天然椰子水及其新型營養(yǎng)飲品開發(fā)研究進(jìn)展

鄧寶華，劉保興，趙闖營，謝德芳，訾紀(jì)偉，盧 寬，解萬翠*

（1.江蘇蘇薩食品有限公司，江蘇泰州 225324；2.青島科技大學(xué)海洋科學(xué)與生物工程學(xué)院，山東青島 266042）

近年來，全球植物蛋白飲品發(fā)展迅速，2020 年，中國植物蛋白飲品年產(chǎn)量達(dá)90 億升，并以20%的年增長率迅速增長，預(yù)計到2025 年，我國植物蛋白飲品年產(chǎn)值可達(dá)1 400 億元。椰子是重要的優(yōu)勢植物蛋白原料，2020年，我國椰子種植面積達(dá)5.8 萬hm2，產(chǎn)量達(dá)22 萬t[1-2]，多集中在海南省。椰子綜合利用率高，其可食部分（椰子肉、椰子水）和非可食部分（椰衣、椰殼）均具有較高的開發(fā)價值。其中，占椰果質(zhì)量33%～35%的椰衣，材質(zhì)堅韌且透氣性良好，是優(yōu)良的環(huán)保材料。椰殼質(zhì)地堅實，呈黑褐色，可制作椰殼活性炭。椰肉不僅可用于菜肴烹飪，而且又可加工成椰子汁、椰子油、椰子糖、椰子醬等300 余種特色食品。其中，存在椰子果腔內(nèi)的天然椰子水可直接食用，因其富含營養(yǎng)素，日益成為開發(fā)健康營養(yǎng)植物蛋白飲品的重要原料[3]。

天然椰子水飲品因營養(yǎng)豐富及風(fēng)味獨特而深受消費者青睞，其產(chǎn)品份額在植物蛋白飲品市場占比達(dá)15%，僅次于豆乳飲料[4]。經(jīng)歷30 多年的發(fā)展，天然椰子水飲品經(jīng)歷了第一代濃縮還原型椰子水和第二代生榨調(diào)制型椰子水兩個階段，目前，第三代生榨非濃縮工藝推動了天然椰子水飲品行業(yè)換代更新，促使天然椰子水飲品朝著多元化和營養(yǎng)化發(fā)展。

本文基于天然椰子水的營養(yǎng)及風(fēng)味特色，系統(tǒng)概況了天然椰子水風(fēng)味飲品的開發(fā)現(xiàn)狀，以期對椰子的深加工及基于健康策略的新型椰子水營養(yǎng)飲品的開發(fā)指明方向，推動天然椰子水飲品產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。

1 天然椰子水的營養(yǎng)價值

天然椰子水具有人體所需的眾多營養(yǎng)物質(zhì)，其蛋白質(zhì)和碳水化合物的含量分別達(dá)0.3%和5%，并富含多種維生素及礦物質(zhì)。并且，天然椰子水特殊的化學(xué)成分還賦予其藥用保健功效，如維生素B6和葉酸賦予其抗心腦血管、癌癥等的功效。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，天然椰子水還具有促消化、補充電解質(zhì)、抗菌消炎、保護(hù)肝腎等多種醫(yī)藥作用；同時，天然椰子水清涼消暑、生津止渴、甘甜可口、清香沁人是吸引消費者的重要因素[4]。

天然椰子水占椰子質(zhì)量的25%，富含生物活性成分。研究表明，天然椰子水能提供人體必需的17 種氨基酸，其中精氨酸、丙氨酸、酪氨酸和絲氨酸的含量比牛奶的高，更因其無膽固醇的特性成為牛奶的優(yōu)良替代品[5]。礦物質(zhì)是天然椰子水中的第二大營養(yǎng)物質(zhì)，占椰子水體積的0.4%～1.0%，主要為Na、K、Fe、Mg 等微量元素，其組成與人體組織液相似，有利于快速補充人體流失的電解質(zhì)[6]。此外，天然椰子水中還含有葡萄糖、果糖、半乳糖、木糖和甘露醇等糖類，為糖尿病人飲用含糖飲品提供了新的選擇。天然椰子水中富含的維生素，如煙酸、泛酸、葉酸、維生素H、維生素B 族（B1、B2、B6）等，還能維持人體正常生理功能，有利于促進(jìn)人體新陳代謝、預(yù)防癌癥。此外，普通水果中的風(fēng)味物質(zhì)多以酯類、醛類為主，而天然椰子水則以醇類、酸類等揮發(fā)性物質(zhì)協(xié)同構(gòu)成，風(fēng)味清香微甜[7]，因此，開發(fā)風(fēng)味和營養(yǎng)俱佳的天然椰子水風(fēng)味飲品至關(guān)重要。

2 傳統(tǒng)椰子水風(fēng)味飲品的開發(fā)

目前市面上椰子水風(fēng)味飲品眾多，根據(jù)不同的生產(chǎn)工藝，椰子水飲品主要分為天然椰子水飲料、發(fā)酵椰子水飲料和復(fù)配椰子水飲料，具體開發(fā)流程見圖1。

圖1 天然椰子水風(fēng)味飲品的開發(fā)概狀Fig.1 Current status of development of natural coconut water flavored beverages

2.1 天然椰子水飲料

天然椰子水化學(xué)成分和口感風(fēng)味極易發(fā)生變化，難以有效收集、貯藏和加工，加之運輸成本太高，極大地限制了其商業(yè)化應(yīng)用。因此，利用保鮮、加工、包裝技術(shù)，將天然椰子水制成天然椰子水飲料，把原料變成商品，是解決天然椰子水商業(yè)化、市場化的有效途徑，更是推動椰子水高價值利用的關(guān)鍵一步。梁翻[8]通過添加雙甘油脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯和β-環(huán)狀糊精作為穩(wěn)定劑，添加D-異抗壞血酸鈉作為抗氧化劑來生產(chǎn)椰子水飲料。Swain 等[9]將椰子水開發(fā)為用于運動員補水的飲料，能夠快速調(diào)節(jié)人體水鹽平衡，補充微量元素。綜上，天然椰子水飲料既能保留椰子水的營養(yǎng)風(fēng)味，又能提高貨架期。然而，目前市場上出現(xiàn)的眾多天然椰子水飲料，其色澤、口感、風(fēng)味與天然椰子水差別較大，而且加工過程中存在營養(yǎng)物質(zhì)流失及品質(zhì)下降等問題，也是亟待解決的重點。

2.2 發(fā)酵椰子水飲料

口味和營養(yǎng)是消費者選擇飲品的兩大主導(dǎo)因素。利用發(fā)酵工程，促使微生物利用椰子水中的營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行自身物質(zhì)代謝，可產(chǎn)生有機酸、胞外多糖等生物活性物質(zhì)。天然椰子水經(jīng)益生菌發(fā)酵后，不僅能提高營養(yǎng)風(fēng)味及貯藏品質(zhì)，還可促進(jìn)身體新陳代謝，維持腸道健康。趙曉明等[10]以濃縮后的天然椰子水為原料，與保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌的混合菌種共同發(fā)酵來研制具有良好風(fēng)味的凝固型功能性椰子植物酸奶。Segura-badilla 等[11]使用凍干鼠李糖乳桿菌和菊粉作為可溶性纖維的來源對天然椰子水進(jìn)行發(fā)酵，得到一款基于天然椰子水的共生功能性飲料。天然椰子水經(jīng)過發(fā)酵后，產(chǎn)品的口感和市場接受度普遍增加，但發(fā)酵技術(shù)本身帶來的是另一種產(chǎn)品，脫離了椰子水原有的天然風(fēng)味。同時目前發(fā)酵菌種多為單一菌株，未來需要進(jìn)一步研究益生菌發(fā)酵技術(shù)，進(jìn)行混合益生菌的協(xié)調(diào)發(fā)酵及工藝優(yōu)化，能為天然椰子水發(fā)酵產(chǎn)品開發(fā)提供技術(shù)支撐。

2.3 混合椰子水飲料

受原產(chǎn)地、產(chǎn)量及加工程序等的影響，天然椰子水成本高，影響了消費者的購買力。利用精準(zhǔn)復(fù)配技術(shù)制備復(fù)合椰子水飲料，既能降低單一原料的經(jīng)濟成本，又能綜合多種物質(zhì)的營養(yǎng)成分，具有營養(yǎng)多樣化的特點。黃聰亮等[12]以富含多酚和VC 的腰果梨與天然椰子水復(fù)配，得到一款具有抗癌、抗氧化及抑制胃炎的健康飲品，且兩種原料風(fēng)味融合良好，口感極佳。張木炎等[13]將天然椰子水與姜汁進(jìn)行復(fù)配，研發(fā)出一種椰香味和姜香味協(xié)調(diào)并富含礦物質(zhì)元素的清涼飲料。Castro 等[14]以芙蓉和天然椰子水為基料，設(shè)計了一種具有抗氧化和感官潛力的混合椰子水飲料。目前市面上主要是利用水果、蔬菜、香辛料、植物進(jìn)行復(fù)配，然而，運用生物活性物質(zhì)與椰子水進(jìn)行精準(zhǔn)復(fù)配和風(fēng)味融合還未廣泛應(yīng)用。

3 新型椰子水營養(yǎng)飲品的開發(fā)

新型營養(yǎng)椰子水飲品的研發(fā)是拓展植物蛋白飲料的種類與市場容量的一個重要組成部分[1]。新型食品加工技術(shù)、益生菌發(fā)酵技術(shù)及活性物質(zhì)穩(wěn)態(tài)化新概念的提出與應(yīng)用，為實現(xiàn)天然椰子水營養(yǎng)飲品的多元化和高值化提供了研究思路。

3.1 冷殺菌營養(yǎng)飲品

傳統(tǒng)熱處理工藝能夠減少或消除微生物對食品品質(zhì)的影響，但其在處理過程中，容易引起美拉德反應(yīng)和酶促褐變，導(dǎo)致椰子水飲品的營養(yǎng)與天然椰子水有顯著差別。在加工技術(shù)的更新迭代下，利用新型加工技術(shù)獲得高品質(zhì)天然椰子水產(chǎn)品將是未來市場主流。

目前研究較多的冷殺菌加工技術(shù)主要有超高壓殺菌、高密度二氧化碳、膜分離技術(shù)、超聲波殺菌等，見表1。Rita 等[15]研究發(fā)現(xiàn)，超高壓技術(shù)對飲料殺菌效果良好，對飲料中的維生素、生物活性物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)影響極小。程磊晶等[16]利用超高壓殺菌技術(shù)處理天然椰子水，發(fā)現(xiàn)壓力400 MPa、保壓時間10 min 時，天然椰子水的品質(zhì)最佳，并能有效降低椰子水中微生物的數(shù)量。但超高壓對多酚氧化耐壓酶無法完全鈍化，處理后的貨架期有限，因此常與冷鏈相結(jié)合。李思越[17]發(fā)現(xiàn)高密度二氧化碳技術(shù)能有效抑制梨汁中微生物生長及多酚氧化酶活性。Marchi 等[18]研究表明，經(jīng)高密度二氧化碳?xì)⒕蟮漠a(chǎn)品，能達(dá)到商業(yè)無菌的要求，且感官品質(zhì)與新鮮未經(jīng)處理樣品無明顯差別。與超高壓殺菌相比，高密度二氧化碳?xì)⒕夹g(shù)壓力更低、時間更短，更有潛力大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用于椰子水飲品生產(chǎn)。膜分離技術(shù)工藝簡單，操作方便，能耗低，易于自動化，可分為微濾和超濾。微濾可以除去液體中的菌，如酵母菌、霉菌、細(xì)菌等；超濾可用來提取溶液中的小分子，如椰子水中的多酚氧化酶和過氧化氫酶等。張和禹等[19]研究發(fā)現(xiàn)陶瓷膜超濾技術(shù)對桑椹汁的菌及芽孢的去除率分別達(dá)95.5%、98.7%。Phillip 等[20]發(fā)現(xiàn)膜分離技術(shù)能截留天然椰子水中92%的多酚氧化酶和91%的過氧化氫酶。

表1 常見冷殺菌加工技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀Table 1 Application status of common cold sterilization processing technologies

新型冷殺菌加工技術(shù)對食品殺菌和加工效果顯著，但在天然椰子水加工過程中還存在較大的技術(shù)壁壘。如超高壓對多酚氧化等耐壓酶無法完全鈍化，造成處理后的貨架期有限，高密度二氧化碳技術(shù)和膜分離技術(shù)無法完美解決天然椰子水變色問題等。因此如何通過技術(shù)之間的協(xié)同增效解決色澤變化問題，將是近年來天然椰子水飲品加工技術(shù)的主題。

3.2 活菌型營養(yǎng)飲品

微生物發(fā)酵技術(shù)是改善天然椰子水飲品風(fēng)味和品質(zhì)、增加其營養(yǎng)價值和生物利用率的重要手段。篩選適宜的發(fā)酵菌種、選擇適當(dāng)?shù)木昊钚员３旨夹g(shù)、優(yōu)化發(fā)酵工藝是利用益生菌發(fā)酵技術(shù)改善發(fā)酵椰子水飲品品質(zhì)，開發(fā)活菌型椰子水營養(yǎng)飲品的重要手段。

篩選適宜的發(fā)酵菌種對活菌型天然椰子水營養(yǎng)飲品的應(yīng)用至關(guān)重要。研究表明，乳酸菌與天然椰子水的內(nèi)生菌在發(fā)酵過程中會產(chǎn)生相應(yīng)的蛋白酶和脂肪酶等復(fù)雜酶系，從而將天然椰子水中的蛋白質(zhì)、多肽和脂肪等物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氨基酸、活性肽、脂肪酸等小分子物質(zhì)以及醇類、酯類和呋喃類等風(fēng)味物質(zhì)，使發(fā)酵椰子水飲品兼具風(fēng)味和營養(yǎng)[21]。Kantachote 等[22]分別利用篩選得到的植物乳桿菌DW12 和干酪乳桿菌L4 發(fā)酵椰子水研制飲料，發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌DW12 更適合用來發(fā)酵天然椰子水飲料。邵璐瀅等[23]利用6 種乳酸菌發(fā)酵椰子水制備飲料，為乳酸菌發(fā)酵椰子水飲料制備提供更多的基礎(chǔ)支持。此外，將乳酸菌益生功能與天然椰子水營養(yǎng)、健康及風(fēng)味等特性相結(jié)合，開發(fā)活菌型乳酸菌發(fā)酵椰子水產(chǎn)品是近年來的研究熱點。益生菌活性保持技術(shù)是將益生菌包覆在微型膠囊中，使其與外界環(huán)境隔絕，最大限度地保持益生菌活性的一種菌株微膠囊化技術(shù)[24]。繆銘等[25]以明膠、阿拉伯膠為壁材對活菌進(jìn)行微膠囊化，提高了飲料中活菌量，延長了發(fā)酵飲料的保質(zhì)期和菌種存活期。Dinanwati 等[26]研究發(fā)現(xiàn)益生菌的微膠囊化可提高天然椰子水加工、儲存過程中乳酸菌的穩(wěn)定性，而不會失去其功能特性。將益生乳酸菌包埋在腸溶性壁材中，不僅能在腸道適宜條件下使微膠囊中的益生菌快速釋放，提高益生菌的活菌數(shù)，還能為其更好地發(fā)揮發(fā)酵作用提供重要保障。但是，益生菌的微膠囊技術(shù)設(shè)備復(fù)雜、生產(chǎn)成本高，且產(chǎn)品穩(wěn)定性相對較低，因此研究出高產(chǎn)率、低成本、適用于大規(guī)模生產(chǎn)的微膠囊技術(shù)是未來天然椰子水研究的重點。

優(yōu)化乳酸菌發(fā)酵工藝，不僅能夠提高發(fā)酵飲品品質(zhì)，還可以確保其營養(yǎng)與風(fēng)味的最大提升。研究表明，與單一乳酸菌發(fā)酵相比，組合發(fā)酵顯著高于單一菌種發(fā)酵。趙曉明等[27]使用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌的混合菌種，共同發(fā)酵來研制具有良好風(fēng)味的功能性椰子植物酸奶，經(jīng)多菌種協(xié)同發(fā)酵，其飲料風(fēng)味、營養(yǎng)以及品質(zhì)都得到極大改善。同樣利用兩種及兩種以上菌種發(fā)酵時，不僅要優(yōu)化發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間和接種量，還要優(yōu)化不同菌種的復(fù)配比例。邵璐瀅[28]以乳酸菌菌株為基礎(chǔ)進(jìn)行發(fā)酵工藝的單因素和響應(yīng)面優(yōu)化，得到發(fā)酵椰子水制備原液的最佳工藝為兩菌種比例1∶1，總接種量4%，發(fā)酵時間51 h，此時效果最好。

3.3 活性物質(zhì)穩(wěn)態(tài)化營養(yǎng)飲品

生物活性物質(zhì)不僅具有維持人體健康、調(diào)節(jié)生理功能和預(yù)防疾病的功效，還能使食品呈現(xiàn)不同的風(fēng)味和色澤。以椰子水及生物活性物質(zhì)為主要功效成分，建立可控的活性因子釋放體系，從而實現(xiàn)椰子水飲料生物活性物質(zhì)穩(wěn)態(tài)化，是開發(fā)新型椰子水營養(yǎng)飲品的重要手段。因此，將生物活性成分進(jìn)行充分挖掘，構(gòu)建活性物質(zhì)傳遞體系穩(wěn)態(tài)化是基于活性物質(zhì)穩(wěn)態(tài)化概念開發(fā)高營養(yǎng)型的新型椰子水營養(yǎng)飲品的重點。

營養(yǎng)飲品的關(guān)鍵是其包含眾多天然生物活性物質(zhì)，要實現(xiàn)新型營養(yǎng)飲品的開發(fā)，就必須不斷開發(fā)和挖掘新的活性物質(zhì)；且創(chuàng)新利用藥食同源類植物，提取生物活性物質(zhì)。寧樂等[29]從蒲公英中提取的一種可用于制備飲料的多糖，具有良好的生產(chǎn)前景。Babich 等[30]從生長在不同地區(qū)的藥用植物（黃櫨、金線蓮、蒲公英）中提取不飽和脂肪酸、有機酸，為植物源生物活性成分的開發(fā)應(yīng)用提供參考。隨著對天然椰子水研究的不斷深入，越來越多的生物活性物質(zhì)逐漸被發(fā)掘。Kopp 等[31]利用超濾裝置和反高效液相色譜從天然椰子水中分離出降血壓肽，結(jié)合動物實驗表明其具有顯著的降血壓能力。張玉峰等[32]以天然椰子水為原料制備活性多糖，發(fā)現(xiàn)其具有較強的抗氧化活性和葡萄糖消耗促進(jìn)作用，為天椰子水在功能性食品等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。然而，目前將生物活性物質(zhì)在天然椰子水飲品中的應(yīng)用以及從天然椰子水中分離生物活性物質(zhì)的研究較少。因此，要深入研究活性物質(zhì)生理活性機制，利用精準(zhǔn)復(fù)配技術(shù)和風(fēng)味融合技術(shù)，開發(fā)出高營養(yǎng)的天然椰子水飲品。

針對生物活性物質(zhì)穩(wěn)定性差、生物利用率低、釋放過快或過慢等問題，應(yīng)精準(zhǔn)設(shè)計活性物質(zhì)傳遞體系并保證穩(wěn)態(tài)化。目前使用最廣泛的是對活性物質(zhì)進(jìn)行多種形式的包埋，提高其載荷率，實現(xiàn)營養(yǎng)飲品穩(wěn)態(tài)化[33]。Pattnaik 等[34]將從植物食品中提取多酚、黃酮和花青素等生物活性物微膠囊化制備功能性飲料。研究表明，活性物質(zhì)穩(wěn)態(tài)化應(yīng)用于椰子水等飲料具有一定的理論基礎(chǔ)。同時，除微膠囊包埋技術(shù)外，還可以根據(jù)活性物質(zhì)活性機制，通過改變其的物理形態(tài)、利用椰子水與活性物質(zhì)的相互作用力，設(shè)計凝膠、復(fù)合物體系，均可實現(xiàn)活性物質(zhì)穩(wěn)態(tài)化，進(jìn)而開發(fā)出營養(yǎng)穩(wěn)定的新型椰子水營養(yǎng)飲品。

4 展望

天然椰子水飲品因具有良好的營養(yǎng)和獨特的風(fēng)味而深受消費者青睞，營養(yǎng)椰子水飲品的研發(fā)是拓展植物蛋白飲料的種類與市場容量的一個重要組成部分。未來，天然椰子水深加工及新型營養(yǎng)飲品的發(fā)展有望集中在以下幾個方面：一是超高壓殺菌和高密度二氧化碳等新型冷殺菌技術(shù)的發(fā)展革新，下一步會在椰子水營養(yǎng)飲品生產(chǎn)中得到實際應(yīng)用，殺菌技術(shù)之間的協(xié)同增效可以有效解決應(yīng)用中的技術(shù)壁壘；二是利用以菌株活性保持技術(shù)為核心的益生菌發(fā)酵技術(shù)，能夠開發(fā)出營養(yǎng)、品質(zhì)、風(fēng)味及益生功效極大增強的活菌型營養(yǎng)飲品；三是穩(wěn)態(tài)化活性物質(zhì)傳遞體系的建立，將自然界中對人體有益的生物活性成分精準(zhǔn)融合到椰子水飲品中，助力開發(fā)多元化、不同年齡段和特殊人群的個性化產(chǎn)品。未來，椰子水營養(yǎng)飲品開發(fā)還應(yīng)積極推進(jìn)椰子水功能因子活性機理及風(fēng)味成分研究，實現(xiàn)飲品的創(chuàng)新性提升。同時，加工技術(shù)之間融合及新技術(shù)的研發(fā)，有助于解決椰子水飲品產(chǎn)業(yè)瓶頸問題，保障其健康可持續(xù)發(fā)展。