柑橘加工常用技術(shù)（5）
——砂囊飲料成品的生產(chǎn)技術(shù)

方修貴黃洪舸曹雪丹趙 凱章作波

（1.浙江省柑橘研究所 臺州318026；2.浙江省臺州一罐食品有限公司）

編者按：我國的柑橘產(chǎn)量居世界第一，柑橘加工業(yè)是柑橘產(chǎn)業(yè)鏈的重要延伸，發(fā)展柑橘加工業(yè)對提升我國柑橘產(chǎn)業(yè)競爭力具有重要意義。本文是作者根據(jù)多年試驗(yàn)與實(shí)踐，并參考國內(nèi)外加工技術(shù)而集成，著重論述了各種柑橘加工產(chǎn)品如柑橘罐頭、柑橘果汁及果汁飲料、柑橘水果茶、柑橘果酒、柑橘果醋、柑橘精油、柑橘果膠及其他功能性物質(zhì)的生產(chǎn)工藝和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。由于篇幅較長，分期連載刊出，以饗讀者。

1 懸浮型砂囊飲料的原理

隨著懸浮型柑橘砂囊飲料的興起與發(fā)展，以及各種新型膠體的問世，其生產(chǎn)技術(shù)也在同步的發(fā)展與完善。從飲料的工藝配方，特別是懸浮理論的探索及新型懸浮劑的開發(fā)方面，都取得了長足的進(jìn)步。

在首個懸浮型果粒飲料品種——柑橘砂囊飲料（又稱“粒粒橙汁”）面世以來，關(guān)于果粒懸浮的原理一直都在被探索，在眾多的研究中Stokes 定律被認(rèn)為是解釋果粒懸浮現(xiàn)象的經(jīng)典理論：該定律又稱“球狀實(shí)體在液體中下沉?xí)r所受阻力的方程”，是由喬治·斯托克斯(1819～1903)在1845年發(fā)現(xiàn)，其定律公式如下：

V—沉降速度，r—顆粒半徑，P2—顆粒密度，P1—液體密度，μ—液體黏度。該定律認(rèn)為，液體中顆粒的沉降速度與顆粒半徑成正比，與顆粒和液體的密度差成正比，與液體比重成反比。

但后來的許多研究表明：依據(jù)該定律來解釋果粒飲料的貨架懸浮問題，還有很多不盡人意之處。研究者發(fā)現(xiàn)：對同一增稠劑或懸浮劑而言，隨其濃度的提高，黏度的增大，汁胞懸浮的時間增長。但有趣的是，在不同增稠劑或懸浮劑之間，即使溶液的黏度相同或相近，汁胞懸浮穩(wěn)定性卻不一定相同，有的甚至差異很大，有些膠體，如CMC、黃原膠等其黏度雖然很高，甚至喪失飲料的適口性，但卻不能使汁胞長時間懸浮。

研究者發(fā)現(xiàn)：在Stokes方程中，容易改變的是顆粒的半徑r，加工到一定的細(xì)度有利降低沉降速度；難以改變的是流體的黏度μ，想無限度地增加液體的黏度來達(dá)到懸浮的目的，必然影響飲料的品質(zhì)；不可以改變的是顆粒密度和流體密度之差“P2-P1”，“P2-P1”永遠(yuǎn)無法為零值（雖然果粒的細(xì)胞壁或汁胞衣為半透膜，果粒中的液相與飲料液相經(jīng)過滲透作用可以達(dá)到平衡，但由于果粒中的非水溶性固形物的存在，其密度是無法與飲料液相相互滲透而達(dá)到平衡的），因此沉降速度只有減緩，但永遠(yuǎn)不會是零值。即不可能實(shí)現(xiàn)所謂的“貨架懸浮”。只有改變飲料的相質(zhì)，即產(chǎn)生凝膠，使飲料從液相變成固相，也就是說μ→∞，才能使V→0，穩(wěn)定懸浮才成為可能。最后研究者發(fā)現(xiàn)：黏度與飲料穩(wěn)定性之間沒有相關(guān)性；而懸浮性和飲料穩(wěn)定性之間相關(guān)顯著。因此，果粒飲料的貨架懸浮實(shí)際上是一種微碎凝膠對果粒的支撐現(xiàn)象（見圖1）。

圖1 果粒懸浮理論模型圖

“凝膠才能懸浮”原理的發(fā)現(xiàn)，不但為果粒懸浮現(xiàn)象作出了合理的解釋，同時也為懸浮飲料中懸浮劑的選擇指明了方向：從理論上講，一切能產(chǎn)生凝膠的單體或復(fù)合膠都可用作懸浮劑。而只會產(chǎn)生黏度不會形成凝膠的膠體不可能單獨(dú)成為懸浮劑。

然而在生產(chǎn)實(shí)際中，真正能作為懸浮劑在生產(chǎn)中應(yīng)用的膠體，還必須具備以下幾個條件：第一，符合食品添加劑的安全性要求；第二，具有很好的風(fēng)味釋放性能，口感優(yōu)良；第三，具有優(yōu)越的耐酸熱分解能力；第四，抗析水性能強(qiáng)；第五，具有較高的凝膠溫度點(diǎn)，便于工藝操作；第六，用量省，具有較好的經(jīng)濟(jì)性能。

2 幾種常用懸浮劑基本性狀比較

2.1 瓊脂

瓊脂（agar），以石花菜屬（Gelidium）及江蘺屬(Gracilaria）的藻類制成的產(chǎn)品。是以半乳糖為主要成分的一種高分子多糖類?；竟羌苡?，3糖苷鍵交替相連的β-D-吡喃半乳糖和α-L-吡喃半乳糖構(gòu)成。瓊脂在1%的濃度時，不需要任何助劑便能形成相當(dāng)結(jié)實(shí)的凝膠。瓊脂最早用于柑橘砂囊飲料的懸浮劑。

2.2 卡拉膠

卡拉膠（carrageenan）是一類從紅藻中提取的水溶性多糖。1960年代Rees等對卡拉膠的組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的研究，證實(shí)卡拉膠是由1,3-β-D-吡喃半乳糖和1,4-α-D-吡喃半乳糖作為基本骨架交替連接而成的線性多糖。根據(jù)半酯式硫酸基在半乳糖上連接的位置不同，可將卡拉膠分為7種類型，分別用希臘字母κ-、μ-、ι-、ν-、λ-、Θ-、η-來表示，目前在工業(yè)上生產(chǎn)和使用的卡拉膠主要有κ-型、ι-型和λ-型三種。

卡拉膠是一種線性多糖化合物，由于殘基上有半酯式硫酸鹽基，因此卡拉膠成為一種離子型分子電解質(zhì)，κ-型對K+敏感，易形成強(qiáng)烈的凝膠；ι-型對Ca2+敏感，易形成強(qiáng)度較高的凝膠；而λ-型不能形成凝膠。κ-型卡拉膠在K+存在下加熱至70℃以上，雙鏈4位負(fù)電荷的硫酸基對準(zhǔn)和接近，被K+中和形成氫鍵，冷卻后可形成熱可逆的凝膠。

2.3 海藻酸鈉

海藻酸鈉(sodium alginate)是從褐藻類的海帶或馬尾藻中提取的一種多糖，是由β-D-甘露糖醛酸和α-L-古洛糖醛酸組成的一種線型聚合物，其分子式為[C6H7O6Na]n，相對分子量在32000～200000道爾頓之間。海藻酸鈉能與二價以上的金屬離子如Ca2+、Ba2+、Al3+等發(fā)生置換反應(yīng)，形成不可逆型凝膠。

海藻酸鈉主要由兩種糖醛酸單體組成，一種是甘露糖醛酸（簡稱M），另一種是古洛糖醛酸（簡稱G）。這兩種糖醛酸的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)十分相似，但當(dāng)其聚合成大分子后的空間結(jié)構(gòu)差異很大。整個海藻酸大分子可由M多聚、G多聚和MG 混合共聚三種不同區(qū)段嵌合而成。從不同的褐藻提取出的海藻酸中兩種單體含量的比例也不同，會影響產(chǎn)品的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。高G 海藻酸鹽產(chǎn)品所形成的凝膠強(qiáng)度高、易碎，有較好的熱穩(wěn)定性；高M(jìn)海藻酸鹽產(chǎn)品所形成的凝膠比較軟，熱穩(wěn)定性差，但是有彈性，凍融穩(wěn)定性較好。不同褐藻中提取出的海藻酸產(chǎn)品其M:G值不同，海帶中提取的海藻酸的M含量偏高，極北海帶、巨藻中提取的海藻酸的G含量較高。

2.4 黃原膠-甘露聚糖

黃原膠(xanthan gum)是1950年代美國農(nóng)業(yè)部從野油菜黃單孢菌(Xanthomonas campestris)中發(fā)現(xiàn)的中性水溶性多糖。其分子量在（2～50）×106道爾頓之間。美國FDA于1969年批準(zhǔn)可將其作為不限量的食品添加劑，1980年，歐洲經(jīng)濟(jì)共同體也批準(zhǔn)將其作為食品乳化劑和穩(wěn)定劑。

黃原膠有一個顯著的特征是其與甘露聚糖的協(xié)同效應(yīng)，如槐豆膠、瓜爾豆膠等。當(dāng)黃原膠與甘露聚糖混合時，其混合物黏度較之其中任何一種單獨(dú)存在時都明顯增加。這一特性使得黃原膠與甘露聚糖的復(fù)合物能用作果粒飲料懸浮劑。黃原膠與甘露聚糖同促作用在懸浮飲料中得到廣泛應(yīng)用，主要有：黃原膠-魔芋膠和黃原膠-槐豆膠的兩種組合。

2.4.1 黃原膠-魔芋膠。魔芋膠（konjac gum）的主要成分是葡甘露聚糖，分子式為[C6H10O5]n，是由D-葡萄糖和D-甘露糖按1:1.6摩爾比以β-1,4糖苷鍵連接而成的雜多糖。

黃原膠和魔芋膠都是非凝膠多糖，但將二者按一定比例混合可以出現(xiàn)協(xié)同作用，得到凝膠，當(dāng)黃原膠與魔芋膠的比例為7:3(m:m)，總含量為1.0%時，協(xié)同效應(yīng)達(dá)到最大值?；旌隙嗵悄z凝化能力不僅與混合比例有關(guān)，還與飲料體系中鹽離子濃度有關(guān)，鹽離子濃度為0.2mol·L-1時，凝膠強(qiáng)度最大。

2.4.2 黃原膠-槐豆膠?；倍鼓z（locust bean gum）是產(chǎn)于地中海一帶的刺槐樹種子加工而成的植物籽膠，是一種以半乳糖和甘露糖殘基為結(jié)構(gòu)單元的多糖化合物，單體不會凝膠。

當(dāng)槐豆膠與黃原膠的比例為2:8時，混合液的黏度最高，其協(xié)效性最好。

2.5 低酯果膠

果膠（pectin） 是從柑橘果皮等提取的一種植物膠，是以聚半乳糖醛酸為基本骨架的高分子多糖，按照其分子中半乳糖醛酸上羧基酯化度的不同，分為高酯（HMP）果膠（酯化度＞50%）和低酯(LMP)果膠（酯化度＜50%）。

HMP 果膠依靠氫鍵與糖、酸結(jié)合形成凝膠，所要求的糖濃度較高，從而一般難以在懸浮飲料中得到應(yīng)用。而LMP 果膠依靠游離羧基與多價陽離子形成離子鍵凝膠，因此只需有一定濃度的陽離子的存在和一定的溫度條件就可以在少糖或無糖的條件下形成膠凝。LMP 果膠是一種對酸性較穩(wěn)定的多糖，在pH值3.1左右時凝膠強(qiáng)度和黏度最大。因此，當(dāng)用LMP 果膠作穩(wěn)定劑時，在不影響懸浮飲料滋味前提下要盡可能地將pH值調(diào)低。

2.6 結(jié)冷膠

結(jié)冷膠（gellan gum）是一種陰離子線型微生物多糖，美國Kelco公司于1980年代開發(fā)的新一代微生物多糖，它是在有氧條件下由鞘脂單胞菌(Sphingomonas paucimobilis)產(chǎn)生的。1978年首次由美國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，1988年日本成功地完成了結(jié)冷膠的毒理實(shí)驗(yàn)并準(zhǔn)許結(jié)冷膠在食品中應(yīng)用，在1992年得到美國FDA 的許可應(yīng)用于食品飲料中，歐共體1994年正式列入食品安全代碼(E-418)，我國在1996年批準(zhǔn)其作為食品增稠劑、穩(wěn)定劑使用。

結(jié)冷膠多糖主鏈結(jié)構(gòu)是一個線性四糖重復(fù)單位，由β-D-葡萄糖、β-D-葡萄糖醛酸和α-L-鼠李糖作為重復(fù)單元以2:1:1的摩爾比聚合成長鏈分子；相對分子質(zhì)量約為0.5×106道爾頓。高?；Y(jié)冷膠和低酰基結(jié)冷膠的區(qū)別在于：高?；Y(jié)冷膠在第1個葡萄糖基的C-3位置上有1個甘油酯基，C-6位置上有1個乙?；渲衅咸烟侨┧峥杀籏+、Ca2+、Na+、Mg2+中和形成混合鹽。用pH值為10的堿液處理高?；Y(jié)冷膠可得到低?；Y(jié)冷膠，低酰基結(jié)冷膠形成的凝膠結(jié)實(shí)有脆性，類似于瓊脂。

2.6.1 低酰結(jié)冷膠。低酰基結(jié)冷膠依靠其游離基團(tuán)與二價金屬離子形成凝膠的特性，與適量的Ca2+、Mg2+等離子結(jié)合形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，既具有良好的承托力，又具有假塑性和極低的黏性，使飲料保持良好的流動性及懸浮能力，在酸性條件下也很穩(wěn)定，因此在果粒懸浮飲料中有很好的應(yīng)用價值。

2.6.2 高酰結(jié)冷膠。高?；Y(jié)冷膠的凝膠柔軟而富有彈性，其凝膠質(zhì)構(gòu)適應(yīng)于很多食品的需求。在乳品懸浮中，高?；Y(jié)冷膠在低濃度時的流變性能發(fā)揮良好的懸浮作用，高?；Y(jié)冷膠廣泛地應(yīng)用于乳品中懸浮果肉，可可粉等。高?；Y(jié)冷膠在在酸奶中應(yīng)用優(yōu)勢有以下幾點(diǎn)：具有與酪蛋白相溶性，不會像低?；Y(jié)冷膠一樣形成掛壁現(xiàn)象；具低用量、結(jié)構(gòu)復(fù)原特性良好等特性。在含有纖維的果汁飲料和豆制品飲料中，高?；Y(jié)冷膠也可以良好地發(fā)揮懸浮作用而不產(chǎn)生沉淀。高?；Y(jié)冷膠于70℃左右形成柔軟、彈性的凝膠，且無溫度滯后性。

由于高酰結(jié)冷膠具用量省，凝膠溫度點(diǎn)高，抗析水、不掛壁等優(yōu)點(diǎn)，目前被廣泛應(yīng)用于“懸浮砂囊牛奶”飲料中。

表1 幾種膠體的懸浮性狀比較

圖2 幾種懸浮膠體的性能比較示意圖

通過以上闡述，對幾種適合用于懸浮飲料的膠體主要性狀匯總成表1及圖2。

3 懸浮飲料生產(chǎn)中常見的工藝問題及解決方法

3.1 懸浮劑的酸熱降解

懸浮劑的酸熱降解是影響懸浮型果粒飲料穩(wěn)定性的關(guān)鍵因子。酸熱條件能加劇膠體的分解失效，最明顯的有瓊脂、卡拉膠、甘露聚糖類，果膠與結(jié)冷膠的耐酸熱性稍強(qiáng)。膠體的分解,會嚴(yán)重影響懸浮效果。在生產(chǎn)實(shí)踐中，如果配料過程中膠體加熱時間過長，加酸時間過早，或由于貯料桶容量過大，造成熱料貯存時間過長，都會造成懸浮困難，或同一批量產(chǎn)品中初灌裝產(chǎn)品與末灌裝產(chǎn)品質(zhì)量不一致的情況。為了解決這個問題,在生產(chǎn)中可采取熱溶膠，冷配料，超高溫瞬時滅菌，限量貯料，限時灌裝及快速冷卻的生產(chǎn)工藝。用此工藝生產(chǎn)懸浮型果粒飲料，可明顯降低懸浮劑的使用量，并使同一批次產(chǎn)品質(zhì)量保持一致。

3.2 析水

懸浮型果粒飲料經(jīng)常出現(xiàn)的一個產(chǎn)品缺陷是析水現(xiàn)象，即在飲料上部出現(xiàn)一段既不含懸浮劑，又不含果粒的透明層，與下部飲料體形成明顯界限，極不雅觀，易被消費(fèi)者誤認(rèn)為飲料變質(zhì)。

由于采用懸浮劑的不同，析水現(xiàn)象的出現(xiàn)可分為兩種原因。第一，利用瓊脂等剛性膠體作為懸浮劑的，如果在懸浮劑的凝膠溫度點(diǎn)附近受到機(jī)械振動，如生產(chǎn)過程中邊冷卻邊搖動等操作都會引起膠體凝膠狀態(tài)的破壞，形成不完全凝膠，析出部分自由水，同時產(chǎn)生絮狀的膠體凝聚物。因此，以此類膠體制作果粒飲料時，嚴(yán)禁在膠凝點(diǎn)附近受到機(jī)械振動。因此，同時均粒時過分的劇烈搖動，也會使凝膠發(fā)生破壞，產(chǎn)生膠體析水現(xiàn)象，只有在其凝膠完全形成后，才可進(jìn)行均粒處理。第二，以黃原膠-甘露聚糖類膠體作為懸浮劑時，其凝膠作用主要是靠兩種膠體經(jīng)物理嵌合及氫鍵締合而形成，若在形成凝膠后受到稍強(qiáng)的機(jī)械振蕩，很容易使氫鍵遭到破壞，使凝膠現(xiàn)象部分或全部消失，從而產(chǎn)生脫水或沉淀，故此類膠體應(yīng)在膠凝初始期(45℃左右)均粒，此時稍加搖動，便可達(dá)到均粒效果，不會造成氫鍵的破壞。

3.3 果粒的運(yùn)輸沉降(振蕩位移)

懸浮型果粒飲料在生產(chǎn)銷售過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)這樣的問題：即生產(chǎn)出懸浮良好的產(chǎn)品，經(jīng)長期運(yùn)輸?shù)竭_(dá)銷售點(diǎn)時，發(fā)現(xiàn)果粒已全部沉降至容器底部，這是由于運(yùn)輸過程中受到長時間的振蕩而產(chǎn)生的機(jī)械位移。單體膠所產(chǎn)生的振蕩位移在重新均粒后仍能恢復(fù)懸浮(真性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu))。而黃原膠-甘露聚糖等復(fù)合膠發(fā)生的振蕩位移重新均粒后不能恢復(fù)懸浮(假性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu))，主要原因是互配膠體間的氫鍵遭到了破壞。但重新加熱至膠凝溫度點(diǎn)以上，氫鍵重新締合，假性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能重新形成,恢復(fù)懸浮。生產(chǎn)廠家可以根據(jù)銷售運(yùn)輸距離的長短，通過調(diào)節(jié)膠體用量，改變膠體的凝膠強(qiáng)度，以減少或克服振蕩位移。

懸浮型果粒飲料是一個復(fù)雜的體系，Stokes 方程不適宜用于解釋這個體系，“凝膠才能懸浮”的原理是果粒懸浮飲料工藝及懸浮劑配方開發(fā)的依據(jù)。

要保持懸浮飲料的穩(wěn)定性，關(guān)鍵在于根據(jù)不同的飲料品種，選擇相應(yīng)性能的懸浮劑，懸浮劑性能包括膠體的抗酸熱分解能力，懸浮強(qiáng)度，抗脫水性、掛壁現(xiàn)象及凝膠點(diǎn)溫度等。單從懸浮劑的優(yōu)劣來討論懸浮飲料的穩(wěn)定性是片面的。制作懸浮飲料的工藝條件，對膠體的凝膠性能和飲料的穩(wěn)定性也有很大的影響：采用熱溶膠、冷配料、后酸化。超高溫瞬時滅菌、限量熱貯料及裝瓶后快速冷卻的工藝路線來降低懸浮劑的酸熱降解?？杀ＷC同一批次產(chǎn)品質(zhì)量的一致性；在凝膠溫度點(diǎn)保持靜態(tài)凝膠及均粒時避免劇烈振蕩，可明顯減少膠體的析水現(xiàn)象；根據(jù)產(chǎn)品運(yùn)輸距離的遠(yuǎn)近及運(yùn)輸條件的差異調(diào)節(jié)懸浮劑的用量以防止產(chǎn)生運(yùn)輸沉降。只有懸浮劑的選擇與飲料生產(chǎn)工藝的有機(jī)結(jié)合，才能獲得滿意懸浮效果。

要徹底、高效地解決懸浮型果粒飲料生產(chǎn)過程中存在的問題。還期待于高度耐酸熱降解、凝膠溫度點(diǎn)高、不影響飲料風(fēng)味同時抗析水性能強(qiáng)的新型懸浮劑的開發(fā)研制。新型膠體的開發(fā)應(yīng)用及各種膠體的有機(jī)復(fù)配有助于獲得滿意的產(chǎn)品，這是懸浮型果粒飲料今后的研究發(fā)展方向。

圖3 果粒懸浮飲料加工工藝流程圖

4 懸浮型砂囊飲料的生產(chǎn)技術(shù)

4.1 配方

1000kg 柑橘砂囊懸浮飲料成品參考配方如下：白砂糖30～50kg，71°Bx果葡糖漿100～120 kg，柑橘原汁100kg，柑橘砂囊50kg，懸浮劑膠體0.2～1.5kg，檸檬酸：1.5～2.5kg，蘋果酸0.5～0.8kg，檸檬酸鈉0.5～0.75kg，維生素C0.3～0.5kg，水溶性β-胡蘿卜素和橙汁香精適量，凈化水定容至1000kg。

圖4 正弦泵輸送顆粒原理圖

4.2 工藝流程（見圖3）

4.3 操作要點(diǎn)：

4.3.1 砂囊半成品清洗：因?yàn)闂崭躺澳液休^多的檸檬苦素等苦味物質(zhì)，在加工成品時，必須對柑橘砂囊進(jìn)行清洗，以減少苦味，一般用無菌水漂洗2～3遍。

4.3.2 配料：配料先用50%的水化開白糖及懸浮劑，然后加入果汁及剩余50%的冷水，然后加入其它輔料，為了防止懸浮劑膠體的分解，檸檬酸最后加入。湯料配好后的溫度為60℃左右，然后經(jīng)120目過濾。

4.3.3 包裝容器滅菌：過濾后的湯料用超高溫瞬時滅菌器滅菌，滅菌溫度為110～115℃，滅菌時間為1～1.5min。

4.3.4 灌裝：將清洗后的砂囊與滅菌湯料混合，在100r/min 左右的轉(zhuǎn)速攪拌下一次性灌裝，可調(diào)整轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)灌裝均勻度。

砂囊的輸送采用正弦泵進(jìn)行（圖4），正弦泵不使用轉(zhuǎn)子、齒輪、活塞等裝置，而是采用了特殊制造的葉片，葉片形狀如兩條正弦波曲線。同時與一個活動刮板和一個固定襯套共同動作。構(gòu)成一種特殊形式的容積泵。這樣可實(shí)現(xiàn)流體的超低剪切、無脈沖輸送。是高黏度或帶固體顆粒無破損輸送的最佳設(shè)備。

4.3.5 巴氏滅菌：有灌裝溫度低于75℃時，灌裝后的產(chǎn)品必須進(jìn)行后殺菌，殺菌條件一般為85℃，15min。

4.3.6 冷卻均粒：本產(chǎn)品殺菌冷卻后必須進(jìn)行均粒，使砂囊懸浮均勻。勻粒時不可用力過大，以免產(chǎn)生氣泡。

4.3.7 檢驗(yàn)：砂囊中極易帶入雜質(zhì)，檢驗(yàn)時必須360℃轉(zhuǎn)動瓶子，仔細(xì)燈檢。