北冰紅葡萄皮飲料殺菌工藝及其儲藏穩定性

王兵琦，郎秀杰，郭成宇，馬吉瑤，孔凡平

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

殺菌是飲料加工過程中的重要環節之一，既能保證產品飲用的安全性，又能延長產品的貨架期，現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弱，可以分為巴氏殺菌（小于100 ℃）和商業殺菌（大于100 ℃）[1]。冷殺菌也稱非熱殺菌[2]，在果汁中應用研究的主要有高壓殺菌、紫外殺菌、微波殺菌、高壓脈沖電場殺菌、超聲殺菌等。殺菌在保證食品品質的同時，同時也會對飲料體系的穩定體系和口感等方面產生一定程度的影響。

加工后的成品在一定條件下儲藏，會隨著時間的推移發生一系列生物、化學變化，從而造成品質的劣變，直至貨架期終點[3-5]。貨架期也稱食品的貨架壽命，是指食品的最佳食用期，一旦超過了這個期限，食品的色、香、味可能會發生變化，營養價值也會降低。貨架期不但關系到食品安全，而且影響食品的貯藏、分銷和消費[6]。加速貨架期試驗法（accelerated shelf life test，ALST）是將食品置于惡劣的環境中使其加速變質，監測其品質變化，再以這些數據推算實際儲藏條件下貨架期的一種高效預測食品貨架期的方法，被廣泛應用在食品工業的各個領域[7-8]。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

北冰紅葡萄（黑龍江省齊齊哈爾市梅里斯達斡爾族區）；福林酚試劑、DPPH（國藥集團化學試劑有限公司）。

722S型可見分光光度計（上海精密科學儀器有限公司）；TAL-10M離心機（上海菲怡爾分析儀器有限公司）；SW-CJ-1D型單身凈化工作臺（蘇州凈化設備有限公司）；隔水式恒溫培養箱（上海恒科實業發展有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 飲料生產工藝流程

1.2.2 殺菌條件的研究

將葡萄皮去除果梗后，按葡萄皮與水質量比1∶2的0.15%加入果膠酶和纖維素酶，在25 ℃恒溫培養箱中酶解21 h，然后進行攪拌，過濾，之后磨漿，調配，均質，灌裝于體積為120 mL的玻璃瓶中，每瓶100 mL。巴氏殺菌試驗組：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 ℃殺菌試驗組：10，15，20，25和30 min。高壓殺菌試驗組：1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12和13 min。每組試驗平行3次，對樣品進行菌落總數檢測來初步確定殺菌條件。

1.2.3 貨架期的預測

從葡萄皮飲料的微生物指標、感官指標、理化指標等方面評估產品的品質，采用ALST法中的Qid模型對產品的貨架期進行預測，旨在評估新產品的品質及穩定性，合理指導產品的銷售。

1.2.3.1 菌落總數的測定

菌落總數的測定參考GB 4789.2—2016《食品微生物學檢驗 菌落總數的測定》。

1.2.3.2 總酚含量的測定

在朱仙慕等[9]的基礎上進行改進，使用福林-酚法測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準曲線。測定吸光度，根據標準曲線計算葡萄皮飲料中總酚含量。

圖1 總酚標準曲線圖

1.2.3.3 沉淀率測定

將樣液加入離心機中，以3 000 r/min離心10 min，然后將上清液與沉淀分離，稱取其質量。離心沉淀率按式（1）計算。

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

1.2.3.4 穩定系數測定

取離心后的上清葡萄液和葡萄飲料，在最佳波長下測定吸光度。經測定和查閱文獻，確定最佳波長為350 nm[10]。

1.2.3.5 感官評價方法

組織6人成立評分小組，從色澤、香氣味、組織狀態、雜質4個方面對北冰紅葡萄皮飲料進行感官評定，經過加權處理得到總體感官評分，具體評分標準見表1。

1.2.3.6 貨架期的預測方法

加速貨架期試驗法是一種有效的預測食品貨架期的方法，可利用Q10模型預測產品的貨架期。Q10是指溫度相差10 ℃時，2個任意溫度下貨架期的比例。

式中：Qs(T1)為設定T1（min）溫度下的食品貨架期，d；Qs(T2)為設定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 數據處理與統計分析方法

采用Origin 9.1、Graph Pad Prism 5和Excel 2017軟件對試驗數據統計分析。

表1 感官評分標準

2 結果與分析

2.1 殺菌條件對飲料品質的影響

2.1.1 殺菌條件對葡萄皮飲料中菌落總數、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，菌落總數在10～43 CFU/mL之間；90 ℃殺菌時間大于20 min時均可有效殺滅微生物，菌落總數均未檢出；在100 ℃殺菌10 min時仍可以檢出微生物，菌落總數為10 CFU/mL；當殺菌時間為15～30 min時，微生物均未檢出；當105 ℃殺菌時間大于9 min時，可以有效地殺滅微生物，菌落總數未檢出。

經過不同殺菌溫度和殺菌時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，說明不同殺菌溫度和時間的組合對北冰紅葡萄皮飲料的pH、可溶性固形物的影響不大。

2.1.2 殺菌條件對葡萄皮飲料沉淀率和懸浮穩定性的影響

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種殺菌方式對北冰紅葡萄皮飲料的沉淀率和穩定系數影響不大，沉淀率均在12%以內，其中殺菌條件為80 ℃，50 min時樣品沉淀率最低，為10.8%，而當殺菌時間為60 min時，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、可溶性固形物和pH

圖2 80 ℃殺菌條件下，殺菌時間對沉淀率和穩定系數的影響

由圖3可知，在20～50 min內，沉淀率呈現出先下降后上升的趨勢，穩定系數呈現出先上升后下降的趨勢。當殺菌時間為30 min時，飲料的沉淀率最低，為10.7%，相對應的穩定系數最高，為65.5%。總體上，在90 ℃殺菌條件下殺菌的這5種殺菌方式對北冰紅葡萄皮飲料的沉淀率和穩定系數的影響不是很大，沉淀率在10.9%～11.8%之間。

由圖4可知，當殺菌時間在20 min以后，沉淀率呈現出上升的趨勢，穩定系數呈現出下降的趨勢。當殺菌時間為20 min時，飲料的沉淀率最低，為10.9%，相對應的穩定系數最高，為66.8%。總體上，在100℃殺菌條件下殺菌的這5種殺菌方式對北冰紅葡萄皮飲料的沉淀率和穩定系數的影響不是很大，沉淀率在10.9%～11.7%之間。

圖3 90 ℃殺菌條件下，殺菌時間對沉淀率和穩定系數的影響

圖4 100 ℃殺菌條件下，殺菌時間對沉淀率和穩定系數的影響

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

圖5 105 ℃殺菌條件下，殺菌時間對沉淀率和穩定系數的影響

2.1.3 殺菌條件對葡萄皮飲料剪切速率-剪切應力的影響

如圖6和圖7所示，在同一溫度下，隨著殺菌時間的延長，剪切應力不斷減小，開始時快速下降，一段時間后速率變慢，最后剪切應力趨于穩定。當殺菌溫度條件為80和90 ℃，殺菌時間為20～50 min時，初始的剪切應力無明顯差別；當殺菌時間為60 min時，黏度產生顯著的提高；當升高殺菌溫度和延長殺菌時間時，如圖8和圖9所示，剪切應力-剪切速率呈現無規律的變化趨勢，其原因可能是高溫度處理使飲料中一部分大分子物質溶出[11]，從而增加了其黏度，不利于管道傳輸和飲用。通過對其不同殺菌條件下的流變學性質的研究，說明選擇合適的殺菌方式對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-剪切應力隨殺菌時間的變化

圖7 90 ℃殺菌條件下，剪切速率-剪切應力隨殺菌時間的變化

圖8 100 ℃殺菌條件下，剪切速率-剪切應力隨殺菌時間的變化

圖9 105 ℃殺菌條件下，剪切速率-剪切應力隨殺菌時間的變化

2.2 貨架期的預測

2.2.1 菌落總數的變化

北冰紅葡萄皮飲料在4，27和37 ℃儲藏溫度條件下，在預測保藏期的終點，未檢測菌落總數，說明在100 ℃ 20 min可以達到商業無菌的要求。

2.2.2 冰葡萄皮飲料儲藏期間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，無顯著的上下波動的現象。因此，儲藏溫度和儲藏時間對該飲料pH沒有顯著性的影響。

圖10 冰葡萄皮飲料儲藏期間pH的變化

2.2.3 冰葡萄皮飲料儲藏期間可溶性固形物含量的變化

從圖11可以看出，4 ℃儲存條件下的可溶性固形物含量較為穩定，27 ℃和37 ℃儲存條件下的可溶性固形物的含量略有上下的浮動。當儲藏時間為54 d時，儲藏前后可溶性固形物含量無明顯的變化。在3種儲存條件下，可溶性固形物的儲存率相對較高，說明儲藏溫度對冰葡萄皮飲料中可溶性固形物含量影響不明顯。

圖11 冰葡萄皮飲料儲藏期間可溶性固形物含量的變化

2.2.4 冰葡萄皮飲料儲藏期間沉淀率和穩定系數的變化

由圖12和圖13可知，不同溫度儲藏下的冰葡萄皮飲料離心沉淀率和懸浮穩定系數隨著儲藏時間的延長，沒有明顯變化。儲藏第0天，離心沉淀率為9.7%；經54 d儲藏，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%。此次試驗飲料的離心沉淀率雖較先前報道的其他果蔬汁離心沉淀率大很多，但其依然表現出很好的穩定性。其原因可能是冰葡萄皮顆粒體積、分散介質的黏度以及顆粒和液體之間的密度差均達到一個體系穩定平衡點，各組分在溶液體系中均勻分散[12]。

圖12 冰葡萄皮飲料儲藏期間沉淀率的變化

圖13 冰葡萄皮飲料儲藏期間穩定系數的變化

2.2.5 冰葡萄皮飲料儲藏期間總酚含量的變化

在整個貯藏期間，3組樣品中的總酚含量呈先升高后下降的變化趨勢。其中，27 ℃的試驗組的總酚含量分別在貯藏18 d時達到峰值，隨后平緩下降，而4℃和37 ℃的試驗組總酚含量峰值出現稍晚，在貯藏第27和第42天達到峰值，隨后平緩下降，在貯藏期結束后，4 ℃和27 ℃試驗組北冰紅葡萄皮飲料樣品維持了較高的總酚含量。Park等[13]報道表明果實中總酚含量的減少可能是酚類物質在褐變反應中作為PPO的底物被消耗。因此，4 ℃和27 ℃試驗組中酚類物質的消耗速度較緩，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 冰葡萄皮飲料儲藏期間總酚含量的變化

2.2.6 冰葡萄皮飲料儲藏期間感官評價的變化

將100 ℃ 20 min殺菌條件下的樣品置于不同的溫度下儲藏，按照感官評價標準監測了54 d。從圖15可看出，隨著時間的延長，感官評分均在下降，尤其在37 ℃條件下儲藏的樣品感官評分直線下降，品質劣變非?？?，4 ℃和27 ℃條件下的樣品品質劣變速度較慢，因此低溫和常溫儲藏對北冰紅葡萄皮飲料品質的保持有利。

圖15 冰葡萄皮飲料儲藏期間感官評價的變化

2.3 貨架期的預測

以北冰紅葡萄皮飲料感官評分5分作為到達貨架期終點，預測在該殺菌條件下的樣品在20 ℃及4 ℃條件下的貨架期。貨架期試驗終止時（第54天），以感官評分達到6分計算實際的Q10的值。

100 ℃殺菌20 min的樣品在27 ℃和37 ℃條件下達到6分的時間分別為第81和第36天，根據公式可以求得：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，根據公式可計算出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個月以上，冷藏條件下貨架期在3.5年以上。

3 結論

此次試驗以北冰紅葡萄皮飲料的微生物指標、營養成分、穩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，此時在保障食品質量的基礎上，減少了對北冰紅葡萄皮飲料營養成分的損失，為北冰紅葡萄皮飲料生產企業的滅菌技術提供參考。通過加速貨架期預測試驗計算出北冰紅葡萄皮飲料在20 ℃條件下的貨架期，為166 d。