趙久毅，游歡，唐春紅

重慶工商大學環(huán)境與資源學院綠色食品研究院（重慶 400067）

牡丹有“花中之王”之稱，為一類雙子葉植物，分為8種不同類別，均廣泛分布于中國各地[1]。其花色鮮艷，賞心悅目，早在漢代的《神農(nóng)本草經(jīng)》中就記載，牡丹是上好的食用原料和藥用藥材，是中華民族貢獻給世界園林的珍品[2]。

牡丹花中的主要成分為紫云英苷、牡丹花苷、蹄紋天竺苷，具有活血調(diào)經(jīng)、美白養(yǎng)顏的作用[3]。其原因之一是牡丹花中的這些多酚具有較強的抗氧化作用，能夠有效清除自由基，從而起到祛斑美顏、抗皮膚衰老的效果。朱素英[4]在牡丹花多酚抗氧化試驗中表明牡丹花多酚的DPPH自由基清除率大于人工合成抗氧化劑BHT。此外，牡丹花瓣還具有極高的營養(yǎng)價值，除了含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉和糖類，還含鈣、鎂、磷、鐵、硒等礦物質(zhì)以及多種維生素，特別是所含的多種游離氨基酸，可作為高營養(yǎng)食物的原材料，也是功能性蛋白重要來源之一，且易被人體所吸收[5]。

一款健康、非熱殺菌的牡丹花飲料的生產(chǎn)開發(fā)是符合市場需求的。市面上的調(diào)味飲料添加了化學防腐劑以及大量的糖，長期飲用會對人體健康造成負面影響，此外它們的殺菌工藝大多采用高溫殺菌，會對飲料的口感和原料中的營養(yǎng)成分造成破壞，從而降低消費者的消費體驗。探究在不進行高溫滅菌和添加化學合成防腐劑的前提下，同時保證牡丹花飲料中營養(yǎng)成分和最佳口感，從最開始的水源就進行“步步減菌”，利用原料自身的抑菌作用、超聲波滅菌作用和特制的天然植物萃取物對飲料滅菌，確定牡丹花飲料生產(chǎn)的創(chuàng)新工藝，為飲料行業(yè)提供技術(shù)指導，有助于拓寬更具多樣性的飲料市場。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

牡丹花（丹鳳牡丹，產(chǎn)于重慶墊江縣）；玫瑰花、金銀花（重慶中藥材市場）；木糖醇、赤蘚糖醇、安賽蜜、甜蜜素、白醋、檸檬酸（均為食品級）；馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基、牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基（上海博微生物科技有限公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

FB223分析天平（上海舜宇恒平科學儀器有限公司）；UV2400紫外可見分光光度計（上海舜宇恒平科學儀器有限公司）；HL-900超聲波（九江市廬山區(qū)志遠不銹鋼設(shè)備經(jīng)營部）；802離心機（金壇市大地自動化儀器廠）；DHG電熱恒溫鼓風干燥箱（上海龍躍儀器設(shè)備有限公司）；SW-CJ-2FD潔凈工作臺（蘇凈集團蘇州安泰空氣技術(shù)有限公司）；GHP-9080隔水式恒溫培養(yǎng)箱（上海齊欣科學儀器有限公司）；立式壓力蒸汽滅菌鍋（上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠）；LTF-8D電熱恒溫三孔水槽（上海龍躍儀器設(shè)備有限公司）；DL-1萬用電爐（北京中興偉業(yè)儀器有限公司）；pH計（賽多利斯科學儀器（北京）有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 創(chuàng)新工藝

原料挑選→清洗干燥→按比例混合打粉→超聲浸提→過濾→調(diào)配→添加天然植物萃取物滅菌防腐→灌裝封口

原料處理：在選擇牡丹花、玫瑰花、金銀花等原料時，要剔除一些霉爛、蟲蛀的原料和明顯渣滓，確保符合原料品質(zhì)要求。按照牡丹花∶玫瑰花∶金銀花質(zhì)量比2∶1∶1稱量混勻，微波30 s干燥殺菌，打粉粉碎至0.425 mm（40目）以下備用。

制備純凈水：將自來水過濾，吸附雜質(zhì)后，經(jīng)過孔徑1～10 nm的反滲透膜材料精過濾，然后再紫外線殺菌1～2 h，制成pH 5.8～6.8，電導率0～10 μS/cm的純凈水，備用。

制備混合有機酸：混合有機酸為白醋和檸檬酸混合酸；按白醋-檸檬酸質(zhì)量比3∶2配制備用。

超聲處理：處理好的原料與水混合，攪拌均勻后置于超聲波清洗機進行提取。

調(diào)配：將提取后的混合物與水按一定比例混合攪拌均勻，煮沸、冷卻、過濾，得到澄清浸提液。加入酸味劑、甜味劑進行調(diào)配。

殺菌灌裝：在調(diào)配好的提取液中加入天然植物萃取物進行滅菌，灌裝。

1.3.2 微生物指標檢測

菌落總數(shù)的測定按照GB 4789.2—2016[6]進行，大腸桿菌的檢測按照GB 4789.3—2016[7]進行。

殺菌率按式（1）計算。

殺菌率=（殺菌前菌落總數(shù)-殺菌后菌落總數(shù)）/殺菌前菌落總數(shù)×100% （1）

1.3.3 超聲波殺菌單因素試驗

分別考察固液比（1∶10，1∶15，1∶20，1∶25和1∶30 g/mL）、超聲功率（120，180，240，300和360 W）、超聲時間（10，20，30，40和50 min）、溫度（30，40，50，60和70 ℃）對超聲波殺菌率的影響，過濾浸提液，取樣進行菌落總數(shù)的測定。

1.3.4 超聲條件優(yōu)化正交試驗

在單因素試驗基礎(chǔ)上，選定超聲功率、超聲時間、固液比、溫度4個因素進行正交試驗，以殺菌率為優(yōu)化指標，采用L9(34)正交試驗對浸提液進行超聲條件的優(yōu)化。

1.3.5 感官評分標準（見表1）

表1 茶湯評分方法

1.3.6 飲料口感調(diào)配正交試驗

原液料液比（超聲波處理后的浸提液與純凈水比例）、甜味劑（木糖醇、赤蘚糖醇、安賽蜜、甜蜜素等）、混合有機酸（白醋-檸檬酸質(zhì)量比3∶2）配比是影響飲料口感的主要因素，對這3個影響因素進行L9(33)正交試驗，通過感官評價篩選出最優(yōu)配方。

1.3.7 天然植物萃取物添加量的確定

以天然植物萃取物作為防腐劑，研究其添加量分別為0，0.5%，1.0%，1.5%和2.0%時，對牡丹花飲料菌落總數(shù)的影響，確定天然植物萃取物添加量。

1.3.8 牡丹花飲料保質(zhì)期的測定

在37 ℃下，根據(jù)時間的長短測定牡丹花飲料中菌落總數(shù)和大腸菌群，判斷其保質(zhì)期[8]。

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲波殺菌單因素結(jié)果

2.1.1 固液比的確定

如圖1所示，固液比1∶10（g/mL）時，殺菌率為88.89%，固液比1∶20（g/mL）之前，殺菌率呈上升趨勢，固液比1∶20（g/mL）時達到殺菌率的轉(zhuǎn)折點92.31%，而固液比1∶20～1∶30（g/mL）殺菌率呈緩慢下降趨勢。在超聲波殺菌中，是需要一定的液體介質(zhì)更好地實現(xiàn)空化效應，所以一定的固液比能夠?qū)υ线M行有效清洗和殺菌，液體介質(zhì)過多可能會影響超聲殺菌效率，從而降低殺菌效果[9]。所以選取固液比1∶15，1∶20和1∶25（g/mL）進行正交優(yōu)化試驗。

圖1 固液比對殺菌率的影響

2.1.2 超聲功率的確定

數(shù)據(jù)顯示，超聲功率120～240 W時，殺菌率呈上升趨勢，且240 W時殺菌率出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點，此時殺菌率為92.66%，而超聲功率240～360 W時，菌落總數(shù)反而呈緩慢下降趨勢。隨著超聲功率增大，超聲的空化效應增強，所以滅菌效果也隨之變強，但在達到某一超聲功率時，空化效應達到飽和，此時如果繼續(xù)增加功率，反而會產(chǎn)生許多無用的氣泡從而增加散射衰減，降低空化強度，使滅活效果下降[10]。所以選取超聲功率180，240和300 W進行正交優(yōu)化試驗。

圖2 超聲功率對殺菌率的影響

2.1.3 超聲時間的確定

如圖3顯示，超聲時間10～30 min時，殺菌率急劇上升，30 min時殺菌率為93.22%，而30～50 min時，殺菌率又略有降低。超聲時間的長短很大程度上決定殺菌效果，理論上來說超聲時間越長殺菌效果越好，但是超過某一時間節(jié)點菌落總數(shù)反而增加，這可能是因為原料細胞內(nèi)大量不溶物及黏液質(zhì)等溶出，從而增大傳質(zhì)阻力，降低滅菌效果[11]。所以選擇超聲時間20，30和40 min進行正交優(yōu)化試驗。

圖3 超聲時間對殺菌率的影響

2.1.4 溫度的確定

根據(jù)圖4可知，隨著溫度增加，殺菌率整體呈上升趨勢，表明適當?shù)母邷啬軞⑺来蟛糠治⑸铩?0～ 50 ℃時，菌落總數(shù)上升得更為明顯，而在50～70 ℃之間，上升較緩慢，但總體趨勢保持上升，說明超聲波殺菌結(jié)合適當?shù)臒崽幚砟軌蚋玫仄鸬綔缇Ч鸞12]?？紤]到高溫對原材料營養(yǎng)的破壞與生產(chǎn)節(jié)能，所以選取溫度40，50和60 ℃進行正交優(yōu)化試驗。

圖4 溫度對殺菌率的影響

2.2 超聲波提取工藝正交試驗

在單因素結(jié)果基礎(chǔ)上，選取固液比、超聲功率、超聲時間、溫度4個因素進行正交試驗，因素的水平設(shè)計見表2。以殺菌率作為優(yōu)化指標進行正交優(yōu)化，試驗結(jié)果見表3。

表2 正交試驗設(shè)計

由表3的結(jié)果可知，超聲波殺菌的過程中，影響浸提原液菌落總數(shù)最顯著的因素是固液比，其次是超聲時間，再次是溫度，最不顯著的因素是超聲功率，即A＞C＞D＞B。說明超聲殺菌中超聲時間和固液比對殺菌效果起到很大作用，液體介質(zhì)的多少會顯著影響超聲效率，而超聲波空化作用的連續(xù)進行也會對微生物的結(jié)構(gòu)不斷破壞[13]。溫度的顯著性和超聲時間非常接近，說明超聲殺菌輔以一定的溫度能起到更好作用。進一步通過k值得到超聲殺菌的最佳工藝條件A2B2C3D2，即固液比1∶20（g/mL）、超聲功率240 W、超聲時間40 min、提取溫度50 ℃。在此條件下進行驗證試驗，最終殺菌率為93.28%，比正交結(jié)果中的殺菌率都高。且該條件下原料能被很好地浸沒，提取溫度適宜，并不會大程度地破壞原料中的營養(yǎng)成分與口感。

表3 超聲波殺菌正交試驗結(jié)果表

2.3 飲料口感調(diào)配正交試驗

根據(jù)以往的飲料配方，用原液料液比、酸味劑、甜味劑3個因素做口感調(diào)配的正交試驗，以感官評分作為優(yōu)化指標找出優(yōu)化條件。因素的水平設(shè)計見表4，試驗結(jié)果見表5。

表4 因素水平設(shè)計表

表5 感官評價結(jié)果

結(jié)果表明，以感官評價綜合評分為優(yōu)化指標，影響因素的主次順序為C＞B＞A，即甜味劑添加量＞酸味劑添加量＞原液料液比，最佳方案為A2B1C2，即飲料最佳配方為原液料液比1∶11（mL/mL）、酸味劑添加量0.1%、甜味劑添加量6%。在此條件下所得飲料口感酸甜適中，口感最佳。

2.4 天然植物萃取物添加量的確定

結(jié)果顯示，天然植物萃取物的添加量會同時影響牡丹花飲料中的菌落總數(shù)和口感，隨著天然植物萃取物增加，飲料中菌落總數(shù)會呈下降趨勢，添加量1.0%時，飲料的菌落總數(shù)就小于100 CFU/mL，符合GB 7101—2015[14]要求。但添加量大于1.0%后，飲料的感官評價分數(shù)有下降的趨勢，說明過量的植物萃取物會影響飲料的口感。綜合考慮到菌落總數(shù)和感官評分，天然植物萃取物添加量選取1.0%。

表6 天然植物萃取物添加量對飲料防腐的影響

2.5 牡丹花飲料保質(zhì)期測定

通過菌落總數(shù)和大腸桿菌的測定，對牡丹花飲料的保質(zhì)期進行檢測。保質(zhì)期的測定方法采用加速破壞性試驗的方法[15]，把該飲料放置在37 ℃恒溫箱中，根據(jù)培養(yǎng)時間的長短及相應微生物指標判斷其保質(zhì)期。如表7所示，牡丹花飲料在37 ℃條件下可以儲藏60 d，常溫下至少能保質(zhì)6個月。

表7 牡丹花飲料保質(zhì)期測定

3 結(jié)論

通過單因素試驗、正交試驗，對牡丹花飲料的超聲波提取工藝及飲料調(diào)配工藝進行優(yōu)化，得到牡丹花飲料的最佳生產(chǎn)配方和工藝條件。超聲波提取條件為固液比1∶20（g/mL）、超聲功率240 W、超聲時間40 min、溫度50 ℃。在原液料液比1∶11（mL/mL）、酸味劑添加量0.1%、甜味劑添加量6%、天然植物萃取物添加量1%條件下得到一種風味獨特、質(zhì)量穩(wěn)定、可在常溫下貯藏6個月的飲料產(chǎn)品。

試驗證實，在非熱殺菌、無化學合成防腐劑的條件下，秉承“步步減菌”的理念，以超聲波殺菌和天然植物萃取物殺菌為主，以原材料的自身抑菌作用為輔，同樣能達到茶飲料應有的保質(zhì)期，并且保持較好的風味口感，減少營養(yǎng)物質(zhì)流失。隨著生活質(zhì)量提升，非熱殺菌技術(shù)研發(fā)有望成為趨勢。