三種穩(wěn)定劑對獼猴桃椰汁復(fù)合乳飲料穩(wěn)定性的影響

楊柳，邵婷，鐘金鋒，郭曉娟，覃小麗

(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，食品科學(xué)與工程國家級實驗教學(xué)示范中心，重慶，400715)

獼猴桃(ActinidiachinensisPlanch)也稱奇異果，是一種落葉性藤本植物。獼猴桃營養(yǎng)價值高，具有抗氧化、抗癌、通便以及助消化等功能[1-3]。但獼猴桃采收期正值高溫季節(jié)，在冷藏設(shè)備落后的情況下，會發(fā)生嚴(yán)重的腐敗，因而失去食用和商品價值并造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。雖然近年來我國果蔬貯藏保鮮技術(shù)有了很大的發(fā)展和創(chuàng)新[4-6]，但是相關(guān)技術(shù)仍有待進(jìn)一步完善，腐爛變質(zhì)的現(xiàn)象仍然造成了很大的損失，因此，采用典型的食品加工方式將獼猴桃制成相關(guān)產(chǎn)品是一種減少其在保存過程中損失及提高其商品附加值的有效途徑。

目前，國內(nèi)外關(guān)于獼猴桃的相關(guān)產(chǎn)品研究有果脯脆片[7-8]、果汁飲料[9-10]、果酒果醋[11-12]等。其中，圍繞著獼猴桃汁，再加上用其他果蔬汁作為原料研制復(fù)合果蔬汁飲料的研究較多[13-14]。此外，果蔬汁的護(hù)色[15]、澄清[16-17]和VC保存率[17-18]也是獼猴桃果汁加工應(yīng)用的熱點問題。開發(fā)獼猴桃椰汁復(fù)合乳飲料有望能掩蓋或緩解獼猴桃汁的暗綠色和青草味，相關(guān)研究還很少。此外，獼猴桃椰汁復(fù)合乳飲料也是一種復(fù)雜的不穩(wěn)定體系，在生產(chǎn)、保存和銷售期間易在產(chǎn)品的外觀上出現(xiàn)絮凝或沉淀現(xiàn)象，獼猴桃椰汁復(fù)合乳飲料的穩(wěn)定性相關(guān)研究有待加強。

因此，以獼猴桃、椰子粉和脫脂牛奶為主要原料，利用牛奶和椰子粉的純白色減弱獼猴桃汁的暗綠色、借助牛奶和椰子粉的醇香緩解獼猴桃汁的青草味和酸澀味，通過感官評價分?jǐn)?shù)、總酸和濁度3個指標(biāo)對復(fù)合乳飲料的配方進(jìn)行探索；進(jìn)一步研究3種穩(wěn)定劑對復(fù)合乳飲料穩(wěn)定性的影響，并通過響應(yīng)面優(yōu)化法對復(fù)配穩(wěn)定劑的比例進(jìn)行優(yōu)化，開發(fā)一款風(fēng)味良好、營養(yǎng)豐富和穩(wěn)定性優(yōu)良的獼猴桃椰汁復(fù)合乳飲料。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

獼猴桃，陜西眉縣徐香獼猴桃；散裝椰子粉，海南?？?；德亞脫脂牛奶、蔗糖，重慶市北碚區(qū)天生路永輝超市；超純水，實驗室超純水設(shè)備(東莞市純源水處理設(shè)備有限公司)制備；羧甲基纖維素鈉(CMC-Na)，重慶力宏精細(xì)化工有限公司；黃原膠、海藻酸鈉，山東阜豐發(fā)酵有限公司；抗壞血酸(Vc)，柘城市耕道貿(mào)易有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

JM-LB型膠體磨，溫州小杰機(jī)械公司；T6新世紀(jì)紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；AXTG-16G型離心機(jī)，常州安信儀器設(shè)備有限公司；T18 ULTRA-TURRAX型高速均質(zhì)機(jī)，德國IKA公司；HR-1流變儀，美國TA公司。

1.3 復(fù)合乳飲料的制備工藝

首先，挑選無病蟲害、無機(jī)械傷、成熟度適宜的獼猴桃，清洗去皮，切成厚薄均勻的片狀，然后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02%的抗壞血酸浸泡護(hù)色處理30 min后瀝出，加入與獼猴桃片同等質(zhì)量的水，用膠體磨榨汁4 min， 經(jīng)80目篩過濾得到獼猴桃汁。固定復(fù)合乳飲料的總質(zhì)量為100 g，將蔗糖(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%)溶入適量水中，然后加入椰子汁(用4倍質(zhì)量的開水?dāng)嚢枞芙庖臃?，冷卻至室溫)和脫脂牛奶，在攪拌狀態(tài)下緩緩加入獼猴桃汁得到初級混合液。將初級混合液在25 ℃下攪拌(500 r/min、30 min)，然后均質(zhì)(12 000 r/min、5 min)， 得到二級混合液。將二級混合液加熱至80 ℃并保持15 min，冷卻至室溫即為成品(獼猴桃椰汁復(fù)合乳飲料)。然后對復(fù)合乳飲料進(jìn)行感官評定并測定其總酸和濁度。

1.4 試驗設(shè)計

1.4.1 復(fù)合乳飲料配方的確定

通過單因素試驗研究獼猴桃汁添加量(8%～24%，質(zhì)量分?jǐn)?shù))、脫脂牛奶添加量(15%～35%，質(zhì)量分?jǐn)?shù))和椰汁添加量(6%～14%，質(zhì)量分?jǐn)?shù))對復(fù)合乳飲料品質(zhì)的影響。通過感官評價分?jǐn)?shù)、總酸和濁度評價這3個因素對復(fù)合乳飲料品質(zhì)的影響。

1.4.2 不同穩(wěn)定劑對復(fù)合乳飲料的影響

在25 ℃、500 r/min的條件下，向初級混合液中分別加入穩(wěn)定劑(CMC-Na、黃原膠、海藻酸鈉)，攪拌30 min，然后繼續(xù)1.3中的步驟，得到穩(wěn)定的復(fù)合乳飲料。以離心沉淀率和穩(wěn)定系數(shù)為評判指標(biāo)，考察單一穩(wěn)定劑添加量(0%～0.25%，質(zhì)量分?jǐn)?shù))對復(fù)合乳飲料穩(wěn)定性的影響。在單因素試驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Behnken中心組合設(shè)計原理，以CMC-Na、黃原膠和海藻酸鈉的添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為自變量，離心沉淀率為響應(yīng)值，設(shè)計3因素3水平的響應(yīng)面分析試驗(表1)。

表1 Box-Behnken試驗因子水平編碼表Table 1 Factor coding and levels of Box-Behnken experiment

1.4.3 復(fù)合乳飲料的指標(biāo)測定方法

1.4.3.1 感官評定

由10人組成感官評定小組，熟悉感官評價標(biāo)準(zhǔn)和評價時的注意事項，總分為100分，從色澤、香氣、滋味和組織狀態(tài)4方面對復(fù)合乳飲料進(jìn)行評分，將4個項目分?jǐn)?shù)相加得到總評分，以評價人員評定的平均分?jǐn)?shù)作為最終評分。感官評價評分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 感官評價評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation criteria

1.4.3.2 離心沉淀率和穩(wěn)定系數(shù)的測定

取適量復(fù)合乳飲料(m)于離心管中，經(jīng)離心(2 060×g，15 min)后除去上清液，準(zhǔn)確稱得離心后的沉淀物質(zhì)量(m0)，按公式(1)計算復(fù)合乳飲料離心沉淀率。

(1)

準(zhǔn)確量取復(fù)合乳飲料1 mL并稀釋50倍，在波長660 nm處測定吸光值A(chǔ)1。復(fù)合乳飲料離心(2 060×g，15 min)后取上清液1 mL稀釋至50倍，測得吸光值A(chǔ)2，按公式(2)計算復(fù)合乳飲料的穩(wěn)定系數(shù)。

(2)

1.4.3.3 流變學(xué)特性的測定

選取直徑為40 mm的平行板夾具，設(shè)置測試探頭與樣品臺之間的間隙為 100 μm。取適量復(fù)合乳飲料于樣品臺中央，待探頭降下，刮去邊緣擠出的殘留樣品，待樣品均勻涂布在夾具上，平衡2 min后開始運行儀器。試驗采用靜態(tài)剪切模式，在25 ℃條件下，測定剪切速率從 0.1 s-1增加到500 s-1的過程中復(fù)合乳飲料的表觀黏度。

1.4.3.4 其他指標(biāo)的測定

取1 mL復(fù)合乳飲料定容至100 mL，搖勻后于波長660 nm處測定稀釋液的吸光度來表征復(fù)合乳飲料的濁度，吸光度越大，濁度越大?？偹岬臏y定采用酸堿中和滴定法，參照GB/T 12456—2008。

1.5 數(shù)據(jù)處理

各試驗重復(fù)2次，各樣品的指標(biāo)進(jìn)行3次平行測定，以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示結(jié)果。使用SPSS 18.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(P<0.05時判斷組間存在顯著差異)，用Origin 8.0軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)合乳飲料配方的確定

2.1.1 獼猴桃汁添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))對復(fù)合乳飲料品質(zhì)的影響

當(dāng)獼猴桃汁添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))較低(<12%)時，獼猴桃的特征風(fēng)味不夠濃郁，感官評價分?jǐn)?shù)較低(圖1-A)。

圖1 獼猴桃汁添加量對復(fù)合乳飲料品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of the amount of kivi juice on sensory score and physicochemical properties of milk-based beverage

當(dāng)獼猴桃汁添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))過高(>20%)時，復(fù)合乳飲料的總酸增大至1.6 g/L以上，獼猴桃的酸澀味較強，反而使其感官品質(zhì)下降(圖1-A，圖1-B)。獼猴桃汁添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))分別為12%、16%和20%的復(fù)合乳飲料的感官評價分?jǐn)?shù)無顯著差異(P>0.05)。由圖1-B可知，隨著獼猴桃汁添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的增大(8%～24%)，復(fù)合乳飲料的吸光度不斷增大，表明其濁度不斷增大，這是由于獼猴桃汁本身為黃綠色濁液，對飲料的色澤和濁度影響較大。尤其是在獼猴桃汁添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))從8%增加至12%時，復(fù)合乳飲料的吸光度呈現(xiàn)迅速增大的趨勢(0.23增加到0.38)；而當(dāng)獼猴桃汁添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))從12%增加至24%時，復(fù)合乳飲料吸光度增大的趨勢較為緩慢(0.38增加到0.47)。復(fù)合乳飲料的顏色隨著獼猴桃汁添加量的增加由乳白色逐漸變得暗黃，從外觀上降低了復(fù)合乳飲料的可接受程度。綜上所述，在獼猴桃汁添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為12%的條件下，復(fù)合乳飲料同時具有較優(yōu)的感官品質(zhì)和較適宜的總酸含量。

2.1.2 脫脂牛奶添加量對復(fù)合乳飲料品質(zhì)的影響

當(dāng)脫脂牛奶添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))增加至25%時，復(fù)合乳飲料的感官評價分?jǐn)?shù)最高；繼續(xù)添加脫脂牛奶，復(fù)合乳飲料的感官評價分?jǐn)?shù)反而下降(圖2-A)。這可能是因為適量添加的脫脂牛奶的奶香味可以緩解獼猴桃汁的酸澀味，使得復(fù)合乳飲料的風(fēng)味更加醇和；然而脫脂牛奶添加過多會掩蓋其他原料的風(fēng)味，使獼猴桃風(fēng)味寡淡。由圖2-B可知，隨著脫脂牛奶添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的增大(15%～35%)，總酸含量僅增大0.24 g/L，吸光度只增加0.04，這說明脫脂牛奶的添加對復(fù)合乳飲料的滋味和濁度影響不大。因此，選擇脫脂牛奶添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為25%進(jìn)行后續(xù)實驗。

圖2 脫脂牛奶添加量對復(fù)合乳飲料品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of the amount of skim milk on sensory score and physicochemical properties of milk-based beverage

2.1.3 椰汁添加量對復(fù)合乳飲料品質(zhì)的影響

獼猴桃?guī)в幸欢ǖ那嗖菸?，適量添加椰汁有助于改善復(fù)合乳飲料的風(fēng)味。由圖3-A可知，當(dāng)椰汁添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))從6%增大至10%時，復(fù)合乳飲料的感官評價分?jǐn)?shù)顯著提高了10.3分；然而，當(dāng)椰汁添加量繼續(xù)增加至14%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時，復(fù)合乳飲料的感官評分有下降的趨勢。由圖3-B可知，椰汁的添加量對復(fù)合乳飲料的總酸含量基本無影響，而吸光度隨椰汁添加量的增大而增大，表明復(fù)合乳飲料的濁度隨椰汁添加量的增大而增大。由于復(fù)合乳飲料的感官評價分?jǐn)?shù)在12%和10%的椰汁添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時無顯著差異(P>0.05)，因此確定椰汁的最佳添加量為10%。

圖3 椰汁添加量對復(fù)合乳飲料品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of the amount of coconut juice on sensory score and physicochemical properties of milk-based beverage

2.2 穩(wěn)定劑對復(fù)合乳飲料穩(wěn)定性的影響

2.2.1 單一穩(wěn)定劑對復(fù)合乳飲料穩(wěn)定性的影響

復(fù)合乳飲料中獼猴桃汁含有一定的果肉顆粒，生產(chǎn)中熱殺菌工藝或產(chǎn)品在儲藏銷售中可能會出現(xiàn)顆粒絮凝或沉降的現(xiàn)象。因此，選取飲料中常用的3種穩(wěn)定劑(CMC-Na、黃原膠、海藻酸鈉)，研究其對獼猴桃椰汁復(fù)合乳飲料穩(wěn)定性的影響。

由圖4-A，圖4-B可知，隨著穩(wěn)定劑添加量的增加，復(fù)合乳飲料的離心沉淀率減小而穩(wěn)定系數(shù)增大，說明添加量為0%～0.25%時，復(fù)合乳飲料的穩(wěn)定性隨著穩(wěn)定劑添加量的增大而增強。相同添加量下，黃原膠對復(fù)合乳飲料的穩(wěn)定作用最優(yōu)，復(fù)合乳飲料的離心沉淀率最小而穩(wěn)定系數(shù)最大；當(dāng)黃原膠添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))≥0.15%時，復(fù)合乳飲料的穩(wěn)定性無顯著差異(P>0.05)。 在添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))≤0.10%，海藻酸鈉的穩(wěn)定作用優(yōu)于CMC-Na；而當(dāng)添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))繼續(xù)增大(≥0.15%)，CMC-Na的穩(wěn)定作用優(yōu)于海藻酸鈉。當(dāng)CMC-Na添加量達(dá)到0.20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))后，復(fù)合乳飲料的離心沉淀率和穩(wěn)定系數(shù)的變化趨于平緩，說明在0.20%的基礎(chǔ)上繼續(xù)增大CMC-Na添加量對復(fù)合乳飲料的穩(wěn)定性無顯著增強作用(P>0.05)。當(dāng)以海藻酸鈉為穩(wěn)定劑時，復(fù)合乳飲料的離心沉淀率和穩(wěn)定系數(shù)隨其添加量的增大而顯著變化(P<0.05)，但海藻酸鈉的穩(wěn)定作用仍低于相同添加量下黃原膠的穩(wěn)定作用。

圖4 不同穩(wěn)定劑對復(fù)合乳飲料穩(wěn)定性的影響Fig.4 Effect of the kind of stabilizers on the stability of milk-based beverage

3種不同穩(wěn)定劑對復(fù)合乳飲料穩(wěn)定效果的差異可能與穩(wěn)定劑溶液的黏度有關(guān)。因此，分別在3種穩(wěn)定劑的臨界添加量(CMC-Na 0.20%、黃原膠0.15%、海藻酸鈉0.25%)下研究復(fù)合乳飲料流變學(xué)特性，表觀黏度-剪切速率的關(guān)系如圖5所示。

圖5不同穩(wěn)定劑對復(fù)合乳飲料表觀黏度的影響Fig.5 Effect of the kind of stabilizers on the viscosity of milk-based beverage

含0.15%黃原膠的復(fù)合乳飲料體系黏度明顯大于含0.20% CMC-Na或0.25%海藻酸鈉的復(fù)合乳飲料體系的黏度，說明黃原膠的增稠作用較強。這與3種穩(wěn)定劑對復(fù)合乳飲料的穩(wěn)定效果(圖4-A，圖4-B)是一致的，推測復(fù)合乳飲料的穩(wěn)定效果可能是通過增強穩(wěn)定劑溶液的黏度來實現(xiàn)的。此外，分別由3種不同穩(wěn)定劑穩(wěn)定的復(fù)合乳飲料體系的表觀黏度都隨著剪切速率的增大而降低，具有明顯的剪切變稀特點，體系呈現(xiàn)出假塑性流體的特征。

2.2.2 復(fù)配穩(wěn)定劑對復(fù)合乳飲料穩(wěn)定性的影響

由圖4可知，CMC-Na、黃原膠和海藻酸鈉最適添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))分別為0.20%、0.15%和0.25%，獼猴桃椰汁復(fù)合乳飲料穩(wěn)定性較好?？紤]到3種穩(wěn)定劑復(fù)配時可能存在協(xié)同交互作用[19]，選擇3種穩(wěn)定劑最適添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的10%、20%和30%作為Box-Behnken設(shè)計中每個因素的低、中、高水平，以復(fù)合乳飲料的離心沉淀率作為響應(yīng)值進(jìn)行試驗，結(jié)果見表3。對表3中的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，分析結(jié)果見表4。

表3 Box-Behnken試驗設(shè)計與結(jié)果Table 3 Box-Behnken experimental design and results

表4 方差分析結(jié)果Table 4 Results of variance analysis

注：***為差異極其地顯著(P<0.000 1)；**為差異高度地顯著(P<0.01)；*為差異顯著(P<0.05)。

根據(jù)表3試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸方程擬合，建立以離心沉淀率(Y)對CMC-Na(A)、黃原膠(B)和海藻酸鈉(C)的二次回歸方程：Y=3.63-1.10A-1.75B-0.83C+1.06AB+0.64AC+0.55BC+0.33A2+0.94B2+0.24C2。

該回歸模型中，一次項A、B、C和二次項AB、B2差異極其顯著，二次項AC、BC差異高度顯著，二次項A2差異顯著，說明試驗中CMC-Na、黃原膠和海藻酸鈉(質(zhì)量分?jǐn)?shù))都對復(fù)合乳飲料的穩(wěn)定性有重要影響，并且這種影響不是簡單的線性關(guān)系。由F值大小可推斷影響復(fù)合乳飲料穩(wěn)定性的3個因素主次順序為：B(黃原膠)>A(CMC-Na)>C(海藻酸鈉)。由方差分析可知，交互項AB對離心沉淀率的影響極其顯著，交互項AC、BC對離心沉淀率的影響高度顯著，說明CMC-Na和黃原膠、CMC-Na和海藻酸鈉以及黃原膠和海藻酸鈉之間都存在協(xié)同交互作用，并且由F值大小可知，3種交互作用由強到弱為：CMC-Na和黃原膠、CMC-Na和海藻酸鈉、黃原膠和海藻酸鈉。

根據(jù)所建立的數(shù)學(xué)模型，利用Design-Expert軟件對復(fù)合乳飲料離心沉淀率的最小值進(jìn)行預(yù)測，得到復(fù)配穩(wěn)定劑的最佳添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為0.142%(CMC-Na為0.022%、 黃原膠為0.045%和海藻酸鈉為0.075%)，在此添加量下離心沉淀率最小預(yù)測值為2.50%。對該預(yù)測結(jié)果進(jìn)行驗證試驗，得到實際離心沉淀率平均值為2.61%，說明該模型準(zhǔn)確可靠，利用該模型在實踐中進(jìn)行預(yù)測是可行的。當(dāng)分別以CMC-Na(0.20%)、 黃原膠(0.15%)和海藻酸鈉(0.25%) 為穩(wěn)定劑(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，復(fù)合乳飲料的離心沉淀率分別為3.66%、2.62% 和4.19%。其中，黃原膠(0.15%)的穩(wěn)定作用(離心沉淀率2.62%)與復(fù)配穩(wěn)定劑(0.142%)的穩(wěn)定作用(離心沉淀率2.61%)接近，但由于復(fù)配穩(wěn)定劑使飲料體系具有更低的黏度(圖6)，在一定程度上避免了飲料因穩(wěn)定劑添加過多而變稠從而影響口感的問題?？梢?，在控制復(fù)合乳飲料穩(wěn)定性效果相同的情況下，復(fù)配穩(wěn)定劑可以降低單一穩(wěn)定劑的添加量，因此，復(fù)配穩(wěn)定劑比單一穩(wěn)定劑更具有實際生產(chǎn)意義。

圖6 黃原膠和復(fù)配穩(wěn)定劑對復(fù)合乳飲料表觀黏度的影響Fig.6 Effect of xanthan gum and composite stabilizer on the viscosity of milk-based beverage

3 結(jié)論

在單因素試驗得到復(fù)合乳飲料最佳配方的基礎(chǔ)上，獲得了3種穩(wěn)定劑(CMC-Na、黃原膠和海藻酸鈉)對復(fù)合乳飲料穩(wěn)定性的影響，結(jié)果顯示這3種穩(wěn)定劑的臨界添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為CMC-Na 0.20%、黃原膠0.15%和海藻酸鈉0.25%，說明黃原膠具有較好的穩(wěn)定作用。通過流變學(xué)特性研究發(fā)現(xiàn)黃原膠的增稠作用較強，推測復(fù)合乳飲料的穩(wěn)定效果可能通過增強穩(wěn)定劑溶液的黏度來實現(xiàn)。

通過響應(yīng)面優(yōu)化得到3種穩(wěn)定劑的復(fù)配配方為：CMC-Na 0.022%、黃原膠0.045%、海藻酸鈉0.075%，得到最低離心沉淀率為2.61%。CMC-Na、黃原膠、海藻酸鈉在提高獼猴桃椰汁復(fù)合乳飲料的穩(wěn)定性上存在一定程度的交互作用。在控制復(fù)合乳飲料穩(wěn)定性效果相同的情況下，復(fù)配可以降低單一穩(wěn)定劑的添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))并且使復(fù)合乳飲料體系具有更低的黏度，在一定程度上避免了飲料因穩(wěn)定劑添加過多而變稠從而影響口感的問題。