孟曉,金劉翠,冉然,張穎,蔣麗施,景林

(1.成都中醫(yī)藥大學(xué) 公共衛(wèi)生學(xué)院,成都 611137;2.成都紡織高等?？茖W(xué)校輕工與材料學(xué)院,成都 611731)

余甘子(PhyllanthusemblicaL.)俗稱油甘子、印度醋栗,是大戟科植物的干燥成熟果實(shí)[1-3]。余甘子營養(yǎng)豐富,含有鈣、維生素C、礦物質(zhì)等成分[4]?，F(xiàn)代研究表明,余甘子具有保肝、抗糖尿病、 抗氧化、抗衰老等作用[5-8]。

目前,余甘子主要被加工成飲料、蜜餞、糖果等產(chǎn)品[9]。而較常見的加工方式是將余甘子榨汁,但在果汁的貯藏過程中,由于部分懸浮物和大分子物質(zhì)的存在,果汁體系的穩(wěn)定性較差,極易出現(xiàn)沉淀[10-11]。針對這一問題,目前已經(jīng)存在多種提高果汁飲料穩(wěn)定性的方法,例如超濾膜過濾法、澄清劑吸附法、添加穩(wěn)定劑等[12]。超濾膜過濾法所需條件較苛刻,且操作繁瑣;從劉盈盈等[13]的研究結(jié)果來看,使用澄清劑明膠處理余甘子果汁,果汁中的維生素C含量損失較大;向果汁中添加穩(wěn)定劑,既可以有效地澄清果汁,又不會影響果汁成分及性質(zhì),還能改善口感,且操作簡單、成本低[14]。李俊等[15]利用穩(wěn)定劑處理茶飲料,明顯提高了飲料的透光率,得到的飲料澄清透明、口感純正、風(fēng)味獨(dú)特。綜上所述,對比其他提高產(chǎn)品穩(wěn)定性的方法,向產(chǎn)品中添加穩(wěn)定劑更加快捷簡便,且成本低、效果好。復(fù)合穩(wěn)定劑一般比單一穩(wěn)定劑的效果好,但穩(wěn)定劑本身易受溫度、pH等因素的影響。由于余甘子汁本身呈酸性,本研究采用具有耐酸堿性質(zhì)的果膠、黃原膠復(fù)合處理余甘子汁,并進(jìn)一步探究溫度對穩(wěn)定劑的影響,研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),在一定溫度下經(jīng)果膠-黃原膠復(fù)合穩(wěn)定劑處理過的余甘子汁澄清透明,儲存期間不易產(chǎn)生沉淀。

本研究以余甘子原汁作為研究原料,在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上選擇響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)方法(response surface methodology,RSM)中的Box-Behnken設(shè)計(jì)法[16-17],以透光率為評價(jià)指標(biāo),研究復(fù)合穩(wěn)定劑添加量、復(fù)合穩(wěn)定劑質(zhì)量比、澄清時(shí)間、澄清溫度4個(gè)因素對余甘子汁透光率的影響,以確定對余甘子濃縮汁二次沉淀的改良作用的最佳工藝條件,為工藝生產(chǎn)提供理論支撐和參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黃原膠(食用級):鄂爾多斯市中軒生化股份有限公司;果膠(食用級):新疆阜豐生物科技有限公司;余甘子:市售成熟果實(shí)。

1.2 儀器與設(shè)備

可見分光光度計(jì) 上海儀電分析儀器有限公司;HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋 常州澳華儀器有限公司;ESJ200-4B萬分之一電子天平 沈陽龍騰電子有限公司;TDL-6A離心機(jī) 上海菲恰爾分析儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

余甘子新鮮果實(shí)→清洗→破碎→榨汁→粗濾(留濾液)→添加復(fù)合穩(wěn)定劑處理→離心(留上清液作為待測樣品)。

1.3.2 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以余甘子原汁為研究對象,以透光率為評價(jià)指標(biāo),研究不同復(fù)合穩(wěn)定劑添加量、復(fù)合穩(wěn)定劑質(zhì)量比、澄清時(shí)間、澄清溫度對余甘子汁澄清效果的影響,以確定對余甘子汁的最佳澄清工藝條件。

1.3.2.1 最佳復(fù)合穩(wěn)定劑添加量的確定

取50 g余甘子原汁若干份,在復(fù)合穩(wěn)定劑質(zhì)量比為1∶3的條件下,改變復(fù)配穩(wěn)定劑添加量為0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.1%,于35 ℃溫度下反應(yīng)30 min后,經(jīng)4 000 r/min離心10 min,測其透光率。

1.3.2.2 最佳復(fù)合穩(wěn)定劑質(zhì)量比的確定

取50 g余甘子原汁若干份,在復(fù)合穩(wěn)定劑添加量為0.02%的條件下,改變復(fù)合穩(wěn)定劑質(zhì)量比為1∶4、1∶3、1∶2、1∶1、2∶1、3∶1、4∶1,于35 ℃溫度下反應(yīng)30 min后,經(jīng)4 000 r/min離心10 min,測其透光率。

1.3.2.3 最佳澄清時(shí)間的確定

取50 g余甘子原汁若干份,在復(fù)合穩(wěn)定劑添加量為0.02%、復(fù)合穩(wěn)定劑質(zhì)量比為1∶3、反應(yīng)溫度為35 ℃的條件下,改變澄清時(shí)間為10,30,50,70,90 min,經(jīng)4 000 r/min離心10 min,測其透光率。

1.3.2.4 最佳澄清溫度的確定

取50 g余甘子原汁若干份,在復(fù)合穩(wěn)定劑添加量為0.02%、復(fù)合穩(wěn)定劑質(zhì)量比為1∶3、反應(yīng)時(shí)間為30 min的條件下,改變澄清溫度為5,15,25,35,45,55 ℃,經(jīng)4 000 r/min離心10 min,測其透光率。

1.3.3 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果,以 Box-Behnken 中心組合設(shè)計(jì)原理,以復(fù)合穩(wěn)定劑添加量、復(fù)合穩(wěn)定劑質(zhì)量比、澄清時(shí)間、澄清溫度為變量,以透光率為響應(yīng)值, 設(shè)計(jì)四因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn), 試驗(yàn)因素水平編碼見表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素和水平Table 1 Factors and levels of response surface test

1.4 指標(biāo)測定方法

1.4.1 透光率的測定

將處理好的余甘子汁在可見光的波長范圍(380～780 nm)內(nèi)測定透光率,當(dāng)波長達(dá)到 760 nm時(shí),余甘子汁顯示最大透光率,故選擇760 nm為最適測定波長[18]。

1.4.2 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS Statistics 26中的鄧肯分析進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,P<0.05表示有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性差異,采用Origin 2019和Prism 8.0繪圖,采用Design Expert 10統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化分析,結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 復(fù)合穩(wěn)定劑添加量對余甘子汁透光率的影響

復(fù)合穩(wěn)定劑添加量對余甘子汁透光率的影響見圖1。

圖1 復(fù)合穩(wěn)定劑添加量對余甘子汁透光率的影響Fig.1 Effect of compound stabilizer addition amount on the transmittance of Phyllanthus emblica L. juice注:不同小寫字母表示數(shù)據(jù)間有顯著性差異(P<0.05);相同小寫字母表示數(shù)據(jù)間無顯著性差異(P>0.05),下圖同。

由圖1可知,隨著果膠與黃原膠的復(fù)合添加量增加,透光率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,在添加量為0.02%時(shí),透光率達(dá)到最大值,為39.75%。當(dāng)復(fù)配穩(wěn)定劑添加量過多時(shí),會出現(xiàn)凝結(jié)成膠的現(xiàn)象,導(dǎo)致溶液的黏度增大,流動性減小,阻礙了顆粒物質(zhì)的沉淀,這可能是導(dǎo)致透光率逐漸減小的原因[19]。上述結(jié)果表明,果膠與黃原膠復(fù)合穩(wěn)定劑的最佳添加量為0.02%。

2.1.2 復(fù)合穩(wěn)定劑質(zhì)量比對余甘子汁透光率的影響

復(fù)合穩(wěn)定劑質(zhì)量比對余甘子汁透光率的影響見圖2。

圖2 復(fù)合穩(wěn)定劑質(zhì)量比對余甘子汁透光率的影響Fig.2 Effect of mass ratio of compound stabilizer on the transmittance of Phyllanthus emblica L. juice

由圖2可知,當(dāng)果膠-黃原膠復(fù)合穩(wěn)定劑質(zhì)量比為1∶3時(shí),余甘子汁的透光率最高,為43.1%。隨著復(fù)合穩(wěn)定劑質(zhì)量比的不斷增加,除復(fù)合穩(wěn)定劑質(zhì)量比為2∶1時(shí)有所升高以外,其余條件下余甘子汁的透光率無顯著性變化。黃原膠具有低濃度、高黏度的特性,而果膠溶液的黏度較低,澄清效果較弱,復(fù)合使用時(shí)對黃原膠的影響較小。上述結(jié)果表明,果膠-黃原膠復(fù)合穩(wěn)定劑的最佳質(zhì)量比為1∶3。

2.1.3 澄清時(shí)間對余甘子汁透光率的影響

澄清時(shí)間對余甘子汁透光率的影響見圖3。

圖3 澄清時(shí)間對余甘子汁透光率的影響Fig.3 Effect of clarification time on the transmittance of Phyllanthus emblica L. juice

由圖3可知,當(dāng)澄清時(shí)間為30 min時(shí),余甘子汁的透光率最高,為39.8%。隨著澄清時(shí)間繼續(xù)增加,余甘子汁的透光率逐漸減小。這可能是因?yàn)殡S著時(shí)間的延長,復(fù)合穩(wěn)定劑與余甘子汁充分融合,形成均勻的黏稠體,使溶液中的顆粒上浮,從而使透光率逐漸降低。上述結(jié)果表明,最佳澄清時(shí)間為30 min。

2.1.4 澄清溫度對余甘子汁透光率的影響

澄清溫度對余甘子汁透光率的影響見圖4。

圖4 澄清溫度對余甘子汁透光率的影響Fig.4 Effect of clarification temperature on the transmittance of Phyllanthus emblica L. juice

由圖4可知,隨著溫度的升高,余甘子汁的透光率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,當(dāng)溫度達(dá)到35 ℃時(shí),余甘子汁的透光率最高,為39.95%。低溫條件下,果膠容易產(chǎn)生膠凝作用,故效果較弱。隨著溫度逐漸升高,余甘子汁的流動性逐漸增大,導(dǎo)致顆粒物質(zhì)上浮,這可能是導(dǎo)致透光率逐漸下降的原因。上述結(jié)果表明,最佳澄清溫度為35 ℃。

2.2 響應(yīng)面法優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與方差分析

應(yīng)用Design Expert 10對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多元回歸分析,結(jié)果見表2。

表2 復(fù)合穩(wěn)定劑處理余甘子汁的響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 2 Response surface test design and results of compound stabilizer treatment of Phyllanthus emblica L. juice

對表2中試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,得到余甘子汁透光率與復(fù)合穩(wěn)定劑添加量、復(fù)合穩(wěn)定劑質(zhì)量比、澄清時(shí)間、澄清溫度的二次回歸方程模型:透光率(%)=38.34-2.88A+0.27B-1.27C-3.33D+2.10AB-1.20AC-0.93AD+1.65BC-0.28BD+0.68CD-2.73A2-0.85B2-0.80C2-0.80D2。

對余甘子汁透光率回歸模型進(jìn)行方差分析,結(jié)果見表3。

表3 余甘子汁透光率回歸模型方差分析Table 3 Variance analysis of regression model of transmittance of Phyllanthus emblica L. juice

由表3可知,回歸模型顯著性檢驗(yàn)P<0.000 1,說明兩者二次多元回歸模型極顯著?；貧w模型失擬項(xiàng)的P=0.615 2>0.05,不顯著,可以認(rèn)為所選回歸模型與實(shí)際試驗(yàn)擬合性充分模型失擬不顯著,說明該模型是有效的。相關(guān)系數(shù)R2=0.975 7,說明該模型的擬合程度很好,誤差小,試驗(yàn)條件的選擇適宜。同時(shí),離散系數(shù)C.V.表示試驗(yàn)的精確度,C.V.值越小,試驗(yàn)的可靠性越高,本試驗(yàn)的C.V.值為2.15%。綜合上述指標(biāo)表明,該模型可應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。另外,根據(jù)一次項(xiàng)F值的大小可以判斷各試驗(yàn)因素對余甘子汁透光率的影響順序?yàn)槌吻鍦囟?復(fù)合穩(wěn)定劑添加量>澄清時(shí)間>復(fù)合穩(wěn)定劑質(zhì)量比。

2.2.2 響應(yīng)面交互作用分析

通過Design Expert 10軟件中響應(yīng)面優(yōu)化分析方法得出復(fù)合穩(wěn)定劑添加量、復(fù)合穩(wěn)定劑質(zhì)量比、澄清時(shí)間、澄清溫度各因素交互對透光率影響的響應(yīng)面圖和等高線圖,見圖5～圖8。

圖5 復(fù)合穩(wěn)定劑質(zhì)量比和復(fù)合穩(wěn)定劑添加量的交互作用對透光率影響的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.5 Response surface diagram and contour line of the effect of interaction between mass ratio of compound stabilizer and addition amount of compound stabilizer on the transmittance

圖6 復(fù)合穩(wěn)定劑添加量和澄清時(shí)間的交互作用對透光率影響的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.6 Response surface diagram and contour line of the effect of interaction between addition amount of compound stabilizer and clarification time on the transmittance

圖7 復(fù)合穩(wěn)定劑質(zhì)量比和澄清時(shí)間的交互作用對透光率影響的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.7 Response surface diagram and contour line of the effect of interaction between mass ratio of compound stabilizer and clarification time on the transmittance

圖8 復(fù)合穩(wěn)定劑添加量和澄清溫度的交互作用對透光率影響的響應(yīng)面圖和等高線圖Fig.8 Response surface diagram and contour line of the effect of interaction between addition amount of compound stabilizer and clarification temperature on the transmittance

響應(yīng)面陡峭越明顯、等高線越密集且呈橢圓形, 表明兩因素的交互作用對試驗(yàn)結(jié)果的影響越顯著[20]。結(jié)合表3可知,一次項(xiàng)A、C、D,交互項(xiàng)AB、AC、BC、A2均達(dá)到了極顯著水平,AD、B2、C2、D2達(dá)到了顯著水平。由圖5～圖8可知,復(fù)合穩(wěn)定劑質(zhì)量比與復(fù)合穩(wěn)定劑添加量、澄清溫度的交互作用的曲面較陡峭且等高線呈橢圓形,復(fù)合穩(wěn)定劑添加量與澄清時(shí)間的交互作用的曲面較平緩且等高線稀疏,說明復(fù)合穩(wěn)定劑添加量、澄清時(shí)間、澄清溫度對余甘子汁透光率的影響極顯著(P<0.01),復(fù)合穩(wěn)定劑質(zhì)量比與復(fù)合穩(wěn)定劑添加量、澄清時(shí)間的交互作用對余甘子汁透光率的影響極顯著(P<0.01),復(fù)合穩(wěn)定劑添加量和澄清溫度的交互作用對余甘子汁透光率的影響顯著(P<0.05)。

2.3 響應(yīng)面試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷尿?yàn)證

根據(jù)響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)得出的最佳工藝條件對響應(yīng)面試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行驗(yàn)證,驗(yàn)證結(jié)果見表4。

表4 響應(yīng)面優(yōu)化最佳工藝條件試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Test results of optimal process conditions optimized by response surface method

根據(jù)回歸模擬方程,得到的最佳工藝條件為果膠-黃原膠添加量0.03%、復(fù)合穩(wěn)定劑質(zhì)量比1∶2.4、澄清時(shí)間10 min、澄清溫度25 ℃,此時(shí)透光率預(yù)測值為38.82%,在該工藝條件下進(jìn)行3組平行試驗(yàn),得到余甘子汁的透光率為(38.1±0.5)%。將試驗(yàn)得到的最佳工藝條件與回歸模型推薦的最佳工藝條件相比,在試驗(yàn)得到的最佳工藝條件下,余甘子汁的透光率為(40.5±0.9)%,相較于回歸模型推薦組效果更佳,且考慮到成本問題,試驗(yàn)得到的最佳工藝條件復(fù)合穩(wěn)定劑的用量相對較少,成本更低,故選用果膠-黃原膠添加量0.02%、復(fù)合穩(wěn)定劑質(zhì)量比1∶3、澄清時(shí)間10 min、澄清溫度25 ℃為最佳澄清工藝。

3 結(jié)論與討論

本研究以余甘子原汁為原料,通過單因素試驗(yàn)篩選兩種適合余甘子汁的穩(wěn)定劑,來解決余甘子飲料產(chǎn)品在儲存過程中易產(chǎn)生沉淀的問題。通過響應(yīng)面試驗(yàn)分析構(gòu)建了果膠-黃原膠添加量、復(fù)合穩(wěn)定劑質(zhì)量比、澄清時(shí)間、澄清溫度4個(gè)因素和余甘子汁透光率之間的回歸模型,通過此回歸模型得出余甘子汁澄清工藝的最佳條件為果膠-黃原膠添加量0.02%、復(fù)合穩(wěn)定劑質(zhì)量比1∶3、澄清時(shí)間10 min、澄清溫度25 ℃,該工藝條件下余甘子汁的透光率為(40.5±0.9)%,所得余甘子汁清澈透亮,長時(shí)間儲存不會產(chǎn)生沉淀。

相較于本研究結(jié)果,羅妍琛等[21]利用瓜爾豆膠、明膠、羧甲基纖維素鈉處理慈姑甘蔗汁,研究結(jié)果表明,在瓜爾豆膠用量0.06%、明膠用量0.20%、羧甲基纖維素鈉用量0.25%的條件下,所得慈姑甘蔗復(fù)合飲料的透光率為89.438%,澄清效果好。與其研究相比較,本研究在單一穩(wěn)定劑的基礎(chǔ)上采用復(fù)合穩(wěn)定劑,且進(jìn)一步研究了復(fù)合穩(wěn)定劑的質(zhì)量比對余甘子汁透光率的影響,為余甘子飲料產(chǎn)品在實(shí)際生產(chǎn)中的工藝探索提供了一定參考價(jià)值。唐婕等[22]利用殼聚糖澄清香蕉醋飲料,研究結(jié)果表明,在殼聚糖添加量0.5%、澄清溫度 40 ℃、澄清時(shí)間60 min的條件下,該產(chǎn)品的透光率高達(dá) 93.8%,處理過的香蕉醋飲料澄清透明透亮。本研究與其研究進(jìn)行對比,研究結(jié)果差異較大,原料性質(zhì)的不同可能是引起這一差異的原因。李劍華等[23]利用黃原膠、CMC-Na復(fù)合處理余甘子飲料,研究結(jié)果表明,在CMC-Na(0.15%)-黃原膠(0.04%)的條件下,可使果汁澄清,貯存期間未產(chǎn)生任何沉淀。本研究與其研究相比,試驗(yàn)結(jié)果偏小,余甘子的產(chǎn)地、品種的差異可能是導(dǎo)致此問題的原因。此外,本研究在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步探究了澄清溫度和澄清時(shí)間對余甘子汁透光率的影響,結(jié)果表明,澄清時(shí)間和澄清溫度都是影響澄清效果的重要因素,為余甘子飲料的加工提供了重要參考。綜上所述,在余甘子汁中添加穩(wěn)定劑可以有效提高余甘子汁的透光率,使余甘子汁澄清透亮,在后續(xù)儲存過程中不易產(chǎn)生沉淀。該方法操作簡單、成本小,具有一定的優(yōu)勢,可以為余甘子加工提供一定的參考價(jià)值。

余甘子具有較高的營養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值,但在其加工過程中還存在許多其他問題需要深入研究。余甘子本身苦澀味較重,嚴(yán)重影響口感,且極易氧化褐變,影響感官?？舍槍Υ藛栴}進(jìn)一步研究余甘子脫澀、護(hù)色的工藝條件。此外,余甘子產(chǎn)品還存在營養(yǎng)物質(zhì)易損失、副產(chǎn)物資源損失、果汁廢物污染等問題。目前我國對余甘子的加工形式單一,針對余甘子產(chǎn)品開發(fā)中遇到的問題也沒有較為系統(tǒng)的解決方法,未來可針對這些問題展開具體研究。