高温杀菌对低酸性大米果冻质构特性的影响*

张晓银，李汴生

(华南理工大学轻工与食品学院，广东广州，510640)

高温杀菌对低酸性大米果冻质构特性的影响*

张晓银，李汴生

(华南理工大学轻工与食品学院，广东广州，510640)

利用反压杀菌技术、无线测温系统，结合TPA质构测定，对低酸性大米果冻的杀菌效果以及质构变化进行了研究。结果表明，对于120 g杯装的大米果冻，当杀菌效果均达到F=3.6 min时，110℃、115℃和121℃下所需的杀菌恒温时间分别为43.9 min、23.4 min和10.9 min。115℃、110℃下所需的杀菌恒温时间分别为121℃下的2.15倍、4.03倍。在各杀菌温度下，低酸性大米果冻的硬度和咀嚼性均随杀菌时间的延长而呈减小趋势。达到同样的商业无菌的杀菌效果(F=3.6 min)时，不同的杀菌条件对果冻各质构特性的影响程度不同，相对于110℃43.9 min和115℃23.4 min，121℃10.9 min的杀菌条件下果冻各质构特性的变化幅度相对较小。而相对于杀菌前，110℃、115℃和121℃杀菌温度下果冻的质构特性:硬度、咀嚼性、回复性、黏聚性、弹性的变化幅度依次减小。总体来看，高温短时杀菌能减小对低酸性大米果冻质构特性的影响。

杀菌，低酸性，果冻，质构特性

果冻作为一种甜点，由于外观晶莹、良好的口感和容易被消化的特性而深受各个年龄阶段人群的喜爱[1-2］。虽然果冻已得到广泛研究，但目前市场上及研究上的果冻多数为酸性果冻[3-4］。近年来，消费者对果冻产品的需要也开始多样化，人们希望能有一些不同于一般酸性果冻酸甜口味的其它口味果冻。酸性果冻的杀菌一般采用常压杀菌，杀菌温度低于100℃;低酸性果冻的杀菌若采用常压杀菌技术则无法达到商业无菌的要求，因此低酸性果冻的杀菌应按照低酸性食品的杀菌方法进行，需要采用加压杀菌技术(杀菌温度＞100℃)才能达到食品安全和保质期的要求[5］。

质构对于果冻等含食品胶食品的品质影响很大[6］，果冻的质构受到胶体、其它配料成分，以及处理条件等的影响[2-3］。采用目前生产酸性果冻的食品胶配方生产低酸性果冻时，高温加压杀菌对果冻的凝胶性能破坏较大，产品质构受到较大的影响。本研究根据低酸性果冻的生产技术特点，利用质构分析[7］研制出一种凝胶性强、耐高温杀菌的低酸性类果冻复配胶，并开发出大米果冻产品。它不仅符合天然化、健康化、功能化主流趋向，也满足了消费者对果冻产品的营养保健功能的需求[8-9］，丰富了果冻产品种类。

本文在完成对低酸性果冻复配胶体以及大米果冻配方研究的基础上，对低酸性大米果冻的杀菌条件进行探讨，量化不同杀菌条件下果冻的杀菌效果，分析不同杀菌条件对果冻质构的影响规律，并进一步确定适合低酸性果冻商业杀菌的温度和时间。

1 材料与方法

1.1 材料

κ-卡拉胶、魔芋胶、黄原胶、黏米粉、白砂糖、KCl等。

1.2 果冻样本制备

将市售的黏米粉过120目的筛，取一定量用蒸馏水配成一定浓度的大米浆液。将凝胶剂、白砂糖、KCl[9］等称量好后，干混均匀，用一定量的蒸馏水溶解，再将大米浆液加入，搅拌均匀，加蒸馏水至最终配方所需的加水量，搅拌混合均匀，使体系充分吸水溶胀1h。溶胀后的混合胶液继续在85℃恒温水浴中搅拌加热15 min，搅速不宜太快，以免起泡[10］，使之形成均匀胶体溶液。溶胶完成后，除去胶液表面的泡沫，补充溶胶过程中损失的水分。将温度不低于80℃混合胶液灌入120 g耐热塑料果冻杯(上表面直径6.2 cm，下表面直径3.9 cm，高5.5 cm)中，趁热封口，进行杀菌。该果冻样品的pH为5.52。

1.3 杀菌控制

采用LH4A29A淋水式杀菌设备(宁波乐惠食品设备制造有限公司)对灌装封口后的果冻样品进行高温反压杀菌，控制杀菌(设备)恒温温度分别在110℃、115℃、121℃[5，11-12］，而杀菌的升温和降温过程大致相同(如表1)，表1中的时间均为杀菌设备的控制时间，杀菌设备中的降温过程结束后，取出样品继续用冷水冷却，使其中心温度迅速降至40℃以下。通过调整3个温度下的恒温时间t1、t2、t3，使不同杀菌温度下的杀菌达到相同的杀菌效果(F值)。杀菌后的样品室温放置24 h后进行质构测定。

表1 三种不同杀菌温度下杀菌时间的控制

1.4 杀菌过程的传热测定及F值计算

杀菌过程的传热情况采用TrackSense Pro型无线测温系统(丹麦Ellab A/S公司)进行测定。测定时将无线测温系统一个探头置于果冻杯的冷点(中心)位置，记录整个杀菌过程中果冻样品中心温度变化情况;另一个探头置于果冻杯外，以记录杀菌过程中的设备控制温度(也即杀菌介质温度)[13］。根据果冻样品中心温度可计算杀菌过程的F值，本研究中F值的计算由测温系统软件自动完成。F值只累计样品中心温度达到90℃以上的部分(包括升温和降温阶段)。

1.5 TPA质构测定

果冻的硬度、弹性、黏聚性、咀嚼性、回复性等力学性质使用TA.XT.plus型质构仪(英国Stable Micro System公司)进行评估[7］。每个样品均取中心部分，半径2.1 mm，高10 mm[16］的小圆柱体。采用P/0.5R的探头进行TPA质构测定，测试条件为:测前速率5 mm/s，测试速率和测后速率1 mm/s，2次压缩样本50%的深度，触发值5 g[7，14］，停留时间5 s。

2 结果与分析

2.1 市售酸性果冻的TPA质构特性

实验对几种市售果冻进行TPA质构特性测定结果如表2，其中前3种果冻的市售价格比较高。由表2可知，几种市售果冻的硬度范围为122.3～256.7 g，弹性范围为0.558～0.700，黏聚性范围为0.345～0.393，咀嚼性范围为25.7～70.3，回复性范围为0.102～0.126。可吸果冻的各质构参数都比较低，其中硬度为78.7 g，咀嚼性为13.7。由质构分析可知前3种果冻的硬度、弹性、咀嚼性、回复性相对较强，这可能是果冻价格较高的一个影响因素。而表2中果冻5和果冻6的各质构特性均偏低，口感软散，其果冻价格也偏低。

表2 市售果冻的TPA测定结果

2.2 杀菌过程中温度和F值的变化

低酸性大米果冻的营养丰富，是微生物生长繁殖的良好基质，需要进行高温杀菌来延长和保证产品的保质期。实验分别在110℃、115℃、121℃三个温度下进行杀菌效果测定，记录杀菌过程中杀菌设备的控制温度和果冻样品的中心(冷点)温度随时间的变化情况，并根据中心温度计算杀菌过程中任一时间累积的F值。图1(a)、(b)、(c)分别显示的是110℃t1=45 min、115℃t2=25 min、121℃t3=11 min时温度及F值的变化情况。可以看出，虽然3个杀菌条件的恒温温度不同，但由于实验中升温阶段的控制大致相同，故3个杀菌条件下样品的中心温度升温模式大致相同，样品在杀菌总时间达到20 min左右时，中心温度基本上达到或非常接近恒温温度。其中杀菌温度为110℃的样品在杀菌恒温阶段会随时间的延长有3℃的向上漂移，这显示实验用的杀菌设备在此温度下的难以达到准确控制。

2.3 杀菌条件对大米果冻的杀菌效果影响

图1 大米果冻在不同杀菌条件下杀菌过程中的温度及F值变化曲线

对低酸性大米果冻杀菌程度按照低酸性罐头商业无菌的杀菌程度进行控制。作为低酸性食品杀菌条件制定依据的肉毒梭状芽孢杆菌(A、B型)的D121值为0.1～0.3 min，罐头食品达到商业无菌的理论值为F=12D，通常取F=3 min或3.6 min[5，15］。实际生产中可根据产品在工厂实际生产过程中受污染程度而适度调整F值。图2和图3显示了在110℃、115℃和121℃三种杀菌温度下，不同的杀菌时间取得的杀菌效果(F值)。可以看出，在各温度下，大米果冻的杀菌效果F值随着杀菌时间的延长而增大;不同杀菌温度比较时，杀菌温度愈高，达到同样F值所用的时间愈短。实验中为了比较不同杀菌条件对果冻品质的影响，均取F=3.6 min作为3种杀菌条件的比较基准。根据实验数据，确定了110℃t1=45 min、115℃t2=24 min、121℃t3=11 min，作为比较的杀菌条件，此时它们所取得的F值分别为3.753 min、3.794 min和3.886 min。

某一杀菌条件(温度-时间组合)所取得的F值是指整个杀菌过程的F值，但在比较同一杀菌温度下不同杀菌时间的F值时，由于其升降温控制是相同的，F值的差异主要是由杀菌控制时间中恒温时间的长短所决定。图3分别显示了3种杀菌温度下，不同杀菌恒温时间下取得F值，通过分析F值和杀菌时间的关系，可以获得F值和杀菌时间关系曲线的模拟方程，从而可以推测取得特定F值所需的杀菌(恒温)时间。根据图2和图3，可推算当果冻杀菌效果F=3.6 min时，110℃下需恒温43.9 min，115℃下需恒温23.4 min，121℃下需恒温10.9 min。比较发现，当F值均为3.6 min时，110℃和115℃下所需的杀菌恒温时间分别为121℃下的4.03倍和2.15倍。

值得注意的是，图3中115℃、110℃下F=3.6 min附近各点F值和时间的关系呈线性，而121℃下F=3.6 min附近各点F值和时间的关系呈指数，这是由于前两者在F=3.6 min附近各点时，样品的中心温度已处在达到杀菌温度后的恒温阶段，而后者仍处在升温阶段。

图2 各温度下大米果冻的杀菌效果随时间变化曲线

图3 各杀菌温度下大米果冻的杀菌效果(F值)随杀菌时间变化的趋势

2.4 杀菌条件对低酸性大米果冻的质构特性的影响

图4 和图5分别显示了不同杀菌温度下，低酸性大米果冻的硬度和咀嚼性随时间的变化规律。可以看出，大米果冻的硬度和咀嚼性遵循热破坏反应的一级反应的规律。在各杀菌温度下，大米果冻的硬度和咀嚼性都随杀菌时间的延长而降低，杀菌温度愈高，硬度和咀嚼性的下降速率愈大。大米果冻的粘聚性和恢复性随着随杀菌时间的延长而呈增大趋势，而弹性变化不大(具体数据未显示，F=3.6 min时的数据见表3)。

2.5 F=3.6 min时不同杀菌条件对果冻质构特性

图4110℃、115℃、121℃下大米果冻硬度随杀菌时间的变化曲线

图5110℃、115℃、121℃下大米果冻咀嚼性随杀菌时间的变化曲线

的影响

表3中对F=3.6 min时上述不同杀菌条件对果冻质构特性的影响进行了比较。实验发现，F值达到3.6 min时，不同的杀菌方式，果冻的热敏感性不同，对果冻质构特性影响不同。当F=3.6 min时，相对于115℃恒温23.4 min，110℃恒温43.9 min的杀菌条件，大米果冻的硬度、咀嚼性在121℃下恒温10.9 min受到影响最小。其中121℃下杀菌后果冻的硬度为211.3 g，仅次于市售果冻2的硬度，其它各质构参数值也相对较高(如表3)，总体口感较优。而110℃下杀菌后果冻的硬度为138.5 g，口感软散，各质构参数值也偏低。由表3可知在110℃、115℃、121℃下杀菌后果冻的硬度和咀嚼性变化较大，其中杀菌后果冻的硬度分别为未杀菌前的36.14%、41.62%、55.14%，咀嚼性分别为杀菌前的44.62%、49.10%、62.16%。而相对于杀菌前，3种杀菌温度下果冻的回复性均有所增大，且3种温度下的回复性比较接近，分别为杀菌前的121.74%、122.61%、123.91%。而黏聚性和弹性变化相对较小，黏聚性相对于杀菌前均略有增大，而弹性基本不变。在各杀菌温度下果冻的质构特性:硬度、咀嚼性、回复性、黏聚性、弹性的变化幅度依次减小。而121℃10.9 min的杀菌条件下果冻各质构特性的变化幅度相对较小。总体来说，高温短时杀菌能减小对果冻产品质构的影响。

表3 杀菌前果冻的TPA特性及不同杀菌条件杀菌(F=3.6 min)后的变化情况

3 结论

实验应用无线测温系统、反压杀菌技术，得出当杀菌效果F=3.6时，120 g容量的低酸性大米果冻的杀菌条件为121℃下恒温10.9 min、115℃下恒温23.4 min、或110℃下恒温43.9 min。

通过TPA质构分析，发现在121℃、115℃、110℃三个温度下，低酸性大米果冻的硬度和咀嚼性均随杀菌时间的延长而减小。相对于杀菌前，各杀菌温度下果冻的质构特性:硬度、咀嚼性、回复性、黏聚性、弹性的变化幅度依次减小。而相对于115℃恒温23.4 min和110℃恒温43.9 min，121℃恒温10.9 min的杀菌条件下果冻各质构特性的变化幅度相对较小。其中在121℃10.9 min的杀菌条件下，果冻各质构参数测定值都相对较高，其硬度值仅次于市售果冻2的硬度值，总体口感较优。而110℃43.9 min的杀菌条件下其硬度值只有138.5 g，口感软散。总的来说，高温短时杀菌能减小对果冻产品质构的影响。

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ABSTRACTThe sterilizing effect of low-acid rice jelly and its texture’s changes were analyzedusing anti-pressure sterilization technology，wireless temperature measurement system，and TPA texture measurement.The results showed that the constant temperature times of sterilization under 115℃and 110℃are respectively 2.15 times and 4.03 times of the constant temperature time under 121℃to reach the sterilizing effect when F came up to 3.6 for low-acid rice jelly with 120g capacity，and they were respectively 43.9 min under 110℃，23.4 min under 115℃，and 10.9min under 121℃.The hardness and Chewiness of rice jelly were weakened with the extension of time for sterilization under these three temperatures.By experiments，it found that the thermal sensitivity of jelly was different under different sterilization conditions when it achieved commercial sterility(when F came up to 3.6).Compared to the sterilization conditions of 43.9 min under 110℃and 23.4min under 115℃，the degree of the changes in textural properties of jelly was relatively the least under the sterilization conditions of 10.9min under 121℃when F value reached 3.6 min.Relative to the state before sterilization，the degree of the changes of hardness，chewiness，resilience，cohesiveness，springiness was reduced in turn.In general，it was found that sterilization at high temperature for short time could reduce the influence on textural properties of jelly.

Key wordssterilization，low-acid，jelly，textural properties

Effects of High-temperature Sterilization on the Texture Characteristics of Low-acid Rice Jelly

Zhang Xiao-yin，Li Bian-sheng
(College of Light Industry and Food Science，South China University of Technology，Guangzhou 510641，China)

硕士研究生(李汴生教授为通讯作者，E-mail:febshli@scut.edu.cn)。

*粤港关键领域突破项目(2009A020700001)

2012-03-06，改回日期:2012-06-13