趙　宇,呂曉玲,王　超,何　東,趙煥焦

(天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院,天津 300457)

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復(fù)合花青素飲料的制備及提高其穩(wěn)定性的方法

趙宇,呂曉玲,王超,何東,趙煥焦

(天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院,天津 300457)

本實(shí)驗(yàn)將以葡萄皮、黑米、紫甘薯提取物為原料的復(fù)合花青素應(yīng)用于果味飲料中,通過選擇最適輔色劑種類并確定添加量,提高了花青素在酸性飲料體系中的保存率。通過正交實(shí)驗(yàn)確定飲料的最佳配方為:檸檬酸0.16%,果葡糖漿10%,藍(lán)莓香精0.06%,復(fù)合花青素0.1%;結(jié)合殺菌條件選擇茶多酚作為最適輔色劑,添加量為500 mg/kg時效果最佳,飲料顏色在殺菌條件下的保存率可達(dá)90.9%。實(shí)驗(yàn)中的飲料產(chǎn)品在低溫下貯存時間更長,其中在4 ℃時飲料中花色苷的貯存期為230 d左右。

花青素,復(fù)合花青素,果味飲料,穩(wěn)定性

近年來天然色素在飲料中的應(yīng)用[1]受到了消費(fèi)者的歡迎。其中花青素[2]是一種植物來源的天然色素,無毒、安全、來源廣泛、色澤真實(shí),在食品添加劑領(lǐng)域有較好的發(fā)展前景。中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量[3]中對花色苷的建議攝入量特定建議值(SPL)為50.0 mg/d,即每天攝入超過50 mg的花色苷可產(chǎn)生較為明顯的健康促進(jìn)作用?；ㄉ?Anthocyanin)[4]是由花青素與一個或多個糖基通過糖苷鍵形成的一種多酚類化合物。它是自然界中一類廣泛存在于植物果實(shí)、花瓣和枝葉中的水溶性天然色素。不同來源的花色苷結(jié)構(gòu)各異,從而賦予植物體由紅色、紫紅到藍(lán)色等鮮艷豐富的色彩。

近年來,黑米、紅蘿卜、紫甘薯等富含花青素的植物提取物[5]已廣泛應(yīng)用于飲料、果凍、果醬、糖果、酒類、冰淇淋等食品中。婁秋艷等[6]以花青素、白砂糖、檸檬酸、蘋果汁為原料,開發(fā)出一款花青素果汁復(fù)合飲料;陳偉平等[7]在藍(lán)莓提取液中加入3%的助干劑和8%的蔗糖研制出一款固體花青素飲料;HidakaYuji等[8]用紫薯做原料進(jìn)行發(fā)酵,過濾殘?jiān)笾瞥梢环N澄清的紫紅色溶液,加入到酒中制成含酒精的花青素飲料。

藍(lán)莓汁酸甜可口,是一種較好的功能性飲料,但其色澤穩(wěn)定性和花青素含量受加工存儲溫度等條件影響很大。本實(shí)驗(yàn)將復(fù)合花青素應(yīng)用于果味飲料[9]中,通過選擇最佳的輔色劑種類和濃度,提高其在飲料體系中的穩(wěn)定性,為花青素在飲料中的應(yīng)用提供一定參考依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

復(fù)合花青素為實(shí)驗(yàn)室自制,主要材料包括:葡萄皮色素:花青素含量5%上海杰兔工貿(mào)有限公司(拉曼公司);黑米提取物:花青素含量10%陜西森弗天然制品有限公司;紫甘薯色素:花青素含量12.5%葫蘆島茂華生物有限責(zé)任公司;F55果葡糖漿蘇州市高峰糖業(yè)有限公司;藍(lán)莓香精(#11044)奇華頓公司;綠原酸含量50%,鄭州帝斯曼科技有限公司;茶多酚含量50%,西安金綠生物工程技術(shù)有限公司;檸檬酸、維生素C、D-異抗壞血酸鈉均為食品級。

BS224S分析天平德國賽多利斯股份公司;UV-2101 PCS紫外可見分光光度計(jì)尤尼柯(上海)儀器有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1藍(lán)莓果味飲料配方的單因素實(shí)驗(yàn)以檸檬酸、果葡糖漿、藍(lán)莓香精和復(fù)合花青素添加量,四個變量做單因素實(shí)驗(yàn),三個變量固定,對一個變量進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn),請10位具有感官評價(jià)經(jīng)驗(yàn)的評價(jià)員按照表1[10]對飲料進(jìn)行評分。

表1　花青素飲料的感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.2.1.1檸檬酸添加量的單因素實(shí)驗(yàn)選擇檸檬酸添加量為0.10%、0.12%、0.14%、0.16%、0.18%,并添加6%果葡糖漿、0.03%藍(lán)莓香精、0.1%復(fù)合花青素配制果味飲料,請10位感官評價(jià)員按評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評分。

1.2.1.2果葡糖漿添加量的單因素實(shí)驗(yàn)選擇果葡糖漿添加量為4%、6%、8%、10%、12%,并添加0.12%檸檬酸、0.03%藍(lán)莓香精、0.1%復(fù)合花青素配制果味飲料,請10位感官評價(jià)員按評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評分。

1.2.1.3藍(lán)莓香精添加量的單因素實(shí)驗(yàn)選擇藍(lán)莓香精添加量為0.01%、0.03%、0.06%、0.09%、0.12%,并添加0.12%檸檬酸、6%果葡糖漿、0.1%復(fù)合花青素配制果味飲料,請10位感官評價(jià)員按評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評分。

1.2.1.4復(fù)合花青素添加量的單因素實(shí)驗(yàn)選擇復(fù)合花青素添加量為0.05%、0.1%、0.15%、0.20%、0.25%,并添加0.12%檸檬酸、6%果葡糖漿、0.03%藍(lán)莓香精配制果味飲料,請10位感官評價(jià)員按評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評分。

1.2.1.5藍(lán)莓果味飲料配方的正交實(shí)驗(yàn)按照單因素實(shí)驗(yàn)感官評價(jià)結(jié)果進(jìn)行L9(34)正交實(shí)驗(yàn)。請10位評價(jià)員根據(jù)評分標(biāo)準(zhǔn)(表1),從色澤、氣味、口感、感官狀態(tài)四個方面對飲料進(jìn)行綜合評定,再結(jié)合極差和方差分析做驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),確定飲料的最佳配方。

表2　正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

1.2.2輔色劑的種類和添加量的確定

1.2.2.1輔色劑的選擇在最佳配方的飲料中,分別加入200 mg/kg的抗壞血酸、D-異抗壞血酸、茶多酚和綠原酸作為預(yù)選的輔色劑,混合均勻后進(jìn)行加熱殺菌(90 ℃,30 min)。飲料顏色的保存率計(jì)算,是將飲料冷卻至室溫后,測定添加不同輔色劑的飲料在520 nm處吸光值,以不加入輔色劑的飲料體系作為空白對照。

式中:At表示加熱后的吸光度值;A0表示加熱前的吸光度值。

1.2.2.2輔色劑添加量的確定在最佳配方的飲料中,分別加入100、200、500、800 mg/kg的最適輔色劑,混合均勻后進(jìn)行加熱殺菌,計(jì)算飲料顏色的保存率。

1.2.3飲料的貯存穩(wěn)定性將未添加、添加最適輔色劑的飲料和等濃度的藍(lán)莓汁進(jìn)行加熱殺菌,冷卻后分別放置在4、28和37 ℃[11]條件中貯存25 d,期間每隔5 d取樣測定花色苷含量(以矢車菊-3-葡萄糖苷計(jì))[12]。以加熱殺菌后的花色苷含量作對照,計(jì)算不同貯存條件下的保存率。通過計(jì)算花色苷保存率降解為20%的時間(T0.2),來預(yù)測飲料的貯存期,降解活化能(Ea)通過阿侖尼烏斯方程計(jì)算。

ln(At/A0)=-k×t

T0.2=-ln 0.2×(1/k)

K=K0×exp(-Ea/RT)

式中:k為一級反應(yīng)速率常數(shù);t為貯存時間,d;K0表示頻率常數(shù)(d-1);R表示氣體常數(shù)(8.314×10-3kJ/K mol);T表示溫度(k)。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

所有數(shù)據(jù)測定3次平行、取平均值,結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示,采用SPSS19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2　結(jié)果與討論

2.1飲料配方的確定

2.1.1檸檬酸添加量的確定由圖1可知,檸檬酸用量為0.14%、0.16%、0.18%時飲料感官評分較好,選擇這3個水平進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。檸檬酸是改變飲料酸度的主要物質(zhì),添加量過少酸度不夠,添加量超過0.18%時產(chǎn)生明顯的澀味影響口感。

圖1　檸檬酸添加量對藍(lán)莓果味飲料影響的感官評價(jià)結(jié)果Fig.1　Sensory evaluation results of effects of citric acid on beverage’s flavor

2.1.2果葡糖漿添加量的確定由圖2可知,果葡糖漿用量為8%、10%、12%時飲料感官評分較好,選擇這3個水平進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。果葡糖漿影響產(chǎn)品甜度,隨添加量增加甜度逐漸提高、口感改善,超過12%時甜度過大、酸甜比失調(diào),口感下降。

圖2　果葡糖漿添加量對飲料影響的感官評價(jià)結(jié)果Fig.2　Sensory evaluation results of high fructose corn syrup on beverage’s flavor

2.1.3藍(lán)莓香精添加量的確定由圖3可知,藍(lán)莓香精用量為0.06%、0.09%、0.12%時飲料感官評分較好,選擇這3個水平進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。適量的香精使飲料有淡淡的藍(lán)莓香味、改善口感,超過0.12%則會出現(xiàn)苦味影響飲料質(zhì)量。

圖3　藍(lán)莓香精添加量對飲料影響的感官評價(jià)結(jié)果Fig.3　Sensory evaluation results of flavouring essence on beverage’s flavor

2.1.4復(fù)合花青素添加量的確定由圖4可知,復(fù)合花青素用量為0.05%、0.1%、0.15%時飲料感官評分較好,選擇這3個水平進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。花青素用量較低時,隨用量的增加色澤愈發(fā)誘人,用量過大時顏色變?yōu)榘导t色,大大降低感官評分。

圖4　復(fù)合花青素添加量對飲料影響的感官評價(jià)結(jié)果Fig.4　Sensory evaluation results of compound pigment on beverage’s flavor

2.1.5飲料配方的正交實(shí)驗(yàn)通過單因素實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)四種因素對感官評價(jià)結(jié)果都有一定影響,依據(jù)實(shí)驗(yàn)因素水平表做正交實(shí)驗(yàn),結(jié)果如表3所示:

表3　正交實(shí)驗(yàn)感官評價(jià)結(jié)果

由直觀分析結(jié)果可知,四個因素對飲料感官影響的主次順序?yàn)?D>A>C>B,即復(fù)合花青素添加量>檸檬酸添加量>藍(lán)莓香精添加量>果葡糖漿添加量。方差分析見表4。

表4　方差分析結(jié)果

注:F0.05(2,2)=19;F0.01(2,2)=99;*:差異顯著p<0.05。

由方差分析結(jié)果可以看出,檸檬酸和復(fù)合花青素添加量對感官評價(jià)結(jié)果有顯著性影響(p<0.05),藍(lán)莓香精和果葡糖漿添加量對感官評價(jià)結(jié)果無顯著性影響。

綜合直觀分析和方差分析,選擇最優(yōu)方案為A2B2C1D2,即:檸檬酸添加量為0.16%,果葡糖漿添加量為10%,藍(lán)莓香精添加量為0.06%,復(fù)合花青素添加量為0.1%。此組合在正交實(shí)驗(yàn)中存在,感官評價(jià)值為88.4,該產(chǎn)品香氣自然甜酸可口、感官評分優(yōu)良,因此選為最佳配方。

2.2輔色劑的種類和添加量的確定

2.2.1輔色劑的選擇飲料顏色保存率結(jié)果如圖5所示。

圖5　輔色劑種類對飲料顏色的影響Fig.5　Effects of auxiliary agent type on beverage color

LSD和Duncan組間差異顯著性統(tǒng)計(jì)分析顯示:4種輔色劑對飲料顏色影響差異顯著(p<0.05)。添加維生素C和D-異抗壞血酸鈉的顏色保存率低于對照組(p<0.05)。這與相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道一致,花青素飲料體系中添加抗壞血酸類[13-15]會影響其熱穩(wěn)定性。而添加茶多酚和綠原酸[16]的飲料顏色相對于對照組有一定的提升(p<0.05),分別為89.31%和89.07%,酚酸類物質(zhì)可能提高花青素保存率。綜合考慮,選擇茶多酚作為飲料的輔色劑。

圖6　輔色劑添加量對飲料顏色的影響Fig.6　Effects of auxiliary agent add amount on beverage color

2.2.2輔色劑添加量的確定結(jié)果表明添加茶多酚的飲料保存率比未添加組均有很大提高。如圖6所示,在100～500 mg/kg添加范圍內(nèi),保存率隨添加量的增大而提高。當(dāng)添加量為500 mg/kg時保存率達(dá)到90.9%,而添加量提高到800 mg/kg時與500 mg/kg保存率變化不顯著。因此選擇500 mg/kg的茶多酚添加到飲料中。

2.3飲料的貯存穩(wěn)定性

2.3.1貯存期間花色苷保存率藍(lán)莓汁、藍(lán)莓果味飲料和添加輔色劑的果味飲料25 d內(nèi)花色苷在4、28和37 ℃[11]的變化趨勢如圖7所示。隨著貯存溫度的升高,花色苷的保存率呈現(xiàn)出明顯的降低趨勢。37 ℃貯存25 d時,藍(lán)莓汁、藍(lán)莓果味飲料、添加輔色劑的飲料花色苷保存率分別為20.2%、22.0%和23.1%,花色苷降解十分明顯;4 ℃貯存的保存率最高,25 d時藍(lán)莓汁、藍(lán)莓果味飲料、添加輔色劑的飲料花色苷保存率分別77.8%、79.6%和83.6%。結(jié)果表明,低溫可以提高花色苷保存率,延長飲料的貯存時間。

圖7　不同貯存溫度時飲料中花青素的保存情況Fig.7　Degradation of anthocyanins in beverage during storage at different temperature注：a為藍(lán)莓汁,b為果味飲料,c為果味飲料(添加輔色劑)。

從相關(guān)數(shù)據(jù)和圖中變化趨勢發(fā)現(xiàn),添加輔色劑的飲料花色苷在相同條件下保存率最高,未添加輔色劑的飲料次之,而藍(lán)莓汁的保存率最差。參考相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道推測這可能與不同飲料中具體花色苷的成分不同,從而導(dǎo)致穩(wěn)定性的差異。通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)中的花色苷貯存時間和保存率呈現(xiàn)良好的指數(shù)關(guān)系(R2>0.95),因此可以通過擬合指數(shù)方程得到降解速率常數(shù),進(jìn)一步預(yù)測貯存期。

2.3.2貯存期間降解動力學(xué)及貯存時間預(yù)測根據(jù)藍(lán)莓汁、藍(lán)莓果味飲料、添加輔色劑的果味飲料25 d內(nèi)花色苷在4、28和37 ℃的保存率擬合出指數(shù)方程,計(jì)算出降解速率常數(shù),如表5所示。

表5　貯存期間花色苷降解動力學(xué)

注:表中小括號內(nèi)為相關(guān)系數(shù)R2值。

本實(shí)驗(yàn)中,我們認(rèn)為當(dāng)花色苷含量不足20%時不能滿足實(shí)際應(yīng)用時的需要。通過降解速率常數(shù),預(yù)測出T0.2的時間。4 ℃時添加輔色劑的飲料貯存時間最長,為229.9 d,是不添加輔色劑飲料的1.28倍,是藍(lán)莓汁的1.42倍。而在37 ℃時,添加輔色劑的飲料貯存時間為28.2 d,是不添加輔色劑飲料的1.01倍,是藍(lán)莓汁的1.08倍。因此在花青素飲料貯存過程中應(yīng)盡量選擇低溫環(huán)境條件。

3　結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)將復(fù)合花青素應(yīng)用于果味飲料中。確定了藍(lán)莓果味飲料的最佳工藝配方為:檸檬酸0.16%,果葡糖漿10%,藍(lán)莓香精0.06%,復(fù)合花青素0.1%;添加500 mg/kg的茶多酚作為輔色劑,飲料在加熱殺菌條件下的保存率為90.9%;飲料在低溫下貯存時間更長,其中在4 ℃時中花色苷的貯存期為230 d左右。

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Preparation of compounded anthocyanins beverage and the improvement of its stability

ZHAO Yu,LV Xiao-ling,WANG Chao,HE Dong,ZHAO Huan-jiao

(College of Food Engineering and Biotechnique,Tianjin University of Science & Technology,Tianjin 300457,China)

This study was designed to use the compounded anthocyanins of grape skin,black rice and purple sweet potato extract applied in the fruit-flavored beverage. Through adding appropriate copigment to improve its preservation rate in acidic beverage system. The results showed that the optimum blueberry fruit drinks’ formula was:0.16% Citric acid,10% fructose syrup,0.06% blueberry flavor,0.1% compounded anthocyanins. Combine with sterilization conditions,Tea Polyphenols was choosed as the most suitable copigment,and the best addition amount was 500 mg/kg. Under sterilization condition,it’s retention rate can reach 90.9%. The beverage were stored for longer time at low temperature in this study and the storage period of anthocyanins was 230 d at 4 ℃.

anthocyanins;compounded anthocyanins;fruit-flavored beverage;stablility

2016-01-29

趙宇(1990-)，男，碩士研究生，研究方向：食品添加劑與功能配料，E-mail:243827884@qq.com。

國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目: 食用色素制備關(guān)鍵技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)化(2011BAD23B02)。

TS275.5

B

1002-0306(2016)17-0206-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.17.032