杀菌温度对百香果果浆品质的影响

陆苗苗， 姜启兴*， 于沛沛， 高 沛， 杨 方， 夏文水

（1. 江南大学 食品学院，江苏 无锡 214122；2. 江南大学 江苏省食品安全与质量控制协同创新中心，江苏 无锡 214122)

百香果是西番莲属草质或木质多年生藤本植物，原产于南美洲，主要在热带和亚热带地区种植，如今在我国广西、广东、海南和福建等地区已经形成了规模种植[1]。 百香果独特的香气和风味使其深受消费者的喜爱，此外，百香果中含有丰富的酚类化合物[2]、维生素C[3]以及类胡萝卜素[4]等有益的生物活性化合物，具有很强的抗氧化能力和降低心血管疾病风险的作用[5]。

百香果是一种季节性很强的水果，随着产量的增长对原料加工保藏需求逐渐增大。 冷冻保藏或热杀菌后常温保藏是最常见的长期保藏百香果果浆的方法。 冷冻保藏能较好地保持百香果果浆的营养成分、色泽和风味等不发生显著变化，但是昂贵的冻藏和冷链运输成本无形中提高了产品的价格。 而一些对果浆风味要求不高， 或本身就有加热工序，或要求配料无菌的应用场景（如在酸奶加工中添加果浆等）， 对果浆进行热杀菌处理则具有更好的适用性。 热杀菌已经在橙汁[6]、胡萝卜汁[7]、苹果汁[8]以及杨梅汁[9]等果汁加工中得到广泛应用，但现有研究大多还是针对特定杀菌温度和时间确定一个安全的杀菌工艺，对于在相同安全杀菌强度下，不同杀菌温度对果汁品质影响方面的研究报道还很少。

因此，作者旨在比较相同杀菌强度（F=3.0 min）下，不同杀菌温度（88、92、95、108 ℃）对百香果果浆基本理化成分（可滴定酸、总糖、还原糖、总酚、维生素C、总黄酮和类胡萝卜素）、色泽、风味和游离氨基酸的影响， 综合评判杀菌温度对果浆品质的影响，使百香果果浆在保证食用安全的前提下获得更好的品质，为百香果加工企业合理选择杀菌工艺提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

百香果（紫香一号）：产自广西玉林，由广西集思网络科技有限公司提供。 选择果实完整且成熟度一致的百香果清洗后备用， 破壳后用无菌纱布除籽，使果浆均一无杂质，装入避光自封袋并置于-18 ℃下冻藏备用。

2，6-二氯靛酚、L（+）-抗坏血酸、氢氧化钠、酒石酸钾钠、无水亚硫酸钠、苯酚、氯化钠、无水乙醇、芦丁、没食子酸、β-胡萝卜素、福林酚试剂、硝酸铝、乙酸锌、亚铁氰化钾、亚硝酸钠、酚酞、氯仿、甲醇（均为分析纯）： 国药集团化学试剂有限公司产品；草酸（分析纯）：上海麦克林生化科技有限公司产品。

1.2 仪器与设备

管板组合式超高温杀菌机： 日本Powerpoint International 公司产品；恒温水浴锅：常州智博瑞仪器公司产品；XMD 型热电偶： 上海自动化仪表六厂产品；4k-15 型高速冷冻离心机：德国Sigma 公司产品；LHS-250HC-Ⅱ型恒温恒湿培养箱：上海一恒科学仪器有限公司产品；UV-1800 紫外可见分光光度计： 日本岛津公司产品；AdventurerTM AX 分析天平：德国OHAUS 公司产品；UltraScan Pro1166 型高精度分光测色仪： 美国Hunterlab 公司产品；Heracles 型快速气相色谱电子鼻： 法国Alpha MOS S.A.公司产品；SCIONSQ-456-GC 型气质联用仪：美国布鲁克公司产品；Agilent 1100 型游离氨基酸分析专用高效液相色谱仪：美国安捷伦科技有限公司产品。

1.3 方法

1.3.1 百香果果浆的杀菌

1）100 ℃以上杀菌工艺 由管板组合式超高温杀菌机完成。 杀菌温度设置为101、103、108 ℃，其对应的杀菌参数由公式（1）计算得出。 杀菌完成后进行无菌封装。

式中：F 为杀菌强度，min；t 为杀菌的时间， 指UHT杀菌机输出口至保温管尾端的时间，s；TR为杀菌参照基准温度， 酸性食品取93.3 ℃；Z 为微生物致死耐热性，酸性食品取8.89 ℃；T 为UHT 杀菌机的保温管尾端出口处温度，℃。

2）100 ℃以下杀菌工艺 由恒温水浴锅完成。将400 mL 百香果去籽果浆装入避光蒸煮袋（20 cm×10 cm），平均厚度约为2 cm，封口时将空气排尽以免影响传热。 杀菌温度设置为85、88、92、95℃，杀菌时间由传热曲线确定，完成后在冷水浴中冷却。 传热曲线由无线热电偶测得，每隔30 s 读数。 F值是指在特定温度下杀灭一定数量的特定对象菌所需要的时间。 100 ℃以下杀菌工艺F 值的计算方法见公式（2）。

式中：F 为杀菌强度，min；t 为杀菌时间，min；T 为对应时刻样品的中心温度，℃；Z 为目标菌的致死耐热性，在酸性食品中一般取8.89 ℃。

1.3.2 商业无菌检验 对于杀菌后样品是否满足商业无菌，按照GB 4789.26—2013 检验。

1.3.3 基本品质指标的测定

1）色差的测定 取20 mL 样品于液体皿中，利用高精度分光测色仪的反射模式进行测定。 根据国际照明委员会的规定，色度用L*（亮度）、a*（红/绿值）和b*（黄/蓝值）表示[10]。 利用下式计算总色差△E*，△E*范围所显示的差异程度见表1。

表1 △E*范围显示的差异程度Table 1 Degree of variation indicated by the range of △E*

式中：△E*为总色差；L0*、a0*和b0*为未杀菌百香果果浆的初始色度值；L*、a*和b*为不同杀菌温度下百香果果浆的色度值。

2）可滴定酸（titratable acid，TA）的测定 参照Oladunjoye 的方法[11]并稍加修改。 将10 mL 百香果果浆适当稀释后煮沸30 min，冷却后用无CO2的水定容至250 mL， 取适量过滤后试液于锥形瓶中，用酚酞作指示剂，用0.1 mol/L NaOH 滴定至溶液呈粉色且30 s 不变色即为终点。

3）维生素C（vitamin C，VC）的测定 根据GB 5009.86—2016 进行测定。

4）总糖（total sugar，TS）和还原糖（reducing sugar，RS）的测定 参照Pang 等的方法[12]，采用3，5-二硝基水杨酸法并对样品前处理步骤稍加修改。 将1 mL 百香果果浆、3 mL 的1 mol/L 乙酸锌和3 mL的0.25 mol/L 亚铁氰化钾用蒸馏水定容至100 mL，静置片刻后过滤，滤液即为提取液。 根据杨宁等的方法[13]，将葡萄糖标准溶液（0.02~0.10 mg/mL，y=18.685x-0.102 6，R2=0.999 6）在540 nm 下对应的吸光度绘制成标准曲线，测定样品吸光度，得到样品中TS 和RS 的质量浓度。

5）总酚（total phenols compounds，TPC）的测定参照Slinkard 的Folin-Ciocalteu 试剂法[14]并稍加修改。取5 g 百香果果浆，加入50 mL 体积分数为60%的乙醇，于70 ℃水浴提取2 h，冷却后用上述乙醇补足，所得滤液即为提取液。 取1 mL 提取液，加入6 mL 蒸馏水和0.5 mL 福林酚，摇匀静置1 min，再加入1.5 mL 质量浓度为200 g/L 的Na2CO3溶液，用蒸馏水定容至10 mL，常温避光反应2 h。 将没食子酸标准溶液 （2~10 μg/mL，y=0.086 1x+0.020 1，R2=0.998 4） 在760 nm 下对应的吸光度绘制成标准曲线，测定样品吸光度，得到样品中TPC 的质量浓度。

6）总类胡萝卜素（total carotenoid compounds，TCC）的测定 参照文献[15]中的比色法进行测定。将β-胡萝卜素标准溶液（1.0~3.5 μg/mL，y=0.137 8x+0.030 9，R2=0.998 2） 在450 nm 下对应的吸光度绘制成标准曲线，得到样品中TCC 的质量浓度。

7）总黄酮（total flavonoid compounds，TFC）的测定 参照文献[16]中的比色法进行测定，并对前处理步骤稍加修改。 取1 g 样品加入60 mL 体积分数为60%的乙醇，并在70 ℃下水浴提取1 h，冷却后定容至100 mL，所得滤液即为提取液。 将芦丁标准溶液（0.5~3.0 μg/mL，y=0.118 6x+0.008 2，R2=0.997 9）在510 nm 下对应的吸光度绘制成标准曲线， 得到样品中TFC 的质量浓度。

1.3.4 挥发性风味物质的测定 利用GC-MS 分析不同杀菌温度下百香果果浆的挥发性风味物质。 根据Ye 等的方法[17]，将3 mL 样品和3 mL 饱和NaCl溶液加入20 mL 顶空瓶，立即用PTEE/硅胶隔垫密封，涡旋混合1 min 后在40 ℃下平衡15 min。 整个测定过程由江南大学测试中心完成。 采用标准质谱图对样品谱图数据进行分析。 根据面积归一法对样品中挥发性风味物质 （volatile organic compounds，VOC）的相对含量进行定量[18]。 为了确定各VOC 对样品风味的贡献值，利用下式计算相对气味活度值（relative odor activity value，ROAV）。

式中：R 为样品的ROAV；Ci为挥发性成分i 的相对含量，%；Ti为挥发性成分i 的水中气味阈值，μg/kg；Cmax为对样品风味贡献最大成分的相对含量，%；Tmax为对样品风味贡献最大成分的水中气味阈值，μg/kg。

1.3.5 电子鼻风味分析 参照Yi 等的方法[19]并稍加修改。 将5 mL 样品加入20 mL 顶空瓶， 立即用PTEE/硅胶隔垫密封，在25 ℃下平衡15 min，之后用快速气相色谱电子鼻进行分析。 测试条件为：载气流量30 mL/min，测试时间120 s，冷却时间180 s。

1.3.6 游离氨基酸（free amino acids，FAA）的测定根据GB 30987—2020 进行测定。

1.3.7 统计分析 所有实验进行3 组平行，最终结果以AVR±SD 表示。 使用SPSS 软件 （IBM SPSS Statistics 19） 对所有数据进行方差分析（ANOVA），采用Duncan 多范围检验（P＜0.05）。 使用Origin Lab软件（2018）绘制数据图。

2 结果与分析

2.1 杀菌时间的确定

在100 ℃以下杀菌工艺中，将处理好的百香果原浆与无线热电偶一同装入避光蒸煮袋中，真空封口。 不同温度下得到的传热曲线见图1。

图1 不同杀菌温度下的传热曲线及F 值Fig. 1 Heat transfer curve and F value at different sterilization temperatures

根据酸性食品安全F 值的规定，杀菌强度必须大于0.5 min。 由于在冷却过程中也存在杀菌效果，因此根据F 值确定杀菌时间时需减去冷却过程的F值[20]。 以F=3.0 min 为例，样品实际所需杀菌时间见表2。在100 ℃以上杀菌工艺中，不同杀菌强度所需的温度，可直接根据杀菌公式计算得出[21]。

表2 不同温度下冷却过程F 值及实际杀菌时间Table 2 F value of cooling process and actual sterilization time at different temperatures

2.2 杀菌强度的确定

将不同杀菌温度处理的所有样品于37 ℃下储存10 d，并进行商业无菌判定，结果见表3。 在所有处理中，F 值在0.5 及0.5 以上时均验证为商业无菌，符合杀菌要求，但考虑到工业杀菌的稳定性和安全性，以F=3.0 min 作为后期实验的杀菌强度。 当杀菌温度为85 ℃时， 达到该杀菌强度需要55.20 min，杀菌时间过长，实际生产时实现较困难，因此后续研究不再考虑该温度。

表3 不同杀菌温度下杀菌强度对微生物的影响Table 3 Effect of sterilization intensity on the microbiological at different sterilization temperatures

2.3 杀菌温度对基本品质指标的影响

TS、RS 和TA 是影响百香果果浆甜度和酸度的重要指标。 如图2 所示，各杀菌样品的TA 与OS 组之间无显著差异（P＞0.05），这与Ozyurt 之前在苹果汁中得到的结论一致[22]。 108 ℃处理后，样品的TS与OS 组相比无显著差异（P＞0.05），但样品的RS 与OS 组相比显著降低（P＜0.05），原因可能是在较高的温度下还原糖发生羰氨反应所致，而所有经100 ℃以下杀菌工艺处理的样品中未发现如此剧烈的转变。

图2 杀菌温度对百香果果浆基本品质指标的影响Fig. 2 Effects of sterilization temperatures on the basic quality indicators of passion fruit pulp

VC、TPC 及TFC 都是重要的抗氧化活性物质。如图2（d）所示，OS 组中VC 质量浓度为（21.10±0.52） mg/dL、TPC 质量浓度为 （5.69±0.07） μg/mL、TFC 质量浓度为（26.13±1.60） mg/L。 与OS 组相比，各杀菌样品的VC 质量浓度显著降低 （P＜0.05），其中经108 ℃处理的样品VC 损失最少， 仅为25.07%。 在100 ℃以下杀菌工艺中，经92 ℃处理的样品VC 损失最少，为37.77%。 这可能是由于连烯二醇结构的存在使VC 分子的性质极其不稳定，温度、压力、光和酸等均对其产生极大影响[23]。 对TPC而言，除经92 ℃处理的样品与OS 组无显著差异外（P＞0.05），其余处理组的TPC 质量浓度均显著降低（P＜0.05）。一方面可能由于酚类物质受热降解，另一方面可能与溶解氧对酚类物质的氧化有关[24]。 如图2（f）所示，所有杀菌样品的TFC 质量浓度与OS 组相比均显著增加（P＜0.05），其原因可能是热加工破坏了植物细胞壁， 从而促进了黄酮类物质的溶出，同时抑制了氧化酶的活性，防止黄酮氧化分解所致[25]。 从VC、TPC 和TFC 的质量浓度来看，在108 ℃下处理能更好地保留这些抗氧化活性物质；仅针对100 ℃以下杀菌工艺而言，92 ℃的效果较好。

TCC 是对百香果颜色具有重要作用的一类色素。 经108 ℃处理的样品与OS 组相比无显著差异（P＞0.05）， 而所有经100 ℃以下杀菌工艺处理的样品TCC 质量浓度均显著降低（P＜0.05）。 这可能与热加工过程中5，6-环氧化物类胡萝卜素，例如紫黄质和花药黄质的降解有关[26]。

2.4 杀菌温度对色泽的影响

经不同杀菌工艺处理的百香果果浆色泽参数见表4。 与OS 组相比，100 ℃以下杀菌样品的L*和a*下降，b*上升， 即杀菌后的百香果果浆具有比原始样品更深、更黄的颜色。 这可能是由于水溶性色素的氧化或美拉德反应产物的产生导致的，从而使a*降低[27]。经108 ℃处理的样品与OS 组相比稍有可察觉差异（ΔE*=2.78），而所有经100 ℃以下杀菌工艺处理的样品均表现出更大的差异 （3.0＜ΔE*≤6.0），从数值上看92 ℃处理组的差异较小。 因此在杀菌强度F=3.0 min 的条件下，108 ℃处理更好地保留了百香果果浆初始的颜色。

表4 杀菌温度对百香果果浆色泽的影响Table 4 Effect of sterilization temperatures on the color of passion fruit pulp

2.5 电子鼻风味分析

利用电子鼻对不同杀菌温度处理样品的香气进行区分。 对其进行降维处理， 主成分1（principal component 1，PC1）、 主成分2 （principal component 2，PC2） 对百香果果浆香气的贡献率分别为99.428%和0.443%。从图3 可知，经108 ℃处理的样品与OS 组的香气最相似。 所有100 ℃以下杀菌样品的香气均与OS 组相差较大，相比之下，仅92 ℃处理样品较为接近。 Benjamin 等也发现经过低温巴氏杀菌处理的石榴汁与未杀菌样品香气差别较大，这可能是由于长时间热处理导致热敏性物质的变化，产生蒸煮味[28]。 由此可见，108 ℃杀菌的处理时间更短，可极大保留样品原本的香气。

图3 杀菌温度对百香果果浆香气的影响Fig. 3 Effect of sterilization temperatures on the aroma of passion fruit pulp

2.6 挥发性风味物质的ROAV 分析

利用GC-MS 对挥发性风味物质进行分析，共得到90 种相对含量大于0.1%的化合物。 根据Lin等的方法计算出不同风味物质的ROAV[29]，从而进一步分析形成百香果果浆风味的关键性风味物质，结果见图4。

图4 百香果果浆挥发性风味物质的ROAV 热图Fig. 4 Heat map of ROAV values of volatile flavor substances of passion fruit pulp

丁酸乙酯和己酸乙酯对百香果特有的花果香、甜味的形成具有重要作用[30]，这与该研究所得结果一致。 OS 组中关键挥发性风味成分（ROAV>1）有5种，分别为：丁酸乙酯、己酸乙酯、乙酸乙酯、辛酸乙酯和β-二氢紫罗兰酮；起修饰作用的风味成分（0≤ROAV≤1）有5 种，分别为：丁酸己酯、乙酸己酯、3-己烯酸乙酯、庚酸乙酯和2-壬酮。 在所有杀菌样品中，经108 ℃处理的样品与OS 组相比，仅庚酸乙酯和月桂烯这两种修饰性风味物质有略微改变，关键性风味物质种类均一致。 而经过100 ℃以下杀菌工艺处理后，增加了多种酯类、醇类等物质，包括2-己烯酸乙酯、异丁酸乙酯、2-庚醇、2-壬醇、芳樟醇、正辛醇、2-壬酮和月桂烯， 这可能是在较长时间热的作用下，由百香果中的挥发性前体物质、类胡萝卜素降解产物[31]、游离脂肪酸和含硫成分之间发生的化学及酶促反应所形成[32]。

2.7 杀菌温度对FAA 的影响

FAA 也是重要的风味前体物质及呈味物质[33]，直接或间接地影响物质的味道和香气[34]。 表5 为经不同杀菌工艺处理后样品的FAA 质量浓度，其中天冬氨酸、谷氨酸、丙氨酸和脯氨酸的质量浓度较高。除经88 ℃处理的样品外， 其余样品与OS 组相比总FAA 质量浓度均显著增加（P＜0.05）。

表5 杀菌温度对百香果果浆FAA 的影响Table 5 Effect of sterilization temperatures on FAA of passion fruit pulp

为进行综合客观评价， 对其进行降维处理。PC1、PC2 和PC3 对百香果果浆FAA 的贡献率分别为70.41%、20.24%和8.28%。 表6、表7 分别为总方差分解结果、主成分载荷矩阵及系数。 分别记17 种FAA（按表7 顺序）质量浓度为X1~X17，得到3 个主成分方程。 表8 为各样品的FAA 综合评分。

表6 总方差分解结果Table 6 Total variance decomposition results

表7 主成分载荷矩阵及系数Table 7 Principal component loading matrix and coefficients

表8 不同杀菌温度下百香果果浆的FAA 综合评分Table 8 FAA composite score of passion fruit pulp at different sterilization temperatures

式中：X1~X17为17 种FAA 质量浓度（按表7 顺序），mg/L；F1为PC1 得分；F2为PC2 得分；F3为PC3 得分；F4为FAA 加权综合得分。

由表8 数据可知， 经92 ℃处理的样品FAA 综合评分最高，除了88 ℃处理组外，其余样品的FAA综合评分均显著高于OS 组（P＜0.05）。

3 结 语

采用不同温度对百香果果浆进行杀菌，保温实验表明当杀菌强度F≥0.5 min 时，各杀菌温度处理的样品均满足商业无菌的要求。

在基本品质指标方面，当F=3.0 min 时，经108℃处理的样品VC 损失仅25.07%，而100 ℃以下杀菌工艺中VC 损失分别为46.59%（88 ℃）、37.77%（92 ℃）和44.93%（95 ℃）。 所有样品的总酸均无显著性差异（P＞0.05）。温度对总酚、黄酮及类胡萝卜素的影响无明显规律，但108 ℃处理下此类抗氧化活性物质的保留量较高。 在色泽方面，经108 ℃处理的样品与OS 组相比稍有可察觉差异， 而所有100℃以下杀菌样品均表现出了更大的差异，L*和a*显著下降（P＜0.05）。电子鼻分析结果表明，在所有杀菌样品中， 经108 ℃处理的样品与OS 组相比风味的差异最小，并且ROAV 分析表明其关键性风味物质种类一致。 在FAA 方面，经92 ℃处理的样品FAA综合评分最高。

综上所述， 当F=3.0 min 时，108 ℃是保持百香果营养成分和感官性质的最佳杀菌温度；就100 ℃以下杀菌工艺而言，92 ℃也是一种较好的选择。