真空冷凍干燥法加工草莓粉固體飲料的研究

侯玉茹，李文生，楊軍軍，馮曉元，王寶剛，*，張運濤

（1.北京市農林科學院林業果樹研究所，北京100093；2.北京農產品質量檢測與農田環境監測技術研究中心，北京100097）

草莓（Fragaria ananassa Duck）屬薔薇科（Rosaceae）草莓屬（Fragaria）多年生草本植物[1]，不僅色澤鮮艷，果肉多汁，酸甜可口，香氣濃郁，而且還是人體必需的維生素C、氨基酸和微量元素的重要來源，具有很高的營養價值、藥用和醫療保健價值，因此有“水果皇后”之美譽[2]。但由于草莓收獲期短，產量集中，并且汁多皮薄，貯藏保質期極短，在常溫僅可保存1～2d，即使低溫下大多也不超過14d[3]，這在一定程度上影響了其發展。因此，草莓加工產品逐漸成為專家學者研究的熱點之一。目前，草莓的加工產品很多，常見的有草莓醬、草莓汁、草莓酒、草莓罐頭、草莓蛋糕等，也有利用冷凍干燥技術加工草莓丁[4]、草莓脆片、整粒草莓[5-6]和草莓粉[7]，而將草莓加工成固體飲料的研究報道較少。另外，真空冷凍干燥技術是將食品在低溫下干燥，可以最大限度地保留食品原有的營養成分和風味，提高產品附加值[8]。本研究以新鮮草莓為原料，利用真空冷凍干燥技術，加工草莓粉固體飲料，為草莓產品的開發提供了參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

供試草莓品種為“章姬” 采自北京市農林科學院林業果樹研究所草莓栽培基地；單甘酯 廣州品秀精細化工有限公司；蔗糖酯 杭州金鶴來食品添加劑有限公司；卡拉膠 滕州通達海藻工程技術有限責任公司；黃原膠 山東阜豐發酵有限公司；β-環狀糊精 孟州市華興生物化工有限責任公司；檸檬酸 濰坊英軒實業有限公司；乙二胺四乙酸二鈉（EDTA-Na2） 沙頭市金砂化工廠有限公司。

SQ2119B型多功能食品加工機 慈溪市西貝樂電器有限公司；FE20型pH計 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；LGJ-100F型真空冷凍干燥機 北京松源華興科技發展有限公司；高速萬能粉碎機 天津市泰斯特儀器有限公司；DK-S24型電熱恒溫水浴鍋 上海精宏實驗設備有限公司；TU-1810型紫外-可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司；CR-400型色差計 日本Minolta公司。

1.2 工藝流程

1.3 復合穩定劑配方研究

根據單因素實驗對穩定劑種類和用量范圍進行篩選，確定采用單甘酯、蔗糖酯、卡拉膠和黃原膠進行復配，對這4個因素分別設定3個不同水平（見表1），以沖調后產品的穩定性和紅色素色價值為指標，進行正交實驗，實驗重復三次。

表1 復合穩定劑配方正交實驗因子水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment for compound stabilizer formula

1.4 草莓粉的溶解性研究

通過添加β-環狀糊精來改善草莓粉的溶解性。在勻漿時分別加入0.5%、1%、2%、4% β-環狀糊精，分析沖調時產品的潤濕下沉性和速溶性，從而篩選β-環狀糊精最佳用量，實驗重復三次。

1.5 草莓粉的護色工藝研究

以草莓漿pH和EDTA-Na2添加量為因素，作3×4兩因素交叉實驗，草莓漿pH水平為：2.5、3.0、3.5，EDTA-Na2添加量水平為：0.02%、0.04%、0.06%、0.08%，以色差指標a*和紅色素色價值為指標，實驗重復三次。

1.6 指標及測定方法

1.6.1 色差指標a* 采用色差計測定。

1.6.2 草莓紅色素 采用色價法測定[9]。

1.6.3 潤濕下沉性 取一個250mL燒杯，加入100mL 70℃水，然后稱取2g草莓粉均勻平鋪于水面上，在靜置的條件下，記錄從樣品加入至樣品完全沉降所需要的時間（s）[10]。

1.6.4 速溶性 準確稱取5g草莓粉，用100mL 70℃水沖調，攪動后觀察沖調情況，記錄產品完全溶解的時間（min）[10]。

1.6.5 穩定性 取5g草莓粉，加入100mL 70℃水進行沖調，沖調后的產品于4℃冰箱中放置5d測定析出水層高度（Lw）和樣品總高度（Ls）。

穩定性（%）=（Ls-Lw）/Ls×100。

1.7 數據分析方法

采用Excel 2007和SPSS 17.0統計學軟件對實驗數據進行分析。

2 結果與討論

2.1 復合穩定劑配方確定

果肉飲料最易出現的質量問題是懸浮果肉的沉淀而引起的固液相分層現象。適當提高飲料粘度可以防止因重力而沉降的過程，添加穩定劑或乳化劑可以增強原果中果膠質與果汁之間的親和力，增加產品的粘稠度，從而防止產品漿液的分層和沉淀[11]。一些研究顯示，只選用單一的穩定劑或乳化劑并不能對產品的穩定性起到良好的作用，一般在使用穩定劑時，為了能達到理想的穩定性和流動性，可以采用復合穩定劑來發揮其協同效應[12]。

根據1.3實驗方法進行正交實驗，結果見表2。從穩定性指標來分析，影響產品穩定性的主次因素依次為D＞B＞A＞C。其中，黃原膠添加量對產品穩定性的影響最大，且添加0.10%和0.15%黃原膠對維持產品穩定性都能起到較好的作用；蔗糖酯添加量次之，且添加0.10%和0.15%蔗糖酯對維持產品穩定性都能起到較好的作用；添加0.10%單甘酯較好；卡拉膠添加量對產品穩定性的影響較小，因此只考慮其對紅色素的影響。

由于添加穩定劑后對草莓粉的紅色素有一定的影響，因此，還要對紅色素色價值進行分析討論。從紅色素指標來分析，紅色素色價值越高，產品色澤越好，影響產品紅色素的主次因素依次為B＞D＞C＞A。其中，蔗糖酯添加量對產品紅色素的影響最大，且添加0.15%蔗糖酯較好；黃原膠添加量次之，且添加0.05%和0.10%黃原膠對維持產品的紅色素都起到了較好的作用；添加0.05%卡拉膠較好，單甘酯添加量對產品紅色素的影響較小，因此只考慮其對穩定性的影響。

雖然從穩定性和紅色素兩個指標分別得出的最佳配方有所不同，但是綜合考慮不同因素以及同一因素不同水平對指標的影響程度，得出最佳配方為A2B3C1D2。按實驗的最佳配方進行驗證實驗，得到結果：穩定性為100.00%，紅色素色價值為41.97，與正交實驗結果一致。因此，添加0.10%單甘酯，0.15%蔗糖酯，0.05%卡拉膠和0.10%黃原膠可以使沖調后的產品保持較高的穩定性和紅色素色價值。

2.2 β-環狀糊精添加量確定

表2 復合穩定劑配方的正交實驗結果Table 2 Results of orthogonal experiment for compound stabilizer formula

添加復合穩定劑后，草莓粉的溶解性會降低。β-環狀糊精可以改善草莓粉的溶解性，并且β-環狀糊精添加量越大，溶解性越好，但是對產品色澤的影響也越大。從圖1中可以看出，添加2%和4%β-環狀糊精的草莓粉的濕潤下沉性和速溶性都較好，并且差異不顯著（p＞0.05）。因此，從節約原料角度考慮確定β-環狀糊精添加量為2%。

2.3 草莓粉護色工藝條件的確定

2.3.1 護色工藝對色差指標a*的影響 護色工藝對色差指標a*的影響結果見表3。利用SPSS統計學軟件對表3的數據進行方差分析，分析結果見表4。根據表4結果可知，草莓漿pH和EDTA-Na2添加量兩因素對保持色差指標a*均有極顯著影響，其中草莓漿pH是影響色差指標的重要因素，與之相比，EDTA-Na2添加量為次要因素。由于A×B的交互作用對保持色差指標a*也具有極顯著影響，因此對各水平組合的平均值進行多重比較，結果見表3。從草莓漿pH來分析，雖然草莓漿pH=2.5時，色差指標a*值都較高，但是從產品色澤上看，pH=2.5時草莓粉呈桔紅色，與理想產品的顏色不符。而pH=3.0 a*值相對較高，且與視覺理想顏色一致，因此選擇pH=3.0。

pH=3.0時，添加0.06%和0.08%EDTA-Na2都可以維持相對較高的色差指標a*值，且兩者差異不顯著（p＞0.05），固選擇較小的添加量0.06%。因此，從護色工藝對色差指標a*的影響上來分析，得到最佳組合為pH=3.0，0.06%EDTA-Na2。

2.3.2 護色工藝對草莓紅色素的影響 在加工過程中，草莓中紅色素的損失較為嚴重。草莓果實中的紅色素屬于花色苷一類，主要成分為天竺葵素-3-葡萄糖，此外還發現其他4種天竺葵素苷以及2種矢車菊色素苷的衍生物。花色苷的化學性質十分不穩定。徐雅琴[13]和郭大勇等[14]的研究結果顯示，pH對草莓紅色素的影響明顯，在酸性條件下該色素穩定，并隨著酸性增強，顏色有淺紅色向深桔紅色變化，在堿性條件下呈藍色，在中性條件下呈紫羅蘭色，因此，可以利用檸檬酸調節草莓漿的pH，達到改善產品色澤的目的。另外，有些金屬離子對草莓紅色素有明顯的不良影響，如Fe3+，可以利用EDTA-Na2的螯合作用改善產品的色澤。

表3 護色工藝對色差指標a*的影響Table 3 Effect of color-preservation technology on a*value

表4 方差分析表Table 4 The analysis of variance procedure

護色工藝對草莓紅色素色價值的影響結果見表5。利用SPSS統計學軟件對表5的數據進行方差分析，分析結果見表6。由表6可知，草莓漿pH和EDTANa2添加量兩個因素對保持紅色素有極顯著影響。其中草莓漿pH是影響色差指標的重要因素，EDTA-Na2與之相比為次要因素。由于A×B的交互作用對保持紅色素色價值也具有極顯著影響，因此對各水平組合的平均值進行多重比較，結果見表5。草莓漿pH=3.0時可以維持相對較高的紅色素色價值，因此選擇pH=3.0，此時添加0.06%和0.08%EDTA-Na2都可以維持較高的紅色素色價值，且兩者差異不顯著（p＞0.05），故選擇較小添加量0.06%。因此，從護色工藝對草莓紅色素的影響上來分析，得到最佳組合為草莓漿pH=3.0，添加0.06%EDTA-Na2。

表5 護色工藝對草莓紅色素的影響Table 5 Effect of color-preservation technology on strawberry red pigment

表6 方差分析表Table 6 The analysis of variance procedure

3 結論

3.1 通過正交實驗確定了以0.10%單甘酯、0.15%蔗糖酯、0.05%卡拉膠和0.10%黃原膠作為復合穩定劑的最佳配方，可以保持產品較高的穩定性和紅色素色價值。

3.2 添加2%β-環狀糊精可以在一定程度上改善草莓粉的溶解性。

3.3 利用檸檬酸調節草莓漿的pH=3.0，并且添加0.06%EDTA-Na2，可以改善草莓粉的色澤，保持較高的色差指標a*和紅色素色價值。

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