桑葚紅棗復(fù)合飲料的生產(chǎn)工藝優(yōu)化及其穩(wěn)定性研究

苑園園，季明月，王子?jì)?，郭凱元，龔建剛，敖常偉，王 敏，檀建新

（1.衡水學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，河北 衡水 053000；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科技學(xué)院，河北 保定 071001； 3.天津市紅橋區(qū)市場監(jiān)督管理局，天津 300000）

隨著人們對營養(yǎng)及健康的追求，復(fù)合果汁飲料因其能夠?qū)崿F(xiàn)多種原材料的互補(bǔ)搭配，日益受到人們的歡迎。紅棗作為“五果”之一，內(nèi)含胡蘿卜素、維生素以及鈣、磷、鐵等營養(yǎng)成分［1］。其中，VC含量在水果中位居首位，因此可抗衰老、健脾養(yǎng)肝、提高睡眠質(zhì)量。桑葚富含白藜蘆醇、黃酮類化合物［2］， 在抗氧化、保護(hù)心臟健康等方面發(fā)揮重要作用，已收入國家藥食同源食品名單。

但是桑葚采收期短、貯運(yùn)困難、損耗大，成為制約其開發(fā)利用的限制性因素。因此, 采用典型的食品加工方式將桑葚制成相關(guān)產(chǎn)品是一條減少其在貯藏過程中損失及提高其商品附加值的有效途徑。目前對桑葚進(jìn)行深加工綜合利用較少，國內(nèi)外關(guān)于桑葚的相關(guān)產(chǎn)品研究有果汁飲料、果酒、果醋等。如胡永正［3］以酶解后的桑葚汁為原料，在200 g/L 初始糖量、0.3%酵母菌接種量、25 ℃的條件下，釀出澄清透明、果香濃郁的桑葚果酒。王超萍，蔣錫龍［4］在桑葚酒中接種了8%的紅曲霉，在18 ℃、pH 3.6 的條件下, 制得酒精度為12.9% 的桑葚酒。管冠 宇［5］對桑葚果醋發(fā)酵工藝進(jìn)行了研究，最終確定在最初酒精度10.5% vol 的基礎(chǔ)上，接種9%醋酸菌，發(fā)酵7 d 可得口味典型純正的桑葚果醋。杜國軍等［6］以桑葚為主要原料，另外加入番茄和紅棗，醋酸菌液態(tài)發(fā)酵的同時(shí)接種酵母菌，釀造的復(fù)合果醋不僅酸中帶甜，而且具有蜂蜜的清香氣息。王新明等［7］對紅樹莓桑葚復(fù)合飲料進(jìn)行了研究，最終確定了飲料的添加配方。林小暉，鄭賢惠［8］對桑葚枸杞?jīng)Q明子保健飲料的工藝進(jìn)行了研究，通過試驗(yàn)確定了保健飲料的最適配方。然而，桑葚紅棗復(fù)合果汁飲料的研究尚未見報(bào)道。本文主要以桑葚、紅棗汁為主要原料，對桑葚紅棗復(fù)合果汁的工藝配方及穩(wěn)定性進(jìn)行研究，得到的產(chǎn)品味道獨(dú)特、營養(yǎng)豐富，可為紅棗汁的發(fā)掘使用及桑葚的深層次加工提供新的選擇和主要方向。

1 材料與方法

1.1 材料

紅棗汁：保定市阜平縣蓋宇飲料食品有限公司；桑葚：河北省保定市定州市東勝生態(tài)園；白砂糖：保定市康博食品有限公司；果膠酶、CMC-Na、檸檬酸、海藻酸鈉、果膠：食品級，深圳振芯嘉貿(mào)易公司。

1.2 儀器設(shè)備

多功能榨汁機(jī)(MJ-BL 25B3) 廣東美的電器有限公司；高速冷凍離心機(jī)(Neofuge 15R) 上海力申儀器有限公司；電子天平(BL-300-X) 廈門伯倫斯電子有限公司；高壓均質(zhì)機(jī)(GYB60-6S)上海東華均質(zhì)機(jī)廠；高壓蒸汽滅菌鍋(YXQ-SG46-280S) 上海博訊有限公司；液相色譜儀（Agilent 1200）美國安捷倫公司。

1.3 試驗(yàn)及方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 操作要點(diǎn)

①桑葚汁的制備 選擇無機(jī)械損傷和腐爛的桑葚，破碎后加入0.004% ～0.008% 的果膠酶，放置過夜，加速果膠分解，使汁液充分浸出。第二天，放入榨汁機(jī)中破碎3 ～4 s，經(jīng)紗布過濾去除果渣，再將桑葚漿液于離心機(jī)4 000 r/min 速度離心 15 min，分取上層清液，得桑葚汁備用。

②紅棗汁 選擇出產(chǎn)日期較近，未開封冷藏保存的紅棗汁，開瓶前混合均勻，必要時(shí)可過濾。

③復(fù)合果汁的制備 將制備好的桑葚汁和紅棗汁按比例混合，加入適量水保證混合果汁與水之比為2∶1，再按配方要求加入其他材料檸檬酸、白砂糖、穩(wěn)定劑，攪拌均勻。然后對其進(jìn)行均質(zhì)、灌裝、殺菌、冷卻處理，即得復(fù)合果汁成品。

1.3.3 感官評定方法 自行組成10 人評價(jià)小組，在滿分100 分前提下，對復(fù)合果汁進(jìn)行全方位感官評價(jià)［9］，包括色澤、口感、香氣、組織狀態(tài)方面（表1）。

表1 感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Criteria of sensory evaluation

1.3.4 檢驗(yàn)方法 可溶性固形物含量測定：GB/T 12143—2008；總 酸 測 定：GB/T 12456—2008；Vc 測定：2,6-二氯酚靛酚滴定法［10］；黃酮測定：NaNO2-Al(NO3)3法［11］；白藜蘆醇測定：高效液相色譜法［12］。菌落總數(shù)測定：GB 4789.2—2016；大腸菌群測定：GB 4789.3—2016。離心沉淀率［13］：精確量取靜置1 d 后的產(chǎn)品40 mL，4 000 r/min 速度離心15 min，對舍棄上層溶液后的底層沉淀進(jìn)行稱重，代入下式計(jì)算。

沉淀率% = 沉淀物重（g）/ 40 mL 飲料重（g）×100

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)合果汁配方單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 紅棗汁與桑葚汁的復(fù)配比例 紅棗汁與桑葚汁的添加比例對果汁飲料的口感風(fēng)味有較大影響。因此，對復(fù)合果汁飲料中紅棗汁與桑葚汁的添加比例進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)。具體感官評定結(jié)果見圖1。由圖 1 可知，隨著紅棗汁與桑葚汁的添加比例不同所得到的感官評分值也不同，當(dāng)紅棗汁與桑葚汁的添加比例在1∶1、2∶1、3∶1 范圍內(nèi)感官指標(biāo)明顯高于其它水平，故將1∶1、2∶1、3∶1 確定為二者最佳比例范圍。在此范圍內(nèi)紅棗汁與桑葚汁的添加比例為2∶1 時(shí)其感官綜合評分最高，為86.3 分。

圖1 紅棗汁與桑葚汁的比例對復(fù)合飲料感官指標(biāo)的影響 Fig.1 Effects of ratio of jujube juice to mulberry juice on sensory score of compound juice

2.1.2 檸檬酸添加量 以紅棗汁與桑葚汁添加比例2∶1，白砂糖5%，檸檬酸用量0.09%、0.12%、0.15%、0.18%、0.21%進(jìn)行單因素試驗(yàn)，感官評分如圖2。由圖2 可知，感官評分因不同檸檬酸用量而產(chǎn)生變化，當(dāng)其用量在一定范圍（0.9%～0.15%）時(shí)，感官指標(biāo)明顯高于其他水平，所以選擇0.9%～0.15%為檸檬酸的最適添加量。復(fù)合飲料的感官分值在0.12%檸檬酸用量時(shí)最高(83.2 分)。大于該用量，飲料酸味太濃，口感下降。

圖2 檸檬酸用量對復(fù)合飲料感官指標(biāo)的影響Fig.2 Effects of citric acid content on compound juice

2.1.3 白砂糖添加量 將1%、3%、5%、7%、9%的白砂糖加入棗汁和桑椹汁中（比例為2∶1），檸檬酸用量0.12%，做單因素試驗(yàn)，感官評分如圖3。從圖3 可以看出，白砂糖加入量不同，感官評分有所不同。當(dāng)白砂糖的添加量在1%～5%范圍內(nèi)時(shí)，感官指標(biāo)明顯高于其它水平，所以選擇1%～5%為白砂糖的最適添加量。復(fù)合果汁飲料的感官分值在3%白砂糖用量時(shí)最高(86.5 分)。用量繼續(xù)增加，甜度不在人們感受的愉悅范圍內(nèi)，感官分值下降。

圖3 白砂糖用量對復(fù)合飲料感官指標(biāo)的影響Fig.3 Effects of sugar content on compound juice

2.2 復(fù)合果汁的響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

2.2.1 響應(yīng)面影響因素和水平 用單因素實(shí)驗(yàn)法確定了復(fù)合飲料的3 個(gè)影響因素的最優(yōu)水平后，再用Box-Behnken 模型對顯著性影響因素進(jìn)行優(yōu)化，通過三因素三水平的方法，來確定復(fù)合飲料的最佳工藝條件（表2）。

表2 響應(yīng)面因素和水平Table 2 Factors and levels of response surface

2.2.2 響應(yīng)面結(jié)果及方差分析 根據(jù)表2 設(shè)計(jì)的水平和因素，用Box-Benhnken 模型進(jìn)行組合，并用Design Expert 8.0.6 軟件來分析，總共17 個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，研究各因素對復(fù)合果汁風(fēng)味的影響（表3）。

表3 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 3 Design and results of response surface test

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Design-Expert 軟件進(jìn)行計(jì)算分析，得到的三元二次回歸方程如下：Y=87.26+0.74×A+0.8 6×B+1.4 5×C-0.5 7×A×B+0.0 5 0 ×A×C+1.00×B×C-2.82×A2-3.67×B2-5.39×C2

回歸模型的方差分析表4 表明，模型的F值為44.32，P＜0.000 1，說明該模型極顯著。該模型相關(guān)系數(shù)R2=0.982 8，校對系數(shù)R2Adj=0.960 6，說明試驗(yàn)數(shù)據(jù)與模型預(yù)測數(shù)據(jù)有98.28%的符合度，只有變異2.22%不能由該模型來解釋。該模型的失擬項(xiàng)P=0.080 6 ＞0.05，可知失擬不顯著，說明該模型能較好地模擬和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)誤差較小。變異系數(shù)CV%的值越小，表明試驗(yàn)的可靠性越高，試驗(yàn)中變異系數(shù)為1.00%，證明該模型可操作。方程中，一次項(xiàng)紅棗桑葚比、檸檬酸量對評分有顯著影響，白砂糖量對評分影響極顯著；二次項(xiàng)對評分影響都極顯著，交互項(xiàng)中又以檸檬酸量與白砂糖量交互作用最為顯著，其他因素對評分影響不大。

表4 回歸模型的方差分析Table 4 Analysis of variance of regression model

2.2.3 響應(yīng)面交互作用分析 為探討交互項(xiàng)對Y值感官評分的影響，固定1 個(gè)因素，觀察另外2 個(gè)因素對它的影響。利用 Design Expert 8.0.6 軟件優(yōu)化模型中的參數(shù)，圖4 即為3 個(gè)因素之間的相互作用關(guān)系圖。從這3 組圖可以看出，兩兩因素中，當(dāng)一個(gè)因素的值較小或較大時(shí)，隨著另一因素值的增加，對應(yīng)的響應(yīng)值均呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。

由Design Expert 8.0.6 軟件預(yù)測得到紅棗桑葚復(fù)合果汁的感官品質(zhì)最佳配方為紅棗汁與桑葚汁配比2.12，檸檬酸量0.12%，白砂糖量3.29%，理論上預(yù)測復(fù)合果汁感官評分為87.465 7 分。

圖4 各因素交互作用的響應(yīng)面圖Fig.4 The response surface of interaction between every two factors

2.2.4 驗(yàn)證優(yōu)化結(jié)果 為使響應(yīng)面結(jié)果便于實(shí)際操作,所以將影響復(fù)合飲料的3 個(gè)主要因素的最優(yōu)水平修改成：紅棗汁與桑葚汁的配比2∶1，檸檬酸用量0.12%，白砂糖用量3.3%，并進(jìn)行3 個(gè)平行實(shí)驗(yàn)，求得感官評分的結(jié)果平均計(jì)算下來是87.56 分，這和預(yù)測的結(jié)果相差不大，說明該模型的分析準(zhǔn)確度和可信度較高。雖然此次最終優(yōu)化條件結(jié)果與前面單因素結(jié)果相差不大，但是通過響應(yīng)面法建立了紅棗桑葚復(fù)合果汁感官質(zhì)量與3 個(gè)影響因素之間函數(shù)關(guān)系的多元回歸方程，可快速、初步確定最佳工藝條件，同時(shí)可以直觀反映3 因素對復(fù)合飲料感官品質(zhì)影響是否顯著以及3 因素間交互作用的強(qiáng)弱，實(shí)現(xiàn)了在三維空間上的建模優(yōu)化，這些都是單因素試驗(yàn)所不能匹及的優(yōu)勢。

2.3 穩(wěn)定劑對復(fù)合果汁穩(wěn)定性的影響

2.3.1 單一穩(wěn)定劑對復(fù)合果汁穩(wěn)定性的影響 由于復(fù)合果汁自身穩(wěn)定性不強(qiáng)，在殺菌、貯運(yùn)出售過程中極易產(chǎn)生沉淀，影響產(chǎn)品的外觀品質(zhì)。所以，選擇果膠、CMC-Na、黃原膠3 種常用的穩(wěn)定劑，利用離心沉淀法研究其對桑葚紅棗復(fù)合果汁穩(wěn)定性的影響, 離心沉淀率越低，飲料的穩(wěn)定性越好。因?yàn)槊糠N穩(wěn)定劑的作用機(jī)制不一樣，穩(wěn)定劑的用量不同勢必會(huì)影響復(fù)合果汁的品質(zhì)。因此針對3 種穩(wěn)定劑進(jìn)行對比試驗(yàn)，結(jié)果見表5。從沉淀率大小可知，這3 種穩(wěn)定劑單獨(dú)使用時(shí)對復(fù)合果汁均能起到一定的作用。CMC-Na 和黃原膠使用效果要優(yōu)于果膠。

表5 3 種穩(wěn)定劑用量對復(fù)合飲料穩(wěn)定性的影響Table 5 Effect of three stabilizers on the stability of compound juice

2.3.2 復(fù)合穩(wěn)定劑對復(fù)合果汁穩(wěn)定性的影響 由于3 種穩(wěn)定劑復(fù)配時(shí)可能存在協(xié)同效應(yīng)，而且目前普遍認(rèn)為復(fù)合穩(wěn)定劑對果汁的穩(wěn)定效果較好［14］，因此，將表5 中3 種穩(wěn)定劑的用量縮小5 倍后作為正交實(shí)驗(yàn)中每個(gè)因素的低、中、高水平（由于黃原膠添加量0.25%時(shí)，果汁口感較黏，所以將其在0.05%、0.10%、0.15%添加量基礎(chǔ)上縮小5 倍）進(jìn)行正交試驗(yàn)（表6）。

表6 復(fù)合穩(wěn)定劑設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)因子與水平表Table 6 Factors and levels of orthogonal experiment for stabilizer formula

從表7 穩(wěn)定劑配方正交試驗(yàn)結(jié)果可知，果汁穩(wěn)定性因素影響的主要關(guān)系和次要關(guān)系是：C＞A＞B，即黃原膠用量影響最大，果膠其次，CMC-Na最小。最佳組合為A1B1C1，即果膠0.04%、CMCNa 0.03%、黃原膠0.01%，該組合出現(xiàn)在正交表中，果汁沉淀率為2.3%，均低于正交實(shí)驗(yàn)中的其他值，而且與黃原膠添加量0.15%時(shí)的果汁沉淀率2.29%接近。可見，在控制復(fù)合果汁飲料穩(wěn)定性效果相同的情況下，復(fù)合穩(wěn)定劑在一定條件下可顯著降低單個(gè)穩(wěn)定劑的添加量，應(yīng)用于食品工業(yè)可大大節(jié)約成本。

從正交實(shí)驗(yàn)方差分析表8 可知，黃原膠對果汁穩(wěn)定性影響顯著，果膠和CMC-Na 的影響未達(dá)到顯著水平。從F值大小可看出，3 個(gè)因素的影響主次順序?yàn)椋篊＞A＞B。

表7 穩(wěn)定劑配方正交試驗(yàn)結(jié)果Table 7 Results of orthogonal experiment of stabilizer formula

表8 果汁沉淀率方差分析Table 8 Variance analysis of juice sedimentation rate

2.4 復(fù)合飲料質(zhì)量指標(biāo)

2.4.1 感官指標(biāo) 色澤：色澤純正均一，紫紅色；口感：口味協(xié)調(diào)，酸甜適當(dāng)；氣味：具有桑葚和紅棗獨(dú)特的香味，香氣和諧；組織狀態(tài)：質(zhì)地均一，沒有沉淀。

2.4.2 理化指標(biāo)和主要功能成分 經(jīng)測定，復(fù)合果汁中含可溶性固形物9.8%；總酸度（以檸檬酸計(jì)）1.277 g/kg；Vc 0.909 mg/g；總 黃 酮1.093 mg/g；白藜蘆醇1.78 μg/g。

2.4.3 衛(wèi)生指標(biāo) 菌落總數(shù)≤100 cfu/mL；大腸菌群≤3 MPN/mL；未檢測到致病菌。

3 討論與結(jié)論

復(fù)合果汁飲料因其營養(yǎng)搭配合理、健康時(shí)尚的理念，成為近年來飲料行業(yè)消費(fèi)和發(fā)展的主要方 向［15］。本研究以桑葚和紅棗汁為對象制備復(fù)合果汁飲料，通過單因素和響應(yīng)面試驗(yàn)探索復(fù)合飲料的最佳風(fēng)味配比。研究發(fā)現(xiàn)，果汁比例對復(fù)合飲料風(fēng)味有一定的影響，當(dāng)紅棗汁∶桑葚汁為2∶1 時(shí)，復(fù)合飲料有最高分值，原因可能是桑葚汁不愉悅的味道被偏多的紅棗汁的濃郁香味遮蓋，另復(fù)合飲料風(fēng)味更協(xié)調(diào)；白砂糖或檸檬酸用量不能太大，否則會(huì)導(dǎo)致復(fù)合飲料甜味或酸味突出，進(jìn)而造成桑葚和紅棗的特征風(fēng)味不明顯，試驗(yàn)最終得出當(dāng)白砂糖量3.3%、檸檬酸量0.12%時(shí)，復(fù)合飲料風(fēng)味最佳評分最高。此外，該復(fù)合果汁富含Vc、總黃酮和白藜蘆醇等成份，滿足了人們營養(yǎng)健康時(shí)尚的消費(fèi)需求。

飲料是1 種內(nèi)含水溶液、懸浮液、乳濁液多種成分的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系［16］，一般分為：果蔬飲料、植物蛋白飲料、乳飲料等［17］。在長期貯藏過程中，會(huì)因物理作用或體系間各因子相互作用發(fā)生自然沉降或上浮等現(xiàn)象，影響飲料外觀品質(zhì)的同時(shí)，不利于飲料的貨架壽命。影響飲料穩(wěn)定性的因素有很多，但總起來可歸納為以下三方面：原料來源、生產(chǎn)工藝、穩(wěn)定劑種類［18］。其中添加合適安全的天然穩(wěn)定劑是提升飲料穩(wěn)定性的重要因子，也是實(shí)際應(yīng)用中最常用的方法。但注意必須在一定范圍內(nèi)使用才有效。加入量太小，穩(wěn)定效果不佳，相反加入量太大，可能會(huì)出現(xiàn)凝膠影響飲料的口感［19］。常用于果汁飲料的穩(wěn)定劑主要有：卡拉膠、果膠、羧甲基纖維素鈉、黃原膠、海藻酸鈉等［20］。穩(wěn)定劑受飲料種類、殺菌溫度、均質(zhì)壓力、pH 值等多方面的影響［21］，作用效果也不一樣。如在植物蛋白類飲料中需要同時(shí)添加乳化劑才能起到良好的穩(wěn)定效果。

單一穩(wěn)定劑穩(wěn)定效果不如復(fù)合穩(wěn)定劑，但是必須針對不同的飲料進(jìn)行專門研究。所以本研究首先對常用的3 種穩(wěn)定劑果膠、CMC-Na、黃原膠進(jìn)行單因素試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這3 種穩(wěn)定劑單獨(dú)使用時(shí)對復(fù)合果汁均能起到一定的作用。其中，CMC-Na和黃原膠使用效果要優(yōu)于果膠。添加不同種類穩(wěn)定劑對復(fù)合果汁飲料穩(wěn)定性影響不盡相同。研究發(fā)現(xiàn)這可能與不同穩(wěn)定劑的分子結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制有很大關(guān)系。如：通過轉(zhuǎn)換懸浮粒子的電荷、親水基團(tuán)水化作用、空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)毛細(xì)管凝聚作用［22-23］等提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，值得后續(xù)進(jìn)行進(jìn)一步研究和探索。考慮到3 種穩(wěn)定劑復(fù)配時(shí)可能存在協(xié)同交互作用，所以將3 種穩(wěn)定劑的用量縮小5 倍后進(jìn)行正交試驗(yàn)。得出最優(yōu)穩(wěn)定劑組合：果膠0.04%、CMC-Na 0.03%、黃原膠0.01%，果汁沉淀率2.3%，而且與黃原膠添加量0.15%時(shí)的果汁沉淀率2.29%接近。可見，在控制復(fù)合果汁飲料穩(wěn)定性效果相同的情況下，復(fù)合穩(wěn)定劑在一定條件下可顯著降低單個(gè)穩(wěn)定劑的添加量，應(yīng)用于食品工業(yè)可大大節(jié)約成本。通過本方法得到的桑葚紅棗復(fù)合果汁飲料色澤均一、口感適中、香氣和諧、質(zhì)地細(xì)膩，不但滿足了消費(fèi)者對飲料口感舒適的要求，而且為紅棗汁的發(fā)掘使用及桑葚的深層次加工提供了參考。