葉黃素—藍(lán)莓功能性飲料乳化性能和穩(wěn)定性研究

金文，王振宇，程翠林，贠可力，田雙起

（1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，哈爾濱 150001；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)院，哈爾濱 150001；3.東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，哈爾濱 150040；4.河南工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，鄭州 450001）

葉黃素—藍(lán)莓功能性飲料乳化性能和穩(wěn)定性研究

金文1,2，王振宇1,3*，程翠林1，贠可力1，田雙起4

（1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，哈爾濱 150001；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)院，哈爾濱 150001；3.東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，哈爾濱 150040；4.河南工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，鄭州 450001）

為豐富藍(lán)莓飲料的功能性，同時(shí)為葉黃素、藍(lán)莓果資源的利用提供新途徑，以葉黃素和藍(lán)莓果果汁為主要原料，制成葉黃素—藍(lán)莓果汁飲料。選擇Span80和Tween80兩種乳化劑，應(yīng)用濁度法進(jìn)行單因素試驗(yàn)確定最適HLB值。選擇蔗糖脂肪酸單酯、雙乙酰酒石酸單甘油酯、辛奎酸甘油酯、硬脂酰乳酸鈉、三聚甘油單硬脂酸酯五種親水型的食品乳化劑在最適HLB下兩兩復(fù)配，篩選出乳化性能最好的復(fù)合乳化劑。以乳化劑、黃原膠、瓜爾膠、海藻酸鈉為變量，用Design-expert軟件設(shè)計(jì)4因素3水平響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)探究乳化劑和穩(wěn)定劑的用量對(duì)葉黃素—藍(lán)莓功能性飲料穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明：最適HLB值為10.90；42%雙乙酰酒石酸單甘油酯+58%辛奎酸甘油酯作為復(fù)合乳化劑時(shí)乳化效果最好；乳化劑0.12%，黃原膠0.15%，瓜爾膠0.05%，海藻酸鈉0.15%，此條件下葉黃素—藍(lán)莓飲料的穩(wěn)定性最好。

葉黃素;藍(lán)莓飲料;乳化;穩(wěn)定性

葉黃素是一種天然食用色素，可用作著色劑來(lái)調(diào)節(jié)食品和飲料色澤，含葉黃素食品進(jìn)入人食物鏈后對(duì)人體有良好的營(yíng)養(yǎng)、抗病和保健作用，因此葉黃素被認(rèn)為是理想的“營(yíng)養(yǎng)型”著色劑[1]。葉黃素是人類視網(wǎng)膜的主要類胡蘿卜素[2-3]，占視網(wǎng)膜中總類胡蘿卜素的54%[4]，可以降低心腦血管疾病[5]，幾種類型的癌癥，白內(nèi)障[6]和與年齡有關(guān)的黃斑退化（AMD）[4]的風(fēng)險(xiǎn)。研究表明，葉黃素不能通過(guò)人工合成，必須從飲食中獲得[7]。

藍(lán)莓廣泛分布于美國(guó)、日本以及歐洲諸國(guó)，在我國(guó)大小興安嶺及海南也有種植。藍(lán)莓中含豐富的花色苷（825～4 200 mg·kg-1），具有良好的營(yíng)養(yǎng)保健抗氧化作用，聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織將其列為人類五大健康食品之一[8]。將葉黃素與藍(lán)莓果汁結(jié)合，研制成葉黃素—藍(lán)莓飲料，具有葉黃素和藍(lán)莓的協(xié)同營(yíng)養(yǎng)作用，豐富果汁飲料的花色品種，為葉黃素、藍(lán)莓果的資源利用提供途徑，具有很高的推廣價(jià)值。

要使葉黃素均勻分散在果汁內(nèi)并保持混合體系的穩(wěn)定性，需采取適當(dāng)乳化工藝，乳化不當(dāng)將會(huì)導(dǎo)致葉黃素與果汁兩相分離、葉黃素上浮，并引起葉黃素的氧化，嚴(yán)重影響葉黃素—藍(lán)莓果汁的質(zhì)地和市場(chǎng)價(jià)值。因此，本文旨在研究葉黃素—藍(lán)莓果汁的乳化工藝和乳化穩(wěn)定性，并合理選擇乳化劑、增稠劑和乳化劑及其配比，為生產(chǎn)葉黃素—藍(lán)莓果汁飲料提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 藍(lán)莓汁的制備

鮮藍(lán)莓汁的制備過(guò)程：選料—清洗—破碎—沒(méi)處理—榨汁—粗濾—精濾。

1.1.1 原料選擇

選用新鮮、充分成熟的大興安嶺地區(qū)藍(lán)莓果實(shí)，剔除不成熟果、霉變果、腐爛果及其他雜物。

1.1.2 酶處理試驗(yàn)

采用果膠酶加入量0.2%、0.3%、0.4%，酶反應(yīng)溫度40、50、60℃，酶解時(shí)間3、4、5 h和誤差四因素三水平正交試驗(yàn)，根據(jù)出汁率的多少確定酶處理的最佳條件。

1.1.3 榨汁過(guò)濾

用榨汁機(jī)榨汁，并用雙層紗布過(guò)濾果渣（粗濾），真空抽濾（精濾）得到清汁。

1.2 供藥試劑

90%葉黃素，由鄭州茄諾生物科技有限公司生產(chǎn)；蔗糖脂肪酸單酯、雙乙酰酒石酸單甘油酯、辛奎酸甘油酯、硬脂酰乳酸鈉、三聚甘油單硬脂酸酯，由鄭州大河食品科技有限公司生產(chǎn)；Span80、Tween80、黃原膠、瓜爾膠、海藻酸鈉等，市售。

1.3 方法

1.3.1 混合乳化劑的HLB值計(jì)算

HLB（Hydrophilic-lipophilic balance）為乳化劑的親水親油平衡值，是測(cè)定體系乳化程度的重要指標(biāo)。選取HLB值差為5以內(nèi)的乳化劑進(jìn)行復(fù)配，混合乳化劑的HLB值（HLBMIX）可由組成它的各種乳化劑的HLB值按重量平均加和得到[9]。

其中，WA%和WB%分別為A、B兩種乳化劑的重量百分?jǐn)?shù)，HLBA和HLBB分別為A、B兩種乳化劑親水親油平衡值。

1.3.2 HLB值的確定

油溶性的葉黃素分散于藍(lán)莓汁表面，為使均質(zhì)過(guò)程中葉黃素被充分乳化，得到具有良好貯藏穩(wěn)定性的葉黃素—藍(lán)莓飲料，體系中應(yīng)添加一定量乳化劑。本試驗(yàn)采用濁度法篩選乳化劑。濁度法測(cè)定原理是乳狀液穩(wěn)定性正比于總油水界面面積，界面積越大表明，體系的濁度越高，且濁度大小正比于乳狀液在500 nm的吸光度。因此，可通過(guò)吸光度的測(cè)定反映乳化劑的乳化能力[10]。

將5 mg葉黃素加入到40%藍(lán)莓果汁中，選擇兩種標(biāo)準(zhǔn)乳化劑Span80和Tween80，按最大吸光度條件下HLB值設(shè)計(jì)一系列不同配比混合乳化劑，再將各種HLB值的混合乳化劑分別加到上述葉黃素—藍(lán)莓果汁兩相體系中，用試驗(yàn)室小型高壓均質(zhì)機(jī)在20 MPa下均質(zhì)乳化，3 000 r·min-1下離心15 min(瑞江RJ-TDL-40C臺(tái)式離心機(jī)），取下層液體，用722型分光光度計(jì)于500 nm處測(cè)定吸光值。以橫坐標(biāo)表示HLB值，縱坐標(biāo)表示吸光值（OD value）作圖，求得吸光值最大的HLB值為該乳濁液所需HLB值。

1.3.3 葉黃素—藍(lán)莓果汁乳化效果的測(cè)定

在濃度為40%100 mL藍(lán)莓果汁中添加10 mg葉黃素和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.10%～0.20%乳化劑，在20 MPa下均質(zhì)乳化，于3 000 r·min-1離心10 min，取下層液體，在分光光度計(jì)500 nm處測(cè)定吸光值，吸光值越大，表明果汁乳化效果越好。

1.3.4 葉黃素—藍(lán)莓果汁穩(wěn)定性的測(cè)定

將加入不同配比復(fù)合乳化劑葉黃素—藍(lán)莓果汁于4 000 r·min-1離心10 min，用分光光度計(jì)在500 nm處測(cè)定果汁吸光值來(lái)表示離心后果汁渾濁度，將離心后與離心前果汁的濁度相比，評(píng)價(jià)果汁貯藏穩(wěn)定性，比值越接近1，表明果汁穩(wěn)定性越好[11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 乳化體系HLB值的確定

不同脂溶性物質(zhì)，其脂肪組成及基團(tuán)結(jié)構(gòu)和分布不同，乳化需求HLB值不同。采用1.2.2中方法測(cè)定葉黃素—藍(lán)莓果汁所需HLB值，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同HLB復(fù)合乳化劑的乳化效果Table 1 Emulsifying effect of different HLB emulsifier

由表1可知，當(dāng)HLB值在10～11范圍，乳化效果較好；其中在HLB=10.9時(shí)，吸光值最大，乳化效果最好，因此確定10.90為葉黃素—藍(lán)莓果汁所需最佳HLB值，同時(shí)圖1用復(fù)合乳化劑親水親油平衡值為橫坐標(biāo)，以添加此復(fù)合乳化劑葉黃素—藍(lán)莓果汁在500 nm處吸光值為縱坐標(biāo)做柱狀圖可以直接得出復(fù)合乳化劑HLB值在10～11范圍內(nèi)乳化效果最好。

圖1 不同HLB值復(fù)合乳化劑的吸光值Fig.1 OD value of different compound emulsifiers with corresponding HLB value

2.2 復(fù)合乳化劑和穩(wěn)定劑的篩選

根據(jù)已確定的葉黃素—藍(lán)莓果汁所需HLB值，從我國(guó)允許使用的30種食品乳化劑篩選出雙乙酰酒石酸單甘油酯、辛奎酸甘油酯、硬脂酰乳酸鈉、蔗糖脂肪酸單酯、三聚甘油單硬脂酸酯等5種親水型食品乳化劑，按一定質(zhì)量比分別將其復(fù)配為HLB值為10.90不同復(fù)合乳化劑，并根據(jù)濁度法測(cè)定其乳化效果，結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可見(jiàn)，盡管復(fù)合乳化劑HLB值相同，但不同乳化劑復(fù)配后，乳化效果卻不同；即使相同的乳化劑，若以不同量復(fù)配，乳化效果也有不同。試驗(yàn)表明，隨著乳化劑用量增大吸光值增加，大于0.20%吸光值下降明顯，表明乳化效果變差，乳化劑已過(guò)量?？紤]到乳化劑的用量過(guò)多會(huì)影響藍(lán)莓果汁的風(fēng)味、質(zhì)地、流體性質(zhì)，因此取乳化劑用量在0.10%～0.20%范圍內(nèi)。從表2可知，第1組乳化后的乳濁液在乳化劑的添加量為0.10%時(shí)吸光值最大，乳化效果最好。因此，確定復(fù)合乳化劑配方為：48%雙乙酰酒石酸單甘油酯+52%三聚甘油單硬脂酸酯，同時(shí)復(fù)合乳化劑的添加量為0.10%。

表2 不同配比復(fù)合乳化劑乳化效果Table 2 Ratio of composite emulsion effect

2.3 乳化工藝條件優(yōu)化

葉黃素—藍(lán)莓果汁是不穩(wěn)定的系統(tǒng)，在產(chǎn)品儲(chǔ)藏和銷售過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)葉黃素上浮及藍(lán)莓果肉沉淀現(xiàn)象，嚴(yán)重影響果汁飲料品質(zhì)。根據(jù)斯托克斯公式μ=2r2g() ρp-ρ0/9η，顆粒沉降速度與介質(zhì)的黏度成反比，與粒徑大小、兩相密度差成正比，因此適當(dāng)提高體系黏度和縮小兩相的密度差，可減少葉黃素上浮及藍(lán)莓果渣和乳化劑下沉現(xiàn)象，達(dá)到更好的乳化效果。目前，普遍采用添加穩(wěn)定劑方法改善體系穩(wěn)定性。試驗(yàn)選擇常見(jiàn)的穩(wěn)定劑黃原膠、瓜爾膠、海藻酸鈉與上述試驗(yàn)的復(fù)合乳化劑一起作為考查因素。

2.3.1 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

選取上述試驗(yàn)的乳化劑、黃原膠、瓜爾膠、海藻酸鈉4個(gè)因素，以X1、X2、X3、X4為自變量，以穩(wěn)定性為響應(yīng)值（Y）根據(jù)中心組合設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)響應(yīng)面分析試驗(yàn)，其因素與水平編碼表見(jiàn)表3。根據(jù)Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及單因素試驗(yàn)結(jié)果確定響應(yīng)面因素水平，見(jiàn)表3。進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化葉黃素—藍(lán)莓功能性飲料配方。

表3 因素與水平編碼Table 3 Factors and level coding table （%）

2.3.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果分析

確定響應(yīng)面的回歸方程，下式為采用因素代碼形式的穩(wěn)定性與各操作因素之間關(guān)系的二次方程模型。建立二次響應(yīng)面二次回歸模型如下：

從單個(gè)因素影響來(lái)看，瓜耳膠對(duì)葉黃素—藍(lán)莓果汁飲料的穩(wěn)定性影響最大，為了觀察某2個(gè)因素同時(shí)對(duì)藍(lán)莓果汁飲料口味的影響，對(duì)回歸方程進(jìn)行降維分析，結(jié)果如圖2～7所示。

從表4中可以看出，因變量與自變量之間線性關(guān)系顯著，該模型的回歸顯著（P＜0.0001），失擬項(xiàng)不顯著。模型R2=93.73%，R2adj=87.45%。該模型與試驗(yàn)擬合良好。得到最優(yōu)響應(yīng)參數(shù)為：乳化劑0.12%，黃原膠0.15%，瓜爾膠0.05%，海藻酸鈉0.15%，此條件下離心后與離心前果汁濁度的最大比值為0.84，穩(wěn)定性最好。

表4 回歸分析與方差分析Table 4 Regression analysis and analysis of variance

其中乳化劑與黃原膠添加量、乳化劑與瓜爾膠添加量、乳化劑與海藻酸鈉添加量、黃原膠與瓜爾膠添加量、黃原膠與海藻酸鈉添加量、瓜爾膠與海藻酸鈉添加量具體交互作用如圖2～7所示。

具有橢圓形的等高線說(shuō)明兩者之間的交互作用對(duì)葉黃素—藍(lán)莓果汁穩(wěn)定性的影響較大。如圖兩兩因素相互作用所得響應(yīng)面圖均呈現(xiàn)出橢圓形，說(shuō)明四個(gè)因素兩兩之間交互作用對(duì)葉黃素—藍(lán)莓果汁穩(wěn)定性影響均顯著。由回歸方程顯著系數(shù)顯著性檢驗(yàn)結(jié)果可知，乳化劑與黃原膠、乳化劑與海藻酸鈉、黃原膠與瓜爾膠、瓜爾膠與海藻酸鈉之間的交互效應(yīng)更為顯著。

圖2 乳化劑與黃原膠交互作用對(duì)穩(wěn)定性影響Fig.2 Emulsifier and xanthan gum interaction to stability

圖3 乳化劑與瓜爾膠交互作用對(duì)穩(wěn)定性影響Fig.3 Emulsifier and guar gum interaction to stability

圖4 乳化劑與海藻酸鈉交互作用對(duì)穩(wěn)定性影響Fig.4 Emulsifier and sodium alginate interaction to stability

圖5 黃原膠與瓜爾膠交互作用對(duì)穩(wěn)定性影響Fig.5 Xanthan gum and guar gum interaction to stability

圖6 黃原膠與海藻酸鈉交互作用對(duì)穩(wěn)定性影響Fig.6 Xanthan gum and sodium alginate interaction to stability

圖7 瓜爾膠與海藻酸鈉交互作用對(duì)穩(wěn)定性影響Fig.7 Guar gum and sodium alginate interaction to stability

3 討論與結(jié)論

除本試驗(yàn)方法外，還有應(yīng)用皂化和在藍(lán)莓果汁中添加微膠囊化葉黃素等方法。應(yīng)用皂化方法是向藍(lán)莓飲料中添加葉黃素會(huì)改變?nèi)芤簆H，由于藍(lán)莓花色苷在酸性條件下較穩(wěn)定且生物活性較高，故在藍(lán)莓系列飲料生產(chǎn)中不適合應(yīng)用皂化方式加入葉黃素。目前應(yīng)用的廣泛是在藍(lán)莓果汁中添加微膠囊化葉黃素，穩(wěn)定性較好，但相比較添加復(fù)合乳化劑和穩(wěn)定劑的方法而言生產(chǎn)成本較高且工藝條件復(fù)雜。試驗(yàn)證明，添加復(fù)合乳化劑和穩(wěn)定劑可將葉黃素包裹于藍(lán)莓飲料中，為在天然漿果飲料中加入類胡蘿卜素類物質(zhì)提供新方法。

結(jié)果表明，最適HLB值為10.90；42%雙乙酰酒石酸單甘油酯+58%辛奎酸甘油酯作為復(fù)合乳化劑時(shí)乳化效果最好；乳化劑0.12%，黃原膠0.15%，瓜爾膠0.05%，海藻酸鈉0.15%，此條件下葉黃素—藍(lán)莓飲料穩(wěn)定性最好。

[1]Subczynski W K,Wisniewska A,Widomska J.Location of macu?lar xanthophylls in the most vulnerable regions of photoreceptor outer-segment membranes[J].Archives of Biochemistry and Bio?physics,2010,504(1):61-66.

[2]Kotake-Nara E,Nagao A.Absorption and metabolism of xantho?phylls[J].Marine Drugs,2011,9(6):1024-1037.

[3]Johnson E J,Maras J E,Rasmussen H M,et al.Intake of lutein and zeaxanthin differ with age,sex,and ethnicity[J].Journal of the American Dietetic Association,2010,110(9):1357-1362.

[4]Ruban A V,Johnson M P.Xanthophylls as modulators of mem?brane protein function[J].Archives of Biochemistry and Biophys?ics,2010,504(1):78-85.

[5]王立鳳,姜明,楊克軍,等.不同采摘時(shí)期對(duì)萬(wàn)壽菊鮮花重量和葉黃素含量的影響[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2012,43(7):145-148.

[6]Olmedilla B,Granado F,Blanco I,et al.Lutein,but not α-tocoph?erol,supplementation improves visual function in patients with age-related cataracts:a 2-y double-blind,placebo-controlled pilot study[J].Nutrition,2003,19(1):21-24.

[7]Semba R D,Dagnelie G.Are lutein and zeaxanthin conditionally essential nutrients for eye health[J].Medical Hypotheses,2003,61 (4):465-472.

[8]付榮霞,樊秀花,于海.藍(lán)莓及藍(lán)靛果果汁乳飲料加工工藝篩選[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,38(3):173-176.

[9]趙聲蘭,陳朝銀,太山,等.幾種乳化劑對(duì)核桃乳的乳化效果研究[J].食品科技,2002,10(3):278-281.

[10]Mirmoghtadaie L,Kadivar M,Shahedi M.Effects of succinylation and deamidation on functional properties of oat protein isolate[J].Food Chemistry,2009,114(1):127-131.

[11]Beveridge T,Li T S C,Oomah B D,et al.Sea Buckthorn Products: Manufacture and Composition[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,1999,47(9):3480-3488.

Emulsifying properties and stability of xanthophyll-blueberry functional beverage

JIN Wen1,2,WANG Zhenyu1,3,CHENG Cuilin1,YUN Keli1,TIAN Shuangqi4
(1.Food Science and Engineering Department,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China;2.School of Science,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China;3.School of Forest,Northeast Foresty University,Harbin 150040,China;4.School of Food Science and Technology,Henan University of Technology,Zhengzhou 450001,China)

In order to enhance the function of blueberry drinks,and provide a new way for utilization of lutein and blueberry resource as well,we made xanthopholls and blueberry fruit into lutein-blueberry beverage.Two kinds of emulsifiers called Span 80 and Tween 80 were chosen.The optimum HLB value was determined by single factor experiment with turbidity method.Under the optimal HLB condition,five kinds of hydrophilic emulsifier,that was,sucrose esters of fatty acids,diacetyl tartaric acid esters of mono-and diglycerides,octyl and decyl glycerate,sodium stearoyl lactate,tripolyglycerol monostearates were filtered out to find the best emulsified group.Mixed emulsifier,xanthan gum,guar gum and sodium alginate were used as variables to design the four factors and three levels response surface withDesign-expert software,and investigate the relationship between the amount of additives and the stability of xanthopholls-blueberry beverage.As a result,the optimum HLB value was 10.9;42%sucrose esters of fatty acids plused 58%Octyl and decyl glycerate compounds emulsifier had the best emulsifying effect;When adding 0.12%emulsifier,0.15%xanthan gum,0.05%guar gum,0.15%sodium alginate into the xanthopholls-blueberry beverage,and we could get the optimal stability.

xanthopholls;blueberry beverage;emulsification;stability

S767.5；X172

A

1005-9369（2014）04-0123-06

2012-03-07

哈爾濱市科技公關(guān)項(xiàng)目（2008AA6AN087）

金文（1988-），女，博士研究生，研究方向?yàn)樘烊划a(chǎn)物，化學(xué)工程與工藝。E-mail:Jinwen198813@gmail.com。

*通訊作者：王振宇，教授，博士生導(dǎo)師，天然產(chǎn)物，研究方向?yàn)闃O端環(huán)境營(yíng)養(yǎng)學(xué)。E-mail:Wzy219001@yahoo.com.cn

時(shí)間2014-4-21 13:22:27[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20140421.1322.012.html

金文,王振宇,程翠林,等.葉黃素—藍(lán)莓功能性飲料乳化性能和穩(wěn)定性的研究[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2014,45(4)∶123-128.

Jin Wen,Wang Zhenyu,Cheng Cuilin,et al.Emulsifying properties and stability of xanthophyll-blueberry functional beverage [J].Journal of Northeast Agricultural University,2014,45(4)∶123-128.(in Chinese with English abstract)