北冰紅葡萄皮飲料殺菌工藝及其儲(chǔ)藏穩(wěn)定性

王兵琦，郎秀杰，郭成宇，馬吉瑤，孔凡平

齊齊哈爾大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，黑龍江省果蔬雜糧飲品工程技術(shù)研究中心（齊齊哈爾 161006）

殺菌是飲料加工過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)之一，既能保證產(chǎn)品飲用的安全性，又能延長(zhǎng)產(chǎn)品的貨架期，現(xiàn)今的殺菌方法主要有熱殺菌和冷殺菌。熱殺菌依照殺菌程度的強(qiáng)弱，可以分為巴氏殺菌（小于100 ℃）和商業(yè)殺菌（大于100 ℃）[1]。冷殺菌也稱非熱殺菌[2]，在果汁中應(yīng)用研究的主要有高壓殺菌、紫外殺菌、微波殺菌、高壓脈沖電場(chǎng)殺菌、超聲殺菌等。殺菌在保證食品品質(zhì)的同時(shí)，同時(shí)也會(huì)對(duì)飲料體系的穩(wěn)定體系和口感等方面產(chǎn)生一定程度的影響。

加工后的成品在一定條件下儲(chǔ)藏，會(huì)隨著時(shí)間的推移發(fā)生一系列生物、化學(xué)變化，從而造成品質(zhì)的劣變，直至貨架期終點(diǎn)[3-5]。貨架期也稱食品的貨架壽命，是指食品的最佳食用期，一旦超過(guò)了這個(gè)期限，食品的色、香、味可能會(huì)發(fā)生變化，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值也會(huì)降低。貨架期不但關(guān)系到食品安全，而且影響食品的貯藏、分銷和消費(fèi)[6]。加速貨架期試驗(yàn)法（accelerated shelf life test，ALST）是將食品置于惡劣的環(huán)境中使其加速變質(zhì)，監(jiān)測(cè)其品質(zhì)變化，再以這些數(shù)據(jù)推算實(shí)際儲(chǔ)藏條件下貨架期的一種高效預(yù)測(cè)食品貨架期的方法，被廣泛應(yīng)用在食品工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域[7-8]。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

北冰紅葡萄（黑龍江省齊齊哈爾市梅里斯達(dá)斡爾族區(qū)）；福林酚試劑、DPPH（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

722S型可見分光光度計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司）；TAL-10M離心機(jī)（上海菲怡爾分析儀器有限公司）；SW-CJ-1D型單身凈化工作臺(tái)（蘇州凈化設(shè)備有限公司）；隔水式恒溫培養(yǎng)箱（上海恒科實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 飲料生產(chǎn)工藝流程

1.2.2 殺菌條件的研究

將葡萄皮去除果梗后，按葡萄皮與水質(zhì)量比1∶2的0.15%加入果膠酶和纖維素酶，在25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中酶解21 h，然后進(jìn)行攪拌，過(guò)濾，之后磨漿，調(diào)配，均質(zhì)，灌裝于體積為120 mL的玻璃瓶中，每瓶100 mL。巴氏殺菌試驗(yàn)組：于80 ℃殺菌30，40，50，60和70 min；于90 ℃殺菌20，30，40，50和60 min。常壓100 ℃殺菌試驗(yàn)組：10，15，20，25和30 min。高壓殺菌試驗(yàn)組：1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12和13 min。每組試驗(yàn)平行3次，對(duì)樣品進(jìn)行菌落總數(shù)檢測(cè)來(lái)初步確定殺菌條件。

1.2.3 貨架期的預(yù)測(cè)

從葡萄皮飲料的微生物指標(biāo)、感官指標(biāo)、理化指標(biāo)等方面評(píng)估產(chǎn)品的品質(zhì)，采用ALST法中的Qid模型對(duì)產(chǎn)品的貨架期進(jìn)行預(yù)測(cè)，旨在評(píng)估新產(chǎn)品的品質(zhì)及穩(wěn)定性，合理指導(dǎo)產(chǎn)品的銷售。

1.2.3.1 菌落總數(shù)的測(cè)定

菌落總數(shù)的測(cè)定參考GB 4789.2—2016《食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 菌落總數(shù)的測(cè)定》。

1.2.3.2 總酚含量的測(cè)定

在朱仙慕等[9]的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，使用福林-酚法測(cè)定葡萄皮飲料中總酚的含量。以食沒子酸濃度和吸光度制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。測(cè)定吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算葡萄皮飲料中總酚含量。

圖1 總酚標(biāo)準(zhǔn)曲線圖

1.2.3.3 沉淀率測(cè)定

將樣液加入離心機(jī)中，以3 000 r/min離心10 min，然后將上清液與沉淀分離，稱取其質(zhì)量。離心沉淀率按式（1）計(jì)算。

式中：M0為空離心管的質(zhì)量，g；M1為離心后沉淀的質(zhì)量，g；M2為離心前樣液的質(zhì)量，g。

1.2.3.4 穩(wěn)定系數(shù)測(cè)定

取離心后的上清葡萄液和葡萄飲料，在最佳波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度。經(jīng)測(cè)定和查閱文獻(xiàn)，確定最佳波長(zhǎng)為350 nm[10]。

1.2.3.5 感官評(píng)價(jià)方法

組織6人成立評(píng)分小組，從色澤、香氣味、組織狀態(tài)、雜質(zhì)4個(gè)方面對(duì)北冰紅葡萄皮飲料進(jìn)行感官評(píng)定，經(jīng)過(guò)加權(quán)處理得到總體感官評(píng)分，具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

1.2.3.6 貨架期的預(yù)測(cè)方法

加速貨架期試驗(yàn)法是一種有效的預(yù)測(cè)食品貨架期的方法，可利用Q10模型預(yù)測(cè)產(chǎn)品的貨架期。Q10是指溫度相差10 ℃時(shí)，2個(gè)任意溫度下貨架期的比例。

式中：Qs(T1)為設(shè)定T1（min）溫度下的食品貨架期，d；Qs(T2)為設(shè)定T2（min）溫度下的食品貨架期，d；ΔT（min）為T1與T2的溫度差，℃。

1.2.3.7 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析方法

采用Origin 9.1、Graph Pad Prism 5和Excel 2017軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

表1 感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 殺菌條件對(duì)飲料品質(zhì)的影響

2.1.1 殺菌條件對(duì)葡萄皮飲料中菌落總數(shù)、可溶性固形物和pH的影響

由表2可知：在80 ℃殺菌30～40 min，殺菌不夠徹底，菌落總數(shù)在10～43 CFU/mL之間；90 ℃殺菌時(shí)間大于20 min時(shí)均可有效殺滅微生物，菌落總數(shù)均未檢出；在100 ℃殺菌10 min時(shí)仍可以檢出微生物，菌落總數(shù)為10 CFU/mL；當(dāng)殺菌時(shí)間為15～30 min時(shí)，微生物均未檢出；當(dāng)105 ℃殺菌時(shí)間大于9 min時(shí)，可以有效地殺滅微生物，菌落總數(shù)未檢出。

經(jīng)過(guò)不同殺菌溫度和殺菌時(shí)間處理的北冰紅葡萄皮飲料的pH、可溶性固形物基本沒有變化，說(shuō)明不同殺菌溫度和時(shí)間的組合對(duì)北冰紅葡萄皮飲料的pH、可溶性固形物的影響不大。

2.1.2 殺菌條件對(duì)葡萄皮飲料沉淀率和懸浮穩(wěn)定性的影響

由圖2可知，在80 ℃殺菌條件下分別殺菌30，40，50，60和70 min，這4種殺菌方式對(duì)北冰紅葡萄皮飲料的沉淀率和穩(wěn)定系數(shù)影響不大，沉淀率均在12%以內(nèi)，其中殺菌條件為80 ℃，50 min時(shí)樣品沉淀率最低，為10.8%，而當(dāng)殺菌時(shí)間為60 min時(shí)，沉淀率最高，為11.4%。

表2 不同殺菌條件下葡萄皮飲料的菌落總數(shù)、可溶性固形物和pH

圖2 80 ℃殺菌條件下，殺菌時(shí)間對(duì)沉淀率和穩(wěn)定系數(shù)的影響

由圖3可知，在20～50 min內(nèi)，沉淀率呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢(shì)，穩(wěn)定系數(shù)呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)殺菌時(shí)間為30 min時(shí)，飲料的沉淀率最低，為10.7%，相對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)最高，為65.5%。總體上，在90 ℃殺菌條件下殺菌的這5種殺菌方式對(duì)北冰紅葡萄皮飲料的沉淀率和穩(wěn)定系數(shù)的影響不是很大，沉淀率在10.9%～11.8%之間。

由圖4可知，當(dāng)殺菌時(shí)間在20 min以后，沉淀率呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，穩(wěn)定系數(shù)呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。當(dāng)殺菌時(shí)間為20 min時(shí)，飲料的沉淀率最低，為10.9%，相對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)最高，為66.8%。總體上，在100℃殺菌條件下殺菌的這5種殺菌方式對(duì)北冰紅葡萄皮飲料的沉淀率和穩(wěn)定系數(shù)的影響不是很大，沉淀率在10.9%～11.7%之間。

圖3 90 ℃殺菌條件下，殺菌時(shí)間對(duì)沉淀率和穩(wěn)定系數(shù)的影響

圖4 100 ℃殺菌條件下，殺菌時(shí)間對(duì)沉淀率和穩(wěn)定系數(shù)的影響

由圖5可知，在105 ℃殺菌條件下分別殺菌9，10，11，12和13 min，其對(duì)北冰紅葡萄皮飲料的沉淀率和穩(wěn)定系數(shù)影響也不大，沉淀率均在12.4%～12.8%以內(nèi)，其中殺菌條件為105 ℃，9 min時(shí)樣品沉淀率最低，為12.4%；而當(dāng)殺菌時(shí)間為10 min時(shí)，沉淀率最高，為12.8%；當(dāng)殺菌時(shí)間在11 min以后，沉淀率和穩(wěn)定系數(shù)均呈現(xiàn)穩(wěn)定的趨勢(shì)；相比以上幾種殺菌方式，沉淀率略微高一些，但同時(shí)存放相同的時(shí)間，飲料體系并未表現(xiàn)出明顯的沉淀和分層現(xiàn)象。

圖5 105 ℃殺菌條件下，殺菌時(shí)間對(duì)沉淀率和穩(wěn)定系數(shù)的影響

2.1.3 殺菌條件對(duì)葡萄皮飲料剪切速率-剪切應(yīng)力的影響

如圖6和圖7所示，在同一溫度下，隨著殺菌時(shí)間的延長(zhǎng)，剪切應(yīng)力不斷減小，開始時(shí)快速下降，一段時(shí)間后速率變慢，最后剪切應(yīng)力趨于穩(wěn)定。當(dāng)殺菌溫度條件為80和90 ℃，殺菌時(shí)間為20～50 min時(shí)，初始的剪切應(yīng)力無(wú)明顯差別；當(dāng)殺菌時(shí)間為60 min時(shí)，黏度產(chǎn)生顯著的提高；當(dāng)升高殺菌溫度和延長(zhǎng)殺菌時(shí)間時(shí)，如圖8和圖9所示，剪切應(yīng)力-剪切速率呈現(xiàn)無(wú)規(guī)律的變化趨勢(shì)，其原因可能是高溫度處理使飲料中一部分大分子物質(zhì)溶出[11]，從而增加了其黏度，不利于管道傳輸和飲用。通過(guò)對(duì)其不同殺菌條件下的流變學(xué)性質(zhì)的研究，說(shuō)明選擇合適的殺菌方式對(duì)葡萄皮飲料具有十分重要的意義。

圖6 80 ℃殺菌條件下，剪切速率-剪切應(yīng)力隨殺菌時(shí)間的變化

圖7 90 ℃殺菌條件下，剪切速率-剪切應(yīng)力隨殺菌時(shí)間的變化

圖8 100 ℃殺菌條件下，剪切速率-剪切應(yīng)力隨殺菌時(shí)間的變化

圖9 105 ℃殺菌條件下，剪切速率-剪切應(yīng)力隨殺菌時(shí)間的變化

2.2 貨架期的預(yù)測(cè)

2.2.1 菌落總數(shù)的變化

北冰紅葡萄皮飲料在4，27和37 ℃儲(chǔ)藏溫度條件下，在預(yù)測(cè)保藏期的終點(diǎn)，未檢測(cè)菌落總數(shù)，說(shuō)明在100 ℃ 20 min可以達(dá)到商業(yè)無(wú)菌的要求。

2.2.2 冰葡萄皮飲料儲(chǔ)藏期間pH的變化

從圖10可以看出，4，27和37 ℃飲料體系的pH均在3.41左右，無(wú)顯著的上下波動(dòng)的現(xiàn)象。因此，儲(chǔ)藏溫度和儲(chǔ)藏時(shí)間對(duì)該飲料pH沒有顯著性的影響。

圖10 冰葡萄皮飲料儲(chǔ)藏期間pH的變化

2.2.3 冰葡萄皮飲料儲(chǔ)藏期間可溶性固形物含量的變化

從圖11可以看出，4 ℃儲(chǔ)存條件下的可溶性固形物含量較為穩(wěn)定，27 ℃和37 ℃儲(chǔ)存條件下的可溶性固形物的含量略有上下的浮動(dòng)。當(dāng)儲(chǔ)藏時(shí)間為54 d時(shí)，儲(chǔ)藏前后可溶性固形物含量無(wú)明顯的變化。在3種儲(chǔ)存條件下，可溶性固形物的儲(chǔ)存率相對(duì)較高，說(shuō)明儲(chǔ)藏溫度對(duì)冰葡萄皮飲料中可溶性固形物含量影響不明顯。

圖11 冰葡萄皮飲料儲(chǔ)藏期間可溶性固形物含量的變化

2.2.4 冰葡萄皮飲料儲(chǔ)藏期間沉淀率和穩(wěn)定系數(shù)的變化

由圖12和圖13可知，不同溫度儲(chǔ)藏下的冰葡萄皮飲料離心沉淀率和懸浮穩(wěn)定系數(shù)隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，沒有明顯變化。儲(chǔ)藏第0天，離心沉淀率為9.7%；經(jīng)54 d儲(chǔ)藏，4 ℃和27 ℃條件下的離心沉淀分別下降了0.1%和0.4%，37 ℃條件下的離心沉淀增加了0.15%。此次試驗(yàn)飲料的離心沉淀率雖較先前報(bào)道的其他果蔬汁離心沉淀率大很多，但其依然表現(xiàn)出很好的穩(wěn)定性。其原因可能是冰葡萄皮顆粒體積、分散介質(zhì)的黏度以及顆粒和液體之間的密度差均達(dá)到一個(gè)體系穩(wěn)定平衡點(diǎn)，各組分在溶液體系中均勻分散[12]。

圖12 冰葡萄皮飲料儲(chǔ)藏期間沉淀率的變化

圖13 冰葡萄皮飲料儲(chǔ)藏期間穩(wěn)定系數(shù)的變化

2.2.5 冰葡萄皮飲料儲(chǔ)藏期間總酚含量的變化

在整個(gè)貯藏期間，3組樣品中的總酚含量呈先升高后下降的變化趨勢(shì)。其中，27 ℃的試驗(yàn)組的總酚含量分別在貯藏18 d時(shí)達(dá)到峰值，隨后平緩下降，而4℃和37 ℃的試驗(yàn)組總酚含量峰值出現(xiàn)稍晚，在貯藏第27和第42天達(dá)到峰值，隨后平緩下降，在貯藏期結(jié)束后，4 ℃和27 ℃試驗(yàn)組北冰紅葡萄皮飲料樣品維持了較高的總酚含量。Park等[13]報(bào)道表明果實(shí)中總酚含量的減少可能是酚類物質(zhì)在褐變反應(yīng)中作為PPO的底物被消耗。因此，4 ℃和27 ℃試驗(yàn)組中酚類物質(zhì)的消耗速度較緩，從而維持了北冰紅葡萄皮飲料貯藏后期較高的總酚含量。

圖14 冰葡萄皮飲料儲(chǔ)藏期間總酚含量的變化

2.2.6 冰葡萄皮飲料儲(chǔ)藏期間感官評(píng)價(jià)的變化

將100 ℃ 20 min殺菌條件下的樣品置于不同的溫度下儲(chǔ)藏，按照感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)了54 d。從圖15可看出，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，感官評(píng)分均在下降，尤其在37 ℃條件下儲(chǔ)藏的樣品感官評(píng)分直線下降，品質(zhì)劣變非?？?，4 ℃和27 ℃條件下的樣品品質(zhì)劣變速度較慢，因此低溫和常溫儲(chǔ)藏對(duì)北冰紅葡萄皮飲料品質(zhì)的保持有利。

圖15 冰葡萄皮飲料儲(chǔ)藏期間感官評(píng)價(jià)的變化

2.3 貨架期的預(yù)測(cè)

以北冰紅葡萄皮飲料感官評(píng)分5分作為到達(dá)貨架期終點(diǎn)，預(yù)測(cè)在該殺菌條件下的樣品在20 ℃及4 ℃條件下的貨架期。貨架期試驗(yàn)終止時(shí)（第54天），以感官評(píng)分達(dá)到6分計(jì)算實(shí)際的Q10的值。

100 ℃殺菌20 min的樣品在27 ℃和37 ℃條件下達(dá)到6分的時(shí)間分別為第81和第36天，根據(jù)公式可以求得：Q10=81/36=2.25 d。另外Q1037 ℃條件下的樣品在第42天處于5分的臨界點(diǎn)，根據(jù)公式可計(jì)算出20 ℃條件下的樣品貨架期Qs(20)=42×2.251.7=166 d，4 ℃條件下的樣品貨架期Qs(4)=81×2.253.3=1 176 d。

綜合以上可知：100 ℃ 20 min殺菌的北冰紅葡萄皮飲料常溫貨架期在5個(gè)月以上，冷藏條件下貨架期在3.5年以上。

3 結(jié)論

此次試驗(yàn)以北冰紅葡萄皮飲料的微生物指標(biāo)、營(yíng)養(yǎng)成分、穩(wěn)定體系等為綜合性參考因素，選擇出合適的殺菌條件：100 ℃ 20 min，此時(shí)在保障食品質(zhì)量的基礎(chǔ)上，減少了對(duì)北冰紅葡萄皮飲料營(yíng)養(yǎng)成分的損失，為北冰紅葡萄皮飲料生產(chǎn)企業(yè)的滅菌技術(shù)提供參考。通過(guò)加速貨架期預(yù)測(cè)試驗(yàn)計(jì)算出北冰紅葡萄皮飲料在20 ℃條件下的貨架期，為166 d。