北冰红葡萄皮饮料杀菌工艺及其储藏稳定性

王兵琦，郎秀杰，郭成宇，马吉瑶，孔凡平

齐齐哈尔大学食品与生物工程学院，黑龙江省果蔬杂粮饮品工程技术研究中心（齐齐哈尔 161006）

杀菌是饮料加工过程中的重要环节之一，既能保证产品饮用的安全性，又能延长产品的货架期，现今的杀菌方法主要有热杀菌和冷杀菌。热杀菌依照杀菌程度的强弱，可以分为巴氏杀菌（小于100 ℃）和商业杀菌（大于100 ℃）[1]。冷杀菌也称非热杀菌[2]，在果汁中应用研究的主要有高压杀菌、紫外杀菌、微波杀菌、高压脉冲电场杀菌、超声杀菌等。杀菌在保证食品品质的同时，同时也会对饮料体系的稳定体系和口感等方面产生一定程度的影响。

加工后的成品在一定条件下储藏，会随着时间的推移发生一系列生物、化学变化，从而造成品质的劣变，直至货架期终点[3-5]。货架期也称食品的货架寿命，是指食品的最佳食用期，一旦超过了这个期限，食品的色、香、味可能会发生变化，营养价值也会降低。货架期不但关系到食品安全，而且影响食品的贮藏、分销和消费[6]。加速货架期试验法（accelerated shelf life test，ALST）是将食品置于恶劣的环境中使其加速变质，监测其品质变化，再以这些数据推算实际储藏条件下货架期的一种高效预测食品货架期的方法，被广泛应用在食品工业的各个领域[7-8]。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

北冰红葡萄（黑龙江省齐齐哈尔市梅里斯达斡尔族区）；福林酚试剂、DPPH（国药集团化学试剂有限公司）。

722S型可见分光光度计（上海精密科学仪器有限公司）；TAL-10M离心机（上海菲怡尔分析仪器有限公司）；SW-CJ-1D型单身净化工作台（苏州净化设备有限公司）；隔水式恒温培养箱（上海恒科实业发展有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 饮料生产工艺流程

1.2.2 杀菌条件的研究

将葡萄皮去除果梗后，按葡萄皮与水质量比1∶2的0.15%加入果胶酶和纤维素酶，在25 ℃恒温培养箱中酶解21 h，然后进行搅拌，过滤，之后磨浆，调配，均质，灌装于体积为120 mL的玻璃瓶中，每瓶100 mL。巴氏杀菌试验组：于80 ℃杀菌30，40，50，60和70 min；于90 ℃杀菌20，30，40，50和60 min。常压100 ℃杀菌试验组：10，15，20，25和30 min。高压杀菌试验组：1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12和13 min。每组试验平行3次，对样品进行菌落总数检测来初步确定杀菌条件。

1.2.3 货架期的预测

从葡萄皮饮料的微生物指标、感官指标、理化指标等方面评估产品的品质，采用ALST法中的Qid模型对产品的货架期进行预测，旨在评估新产品的品质及稳定性，合理指导产品的销售。

1.2.3.1 菌落总数的测定

菌落总数的测定参考GB 4789.2—2016《食品微生物学检验 菌落总数的测定》。

1.2.3.2 总酚含量的测定

在朱仙慕等[9]的基础上进行改进，使用福林-酚法测定葡萄皮饮料中总酚的含量。以食没子酸浓度和吸光度制作标准曲线。测定吸光度，根据标准曲线计算葡萄皮饮料中总酚含量。

图1 总酚标准曲线图

1.2.3.3 沉淀率测定

将样液加入离心机中，以3 000 r/min离心10 min，然后将上清液与沉淀分离，称取其质量。离心沉淀率按式（1）计算。

式中：M0为空离心管的质量，g；M1为离心后沉淀的质量，g；M2为离心前样液的质量，g。

1.2.3.4 稳定系数测定

取离心后的上清葡萄液和葡萄饮料，在最佳波长下测定吸光度。经测定和查阅文献，确定最佳波长为350 nm[10]。

1.2.3.5 感官评价方法

组织6人成立评分小组，从色泽、香气味、组织状态、杂质4个方面对北冰红葡萄皮饮料进行感官评定，经过加权处理得到总体感官评分，具体评分标准见表1。

1.2.3.6 货架期的预测方法

加速货架期试验法是一种有效的预测食品货架期的方法，可利用Q10模型预测产品的货架期。Q10是指温度相差10 ℃时，2个任意温度下货架期的比例。

式中：Qs(T1)为设定T1（min）温度下的食品货架期，d；Qs(T2)为设定T2（min）温度下的食品货架期，d；ΔT（min）为T1与T2的温度差，℃。

1.2.3.7 数据处理与统计分析方法

采用Origin 9.1、Graph Pad Prism 5和Excel 2017软件对试验数据统计分析。

表1 感官评分标准

2 结果与分析

2.1 杀菌条件对饮料品质的影响

2.1.1 杀菌条件对葡萄皮饮料中菌落总数、可溶性固形物和pH的影响

由表2可知：在80 ℃杀菌30～40 min，杀菌不够彻底，菌落总数在10～43 CFU/mL之间；90 ℃杀菌时间大于20 min时均可有效杀灭微生物，菌落总数均未检出；在100 ℃杀菌10 min时仍可以检出微生物，菌落总数为10 CFU/mL；当杀菌时间为15～30 min时，微生物均未检出；当105 ℃杀菌时间大于9 min时，可以有效地杀灭微生物，菌落总数未检出。

经过不同杀菌温度和杀菌时间处理的北冰红葡萄皮饮料的pH、可溶性固形物基本没有变化，说明不同杀菌温度和时间的组合对北冰红葡萄皮饮料的pH、可溶性固形物的影响不大。

2.1.2 杀菌条件对葡萄皮饮料沉淀率和悬浮稳定性的影响

由图2可知，在80 ℃杀菌条件下分别杀菌30，40，50，60和70 min，这4种杀菌方式对北冰红葡萄皮饮料的沉淀率和稳定系数影响不大，沉淀率均在12%以内，其中杀菌条件为80 ℃，50 min时样品沉淀率最低，为10.8%，而当杀菌时间为60 min时，沉淀率最高，为11.4%。

表2 不同杀菌条件下葡萄皮饮料的菌落总数、可溶性固形物和pH

图2 80 ℃杀菌条件下，杀菌时间对沉淀率和稳定系数的影响

由图3可知，在20～50 min内，沉淀率呈现出先下降后上升的趋势，稳定系数呈现出先上升后下降的趋势。当杀菌时间为30 min时，饮料的沉淀率最低，为10.7%，相对应的稳定系数最高，为65.5%。总体上，在90 ℃杀菌条件下杀菌的这5种杀菌方式对北冰红葡萄皮饮料的沉淀率和稳定系数的影响不是很大，沉淀率在10.9%～11.8%之间。

由图4可知，当杀菌时间在20 min以后，沉淀率呈现出上升的趋势，稳定系数呈现出下降的趋势。当杀菌时间为20 min时，饮料的沉淀率最低，为10.9%，相对应的稳定系数最高，为66.8%。总体上，在100℃杀菌条件下杀菌的这5种杀菌方式对北冰红葡萄皮饮料的沉淀率和稳定系数的影响不是很大，沉淀率在10.9%～11.7%之间。

图3 90 ℃杀菌条件下，杀菌时间对沉淀率和稳定系数的影响

图4 100 ℃杀菌条件下，杀菌时间对沉淀率和稳定系数的影响

由图5可知，在105 ℃杀菌条件下分别杀菌9，10，11，12和13 min，其对北冰红葡萄皮饮料的沉淀率和稳定系数影响也不大，沉淀率均在12.4%～12.8%以内，其中杀菌条件为105 ℃，9 min时样品沉淀率最低，为12.4%；而当杀菌时间为10 min时，沉淀率最高，为12.8%；当杀菌时间在11 min以后，沉淀率和稳定系数均呈现稳定的趋势；相比以上几种杀菌方式，沉淀率略微高一些，但同时存放相同的时间，饮料体系并未表现出明显的沉淀和分层现象。

图5 105 ℃杀菌条件下，杀菌时间对沉淀率和稳定系数的影响

2.1.3 杀菌条件对葡萄皮饮料剪切速率-剪切应力的影响

如图6和图7所示，在同一温度下，随着杀菌时间的延长，剪切应力不断减小，开始时快速下降，一段时间后速率变慢，最后剪切应力趋于稳定。当杀菌温度条件为80和90 ℃，杀菌时间为20～50 min时，初始的剪切应力无明显差别；当杀菌时间为60 min时，黏度产生显著的提高；当升高杀菌温度和延长杀菌时间时，如图8和图9所示，剪切应力-剪切速率呈现无规律的变化趋势，其原因可能是高温度处理使饮料中一部分大分子物质溶出[11]，从而增加了其黏度，不利于管道传输和饮用。通过对其不同杀菌条件下的流变学性质的研究，说明选择合适的杀菌方式对葡萄皮饮料具有十分重要的意义。

图6 80 ℃杀菌条件下，剪切速率-剪切应力随杀菌时间的变化

图7 90 ℃杀菌条件下，剪切速率-剪切应力随杀菌时间的变化

图8 100 ℃杀菌条件下，剪切速率-剪切应力随杀菌时间的变化

图9 105 ℃杀菌条件下，剪切速率-剪切应力随杀菌时间的变化

2.2 货架期的预测

2.2.1 菌落总数的变化

北冰红葡萄皮饮料在4，27和37 ℃储藏温度条件下，在预测保藏期的终点，未检测菌落总数，说明在100 ℃ 20 min可以达到商业无菌的要求。

2.2.2 冰葡萄皮饮料储藏期间pH的变化

从图10可以看出，4，27和37 ℃饮料体系的pH均在3.41左右，无显著的上下波动的现象。因此，储藏温度和储藏时间对该饮料pH没有显著性的影响。

图10 冰葡萄皮饮料储藏期间pH的变化

2.2.3 冰葡萄皮饮料储藏期间可溶性固形物含量的变化

从图11可以看出，4 ℃储存条件下的可溶性固形物含量较为稳定，27 ℃和37 ℃储存条件下的可溶性固形物的含量略有上下的浮动。当储藏时间为54 d时，储藏前后可溶性固形物含量无明显的变化。在3种储存条件下，可溶性固形物的储存率相对较高，说明储藏温度对冰葡萄皮饮料中可溶性固形物含量影响不明显。

图11 冰葡萄皮饮料储藏期间可溶性固形物含量的变化

2.2.4 冰葡萄皮饮料储藏期间沉淀率和稳定系数的变化

由图12和图13可知，不同温度储藏下的冰葡萄皮饮料离心沉淀率和悬浮稳定系数随着储藏时间的延长，没有明显变化。储藏第0天，离心沉淀率为9.7%；经54 d储藏，4 ℃和27 ℃条件下的离心沉淀分别下降了0.1%和0.4%，37 ℃条件下的离心沉淀增加了0.15%。此次试验饮料的离心沉淀率虽较先前报道的其他果蔬汁离心沉淀率大很多，但其依然表现出很好的稳定性。其原因可能是冰葡萄皮颗粒体积、分散介质的黏度以及颗粒和液体之间的密度差均达到一个体系稳定平衡点，各组分在溶液体系中均匀分散[12]。

图12 冰葡萄皮饮料储藏期间沉淀率的变化

图13 冰葡萄皮饮料储藏期间稳定系数的变化

2.2.5 冰葡萄皮饮料储藏期间总酚含量的变化

在整个贮藏期间，3组样品中的总酚含量呈先升高后下降的变化趋势。其中，27 ℃的试验组的总酚含量分别在贮藏18 d时达到峰值，随后平缓下降，而4℃和37 ℃的试验组总酚含量峰值出现稍晚，在贮藏第27和第42天达到峰值，随后平缓下降，在贮藏期结束后，4 ℃和27 ℃试验组北冰红葡萄皮饮料样品维持了较高的总酚含量。Park等[13]报道表明果实中总酚含量的减少可能是酚类物质在褐变反应中作为PPO的底物被消耗。因此，4 ℃和27 ℃试验组中酚类物质的消耗速度较缓，从而维持了北冰红葡萄皮饮料贮藏后期较高的总酚含量。

图14 冰葡萄皮饮料储藏期间总酚含量的变化

2.2.6 冰葡萄皮饮料储藏期间感官评价的变化

将100 ℃ 20 min杀菌条件下的样品置于不同的温度下储藏，按照感官评价标准监测了54 d。从图15可看出，随着时间的延长，感官评分均在下降，尤其在37 ℃条件下储藏的样品感官评分直线下降，品质劣变非常快，4 ℃和27 ℃条件下的样品品质劣变速度较慢，因此低温和常温储藏对北冰红葡萄皮饮料品质的保持有利。

图15 冰葡萄皮饮料储藏期间感官评价的变化

2.3 货架期的预测

以北冰红葡萄皮饮料感官评分5分作为到达货架期终点，预测在该杀菌条件下的样品在20 ℃及4 ℃条件下的货架期。货架期试验终止时（第54天），以感官评分达到6分计算实际的Q10的值。

100 ℃杀菌20 min的样品在27 ℃和37 ℃条件下达到6分的时间分别为第81和第36天，根据公式可以求得：Q10=81/36=2.25 d。另外Q1037 ℃条件下的样品在第42天处于5分的临界点，根据公式可计算出20 ℃条件下的样品货架期Qs(20)=42×2.251.7=166 d，4 ℃条件下的样品货架期Qs(4)=81×2.253.3=1 176 d。

综合以上可知：100 ℃ 20 min杀菌的北冰红葡萄皮饮料常温货架期在5个月以上，冷藏条件下货架期在3.5年以上。

3 结论

此次试验以北冰红葡萄皮饮料的微生物指标、营养成分、稳定体系等为综合性参考因素，选择出合适的杀菌条件：100 ℃ 20 min，此时在保障食品质量的基础上，减少了对北冰红葡萄皮饮料营养成分的损失，为北冰红葡萄皮饮料生产企业的灭菌技术提供参考。通过加速货架期预测试验计算出北冰红葡萄皮饮料在20 ℃条件下的货架期，为166 d。