王思达，王 兰，吕 都，董 楠，王 梅*

（1.贵阳市花溪区高坡苗族乡农业服务中心，贵州 贵阳 550034；2.贵州省体育运动学校，贵州 贵阳 551400；3.贵州省农业科学院生物技术研究所，贵州 贵阳 550006）

马铃薯营养丰富，食用方法多样，将其切片后于泡椒腌制液中进行腌制，所得泡椒鲜切马铃薯片营养丰富、质地脆嫩、酸辣鲜香。但其贮藏过程中易发生褐变、胀袋、质地软化，甚至腐烂变臭等问题，使得商品性下降、货架期缩短，不利于产品贮藏和流通。马铃薯含有丰富的多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）和多酚类物质，切分后，细胞区域化结构遭到破坏，极易发生酶促褐变；胀袋则是由于微生物的繁衍增殖。因此，选择合适的杀菌方式，在杀灭微生物的同时钝化酶活性，对提升泡椒鲜切马铃薯片贮藏品质至关重要。

辐照杀菌属冷杀菌技术，主要利用60Co或137Cs辐射源产生的γ射线或加速器产生的高能电子束破坏食品中的活细胞，使细胞死亡，破坏酶蛋白结构，达到杀菌、灭酶的目的[1-3]；辐照杀菌效果彻底，无污染、无残留[4-5]。微波杀菌是利用其热效应和生化效应，使食品在短时间内迅速升温，导致生物体内蛋白质和生理活性物质被破坏，达到杀菌的目的[6-7]；微波杀菌具有升温快、杀菌彻底等特点。蒸汽灭菌属于传统的热杀菌方式，操作简单、成本低，目前大多食品加工企业仍采用此方法进行杀菌。本研究筛选3种杀菌方式的最佳工艺参数，而后开展贮藏实验，对比3种灭菌方式对泡椒鲜切马铃薯片色泽、质构、多酚氧化酶活性及微生物等指标的影响，得出各指标变化规律，选择适合泡椒鲜切马铃薯片的杀菌方式，旨在提升泡椒鲜切马铃薯片贮藏品质，延长货架期，为工厂实际加工提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

马铃薯（品种为合作88）：贵阳市石板镇农产品物流园；泡椒小米辣、生姜、大蒜、八角、花椒等辅料：市售。

聚酰胺/流延聚丙烯（polyamides/cast polypropylene，PA/CPP）耐高温包装袋（规格为12 cm×17 cm）：东莞市卓安包装材料有限公司。

聚乙烯吡咯烷酮、Triton X-100（均为分析纯）：北京索莱宝科技有限公司；邻苯二酚（分析纯）：天津市光复精细化工研究所；聚乙二醇（分析纯）：上海阿拉丁生化科技股份有限公司；氯化钠（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；平板计数琼脂（plate count agar，PCA）培养基：上海博微生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

60Co-γ静态辐照源：贵州省农业科学院辐照中心；EML520P（S）微波炉：合肥荣事达三洋电器股份有限公司；TMS-Pro物性分析仪：美国FTC公司；NH310色差仪：深圳市三恩时科技有限公司；HSP-70BE恒温恒湿光照培养箱：上海力辰科技有限公司；CJ-1D超净工作台：天津市泰斯特仪器有限公司；PYX-DHS恒温培养箱：上海跃进医疗器械厂；LDZX-50KBS立式压力蒸汽灭菌锅：上海申安医疗机械厂；BioMate 3S紫外可见分光光度计：泰科施普（北京）技术有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品制备

泡椒液的制备：以泡椒小米辣的质量为基础，按不同比例添加成分，其中，饮用水50%，白醋3%，味精、鸡精各5%，生姜、大蒜各2%，花椒、八角、香叶各5%，白酒2%。

泡椒鲜切马铃薯片样品的制备：将与泡椒小米辣同等质量的鲜切马铃薯片漂洗、去皮，切分成厚度约3 mm的圆片，清水漂洗2次，置于体积分数2%的白醋溶液中浸泡15 min。取出后清水漂洗2次，沥干水分，将处理后的马铃薯片置于上述比例泡椒液中浸没腌制12～15 h。取出沥干水分，用耐高温包装袋进行抽真空包装，每袋约75 g。

1.3.2 杀菌实验

采用不同的杀菌方式处理，初步筛选各杀菌方式工艺参数，其中蒸汽杀菌时间分别为1 min、2 min、3 min、4 min、5 min；微波（频率2 450 MHz）杀菌功率分别为300 W、450 W、600 W、700 W、900 W，杀菌时间均为10 s；辐照杀菌剂量分别为2 kGy、4 kGy、6 kGy、8 kGy、10 kGy。杀菌结束后，待样品恢复至室温，于37 ℃、相对湿度（relative humidity，RH）75%、光照条件下贮藏21 d。对不同杀菌参数条件下泡椒鲜切马铃薯片的色泽、质构和感官评分进行测定与分析，筛选出各杀菌方式较优参数。

1.3.3 不同杀菌方式处理

按前述相同的方法制作泡椒鲜切马铃薯片样品，采用筛选出的工艺参数进行杀菌处理，待样品恢复至室温，于37 ℃、RH75%、光照条件下贮藏49 d。每7 d取样对产品的色泽、质构、菌落总数、多酚氧化酶（PPO）活性和感官指标进行测定。

1.3.4 测定方法

色泽L*值、a*值和b*值：每个处理组随机取10片泡椒鲜切马铃薯片，采用色差仪测量正反面色差值（n=20）。L*值代表亮度，其值越大，表示越白，亮度越好，褐变越轻，反之褐变越重。a*值表示红绿偏向，正值表示偏红，负值表示偏绿；b*值表示黄蓝偏向，正值表示偏黄，负值表示偏蓝。每个样品重复10次，取平均值。

质构特性：选择物性分析仪，P/5探头，测前速度=测试速度=测后速度=1 mm/s，压缩形变量为40%，每个样品平行测定10次，取平均值。

菌落总数：参照GB 4789.2—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验菌落总数测定》[8]进行测定。每个样品重复3次，取平均值。

多酚氧化酶活性：采用邻苯二酚法[9]进行测定。每个样品重复3次，取平均值。

感官评定：由10名经过培训的评价员对泡椒鲜切马铃薯片从3个方面进行综合评价，取10人的平均分，满分为100分，评分≤70分，则失去食用价值和商品价值。评分标准见表1。

表1 泡椒鲜切马铃薯片感官评分标准Table 1 Sensory evaluation standards of fresh-cut potato chips with pickled pepper

1.3.5 数据分析

采用Excel 2019进行数据统计、Origin 9.0制图、SPSS 22.0进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 不同蒸汽杀菌时间对泡椒鲜切马铃薯片L*值、硬度和感官评分的影响

蒸汽杀菌时间是影响泡椒鲜切马铃薯片外观质地及口感的主要因素，杀菌时间过长产品变软，口感变差，不利于贮藏；杀菌时间过短，质地较脆，但杀菌灭酶不彻底，贮藏过程中微生物繁衍增殖，产品容易胀袋，存在安全隐患，且易发生褐变反应，影响产品外观及口感。因此，寻找合适的蒸汽杀菌时间对改善泡椒鲜切马铃薯片贮藏品质至关重要。

由图1（A）可知，随着杀菌时间的延长，产品L*值呈先升高后降低的趋势，杀菌时间为4 min时，L*值最大，为65.83；杀菌时间为5 min时，L*值降至64.56。L*值越大，表示产品亮度越好，褐变越轻，杀菌时间为1～4 min时，L*值逐渐增大，主要是因为杀菌时间越长，灭酶效果越好，产品发生酶促褐变的可能性越小，因此亮度越高；而杀菌时间继续延长至5 min，产品亮度反而降低，可能是因为加热时间太长，虽然酶活性被钝化，但马铃薯还原糖中的羰基化合物与氨基酸或蛋白质中的氨基化合物发生了羰氨反应，生成了类黑精大分子物质，导致褐变加深，亮度变低[10]。

图1 不同蒸汽杀菌时间对泡椒鲜切马铃薯片L*值（A）、硬度（B）和感官评分（C）的影响Fig.1 Effects of different steam sterilization time on L* value (A),hardness (B) and sensory score (C) of fresh-cut potato chips with pickled pepper

由图1（B）可知，随着蒸汽杀菌时间的延长，泡椒鲜切马铃薯片硬度逐渐降低，主要是因为加热破坏了马铃薯细胞结构，使细胞壁中的果胶类物质发生降解，细胞黏性下降，所以硬度降低[11]。蒸汽杀菌时间1～2 min时下降幅度较大，为2.18%；2～3 min时下降较为平缓，为0.88%；杀菌时间超过3 min，硬度大幅度下降，产品脆性变差。

随着蒸汽杀菌时间的延长，泡椒鲜切马铃薯片由生到熟。由图1（C）可知，蒸汽杀菌时间为3 min时，产品外观形态、气味滋味均较好且保持一定的脆度，此时感官评分最高，为83.7分；杀菌时间超过3 min，由于质地较软化且伴随褐变的发生，导致感官评分较低。综合以上，蒸汽杀菌时间选择3 min为宜。

2.2 不同微波杀菌功率对泡椒鲜切马铃薯片L*值、硬度和感官评分的影响

由图2（A）可知，随着微波杀菌功率的增大，泡椒鲜切马铃薯片L*值逐渐增大，亮度增加，主要是因为一方面微波的热效应作用于物料表里，使引起泡椒鲜切马铃薯片褐变的酶发生不可逆变性，导致失活；另一方面，微波电场能够干扰和破坏酶的空间结构，使酶分子中的氢键断裂，钝化酶活，从而抑制酶促褐变的发生[12]。微波功率越大，抑制酶活效果越明显，褐变越轻，当微波功率＞700 W，L*值变化趋于平缓。

图2 不同微波杀菌功率对泡椒鲜切马铃薯片L*值（A）、硬度（B）和感官评分（C）的影响Fig.2 Effects of different microwave sterilization power on L* value (A),hardness (B) and sensory score (C) of fresh-cut potato chips with pickled pepper

由图2（B）可知，随着微波功率的增大，泡椒鲜切马铃薯片硬度逐渐降低，主要是因为微波热效应导致泡椒鲜切马铃薯片细胞溃烂、破裂，细胞内容物流失，细胞膨压下降，组织结构软化[13]。特别地，当微波功率＞700 W，硬度下降幅度显著增加。

由图2（C）可知，随着微波功率的增大，产品感官评分呈先上升后下降的变化趋势，主要是因为微波功率为300～700 W时，产品亮度逐渐增加，色泽形态变好，当微波功率＞700 W，产品硬度下降，质地软化，脆性较差，故感官评分降低。综合以上，微波杀菌功率选择700 W为宜。

2.3 不同辐照剂量对泡椒鲜切马铃薯片L*值、硬度和感官评分的影响

由图3（A）可知，随着辐照剂量的增加，L*值逐渐增大，亮度增加，褐变减轻，主要是因为辐照能较好地抑制多酚氧化酶活性[14]，减少酶促褐变的发生，保持产品色泽。辐照剂量为2～8 kGy时，剂量越大，抑制效果越显著，当辐照剂量＞8 kGy，L*值趋于平缓。

图3 不同辐照剂量对泡椒鲜切马铃薯片L*值（A）、硬度（B）和感官评分（C）的影响Fig.3 Effects of different irradiation dose on L* value (A),hardness (B) and sensory score (C) of fresh-cut potato chips with pickled pepper

由图3（B）可知，随着辐照剂量的增加，泡椒鲜切马铃薯片硬度逐渐降低，此结果与曹森等[15-16]的研究结果一致。特别地，当辐照剂量为8～10 kGy时，硬度下降幅度最大，为10.32%。辐照剂量越大，硬度下降越显著，一方面，可能是因为高剂量辐照处理产生了大量自由基，对马铃薯细胞结构造成损伤，导致细胞膜透性增加，细胞内容物渗出，组织结构崩塌[17]；另一方面，辐照处理一定程度上可激活多聚半乳糖醛酸酶（polygalacturonase，PG）、β-半乳糖苷酶（β-galactosidase，β-Gal）等[18]细胞壁降解酶活性，加速细胞壁分解，改变果胶分子之间的相互作用，导致泡椒鲜切马铃薯片软化。由图3（C）可知，随着辐照剂量的增大，泡椒鲜切马铃薯片感官评分呈先上升后下降的变化趋势，当辐照剂量为8 kGy时，感官评分最高，为69.7分，随后感官评分急速下降，主要是由于高剂量辐照导致硬度急剧下降，组织软化，口感变差。综合以上，辐照剂量选择8 kGy。

2.4 不同杀菌方式对泡椒鲜切马铃薯片贮藏期间色泽的影响

采用前期预实验筛选出的不同杀菌方式的最优条件对泡椒鲜切马铃薯片进行杀菌处理，于37 ℃、RH 75%、光照条件下贮藏49 d。贮藏期间泡椒鲜切马铃薯片色泽L*值、a*值和b*值的变化分别见图4（a）、图4（b）、图4（c）。由图4（a）可知，随着贮藏时间的延长，不同杀菌方式处理的泡椒鲜切马铃薯片L*值逐渐降低，亮度下降，褐变加重；其中0～27 d以辐照杀菌的样品L*值最低，褐变速度最快；28～42 d时辐照杀菌与微波杀菌的样品L*值相差不大，差异不显著（P＞0.05）。整个贮藏过程蒸汽杀菌的样品L*值最高，说明蒸汽杀菌能较好地保持泡椒鲜切马铃薯片的亮度，延缓褐变；贮藏过程中辐照杀菌的样品L*值较低，褐变最为严重，可能是因为辐照产生的自由基攻击了马铃薯中蛋白质和还原糖的部分基团，发生了羰氨反应，导致褐变加深[19]。贮藏至49 d时，3种杀菌方式处理的泡椒鲜切马铃薯片褐变均较严重，L*值相差不大。由图4（b）可知，不同杀菌方式处理的泡椒鲜切马铃薯片贮藏期间a*值皆为正，且随着贮藏时间的延长a*值逐渐升高，表示红色加深，其中以辐照杀菌的样品红色较深，褐变较严重，贮藏至49 d，辐照处理组与蒸汽杀菌和微波杀菌相比差异显著（P＜0.05）。由图4（c）可知，不同杀菌方式处理的泡椒鲜切马铃薯片贮藏期间b*值皆为正，表明颜色偏黄，且随着贮藏时间的延长b*值逐渐增大，黄色加深。0～42 d，以辐照杀菌的样品b*值较大，贮藏至49 d，则以蒸汽杀菌的样品b*值最高，与微波杀菌和辐照杀菌相比差异显著（P＜0.05）。

图4 不同杀菌方式对泡椒鲜切马铃薯片贮藏期间L*值（a）、a*值（b）和b*值（c）的影响Fig.4 Effects of different sterilization methods on L* value (a), a* value (b) and b* value (c) of fresh-cut potato chips with pickled pepper during storage

2.5 不同杀菌方式对泡椒鲜切马铃薯片贮藏期间PPO活性的影响

PPO是一种含铜氧化酶，大多存在于细胞质中或细胞膜上，可催化酚类物质发生褐变反应，生成邻-苯醌类化合物，即黑色素。PPO酶蛋白特定的空间构象、二级结构、活性中心、关键氨基酸等对维持PPO活性和稳定性至关重要。由图5可知，随着贮藏时间的延长，不同杀菌方式处理的泡椒鲜切马铃薯片PPO活性逐渐增大，但整体控制在5.5 U/（g·min）以内，活性相对较低，控制效果较好。贮藏前期（0～21 d），3种杀菌方式处理的泡椒鲜切马铃薯片PPO活性均较低，且差异不显著（P＞0.05）；从第28天开始，PPO活性大幅度上升，且以蒸汽杀菌处理的泡椒鲜切马铃薯片PPO活性较高，贮藏的28～42 d，蒸汽杀菌组与微波杀菌和辐照杀菌相比差异显著（P＜0.05）。微波处理可使鲜切马铃薯片中PPO分子结构发生显著改变，主要表现为α-螺旋含量降低，β-折叠含量上升，无规则卷曲含量下降，从而钝化PPO活性，抑制酶促褐变的发生[20]。辐照则可改变PPO的立体结构，剂量小时，PPO二级结构遭到破坏；随着剂量的增大，酶蛋白质中大量氢键、二硫键和氨基酸基团被破坏，α-螺旋、β-折叠和β-转角含量急剧下降，甚至肽链发生断裂，无规则卷曲增加，PPO三、四级结构遭到破坏，最终导致酶活性下降，从而抑制酶促褐变的发生[21]。与图4（a）相比，虽然蒸汽杀菌处理的泡椒鲜切马铃薯片PPO活性较高，但其L*值最高，褐变较轻，主要是因为PPO酶活性整体较低，而由辐照杀菌和微波杀菌引起的非酶褐变比酶促褐变更为严重。

图5 不同杀菌方式对泡椒鲜切马铃薯片贮藏期间多酚氧化酶活性的影响Fig.5 Effects of different sterilization methods on polyphenol oxidase activity of fresh-cut potato chips with pickled pepper during storage

2.6 不同杀菌方式对泡椒鲜切马铃薯片贮藏期间质构特性的影响

质构是评价泡椒鲜切马铃薯片口感优劣的直观指标。不同杀菌方式对泡椒鲜切马铃薯片贮藏期间质构特性的影响见表2。

表2 不同杀菌方式对泡椒鲜切马铃薯片贮藏期间质构特性的影响Table 2 Effects of different sterilization methods on texture properties of fresh-cut potato chips with pickled pepper during storage

由表2可知，泡椒鲜切马铃薯片经微波和辐照处理后（0 d）硬度稍有下降，与蒸汽杀菌相比差异显著（P＜0.05），主要是因为微波和辐照对泡椒鲜切马铃薯片细胞结构造成了一定损伤；弹性和咀嚼性则以微波处理组较高，可能是因为微波处理后泡椒鲜切马铃薯片水分略有减少。随着贮藏时间的延长，泡椒鲜切马铃薯片硬度逐渐下降，贮藏至49 d，蒸汽杀菌、微波杀菌和辐照杀菌的样品硬度值与初始值（0 d）相比分别下降了41.4%、46.9%和60.7%，蒸汽处理组硬度保持较好，辐照处理组质地软化最为严重。贮藏过程中蒸汽处理组和微波处理组弹性相差不大，辐照处理组弹性最低；咀嚼性0～7 d以微波处理组较高，14～49 d以蒸汽处理组较高，整个贮藏过程辐照处理组咀嚼性最低。3种杀菌方式对泡椒鲜切马铃薯片硬度的影响因素前文已有论述，横向比较发现，辐照处理组硬度最低，说明60Co-γ辐照在高效杀菌的同时对果蔬组织结构也造成一定损伤，导致相邻细胞间粘结性下降，组织变得松软无力，弹性和咀嚼性也逐渐消失[22]。微波处理组硬度比蒸汽处理组低，此结果与潘梦垚[23]对水煮笋杀菌方式的研究结果一致，主要是因为微波热效应对细胞结构造成了损伤，导致硬度下降。综合以上，蒸汽处理能较好地保持泡椒鲜切马铃薯片的质构特性。

2.7 不同杀菌方式对泡椒鲜切马铃薯片贮藏期间菌落总数的影响

泡椒鲜切马铃薯片贮藏过程菌落总数的变化如表3所示。各处理组于37 ℃、RH 75%、光照条件下贮藏21 d均未产菌，蒸汽杀菌于贮藏的28 d最先开始长菌，其次是微波杀菌，贮藏至35 d开始长菌，辐照杀菌效果最好，于贮藏的42 d才开始长菌。整体上，三种杀菌方式灭菌效果均较好，于贮藏末期（49 d）菌落总数符合NY/T 2650—2014《泡椒类食品辐照杀菌技术规范》[24]对泡椒类食品菌落总数的要求，可较好地保证食品安全。微波杀菌主要利用其电磁能转化为热能产生的热效应和交变电磁场对水分子、蛋白质、核酸等极性分子产生的非热效应杀灭微生物[25-26]。实验中辐照杀菌是利用波长极短（＜10-12m）的γ射线产生的高能电子束使样品中微生物细胞间质发生电离和化学作用，形成离子、激发态或分子碎片，同时样品中的水分子经辐射后也会发生电离作用形成各种游离基和过氧化氢，破坏细胞结构阻碍微生物生长，达到灭菌的目的[27]。蒸汽杀菌是一种传统的杀菌方式，成本低，简单易操作，目前仍是大多数食品加工厂采用的杀菌方法，本实验中鲜切马铃薯片腌制入味包装后直接进行蒸汽杀菌，冷却至常温即得成品，一方面省去烫漂环节，节约成本，杀菌的同时熟化马铃薯片，使马铃薯的薯香味和泡椒的酸辣味更好的释放；另一方面，杀菌后至销售前无需再打开产品，可避免二次污染，较好地保证食品的安全性，适用于泡椒鲜切马铃薯片的加工过程。

表3 不同杀菌方式对泡椒马铃薯片贮藏期间菌落总数的影响Table 3 Effects of different sterilization methods on total bacterial count of fresh-cut potato chips with pickled pepper during storage CFU/g

2.8 不同杀菌方式对泡椒鲜切马铃薯片贮藏期间感官评分的影响

3种杀菌方式处理的泡椒鲜切马铃薯片于37 ℃、RH 75%、光照条件下贮藏，贮藏过程中感官评分变化如表4所示。由表4可知，随着贮藏时间的延长泡椒鲜切马铃薯片感官评分逐渐下降。0～7 d，三组样品色泽金黄、风味浓郁、质地脆嫩、酸辣可口，感官品质均较优，差异不显著（P＞0.05）；贮藏的14 d，三组样品色泽金黄、仍具有泡椒和马铃薯的复合香味、质地较脆，感官品质良好；贮藏至21 d，三组样品光泽度下降、滋味略淡、质地尚可，感官评分均＞70分，还具有食用价值和商品价值；28 d后三组样品均失去食用价值和商品价值（感官评分＜70分），且品质劣变较快，褐变严重、组织软烂并伴有腐臭味，感官评分大幅度下降。整体以蒸汽处理组评分较高，其次是微波处理组，辐照处理组评分最低，品质劣变最快。

表4 不同杀菌方式对泡椒马铃薯片贮藏期间感官评分的影响Table 4 Effects of different sterilization methods on sensory score of fresh-cut potato chips with pickled pepper during storage分

3 结论

以马铃薯为原料，制作的泡椒鲜切马铃薯片酸辣爽口、质地脆嫩，市场前景广阔。本研究围绕泡椒鲜切马铃薯片贮藏过程褐变、胀袋、质地软化等问题，在预实验的基础上，对比蒸汽杀菌、微波杀菌和辐照杀菌对泡椒鲜切马铃薯片贮藏品质的影响。预实验筛选得出蒸汽杀菌时间为3 min，微波杀菌功率为700 W，辐照杀菌剂量为8 kGy。贮藏实验结果表明，辐照杀菌和微波杀菌能较好地抑制泡椒鲜切马铃薯片微生物的生长，钝化PPO酶活性，杀菌灭酶效果优于蒸汽杀菌。但辐照处理会产生大量自由基、激活细胞壁降解酶活性、破坏细胞结构和细胞组分，导致泡椒鲜切马铃薯片硬度降低，发生非酶褐变；其次，微波杀菌也会对马铃薯细胞结构造成损伤，导致硬度降低，感官品质较差。蒸汽杀菌属传统热加工，泡椒鲜切马铃薯片经蒸汽杀菌的同时产品由生变熟，马铃薯的薯香味和泡椒的酸辣味得到全面释放，所得产品风味浓郁，贮藏期间L*值较高，亮度好、硬度高、脆性好，虽然PPO活性和菌落总数比辐照处理组和微波处理组高，但整体水平较低，不影响产品安全和色泽，综合感官评分也以蒸汽处理组最高。综合以上，蒸汽杀菌更适于泡椒鲜切马铃薯片的加工。