速凍沙果營養(yǎng)成分分析及其飲料配方的優(yōu)化

王兵琦，郎秀杰，郭成宇，孔凡品，馬吉瑤

（齊齊哈爾大學食品與生物工程學院，黑龍江省果蔬雜糧飲品工程技術研究中心，黑龍江齊齊哈爾161006）

沙果（Malus asiatica Nakai），呈現(xiàn)扁圓形，直徑4 cm～5 cm，黃色或紅色，味道有些酸澀，含有豐富的維生素、有機酸[1]，具有除煩消食、積滯和化、止渴生津、明目泄火、驅蟲殺蟲、解毒的作用。沙果耐寒性強、豐產性好、是內蒙古東北部、黑龍江等地主載品種和產量最高的水果[2]。果皮脆而帶有韌性，果肉黃白色，具有以醇類為主清香氣味[3]，沙果特有的香味可以改善壓力過大造成的不良情緒。據(jù)研究表明，70%左右的疾病易發(fā)生在酸性體質的人身上，而沙果是堿性食品，吃沙果可以迅速中和體內過多的酸性物質（包括運動產生的酸及魚、肉等酸性食品在體內產生的酸性代謝產物），增強體力和抗病能力。而試驗采用的是地處于北緯47°的龍江縣的速凍沙果，使用速凍和冷凍的保藏方法延長了沙果的保質期，通過大量試驗發(fā)現(xiàn)速凍沙果的口感、外觀和營養(yǎng)成分沒有太大變化，速凍沙果和新鮮沙果里都含有較為豐富的微量元素和蛋白質[4]。本文以此沙果飲料作為研究對象，并對它的加工配方進行調整優(yōu)化，使得該產品具有較高的經(jīng)濟價值[5-6]。

1 材料和方法

1.1 主要材料

新鮮沙果：齊齊哈爾市龍江縣；黃原膠、異VC-Na、白砂糖、檸檬酸：市售。

1.2 儀器與設備

DJM-90L系列膠體磨、實驗型1003高壓均質機：上海東華高壓均質機廠；BS 224 S電子天平：賽多利斯科學儀器北京有限公司；SYQ-DSK-280手提式不銹鋼壓力蒸汽滅菌器：上海申安醫(yī)療器械廠；7500電感耦合等離子質譜儀：上?？茣钥茖W儀器有限公司；TGL-16B高速離心機：上海菲恰爾分析儀器有限公司；1100LC/MSD液相色譜/質譜聯(lián)用儀：美國安捷倫；Nano-ZS90型馬爾文粒徑分析儀、kinexusPro+高級旋轉流變儀：英國馬爾文儀器有限公司。

1.3 檢測方法

1.3.1 沉淀率的測定

用沉淀率表示速凍沙果飲料體系的穩(wěn)定性，穩(wěn)定系數(shù)值越大，飲料體系的穩(wěn)定性越差。將速凍沙果飲料置于有刻度的離心管中，以3 500 r/min的轉速離心15 min，倒出上清液，取沉淀物，100℃烘干15 min得到沉淀物。計算公式如下[7]：

1.3.2 粒徑的測定

采用BT-9300H激光粒度分布儀對速凍沙果飲料的體系進行檢測，測定范圍為0.1 nm～10 000 nm。

1.3.3 總糖的測定

參考廉愛農法。

式中：m1為費林甲、乙液5 mL相當于葡萄糖的質量，g；m為稱取葡萄糖的質量，g；V1為正式標定時消耗葡萄糖溶液的總體積，mL。

式中：X為試樣中總糖的含量，g/L；V2為滴定時消耗試樣水解液的體積，mL；V3為吸取試樣的體積，mL。m1為費林甲、乙液5 mL相當于葡萄糖的質量，g。

1.3.4 感官評價

感官評價小組由食品工業(yè)從事人員和消費群體組成，從色澤、氣味、口感及組織狀態(tài)等方面進行評分[8]。同時根據(jù)沙果汁感官評價標準進行打分，打分采取百分制。速凍沙果飲料感官評價具體打分標準見表1。

表1 速凍沙果飲料感官評定標準Table 1 Sensory evaluation criteria for quick-frozen sand fruit drinks

1.4 速凍沙果飲料工藝流程

1.4.1 速凍沙果飲料流程

1.4.2 工藝流程要點

1）原料的預處理：新鮮沙果在-28℃速凍3 h，放置-4℃儲存。

2）化膠：將稱好的白砂糖、黃原膠與100 mL純凈水混合均勻后置于溫度為70℃～80℃[9]的水浴鍋中，高速攪拌15 min，待膠體呈澄清、透明狀即為膠體完全溶解。

3）磨漿：采用磨漿機磨漿兩次。

4）調配、定容：將化好的黃原膠緩緩的倒入沙果漿中，邊倒邊攪拌，至混合均勻。

5）均質：采用20℃20 MPa進行均質1次。

6）滅菌：將調配好的沙果飲料進行灌裝，殺菌條件為100℃30 min。

1.5 單因素試驗

1.5.1 果汁添加量對配方的影響

沙果果汁添加量分別為10%、20%、30%和40%，白砂糖添加量為6%，檸檬酸添加量為0.1%，根據(jù)感官評價得分確定最佳添加量。

1.5.2 白砂糖添加量對配方的影響

白砂糖添加量分別為5%、6%、7%、8%和9%，果汁添加量為30%，檸檬酸添加量為0.1%，根據(jù)感官評價得分確定最佳添加量。

1.5.3 檸檬酸添加量對配方的影響

檸檬酸添加量分別為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%，果汁添加量為30%，白砂糖添加量為7%，根據(jù)感官評價得分確定最佳添加量。

1.5.4 黃原膠添加量對配方的影響

黃原膠添加量分別為0.2%、0.3%、0.4%、0.5%和0.6%，果汁添加量為30%，白砂糖添加量為7%，檸檬酸添加量為0.1%，根據(jù)感官評價得分和沉淀率確定最佳添加量。

1.6 響應面試驗

在單因素試驗結果的基礎上，選擇不同用量的白砂糖、檸檬酸和黃原膠并以感官評價和沉淀率為指標進行響應面試驗，以各因素的最好的3個水平進行響應面試驗，來確定速凍沙果飲料的最優(yōu)配方；飲料配方響應面試驗因素與水平設計見表2。

表2 試驗因素與水平Table 2 Test factors and levels

2 結果與分析

2.1 沙果營養(yǎng)成分比較

沙果部分營養(yǎng)成分見表3。

將龍江縣沙果與李艷梅等[10]、路濱鍵等[11]研究的沙果進行部分營養(yǎng)成分對比，結果如圖1～圖4所示。

表3 沙果部分營養(yǎng)成分Table 3 Nutritional composition of sand fruit

圖1 土右旗沙果、123蘋果、沈農2號蘋果、龍江縣沙果的維生素C含量Fig.1 Vitamin C content of Tuyouqi sand fruit，123 apple，shennong No.2 apple and Longjiang County sand fruit

維生素C是人體內不能合成但不獲缺基礎物質，臨床上廣泛用于輔助治療多種腫瘤[12]和癌癥，此外還具有防治壞血病、加快傷口愈合和增強機體的抗氧化能力。由圖1可知，龍江縣沙果中維生素含量豐富，分別是土右旗沙果5.1倍、123蘋果的4.25倍、沈農2號蘋果的3.38倍。

圖2 土右旗沙果、123蘋果、沈農2號蘋果、龍江縣沙果的蛋白質含量Fig.2 Protein content of Tuyouqi sand fruit，123 apple，shennong No.2 apple and Longjiang County sand fruit

圖3 嘎啦、紅勛5號、新疆2號、龍江縣沙果的鋅元素含量Fig.3 Zinc content of sand fruit in gara，hongxun 5，Xinjiang 2 and Longjiang County

圖4 123蘋果、沈農2號蘋果、龍江縣沙果、土右旗沙果的灰分含量Fig.4 Ash content of 123 apple，shennong No.2 apple，Longjiang County sand fruit and Tuyouqi sand fruit

蛋白質的含量是評價果蔬營養(yǎng)的一個重要指標，參與果蔬中多種代謝過程的調控，與果蔬的生長發(fā)育有著密切的關系。由圖2可知，龍江縣沙果中蛋白質的含量高達3.31%，其含量遠遠高于嘎啦、紅勛5號和新疆2號。

鋅元素在體內的主要作用是參與許多金屬酶的形成，如堿性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）為鋅的結合酶，鋅含量不足時，會導致骨中的磷酸鹽水解，骨量降低；此外鋅元素還具有激活胸腺細胞，增強免疫反應和T細胞功能的作用[13]。由圖3可知，龍江縣沙果中的鋅元素含量高達94.1 mg/kg，其含量遠遠高于嘎啦、紅勛5號和新疆2號。

在形成灰分的過程中，有機成分揮發(fā)散去，殘留下的無機成分被稱作灰分，灰分是食品中無機成分的總和。123蘋果、沈農2號蘋果、龍江縣沙果、土右旗沙果的灰分含量依次為0.32%、0.31%、0.36%、0.4%。

2.2 單因素試驗

2.2.1 果汁添加量對飲料品質的影響

果汁添加量對飲料品質的影響見圖5。

由圖5可知，白砂糖添加量為6%，檸檬酸添加量為0.1%，果汁添加量為30%時，速凍沙果飲料感官得分較高；當果汁的添加量為10%和20%時，速凍沙果飲料里的固形物含量較少，沙果香氣較淡；當果汁添加量為40%時，與30%的果汁添加量的感官得分相差不大。因此，確定果汁添加量為30%。

圖5 果汁添加量對飲料感官評價和固形物含量的影響Fig.5 Effect of juice addition amount on sensory evaluation and solid content of beverage

2.2.2 白砂糖添加量對飲料品質的影響

白砂糖添加量對飲料品質的影響見圖6。

圖6 白砂糖添加量對飲料感官評價的影響Fig.6 Effect of white granulated sugar on sensory evaluation of beverage

由圖6可知，果汁添加量為30%，檸檬酸添加量為0.1%，白砂糖添加量為6%、7%和8%，沙果飲料的感官得分較高，當白砂糖的添加量為9%和10%時，總糖含量達到了254、282 g/L，失去了飲料酸甜的口感。因此，選取白砂糖添加量6%、7%和8%，進行響應面試驗。

2.2.3 檸檬酸添加量對飲料品質的影響

檸檬酸添加量對飲料品質的影響見圖7。

圖7 檸檬酸添加量對飲料感官評價和pH值的影響Fig.7 Effect of citric acid content on sensory evaluation and pH of beverage

由圖7可知，果汁添加量為30%，白砂糖添加量為7%，檸檬酸添加量0.1%、0.2%和0.3%，沙果飲料的感官得分較高；當檸檬酸的添加量為0.4%和0.5%時，沙果飲料體系的pH值達到3.81和3.68，口感較酸，使感官評價得分較低；因此，選取檸檬酸添加量為0.1%、0.2%和0.3%，進行響應面試驗。

2.2.4 黃原膠添加量對飲料品質的影響

黃原膠添加量對飲料品質的影響見圖8。

圖8 黃原膠添加量對飲料感官評價和穩(wěn)定性的影響Fig.8 Effect of xanthan gum on sensory evaluation and stability of beverage

由圖8可知，果汁添加量為30%，白砂糖添加量為7%，檸檬酸添加量為0.1%，黃原膠添加量為0.3%、0.4%、0.5%，感官得分較高；隨著黃原膠添加量的增加，產品的沉淀率呈下降趨勢。

2.3 響應面試驗

2.3.1 響應面試驗結果及方差分析

按照響應面試驗設計組合進行試驗，將成品靜置（48±2）h后進行理化指標和感官評價的檢測。響應面試驗結果及方差分析表見表4、表5。

表4 響應面試驗Table 4 Response surface orthogonal test

續(xù)表4 響應面試驗Continue table 4 Response surface orthogonal test

表5 多元回歸模型方差分析表Table 5 Multivariate regression model analysis of variance

從表4可以看出，第17次試驗的感官評分達到最大值，為95.9分；第9次試驗感官評分最小，為83.5分。在17組試驗中，隨著黃原膠含量的增加，產品的沉淀率呈降低趨勢，表明產品的穩(wěn)定性越好；17組試驗產品都呈現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性，綜合產品感官評價得分，初步選定第17組為產品試驗的配方。

由表5可知，模型中的F=8.16，p=0.005 7，表示該模型的相關性是顯著的。黃原膠的用量對沙果飲料有顯著的影響（p=0.011 1＜0.050 0）；二次項中，白砂糖和黃原膠的含量均對速凍沙果飲料有顯著的影響（p＜0.050 0）；交互作用項中，白砂糖和黃原膠的含量對飲料的影響最為顯著，其它的顯著性不是非常的明顯。對數(shù)據(jù)分析得到感官得分與響應面之間的模擬回歸方程為[14]：

R1=95.60+0.87A+0.41B+0.39C+0.48AB+2.63AC-1.40A2-1.85B2-4.35C2。決定系數(shù) R2為 0.913 0，證明這個模型可以解釋91.30%的響應值的變化，并且，模型的模擬程度良好，適合對速凍沙果飲料的分析和預測。

2.3.2 響應面曲面圖和等高線圖分析

各因素間的交互作用如圖9～圖11所示。

圖9 檸檬酸與白砂糖添加量對速凍沙果飲料感官評價影響的等高線圖及響應面圖Fig.9 Contour map and response surface diagram of the effect of citric acid and sugar addition on sensory evaluation of quick-frozen sand fruit beverage

圖10 檸檬酸與黃原膠添加量對速凍沙果飲料感官評價影響的等高線圖及響應面圖Fig.10 Contour map and response surface diagram of the effects of citric acid and xanthan gum addition on sensory evaluation of quickfrozen sand fruit beverage

圖11 白砂糖與黃原膠添加量對速凍沙果飲料感官評價影響的等高線圖及響應面圖Fig.11 Contour map and response surface diagram of the influence of the amount of white granulated sugar and xanthan gum on the sensory evaluation of quick-frozen sand fruit beverage

由圖9和圖10可以看出，等高線圖呈現(xiàn)出橢圓形，說明檸檬酸和白砂糖及檸檬酸和黃原膠的交互作用都為顯著。由圖10可知，隨著檸檬酸和白砂糖量的增加，速凍沙果飲料的感官評價R值表現(xiàn)出先增后減少的趨勢；在靠近檸檬酸的一側看，曲線相對陡峭；從靠近白砂糖的一側看，曲線相對平緩，說明檸檬酸對飲料的影響高于白砂糖的影響。由圖11可知，在靠近黃原膠0.4%兩側的曲面比較陡，在靠近檸檬酸一側的曲面比較平緩，在接近檸檬酸和黃原膠中心點處的感官得分最高，因此，檸檬酸、黃原膠和白砂糖的添加量的多少在一定程度上都會影響速凍沙果飲料的感官品質。

2.3.3 模型驗證

由Design expert 8.0.6.1軟件處理數(shù)據(jù)后分析結果，在沙果汁為30%的條件下，預測速凍沙果飲料的最佳配方為A檸檬酸含量：0.28%；B白砂糖含量：6.73%；C黃原膠含量：0.4%。此條件下感官評分為95.6分。為驗證響應面法結果的可信性，用最佳飲料配方進行檢驗，檸檬酸添加量為0.28%、白砂糖添加量為6.73%、黃原膠添加量為0.4%，在此條件下，沙果飲料感官評分達95.9分；與響應面預測的理論值95.6分相差不大，并且略高于最佳單因素配方的感官評分，即檸檬酸添加量為0.2%、白砂糖添加量為7%、黃原膠添加量為0.4%。證明響應面優(yōu)化的沙果飲料配方可靠，也表明響應面法應用于調配飲料配方是可行的。

2.4 成品分析

制取一組磨漿2次，白砂糖添加量為7%，檸檬酸添加量為0.2%，黃原膠添加量為0.4%，均質壓力為20 MPa，滅菌溫度為100℃30 min的樣品。測定速凍沙果飲料樣品的流變學變化、粒徑分布特征和營養(yǎng)成分。

2.4.1 速凍沙果飲料流變學特征分析

在常溫和不同剪切速率的作用下，速凍沙果飲料剪切速率與剪切應力和表觀黏度之間的關系測定結果如圖12所示。

圖12 速凍沙果飲料剪切速率與剪切應力和表觀黏度曲線圖Fig.12 Curve of shear rate,shear stress and apparent viscosity of quick-frozen sand fruit juice

該產品使用的是比高分子親水膠具有更多官能團的耐酸、耐熱的黃原膠，與速凍沙果飲料中的親水性物質結合形成網(wǎng)狀螺旋復合體[15]。由圖12可知，隨著剪切速率的增加，表觀黏度呈下降趨勢，而剪切應力隨著剪切速率的增加呈直線上升趨勢，使整體表現(xiàn)出剪切變稀[16]。剪切速率在0.1 s-1～0.193 1 s-1之間時，表觀黏度表現(xiàn)為逐漸下降，在低剪切速率的破壞下，分子結構能恢復到復合的網(wǎng)狀螺旋狀態(tài)，進一步體現(xiàn)了速凍沙果飲料體系的剪切稀釋性。在0.139 s-1～100 s-1的高剪切速率的破壞下，表觀黏度近似呈現(xiàn)出直線下降，復合的網(wǎng)狀螺旋體結構被破壞，剪切變稀，使速凍沙果飲料體系表現(xiàn)出了很明顯的假塑性[17]，這種特點有利于速凍沙果飲料在生產的管道中流體流動，減少輸送耗能[18]。

2.4.2 速凍沙果飲料粒徑檢測

速凍沙果飲料粒徑分布見表6。速凍沙果飲料粒徑分布見圖13。

表6 速凍沙果飲料粒徑分布表Table 6 Particle size distribution table of quick-frozen sand fruit drink

圖13 速凍沙果飲料粒徑分布圖Fig.13 Particle size distribution of quick-frozen sand fruit juice

從表6中可以看出：速凍沙果飲料粒徑分布范圍為553.2 nm～995.1 nm，553.2 nm（含量8.4%），640.7 nm（含量24.9%），741.9 nm（含量 32.7%），859.2 nm（含量24.8%），995.1 nm（含量9.1%），總體上速凍沙果飲料平均粒徑小于1 μm；根據(jù)斯托克斯公式可知，體系的穩(wěn)定性與粒子的半徑的平方成正比，粒子的半徑越大，則越沉淀，而該產品表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性（沉淀率為0.10%）。從圖13可以看出，平均分散系數(shù)為0.139，速凍沙果飲料中的粒徑分布相對聚集，呈獨峰分布，說明速凍沙果飲料的顆粒具有相似的半徑。通過觀察粒子的大小及分布情況，可以大致的判斷出速凍沙果飲料的穩(wěn)定性，以上分析說明產品的穩(wěn)定性較好，在貨架期間不易出現(xiàn)分層的情況。

2.4.3 速凍沙果飲料營養(yǎng)成分分析

速凍沙果飲料營養(yǎng)成分見表7。

表7 速凍沙果飲料營養(yǎng)成分Table 7 Nutritional components of quick-frozen sand fruit drinks

試驗使用的速凍沙果中含有市售沙果中沒有的煙酸，并且煙酸在飲料中的含量為250 mg/L，煙酸在人體內轉化為煙酰胺，煙酰胺是輔酶Ⅰ和輔酶Ⅱ的組成部分，參與體內脂質代謝，組織呼吸的氧化過程和糖類無氧分解等重要過程[19]。此外，速凍沙果中硒元素的含量是市售沙果中的1.27倍，硒元素是一種很好的抗氧化劑，可防止因氧化而引起的衰老、組織硬化，也可以減慢其變化的速度，并且它還具有活化免疫系統(tǒng)，預防癌癥的功效。因此，試驗所采用的沙果具有很深的開發(fā)潛能。

3 結論

試驗以龍江縣的速凍沙果為原料，通過單因素試驗初步探索了速凍沙果飲料的最佳果汁添加量、最適甜度、酸度和穩(wěn)定性。然后采用響應面優(yōu)化試驗獲得了速凍沙果飲料的最佳基本配方：果汁含量為30%、檸檬酸添加量為0.2%、白砂糖添加量為7%、黃原膠添加量為0.4%。

在磨漿2次，均質壓力為20 MPa，白砂糖添加量為7%，檸檬酸添加量為0.2%，黃原膠添加量為0.4%，滅菌溫度為100℃30 min的條件下，速凍沙果飲料表現(xiàn)出明顯的假塑性；該產品粒徑檢測圖呈單峰，產品粒徑均勻分布。

營養(yǎng)成分檢測表明：速凍沙果飲料中含有豐富的鋅元素、蛋白質、維生素C和灰分，還含有豐富的硒元素和煙酸。