三種小漿果復(fù)合飲料配方優(yōu)化與穩(wěn)定性研究

吳國美，張秀玲，高詩涵，劉明華

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030）

樹莓又名山莓、覆盆子等，果實(shí)柔嫩多汁且鮮麗，含有豐富的營養(yǎng)成分且易被人體吸收。果實(shí)富含總糖、蛋白質(zhì)、總酸、葉酸、VC、VE、鎂、鈣、硒、鋅等物質(zhì)[1]。樹莓有多種保健成分以及豐富的藥用價值，對抗菌、抗氧化、降血脂及預(yù)防動脈粥樣硬化等有顯著的作用[2-3]。藍(lán)莓又稱越橘、藍(lán)漿果等，果實(shí)風(fēng)味獨(dú)特，有很高的營養(yǎng)價值和保健功能[4]。藍(lán)莓除了含有常見的蛋白質(zhì)、碳水化合物、維生素這些營養(yǎng)物質(zhì)外，還含有熊果酸、花青素、黃酮類和多酚類等功能性成分[5]。藍(lán)莓具有提高視力、增強(qiáng)記憶力、抗氧化、預(yù)防癌癥、改善身體微循環(huán)等功效[6]。藍(lán)靛果（Lonicera edulis）又名羊奶子、藍(lán)靛果忍冬等，果實(shí)中含有大量花色苷、黃酮類化合物、多酚和維生素等。研究表明，藍(lán)靛果中主要的有機(jī)酸、碳水化合物分別是檸檬酸、葡萄糖[7]。同時，藍(lán)靛果具有較強(qiáng)的抗氧化作用，還有抗肥胖、抗脂肪肝、抗輻射、抗癌等作用[8-9]。樹莓、藍(lán)莓和藍(lán)靛果都是集中采收，保質(zhì)期短的季節(jié)性漿果。鮮果成熟后組織較軟，在貯藏和運(yùn)輸上都很難，鮮果少量用于直接食用，大量的果實(shí)通過加工來延長保質(zhì)期，保持原料本身的營養(yǎng)價值。

近年來，復(fù)合型功能飲料逐步占據(jù)國內(nèi)外的主流飲料市場，呈現(xiàn)出逐年上升的勢頭，漿果飲料成為了人們研究的熱點(diǎn)[10]。復(fù)合果汁飲品有更豐富的營養(yǎng)成分和更多的保健作用，具有較高的經(jīng)濟(jì)價值和廣闊的發(fā)展前景，在飲料市場上越來越受到人們的歡迎[11]。劉艷懷等[12]以黑枸杞和藍(lán)莓為原料研制出具有抗氧化、抗腫瘤、保護(hù)視力和預(yù)防骨質(zhì)疏松等功效的復(fù)合飲料。張雪梅等[13]用野櫻桃李漿、藍(lán)莓漿調(diào)配出營養(yǎng)豐富、風(fēng)味獨(dú)特的復(fù)合飲料。在飲料中添加穩(wěn)定劑可以防止飲料出現(xiàn)分層、沉淀等現(xiàn)象，穩(wěn)定劑的選擇對飲料的穩(wěn)定性至關(guān)重要。馬寅斐等[14]研究了在芒果汁飲料中添加3 種穩(wěn)定劑組成的復(fù)合穩(wěn)定劑，得到飲料的穩(wěn)定性指數(shù)最小，穩(wěn)定效果最好。徐淑科等[15]研究了黃原膠、羧甲基纖維素鈉和海藻酸丙二醇酯三種穩(wěn)定劑對蔓越莓果汁的影響。本文以樹莓、藍(lán)莓和藍(lán)靛果為原料調(diào)配出一款復(fù)合保健型飲品。通過正交試驗(yàn)優(yōu)化復(fù)合飲料的配方，采用響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化復(fù)合飲料的穩(wěn)定性，確定出飲料的最佳配方和復(fù)合穩(wěn)定劑配比，研制出的復(fù)合飲品營養(yǎng)豐富、口感細(xì)膩、風(fēng)味獨(dú)特、穩(wěn)定性高，而且黏度適中，狀態(tài)均勻。本研究旨在提高小漿果的資源利用率，為復(fù)合飲品的研究提供技術(shù)支持和理論依據(jù)，為小漿果復(fù)合飲料的工業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

藍(lán)靛果、藍(lán)莓為采自小興安嶺伊春地區(qū)的鮮果；紅樹莓為購自黑龍江省尚志市城西村的凍果；羧甲基纖維素（CMC）、結(jié)冷膠、瓜爾膠、黃原膠、果膠均為食品級：購于哈爾濱盛達(dá)生化儀器有限公司；其他試劑均為分析純。

1.1.2 儀器與設(shè)備

HH-1 型數(shù)顯恒溫水浴鍋，常州賽普實(shí)驗(yàn)儀器廠；MJ-WJS1222F 型多功能榨汁機(jī)，美的集團(tuán)股份有限公司；FA1004 型上皿電子天平，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；HR/T20M 型臺式高速冷凍離心機(jī)，湖南赫西儀器裝備有限公司；UV-5500PC 型紫外可見分光光度計(jì)，上海元析儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 制作復(fù)合飲料的工藝流程

1.2.2 操作要點(diǎn)

1.2.2.1 原料預(yù)處理

將冷凍保存的樹莓、藍(lán)莓和藍(lán)靛果放于室溫下自然解凍后，用打漿機(jī)分別打漿，得到3 種果漿。按照試驗(yàn)優(yōu)化的復(fù)合酶解工藝，向3 種果漿中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.26%的果膠酶（107 000 U/g）和0.92%的纖維素酶（101 900 U/g），在 47 ℃下酶解 1.5 h，將酶解后的果漿用破壁機(jī)進(jìn)行汁肉分離，過濾得到3 種漿果原汁。

1.2.2.2 調(diào)配

將白砂糖等輔料混合充分，加入純凈水充分?jǐn)嚢枋蛊淙芙?，然后與3 種漿果原汁混合，參照GB 2760—2014[16]添加小于0.5 g/kg 的山梨酸鉀防止果汁變質(zhì)。

1.2.2.3 均質(zhì)

將調(diào)配好的果汁在20 MPa 下均質(zhì)4 次，得到狀態(tài)均勻的復(fù)合飲料。

1.2.2.4 灌裝、殺菌

將均質(zhì)后的復(fù)合飲料裝入已清洗并滅菌的飲料瓶中，裝罐溫度保持在70 ℃以上，以增強(qiáng)殺菌效果，然后排出頂端空氣。將灌好的復(fù)合飲料于95 ℃條件下殺菌15 min[17-18]。

1.2.2.5 冷卻

將殺菌后的復(fù)合飲料冷卻至室溫，得到3 種小漿果復(fù)合飲料成品。

1.2.3 復(fù)合飲料配方優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.3.1 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

按照飲料工藝流程，初步選定樹莓汁添加量10%，藍(lán)莓汁添加量10%，藍(lán)靛果汁添加量10%，白砂糖添加量8%為基礎(chǔ)條件，以感官評分為評價指標(biāo)，依次研究樹莓原汁添加量（5%、10%、15%、20%、25%）、藍(lán)莓原汁添加量（5%、10%、15%、20%、25%）、藍(lán)靛果原汁添加量（5%、10%、15%、20%、25%）、白砂糖添加量（6%、7%、8%、9%、10%）對復(fù)合飲料感官品質(zhì)的影響。

1.2.3.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以上述四個因素試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，每個因素三個水平，進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn)。以感官評分為指標(biāo)，確定復(fù)合飲料的最佳配方。各因素水平如表1 所示。

表1 配方優(yōu)化正交試驗(yàn)因素表Table 1 Factors and levels of orthogonal test for the formulation optimization

1.2.3.3 感官評定

分別從色澤、香氣、口感和組織狀態(tài)四方面對復(fù)合飲料進(jìn)行感官評價。選取50 人以上作為感官評價人員，對制作出的復(fù)合飲料根據(jù)表2 進(jìn)行評價，每人獨(dú)立對各個配方進(jìn)行感官評分，取其平均值記為最終的評分。

1.2.4 復(fù)合飲料穩(wěn)定性優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.4.1 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)選用常見的CMC、結(jié)冷膠、瓜爾膠、黃原膠和果膠作為復(fù)合飲料的穩(wěn)定劑，進(jìn)行單因素試驗(yàn)。在復(fù)合飲料配方的基礎(chǔ)上加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)（0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%）的單一穩(wěn)定劑，以穩(wěn)定系數(shù)為指標(biāo)研究復(fù)合飲料的穩(wěn)定性。

1.2.4.2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

依據(jù)上述的穩(wěn)定性單因素試驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)選取穩(wěn)定效果較好的CMC、結(jié)冷膠和黃原膠作為自變量，以復(fù)合飲料的穩(wěn)定系數(shù)為響應(yīng)值，得到最優(yōu)的工藝條件。響應(yīng)面試驗(yàn)的因素及水平見表3。

表2 復(fù)合飲料感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standard of compound beverage

表3 復(fù)合穩(wěn)定劑Box-Behnken 試驗(yàn)因素水平表Table 3 Factors and levels of Box-Behnken test for composite stabilizer

1.2.4.3 穩(wěn)定系數(shù)

參考韓曉娜等[19]的方法，按照配方調(diào)配復(fù)合飲料，準(zhǔn)確加入50 mL 復(fù)合飲料于刻度離心管中，放置24 h 后，用離心機(jī)以 3 000 r/min 離心 10 min，取上清液稀釋50 倍后，測定吸光度為A2，離心前的吸光度為A1。穩(wěn)定系數(shù)R 越高，飲料的穩(wěn)定性和保存性越好，但R 值的極限為1，計(jì)算公式如下：

1.2.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用SPSS 23 軟件進(jìn)行顯著性和正交分析，用Origin 8.5 繪制圖形，運(yùn)用Design-Expert 8.0.6 軟件進(jìn)行響應(yīng)面回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)合飲料配方優(yōu)化單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 樹莓原汁添加量對復(fù)合飲料感官品質(zhì)的影響

由圖1 可知，樹莓原汁添加量為5%時，復(fù)合飲料的感官評分最低，為71.67±1.53 分。復(fù)合飲料的感官評分隨著樹莓原汁添加量的增加而顯著增大，當(dāng)樹莓原汁添加量增加到20%時，復(fù)合飲料感官評分最高，為89±2.65 分。而繼續(xù)增加樹莓原汁添加量，感官評分稍有降低，推測是因?yàn)闃漭哂械嵛叮砑舆^多會使復(fù)合飲料的口感下降。結(jié)果表明，樹莓原汁的最佳添加量為20%。

圖1 樹莓原汁添加量對復(fù)合飲料感官評分的影響Fig.1 Effect of raspberry juice addition on sensory score of compound beverage

2.1.2 藍(lán)莓原汁添加量對復(fù)合飲料感官品質(zhì)的影響

由圖2 可知，藍(lán)莓原汁添加量為5%時，復(fù)合飲料的感官評分最高，為87±1 分。隨著藍(lán)莓原汁添加量的增加，復(fù)合飲料的感官評分顯著下降。當(dāng)藍(lán)莓原汁添加量為25%時，感官評分最低，為68.33±0.58分。推測是因?yàn)橐吧{(lán)莓原汁口味較苦澀，添加量增加會影響復(fù)合飲料的口感，感官評分會降低。結(jié)果表明，藍(lán)莓原汁的最佳添加量為5%。

圖2 藍(lán)莓原汁添加量對復(fù)合飲料感官評分的影響Fig.2 Effect of blueberry juice addition on sensory score of compound beverage

2.1.3 藍(lán)靛果原汁添加量對復(fù)合飲料感官品質(zhì)的影響

由圖3 可知，復(fù)合飲料的感官評分隨著藍(lán)靛果原汁添加量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，當(dāng)藍(lán)靛果原汁添加量為15%時，復(fù)合飲料的感官評分最高，為93±1.72 分，之后藍(lán)靛果原汁添加量繼續(xù)增大時，感官評分緩慢下降。推測是因?yàn)槭芩{(lán)靛果原汁的澀味以及深紅顏色的影響，隨著藍(lán)靛果原汁添加量的增加，飲料的顏色、口感都有所下降。藍(lán)靛果原汁添加量為25%時，復(fù)合飲料的感官評分最低，為74.66±1.53 分。結(jié)果表明，藍(lán)靛果原汁的最佳添加量為15%。

圖3 藍(lán)靛果原汁添加量對復(fù)合飲料感官評分的影響Fig.3 Effect of Lonicera edulis juice addition on sensory score of compound beverage

2.1.4 白砂糖添加量對復(fù)合飲料感官品質(zhì)的影響

由圖4 可知，隨著白砂糖用量的增加，復(fù)合飲料的感官評分顯著升高。當(dāng)白砂糖添加量為9%時，復(fù)合飲料的感官評分最高，為90±0.74 分。白砂糖添加量超過9%時，感官評分有所下降。白砂糖的添加主要是改變產(chǎn)品的甜度，當(dāng)白砂糖添加較少時酸味過重，而白砂糖添加過多時甜味過重。復(fù)合飲料在飲用時需要一個適合的甜度，太甜或者太淡都不能給人良好的口感，因此白砂糖的最佳添加量為9%。

圖4 白砂糖添加量對復(fù)合飲料感官評分的影響Fig.4 Effect of white sugar addition on sensory score of compound beverage

2.2 復(fù)合飲料配方優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以樹莓原汁添加量（A）、藍(lán)莓原汁添加量（B）、藍(lán)靛果原汁添加量（C）、白砂糖添加量（D）為主要影響因素，以感官評分為指標(biāo)，進(jìn)行L9(34)正交設(shè)計(jì)，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

由表4 和表5 可知，藍(lán)靛果原汁添加量（C）對復(fù)合飲料的感官品質(zhì)影響最大，其次是藍(lán)莓原汁添加量（B）、白砂糖添加量（D）、樹莓原汁添加量（A）。最佳配方組合為A2B1C1D3，即樹莓原汁添加量20%，藍(lán)莓原汁添加量5%，藍(lán)靛果原汁添加量10%，白砂糖添加量10%。按照A2B1C1D3配制復(fù)合飲料，感官評分為98.13±1.50 分。

表4 正交試驗(yàn)結(jié)果分析Table 4 Orthogonal test results analysis

表5 正交試驗(yàn)方差分析表Table 5 Analysis of variance of orthogonal test

2.3 穩(wěn)定性優(yōu)化單因素試驗(yàn)結(jié)果

圖5 表示不同穩(wěn)定劑對復(fù)合飲料穩(wěn)定性的影響。由圖可知，黃原膠、結(jié)冷膠和CMC 這3 種穩(wěn)定劑的穩(wěn)定系數(shù)相對較大，表示穩(wěn)定效果較好；黃原膠的濃度為0.05%時穩(wěn)定系數(shù)最高，為0.95±0.01，隨著黃原膠濃度逐漸增加，穩(wěn)定系數(shù)逐漸減小。黃原膠具有良好的增稠性和流變學(xué)特性，當(dāng)黃原膠添加量較多時，飲料的黏稠度較大，有較多的未溶解膠粒，影響飲料的穩(wěn)定性和口感[20]。結(jié)冷膠和CMC 都是隨著濃度的增加，穩(wěn)定系數(shù)先增加后降低，結(jié)冷膠在濃度為0.10%時，穩(wěn)定系數(shù)最大為0.94±0.01。CMC 在濃度為0.2%時，穩(wěn)定系數(shù)最大為0.96±0.01，此時CMC 能較好地穩(wěn)定復(fù)合飲料中的蛋白質(zhì)，使水及脂肪的表面張力降低，起到穩(wěn)定與增稠的作用[21]。果膠和瓜爾膠的穩(wěn)定系數(shù)相對較低，穩(wěn)定效果相比于其他3 組相對較差。故選擇黃原膠、結(jié)冷膠和CMC 三種穩(wěn)定劑進(jìn)行復(fù)配。穩(wěn)定劑的選擇對飲料的穩(wěn)定性至關(guān)重要[22]。單一的穩(wěn)定劑無法使產(chǎn)品達(dá)到長期均勻，穩(wěn)定懸浮，會影響復(fù)合飲料的口感、外觀、色澤等方面，因此對效果較好的穩(wěn)定劑進(jìn)行復(fù)配會有較好的效果。

圖5 5 種單一穩(wěn)定劑對復(fù)合飲料穩(wěn)定系數(shù)的影響Fig.5 Effects of five single stabilizers on stability coefficient of composite beverage

2.4 復(fù)合穩(wěn)定劑的響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

2.4.1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，使用Box-Benhnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)，選擇 CMC（A′）、結(jié)冷膠（B′）和黃原膠（C′）作為自變量，以穩(wěn)定系數(shù)為響應(yīng)值進(jìn)行試驗(yàn)，對復(fù)合飲料的穩(wěn)定性進(jìn)行優(yōu)化。試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 復(fù)合穩(wěn)定劑響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 6 Composite stabilizer Box-Benhnken design and results

2.4.2 方差分析及交互作用分析

使用Design－Expert 8.0.6 軟件進(jìn)行擬合分析，得到回歸方程為：復(fù)合飲料的穩(wěn)定系數(shù)Y=0.97+0.016A′+0.019B′+0.010C′+0.029A′B′+1.796A′C′+2.016B′C′-0.030A′2-0.062B′2-0.021C′2。

復(fù)合穩(wěn)定劑的響應(yīng)面優(yōu)化回歸方程的方差分析（ANOVA）如表7 所示?；貧w模型的顯著性很高（P=0.000 3＜0.05），缺乏擬合用于驗(yàn)證模型的充分性且不顯著（P=0.619 7＞0.05），R2=0.965 2，該模型可以擬合試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表7 回歸模型方差分析Table 7 Analysis of variance of regression model

根據(jù)F 值可知，各個因素對復(fù)合飲料穩(wěn)定系數(shù)影響的大小順序?yàn)椋航Y(jié)冷膠（B′）＞CMC（A′）＞黃原膠（C′）。方差分析中，B′2影響極顯著，A′、B′、A′B′、A′2影響高度顯著，C′2影響顯著。

等高線圖和響應(yīng)曲面圖是回歸方程的圖形化表示，反應(yīng)獨(dú)立變量對響應(yīng)變量的交互作用[23-24]。圖6顯示了復(fù)合飲料的穩(wěn)定系數(shù)與各穩(wěn)定劑之間的關(guān)系。由圖6a、b 可以看出，隨著CMC 和結(jié)冷膠質(zhì)量濃度的增大，復(fù)合飲料的穩(wěn)定系數(shù)先升高后降低，且結(jié)冷膠對穩(wěn)定系數(shù)的影響要大于CMC。由圖6c、d 可以看出，CMC 和黃原膠對穩(wěn)定系數(shù)的影響不明顯，且CMC對穩(wěn)定系數(shù)的影響大于黃原膠。由圖6e、f 可以看出，隨著結(jié)冷膠的濃度增大，穩(wěn)定系數(shù)先增大后減小，且變化幅度大于不同濃度的黃原膠，結(jié)冷膠對穩(wěn)定系數(shù)的影響比黃原膠大，這與表7 中方差分析的結(jié)果一致。

2.4.3 最佳條件的確定和回歸模型的驗(yàn)證

圖6 各因素交互作用對復(fù)合飲料穩(wěn)定系數(shù)影響的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.6 Response surface maps and contour of the influence of various factors interaction on stability coefficient of composite beverage

利用響應(yīng)面試驗(yàn)，確定復(fù)合飲料穩(wěn)定性的最佳條件：CMC 添加量0.22%，結(jié)冷膠添加量0.11%，黃原膠添加量0.06%，此時復(fù)合飲料的穩(wěn)定系數(shù)為0.99。為驗(yàn)證這些結(jié)果，選擇預(yù)測的最佳條件進(jìn)行試驗(yàn)，得到復(fù)合飲料的穩(wěn)定系數(shù)為0.97±0.001，與預(yù)測值相差不大，說明該模型符合試驗(yàn)數(shù)據(jù)。此時對復(fù)合飲料進(jìn)行感官評價，感官評分為97.64±2.0 分。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)化后的復(fù)合飲料最佳配方為：20%樹莓原汁，5%藍(lán)莓原汁，10%藍(lán)靛果原汁，10%白砂糖。接此配方調(diào)配的復(fù)合飲料，酸甜適口，色澤均勻，有小漿果的獨(dú)特香氣，感官評分為98.13±1.50分。通過響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化飲料穩(wěn)定性，得到最佳復(fù)合穩(wěn)定劑組合為0.22%CMC，0.11%結(jié)冷膠，0.06%黃原膠。此時復(fù)合飲料的穩(wěn)定系數(shù)為0.97±0.001，飲料的穩(wěn)定性高，而且黏度適中。復(fù)合飲料最終調(diào)配完成后，感官評分為97.64±2.0 分，口感較好，狀態(tài)均勻。本研究的復(fù)合飲料穩(wěn)定性高且營養(yǎng)豐富，提高了小漿果的資源利用率，而且為小漿果復(fù)合飲品開發(fā)提供了理論依據(jù)及技術(shù)支持。