姚宇晨，毋思敏, ，苏晓霞，杨 钊,，王 宝,3，卞 祺，徐光辉，钟绍强，蒙 军,

（1.中粮营养健康研究院有限公司，老年营养食品研究北京市工程实验室，营养健康与食品安全北京市重点实验室，北京 102209；2.中粮崇左糖业有限公司，广西崇左 532200；3.中粮糖业控股股份有限公司，农业部糖料与番茄质量安全控制重点实验室，国家糖料加工技术研发专业中心，中粮糖业控股股份有限公司博士后科研工作站，新疆昌吉 831100）

风味糖浆是以白砂糖为基础原料，通过添加风味、颜色和酸度调节物质等辅料而形成的具有各种特定风味的复配糖浆，作为主要原料被广泛应用于咖啡、酒品调制和奶茶等现制饮品中，具有十分广阔的应用前景[1]。蓝柑风味糖浆呈明亮的宝石蓝色，具有蔗糖的纯正清甜口感、复合柑橘类水果风味，可以应用至气泡水、鸡尾酒、果汁等产品中，在提升饮品口感口味饱满度和丰富度的同时，显著提升蔗糖产品附加值[2−3]。

在风味糖浆产品开发与生产中，微生物稳定性、理化和感官特性是必须考虑的质量和安全因素[4−5]。货架期实验是产品形态或配方不断升级阶段预测食品品质变化的重要工具，通过综合考虑上述因素并建立货架期模型，可以起到对食品质量的实时动态管理和控制作用[6−7]。经现有研究显示，目前关于糖浆类产品的货架期预测模型报道较少，但糖浆的保质期通常在数月至数年不等，因此在其长期储藏过程中，探究关键指标变化对下游应用起到至关重要的作用。另外，由于蓝柑风味糖浆含糖量高，在热加工过程中可能产生大量的糠醛（furfural，F）和羟甲基糠醛（5-hydroxymethyl-furfural，HMF）[8]，上述两种物质在达到一定剂量时会对人体产生危害，研究显示过量的糠醛和HMF会对肝脏、肾脏、心脏等器官产生不良影响，还可能刺激眼黏膜、上呼吸道黏膜等部位[9]，因此本实验对糠醛和羟甲基糠醛的含量变化情况进行了监控，将糠醛和羟甲基糠醛含量检测列为本次糖浆货架期实验过程中的重要品质指标之一。

本文以蓝柑风味糖浆为研究对象，运用一级反应动力学模型，结合Arrhenius方程[10]，通过对该产品在不同贮藏温度下感官评分、可溶性固形物含量、pH、还原糖含量、羟甲基糠醛含量、菌落总数、大肠菌群、酵母菌、霉菌的变化规律分析，建立品质变化动力学模型。本研究可为风味糖浆的货架期预测及贮藏提供参考，为糖浆类产品的设计开发和品质控制提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

液体蔗糖 中粮崇左糖业有限公司；食品级柠檬酸 广州冠球化工有限公司；乙腈、乙酸钠、氯化钠 浙江一诺生物科技有限公司；水、食用色素、食用香精 均为食品级，市售，在20 ℃室温下保存。

ME204电子分析天平 美国Mettler公司；PHS-25台式数显pH计 上海仪电科学仪器股份有限公司；SPX-250B-Z生化培养箱 上海博讯实业有限公司；DK-S24电热恒温水浴锅 上海森信实验仪器有限公司；DHG-9240电热鼓风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司；WZZ 2S自动旋光仪 上海仪电物理光学仪器有限公司；MASTER-53a手持锤度计 日本ATAGO公司；UV-2800紫外可见分光光度计尤尼柯上海仪器有限公司；RCT basic加热磁力搅拌器 德国IKA公司；TSQ Quantum XLS气相色谱-串联四级杆质谱联用仪 赛默飞世尔科技公司；LC-1260高效液相色谱仪 美国安捷伦公司。

1.2 实验方法

1.2.1 配方及工艺流程 以液体蔗糖（质量分数为67.0%±0.5%）为原料，经除杂过滤，脱色脱盐脱味处理后，得到透明澄清、口感清甜的糖浆基料，向其中添加0.05%食品级柠檬酸溶液、食用香精、食用色素进行混合熬煮调配，经杀菌、冷却、罐装密封制成蓝柑风味糖浆终产品。工艺流程如图1所示。

图1 蓝柑风味糖浆工艺流程图Fig.1 Process flow chart of blue mandarin flavor syrup

操作要点：

除杂过滤：采用正压过滤设备和0.45 μm滤膜对液体蔗糖原料进行过滤，收集好滤液。

脱色脱盐脱味：第一步采用活性炭粉末对除杂过滤后的液体蔗糖进行吸附脱色，收集滤液，第二步采用离子交换系统对糖浆进行脱色脱盐脱味处理，获得口感清甜纯正、无任何异味的过滤糖浆。

调配：在糖浆基料中添加0.05%的食品级柠檬酸溶液并混合均匀，70 ℃恒温熬煮50 min，快速冷却后向其中添加0.01%~0.1%食用香精（混合柑橘类）、0.01%~0.05%食用色素（柠檬黄、亮蓝）调配混合。

除菌过滤：采用正压过滤设备和0.22 μm除菌滤膜对调配好的糖浆进行过滤，得到无菌蓝柑风味糖浆成品。

1.2.2 风味糖浆的指标测定 本实验以蓝柑风味糖浆为研究对象，以其储藏过程中的感官评价、可溶性固形物含量、pH、还原糖含量、糠醛和羟甲基糠醛含量、微生物变化为监测指标，通过对有效时间点指标数据的考察，得到蓝柑风味糖浆的货架期预测模型。

1.2.2.1 蓝柑风味糖浆的感官评价 由12名经验丰富的评价员组成的评价小组执行，他们的视觉、嗅觉、味觉以及触觉等符合感官基本能力的要求，并经过专门的感官方法培训与考核。通过感官评价工作，明确了风味糖浆储存过程中变化较大的指标，包括颜色、挂壁程度、透明度、主要特征风味、甜味、酸味6项感官指标，同时，形成了风味糖浆感官评价标准，具体感官得分标准见表1，其中特征风味在感官总分中的权重占最高。分别对27和37 ℃贮藏条件下，处于0、30、60、90 d不同贮藏天数的蓝柑风味糖浆进行感官评价，各项指标得分求和后得到感官总分，总分介于0分（完全变质）~100分（完全新鲜）之间，基于前期实验中对不同蓝柑风味糖浆样品的测定，当样品感官评分低于80分时，达到50%的评价员表述为不可接受。因此，将低于80分者视为感官质量不合格产品。

表1 风味糖浆感官评价标准（分）Table 1 Sensory evaluation criteria of flavor syrup (score)

1.2.2.2 理化指标的测定 根据配方准备样品，分别对27、37 ℃贮藏条件下，处于0、30、60、90 d不同贮藏天数的蓝柑风味糖浆进行指标检测，根据GB/T 12143《食品安全国家标准饮料通用分析方法》中规定的方法检测可溶性固形物含量；根据GB 5009.8-2016《食品安全国家标准食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖的测定》中规定的方法检测pH；根据GB/T 10786-2006《食品安全国家标准罐头食品的检验方法》中规定的方法还原糖含量。

1.2.2.3 糠醛和羟甲基糠醛危害物的测定 采用气相色谱三重四级杆质谱（GC-MS/MS）方法在27、37 ℃贮藏条件下，分别在0、30、60、90 d时测定样品中危害物糠醛和羟甲基糠醛的含量[11−12]，定量分析方法如下：

称取试样5 g于50 mL离心管中，加入20 mL乙腈（含1%乙酸）提取液、2 g乙酸钠和2 g氯化钠充分涡旋2 min，将离心管超声提取20 min，提取过程用冰袋降温。超声结束后加入1 g无水硫酸镁，快速剧烈振摇2 min，6000 r/min再次离心5 min，取上清液1 mL于10 mL离心管中，加入40 mg C18、10 mg PSA和100 mg无水硫酸镁，振摇3 min，6000 r/min离心3 min，取离心后上清液过0.22 μm PTFE滤膜。

色谱检测条件：色谱柱极性WAX石英毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），100 ℃保持1 min，以20 ℃/min升至150 ℃，5 ℃/min升至300 ℃，运行时间5 min，载气为高纯氦气，纯度≥99.999%，流速1.0 mL/min，不分流进样，样品进样量1.0 μL，进样口温度280 ℃。

质谱检测条件：EI电离方式，电子能量70 eV，离子源温度230℃，四级杆温度150 ℃，GC-MS接口温度280 ℃，离子监测模式（SIM）。

1.2.2.4 微生物测定 根据配方准备检测样品，根据GB/T 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》、GB 4789.3-2016《食品安全国家标准食品微生物学检验大肠菌群计数》和GB 4789.15-2016《食品安全国家标准食品微生物学检验霉菌和酵母计数》根据中的方法，在27、37 ℃贮藏条件下，分别在0、30、60、90 d时对样品菌落总数、大肠菌群数、酵母菌数和霉菌数进行测定。

1.2.3 风味糖浆货架期预测模型的建立

1.2.3.1 动力学模型的建立 动力学模型在食品工程类问题的应用最为频繁，由于其能体现产品在贮藏过程中的品质指标变化与时间的关系而受到广泛关注。在食品加工和贮藏过程中，大多数与食品质量有关的品质变化都遵循零级或一级反应的动力学规律[13−15]，零级和一级反应动力学方程分别为式（1）和式（2）：

式中：B为样品贮藏至第t d时品质指标值；B0为样品的初始品质指标值；k为样品品质指标变化速率常数；t为样品的贮藏时间，d。

分别得到零级和一级回归方程后，再根据方程的回归系数确定适合本实验的动力学模型。

1.2.3.2 Arrhenius方程的建立 Arrhenius方程可以反映产品品质指标变化速率常数k与热力学温度T之间的关系[16−17]。由动力学方程计算得到不同温度下品质指标速率常数k后，代入Arrhenius方程K=k0e(Ea/RT)的对数形式，式（3）：

式中：k0为指前因子（又称频率因子）；Ea为活化能，J/mol；T为绝对温度，单位为K；R为气体常数，8.3144 J/（mol·K）。

以lnk对1/T作图可拟合出斜率为-Ea/R的直线，Y轴截距为lnk0的线性方程，再由斜率可求得表观活化能Ea，由截距可得指前因子k0。

1.2.3.3 货架期预测模型的建立 将反应动力学模型和Arrhenius方程结合，根据样品贮藏时品质指标限制和时间的确定，从而进行产品货架期的理论预测[18−20]。最终，形成货架期一级动力学预测模型和零级动力学预测模型，分别见公式（4）、（5）：

式中：SL为货架期，d。

1.3 数据处理

利用Origin 9.0软件对实验数据进行拟合并绘制结果曲线，用SPSS 22.0和Excel 2013进行实验数据的后处理与分析。

2 结果与分析

2.1 蓝柑风味糖浆在模拟贮藏条件下的指标变化情况

2.1.1 不同贮藏时间蓝柑风味糖浆的感官评价分析在贮藏期间，由于各种物理、化学和微生物作用的影响，蓝柑风味糖浆的品质会逐渐发生劣变，达到消费者感官拒绝的程度，因此，可以根据蓝柑风味糖浆的感官得分来确定其感官货架期的终点。

蓝柑风味糖浆在不同温度储藏过程中的感官得分变化结果，如图2所示。初始状态的糖浆样品评分为95分，随着贮藏时间的延长，不同温度条件下贮藏的样品感官品质呈下降趋势。在27 ℃储藏时，样品的感官评价总分下降速度比37 ℃时的评分变化相对缓慢，贮藏90 d时仍高于90分，未达到80分的可接受临界值。随贮藏温度的增加，感官得分下降速率略有加快，因此，降低贮藏温度能适当延长蓝柑风味糖浆的货架期。在本次货架期实验过程中，蓝柑风味糖浆的感官得分下降的主要原因包括颜色明显加深、挂壁程度增强，整体风味略有减弱。

图2 蓝柑风味糖浆在不同温度储藏过程中感官得分的变化Fig.2 Changes of sensory evaluation scores of blue mandarin flavor syrup at different storage temperatures

2.1.2 不同贮藏时间蓝柑风味糖浆可溶性固形物含量变化分析 样品在不同温度条件下可溶性固形物含量的变化情况，如图3所示。贮藏初期，蓝柑风味糖浆的可溶性固形物含量为67.64%，随保存时间的延长逐渐升高但保持相对稳定，在货架期实验内维持在67%~70%。分析原因可能是酸性条件下蔗糖转化反应持续进行，一分子蔗糖生成一分子葡萄糖和一分子果糖，还原糖含量增加导致固形物含量增加，此现象的发生更有利于糖浆的质量稳定，糖浆体系内游离水含量减少，水分活度降低，一定程度上抑制微生物生长[21−22]。

图3 蓝柑风味糖浆在不同温度储藏过程中可溶性固形物的变化Fig.3 Changes of soluble solid content of blue mandarin flavor syrup at different storage temperatures

2.1.3 不同贮藏时间蓝柑风味糖浆pH变化分析图4为在不同温度条件下蓝柑风味糖浆pH的变化情况。pH在保存过程中略有降低，因配方中添加柠檬酸导致蔗糖转化反应持续发生，还原糖含量增加，在货架期实验终点pH≥2.8，低pH环境下呈味物质合成速度变缓[23−24]，综合pH对感官品质的影响，下降幅度较小，人的味觉很难感知酸度变化[25]。

图4 蓝柑风味糖浆在不同温度储藏过程中pH的变化Fig.4 Changes of pH of blue mandarin flavor syrup at different storage temperatures

2.1.4 不同贮藏时间蓝柑风味糖浆还原糖含量变化分析 如图5所示，糖浆的还原糖含量在贮藏期间持续升高，上升趋势明显，即糖浆转化率持续增高，呈现先快速增长后逐渐变缓的趋势，符合还原糖随时间转化的规律，且由于温度对还原糖含量的影响较大，温度越高，蔗糖转化程度越高，糖浆的还原糖含量越高，27 ℃下还原糖含量的增长速度比37 ℃下的明显变缓，且含量显著低于37 ℃。结合微生物和感官评价结果看，还原糖含量升高对产品整体质量影响较小，仅表现为甜度稍有提高[26]。

图5 蓝柑风味糖浆在不同温度储藏过程中还原糖含量的变化Fig.5 Changes of reduced sugar content of blue mandarin flavor syrup at different storage temperatures

2.1.5 不同贮藏时间蓝柑风味糖浆糠醛含量变化分析 从保质期实验结果来看，如图6所示，糠醛含量在37 ℃条件下贮藏时间三个月时为0.3 mg/kg，远低于《食品添加剂手册》对糖浆中糠醛限量的要求（≤30 mg/kg），因此不作为本次货架期预测实验的有效指标。

图6 蓝柑风味糖浆在不同温度储藏过程中糠醛含量的变化Fig.6 Changes of furfural content of blue mandarin flavor syrup at different storage temperatures

2.1.6 不同贮藏时间蓝柑风味糖浆羟甲基糠醛含量变化分析 羟甲基糠醛的产生途径有两个，主要来源是己糖分解和美拉德反应产生的副产物[27]，目前被认为是一种潜在的影响人体健康的化合物，当前暂未有明确标准规定其限量，由于蜂蜜与糖浆食品体系结构相似，因此以《GB/T 18932.18-2003蜂蜜中羟甲基糠醛测定标准》作为参考，含量不得超过40 mg/kg，因通常货架期短于商品的保质期，因此选择35 mg/kg为本产品货架期终点。如图7所示，随时间的延长，羟甲基糠醛含量不断升高，60 d时蓝柑风味糖浆羟甲基糠醛含量为30.9 mg/kg，90 d时为51.35 mg/kg，因此羟甲基糠醛含量可以作为货架期预测模型的重要指标之一。

图7 蓝柑风味糖浆在不同温度储藏过程中HMF含量的变化Fig.7 Changes of HMF content of blue mandarin flavor syrup at different storage temperatures

2.1.7 不同贮藏时间蓝柑风味糖浆微生物指标变化的结果分析 由微生物指标检测结果可知，在不同的贮藏温度下，蓝柑风味糖浆的菌落总数、大肠菌群、酵母菌和霉菌数随贮藏时间的增加速度始终保持稳定，原因可能是本产品糖浆质量分数为67.0%±0.5%，当糖浆浓度大于60 g/100 mL时，高浓度糖液形成高渗透压，使微生物细胞原生质脱水收缩，发生生理干燥抑制其生命活动，尤其酵母菌和霉菌有耐高渗透压特性，在溶液中生长受阻[28]。由于在本次货架期实验内微生物指标均≤10 CFU/mL，符合《GB 17325-2015食品安全国家标准食品工业用浓缩液（汁、浆）》中微生物限量规定，标准中规定大肠菌群须≤102CFU/mL，霉菌和酵母须≤102CFU/mL，因此微生物指标不作为本次货架期预测的关键指标。

2.2 蓝柑风味糖浆货架期模型的建立

2.2.1 蓝柑风味糖浆品质动力学模型建立 运用零级反应动力学方程（1）和一级反应动力学方程（2），分别对蓝柑风味糖浆的感官得分、可溶性固形物含量、pH、还原糖含量、羟甲基糠醛含量这5个品质指标在不同温度下的参数进行回归分析，得到零级和一级动力学模型相关参数，即反应速率常数k和回归系数R2，如表2所示[29−30]。

表2 蓝柑风味糖浆在不同贮藏温度下品质变化的动力学模型参数Table 2 Dynamic model parameters of quality changes of blue mandarin flavor syrup at different storage temperatures

方程的回归系数R2都处于0.676~0.999之间，其中pH、羟甲基糠醛含量与方程的相关性显著。R2越大表明指标参数与方程之间的拟合度越高，零级反应动力学方程的回归系数∑R2>一级反应动力学方程回归系数∑R2，表明在蓝柑风味糖浆的贮藏过程中品质变化更符合零级动力学模型的拟合趋势。因此，继续选用零级动力学模型参与货架期预测模型的运算。

2.2.2 蓝柑风味糖浆货架期预测模型的建立 运用零级反应动力学模型和Arrhenius方程的结合，将不同温度下蓝柑风味糖浆零级反应动力学模型中反应速率常数k进行拟合，利用公式（3）得到不同品质参数的反应活化能Ea和指前因子k0。

根据图8方程的斜率和截距，可求出Ea=2.54×104J/（mol·K）和k0=47.88，代入公式（4）得到蓝柑风味糖浆感官品质的货架期预测模型：

图8 贮藏温度对感官品质变化速率常数k的影响Fig.8 Effect of storage temperature on rate constant k of change of sensory quality

根据图9方程的斜率和截距，可求出Ea=1.77×104J/（mol·K）和k0=21.56，代入公式（4）得到蓝柑风味糖浆可溶性固形物含量的货架期预测模型：

图9 贮藏温度对可溶性固形物含量变化速率常数k的影响Fig.9 Effect of storage temperature on rate constant k of change of soluble solid content

根据图10方程的斜率和截距，可求出Ea=7.38×103J/（mol·K）和k0=0.02，代入公式（4）得到蓝柑风味糖浆pH的货架期预测模型：

图10 贮藏温度对pH变化速率常数k的影响Fig.10 Effect of storage temperature on rate constant k of change of pH

根据图11方程的斜率和截距，可求出Ea=9.49×104J/（mol·K）和k0=8.80×1013，代入公式（4）得到蓝柑风味糖浆还原糖含量的货架期预测模型：

图11 贮藏温度对还原糖含量变化速率常数k的影响Fig.11 Effect of storage temperature on rate constant k of change in reducing sugar content

根据图12方程的斜率和截距，可求出Ea=1.35×105J/（mol·K）和k0=3.00×1022，代入公式（4）得到蓝柑风味糖浆羟甲基糠醛含量的货架期预测模型：

图12 贮藏温度对羟甲基糠醛含量变化速率常数k的影响Fig.12 Effect of storage temperature on rate constant k of change in HMF content

2.3 蓝柑风味糖浆货架期模型的应用

根据蓝柑风味糖浆各品质参数的货架期预测方程，在明确贮藏温度、样品初始状态和最终状态的情况下，即可对样品进行货架期的预测。以感官得分为80分、可溶性固形物含量为80%、pH为2、还原糖含量为100%、羟甲基糠醛含量为35 mg/kg时作为蓝柑风味糖浆货架期的终点。糖浆类产品通常为常温保存食品，虽然理论上贮藏条件为阴凉干燥，温度范围在0~25 ℃，但通常由于地域环境差异贮藏温度上限会升高至30 ℃左右。为进一步验证建立的货架期预测模型的可行性，选择温度点为4 ℃和20 ℃的贮藏条件进行验证，结果见表3。

表3 蓝柑风味糖浆货架寿命的预测值Table 3 Predicted value of shelf life of blue mandarin flavor syrup

在保证蓝柑风味糖浆产品基本检测指标合格的前提下，利用各品质指标预测相应的货架期，选择预测的最小值作为产品理论货架期。在4 ℃冷藏条件下，蓝柑风味糖浆的理论货架期约为48个月。在20 ℃室温条件下，蓝柑风味糖浆的理论货架期约为24个月。

3 结论

本文通过对蓝柑风味糖浆贮藏过程的品质变化货架期实验，研究了在不同贮藏温度条件下感官和理化特性的变化规律，并建立相应的货架期预测动力学模型。实验结果显示，随着贮藏时间的增加，蓝柑风味糖浆的感官评分、pH均有一定程度的下降，可溶性固形物含量、还原糖含量和羟甲基糠醛含量的变化方向则呈现升高趋势。较低的温度条件有利于蓝柑风味糖浆的保质保藏，对还原糖含量和羟甲基糠醛含量的上升有明显的延缓作用。经零级和一级动力学方程拟合度的相关运算，发现蓝柑风味糖浆各品质指标的变化较符合一级反应动力学模型的变化规律，结合Arrhenius方程，获得了有效的货架期预测方法，其中，利用感官评分和pH所建模型的货架期预测天数最短，因此，这两项指标可以作为蓝柑风味糖浆的限制性指标进行重点关注。对不同温度贮藏条件下的糖浆货架期进行快速预测，能够为此类糖浆产品的品质控制环节及工业化生产提供技术支持。