蟠桃-葡萄-黑枸杞復(fù)合飲料的配方優(yōu)化

代文婷,王遠(yuǎn),邢麗杰*,吳宏,康效寧,吳洪斌,王世萍,代佳慧

1(海南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工設(shè)計(jì)研究所，海南 海口，570100)2(海南省熱帶果蔬冷鏈研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南 ?？?，570100) 3(新疆農(nóng)墾科學(xué)院，新疆 石河子，832000)4(新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，新疆 石河子，832000)

黑枸杞，學(xué)名黑果枸杞(LyciumruthenicumMurr.)是茄科枸杞屬多年生多棘刺落葉灌木，國內(nèi)主要生長于甘肅、寧夏、新疆、內(nèi)蒙古等西北省區(qū)[1]，富含氨基酸、類胡蘿卜素、維生素C等多種營養(yǎng)成分，其中花青素含量尤為豐富，具有抗氧化、延緩衰老、提高免疫力、抗心血管疾病和抗癌等生理功能[2-5]。新疆盛產(chǎn)蟠桃和葡萄，將黑枸杞、蟠桃和葡萄加工成復(fù)合果汁，可提升新疆特色水果的附加值，迎合消費(fèi)升級(jí)趨勢。

本文以新疆本地黑枸杞和特色水果蟠桃、葡萄為原料，復(fù)配木糖醇、羅漢果甜苷、三氯蔗糖3種功能性糖，通過模糊數(shù)學(xué)法[6-7]結(jié)合響應(yīng)面分析法確定配方，開發(fā)出一款色澤亮麗、風(fēng)味獨(dú)特、營養(yǎng)豐富的復(fù)合果汁飲料。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黑枸杞干果、新鮮夏黑葡萄、新鮮蟠桃,購于新疆石河子市;木糖醇,浙江華康藥業(yè)股份有限公司;三氯蔗糖、羅漢果甜苷,桂林萊茵生物科技股份有限公司。

HR-2006飛利浦打漿機(jī)，飛利浦電子香港有限公司；CH2176 J 電磁爐，廣東格蘭仕生活電器制造有限公司；TGL-10B高速臺(tái)式離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠；YHA2003電子天平，五鑫衡器有限公司；FA1104 N型電子天平，上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司；TU-1901紫外可見分光光度計(jì)，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；HSU-20手持式折光儀，上海精密儀器儀表有限公司；AH-2010高壓均質(zhì)機(jī)，ATS工業(yè)系統(tǒng)有限公司；L-8900高速氨基酸分析儀，日本HIACHI公司；E2695高效液相色譜，美國Waters 公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 操作要點(diǎn)

原料選擇及預(yù)處理：挑選無蟲害的黑枸杞干果，流水清洗，按料水比1∶10(g∶g)，加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.01%D-異抗壞血酸鈉，打漿后經(jīng)200目尼龍篩過濾棄渣，8 500 r/min離心10 min，取上清液備用；挑選成熟度較高、無機(jī)械損傷的蟠桃，流水清洗，經(jīng)85～95 ℃熱水預(yù)煮10 min，去皮去核后打漿、離心(8 500 r/min、10 min)取上清液備用；挑選新鮮無機(jī)械損傷的葡萄，打漿并過濾，離心(同上)取上清液備用。

調(diào)配：將黑枸杞汁、蟠桃汁、葡萄汁按一定比例混合，輔以甜味劑木糖醇、三氯蔗糖、羅漢果甜苷，酸味劑檸檬酸混合調(diào)配。

均質(zhì)：為提高果汁的穩(wěn)定性，采用均質(zhì)壓力30 MPa，均質(zhì)3次[8]。

殺菌、冷卻：將灌裝好的復(fù)合飲料在95～100 ℃熱水中殺菌20 min，采用分段式冷卻至室溫。

1.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

經(jīng)過預(yù)試驗(yàn)選擇黑枸杞汁、蟠桃鮮汁、葡萄鮮汁以質(zhì)量比1∶3∶3復(fù)配，在工藝條件和其他輔料添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)相同情況下，以木糖醇添加量、三氯蔗糖添加量、羅漢果甜苷添加量及檸檬酸添加量4個(gè)因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)。以復(fù)合原果汁400 g計(jì)，木糖醇添加量(A)、三氯蔗糖添加量(B)、羅漢果甜苷添加量(C)及檸檬酸添加量(D)固定值分別為 1%、0.001 5%、0.002%及0.1%，按照表1依次改變其中一個(gè)因素的值，分析各個(gè)因素的最適添加量范圍。

表1 復(fù)合飲料單因素水平表Table 1 Single factor level of compound beverage

1.4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以木糖醇添加量(A)、三氯蔗糖添加量(B)、羅漢果甜苷添加量(C)、檸檬酸添加量(D)為響應(yīng)因素，以感官評分為響應(yīng)值，采用Design-Expert V 8.0.6.1軟件設(shè)計(jì)4因素3水平響應(yīng)面分析試驗(yàn)，其因素與水平見表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表Table 2 Factors and levels in response surface design

1.5 感官評定

參考孫紅梅等[9]的方法及課題組前期研究基礎(chǔ)[10]，選5男5女共10位身體健康、無任何感覺方面缺陷的食品專業(yè)人員組成感官評定小組，分別從產(chǎn)品的色澤、香氣、滋味3個(gè)方面，以優(yōu)、良、差3個(gè)等級(jí)對每組樣品進(jìn)行評分(見表3)。要求感官評定員在評價(jià)前12 h禁食辛辣刺激食物，每評價(jià)一個(gè)樣品后需清水漱口，間隔10 min再評定下一個(gè)樣品，且評價(jià)過程中避免討論。

1.6 模糊數(shù)學(xué)模型的建立[11]

評價(jià)因素集是對蟠桃-葡萄-黑枸杞復(fù)合飲料感官評價(jià)因素的集合，以色澤u1、香氣u2、滋味u3三項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)成評價(jià)因素集U={u1，u2，u3}；評語集是感官評定員對因素集評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)的集合，以優(yōu)v1、良v2、差v3為評語集V={v1，v2，v3}，以10分為標(biāo)準(zhǔn)，v1為 7～10 分，v2為 4～6 分，v3為 1～3 分，各級(jí)評語集對應(yīng)的感官評定標(biāo)準(zhǔn)見表3。根據(jù)感官評定結(jié)果，建立3個(gè)單因素評價(jià)矩陣，用模糊數(shù)學(xué)評判方法進(jìn)行分析。

表3 復(fù)合飲料的感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Sensory evaluation standard of compound beverage

1.7 營養(yǎng)理化指標(biāo)及微生物指標(biāo)

花青素參考NY/Y 2640—2014測定；氨基酸參照GB 5009.124—2016測定；總酸參照GB/T 12456—2008測定；可溶性固形物參考GB/T 12143—2008的規(guī)定檢驗(yàn)；菌落總數(shù)參考GB 4789.2—2016檢驗(yàn)；大腸菌群參考GB 4789.3—2016檢驗(yàn)；沙門氏菌、志賀氏菌、金黃色葡萄球菌分別按GB/T 4789.4—2016、GB/T 4789.5—2016、GB/T 4789.10—2016的規(guī)定檢驗(yàn)。

1.8 數(shù)據(jù)處理

采用 Origin 7.5 作圖，SPSS 20.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示，P<0.05為顯著水平，P<0.01為極顯著水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 模糊評價(jià)結(jié)果

2.1.1 確定質(zhì)量因素權(quán)重集[12]

權(quán)重是指因素集中各個(gè)因素占所有被評價(jià)因素的比重，可表示為k=(k1,k2,…,ki,…,km)，根據(jù)歸一化原則，權(quán)重集中元素總和為 1。根據(jù)各評價(jià)因素在復(fù)合飲料感官評價(jià)中的重要性，采用用戶調(diào)查法[13]確定每個(gè)因素的權(quán)重，由10名來自不同專業(yè)的感官評定員根據(jù)個(gè)人喜好對色澤、香氣和滋味3項(xiàng)質(zhì)量因素按百分制打分，每個(gè)因素的得分與總分的比重即為權(quán)重，最后求出各項(xiàng)質(zhì)量因素的權(quán)重平均值，結(jié)果見表4。

表4 評價(jià)復(fù)合飲料各風(fēng)味質(zhì)量因素的權(quán)重分布統(tǒng)計(jì)Table 4 Weight analysis of key quality factors in compound beverage

3項(xiàng)質(zhì)量因素權(quán)重集合為k=(k1,k2,k3)=(0.18,0.265,0.555)，即影響蟠桃-葡萄-黑枸杞復(fù)合飲料感官品質(zhì)的質(zhì)量指標(biāo)中滋味最為重要，其次是香氣，而色澤影響程度相對較小。

2.1.2 模糊矩陣的建立及綜合評價(jià)結(jié)果

10名感官評定員對復(fù)合飲料按色澤、香氣、滋味3個(gè)因素逐一評價(jià)，統(tǒng)計(jì)各質(zhì)量因素在每個(gè)等級(jí)中的票數(shù)，進(jìn)行歸一化得到復(fù)合飲料的感官評價(jià)模糊關(guān)系矩陣R[14]。

(1)

其中j=1，2，3,…,t為樣品編號(hào)，每一行代表一個(gè)質(zhì)量因素的評價(jià)結(jié)果。依據(jù)模糊矩陣變換原理H=k×R，計(jì)算對第j號(hào)樣品的綜合評價(jià)結(jié)果Hj=k×Rj。

以第一組樣品R1為例，其感官評定結(jié)果見表5。

表5 樣品R1感官評價(jià)結(jié)果Table 5 The sensory evaluation results of R1

對評定結(jié)果歸一化處理，得到對應(yīng)的模糊關(guān)系矩陣。

(2)

根據(jù)模糊變換原理：H=k×R，得出樣品R1的綜合評價(jià)結(jié)果。

(0.476,0.524,0)

(3)

上述結(jié)果說明，由配方一所制備的復(fù)合飲料，有47.6%的感官評定員認(rèn)為其等級(jí)為優(yōu)，52.4%的評定員認(rèn)為良，無評定員認(rèn)為差。同理可以得到其他樣品的綜合評價(jià)結(jié)果。

得出各組樣品綜合評價(jià)結(jié)果后，對評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)賦值(v1= 9,v2= 6,v3= 3)，兩者相乘再相加。[14-15]

(4)

同理得到其他樣品的最終感官評分，見表6。

表6 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果Table 6 Design and results of response surface experiment

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果

由圖1-a可知，隨著木糖醇增加，復(fù)合飲料的感官評分先升高后降低，當(dāng)木糖醇添加量為1% 時(shí)，風(fēng)味最佳，綜合感官評分達(dá)到最大值。木糖醇類似蔗糖甜味[16]，清甜爽口，木糖醇添加量過高，致使飲料口感甜膩，風(fēng)味變差；添加量過少，口感寡淡，風(fēng)味不佳。單因素方差分析得到不同木糖醇添加量對感官評分均有顯著影響(P<0.05)，綜合選擇木糖醇添加量1%為最佳水平。

三氯蔗糖是一類蔗糖衍生物，熱值低、無毒、抗齲齒，甜度為蔗糖的600倍，可明顯增加體系的甜味和后甜味[17-18]。由圖1-b可見，隨著三氯蔗糖添加量增大，復(fù)合飲料的感官評分先升高后降低，當(dāng)三氯蔗糖添加量達(dá)0.0015%時(shí)，感官評分達(dá)到最大值，若繼續(xù)添加三氯蔗糖，飲料齁甜、后味發(fā)苦，導(dǎo)致感官評分顯著下降(P<0.05)，故選擇三氯蔗糖添加量0.001 5%為最佳水平。

羅漢果甜苷是一種安全無毒的天然甜味劑，高甜味、低熱量，其甜度為蔗糖200～350倍，有抗炎、抗癌、調(diào)節(jié)血糖等作用[19-20]。由圖1-c可見，隨著羅漢果甜苷添加量增大，復(fù)合飲料的感官評分先升高后降低，當(dāng)羅漢果甜苷添加量為0.001 5%時(shí)，綜合感官評分達(dá)到最大值。羅漢果甜苷添加量為0.001 5%～0.003%時(shí)，與添加三氯蔗糖趨勢相似，整體風(fēng)味下降，感官評分顯著降低(P<0.05)，綜合選擇羅漢果甜苷添加量0.001 5%為最佳水平。

由圖1-d可知，隨著檸檬酸增加，復(fù)合飲料的感官評分先升高后降低，當(dāng)檸檬酸添加量為0.1%時(shí)，風(fēng)味最佳，感官評分達(dá)到最大值，若繼續(xù)添加檸檬酸，口感偏酸，掩蓋了復(fù)合果汁風(fēng)味，與李曉彤[21]研究結(jié)果相似。經(jīng)單因素方差分析可知不同檸檬酸添加量對感官評分有顯著影響(P<0.05)。

圖1 單因素試驗(yàn)結(jié)果Fig.1 Results of single factor experiments

2.3 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

響應(yīng)面法優(yōu)化蟠桃-葡萄-黑枸杞復(fù)合飲料的試驗(yàn)結(jié)果見表6。對表6的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到感官評分Y對木糖醇添加量、三氯蔗糖添加量、羅漢果甜苷添加量、檸檬酸添加量4個(gè)因素的二次多項(xiàng)回歸模型:

Y=8.27-0.059A-0.38B-0.25C-0.20D-0.28AB+0.01AC+0.50AD-0.27BC+0.16BD+0.46CD-0.86A2-

0.94B2-0.83C2-0.76D2

由回歸方程可知，各因素對響應(yīng)值的影響并不是簡單的線性關(guān)系，一次項(xiàng)B、C及交互項(xiàng)AD、CD對復(fù)

表7 回歸模型的方差分析Table 7 Variance analysis for the regression model

合飲料的感官評分呈極顯著影響(P<0.01)，一次項(xiàng)D及交互項(xiàng)AB、BC對復(fù)合飲料的感官評分呈顯著影響(P<0.05)，而一次項(xiàng)A及交互項(xiàng)AC、BD對復(fù)合飲料的感官評分影響并不顯著。F值能夠反映各因素對響應(yīng)值的重要性，F(xiàn)值越大，表明對響應(yīng)值的影響越大[21-22]，因此4個(gè)因素對復(fù)合飲料感官評分影響程度的大小順序?yàn)槿日崽翘砑恿?羅漢果甜苷添加量>檸檬酸添加量>木糖醇添加量。

2.3.2 交互作用

由圖2可以看出，木糖醇與三氯蔗糖添加量、三氯蔗糖與羅漢果甜苷添加量、木糖醇和檸檬酸添加量、羅漢果甜苷與檸檬酸添加量交互作用的等高線均呈橢圓形，交互作用顯著，與表7中方差分析結(jié)果一致。

圖2-a為羅漢果甜苷和檸檬酸添加量為零值時(shí)，木糖醇與三氯蔗糖添加量對感官評分的影響以及兩者之間的交互作用。當(dāng)三氯蔗糖添加量不變時(shí)，復(fù)合飲料的感官評分隨木糖醇添加量的增加呈先上升后下降的趨勢；當(dāng)木糖醇添加量不變時(shí)，感官評分隨三氯蔗糖添加量逐漸增加呈現(xiàn)先上升后降低的趨勢。綜合響應(yīng)面圖可以看出，三氯蔗糖添加量的上升幅度明顯比木糖醇添加量陡峭，說明三氯蔗糖添加量對復(fù)合飲料感官評分的影響比木糖醇添加量大。

圖2-b為固定木糖醇和檸檬酸添加量為零水平，三氯蔗糖與羅漢果甜苷添加量對感官評分的影響以及兩者之間的交互作用。復(fù)合飲料的感官評分隨三氯蔗糖與羅漢果甜苷添加量的增加呈先上升后下降的趨勢，且三氯蔗糖添加量的上升幅度大于羅漢果甜苷添加量的上升幅度，說明三氯蔗糖添加量對復(fù)合飲料感官評分的影響比羅漢果甜苷添加量大。圖2-c為固定三氯蔗糖和羅漢果甜苷添加量為零水平，木糖醇和檸檬酸添加量對感官評分有顯著影響。復(fù)合飲料感官評分隨木糖醇和檸檬酸添加量的增加呈先上升后下降趨勢，檸檬酸添加量的上升幅度大于木糖醇添加量的上升幅度，說明檸檬酸添加量對復(fù)合飲料感官評分的影響比木糖醇添加量大。圖2-d為固定三氯蔗糖和木糖醇添加量為零水平，羅漢果甜苷與檸檬酸添加量對感官評分有顯著影響。當(dāng)羅漢果甜苷添加量不變時(shí)，復(fù)合飲料的感官評分隨檸檬酸添加量的增加呈先上升后下降的趨勢；當(dāng)檸檬酸添加量不變時(shí)，感官評分隨羅漢果甜苷添加量的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。

2.3.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

運(yùn)用 Design-Expert V 8.0.6.1軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析優(yōu)化，得到此款蟠桃-葡萄-黑枸杞復(fù)合飲料的理論最優(yōu)配方為木糖醇添加量0.98%、三氯蔗糖添加量0.001 4%、羅漢果甜苷添加量0.001 4%、檸檬酸添加量0.09%，此條件下復(fù)合飲料的綜合評分為8.35。為進(jìn)一步驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性和可行性，選取木糖醇添加量1%、三氯蔗糖添加量0.001 4%、羅漢果甜苷添加量0.001 4%、檸檬酸添加量0.1%，經(jīng)3次驗(yàn)證試驗(yàn)得到復(fù)合飲料的感官評分為(8.38±0.03)，與模型理論值相對誤差0.36%，說明響應(yīng)面法優(yōu)化所獲參數(shù)合理可信，具有實(shí)用價(jià)值。

2.4 營養(yǎng)、理化指標(biāo)及微生物指標(biāo)分析

經(jīng)檢測分析(見表8)，此款復(fù)合飲料酸甜可口、營養(yǎng)豐富，糖酸比4.2∶1，花青素含量達(dá)144.1 μg/mL，總糖11.2 g/100 g，總酸3.4 g/100 g，且含有13種氨基酸，易于人體吸收，其中天門冬氨酸、谷氨酸、脯氨酸、精氨酸及丙氨酸含量較高，占氨基酸總量的87.7%。菌落總數(shù)、大腸菌群和致病菌檢測結(jié)果均符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

a-木糖醇添加量與三氯蔗糖添加量;b-三氯蔗糖添加量與羅漢果甜苷添加量; c-木糖醇添加量與檸檬酸添加量;d-羅漢果甜苷添加量與檸檬酸添加量圖2 各因素交互作用對復(fù)合飲料綜合評分影響的響應(yīng)面圖Fig.2 Response surface plots showing the interaction of factors on comprehensive evaluation value of compound beverage

3 結(jié)論與討論

以質(zhì)量比為1∶3∶3的黑枸杞汁、蟠桃汁、葡萄汁為基料，采用模糊數(shù)學(xué)綜合評價(jià)法結(jié)合響應(yīng)面分析法優(yōu)化復(fù)合飲料配方，得到蟠桃-葡萄-黑枸杞復(fù)合飲料最優(yōu)配方為木糖醇添加量1%、三氯蔗糖添加量0.001 4%、羅漢果甜苷添加量0.001 4%、檸檬酸添加量0.1%，在此條件下復(fù)合飲料的感官評分為(8.38±0.03)，與模型預(yù)測值十分接近。

此款復(fù)合飲料具有黑枸杞的天然色澤，蟠桃、葡萄的獨(dú)特香氣和口感彌補(bǔ)了黑枸杞香味不足、口感欠佳的缺點(diǎn)；高壓均質(zhì)使果肉細(xì)化、組織狀態(tài)均一，提高了果汁飲料的穩(wěn)定性[24]；添加的木糖醇、三氯蔗糖、羅漢果甜苷3種功能性甜味劑甜度高、熱量低，增加了一定的保健功能，對改善果汁飲料的風(fēng)味和預(yù)防慢性疾病的發(fā)生發(fā)展都有著積極意義。本研究不僅豐富了果汁品種，也為特色蟠桃-葡萄-黑枸杞復(fù)合飲料工業(yè)化生產(chǎn)提供了參考依據(jù)。

表8 營養(yǎng)、理化指標(biāo)及微生物指標(biāo)Table 8 Nutrition, physicochemical index and microorganism index