馬鈴薯飲料配方的優化研究

劉振宇，胡林雙，劉尚武，王紹鵬，李勇

（黑龍江省農業科學院植物脫毒苗木研究所，黑龍江哈爾濱150001）

食品加工

馬鈴薯飲料配方的優化研究

劉振宇，胡林雙*，劉尚武，王紹鵬，李勇

（黑龍江省農業科學院植物脫毒苗木研究所，黑龍江哈爾濱150001）

本文采用單純形格子法對馬鈴薯飲料配方進行研究，以沉淀率和感官評價為指標，確定了最適宜的馬鈴薯飲料配方。結果表明，羧甲基纖維素鈉對飲料的穩定性影響最大，黃原膠對飲料口味起到重要作用。綜合考慮成本與工藝要求等問題，確定馬鈴薯飲料配方為：主料82.6%，椰粉7.0%，黃原膠0.1%，羧甲基纖維素鈉0.2%，單甘脂0.1%，白砂糖10.0%。在該條件下制備的飲料的沉淀率和感官評價分別為2.07%和92.12%，與理論預測值的相對誤差均在±1%以內，說明利用該方法建立的模型在實踐中進行預測是可行的。

馬鈴薯；飲料配方；單純形格子法

馬鈴薯作為我國主要食用作物之一，是一種低熱量、高蛋白、含多種維生素和礦物質元素的食品。不僅營養價值高，還具有一定的保健價值，可以預防和治療胃潰瘍、慢性胃炎等疾病[1]。我國擁有豐富的馬鈴薯資源，但加工利用較少，且馬鈴薯深加工產品單一[2]。因此合理開發馬鈴薯資源，利用其營養價值和保健價值，具有十分重要的意義及開發應用前景。

馬鈴薯飲料是用新鮮馬鈴薯加工調配而成，它是以水為分散質，以蛋白質、脂類為分散相的宏觀分散體系，呈乳狀，既有蛋白質形成的懸濁液，又有脂肪形成的乳濁液，還有糖、鹽等物質形成的真溶液，是一種復雜不穩定的體系[3]。目前國內有關馬鈴薯飲料的研究較少，陳健初等[4]首先對馬鈴薯乳酸發酵飲料進行研究，楊玉玲[5]研究確定了馬鈴薯酸奶的加工工藝和配方，韓占江等[6]研制了馬鈴薯奶飲料，并對其制作工藝進行了優化。

本研究以馬鈴薯為主要原料，通過單純形格子法，加以適當的食品穩定劑，研制馬鈴薯飲料，旨在解決馬鈴薯飲料的穩定性問題，為馬鈴薯深加工產品的開發提供一種新的途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯品種為‘早大白’（由黑龍江農業科學院植物脫毒苗木研究所提供）。

供試試劑為黃原膠（哈爾濱市億人食品添加劑技術部）；單甘脂（哈爾濱市億人食品添加劑技術部）；羧甲基纖維素鈉（哈爾濱市億人食品添加劑技術部）；白砂糖（博城北方糖業有限公司）；椰粉（文昌市春光食品有限公司）。

1.2 主要儀器

恒溫水浴鍋（鄭州長城科工貿有限公司）；高壓滅菌鍋（上海基匯科技有限公司）；電磁爐（佛山富市寶電器科技股份有限公司）；攪拌機（飛利浦電子香港有限公司）；試驗用高壓均質機（上海融合機械設備有限公司）；低溫高速離心機（日本日立公司）；試驗膠體磨（廊坊廊通機械有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 馬鈴薯飲料加工工藝流程

馬鈴薯→清洗→去皮→預煮（100℃，35 min）→調配→攪拌→糊化（90℃，60 min）→打漿（3次）→均質（20 MPa,20 min）→高壓高溫滅菌→成品。

1.3.2 檢測項目及方法

（1）感官評價

將產品隨機編成密碼，然后邀請10名有品嘗經驗的專業人員進行品嘗，按照感官評價標準（參考鄧放明等[7]的感官評價標準，略作改動）（表1）進行評定，然后統計色澤（30%）、形態（20%）、風味（30%）、香氣（20%）的總分，即為感官指標得分。

表1 馬鈴薯飲料感官評價標準Table 1 Standard of sensory evaluation for potato beverage

（2）穩定性的測定

在離心管中，準確加入配置好的飲料樣品10mL，然后在3 000 r/min離心機中離心15 min，測定頂部浮層厚度；再棄去上部溶液，稱量底部沉淀重量，利用下式計算沉淀物含量[6]。

1.3.3 試驗設計

根據單純形格子法設計試驗[8]，采用Design Expert 7.1.3軟件中D-optimal進行試驗設計，以X1、X2、X3、X4、X5、X6分別代表主料（馬鈴薯和水按1∶9的比例混合）、椰粉、黃原膠、羧甲基纖維素鈉、單甘脂和白砂糖，以沉淀率和感官評價為馬鈴薯飲料品質的評價指標。按照五因子二階數單純形格子點集進行試驗。本試驗所采用的回歸方程為：

Y=a1X1+a2X2+a3X3+a4X4+a5X5+a6X6+a12X1X2+ a13X1X3+a14X1X4+a15X1X5+a16X1X6+a23X2X3+a24X2X4+ a25X2X5+a26X2X6+a34X3X4+a35X3X5+a36X3X6+a45X4X5+ a46X4X6+a56X5X6。

ai、aij分別代表模型的系數，其中0≤Xi≤1，∑Xi=1。

2 結果與分析

2.1 回歸模型的建立與分析

利用Design Expert 7.1.3軟件建立的試驗設計見表2。

對表2中的數據進行回歸分析，計算出回歸方程的各項系數，并進行方差分析（見表3和表4），可得馬鈴薯飲料的兩個評價指標沉淀率（Y1）和感官評價（Y2）的標準回歸方程為：

表2 試驗設計與結果Table 2 Experimental design and result

Y1=11.61 X1+21.75 X2+19 743.17 X3+34114.52 X4+13 824.13 X5-17.16X6-11.01 X1X2-20585.99 X1X3-35 102.41 X1X4-14 133.09 X1X5+43.04 X1X6-19676.20 X2X3-34 931.73 X2X4-14 328.67 X2X5+17.04 X2X6-15 904.80 X3X4-31 690.40 X3X5-19 938.74 X3X6-62885.76X4X5-34988.19X4X6-13259.00X5X6

Y2=74.74X1+61.68 X2-315 400 X3-19349.29 X4-6028.62X5+129.26X6+39.27 X1X2+318 000 X1X3+ 19 308.38 X1X4+6 163.88 X1X5-68.88 X1X6+319 000 X2X3+20 169.75 X2X4+5 986.55 X2X5-42.32X2X6+ 349300X3X4+344900X3X5+317400X3X6+31 432.51 X4X5+19595.86X4X6+5863.25X5X6

從表3和表4的方差分析結果可以看出，所得

Y1和Y2的回歸方程都極顯著，且失擬檢驗均不顯著，這說明該回歸模型很理想，可以用方程Y1和Y2來擬合6個因素對馬鈴薯飲料兩個評價指標沉淀率和感官評價的影響關系；而且試驗誤差較小，因此可以利用此模型對馬鈴薯飲料的評價指標進行分析和預測。

表3 沉淀率試驗結果的方差分析Table 3 Analysis of variance on results of deposition rate

表4 感官評價試驗結果的方差分析Table 4 Analysis of variance on results of sensory evaluation

2.2 各因素對馬鈴薯飲料的影響

2.2.1 各因素對沉淀率的影響

馬鈴薯飲料配方中的6種因素對沉淀率的影響見圖1。由圖1可知，隨著白砂糖、椰粉添加量的增加，顏色由深變淺，導致沉淀率增大。這是因為白砂糖、椰粉主要是用來調節馬鈴薯飲料口味的，不能起到提高飲料穩定性的作用。而隨著單甘脂、羧甲基纖維素鈉和黃原膠添加量的增加，顏色基本都是由淺變深，三者共同維持飲料顆粒的懸浮，從而起到降低沉淀率的作用，其中單甘脂可以提高蛋白溶解性和穩定性，羧甲基纖維素鈉和黃原膠作為增稠劑，增加飲料稠度。三者組成穩定劑防止飲料顆粒分離、沉淀。

圖1 不同因素對沉淀率的影響Figure 1 Effects of various factors on deposition rate

由Y1可知，6種因素均對馬鈴薯飲料的沉淀率指標有顯著的影響，影響順序依次為X4(羧甲基纖維素鈉)＞X3(黃原膠)＞X5(單甘脂)＞X2(椰粉)＞X6(白砂糖)＞X1(主料)。

從表3可以看出，交互項中的X4X5對沉淀率有極顯著影響，X1X4、X2X4、X4X6也對沉淀率有顯著影響，且這幾個交互相的系數都為負數，這表明X4與X1、X2、X5和X6之間都具有協同作用，可以有效地降低飲料的沉淀率，維持飲料的穩定性。

2.2.2 各因素對感官評價的影響

從感官評價標準回歸方程Y2可以看出，6種因素對飲料口味都有重要的影響，影響順序依次為X3（黃原膠）＞X4（羧甲基纖維素鈉）＞X5（單甘脂）＞X6（白砂糖）＞X1（主料）＞X2（椰粉），其中X3、X4和X5的系數為負，X6、X1和X2的系數為正，這說明前三項的添加在一定程度上會影響飲料的口味，而白砂糖和椰粉的添加可以提升飲料的口味。

由表4的方差分析可知，6個因素之間存在著多種交互作用，X1X3、X2X3、X3X4、X3X5和X3X6對飲料的口味都有顯著的正影響，且X3（黃原膠）能起到重要作用，協同其他因素起到提升飲料口味的作用。

圖2 不同因素對感官評價的影響Figure 2 Effects of various factors on sensory evaluation

圖2反映了馬鈴薯飲料6種因素對飲料口味的影響情況，從圖中可以看出，隨著單甘脂、黃原膠和羧甲基纖維素鈉的添加量的增多，顏色由深變淺，這說明添加過多量的穩定劑，會影響飲料的口味，而適當的添加量不僅可以維持飲料的穩定性，還能一定程度上提升飲料的口味。白砂糖和椰粉的添加可以使顏色逐漸變深，其中椰粉能起到更大的改善飲料口味的作用，使馬鈴薯飲料具有淡淡的椰香。

2.3 馬鈴薯飲料配方的優化與驗證

繼續對回歸模型進行數學分析，優化馬鈴薯飲料配方。由于兩個指標之間是相互影響的關系，因此沉淀率和感官評價達到最高值的因素條件并不完全一致。考慮各因素對指標的影響順序和成本問題，選擇的適宜馬鈴薯飲料配方為：主料82.6%，椰粉7%，黃原膠0.1%，羧甲基纖維素鈉0.2%，單甘脂0.1%，白砂糖10%。按照此配方進行驗證試驗，測得馬鈴薯飲料的兩個指標沉淀率和感官評價和出油率分別為2.09%和91.20%，這與理論預測值2.07%和92.12%誤差均在±1%以內，這說明采用單純形格子法優化得到的馬鈴薯飲料配方準確可靠，按照建立的模型進行預測在實踐中是可行的。

3 討論

馬鈴薯飲料成分對馬鈴薯沉淀率的影響順序為：羧甲基纖維素鈉＞黃原膠＞單甘脂＞椰粉＞白砂糖＞主料；對感官評價的影響順序為：黃原膠＞羧甲基纖維素鈉＞單甘脂＞白砂糖＞主料＞椰粉；通過優化得到的馬鈴薯飲料配方為主料82.6%，椰粉7.0%，黃原膠0.1%，羧甲基纖維素鈉0.2%，單甘脂0.1%，白砂糖10.0%。

馬鈴薯中淀粉含量是影響馬鈴薯飲料穩定性的主要因素，因此要選用低淀粉含量的馬鈴薯進行加工。穩定劑的添加量是決定馬鈴薯飲料口味和穩定性的關鍵因素，本文采用單純形格子法更科學地確定了穩定劑的添加量，將馬鈴薯中營養物質，特別是淀粉更好地溶解于飲料中，使飲料具有特別的口味。

[1]杜連啟.薯類食品加工技術[M].北京∶化學工業出版社,2010∶5-6.

[2]馬鶯.馬鈴薯深加工技術[M].北京∶中國輕工業出版社,2003∶66-68.

[3]鄭明初.甜玉米乳飲料加工工藝的研究[J].福建輕紡,2006(11)∶71-74.

[4]陳健初,葉興亁,蘇平,等.馬鈴薯乳酸發酵飲料的研究[J].食品工業,1993(2)∶33-34.

[5]楊玉玲.飲料型馬鈴薯酸奶的研究[J].中國糧油學報,1998(3)∶49-51.

[6]韓占江,王偉華,李建寧.馬鈴薯奶飲料制作條件優化研究[J].廣東農業科學,2009(9)∶133-135.

[7]鄧放明,鄭新宇,尹華,等.馬鈴薯奶飲料生產工藝的研究[J].飲料工業,2000(5)∶37-39.

[8]王欽德,楊堅.食品試驗設計與統計分析[M].北京∶中國農業大學出版社,2003∶437-445.

Optimization for Beverage Formula of Potato

LIU Zhenyu,HU Linshuang＊,LIU Shangwu,WANG Shaopeng,LI Yong
(Virus-free Seedling Research Institute,Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences,Harbin,Heilongjiang 150001,China)

Simplex Lattice design was used to optimize the formula of potato beverage in this study.In the experiment,the optimum technology parameters were defined with the indexes,deposition rate and sensory evaluation.The results showed that sodium carboxymethylcellulose determined the stability of the juice,and xanthan gum affected the sensory flavor.By comprehensive consideration of production costand technological requirements,the definitive formula for the curing formula of potato beverage was:majoringredient82.6%,coconutpowder7.0%,xanthan gum0.1%,sodium carboxymethylcellulose 0.2%, glycerol monostearin 0.1%,and white sugar 10.0%.Under these conditions,the deposition rate and sensory evaluation were 2.07%and 92.12%,respectively.The relative error of obtained results was within±1%compared with theoretical prediction, indicatingthatthe established modelis effectivein practice.

potato;beverage formula；simplex lattice

S532

A

1672-3635（2013）02-0106-06

2013-02-10

十二五國家科技支撐計劃支持（2012BAD06B02）。

劉振宇（1985-），男，研究實習員，碩士，主要從事食品科學研究。

胡林雙，研究方向為馬鈴薯栽培生理和食品加工，E-mail：hulinshuang@126.com。