超高壓和熱殺菌的藍莓果汁飲料貯藏期品質的變化及貨架期預測模型

朱金艷，趙雪梅，王殿夫，董文華，孫希云

（1.莊河市食品檢驗監測中心，遼寧大連 116400；2.沈陽農業大學食品學院，遼寧沈陽 110866；3.四川國檢檢測有限責任公司，四川瀘州 646000；4.遼東學院，遼寧丹東 118000）

藍莓（Vaccinium corymbosum）屬于杜鵑花科（Ericaceae）、越橘屬（Vaccinium）的小漿果植物果實，又名藍漿果[1]。藍莓風味獨特，含有豐富的生物活性成分，包括維生素C、酚類、花青素和黃酮類等，具有很高的營養價值[2]。此前的研究表明，藍莓具有抗氧化、抗菌、消炎、抗過敏和抗癌的作用，可以預防中風、肥胖及相關并發癥，藍莓被聯合國糧農組織列為世界五大健康水果之一[3?4]。目前，藍莓仍以鮮食為主，約占總產量的75%[1]。藍莓是不耐運輸和儲存的小漿果，因此，容易出現軟化、微生物生長、養分和水分流失等問題，嚴重降低了藍莓的商業價值[5?6]。

由于季節性和保質期短，大約50%的藍莓被加工成果汁和其他產品，所以藍莓果汁飲料的加工具有廣闊的市場前景[7]。然而，藍莓果汁飲料在加工過程中受到酵母和霉菌等微生物的侵染，在貯藏過程中極易變質，導致保質期縮短和一些食品安全問題。因此，藍莓果汁飲料殺菌技術的研究具有十分重要的意義。傳統的熱殺菌會造成藍莓果汁飲料營養成分的不可逆損失和理化性質的不利變化[8]。因此，在保持藍莓果汁飲料感官和營養特性的同時，有必要采用非熱殺菌技術對藍莓果汁飲料進行殺菌處理，以延長藍莓果汁飲料的保質期。有研究表明，與傳統的熱處理番茄果汁相比，超高壓殺菌可以改善番茄果汁的粘度和顏色特性[9]。朱香澔等[10]證明了超高壓殺菌比巴氏殺菌具有更好的殺菌效果，對果汁貯藏品質的影響較小。呂長鑫等[11]發現，與熱殺菌相比，超高壓殺菌能更好地保持南果梨汁的色澤和營養成分。食品的保質期是了解其品質的重要依據，食品的色、香、味和營養價值會因保質期的延長而發生負變化[12]。因此，準確預測食品的貨架期可以為產品的銷售策略提供一定的參考，是企業研發新產品過程中一個非常重要的環節。

本研究以冷凍、壓碎及過濾之后的藍莓果汁飲料為研究對象，分別經熱殺菌（80 ℃，10 min）及超高壓殺菌（550 MPa，10 min）處理。將滅菌后的藍莓果汁飲料分別在4、27、37 ℃三種溫度下貯藏，貯藏54 d后，測定藍莓果汁飲料的微生物、感官、理化及營養品質的變化。在感官評價的基礎上，采用經典Arrhenius方程和一級動力學模型建立了4~37 ℃范圍內的品質劣化動力學模型和貨架期預測模型，并對結果進行了驗證，以期為藍莓果汁飲料在貯藏和流通過程中品質和貨架期的快速預測提供理論依據和實踐指導。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

北陸藍莓 遼寧新大地事業發展集團有限公司，?18 ℃凍藏備用；3M PetrifilmTM大腸菌群測試片、3M PetrifilmTM菌落總數測試片、3M PetrifilmTM霉菌酵母菌測試片 北京智云達科技股份有限公司；FeCl3·6H2O、鄰菲羅啉、EDTA、福林試劑、碳酸鈉分析純，西安吉祥化學試劑有限公司；VC標準品、沒食子酸標準品 北京譜析科技有限公司。

RLGY-600型超高壓處理裝置 溫州貝諾機械有限公司；UV-5100紫外可見分光光度計 上海元析儀器有限公司；WAY-2S 型阿爾貝折光儀 上海精密儀器有限公司；PHS-3C型pH計 上海儀電科學儀器股份有限公司；TG16-WS臺式高速離心機湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司；DK-98-IIA電熱恒溫水浴鍋 天津市泰斯特儀器有限公司；DZQ-500型真空包裝機 廣州巨林機械制造有限公司；SHZ-D型循環水式真空泵 鞏義市子華儀器有限責任公司；JJ-2BS組織搗碎機 常州崢嶸儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 藍莓果汁的制備 取?18 °C冷凍的藍莓，將其在4 °C解凍12 h，加入5倍量的蒸餾水混合，用榨汁機攪拌均勻，將漿狀物用雙層食品級紗布過濾，濾液置于離心機中，在12000 r/min，4 °C下離心10 min，取上清液經循環水式真空泵抽濾得到澄清藍莓果汁飲料備用。

1.2.2 殺菌方法

1.2.2.1 熱處理 將1.2.1制得的藍莓果汁裝入到食品鋁箔包裝袋中（100 mL），抽真空密封后在80 ℃下恒溫水浴加熱10 min[13]。

1.2.2.2 超高壓處理 將1.2.1制得的藍莓果汁飲料加入到食品鋁箔包裝袋（100 mL）中，抽真空密封，20 ℃下，在550 MPa下處理10 min[13]。

將兩組處理的樣品分別放入4、27、37 ℃溫度下貯藏。4 ℃每9 d、27 ℃每6 d、37 ℃每3 d測定一下微生物、感官品質及理化營養指標。

1.2.3 藍莓果汁飲料貯藏期主要微生物指標的檢測對藍莓果汁飲料中的菌落進行計數。藍莓果汁飲料中菌落總數、大腸菌群、霉菌和酵母菌根據國標（GB 7101-2015果、蔬汁飲料衛生標準）執行。用滅菌吸管吸取1 mL藍莓果汁滴于3M PetrifilmTM大腸菌群測試片、3M PetrifilmTM菌落總數測試片和3M PetrifilmTM霉菌和酵母菌測試片的中央，壓板使樣液均勻分布，靜置5 min，培養基凝固后透明面向上。大腸菌群測試片和菌落總數測試片放置于37 ℃恒溫培養箱中培養24~48 h后觀察菌落并計數，霉菌酵母菌測試片置于28 ℃恒溫培養箱中培養5 d后觀察菌落并計數。

1.2.4 感官指標的檢測 根據表1中藍莓果汁飲料的評分標準，選擇6名食品科學與工程專業學生組成評分小組，從色澤、香味、組織狀態和雜質四個方面對藍莓果汁飲料品質進行評定，經過加權處理得到總體感官評分，具體評分標準見下表[14]。

表1 感官評分標準Table 1 Sensory evaluation standard

1.2.5 藍莓果汁飲料貯藏期主要理化與營養指標的檢測

1.2.5.1 pH和可溶性固形物的檢測 pH使用pH計進行測定。可溶性固形物含量參照GB/T 12143-2008，使用阿貝折射儀測定。

1.2.5.2 抗壞血酸含量 抗壞血酸含量的測定采用鄰菲羅啉分光光度法[15]。取100倍的果汁稀釋液2 mL于50 mL容量瓶中，分別加入5 mL FeCl3·6H2O溶液，振蕩搖勻，再加入5 mL CuSO4溶液，混合均勻后加入5 mL鄰菲羅啉，混合均勻，反應1 min后加入1 mL EDTA溶液，用蒸餾水定容，514 nm，1 cm光徑下測吸光度值。利用VC標準品配制一系列濃度按照以上方法制作標準曲線，通過標準曲線計算抗壞血酸濃度（標準曲線：Y=0.0146X+0.0163，R2=0.9998）。

1.2.5.3 總酚（TP）的測定 采用福林酚法對總酚含量進行檢測[16?17]。吸取0.5 mL藍莓果汁飲料于50 mL容量瓶中，分別加30 mL蒸餾水，再加2.5 mL福林試劑，充分搖勻。1 min后加入7.5 mL碳酸鈉溶液（20%），混勻定容。水浴75 ℃下反應10 min后，在760 nm波長下測定吸光度。以沒食子酸標準品制作標準曲線，檢測結果以沒食子酸當量表示（標準曲線：Y=0.1909X +0.2274，R2=0.9982）。

1.2.6 質量變化動力學模型 采用Pearson相關分析法對藍莓果汁飲料在3種不同貯藏溫度下的理化品質指標和感官評分進行了分析，感官評分與品質指標之間存在良好的相關性。因此，采用一階動力學方程對感官評分進行指數回歸分析。根據回歸方程的確定系數，確定了適合本實驗的動力學模型，并通過計算反應常數得到了Arrhenius方程。預測了藍莓果汁飲料在不同貯藏溫度下的貨架期。在食品儲存過程中，大多數質量變化遵循一級反應模式（方程（1））[18]。Arrhenius方程（方程（2））可用于描述與溫度相關的反應速率常數[19]。將一級動力學模型與Arrhenius方程相結合，得到藍莓汁貨架期的一級動力學預測模型（方程（3））[20]。

式中：A0是質量指數的初始值；t是貯存時間，d；k是質量變化的速率常數；A是t d貯存中質量指數的值。

式中：K為反應速率常數；Ea為反應活化能；T為絕對溫度，K；K0為回歸系數；R為氣體常數（8.314 J/（mol.K））。

式中：SL是貨架期。

1.3 數據處理

實驗指標的測定重復三次。運用Excel 2016軟件進行數據處理統計分析，繪制圖表并進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 微生物指標的變化

研究表明，80 ℃殺菌10 min與550 MPa殺菌10 min的藍莓果汁飲料在4、27和37 ℃溫度下貯藏。直到貨架期測試結束即第54 d時，大腸菌群、菌落總數和霉菌酵母菌均未檢測出，這表明這兩種殺菌條件殺菌徹底，殺菌效果較好。

2.2 感官品質的變化

感官評價可以準確估計食品的感官保質期[21]。如圖1所示，隨著貯藏時間的延長，藍莓果汁飲料的感官評分下降，直至果汁質量不合格。37 ℃貯藏樣品的感官評分下降最快，其次是27 ℃貯藏樣品，4 ℃貯藏樣品的感官評分變化緩慢。貯藏結束時（4 ℃），超高壓滅菌和熱滅菌果汁的感官評分分別為8和7.17 分。結果表明，藍莓果汁飲料適宜低溫貯藏，經超高壓滅菌處理的藍莓果汁飲料品質優于熱滅菌處理的藍莓果汁飲料。一些研究表明，超高壓滅菌會破壞細胞，增加總糖和果膠含量[22]，這可能是本研究中經過超高壓滅菌處理的藍莓果汁與熱滅菌處理的藍莓果汁飲料相比，整體感官評分較高的原因之一。

圖1 藍莓果汁飲料在不同溫度貯藏期間感官評分的變化Fig.1 Changes in sensory score of blueberry juice during the different storage temperature

2.3 理化和營養指標的變化

2.3.1 pH和可溶性固形物含量的變化 果汁的成分、pH和可溶性固形物含量是影響其貨架期品質的內在因素[23]。如圖2A、圖2B所示，藍莓果汁飲料的pH隨著貯藏時間的延長而降低。而經超高壓滅菌處理的藍莓果汁飲料pH下降慢于熱殺菌處理。與超高壓滅菌處理的藍莓果汁飲料相比，熱滅菌處理的藍莓果汁飲料在貯藏過程中pH不穩定。然而，不同貯藏溫度下的pH沒有顯著差異，這可能是因為果汁中含有檸檬酸鉀和蘋果酸鉀，酸和鉀鹽形成緩沖溶液，導致pH沒有顯著變化[24]。

可溶性固形物主要包括可溶性糖、酸、微生物和礦物質，它們是衡量藍莓果汁飲料品質的重要指標[25]。圖2C、圖2D表明，藍莓果汁飲料在4、27、37 ℃貯藏期間，可溶性固形物含量逐漸降低，但隨著貯藏時間的延長，樣品的可溶性固形物含量有較高的保存率。貯藏結束時，熱殺菌處理藍莓果汁飲料在4、27、37 ℃溫度貯藏的可溶性固形物保留率分別為91.91%、90.16%、83.15%；超高壓殺菌處理的藍莓果汁飲料在4、27、37 ℃溫度貯藏的可溶性固形物保留率分別為92.79%、91.04%、87.54%。結果表明，超高壓滅菌對藍莓果汁飲料在貯藏過程中可溶性固形物的影響較小，這與王寅[25]的結果一致。總的來說，貯藏期間可溶性固形物含量的變化相對穩定。結果發現，藍莓果汁飲料經超高壓滅菌后，其可溶性固形物含量高于熱滅菌。這可能是由于某些細胞由于高壓而破裂，導致大量細胞內物質溶解增加，因此可溶性固形物含量增加。

圖2 藍莓果汁飲料在不同溫度貯藏期間pH和可溶性固形物含量的變化Fig.2 Changes in pH values and soluble solid contents of blueberry juice during the different storage temperature

2.3.2 抗壞血酸含量的變化 抗壞血酸是藍莓中的一種重要營養素，能增強人體對外界環境的抗應激能力和免疫能力，抗壞血酸還具有抗氧化和清除自由基的功能[26]。抗壞血酸保留率對藍莓果汁飲料品質的氧化變質也有一定的保護作用。如圖3所示，抗壞血酸含量隨著貯藏時間的延長而下降，隨著貯藏溫度的升高，抗壞血酸含量下降的速度越快。貯藏結束時，熱殺菌藍莓果汁飲料的抗壞血酸保留率為4 ℃（63%）>27 ℃（50%）>37 ℃（32%），超高壓殺菌藍莓果汁飲料的抗壞血酸保留率為4 ℃（73%）>27 ℃（60%）>37 ℃（42%）。抗壞血酸是一種水溶性維生素，不耐熱。因此，80 ℃滅菌10 min的藍莓果汁飲料的抗壞血酸保留率低于550 MPa滅菌10 min的藍莓果汁飲料。本研究表明相對較低的貯藏溫度和非熱滅菌相結合有利于藍莓果汁飲料中抗壞血酸的保存。抗壞血酸不耐熱，因此與熱殺菌相比，超高壓殺菌更有利于藍莓果汁飲料中抗壞血酸的保留率，這與夏曉雨[27]等的結果一致。總而言之，超高壓及熱處理對藍莓果汁中抗壞血酸均有不同程度的影響，但是相比之下，超高壓處理對抗壞血酸的影響遠小于熱處理，相似的結果張微[28]也發現，超高壓處理能較好的保護芒果原汁中的抗壞血酸。

圖3 藍莓果汁飲料在不同溫度貯藏期間抗壞血酸含量的變化Fig.3 Changes in VC contents of blueberry juice during the different storage temperature

2.3.3 總酚含量的變化 酚類化合物是一種存在于水果、蔬菜和其他植物中的多羥基化合物，是決定果汁抗氧化能力的主要物質之一[27]。藍莓汁中酚類物質含量的變化如圖4所示，藍莓果汁飲料中酚類物質含量在所有滅菌處理后均呈下降趨勢。在4 ℃貯藏條件下，酚類物質的消耗量最低，其次是27 ℃，酚類物質含量下降最快的是37 ℃貯藏的藍莓果汁飲料，在4、27和37 ℃貯藏條件下進行熱滅菌的樣品酚類物質損失率分別為19.60%、39.22%和75.16%。可見，貯藏溫度越高，貯藏結束時總酚含量損失越明顯。與熱殺菌相比，超高壓殺菌在不同貯藏溫度下總酚的損失率相對較低。研究表明，熱滅菌會破壞酚類活性成分的結構，降低總酚含量[26]，這與本研究結果一致。鄧紅等[29]指出，超高壓滅菌技術對小分子物質影響不大，能最大限度地保持食品的營養、風味和色澤，主要原因是超高壓滅菌不會破壞共價鍵。此外謝旭[13]發現熱處理方式對藍莓汁中多酚含量影響遠大于超高壓處理，原因是多酚類物質在高溫條件下容易降解，其損失量遠大于高壓處理，與本文得出的結論一致。因此，與熱殺菌相比，采用超高壓殺菌處理藍莓果汁飲料能更好地保留其營養和風味。

圖4 藍莓果汁飲料在不同溫度貯藏期間總酚含量的變化Fig.4 Changes in total phenolic contents of blueberry juice during the different storage temperature

2.4 貨架期預測模型的建立

2.4.1 藍莓果汁飲料貯藏過程中理化指標與感官評價的相關性分析 如表2所示，不同貯藏溫度下，感官評定得分與理化指標的相關系數均大于0.9，說明理化指標與感官得分的相關性較好。因此，感官評分被認為是影響藍莓果汁飲料品質和貨架期動力學預測模型的關鍵因素。不同貯藏溫度下，藍莓果汁飲料感官評分與理化指標呈極顯著正相關（P<0.01）。在本研究中，將感官評分低于5分的藍莓果汁飲料視為保質期結束。

表2 理化指標與感官評定的相關分析Table 2 Correlation analysis between physicochemical indexes and sensory evaluation

2.4.2 基于感官評價的質量劣化動態模型的建立大多數食品質量變化遵循一級反應動力學方程[30]。通過對藍莓果汁飲料感官評價的回歸分析，得到反應速率常數和測定系數。如表3所示，感官評分的一級反應系數R2均大于0.95，說明藍莓汁在貯藏過程中的感官評分符合一級反應動力學模型。因此，選擇一級動力學方程作為藍莓汁感官評價的能級方程。進一步分析表明，兩種殺菌方法對藍莓汁在不同溫度下的感官評分的∑R2分別為2.9309和2.9810，說明基于感官的動力學模型具有較好的擬合精度。

表3 不同貯藏溫度下藍莓汁感官評價的一級動力學模型參數Table 3 First-order kinetic model parameters for sensory evaluation of blueberry juice at different storage temperatures

2.4.3 藍莓果汁飲料貯藏過程感官評價的Arrhenius方程的建立 將表4中感官評分的K值代入式（2）計算Ea和K0。表4通過使用Origin2021軟件進行線性回歸分析得出。如表4所示，兩種滅菌方法處理的藍莓果汁飲料感官評分回歸方程的R2均大于0.95，進一步證實了感官評分可作為藍莓果汁飲料貨架期預測模型建立的關鍵品質因子。

表4 藍莓果汁飲料感官評價的Arrhenius方程Table 4 Arrhenius equations for sensory evaluation of blueberry juice

2.4.4 貨架期預測模型的建立 在式（3）中帶入不同溫度得到的K0和Ea，可得到不同貯藏溫度下以感官評分為質量指標的化學動力學貨架期預測模型。兩種殺菌方法對藍莓果汁飲料感官評分的保質期模型如式（4）和式（5）所示。

2.4.5 貨架期預測模型的驗證與評價 表5是不同溫度下貯藏藍莓果汁飲料貨架期品質的試驗結果。可以看出，相對誤差大多在10%以內。結果表明，貨架期預測誤差小于10 %，具有較好的預測精度。本研究預測了藍莓果汁飲料在不同貯藏溫度（4、27、37 ℃）下的貨架期。當藍莓果汁飲料的感官評分低于5分時，即達到保質期結束。在保質期試驗結束時，熱滅菌和超高壓滅菌樣品的感官評分均高于5分（27 ℃）。因此，本實驗建立的藍莓果汁飲料剩余貨架期預測模型具有較好的可靠性，能夠有效預測藍莓果汁飲料在4~37 ℃的剩余貨架期，結果表明，超高壓滅菌藍莓果汁飲料的貨架期高于熱滅菌藍莓果汁飲料，低溫聯合超高壓滅菌藍莓果汁飲料的貯藏期在6個月以上。

表5 貨架期預測模型的驗證與評價Table 5 Validation and evaluation of shelf life predictive modeling

3 結論

本研究通過微生物生長、感官評分、可溶性固形物、抗壞血酸含量等指標對藍莓果汁飲料經超高壓滅菌和熱滅菌兩種處理方式進行了對比，結果發現經超高壓滅菌和熱滅菌處理的藍莓果汁飲料在貯藏結束時均未檢測到微生物，說明這兩種滅菌處理方式都可以達到完全滅菌的效果。但藍莓果汁飲料經超高壓滅菌后感官評分、可溶性固形物、抗壞血酸含量等指標均高于熱滅菌，這可能是由于某些細胞由于高壓而破裂，導致大量細胞內物質溶解增加，導致可溶性固形物含量增加。

將Arrhenius方程與動力學方程相結合預測貨架期的研究已經非常廣泛，并且具有較高的預測精度。本研究建立了藍莓果汁飲料在4~37 ℃范圍內品質劣化動力學模型和貨架期預測模型，其決定系數R2均大于0.95，因此，模型擬合精度較高。該模型可以基于感官評分，實現對藍莓果汁飲料品質變化和剩余貨架期的快速實時監控。貨架期預測建模有助于企業實時控制儲運條件，從而有效降低質量損失，具有重要的現實意義。在藍莓果汁飲料運輸和貯藏的過程中，藍莓果汁因光照、溫度及運輸過程等外界因素的影響導致其色澤及口感發生變化可能對藍莓果汁產生一定的影響，也是本試驗尚待解決的問題。在今后的試驗中致力解決其包裝及運輸過程對其帶來的影響。也可以根據國標在其中加入一定的食品添加劑增加藍莓果汁飲料稠度使其體系更加穩定。