杀菌条件对藜麦乳饮料贮藏稳定性的影响2024-01-11

0 引言

在藜麦乳饮料贮藏过程中,细菌、酵母菌和霉菌等微生物的生长繁殖会引起饮料的腐败变质,因此加工生产过程中需要采用有效的杀菌方式,严格控制生产环境卫生。杀菌处理是饮料加工关键点,在保证产品食用安全及延长保质期方面至关重要。热杀菌操作简单、杀菌效果良好,广泛应用于饮料行业,但在加热过程中,不同温度和时间会不同程度地引起产品贮藏时间、黏度和粒径等变化,所以寻找一种合适的杀菌条件保证高品质产品显得尤为重要。

本文以燕麦β-葡聚糖稳定化的藜麦乳饮料为研究对象,通过对比不同热杀菌温度和时间对藜麦乳饮料贮藏品质的影响,在减少杀菌设备投资和降低生产成品的基础上,对藜麦乳饮料的工业化生产具有指导意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设备

1.1.1 材料与试剂

白色藜麦(青藜6号);罗丹明B(纯度>99.0%)和尼罗红(纯度≥95.0%);荧光增白剂。试验用水均为蒸馏水。

1.1.2 设备与仪器

激光粒度分析仪;电位分析仪;激光扫描共聚焦显微镜;黏度计;立式高压蒸汽杀菌器;电热恒温水槽。

1.2 试验方法

1.2.1 藜麦乳饮料工艺流程

藜麦乳饮料的制备工艺:藜麦→原料预处理→挤压膨化→加水混合→酶解→过滤→调配→均质→杀菌→成品。

原料预处理:挑选颗粒完整、饱满、大小均一的藜麦,流动水清洗并沥干。

挤压膨化:将藜麦与水以12%(w/w)混合均匀,喂料速度为30 kg/h,螺杆转速300 r/min,挤压膨化温度为80,140,150,170~180℃。

加水混合:挤压膨化样品经粉粹机粉碎,直至100目筛网完全过筛,按料液比1:15(w/w)将藜麦挤压膨化粉与蒸馏水充分搅拌。

酶解:混匀后的样液调节pH=6.5后置于80℃的酶反应器中,加入α-淀粉酶(1.67 mL/100 g藜麦粉)酶解1 h,沸水浴灭酶。样液冷却至室温,调节pH=4.5后置于60℃的酶反应器中,加入糖化酶(0.33 mL/100 g藜麦粉)酶解1 h,沸水浴灭酶。

过滤:酶解后的样液经4层纱布过滤,除去大颗粒物质。

调配:将过滤后的样液预热至60~65℃,依次加入橄榄油(20μL/mL)、单硬脂肪酸甘油酯(0.1 g/100 m L)、蔗糖脂肪酸甘油酯(0.1 g/100 m L)和燕麦β-葡聚糖(1 g/240 mL),搅拌至充分溶解。结束后,样液调节p H=6.5。

均质:样液趁热进行高压均质2次,压力50 MPa。

杀菌:将3组罐装好的藜麦乳饮料置于水浴锅中,分别65℃处理30 min,80℃处理20 min和95℃处理20 min;将2组罐装好的藜麦乳饮料置于高压灭菌锅,分别115℃杀菌15 min,121℃杀菌20 min。结束后摇匀,迅速置于4℃冷藏。

1.2.2 微生物指标的测定

菌落总数测定参考GB 4789.2-2016《食品安全国家标准食品微生物学检验菌落总数测定》。

1.2.3 粒径的测定

采用激光粒度分析仪进行测定。用超纯水稀释样品,直到遮光率在10%~20%停止稀释。物质折射率和分散剂折射率分别为1.52和1.33。

1.2.4 黏度的测定

采用旋转黏度计测定,取100 mL样品于100 mL长形烧杯中,选用61号转子,测量温度25℃,转速200 r/min,时间1 min。

1.2.5 Zeta电位的测定

Zeta电位由电位分析仪测定。所有样品用超纯水按1:99(v/v)的比例稀释后放入样品池。测量前,样品在25℃下平衡1 min。使用Zetasizer软件v7.02收集和分析数据。

1.2.6 微观结构的测定

利用激光共聚焦显微镜进行分析。样品用0.1%(w/v)尼罗红、0.01%(v/v)荧光增白剂和0.25%(w/v)异硫氰酸荧光素(FITC)染色。样品中每种染料的浓度约为0.01μg/mL。混匀后,立即取50μL染色样品滴加于载玻片上,盖上盖玻片倒置观察。图像用10倍物镜和CLSM多光子系统拍摄。尼罗红的激发/发射波长为488/621 nm,FITC为488/518 nm,荧光增白剂为410/455 nm。

1.2.7 数据处理与分析

微生物指标在贮藏第0,14,28,42,56 d各检测1次,其余指标在贮藏第0,28,56 d各检测1次,每次检测3个平行,用平均值±标准偏差表示,采用Origin 8绘制折线图,利用SPSS Statistics 26对数据进行单因素方差分析(ANOVA)和Tukey检验,p<0.05表明存在显著性差异。

2 结果与讨论

2.1 杀菌条件对贮藏期间微生物指标的影响

藜麦乳饮料杀菌结束后,每隔相应时间对细菌总数进行测定,共检测至第56 d,具体结果见表1。


  

表1 贮藏期间不同杀菌条件下藜麦乳饮料细菌总数  

Tab.1 Total number of bacteria in quinoa milk beverage under different sterilization conditions during storage


CFU/mL

正在加载图片

根据GB 2024-0115《食品安全国家标准饮料》要求,菌落总数<100 CFU/mL。由表可知,未经热杀菌处理的藜麦乳饮料菌落总数>100 CFU/m L,大肠杆菌数>1 CFU/mL,不符合国家标准,显示出杀菌处理的必要性。常规的巴氏杀菌(65℃30 min)能满足微生物要求,但贮藏时间仅为42 d,短于其他3种杀菌条件。高压蒸汽杀菌(121℃20 min)的杀菌效果最佳,经过56 d贮藏,未发现微生物的生长。以微生物指标为参考,应尽量提高杀菌温度以达到延长产品货架期的目的,但过高的温度处理会使得蛋白质等大分子物质变性聚集,引发后期储藏过程中凝絮沉降现象,容易导致产品感官特性的急剧下降。此外,过高的杀菌温度也将导致诸如热敏感营养物质失活、美拉德反应加剧和风味特征较大改变等一系列问题。在本文所研制的工艺条件下,如考虑采用低温杀菌(80℃或95℃,20 min)是比较理想的杀菌条件,有效贮藏天数>56 d。

2.2 杀菌条件对贮藏期间粒径的影响

杀菌条件对粒径的影响见表2。65℃处理30 min与未处理相比,体积平均粒径(d32)和表面积平均粒径(d43)显著减低。由于所使用的稳定剂为燕麦β-葡聚糖(OGB),而在热杀菌过程中,OGB与藜麦乳饮料中的组分,特别是蛋白质,形成非共价结合复合物,使得组分溶解度增加并抑制蛋白质聚集。随着杀菌温度的升高,d32和d43也随之增大,表明大量颗粒发生聚集。一方面,较高的杀菌温度破坏蛋白质特定的弱键和肽键排列,使得蛋白质聚集;另一方面,高温加速淀粉、蛋白质和脂肪等大分子物质在体系中的运动,导致颗粒的快速聚集。随着贮藏时间的延长,d32和d43呈现增大趋势,形成更大的颗粒物质,说明体系中的颗粒处于不断运动聚集的状态。


  

表2 贮藏期间不同杀菌条件下藜麦乳饮料的粒径分布

Tab.2 Particle size distribution of quinoa milk beverage under different sterilization conditions during storage


正在加载图片

注:同列肩标小写字母不同,表示同一贮藏天数下不同杀菌条件的数据存在显著性差异;同列肩标大写字母不同,表示同一杀菌条件下不同贮藏天数的数据存在显著性差异,n=3;“-”表示未检测。下同。

2.3 杀菌条件对贮藏期间黏度的影响

藜麦乳饮料杀菌结束后,每隔28 d对黏度进行测定,共检测至第56 d,具体结果如表3所示。121℃杀菌处理的黏度明显降低,高温处理会造成OGB水合作用和三维网络结构的破坏,使得OGB的黏度下降。第56 d时所有杀菌处理黏度显著的下降,是由贮藏期间体系颗粒不断聚集引起。


  

表3 贮藏期间不同杀菌条件下藜麦乳饮料的黏度  

Tab.3 Viscosity of quinoa milk beverage under different sterilization conditions during storage


mPa.s

正在加载图片

2.4 杀菌条件对贮藏期间Zeta电位的影响

不同杀菌条件对藜麦乳饮料的电位影响见表4。


  

表4 贮藏期间不同杀菌条件下藜麦乳饮料的Zeta电位  

Tab.4 Zeta potential of quinoa milk beverage under different sterilization conditions during storage


mV

正在加载图片

贮藏0 d时,80,95,115℃的Zeta电位值范围为-33.70~-35.37 mV,无显著性差异。贮藏28 d时,各杀菌条件下制备的藜麦乳饮料zeta电位值保持相对稳定。但各样品在贮藏天数达56 d时,Zeta电位绝对值均显著降低,其中95℃的Zeta电位值由-35.13 mV下降至-25.63 mV;121℃的Zeta电位值由-31.76 mV下降至-19.60 mV,绝对值降低至最小。推测造成该现象的原因主要是:在贮藏期间,颗粒大量聚集使得带电状态和数量发生变化,因此藜麦乳饮料的Zeta电位发生改变,而121℃降低最显著是由于高温可破坏OGB的空间结构和缔结情况,改变颗粒的带电状态。同时,高温也可使得蛋白质变性聚集,导致颗粒有效表面电荷减少。颗粒有效表面电荷是其分散和聚集的主要决定因素,这也说明121℃20 min杀菌处理藜麦乳饮料的d32和d43增加的原因。

2.5 杀菌条件对微观结构的影响

贮藏28 d后,采用激光共聚焦显微镜对杀菌条件(65,95,121℃)的微观结构进行观察,如图1所示。在共聚焦显微照片中,OGB被荧光增白剂标记为蓝色荧光;淀粉和蛋白质分别被FITC标记为深绿色和亮绿色荧光;脂肪被尼罗红标记为红色荧光。将3幅单色图重叠得到多色叠加图1(a),黄色区域代表蛋白质,紫色或粉红色区域代表OGB和蛋白质重叠。65℃杀菌处理的藜麦乳饮料体系中颗粒最小,分散性最好。随着杀菌温度的升高,颗粒也随之增大,这与表3结果相一致。高温既使蛋白变性聚集,又使大分子物质加速运动聚集,从而造成颗粒的变化。在图1(a),121℃杀菌处理出现连续黑色背景,说明OGB的三维网络结构遭到破坏,形成严重的热损伤。OGB三维网络结构是增加藜麦乳饮料黏度的重要原因,这也导致表2中121℃杀菌处理黏度的下降。在图1(a)、(b)和(c)中,121℃可见大量OBG、淀粉、蛋白质和油脂发生聚集,将直接引起Zeta电位绝对值的下降、粒径的增大并引起藜麦乳饮料稳定性的下降。

3 结语

本文从投资成本角度出发,选择最传统的热灭菌方式,对添加燕麦β-葡聚糖的藜麦乳进行研究,以期为藜麦乳饮料维持较长的贮藏时间和较好的品质提供理论基础。结合贮藏期时间和细菌总数、黏度、粒径、Zeta电位和微观结构等理化指标的变化程度,确定95℃处理20 min为最适热杀菌条件。此外,植物乳饮料中常添加脂质成分,增加口感顺滑度,本文未对该成分进行研究,后期可增加此方面的研究。

正在加载图片

图1 不同杀菌条件藜麦乳饮料的激光共聚焦显微镜照片