富含花色苷的黑果腺肋花楸無糖飲料制備工藝優(yōu)化

韓東，李建穎，孫怡，邢麗穎

（天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津 300134）

黑果腺肋花楸[Aronia melanocarpa（Michx.）Elliott]又稱黑澀石楠、不老莓，原產(chǎn)于北美洲，20世紀(jì)90年代由朝鮮引種到我國遼寧地區(qū)種植[1]。黑果腺肋花楸具有耐寒耐旱、抗逆性強(qiáng)等優(yōu)良特性，是脫貧致富的優(yōu)秀樹種，目前在我國東北、西北、華北等多個地區(qū)均有種植[2]。黑果腺肋花楸果實富含花青素、原花青素、多酚類物質(zhì)、蛋白質(zhì)、維生素和礦物質(zhì)[3]，其中多酚類物質(zhì)含量是目前已知果實中含量最高的[4]。黑果腺肋花楸果實具有抗炎、降血糖、降血脂、抗氧化等多種功能[5-10]。因黑果腺肋花楸具有極高的食用、藥用價值，2018年國家衛(wèi)健委批準(zhǔn)黑果腺肋花楸為新食品原料，其果實可以直接食用，但黑果腺肋花楸果實澀味較大，直接食用口感不佳，需要對其進(jìn)一步加工，目前已經(jīng)存在的產(chǎn)品有果酒、果汁、果凍、果醬等[11-15]。但其中含有的高糖使中老年，尤其是三高人群望而止步，不敢食用。

國際糖尿病聯(lián)合會報告稱，全球18歲～99歲的Ⅱ型糖尿病人數(shù)為4.51億，我國糖尿病現(xiàn)狀也不樂觀，2019年中國糖尿病患病人數(shù)約為1.16億人[16]。糖尿病已經(jīng)成為危害人類健康的幾大疾病之一，糖尿病的發(fā)展正呈現(xiàn)年輕化趨勢，不健康的飲食習(xí)慣與生活作息使得肥胖與超重在人群中的比例不斷提升，糖尿病的發(fā)展趨勢可能會給人類帶來更大的危害[17-18]。近年來，無糖概念更是傳入了中國的大街小巷，隨著人們健康意識的增強(qiáng)，人們會更加注意對于低糖、無糖食品的攝入。2021年服貿(mào)會期間舉辦的“首屆中國飲品健康消費(fèi)論壇”發(fā)布《健康中國飲料食品減糖行動白皮書（2021）》，從全方位分析了無糖飲料行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，為飲料行業(yè)提供了減糖發(fā)展方向的參考[19]。目前國內(nèi)無糖飲料的市場份額雖然占比不大，但無糖飲料發(fā)展迅速，市場占有率逐年增加。在人們不斷提高的健康意識影響下，此次減糖浪潮將會極大地推進(jìn)國內(nèi)無糖飲料市場的發(fā)展。目前市場上無糖飲料的甜味劑主要有赤蘚糖醇、木糖醇、麥芽糖醇，都是具有防齲齒、緩解糖尿病的糖醇，而麥芽糖醇更與蔗糖口味接近。本試驗采用木糖醇與麥芽糖醇為甜味劑，設(shè)計一款以黑果腺肋花楸為主要原料的無糖飲品，以期為黑果腺肋花楸的無糖開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黑果腺肋花楸濃縮汁：天津崇泰龍泉生態(tài)農(nóng)業(yè)股份有限公司；木糖醇：河南千夢生物科技有限公司；麥芽糖醇：河南萬邦實業(yè)有限公司；羧甲基纖維素鈉、黃原膠：河南萬邦化工科技有限公司；以上試劑均為食品級。

1.2 儀器與設(shè)備

UV-2600紫外分光光度計：日本SHIMADZU公司；SY-2-4電熱恒溫水浴鍋：天津市歐諾儀器儀表有限公司；AX224ZH型電子天平：奧豪斯儀器（常州）有限公司；545DWS高壓滅菌鍋：廈門致微儀器有限公司；LC-PJ-400均質(zhì)機(jī)：上海力辰幫西儀器科技有限公司；SHW160J實驗室攪拌機(jī)：上海盛海威電氣儀表有限公司；SW-CJ-1F紫外超凈工作臺：上海龍躍儀器設(shè)備有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 飲料的制備工藝

稱取適量的羧甲基纖維素鈉、黃原膠，倒入燒杯中，加入適量蒸餾水溶解，開啟攪拌機(jī)，水溫加熱至80℃～90℃，待羧甲基纖維素鈉與黃原膠充分溶解，水溶液中無雜質(zhì)懸浮時，關(guān)閉攪拌機(jī)，待溶液冷卻至室溫（20℃）時，加入黑果腺肋花楸濃縮汁、木糖醇、麥芽糖醇，經(jīng)攪拌、均質(zhì)、脫氣、灌裝、殺菌、冷卻，制成成品，放入冰箱冷藏。

1.3.2 單因素試驗

1.3.2.1 黑果腺肋花楸濃縮汁添加量對飲料感官評分的影響

在固定木糖醇添加量為4%、麥芽糖醇添加量為4%、羧甲基纖維素鈉與黃原膠添加量0.012%的條件下，考察黑果腺肋花楸濃縮汁添加量（2%、4%、6%、8%、10%）對黑果腺肋花楸果汁飲料感官評分的影響。

1.3.2.2 木糖醇添加量對飲料感官評分的影響

在固定黑果腺肋花楸濃縮汁添加量為4%、麥芽糖醇添加量為4%、羧甲基纖維素鈉與黃原膠添加量0.012%的條件下，考察木糖醇添加量（2%、4%、6%、8%、10%）對黑果腺肋花楸果汁飲料感官評分的影響。

1.3.2.3 麥芽糖醇添加量對飲料感官評分的影響

在固定黑果腺肋花楸濃縮汁添加量為4%、木糖醇添加量為4%、羧甲基纖維素鈉與黃原膠添加量0.012%的條件下，考察麥芽糖醇添加量（2%、4%、6%、8%、10%）對黑果腺肋花楸果汁飲料感官評分的影響。

1.3.2.4 羧甲基纖維素鈉與黃原膠添加量對飲料感官評分的影響

在固定黑果腺肋花楸濃縮汁添加量為4%、木糖醇添加量為4%、麥芽糖醇添加量為4%的條件下，考察羧甲基纖維素鈉與黃原膠（質(zhì)量比1∶1）添加量（0.004%、0.008%、0.012%、0.016%、0.020%）對黑果腺肋花楸果汁飲料感官評分的影響。

1.3.3 試驗設(shè)計

通過單因素試驗確定黑果腺肋花楸濃縮汁添加量（A）、木糖醇添加量（B）、麥芽糖醇添加量（C）、羧甲基纖維素鈉與黃原膠添加量（D）4個影響因素，對以上因素水平指標(biāo)進(jìn)行分析，以感官評分為響應(yīng)值，利用Box-Behnken為該黑果腺肋花楸無糖飲料的配方設(shè)計四因素三水平的試驗方案，其因素與水平見表1。

表1 響應(yīng)面因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface methodology

1.3.4 感官鑒評

選擇20位經(jīng)過食品感官評價培訓(xùn)的人員組成感官評價小組，對調(diào)配的飲料進(jìn)行感官品評，滿分100分。根據(jù)所調(diào)配飲料的口味、香氣、色澤、酸甜度4個因素的綜合感官特性進(jìn)行打分，每項分值最高分為25分，最終感官評價得分取平均值，感官評分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 感官評價標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation criteria

1.3.5 花色苷含量測定

通過pH示差法測定飲料中花色苷含量，參考趙婧等[20]的方法并稍作修改。取待測液，各加入pH1.0和pH4.5的緩沖溶液進(jìn)行稀釋，避光、40℃恒溫水浴30 min，以蒸餾水作為空白對照，在520、700 nm波長處測定溶液吸光度，黑果腺肋花楸飲料中花色苷含量計算公式如下。

式中：ΔA=（A520nm-A700nm）pH1.0-（A520nm-A700nm）pH4.5；V 為最后定容的體積，10 mL；F為稀釋倍數(shù)，20；ε為矢車菊素-3-O-葡萄糖苷的摩爾消光系數(shù)，26900L/（mol·cm）；M為矢車菊素-3-O-葡萄糖苷的相對分子質(zhì)量，449.2 g/mol；L為比色皿的厚度，1 cm；W為黑果腺肋花楸無糖飲料的質(zhì)量，1.000 g。

1.3.6 數(shù)據(jù)處理

采用Design-Expert 10.0.7進(jìn)行試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)的分析處理，Origin2018作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 黑果腺肋花楸濃縮汁添加量對飲料感官評分的影響

黑果腺肋花楸濃縮汁添加量單因素試驗結(jié)果見圖1。

圖1 濃縮汁添加量對飲料感官評分的影響Fig.1 Effect of concentrated juice concentration on the sensory score of the beverage

由圖1可知，隨著濃縮汁添加量的增加，飲料評分先升高后降低。在黑果腺肋花楸濃縮汁添加量為4%時評分最高，在黑果腺肋花楸濃縮汁添加量小于4%時，因濃縮汁添加量過少，導(dǎo)致飲料酸度不夠，氣味較淡，滋味明顯不足，評分較低。在黑果腺肋花楸濃縮汁的添加量為4%時口感達(dá)到最佳，隨著黑果腺肋花楸濃縮汁的添加量逐漸增大，導(dǎo)致飲料過酸，評分降低。因此，黑果腺肋花楸濃縮汁添加量選4%較為適宜。

2.2 木糖醇添加量對飲料感官評分的影響

糖醇主要作為甜味劑，與黑果腺肋花楸濃縮汁搭配，使飲料達(dá)到令人舒適的口感，木糖醇添加量單因素試驗結(jié)果見圖2。

圖2 木糖醇添加量對飲料感官評分的影響Fig.2 Effect of xylitol concentration on the sensory score of the beverage

由圖2可知，隨著木糖醇添加量的增加，飲料評分先升高后降低。在木糖醇添加量為4%時評分最高，在木糖醇添加量小于4%時，因木糖醇添加量過小，飲料甜度不夠。在添加量為4%時口感達(dá)到最佳，隨著木糖醇添加量逐漸增大，導(dǎo)致飲料過甜，評分降低。因此，木糖醇添加量選4%較為適宜。

2.3 麥芽糖醇添加量對飲料感官評分的影響

麥芽糖醇添加量單因素試驗結(jié)果見圖3。

圖3 麥芽糖醇添加量對飲料感官評分的影響Fig.3 Effect of maltitol concentration on the sensory score of the beverage

由圖3可知，隨著麥芽糖醇添加量的增加，飲料評分先升高后降低。在麥芽糖醇添加量為4%時得分最高，在麥芽糖醇添加量小于4%時，因麥芽糖醇添加量過少，導(dǎo)致飲料甜度不夠。在麥芽糖醇添加量為4%時口感達(dá)到最佳，隨著麥芽糖醇的添加量逐漸增大，導(dǎo)致飲料過甜，評分降低。因此，麥芽糖醇添加量選4%較為適宜。

2.4 羧甲基纖維素鈉與黃原膠添加量對飲料感官評分的影響

羧甲基纖維素鈉與黃原膠作為凝膠劑，能夠提升黑果腺肋花楸無糖飲料口感。羧甲基纖維素鈉與黃原膠添加量單因素試驗結(jié)果見圖4。

圖4 羧甲基纖維素鈉與黃原膠添加量對飲料感官評分的影響Fig.4 Effect of sodium carboxymethyl cellulose and xanthan gum concentrations on the sensory score of the beverage

由圖4可知，隨著羧甲基纖維素鈉與黃原膠添加量的增加，飲料評分先升高后降低。在添加量為0.008%時評分最高，在添加量小于0.008%時，因羧甲基纖維素鈉與黃原膠添加量過小，導(dǎo)致飲料黏稠度過小。在0.008%口感達(dá)到最佳，隨著羧甲基纖維素鈉與黃原膠添加量逐漸增大，導(dǎo)致飲料黏稠度過高，評分降低。因此，羧甲基纖維素鈉與黃原膠添加量選0.008%較為適宜。

2.5 響應(yīng)面試驗結(jié)果

響應(yīng)面試驗方案與結(jié)果見表3。

表3 響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果Table 3 Response surface design and results

續(xù)表3 響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果Continue table 3 Response surface design and results

采用Design Expert 10.0.7對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，所得多元回歸方程為Y=98.66-2.48A+0.22B+0.098C+0.049D+5.20AB+4.70AC-0.15AD-5.70BC-0.16BD-0.23CD-19.29A2-6.42B2-5.90C2-6.57D2，回歸模型方差分析詳見表4。

表4 響應(yīng)面試驗方差分析Table 4 Variance analysis of response surface methodology

由表4可知，該模型的F值為1 704.34，模型的P<0.000 1，表示該模型具有極顯著性。該模型失擬項F值為 1.09，失擬度（P=0.509 5＞0.05）不顯著，表示該模型能很好地預(yù)測結(jié)果，可以反映感官評價得分和各種因素之間的關(guān)系，試驗誤差小，試驗預(yù)測數(shù)據(jù)具有良好的可靠性。由F值大小可知，各因素對響應(yīng)值的影響強(qiáng)弱順序為黑果腺肋花楸濃縮汁添加量>木糖醇添加量>麥芽糖醇添加量>羧甲基纖維素鈉與黃原膠添加量。結(jié)果顯示木糖醇添加量影響大于麥芽糖醇添加量影響，其原因可能是兩者甜度的差異，木糖醇與麥芽糖醇雖然都是糖醇，但木糖醇的甜度大于麥芽糖醇，造成了木糖醇添加量影響大于麥芽糖醇添加量的影響。

各因素交互作用極顯著響應(yīng)面圖見圖5。

圖5 因素交互作用對感官評分影響的響應(yīng)面及等高線圖Fig.5 Response surface and contour plots of the interaction of factors on the sensory score

由表4和圖5可知，黑果腺肋花楸濃縮汁添加量影響極顯著（P<0.01），木糖醇添加量、麥芽糖醇添加量、羧甲基纖維素鈉與黃原膠添加量影響不顯著，平方項均為顯著。各因素間的交互作用影響分析結(jié)果可知交互項 AB、AC、BC 極顯著（P<0.01），AD、BD、CD 不顯著，與方差分析結(jié)果一致。

由Design-Expert 10.0.7軟件得出的黑果腺肋花楸無糖飲料最優(yōu)工藝結(jié)果為黑果腺肋花楸濃縮汁添加量為3.866%、木糖醇添加量為3.997%、麥芽糖醇添加量為3.965%、羧甲基纖維素鈉與黃原膠添加量為0.008%。此配方下，感官評分的預(yù)測值為98.746分。為便于實際操作，將最佳工藝調(diào)整為黑果腺肋花楸濃縮汁添加量為3.900%、木糖醇添加量為4.000%、麥芽糖醇添加量為4.000%、羧甲基纖維素鈉與黃原膠添加量為0.008%，得出黑果腺肋花楸無糖飲料的感官評分實測值為98.175分。

取適量黑果腺肋花楸無糖飲料樣品，按照1.3.5中的方法進(jìn)行測定和計算，所測結(jié)果為，樣品中的花色苷含量高達(dá)1.147 7 mg/g。

3 結(jié)論

本試驗以黑果腺肋花楸濃縮汁、木糖醇、麥芽糖醇、羧甲基纖維素鈉與黃原膠為原料，制備一種富含花色苷的黑果腺肋花楸無糖飲料。通過單因素試驗與響應(yīng)面試驗對配方進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果顯示在黑果腺肋花楸濃縮汁添加量為3.900%、木糖醇添加量為4.000%、麥芽糖醇添加量為4.000%、羧甲基纖維素鈉與黃原膠（質(zhì)量比1∶1）添加量為0.008%時，制備的黑果腺肋花楸無糖飲料呈明亮純正均一的紫紅色、酸甜爽口、風(fēng)味獨特。經(jīng)測定，黑果腺肋花楸無糖飲料中的花色苷含量高達(dá)1.147 7 mg/g。