桑葚紅棗復合飲料的生產工藝優化及其穩定性研究

苑園園，季明月，王子嬌，郭凱元，龔建剛，敖常偉，王 敏，檀建新

（1.衡水學院 生命科學學院，河北 衡水 053000；2.河北農業大學 食品科技學院，河北 保定 071001； 3.天津市紅橋區市場監督管理局，天津 300000）

隨著人們對營養及健康的追求，復合果汁飲料因其能夠實現多種原材料的互補搭配，日益受到人們的歡迎。紅棗作為“五果”之一，內含胡蘿卜素、維生素以及鈣、磷、鐵等營養成分［1］。其中，VC含量在水果中位居首位，因此可抗衰老、健脾養肝、提高睡眠質量。桑葚富含白藜蘆醇、黃酮類化合物［2］， 在抗氧化、保護心臟健康等方面發揮重要作用，已收入國家藥食同源食品名單。

但是桑葚采收期短、貯運困難、損耗大，成為制約其開發利用的限制性因素。因此, 采用典型的食品加工方式將桑葚制成相關產品是一條減少其在貯藏過程中損失及提高其商品附加值的有效途徑。目前對桑葚進行深加工綜合利用較少，國內外關于桑葚的相關產品研究有果汁飲料、果酒、果醋等。如胡永正［3］以酶解后的桑葚汁為原料，在200 g/L 初始糖量、0.3%酵母菌接種量、25 ℃的條件下，釀出澄清透明、果香濃郁的桑葚果酒。王超萍，蔣錫龍［4］在桑葚酒中接種了8%的紅曲霉，在18 ℃、pH 3.6 的條件下, 制得酒精度為12.9% 的桑葚酒。管冠 宇［5］對桑葚果醋發酵工藝進行了研究，最終確定在最初酒精度10.5% vol 的基礎上，接種9%醋酸菌，發酵7 d 可得口味典型純正的桑葚果醋。杜國軍等［6］以桑葚為主要原料，另外加入番茄和紅棗，醋酸菌液態發酵的同時接種酵母菌，釀造的復合果醋不僅酸中帶甜，而且具有蜂蜜的清香氣息。王新明等［7］對紅樹莓桑葚復合飲料進行了研究，最終確定了飲料的添加配方。林小暉，鄭賢惠［8］對桑葚枸杞決明子保健飲料的工藝進行了研究，通過試驗確定了保健飲料的最適配方。然而，桑葚紅棗復合果汁飲料的研究尚未見報道。本文主要以桑葚、紅棗汁為主要原料，對桑葚紅棗復合果汁的工藝配方及穩定性進行研究，得到的產品味道獨特、營養豐富，可為紅棗汁的發掘使用及桑葚的深層次加工提供新的選擇和主要方向。

1 材料與方法

1.1 材料

紅棗汁：保定市阜平縣蓋宇飲料食品有限公司；桑葚：河北省保定市定州市東勝生態園；白砂糖：保定市康博食品有限公司；果膠酶、CMC-Na、檸檬酸、海藻酸鈉、果膠：食品級，深圳振芯嘉貿易公司。

1.2 儀器設備

多功能榨汁機(MJ-BL 25B3) 廣東美的電器有限公司；高速冷凍離心機(Neofuge 15R) 上海力申儀器有限公司；電子天平(BL-300-X) 廈門伯倫斯電子有限公司；高壓均質機(GYB60-6S)上海東華均質機廠；高壓蒸汽滅菌鍋(YXQ-SG46-280S) 上海博訊有限公司；液相色譜儀（Agilent 1200）美國安捷倫公司。

1.3 試驗及方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 操作要點

①桑葚汁的制備 選擇無機械損傷和腐爛的桑葚，破碎后加入0.004% ～0.008% 的果膠酶，放置過夜，加速果膠分解，使汁液充分浸出。第二天，放入榨汁機中破碎3 ～4 s，經紗布過濾去除果渣，再將桑葚漿液于離心機4 000 r/min 速度離心 15 min，分取上層清液，得桑葚汁備用。

②紅棗汁 選擇出產日期較近，未開封冷藏保存的紅棗汁，開瓶前混合均勻，必要時可過濾。

③復合果汁的制備 將制備好的桑葚汁和紅棗汁按比例混合，加入適量水保證混合果汁與水之比為2∶1，再按配方要求加入其他材料檸檬酸、白砂糖、穩定劑，攪拌均勻。然后對其進行均質、灌裝、殺菌、冷卻處理，即得復合果汁成品。

1.3.3 感官評定方法 自行組成10 人評價小組，在滿分100 分前提下，對復合果汁進行全方位感官評價［9］，包括色澤、口感、香氣、組織狀態方面（表1）。

表1 感官評價標準Table 1 Criteria of sensory evaluation

1.3.4 檢驗方法 可溶性固形物含量測定：GB/T 12143—2008；總 酸 測 定：GB/T 12456—2008；Vc 測定：2,6-二氯酚靛酚滴定法［10］；黃酮測定：NaNO2-Al(NO3)3法［11］；白藜蘆醇測定：高效液相色譜法［12］。菌落總數測定：GB 4789.2—2016；大腸菌群測定：GB 4789.3—2016。離心沉淀率［13］：精確量取靜置1 d 后的產品40 mL，4 000 r/min 速度離心15 min，對舍棄上層溶液后的底層沉淀進行稱重，代入下式計算。

沉淀率% = 沉淀物重（g）/ 40 mL 飲料重（g）×100

2 結果與分析

2.1 復合果汁配方單因素實驗

2.1.1 紅棗汁與桑葚汁的復配比例 紅棗汁與桑葚汁的添加比例對果汁飲料的口感風味有較大影響。因此，對復合果汁飲料中紅棗汁與桑葚汁的添加比例進行單因素實驗。具體感官評定結果見圖1。由圖 1 可知，隨著紅棗汁與桑葚汁的添加比例不同所得到的感官評分值也不同，當紅棗汁與桑葚汁的添加比例在1∶1、2∶1、3∶1 范圍內感官指標明顯高于其它水平，故將1∶1、2∶1、3∶1 確定為二者最佳比例范圍。在此范圍內紅棗汁與桑葚汁的添加比例為2∶1 時其感官綜合評分最高，為86.3 分。

圖1 紅棗汁與桑葚汁的比例對復合飲料感官指標的影響 Fig.1 Effects of ratio of jujube juice to mulberry juice on sensory score of compound juice

2.1.2 檸檬酸添加量 以紅棗汁與桑葚汁添加比例2∶1，白砂糖5%，檸檬酸用量0.09%、0.12%、0.15%、0.18%、0.21%進行單因素試驗，感官評分如圖2。由圖2 可知，感官評分因不同檸檬酸用量而產生變化，當其用量在一定范圍（0.9%～0.15%）時，感官指標明顯高于其他水平，所以選擇0.9%～0.15%為檸檬酸的最適添加量。復合飲料的感官分值在0.12%檸檬酸用量時最高(83.2 分)。大于該用量，飲料酸味太濃，口感下降。

圖2 檸檬酸用量對復合飲料感官指標的影響Fig.2 Effects of citric acid content on compound juice

2.1.3 白砂糖添加量 將1%、3%、5%、7%、9%的白砂糖加入棗汁和桑椹汁中（比例為2∶1），檸檬酸用量0.12%，做單因素試驗，感官評分如圖3。從圖3 可以看出，白砂糖加入量不同，感官評分有所不同。當白砂糖的添加量在1%～5%范圍內時，感官指標明顯高于其它水平，所以選擇1%～5%為白砂糖的最適添加量。復合果汁飲料的感官分值在3%白砂糖用量時最高(86.5 分)。用量繼續增加，甜度不在人們感受的愉悅范圍內，感官分值下降。

圖3 白砂糖用量對復合飲料感官指標的影響Fig.3 Effects of sugar content on compound juice

2.2 復合果汁的響應面優化試驗

2.2.1 響應面影響因素和水平 用單因素實驗法確定了復合飲料的3 個影響因素的最優水平后，再用Box-Behnken 模型對顯著性影響因素進行優化，通過三因素三水平的方法，來確定復合飲料的最佳工藝條件（表2）。

表2 響應面因素和水平Table 2 Factors and levels of response surface

2.2.2 響應面結果及方差分析 根據表2 設計的水平和因素，用Box-Benhnken 模型進行組合，并用Design Expert 8.0.6 軟件來分析，總共17 個實驗點，研究各因素對復合果汁風味的影響（表3）。

表3 響應面實驗設計及結果Table 3 Design and results of response surface test

試驗數據用Design-Expert 軟件進行計算分析，得到的三元二次回歸方程如下：Y=87.26+0.74×A+0.8 6×B+1.4 5×C-0.5 7×A×B+0.0 5 0 ×A×C+1.00×B×C-2.82×A2-3.67×B2-5.39×C2

回歸模型的方差分析表4 表明，模型的F值為44.32，P＜0.000 1，說明該模型極顯著。該模型相關系數R2=0.982 8，校對系數R2Adj=0.960 6，說明試驗數據與模型預測數據有98.28%的符合度，只有變異2.22%不能由該模型來解釋。該模型的失擬項P=0.080 6 ＞0.05，可知失擬不顯著，說明該模型能較好地模擬和驗證實驗結果，實驗誤差較小。變異系數CV%的值越小，表明試驗的可靠性越高，試驗中變異系數為1.00%，證明該模型可操作。方程中，一次項紅棗桑葚比、檸檬酸量對評分有顯著影響，白砂糖量對評分影響極顯著；二次項對評分影響都極顯著，交互項中又以檸檬酸量與白砂糖量交互作用最為顯著，其他因素對評分影響不大。

表4 回歸模型的方差分析Table 4 Analysis of variance of regression model

2.2.3 響應面交互作用分析 為探討交互項對Y值感官評分的影響，固定1 個因素，觀察另外2 個因素對它的影響。利用 Design Expert 8.0.6 軟件優化模型中的參數，圖4 即為3 個因素之間的相互作用關系圖。從這3 組圖可以看出，兩兩因素中，當一個因素的值較小或較大時，隨著另一因素值的增加，對應的響應值均呈現先增加后減小的趨勢。

由Design Expert 8.0.6 軟件預測得到紅棗桑葚復合果汁的感官品質最佳配方為紅棗汁與桑葚汁配比2.12，檸檬酸量0.12%，白砂糖量3.29%，理論上預測復合果汁感官評分為87.465 7 分。

圖4 各因素交互作用的響應面圖Fig.4 The response surface of interaction between every two factors

2.2.4 驗證優化結果 為使響應面結果便于實際操作,所以將影響復合飲料的3 個主要因素的最優水平修改成：紅棗汁與桑葚汁的配比2∶1，檸檬酸用量0.12%，白砂糖用量3.3%，并進行3 個平行實驗，求得感官評分的結果平均計算下來是87.56 分，這和預測的結果相差不大，說明該模型的分析準確度和可信度較高。雖然此次最終優化條件結果與前面單因素結果相差不大，但是通過響應面法建立了紅棗桑葚復合果汁感官質量與3 個影響因素之間函數關系的多元回歸方程，可快速、初步確定最佳工藝條件，同時可以直觀反映3 因素對復合飲料感官品質影響是否顯著以及3 因素間交互作用的強弱，實現了在三維空間上的建模優化，這些都是單因素試驗所不能匹及的優勢。

2.3 穩定劑對復合果汁穩定性的影響

2.3.1 單一穩定劑對復合果汁穩定性的影響 由于復合果汁自身穩定性不強，在殺菌、貯運出售過程中極易產生沉淀，影響產品的外觀品質。所以，選擇果膠、CMC-Na、黃原膠3 種常用的穩定劑，利用離心沉淀法研究其對桑葚紅棗復合果汁穩定性的影響, 離心沉淀率越低，飲料的穩定性越好。因為每種穩定劑的作用機制不一樣，穩定劑的用量不同勢必會影響復合果汁的品質。因此針對3 種穩定劑進行對比試驗，結果見表5。從沉淀率大小可知，這3 種穩定劑單獨使用時對復合果汁均能起到一定的作用。CMC-Na 和黃原膠使用效果要優于果膠。

表5 3 種穩定劑用量對復合飲料穩定性的影響Table 5 Effect of three stabilizers on the stability of compound juice

2.3.2 復合穩定劑對復合果汁穩定性的影響 由于3 種穩定劑復配時可能存在協同效應，而且目前普遍認為復合穩定劑對果汁的穩定效果較好［14］，因此，將表5 中3 種穩定劑的用量縮小5 倍后作為正交實驗中每個因素的低、中、高水平（由于黃原膠添加量0.25%時，果汁口感較黏，所以將其在0.05%、0.10%、0.15%添加量基礎上縮小5 倍）進行正交試驗（表6）。

表6 復合穩定劑設計正交試驗因子與水平表Table 6 Factors and levels of orthogonal experiment for stabilizer formula

從表7 穩定劑配方正交試驗結果可知，果汁穩定性因素影響的主要關系和次要關系是：C＞A＞B，即黃原膠用量影響最大，果膠其次，CMC-Na最小。最佳組合為A1B1C1，即果膠0.04%、CMCNa 0.03%、黃原膠0.01%，該組合出現在正交表中，果汁沉淀率為2.3%，均低于正交實驗中的其他值，而且與黃原膠添加量0.15%時的果汁沉淀率2.29%接近。可見，在控制復合果汁飲料穩定性效果相同的情況下，復合穩定劑在一定條件下可顯著降低單個穩定劑的添加量，應用于食品工業可大大節約成本。

從正交實驗方差分析表8 可知，黃原膠對果汁穩定性影響顯著，果膠和CMC-Na 的影響未達到顯著水平。從F值大小可看出，3 個因素的影響主次順序為：C＞A＞B。

表7 穩定劑配方正交試驗結果Table 7 Results of orthogonal experiment of stabilizer formula

表8 果汁沉淀率方差分析Table 8 Variance analysis of juice sedimentation rate

2.4 復合飲料質量指標

2.4.1 感官指標 色澤：色澤純正均一，紫紅色；口感：口味協調，酸甜適當；氣味：具有桑葚和紅棗獨特的香味，香氣和諧；組織狀態：質地均一，沒有沉淀。

2.4.2 理化指標和主要功能成分 經測定，復合果汁中含可溶性固形物9.8%；總酸度（以檸檬酸計）1.277 g/kg；Vc 0.909 mg/g；總 黃 酮1.093 mg/g；白藜蘆醇1.78 μg/g。

2.4.3 衛生指標 菌落總數≤100 cfu/mL；大腸菌群≤3 MPN/mL；未檢測到致病菌。

3 討論與結論

復合果汁飲料因其營養搭配合理、健康時尚的理念，成為近年來飲料行業消費和發展的主要方 向［15］。本研究以桑葚和紅棗汁為對象制備復合果汁飲料，通過單因素和響應面試驗探索復合飲料的最佳風味配比。研究發現，果汁比例對復合飲料風味有一定的影響，當紅棗汁∶桑葚汁為2∶1 時，復合飲料有最高分值，原因可能是桑葚汁不愉悅的味道被偏多的紅棗汁的濃郁香味遮蓋，另復合飲料風味更協調；白砂糖或檸檬酸用量不能太大，否則會導致復合飲料甜味或酸味突出，進而造成桑葚和紅棗的特征風味不明顯，試驗最終得出當白砂糖量3.3%、檸檬酸量0.12%時，復合飲料風味最佳評分最高。此外，該復合果汁富含Vc、總黃酮和白藜蘆醇等成份，滿足了人們營養健康時尚的消費需求。

飲料是1 種內含水溶液、懸浮液、乳濁液多種成分的復雜結構體系［16］，一般分為：果蔬飲料、植物蛋白飲料、乳飲料等［17］。在長期貯藏過程中，會因物理作用或體系間各因子相互作用發生自然沉降或上浮等現象，影響飲料外觀品質的同時，不利于飲料的貨架壽命。影響飲料穩定性的因素有很多，但總起來可歸納為以下三方面：原料來源、生產工藝、穩定劑種類［18］。其中添加合適安全的天然穩定劑是提升飲料穩定性的重要因子，也是實際應用中最常用的方法。但注意必須在一定范圍內使用才有效。加入量太小，穩定效果不佳，相反加入量太大，可能會出現凝膠影響飲料的口感［19］。常用于果汁飲料的穩定劑主要有：卡拉膠、果膠、羧甲基纖維素鈉、黃原膠、海藻酸鈉等［20］。穩定劑受飲料種類、殺菌溫度、均質壓力、pH 值等多方面的影響［21］，作用效果也不一樣。如在植物蛋白類飲料中需要同時添加乳化劑才能起到良好的穩定效果。

單一穩定劑穩定效果不如復合穩定劑，但是必須針對不同的飲料進行專門研究。所以本研究首先對常用的3 種穩定劑果膠、CMC-Na、黃原膠進行單因素試驗，結果發現，這3 種穩定劑單獨使用時對復合果汁均能起到一定的作用。其中，CMC-Na和黃原膠使用效果要優于果膠。添加不同種類穩定劑對復合果汁飲料穩定性影響不盡相同。研究發現這可能與不同穩定劑的分子結構和作用機制有很大關系。如：通過轉換懸浮粒子的電荷、親水基團水化作用、空間網狀結構毛細管凝聚作用［22-23］等提高系統穩定性，值得后續進行進一步研究和探索。考慮到3 種穩定劑復配時可能存在協同交互作用，所以將3 種穩定劑的用量縮小5 倍后進行正交試驗。得出最優穩定劑組合：果膠0.04%、CMC-Na 0.03%、黃原膠0.01%，果汁沉淀率2.3%，而且與黃原膠添加量0.15%時的果汁沉淀率2.29%接近。可見，在控制復合果汁飲料穩定性效果相同的情況下，復合穩定劑在一定條件下可顯著降低單個穩定劑的添加量，應用于食品工業可大大節約成本。通過本方法得到的桑葚紅棗復合果汁飲料色澤均一、口感適中、香氣和諧、質地細膩，不但滿足了消費者對飲料口感舒適的要求，而且為紅棗汁的發掘使用及桑葚的深層次加工提供了參考。