冬瓜風(fēng)味水的提取及不同工藝的殺菌特性

于立志　劉奇琳　陳艷　劉金蓮

摘 要： 為減少冬瓜深加工過程中水分流失，提高冬瓜綜合利用率，以冬瓜為主要原料，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化了冬瓜風(fēng)味水的提取工藝，并探討了巴氏殺菌和超聲殺菌處理對冬瓜風(fēng)味水在貯藏過程中品質(zhì)的影響和殺菌效果。結(jié)果表明，冬瓜風(fēng)味水最佳提取工藝參數(shù)為：抗壞血酸添加量0.08%，提取時(shí)間70 min，提取溫度55 ℃;相較于巴氏殺菌，超聲殺菌處理后冬瓜風(fēng)味水在短期貯藏過程中pH值、耗氧量波動(dòng)較小，且貯藏16 d內(nèi)未檢出大腸菌群，是冬瓜風(fēng)味水較為理想的殺菌方式。研究結(jié)果有助于提高冬瓜綜合利用率，減少資源浪費(fèi)，同時(shí)為其他果蔬風(fēng)味水的開發(fā)提供參考。

關(guān)鍵詞： 冬瓜;風(fēng)味水;工藝優(yōu)化;巴氏殺菌;超聲波殺菌;品質(zhì)

中圖分類號(hào)：S642.3? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：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.）屬1年生草本植物，營養(yǎng)豐富，產(chǎn)量高，耐貯藏，是一種重要的蔬菜作物，在我國南北方均有大量種植[1]。目前，冬瓜除直接食用外，還可被加工成冬瓜醬、果脯、干制品等[2-5]。新鮮冬瓜含水量高達(dá)97%[6]，這部分水是冬瓜生長過程中通過根莖吸收，生物膜系統(tǒng)過濾、除雜，并為冬瓜細(xì)胞利用，由細(xì)胞信號(hào)確定的安全性較高的自由水，它含有一定的營養(yǎng)成分、天然的冬瓜特征風(fēng)味和較高的生物活性，更易被人體吸收利用[7]。當(dāng)前冬瓜加工制品，特別是在干制品和冬瓜醬加工過程中，其本身所含的大量水分基本都在濃縮和干制工藝中損失，造成資源浪費(fèi)[8-9]。

開發(fā)高品質(zhì)、可飲用的冬瓜風(fēng)味水既契合現(xiàn)代消費(fèi)者對天然健康飲食的需求，又能減少資源浪費(fèi)，是提高冬瓜綜合利用率的一個(gè)重要途徑。但由于冬瓜屬于熱敏性果蔬，過高的溫度會(huì)破壞其天然香氣，甚至產(chǎn)生蒸煮味[10]。而當(dāng)前飲用水消毒技術(shù)主要是氯化消毒和臭氧消毒，會(huì)產(chǎn)生大量有毒副產(chǎn)物[11]。因此，探索冬瓜風(fēng)味水的最佳提取工藝和滅菌方法，保持冬瓜風(fēng)味水的天然風(fēng)味并提高其安全性，成為冬瓜風(fēng)味水利用中亟待解決的一個(gè)問題。

筆者采用減壓低溫蒸餾技術(shù)提取冬瓜組織中的水分，并對其感官、理化及殺菌特性進(jìn)行研究，以開發(fā)優(yōu)質(zhì)冬瓜風(fēng)味水，提高冬瓜綜合利用率，同時(shí)為其他果蔬風(fēng)味水的開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

市售無病蟲害、無機(jī)械損傷的新鮮黑皮冬瓜;抗壞血酸（食品級）由德興市百勤異VC鈉有限公司提供;草酸鈉（分析純）由上海展云化工有限公司提供;高錳酸鉀（分析純）由西隴化工股份有限公司提供。

1.2 儀器與設(shè)備

臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)（Neofuge 23R）：上海力申科學(xué)儀器有限公司;飛利浦榨汁機(jī)（HR1861）：飛利浦家庭電器有限公司;旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（RE2000A）：上海亞榮生化儀器廠;槽式超聲處理器（SB-1200YDTD）：寧波新芝生物科技股份有限公司;恒溫培養(yǎng)箱（SLI-700）：春蘭實(shí)驗(yàn)儀器廠;手持式折光儀：上海儀邁儀器科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程 試驗(yàn)于2018年10—12月在武夷學(xué)院茶與食品學(xué)院中心實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，工藝流程如下：

冬瓜原料→去皮、去瓤→清洗、切片→護(hù)色→榨汁→旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)、冷凝收集→冬瓜風(fēng)味水→殺菌處理→感官評價(jià)。

1.3.2 操作要點(diǎn) （1）護(hù)色：將冬瓜薄片浸泡于0.10%抗壞血酸溶液中20 min[12]。（2）榨汁：將冬瓜薄片于榨汁機(jī)中榨汁，該冬瓜汁的水分含量為95.66%，可溶性固形物含量為3.82%。（3）旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)、冷凝收集：取適量濾液于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器的蒸餾燒瓶中，真空度為0.09 MPa[9]，在50 ℃下蒸餾1 h，冷凝后的收集液即為冬瓜風(fēng)味水。

1.3.3 感官評價(jià) 選擇10人（5男5女，20～35歲）對冬瓜風(fēng)味水的氣味、滋味、外觀進(jìn)行綜合感官評分，感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

1.3.4 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì) 在預(yù)試驗(yàn)基礎(chǔ)上確定影響提取冬瓜風(fēng)味水感官品質(zhì)的因素主要有：旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)時(shí)間、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)溫度、抗壞血酸的添加量，設(shè)置5個(gè)水平梯度進(jìn)行單因素試驗(yàn)，考察3個(gè)因素對冬瓜風(fēng)味水感官品質(zhì)的影響。

（1）抗壞血酸的添加量對冬瓜風(fēng)味水感官品質(zhì)的影響：依次按抗壞血酸的添加量0、0.04%、0.08%、0.12%、0.16%進(jìn)行榨汁，并用2層紗布過濾去除絮凝物質(zhì)，收集濾液500 mL在55 ℃下經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)70 min后冷凝收集冬瓜風(fēng)味水，并對成品進(jìn)行感官評價(jià)。

（2）旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)提取時(shí)間對冬瓜風(fēng)味水感官品質(zhì)的影響：抗壞血酸添加量為0.08%，取濾液500 mL在55 ℃下依次旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)提取50、60、70、80、90 min，然后冷凝收集冬瓜風(fēng)味水，進(jìn)行感官評價(jià)。

（3）旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)溫度對冬瓜風(fēng)味水感官品質(zhì)的影響：抗壞血酸添加量為0.08%，取濾液500 mL在溫度45、55、65、75、85 ℃下，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)提取70 min后冷凝收集冬瓜風(fēng)味水，進(jìn)行感官評價(jià)。

1.3.5 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 通過單因素試驗(yàn)考查了各因素對冬瓜風(fēng)味感官品質(zhì)的影響，在此基礎(chǔ)上采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化冬瓜風(fēng)味水的最佳提取參數(shù)。選用L9（34）正交表安排正交試驗(yàn)，以感官評價(jià)為指標(biāo)，最終確定冬瓜風(fēng)味水的最佳提取工藝組合。正交試驗(yàn)水平因素表見表2。

1.3.6 殺菌方式 （1）巴氏殺菌：取旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)收集的冬瓜風(fēng)味水200 mL于已滅菌的玻璃瓶中，置于68～70 ℃恒溫水浴鍋中保持30 min，然后在冰浴中急速冷卻到4～5 ℃，用保鮮膜將瓶口密封。（2）超聲殺菌：將上述同樣裝有冬瓜風(fēng)味水的玻璃瓶放入槽式超聲發(fā)生器內(nèi)，超聲頻率為60 kHz，功率為90 W，處理時(shí)間60 min[13] ，冰浴中急速冷卻到4～5 ℃用保鮮膜將瓶口密封。比較2種殺菌方式的殺菌效果和對冬瓜風(fēng)味水品質(zhì)的影響。

1.3.7 指標(biāo)測定 比較經(jīng)不同滅菌處理后，在室溫下貯藏的冬瓜風(fēng)味水pH值、耗氧量和大腸菌群的變化情況。pH值的測定：采用酸度計(jì)測定，參考GB/T 5750.4—2006《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法 感官性狀和物理指標(biāo)物》方法[14]。耗氧量的測定：參考GB/T 5750.7—2006《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法 有機(jī)物綜合指標(biāo)》方法[15]。大腸菌群的測定：參考GB 4789.3—2010《食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 大腸菌群計(jì)數(shù)》方法[16]。采用優(yōu)化后的方法提取風(fēng)味水，剩余冬瓜醬水分含量的測定：參照GB 5009.3—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測定》[17]，可溶性固形物含量使用手持式折光儀測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Microsoft Excel 2019 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，Origin 9.0軟件作圖，正交助手II V3.1專業(yè)版進(jìn)行正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 抗壞血酸添加量對冬瓜風(fēng)味水感官品質(zhì)的影響 抗壞血酸具有抗氧化、護(hù)色作用，在冬瓜風(fēng)味水中添加抗壞血酸可以有效防止其被氧化、變色、變味。由圖1可知，在低濃度時(shí)隨著抗壞血酸添加量的增加，感官得分不斷增加，當(dāng)抗壞血酸添加量為0.08%時(shí)，感官得分最高，超過該濃度則感官得分呈下降趨勢，可能由于抗壞血酸的酸性以及其本身和冬瓜風(fēng)味水中的成分發(fā)生了反應(yīng)，降低了冬瓜風(fēng)味水的感官品質(zhì)。

2.1.2 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)提取時(shí)間對冬瓜風(fēng)味水感官品質(zhì)的影響 由圖2可知，在提取時(shí)間較短時(shí)，所得冬瓜風(fēng)味水感官得分較低且較為穩(wěn)定，可能由于提取時(shí)間較短，冬瓜風(fēng)味水主要呈香物質(zhì)未充分提取，造成感官品質(zhì)較差，在提取70 min時(shí)冬瓜風(fēng)味水的風(fēng)味物質(zhì)得到了充分提取，感官評分最高。此后，隨著提取時(shí)間的延長，感官得分不斷下降，可能是異味成分的干擾和長時(shí)間提取導(dǎo)致蒸煮味的產(chǎn)生以及一些懸浮物質(zhì)的出現(xiàn)。

2.1.3 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)溫度對冬瓜風(fēng)味水感官品質(zhì)的影響 由圖3可知，低溫時(shí)提取所得冬瓜風(fēng)味水的風(fēng)味物質(zhì)含量較低，故感官評分較低，55 ℃時(shí)感官得分最高，此時(shí)冬瓜風(fēng)味物質(zhì)得到了充分提取，超過55 ℃后感官評分迅速下降，可能是因?yàn)槎蠈贌崦粜怨?，高溫使冬瓜產(chǎn)生的煮熟味掩蓋了冬瓜的特征風(fēng)味，感官品質(zhì)變差。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)以上單因素試驗(yàn)結(jié)果，確定了冬瓜風(fēng)味水提取工藝正交試驗(yàn)的因素水平（表2），正交試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

由表3可知，各因素對冬瓜風(fēng)味水感官品質(zhì)影響的大小次序?yàn)镃 > A > B，即旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)提取溫度>抗壞血酸添加量>旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)提取時(shí)間。確定的冬瓜風(fēng)味水最佳提取工藝為A2B2C2，即抗壞血酸添加量0.08%，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)提時(shí)間70 min，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)提取溫度55 ℃。

按照優(yōu)化的工藝參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，獲得的冬瓜風(fēng)味水感官得分（91.0±2.3），提取風(fēng)味水后剩余冬瓜醬含水量為78.61%，可溶性固形物含量為19.59%。

2.3 不同殺菌方式對冬瓜風(fēng)味水品質(zhì)的影響

對提取的冬瓜風(fēng)味水進(jìn)行不同方式的殺菌處理，比較其殺菌效果。

2.3.1 不同殺菌方式處理后冬瓜風(fēng)味水pH值的變化 由圖4可知，經(jīng)不同殺菌方式處理的冬瓜風(fēng)味水在貯藏的初期pH值均略微下降。在第4天后對照組pH值繼續(xù)下降，這可能是由于對照組樣品中微生物繁殖產(chǎn)酸導(dǎo)致的。殺菌組在第4天之后均呈上升趨勢，且超聲殺菌處理組上升趨勢大于巴氏殺菌處理組，這可能是由于兩種殺菌方式的原理不同所導(dǎo)致。巴氏殺菌是熱處理過程，滅菌的同時(shí)也促進(jìn)了冬瓜風(fēng)味水中某些化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，產(chǎn)生弱堿性物質(zhì)。超聲處理是非熱過程，是利用超聲波的物理效應(yīng)，在超聲物理場中菌體裂解，釋放生物堿，同時(shí)小分子風(fēng)味物質(zhì)的某些基團(tuán)在超聲場中也可能發(fā)生斷裂[18]，導(dǎo)致超聲處理組pH上升，更接近人體生理pH。

2.3.2 不同殺菌方式處理后冬瓜風(fēng)味水耗氧量的變化 耗氧量作為生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)常規(guī)檢測指標(biāo)，綜合反映了水體被水中還原性物質(zhì) （包括有機(jī)物和無機(jī)物 ）污染的情況。由圖5可知，隨室溫下貯藏時(shí)間的延長，對照組樣品中微生物迅速繁殖，導(dǎo)致耗氧量快速增加，當(dāng)樣品中營養(yǎng)物質(zhì)消耗完畢后，耗氧量下降。而試驗(yàn)組在滅菌處置后，耗氧量均維持在較低的水平，均遠(yuǎn)低于國家食品安全標(biāo)準(zhǔn)限定飲用水耗氧量為≤2.0 mg·L-1的要求[19]。說明2種方式滅菌均較為徹底，但貯藏第16天時(shí)巴氏殺菌組耗氧量上升，可能是由于巴氏殺菌不徹底，在貯藏過程中微生物活躍導(dǎo)致的結(jié)果。

2.3.3 不同殺菌方式處理后冬瓜風(fēng)味水大腸菌群的變化 食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)限定飲用水大腸菌群不得檢出[19]。由表4可知，在第0天時(shí)，處理組和原液的大腸菌群均未檢出;在貯藏第4天時(shí)，未經(jīng)殺菌處理的冬瓜風(fēng)味水就有大腸菌群出現(xiàn)，經(jīng)過殺菌處理的各試驗(yàn)組均未檢出;第16天后，經(jīng)巴氏殺菌的冬瓜風(fēng)味水也有大腸菌群檢出，這與巴氏殺菌后冬瓜風(fēng)味水耗氧量的變化較為一致，經(jīng)超聲殺菌的冬瓜風(fēng)味水大腸菌群則未檢出，符合衛(wèi)生要求。由此可知，經(jīng)超聲殺菌處理后的冬瓜風(fēng)味水的生物穩(wěn)定性更高，是較為理想的殺菌處理方式。

3 討論與結(jié)論

冬瓜作為我國廣泛種植的重要蔬菜品種，具有產(chǎn)量大、資源豐富等特點(diǎn)，其果肉脆爽多汁，有利尿消腫、解渴消暑等作用[20]。在冬瓜加工成冬瓜醬、果脯、干制品等的過程中不可避免地?fù)p失了果蔬本身含有的大量水分。基于此，筆者以冬瓜為研究對象，通過單因素和正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，提取冬瓜風(fēng)味水，從感官品質(zhì)的角度初步確定了冬瓜風(fēng)味水最佳提取工藝為抗壞血酸添加量0.08%，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)提取時(shí)間70 min，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)提取溫度55 ℃。獲得的冬瓜風(fēng)味水澄清透明，具有天然的冬瓜特征香氣。巴氏殺菌和超聲殺菌處理對冬瓜風(fēng)味水品質(zhì)的影響及滅菌效果表明，超聲殺菌處理可提高冬瓜風(fēng)味水的品質(zhì)，可用于冬瓜風(fēng)味水的加工。

筆者是在食品實(shí)驗(yàn)室采用實(shí)驗(yàn)用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器來模擬冬瓜風(fēng)味水的提取，與實(shí)際工業(yè)化生產(chǎn)中的真空蒸發(fā)器有很大差別，是初步從感官品質(zhì)的角度探索該提取方法的可行性，在后續(xù)中試生產(chǎn)放大試驗(yàn)中還需根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)。冬瓜等果蔬屬熱敏性，過高的蒸發(fā)溫度和蒸發(fā)時(shí)間會(huì)產(chǎn)生蒸煮味，但考慮到實(shí)驗(yàn)室用的旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器在恒定的轉(zhuǎn)速和恒定的蒸發(fā)溫度下對均一的冬瓜汁在特定時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)冷凝得到的冬瓜風(fēng)味水的量是一定的[21]，因此，筆者重在從感官品質(zhì)的角度探討合適的蒸發(fā)溫度與蒸發(fā)時(shí)間對冬瓜風(fēng)味水的影響，在后續(xù)研究中，還需要在優(yōu)化的蒸發(fā)溫度和蒸發(fā)時(shí)間條件下，采用“濃縮倍數(shù)”作為生產(chǎn)因素去考慮。

為探索冬瓜風(fēng)味水較為理想的殺菌方式，探討了食品工業(yè)上廣泛采用的巴氏殺菌，以及新興的非熱力殺菌——超聲波處理[13]，2種處理方法在殺菌原理上有著本質(zhì)區(qū)別，前者為熱效應(yīng)，后者為物理效應(yīng)，分析不同殺菌方式處理后冬瓜風(fēng)味水在室溫貯藏下pH值、耗氧量和大腸菌群的變化結(jié)果表明，超聲殺菌處理是冬瓜風(fēng)味水較為理想的殺菌方式。

按獲得最佳冬瓜風(fēng)味水感官質(zhì)量的工藝參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，提取風(fēng)味水后剩余冬瓜醬含水量為78.61%，可溶性固形物含量為19.59%，該冬瓜醬可進(jìn)一步加工成各類冬瓜制品，如冬瓜罐頭等，其在食品工業(yè)中的利用是后續(xù)研究的重要方向。

一般果蔬的含水量為85%～90%，加工成果蔬粉的含水量只有8%～10%，有80%左右的果蔬水分在濃縮和噴粉的工序中蒸發(fā)掉[22]。例如：加工1 t 30?Brix的番茄醬，需要6 t的鮮果，蒸發(fā)的水量約為1.6～1.8 t，若一年生產(chǎn)1萬t 30?Brix的番茄醬，則有1.6萬～1.8萬t的果蔬水可加工利用。因此，本研究結(jié)果對其他果蔬風(fēng)味水的提取具有一定的參考價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。

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