吳國(guó)美,張秀玲,高詩(shī)涵,劉明華
(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150030)
樹(shù)莓又名山莓、覆盆子等,果實(shí)柔嫩多汁且鮮麗,含有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分且易被人體吸收。果實(shí)富含總糖、蛋白質(zhì)、總酸、葉酸、VC、VE、鎂、鈣、硒、鋅等物質(zhì)[1]。樹(shù)莓有多種保健成分以及豐富的藥用價(jià)值,對(duì)抗菌、抗氧化、降血脂及預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化等有顯著的作用[2-3]。藍(lán)莓又稱(chēng)越橘、藍(lán)漿果等,果實(shí)風(fēng)味獨(dú)特,有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和保健功能[4]。藍(lán)莓除了含有常見(jiàn)的蛋白質(zhì)、碳水化合物、維生素這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)外,還含有熊果酸、花青素、黃酮類(lèi)和多酚類(lèi)等功能性成分[5]。藍(lán)莓具有提高視力、增強(qiáng)記憶力、抗氧化、預(yù)防癌癥、改善身體微循環(huán)等功效[6]。藍(lán)靛果(Lonicera edulis)又名羊奶子、藍(lán)靛果忍冬等,果實(shí)中含有大量花色苷、黃酮類(lèi)化合物、多酚和維生素等。研究表明,藍(lán)靛果中主要的有機(jī)酸、碳水化合物分別是檸檬酸、葡萄糖[7]。同時(shí),藍(lán)靛果具有較強(qiáng)的抗氧化作用,還有抗肥胖、抗脂肪肝、抗輻射、抗癌等作用[8-9]。樹(shù)莓、藍(lán)莓和藍(lán)靛果都是集中采收,保質(zhì)期短的季節(jié)性漿果。鮮果成熟后組織較軟,在貯藏和運(yùn)輸上都很難,鮮果少量用于直接食用,大量的果實(shí)通過(guò)加工來(lái)延長(zhǎng)保質(zhì)期,保持原料本身的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。
近年來(lái),復(fù)合型功能飲料逐步占據(jù)國(guó)內(nèi)外的主流飲料市場(chǎng),呈現(xiàn)出逐年上升的勢(shì)頭,漿果飲料成為了人們研究的熱點(diǎn)[10]。復(fù)合果汁飲品有更豐富的營(yíng)養(yǎng)成分和更多的保健作用,具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和廣闊的發(fā)展前景,在飲料市場(chǎng)上越來(lái)越受到人們的歡迎[11]。劉艷懷等[12]以黑枸杞和藍(lán)莓為原料研制出具有抗氧化、抗腫瘤、保護(hù)視力和預(yù)防骨質(zhì)疏松等功效的復(fù)合飲料。張雪梅等[13]用野櫻桃李漿、藍(lán)莓漿調(diào)配出營(yíng)養(yǎng)豐富、風(fēng)味獨(dú)特的復(fù)合飲料。在飲料中添加穩(wěn)定劑可以防止飲料出現(xiàn)分層、沉淀等現(xiàn)象,穩(wěn)定劑的選擇對(duì)飲料的穩(wěn)定性至關(guān)重要。馬寅斐等[14]研究了在芒果汁飲料中添加3 種穩(wěn)定劑組成的復(fù)合穩(wěn)定劑,得到飲料的穩(wěn)定性指數(shù)最小,穩(wěn)定效果最好。徐淑科等[15]研究了黃原膠、羧甲基纖維素鈉和海藻酸丙二醇酯三種穩(wěn)定劑對(duì)蔓越莓果汁的影響。本文以樹(shù)莓、藍(lán)莓和藍(lán)靛果為原料調(diào)配出一款復(fù)合保健型飲品。通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化復(fù)合飲料的配方,采用響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化復(fù)合飲料的穩(wěn)定性,確定出飲料的最佳配方和復(fù)合穩(wěn)定劑配比,研制出的復(fù)合飲品營(yíng)養(yǎng)豐富、口感細(xì)膩、風(fēng)味獨(dú)特、穩(wěn)定性高,而且黏度適中,狀態(tài)均勻。本研究旨在提高小漿果的資源利用率,為復(fù)合飲品的研究提供技術(shù)支持和理論依據(jù),為小漿果復(fù)合飲料的工業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。
1.1.1 材料與試劑
藍(lán)靛果、藍(lán)莓為采自小興安嶺伊春地區(qū)的鮮果;紅樹(shù)莓為購(gòu)自黑龍江省尚志市城西村的凍果;羧甲基纖維素(CMC)、結(jié)冷膠、瓜爾膠、黃原膠、果膠均為食品級(jí):購(gòu)于哈爾濱盛達(dá)生化儀器有限公司;其他試劑均為分析純。
1.1.2 儀器與設(shè)備
HH-1 型數(shù)顯恒溫水浴鍋,常州賽普實(shí)驗(yàn)儀器廠;MJ-WJS1222F 型多功能榨汁機(jī),美的集團(tuán)股份有限公司;FA1004 型上皿電子天平,上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司;HR/T20M 型臺(tái)式高速冷凍離心機(jī),湖南赫西儀器裝備有限公司;UV-5500PC 型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì),上海元析儀器有限公司。
1.2.1 制作復(fù)合飲料的工藝流程
1.2.2 操作要點(diǎn)
1.2.2.1 原料預(yù)處理
將冷凍保存的樹(shù)莓、藍(lán)莓和藍(lán)靛果放于室溫下自然解凍后,用打漿機(jī)分別打漿,得到3 種果漿。按照試驗(yàn)優(yōu)化的復(fù)合酶解工藝,向3 種果漿中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.26%的果膠酶(107 000 U/g)和0.92%的纖維素酶(101 900 U/g),在 47 ℃下酶解 1.5 h,將酶解后的果漿用破壁機(jī)進(jìn)行汁肉分離,過(guò)濾得到3 種漿果原汁。
1.2.2.2 調(diào)配
將白砂糖等輔料混合充分,加入純凈水充分?jǐn)嚢枋蛊淙芙?,然后與3 種漿果原汁混合,參照GB 2760—2014[16]添加小于0.5 g/kg 的山梨酸鉀防止果汁變質(zhì)。
1.2.2.3 均質(zhì)
將調(diào)配好的果汁在20 MPa 下均質(zhì)4 次,得到狀態(tài)均勻的復(fù)合飲料。
1.2.2.4 灌裝、殺菌
將均質(zhì)后的復(fù)合飲料裝入已清洗并滅菌的飲料瓶中,裝罐溫度保持在70 ℃以上,以增強(qiáng)殺菌效果,然后排出頂端空氣。將灌好的復(fù)合飲料于95 ℃條件下殺菌15 min[17-18]。
1.2.2.5 冷卻
將殺菌后的復(fù)合飲料冷卻至室溫,得到3 種小漿果復(fù)合飲料成品。
1.2.3 復(fù)合飲料配方優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)
1.2.3.1 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)
按照飲料工藝流程,初步選定樹(shù)莓汁添加量10%,藍(lán)莓汁添加量10%,藍(lán)靛果汁添加量10%,白砂糖添加量8%為基礎(chǔ)條件,以感官評(píng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo),依次研究樹(shù)莓原汁添加量(5%、10%、15%、20%、25%)、藍(lán)莓原汁添加量(5%、10%、15%、20%、25%)、藍(lán)靛果原汁添加量(5%、10%、15%、20%、25%)、白砂糖添加量(6%、7%、8%、9%、10%)對(duì)復(fù)合飲料感官品質(zhì)的影響。
1.2.3.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)
在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上,以上述四個(gè)因素試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù),每個(gè)因素三個(gè)水平,進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn)。以感官評(píng)分為指標(biāo),確定復(fù)合飲料的最佳配方。各因素水平如表1 所示。
表1 配方優(yōu)化正交試驗(yàn)因素表Table 1 Factors and levels of orthogonal test for the formulation optimization
1.2.3.3 感官評(píng)定
分別從色澤、香氣、口感和組織狀態(tài)四方面對(duì)復(fù)合飲料進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。選取50 人以上作為感官評(píng)價(jià)人員,對(duì)制作出的復(fù)合飲料根據(jù)表2 進(jìn)行評(píng)價(jià),每人獨(dú)立對(duì)各個(gè)配方進(jìn)行感官評(píng)分,取其平均值記為最終的評(píng)分。
1.2.4 復(fù)合飲料穩(wěn)定性?xún)?yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)
1.2.4.1 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)選用常見(jiàn)的CMC、結(jié)冷膠、瓜爾膠、黃原膠和果膠作為復(fù)合飲料的穩(wěn)定劑,進(jìn)行單因素試驗(yàn)。在復(fù)合飲料配方的基礎(chǔ)上加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%)的單一穩(wěn)定劑,以穩(wěn)定系數(shù)為指標(biāo)研究復(fù)合飲料的穩(wěn)定性。
1.2.4.2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)
依據(jù)上述的穩(wěn)定性單因素試驗(yàn)結(jié)果,試驗(yàn)選取穩(wěn)定效果較好的CMC、結(jié)冷膠和黃原膠作為自變量,以復(fù)合飲料的穩(wěn)定系數(shù)為響應(yīng)值,得到最優(yōu)的工藝條件。響應(yīng)面試驗(yàn)的因素及水平見(jiàn)表3。
表2 復(fù)合飲料感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standard of compound beverage
表3 復(fù)合穩(wěn)定劑Box-Behnken 試驗(yàn)因素水平表Table 3 Factors and levels of Box-Behnken test for composite stabilizer
1.2.4.3 穩(wěn)定系數(shù)
參考韓曉娜等[19]的方法,按照配方調(diào)配復(fù)合飲料,準(zhǔn)確加入50 mL 復(fù)合飲料于刻度離心管中,放置24 h 后,用離心機(jī)以 3 000 r/min 離心 10 min,取上清液稀釋50 倍后,測(cè)定吸光度為A2,離心前的吸光度為A1。穩(wěn)定系數(shù)R 越高,飲料的穩(wěn)定性和保存性越好,但R 值的極限為1,計(jì)算公式如下:
1.2.5 數(shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)采用SPSS 23 軟件進(jìn)行顯著性和正交分析,用Origin 8.5 繪制圖形,運(yùn)用Design-Expert 8.0.6 軟件進(jìn)行響應(yīng)面回歸分析。
2.1.1 樹(shù)莓原汁添加量對(duì)復(fù)合飲料感官品質(zhì)的影響
由圖1 可知,樹(shù)莓原汁添加量為5%時(shí),復(fù)合飲料的感官評(píng)分最低,為71.67±1.53 分。復(fù)合飲料的感官評(píng)分隨著樹(shù)莓原汁添加量的增加而顯著增大,當(dāng)樹(shù)莓原汁添加量增加到20%時(shí),復(fù)合飲料感官評(píng)分最高,為89±2.65 分。而繼續(xù)增加樹(shù)莓原汁添加量,感官評(píng)分稍有降低,推測(cè)是因?yàn)闃?shù)莓原汁具有淡酸味,添加過(guò)多會(huì)使復(fù)合飲料的口感下降。結(jié)果表明,樹(shù)莓原汁的最佳添加量為20%。
圖1 樹(shù)莓原汁添加量對(duì)復(fù)合飲料感官評(píng)分的影響Fig.1 Effect of raspberry juice addition on sensory score of compound beverage
2.1.2 藍(lán)莓原汁添加量對(duì)復(fù)合飲料感官品質(zhì)的影響
由圖2 可知,藍(lán)莓原汁添加量為5%時(shí),復(fù)合飲料的感官評(píng)分最高,為87±1 分。隨著藍(lán)莓原汁添加量的增加,復(fù)合飲料的感官評(píng)分顯著下降。當(dāng)藍(lán)莓原汁添加量為25%時(shí),感官評(píng)分最低,為68.33±0.58分。推測(cè)是因?yàn)橐吧{(lán)莓原汁口味較苦澀,添加量增加會(huì)影響復(fù)合飲料的口感,感官評(píng)分會(huì)降低。結(jié)果表明,藍(lán)莓原汁的最佳添加量為5%。
圖2 藍(lán)莓原汁添加量對(duì)復(fù)合飲料感官評(píng)分的影響Fig.2 Effect of blueberry juice addition on sensory score of compound beverage
2.1.3 藍(lán)靛果原汁添加量對(duì)復(fù)合飲料感官品質(zhì)的影響
由圖3 可知,復(fù)合飲料的感官評(píng)分隨著藍(lán)靛果原汁添加量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),當(dāng)藍(lán)靛果原汁添加量為15%時(shí),復(fù)合飲料的感官評(píng)分最高,為93±1.72 分,之后藍(lán)靛果原汁添加量繼續(xù)增大時(shí),感官評(píng)分緩慢下降。推測(cè)是因?yàn)槭芩{(lán)靛果原汁的澀味以及深紅顏色的影響,隨著藍(lán)靛果原汁添加量的增加,飲料的顏色、口感都有所下降。藍(lán)靛果原汁添加量為25%時(shí),復(fù)合飲料的感官評(píng)分最低,為74.66±1.53 分。結(jié)果表明,藍(lán)靛果原汁的最佳添加量為15%。
圖3 藍(lán)靛果原汁添加量對(duì)復(fù)合飲料感官評(píng)分的影響Fig.3 Effect of Lonicera edulis juice addition on sensory score of compound beverage
2.1.4 白砂糖添加量對(duì)復(fù)合飲料感官品質(zhì)的影響
由圖4 可知,隨著白砂糖用量的增加,復(fù)合飲料的感官評(píng)分顯著升高。當(dāng)白砂糖添加量為9%時(shí),復(fù)合飲料的感官評(píng)分最高,為90±0.74 分。白砂糖添加量超過(guò)9%時(shí),感官評(píng)分有所下降。白砂糖的添加主要是改變產(chǎn)品的甜度,當(dāng)白砂糖添加較少時(shí)酸味過(guò)重,而白砂糖添加過(guò)多時(shí)甜味過(guò)重。復(fù)合飲料在飲用時(shí)需要一個(gè)適合的甜度,太甜或者太淡都不能給人良好的口感,因此白砂糖的最佳添加量為9%。
圖4 白砂糖添加量對(duì)復(fù)合飲料感官評(píng)分的影響Fig.4 Effect of white sugar addition on sensory score of compound beverage
根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果,以樹(shù)莓原汁添加量(A)、藍(lán)莓原汁添加量(B)、藍(lán)靛果原汁添加量(C)、白砂糖添加量(D)為主要影響因素,以感官評(píng)分為指標(biāo),進(jìn)行L9(34)正交設(shè)計(jì),試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。
由表4 和表5 可知,藍(lán)靛果原汁添加量(C)對(duì)復(fù)合飲料的感官品質(zhì)影響最大,其次是藍(lán)莓原汁添加量(B)、白砂糖添加量(D)、樹(shù)莓原汁添加量(A)。最佳配方組合為A2B1C1D3,即樹(shù)莓原汁添加量20%,藍(lán)莓原汁添加量5%,藍(lán)靛果原汁添加量10%,白砂糖添加量10%。按照A2B1C1D3配制復(fù)合飲料,感官評(píng)分為98.13±1.50 分。
表4 正交試驗(yàn)結(jié)果分析Table 4 Orthogonal test results analysis
表5 正交試驗(yàn)方差分析表Table 5 Analysis of variance of orthogonal test
圖5 表示不同穩(wěn)定劑對(duì)復(fù)合飲料穩(wěn)定性的影響。由圖可知,黃原膠、結(jié)冷膠和CMC 這3 種穩(wěn)定劑的穩(wěn)定系數(shù)相對(duì)較大,表示穩(wěn)定效果較好;黃原膠的濃度為0.05%時(shí)穩(wěn)定系數(shù)最高,為0.95±0.01,隨著黃原膠濃度逐漸增加,穩(wěn)定系數(shù)逐漸減小。黃原膠具有良好的增稠性和流變學(xué)特性,當(dāng)黃原膠添加量較多時(shí),飲料的黏稠度較大,有較多的未溶解膠粒,影響飲料的穩(wěn)定性和口感[20]。結(jié)冷膠和CMC 都是隨著濃度的增加,穩(wěn)定系數(shù)先增加后降低,結(jié)冷膠在濃度為0.10%時(shí),穩(wěn)定系數(shù)最大為0.94±0.01。CMC 在濃度為0.2%時(shí),穩(wěn)定系數(shù)最大為0.96±0.01,此時(shí)CMC 能較好地穩(wěn)定復(fù)合飲料中的蛋白質(zhì),使水及脂肪的表面張力降低,起到穩(wěn)定與增稠的作用[21]。果膠和瓜爾膠的穩(wěn)定系數(shù)相對(duì)較低,穩(wěn)定效果相比于其他3 組相對(duì)較差。故選擇黃原膠、結(jié)冷膠和CMC 三種穩(wěn)定劑進(jìn)行復(fù)配。穩(wěn)定劑的選擇對(duì)飲料的穩(wěn)定性至關(guān)重要[22]。單一的穩(wěn)定劑無(wú)法使產(chǎn)品達(dá)到長(zhǎng)期均勻,穩(wěn)定懸浮,會(huì)影響復(fù)合飲料的口感、外觀、色澤等方面,因此對(duì)效果較好的穩(wěn)定劑進(jìn)行復(fù)配會(huì)有較好的效果。
圖5 5 種單一穩(wěn)定劑對(duì)復(fù)合飲料穩(wěn)定系數(shù)的影響Fig.5 Effects of five single stabilizers on stability coefficient of composite beverage
2.4.1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果
在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上,使用Box-Benhnken試驗(yàn)設(shè)計(jì),選擇 CMC(A′)、結(jié)冷膠(B′)和黃原膠(C′)作為自變量,以穩(wěn)定系數(shù)為響應(yīng)值進(jìn)行試驗(yàn),對(duì)復(fù)合飲料的穩(wěn)定性進(jìn)行優(yōu)化。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。
表6 復(fù)合穩(wěn)定劑響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 6 Composite stabilizer Box-Benhnken design and results
2.4.2 方差分析及交互作用分析
使用Design-Expert 8.0.6 軟件進(jìn)行擬合分析,得到回歸方程為:復(fù)合飲料的穩(wěn)定系數(shù)Y=0.97+0.016A′+0.019B′+0.010C′+0.029A′B′+1.796A′C′+2.016B′C′-0.030A′2-0.062B′2-0.021C′2。
復(fù)合穩(wěn)定劑的響應(yīng)面優(yōu)化回歸方程的方差分析(ANOVA)如表7 所示?;貧w模型的顯著性很高(P=0.000 3<0.05),缺乏擬合用于驗(yàn)證模型的充分性且不顯著(P=0.619 7>0.05),R2=0.965 2,該模型可以擬合試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
表7 回歸模型方差分析Table 7 Analysis of variance of regression model
根據(jù)F 值可知,各個(gè)因素對(duì)復(fù)合飲料穩(wěn)定系數(shù)影響的大小順序?yàn)椋航Y(jié)冷膠(B′)>CMC(A′)>黃原膠(C′)。方差分析中,B′2影響極顯著,A′、B′、A′B′、A′2影響高度顯著,C′2影響顯著。
等高線圖和響應(yīng)曲面圖是回歸方程的圖形化表示,反應(yīng)獨(dú)立變量對(duì)響應(yīng)變量的交互作用[23-24]。圖6顯示了復(fù)合飲料的穩(wěn)定系數(shù)與各穩(wěn)定劑之間的關(guān)系。由圖6a、b 可以看出,隨著CMC 和結(jié)冷膠質(zhì)量濃度的增大,復(fù)合飲料的穩(wěn)定系數(shù)先升高后降低,且結(jié)冷膠對(duì)穩(wěn)定系數(shù)的影響要大于CMC。由圖6c、d 可以看出,CMC 和黃原膠對(duì)穩(wěn)定系數(shù)的影響不明顯,且CMC對(duì)穩(wěn)定系數(shù)的影響大于黃原膠。由圖6e、f 可以看出,隨著結(jié)冷膠的濃度增大,穩(wěn)定系數(shù)先增大后減小,且變化幅度大于不同濃度的黃原膠,結(jié)冷膠對(duì)穩(wěn)定系數(shù)的影響比黃原膠大,這與表7 中方差分析的結(jié)果一致。
2.4.3 最佳條件的確定和回歸模型的驗(yàn)證
圖6 各因素交互作用對(duì)復(fù)合飲料穩(wěn)定系數(shù)影響的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.6 Response surface maps and contour of the influence of various factors interaction on stability coefficient of composite beverage
利用響應(yīng)面試驗(yàn),確定復(fù)合飲料穩(wěn)定性的最佳條件:CMC 添加量0.22%,結(jié)冷膠添加量0.11%,黃原膠添加量0.06%,此時(shí)復(fù)合飲料的穩(wěn)定系數(shù)為0.99。為驗(yàn)證這些結(jié)果,選擇預(yù)測(cè)的最佳條件進(jìn)行試驗(yàn),得到復(fù)合飲料的穩(wěn)定系數(shù)為0.97±0.001,與預(yù)測(cè)值相差不大,說(shuō)明該模型符合試驗(yàn)數(shù)據(jù)。此時(shí)對(duì)復(fù)合飲料進(jìn)行感官評(píng)價(jià),感官評(píng)分為97.64±2.0 分。
本試驗(yàn)結(jié)果表明,優(yōu)化后的復(fù)合飲料最佳配方為:20%樹(shù)莓原汁,5%藍(lán)莓原汁,10%藍(lán)靛果原汁,10%白砂糖。接此配方調(diào)配的復(fù)合飲料,酸甜適口,色澤均勻,有小漿果的獨(dú)特香氣,感官評(píng)分為98.13±1.50分。通過(guò)響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化飲料穩(wěn)定性,得到最佳復(fù)合穩(wěn)定劑組合為0.22%CMC,0.11%結(jié)冷膠,0.06%黃原膠。此時(shí)復(fù)合飲料的穩(wěn)定系數(shù)為0.97±0.001,飲料的穩(wěn)定性高,而且黏度適中。復(fù)合飲料最終調(diào)配完成后,感官評(píng)分為97.64±2.0 分,口感較好,狀態(tài)均勻。本研究的復(fù)合飲料穩(wěn)定性高且營(yíng)養(yǎng)豐富,提高了小漿果的資源利用率,而且為小漿果復(fù)合飲品開(kāi)發(fā)提供了理論依據(jù)及技術(shù)支持。