西瓜汁热变性的研究及其解决方法探讨

摘要：针对西瓜汁工业化加工的难题，主要叙述了西瓜汁发生热变性的原因，并通过对西瓜原汁及质化处理后的西瓜原汁进行加热试验与研究，对结果与数据进行对比分析，终得出陕西省当地西瓜汁变性的临界温度点为 55 ℃。在此基础上，提出了采用非热杀菌方法进行西瓜汁的加工，并对几种主要的非热杀菌方法进行了探讨。
西瓜瓤甜多汁、清凉爽口，在酷暑高温季节，食之消暑解渴，是人们为喜爱的盛夏佳果。西瓜除不含脂肪和胆固醇外，含有人体所需的各种招牌营养素，是一种富有营养、食用安全的食品。西瓜全身是宝，食药兼备。《本草纲目》中记载：西瓜“消烦止渴，解暑热，疗喉痹，宽中下气，利小水，治血痢，解酒毒。” 《食用本草》中记载： “西瓜性寒解毒，有天性白虎汤之号。” 现代研究表明，西瓜果肉中含有蛋白质、葡萄糖、瓜氨酸、胡萝卜素、 VA、 VB、 VC等物质。由于西瓜成熟季节性很强，大量上市主要集中在夏季 6 月下旬至 8 月上旬。西瓜又不便于长途运输，往往出现旺季供过于求，淡季有求难觅的现象。西瓜多汁，贮藏中容易出现过熟、倒瓢，而低温贮藏易产生低温冷害病，所以一般都是市场鲜销。每年都有大量西瓜在产区运不出，出现卖瓜难，严重挫伤了瓜农的生产积性。这样不仅造成大量的经济损失，直接影响瓜农的收入，而且严重影响城市的环境卫生，威胁人们的身体健康。
随着人们消费观念的变化和文明意识的增强，对鲜食西瓜也感到不方便和不雅观。所以，除鲜销外，还应搞好西瓜的综合加工，改进食用价值，使消费者能品尝到具有甘甜爽口、消暑解渴特点的西瓜系列产品。但西瓜的工业化加工是个难题，主要是因为西瓜汁的热变性。西瓜汁低酸多糖，对热非常敏感，保鲜储藏和加工难度大。国内曾有采用热力杀菌法生产西瓜饮料的尝试，但当瓜汁加热到一定温度后分层明显、色泽暗淡，有难闻的蒸煮气味，产品很难让消费者接受。因此，有必要对西瓜汁的热变性进行研究，从而确定西瓜汁的热变点临界温度，提出具有可行性的解决途径，为西瓜的工业化加工做好基础工作。
1 西瓜汁热变性产生的原因
西瓜汁的风味成分多为易挥发的醇、醛、酮类，如：顺 -3- 壬烯醇、顺 -6- 壬二烯醇、顺 -3-己烯醇这 3 种物质是西瓜中呈现强烈清叶香和黄瓜清鲜气味的主要物质，而且这 3 种物质具有挥发温度低，挥发浓度高的特点。这些成分一旦在加热中挥发、变性，西瓜汁就失去了它独特的清香气味，并产生难闻的煮熟气味，影响西瓜汁的风味。
在西瓜汁中显色的物质以番茄红素为主，主要存在细胞壁中。番茄红素是一种脂溶性天然色素，不溶于水，对热较稳定，但易氧化褐变。在番茄红素的结构中存在大量的不饱和双键，氧、热、光及脂肪氧化酶、过氧化酶的存在会促使番茄红素顺反异构化和氧化降解褐变，尤其在 pH 值较低的时候褐变更加明显。西瓜汁是一种偏酸性的饮料，且其中含有一定量的过氧化酶，因而有氧和高温的杀菌方式会导致西瓜汁细胞壁中番茄红素发生氧化降解，并使番茄红素随着细胞壁的沉淀而沉淀，从而引起西瓜汁色泽的变化。
由于西瓜汁低酸性，加热杀菌强度要求较高，易产生“蒸煮味” 等不良风味。 “蒸煮味” 是指西瓜汁一经加热，糖、氨基酸、脂类的非酶反应产生的一种综合气味，这种气味是随着加热温度的增高和加热时间的增长而加重。并且西瓜汁加热后，会使其中悬浮颗粒加速絮凝而产生沉淀，致使西瓜汁的工业化生产存在较大困难。
2 西瓜汁热变临界温度点的确定
2.1 西瓜鲜榨原汁热变临界温度点的确定
挑选红麒麟、新红宝、京欣 1 号等 3 个不同品种的新鲜良好的西瓜，经清洗、消毒、取瓤、榨汁、过滤等环节后，每种品种的西瓜汁各称取1200g，分为 6 份，每份 200g，每 3 份为一组进行加热试验。这 3 组西瓜汁样品加热温度范围确定为使其中悬浮颗粒加速絮凝而产生沉淀，致使西瓜汁的工业化生产存在较大困难。
不同品种的 3 组西瓜汁共 9个样品的热变范围在 50 ℃～60 ℃之间。为了进一步确定西瓜汁的热变点温度，我们对另外 3 组的 9 个西瓜汁样品进行加热，温度变化范围确定在 50 ℃～60 ℃之间，每 1 ℃为一个梯度进行观察，3 个样品在 55 ℃这一温度点开始出现变化。为了更加准确的确定西瓜汁的热变点，挑选红麒麟、新红宝、京欣 1 号 3 个品种的多个西瓜进行了多次上述重复性试验，得到的结果与上述试验结果基本相同。因此，我们可以初步确定西瓜原汁的热变临界温度点为 55 ℃。
2.2 西瓜原汁质细化后热变临界温度点的确定
为了更进一步的确定西瓜在加工过程中的热变点，将上述红麒麟、新红宝、京欣 1 号 3 种不同品种的西瓜过滤汁，再各取 2 000 mL，分别在质机里进行 2 次质，质压力 25 MPa。质后的不同品种的西瓜汁各取 1 200 g，分为 6 份，每份 200 g，每 3 份为一组进行加热试验。参照上述试验结果，先对 3 组西瓜汁共 9 个样品在 50 ℃～60 ℃温度变化范围内进行加热，每 1 ℃为一个梯度进行观察对另外 3 组西瓜汁重复做上述试验，得到结果基本相同。为了更加准确的确定西瓜汁的热变点，对红麒麟、新红宝、京欣 1 号 3 个品种的多个西瓜进行了多次上述重复性试验，得到的结果与上述试验结果基本相同。
2.3 小结
试验结果表明西瓜原汁的热变临界温度点为55 ℃，亦即要生产加工西瓜汁及其相关饮品，要严格控制加工过程的各个环节的温度不过 55 ℃，并尽可能优化各项工艺参数，使其物料在加工过程中的温度远低于这一热变临界温度点。
3 西瓜汁热变性的解决方法探讨
基于对西瓜汁热变性的成因分析及热变临界温度点的确定，传统的热力杀菌法不适于应用在西瓜汁饮料的生产过程中，而应从非热灭菌加工技术方面寻求突破。非热加工技术可以限度的保留食品原有的新鲜风味和营养，成为当前食品加工新技术研究与开发的热点。当前用于果蔬汁加工的非热灭菌技术主要有高压、脉冲电场、电离辐射等，其他如声波、光脉冲、二氧化碳等非热技术在果蔬汁中的应用则较少。
据有关报道，安徽省合肥工业大学潘见教授利用高压动态杀菌工艺技术，获得了良好的效果，做到了有效杀灭有害菌，保留其营养物质与生物活性成分，并保持西瓜汁天然风味、色泽与口感，同时大的延长了西瓜汁制成品的保质期。曾庆梅研究西瓜汁常温高压处理，试验杀菌压力范围在100 MPa～500 MPa 之间，保压时间为 10 min，以“加压—保压（10 min）一卸压一停顿（5 min）” 为一个脉动施压循环，对西瓜汁样品进行多次循环高压处理。结果表明：在 30 ℃且处理压力达到或过 400 MPa 时，西瓜汁中微生物含量达到国家食品卫生标准要求；随着脉动施压次数的增加，微生物存活量减少；西瓜汁中残存耐压菌以革兰氏阳性菌为主，达 70％，此外还残存有少量革兰氏阴性菌和霉菌。马海乐研究西瓜汁的高强度脉冲磁场杀菌技术。研究结果表明：随着场强和脉冲数的增加，从整体上讲杀菌效果增强；在场强为 2.53 T、脉冲数为 20 时，杀菌效果；当脉冲数为 40 时，磁场强度对杀菌效果的影响为单调增加；当磁场强度为4.22 T 时，脉冲数对杀菌效果的影响为单调增加。
但在某些参数下杀菌效果出现反弹现象，其原因有待进一步探讨。高梦祥研究西瓜汁脉冲磁场杀菌，结果表明：参数组合为磁场强度 7.59 T，脉冲数 15，西瓜汁温度 20 ℃，参数下菌落总数和大肠菌群数可达到商业要求。这些非热杀菌技术的尝试，解决了西瓜汁因热敏性而在热杀菌中产生的异味，但是没有得到很好的应用。原因是高压处理所需压力太大，对设备要求非常高，难以推广。而脉冲磁场杀菌机理尚没有得到充分研究，某些参数下杀菌效果可能出现反弹现象，原因不明。
总之，与传统加热杀菌比较，非热力杀菌能充分保留食品营养成分和原有风味，甚至产生某些令人喜爱的风味，且杀菌，处理时间短，不产生毒性物质。但由于有些技术还不成熟，在实际应用中还受到较大程度限制。随着非热力杀菌机理深入探讨和技术逐步完善，相信非热力杀菌技术将会在工业化生产中取代现有食品热杀菌技术，人们将能享受到高品质、安全、新鲜的西瓜汁饮品。
来源：惠合胶体磨设备厂

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