冬瓜风味水的提取及不同工艺的杀菌特性

于立志　刘奇琳　陈艳　刘金莲

摘 要： 为减少冬瓜深加工過程中水分流失，提高冬瓜综合利用率，以冬瓜为主要原料，采用正交试验设计优化了冬瓜风味水的提取工艺，并探讨了巴氏杀菌和超声杀菌处理对冬瓜风味水在贮藏过程中品质的影响和杀菌效果。结果表明，冬瓜风味水最佳提取工艺参数为：抗坏血酸添加量0.08%，提取时间70 min，提取温度55 ℃;相较于巴氏杀菌，超声杀菌处理后冬瓜风味水在短期贮藏过程中pH值、耗氧量波动较小，且贮藏16 d内未检出大肠菌群，是冬瓜风味水较为理想的杀菌方式。研究结果有助于提高冬瓜综合利用率，减少资源浪费，同时为其他果蔬风味水的开发提供参考。

关键词： 冬瓜;风味水;工艺优化;巴氏杀菌;超声波杀菌;品质

中图分类号：S642.3    文献标志码：A    文章编号：1673-2871（2020）06-041-05

Abstract： To reduce the water loss and improve the comprehensive utilization rate of wax gourd in its deep processing， the extraction technology of the flavor water of wax gourd was optimized by orthogonal test design， and the effects of pasteurization and ultrasonic treatment on the quality and sterilization of the flavor water of wax gourd during storage were discussed. The results showed that the best extraction process parameters were as follows： ascorbic acid 0.08%， extraction time 70 min， extraction temperature 55 ℃. Compared with pasteurization， the pH value and oxygen consumption of the flavor water after ultrasonic treatment fluctuated less in the short-term storage process， and the coliform group was not detected， which was an ideal way of sterilization. The results can help to improve the comprehensive utilization rate of wax gourd， avoid the waste of resources， and provide reference for the development of other fruit and vegetable flavor water.

Key words： Wax gourd; Flavor water; Process optimization; Pasteurization; Ultrasound sterilization; Quality

冬瓜（Benincasa hispida （Thunb.） Cogn.）属1年生草本植物，营养丰富，产量高，耐贮藏，是一种重要的蔬菜作物，在我国南北方均有大量种植[1]。目前，冬瓜除直接食用外，还可被加工成冬瓜酱、果脯、干制品等[2-5]。新鲜冬瓜含水量高达97%[6]，这部分水是冬瓜生长过程中通过根茎吸收，生物膜系统过滤、除杂，并为冬瓜细胞利用，由细胞信号确定的安全性较高的自由水，它含有一定的营养成分、天然的冬瓜特征风味和较高的生物活性，更易被人体吸收利用[7]。当前冬瓜加工制品，特别是在干制品和冬瓜酱加工过程中，其本身所含的大量水分基本都在浓缩和干制工艺中损失，造成资源浪费[8-9]。

开发高品质、可饮用的冬瓜风味水既契合现代消费者对天然健康饮食的需求，又能减少资源浪费，是提高冬瓜综合利用率的一个重要途径。但由于冬瓜属于热敏性果蔬，过高的温度会破坏其天然香气，甚至产生蒸煮味[10]。而当前饮用水消毒技术主要是氯化消毒和臭氧消毒，会产生大量有毒副产物[11]。因此，探索冬瓜风味水的最佳提取工艺和灭菌方法，保持冬瓜风味水的天然风味并提高其安全性，成为冬瓜风味水利用中亟待解决的一个问题。

笔者采用减压低温蒸馏技术提取冬瓜组织中的水分，并对其感官、理化及杀菌特性进行研究，以开发优质冬瓜风味水，提高冬瓜综合利用率，同时为其他果蔬风味水的开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

市售无病虫害、无机械损伤的新鲜黑皮冬瓜;抗坏血酸（食品级）由德兴市百勤异VC钠有限公司提供;草酸钠（分析纯）由上海展云化工有限公司提供;高锰酸钾（分析纯）由西陇化工股份有限公司提供。

1.2 仪器与设备

台式高速冷冻离心机（Neofuge 23R）：上海力申科学仪器有限公司;飞利浦榨汁机（HR1861）：飞利浦家庭电器有限公司;旋转蒸发器（RE2000A）：上海亚荣生化仪器厂;槽式超声处理器（SB-1200YDTD）：宁波新芝生物科技股份有限公司;恒温培养箱（SLI-700）：春兰实验仪器厂;手持式折光仪：上海仪迈仪器科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程 试验于2018年10—12月在武夷学院茶与食品学院中心实验室进行，工艺流程如下：

冬瓜原料→去皮、去瓤→清洗、切片→護色→榨汁→旋转蒸发、冷凝收集→冬瓜风味水→杀菌处理→感官评价。

1.3.2 操作要点 （1）护色：将冬瓜薄片浸泡于0.10%抗坏血酸溶液中20 min[12]。（2）榨汁：将冬瓜薄片于榨汁机中榨汁，该冬瓜汁的水分含量为95.66%，可溶性固形物含量为3.82%。（3）旋转蒸发、冷凝收集：取适量滤液于旋转蒸发器的蒸馏烧瓶中，真空度为0.09 MPa[9]，在50 ℃下蒸馏1 h，冷凝后的收集液即为冬瓜风味水。

1.3.3 感官评价 选择10人（5男5女，20～35岁）对冬瓜风味水的气味、滋味、外观进行综合感官评分，感官评价标准见表1。

1.3.4 单因素试验设计 在预试验基础上确定影响提取冬瓜风味水感官品质的因素主要有：旋转蒸发时间、旋转蒸发温度、抗坏血酸的添加量，设置5个水平梯度进行单因素试验，考察3个因素对冬瓜风味水感官品质的影响。

（1）抗坏血酸的添加量对冬瓜风味水感官品质的影响：依次按抗坏血酸的添加量0、0.04%、0.08%、0.12%、0.16%进行榨汁，并用2层纱布过滤去除絮凝物质，收集滤液500 mL在55 ℃下经旋转蒸发70 min后冷凝收集冬瓜风味水，并对成品进行感官评价。

（2）旋转蒸发提取时间对冬瓜风味水感官品质的影响：抗坏血酸添加量为0.08%，取滤液500 mL在55 ℃下依次旋转蒸发提取50、60、70、80、90 min，然后冷凝收集冬瓜风味水，进行感官评价。

（3）旋转蒸发温度对冬瓜风味水感官品质的影响：抗坏血酸添加量为0.08%，取滤液500 mL在温度45、55、65、75、85 ℃下，旋转蒸发提取70 min后冷凝收集冬瓜风味水，进行感官评价。

1.3.5 正交试验设计 通过单因素试验考查了各因素对冬瓜风味感官品质的影响，在此基础上采用正交试验设计优化冬瓜风味水的最佳提取参数。选用L9（34）正交表安排正交试验，以感官评价为指标，最终确定冬瓜风味水的最佳提取工艺组合。正交试验水平因素表见表2。

1.3.6 杀菌方式 （1）巴氏杀菌：取旋转蒸发收集的冬瓜风味水200 mL于已灭菌的玻璃瓶中，置于68～70 ℃恒温水浴锅中保持30 min，然后在冰浴中急速冷却到4～5 ℃，用保鲜膜将瓶口密封。（2）超声杀菌：将上述同样装有冬瓜风味水的玻璃瓶放入槽式超声发生器内，超声频率为60 kHz，功率为90 W，处理时间60 min[13] ，冰浴中急速冷却到4～5 ℃用保鲜膜将瓶口密封。比较2种杀菌方式的杀菌效果和对冬瓜风味水品质的影响。

1.3.7 指标测定 比较经不同灭菌处理后，在室温下贮藏的冬瓜风味水pH值、耗氧量和大肠菌群的变化情况。pH值的测定：采用酸度计测定，参考GB/T 5750.4—2006《生活饮用水标准检验方法 感官性状和物理指标物》方法[14]。耗氧量的测定：参考GB/T 5750.7—2006《生活饮用水标准检验方法 有机物综合指标》方法[15]。大肠菌群的测定：参考GB 4789.3—2010《食品微生物学检验 大肠菌群计数》方法[16]。采用优化后的方法提取风味水，剩余冬瓜酱水分含量的测定：参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》[17]，可溶性固形物含量使用手持式折光仪测定。

1.4 数据分析

使用Microsoft Excel 2019 进行数据整理，Origin 9.0软件作图，正交助手II V3.1专业版进行正交试验数据分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果分析

2.1.1 抗坏血酸添加量对冬瓜风味水感官品质的影响 抗坏血酸具有抗氧化、护色作用，在冬瓜风味水中添加抗坏血酸可以有效防止其被氧化、变色、变味。由图1可知，在低浓度时随着抗坏血酸添加量的增加，感官得分不断增加，当抗坏血酸添加量为0.08%时，感官得分最高，超过该浓度则感官得分呈下降趋势，可能由于抗坏血酸的酸性以及其本身和冬瓜风味水中的成分发生了反应，降低了冬瓜风味水的感官品质。

2.1.2 旋转蒸发提取时间对冬瓜风味水感官品质的影响 由图2可知，在提取时间较短时，所得冬瓜风味水感官得分较低且较为稳定，可能由于提取时间较短，冬瓜风味水主要呈香物质未充分提取，造成感官品质较差，在提取70 min时冬瓜风味水的风味物质得到了充分提取，感官评分最高。此后，随着提取时间的延长，感官得分不断下降，可能是异味成分的干扰和长时间提取导致蒸煮味的产生以及一些悬浮物质的出现。

2.1.3 旋转蒸发温度对冬瓜风味水感官品质的影响 由图3可知，低温时提取所得冬瓜风味水的风味物质含量较低，故感官评分较低，55 ℃时感官得分最高，此时冬瓜风味物质得到了充分提取，超过55 ℃后感官评分迅速下降，可能是因为冬瓜属热敏性果蔬，高温使冬瓜产生的煮熟味掩盖了冬瓜的特征风味，感官品质变差。

2.2 正交试验结果分析

根据以上单因素试验结果，确定了冬瓜风味水提取工艺正交试验的因素水平（表2），正交试验结果如表3所示。

由表3可知，各因素对冬瓜风味水感官品质影响的大小次序为C > A > B，即旋转蒸发提取温度>抗坏血酸添加量>旋转蒸发提取时间。确定的冬瓜风味水最佳提取工艺为A2B2C2，即抗坏血酸添加量0.08%，旋转蒸发提时间70 min，旋转蒸发提取温度55 ℃。

按照优化的工艺参数进行验证试验，获得的冬瓜风味水感官得分（91.0±2.3），提取风味水后剩余冬瓜酱含水量为78.61%，可溶性固形物含量为19.59%。

2.3 不同杀菌方式对冬瓜风味水品质的影响

对提取的冬瓜风味水进行不同方式的杀菌处理，比较其杀菌效果。

2.3.1 不同杀菌方式处理后冬瓜风味水pH值的变化 由图4可知，经不同杀菌方式处理的冬瓜风味水在贮藏的初期pH值均略微下降。在第4天后对照组pH值继续下降，这可能是由于对照组样品中微生物繁殖产酸导致的。杀菌组在第4天之后均呈上升趋势，且超声杀菌处理组上升趋势大于巴氏杀菌处理组，这可能是由于两种杀菌方式的原理不同所导致。巴氏杀菌是热处理过程，灭菌的同时也促进了冬瓜风味水中某些化学反应的进行，产生弱碱性物质。超声处理是非热过程，是利用超声波的物理效应，在超声物理场中菌体裂解，释放生物碱，同时小分子风味物质的某些基团在超声场中也可能发生断裂[18]，导致超声处理组pH上升，更接近人体生理pH。

2.3.2 不同杀菌方式处理后冬瓜风味水耗氧量的变化 耗氧量作为生活饮用水卫生标准水质常规检测指标，综合反映了水体被水中还原性物质 （包括有机物和无机物 ）污染的情况。由图5可知，随室温下贮藏时间的延长，对照组样品中微生物迅速繁殖，导致耗氧量快速增加，当样品中营养物质消耗完毕后，耗氧量下降。而试验组在灭菌处置后，耗氧量均维持在较低的水平，均远低于国家食品安全标准限定饮用水耗氧量为≤2.0 mg·L-1的要求[19]。说明2种方式灭菌均较为彻底，但贮藏第16天时巴氏杀菌组耗氧量上升，可能是由于巴氏杀菌不彻底，在贮藏过程中微生物活跃导致的结果。

2.3.3 不同杀菌方式处理后冬瓜风味水大肠菌群的变化 食品安全国家标准限定饮用水大肠菌群不得检出[19]。由表4可知，在第0天时，处理组和原液的大肠菌群均未检出;在贮藏第4天时，未经杀菌处理的冬瓜风味水就有大肠菌群出现，经过杀菌处理的各试验组均未检出;第16天后，经巴氏杀菌的冬瓜风味水也有大肠菌群检出，这与巴氏杀菌后冬瓜风味水耗氧量的变化较为一致，经超声杀菌的冬瓜风味水大肠菌群则未检出，符合卫生要求。由此可知，经超声杀菌处理后的冬瓜风味水的生物稳定性更高，是较为理想的杀菌处理方式。

3 讨论与结论

冬瓜作为我国广泛种植的重要蔬菜品种，具有产量大、资源丰富等特点，其果肉脆爽多汁，有利尿消肿、解渴消暑等作用[20]。在冬瓜加工成冬瓜酱、果脯、干制品等的过程中不可避免地损失了果蔬本身含有的大量水分。基于此，笔者以冬瓜为研究对象，通过单因素和正交试验设计，提取冬瓜风味水，从感官品质的角度初步确定了冬瓜风味水最佳提取工艺为抗坏血酸添加量0.08%，旋转蒸发提取时间70 min，旋转蒸发提取温度55 ℃。获得的冬瓜风味水澄清透明，具有天然的冬瓜特征香气。巴氏杀菌和超声杀菌处理对冬瓜风味水品质的影响及灭菌效果表明，超声杀菌处理可提高冬瓜风味水的品质，可用于冬瓜风味水的加工。

笔者是在食品实验室采用实验用旋转蒸发器来模拟冬瓜风味水的提取，与实际工业化生产中的真空蒸发器有很大差别，是初步从感官品质的角度探索该提取方法的可行性，在后续中试生产放大试验中还需根据生产设备调整生产参数。冬瓜等果蔬属热敏性，过高的蒸发温度和蒸发时间会产生蒸煮味，但考虑到实验室用的旋转蒸发器在恒定的转速和恒定的蒸发温度下对均一的冬瓜汁在特定时间内蒸发冷凝得到的冬瓜风味水的量是一定的[21]，因此，笔者重在从感官品质的角度探讨合适的蒸发温度与蒸发时间对冬瓜风味水的影响，在后续研究中，还需要在优化的蒸发温度和蒸发时间条件下，采用“浓缩倍数”作为生产因素去考虑。

为探索冬瓜风味水较为理想的杀菌方式，探讨了食品工业上广泛采用的巴氏杀菌，以及新兴的非热力杀菌——超声波处理[13]，2种处理方法在杀菌原理上有着本质区别，前者为热效应，后者为物理效应，分析不同杀菌方式处理后冬瓜风味水在室温贮藏下pH值、耗氧量和大肠菌群的变化结果表明，超声杀菌处理是冬瓜风味水较为理想的杀菌方式。

按获得最佳冬瓜风味水感官质量的工艺参数进行试验，提取风味水后剩余冬瓜醬含水量为78.61%，可溶性固形物含量为19.59%，该冬瓜酱可进一步加工成各类冬瓜制品，如冬瓜罐头等，其在食品工业中的利用是后续研究的重要方向。

一般果蔬的含水量为85%～90%，加工成果蔬粉的含水量只有8%～10%，有80%左右的果蔬水分在浓缩和喷粉的工序中蒸发掉[22]。例如：加工1 t 30?Brix的番茄酱，需要6 t的鲜果，蒸发的水量约为1.6～1.8 t，若一年生产1万t 30?Brix的番茄酱，则有1.6万～1.8万t的果蔬水可加工利用。因此，本研究结果对其他果蔬风味水的提取具有一定的参考价值和广阔的应用前景。

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