學(xué)生和工作人員）組成的品評小組對整體外觀、味道和質(zhì)地一致性進(jìn)行感官評價，以獲得消費(fèi)者偏好和接受度的初步信息。感官評價標(biāo)準(zhǔn)見表2。

1.5"數(shù)據(jù)分析與處理

采用SPSS 27.0軟件

對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析，Plt;0.05表示有顯著性差異；采用Origin 2018和Excel 2018軟件繪圖。實驗重復(fù)3次，實驗結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2"結(jié)果與分析

2.1"常壓微波殺菌的溫度和品質(zhì)分析

由圖5中a可知，在常壓殺菌中，升溫末期和保溫過程中酸菜料包的溫度曲線波動比較大。

由表3可知，從微生物學(xué)角度出發(fā)，在常壓殺菌終點時，酸菜料包均達(dá)到所需的殺菌效果。但溫度高于90 ℃時，一方面，微波加熱時間過長，酸菜料包過度殺菌嚴(yán)重；另一方面，由圖5中b可知，因為袋內(nèi)蒸汽壓力過高^[12]，酸菜料包的爆袋現(xiàn)象嚴(yán)重；而溫度低于80 ℃時，酸菜料包達(dá)不到所需的殺菌效果。因此，選取85 ℃作為酸菜料包的殺菌終點溫度是可行的。

由圖5中b和圖6可知，在常壓殺菌下，70 ℃以上對酸菜料包的外觀和品質(zhì)破壞比較大且爆袋率較高，因此，采取加壓的方式一方面是為了降低酸菜料包的爆袋率，提升品質(zhì)；另一方面是為了改變酸菜料包中水的相變速率^[19]，優(yōu)化殺菌過程。基于上述理論，根據(jù)溫度將加壓殺菌流程分為兩個階段：低溫殺菌階段和高溫殺菌階段。此劃分階段適用于常壓和加壓微波殺菌。根據(jù)圖6中統(tǒng)計的爆袋率，加壓微波殺菌表壓力選取50，70，90 kPa。

2.2"加壓微波殺菌的溫度分析

由圖7可知，酸菜料包的殺菌升溫經(jīng)歷兩個過程：當(dāng)冷點溫度低于40 ℃時，升溫比較緩慢，這是因為微波加熱往往需要較長的時間來積累足夠的熱量^[20]，使物料溫度升高到所需的程度；當(dāng)冷點溫度高于40 ℃時，表壓力越高，水的相變速率越慢^[19]，因此更多的能量用于酸菜升溫，酸菜料包的升溫速率越快。 在降溫過程中，不同表壓力下酸菜料包的降溫速率從高到低為90 kPagt;70 kPagt;50 kPa。高溫階段開始后，酸菜的表面液態(tài)水迅速汽化^[13]，形成水蒸氣，液態(tài)水的沸點是所處表壓力下的飽和蒸汽溫度，但飽和蒸汽溫度隨表壓力的變化而變化，表壓力越高，飽和蒸汽溫度越高^[13]，50，70，90 kPa表壓力下，水的沸點分別為111.8，115.6，119 ℃^[21-22]。由圖8可知，酸菜料包表面的最高溫度分別為101.3，102.6，104.0 ℃，因此表壓力越低，保溫過程中酸菜料包內(nèi)部熱點區(qū)域溫度越容易接近水的沸點，而水蒸氣具有的熱量值越大，酸菜料包降溫越困難。

2.3"加壓微波殺菌的品質(zhì)分析

2.3.1"低溫階段的品質(zhì)分析

由表4～表7可知，在低溫殺菌階段，表壓力與酸菜料包的硬度呈負(fù)相關(guān)性，且70 ℃低溫終點時具有顯著負(fù)相關(guān)性。表壓力越高，酸菜料包中水的相變速率越低^[19]，更多能量用于酸菜蒸煮升溫，造成表壓力與酸菜料包的硬度呈負(fù)相關(guān)性。

表壓力與酸菜料包的L^*值與a^*值呈正相關(guān)性，且70 ℃低溫終點時具有顯著正相關(guān)性。王強(qiáng)等^[23]研究表明低壓能夠破壞調(diào)味料細(xì)胞壁的完整性，并促進(jìn)炒制過程中調(diào)味料與油脂的液質(zhì)傳遞速率。因此，隨著表壓力的升高，對酸菜組織結(jié)構(gòu)造成的破壞越大，酸菜細(xì)胞內(nèi)部酸性物質(zhì)含量溶出越多，酸菜的pH越低；楊慧等^[24]研究表明當(dāng)完整的葉綠素組織遭到破壞時，食物的色澤會發(fā)生系列變化。因此，葉綠素的損失導(dǎo)致紅色越明顯，a^*值越大。決定酸菜料包b^*值的是類胡蘿卜素等色素。類胡蘿卜素等色素并不會因加壓而損失^[25]。隨著表壓力的升高，在低溫殺菌終點時，酸菜料包的色差值ΔE在9～20范圍內(nèi)變化。因此，從某種程度上而言，表壓力越大，越能起到增加酸菜料包亮度的效果^[26-27]，且L^*值越大，酸菜料包的香氣愈加濃郁。

表壓力與酸菜料包維生素C的保留率呈顯著正相關(guān)性，因為表壓力越高，酸菜料包升溫至70 ℃的時間越短（見2.2），酸菜料包的維生素C保留率越高^[28]。

表壓力與酸菜料包乳酸的保留率呈顯著正相關(guān)性，因為表壓力越高，酸菜細(xì)胞內(nèi)部表征酸性物質(zhì)溶出越多^[23]，所以測定的乳酸含量越多。

由表8可知，當(dāng)溫度達(dá)到70 ℃時，酸菜料包內(nèi)部的真菌和細(xì)菌總數(shù)分別下降5～6，3～4個數(shù)量級。在低溫階段，因為溫度較低，無需考慮酸菜料包的爆袋，結(jié)合相關(guān)品質(zhì)研究和表9可知，90 kPa表壓力下酸菜料包的品質(zhì)和感官評分優(yōu)于其他表壓力下酸菜料包的品質(zhì)和感官評分，因此，低溫階段采取90 kPa表壓力對酸菜料包進(jìn)行微波殺菌。

2.3.2"高溫階段的品質(zhì)分析

由表10可知，經(jīng)過高溫殺菌，在殺菌流程結(jié)束時，表壓力與酸菜料包的硬度呈顯著正相關(guān)性（P＜0.05），因為表壓力越高，酸菜料包內(nèi)部水的最高溫度遠(yuǎn)離水的沸點，沸騰區(qū)域越小，因此，沸騰對酸菜料包造成的蒸煮破壞越低，酸菜料包的硬度越高。

酸菜料包殺菌終點的L^*值、b^*值與表壓力呈顯著負(fù)相關(guān)性，而a^*值與表壓力呈顯著正相關(guān)性，因為表壓力越大，酸菜料包內(nèi)部水的中心沸點與最高溫均提升，破壞了酸菜料包部分葉綠素的細(xì)胞完整性^[24]，同時酸菜料包中部分類胡蘿卜素降解，降低了類胡蘿卜素的膠束化水平^[29]。在保溫過程中，表壓力越高，酸菜料包的最高溫度越高，其內(nèi)部的維生素C分解越多^[28]，酸菜料包的非酶褐變程度越嚴(yán)重^[30]，酸菜發(fā)黑程度越嚴(yán)重^[26-27]，使得酸菜料包殺菌終點的L^*值與表壓力呈顯著負(fù)相關(guān)性。

在高溫殺菌階段，表壓力越高，酸菜料包內(nèi)部水的沸點越高，酸菜料包的熱點溫度越高，因此，對酸菜料包的維生素C^[28]、乳酸破壞越大。由表11可知，在殺菌流程結(jié)束時，酸菜料包的微生物含量有效降低。由表12可知，酸菜料包殺菌終點的感官評分從高到低為殺菌模式1gt;殺菌模式2gt;殺菌模式3。殺菌模式1，2，3的酸菜料包的爆袋率分別為14%、9%、6%。綜合考慮酸菜料包的品質(zhì)、感官評分、爆袋率等結(jié)果，殺菌模式1優(yōu)于其他殺菌模式。

結(jié)合上述對酸菜料包升溫、保溫、降溫過程中的品質(zhì)分析，可以得出酸菜料包的最優(yōu)殺菌工藝參數(shù)：在低溫殺菌階段，使用90 kPa表壓力升溫至70 ℃；在高溫殺菌階段，使用50 kPa表壓力升溫至85 ℃，保溫5 min，最后降溫至70 ℃結(jié)束酸菜料包的殺菌流程。因此，采用分階段變壓的方式可以減少酸菜料包的熱處理程度，盡量減少熱處理對酸菜料包品質(zhì)的破壞。

3"結(jié)論

本文采用加壓微波技術(shù)對酸菜料包進(jìn)行殺菌處理，研究酸菜料包殺菌過程中的工藝參數(shù)和品質(zhì)。結(jié)果顯示，采用最優(yōu)加壓微波殺菌工藝參數(shù)的酸菜料包的品質(zhì)得到了顯著提升（P＜0.05），且爆袋率下降了42%。上述結(jié)果表明，經(jīng)加壓微波殺菌處理后的酸菜料包的品質(zhì)良好，能夠滿足殺菌需求。

本研究自行設(shè)計搭建了微波殺菌裝置，利用加壓微波殺菌技術(shù)實現(xiàn)了酸菜料包的殺菌處理，探索了加壓技術(shù)在酸菜料包微波殺菌中的初級應(yīng)用形態(tài)。后續(xù)研究可著眼于保溫過程，采用模糊控制策略對表壓力進(jìn)行動態(tài)優(yōu)化，進(jìn)一步降低酸菜料包殺菌過程中的爆袋率，提升酸菜料包殺菌后的品質(zhì)。

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