SC-Ⅱ澄清劑對(duì)紅樹(shù)莓原汁澄清及紅樹(shù)莓飲料的研究*

李萌萌，呂長(zhǎng)鑫，范林林，石超，馮敘橋，張帆，顧娜泥

1(渤海大學(xué)化學(xué)化工與食品安全學(xué)院，渤海大學(xué)食品科學(xué)研究院，遼寧省食品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧省高校重大科技平臺(tái)“食品貯藏加工及質(zhì)量安全控制工程技術(shù)研究中心”，遼寧錦州，121013)

2(錦州百合食品有限公司，遼寧錦州，121013)

紅樹(shù)莓果實(shí)屬小漿果類(lèi)聚合水果，果實(shí)柔嫩多汁，香味宜人，口感獨(dú)特，具有很高的營(yíng)養(yǎng)與藥用價(jià)值［1］。果實(shí)中富含氨基酸、維生素、糖、有機(jī)酸、礦物元素等多種易被人體吸收和不可缺少的營(yíng)養(yǎng)元素及豐富的次生代謝產(chǎn)物，其中VE和超氧化物歧化酶(SOD)的含量居各類(lèi)水果之首［2］。據(jù)華盛頓州立大學(xué)研究報(bào)道，紅樹(shù)莓果實(shí)中鞣花酸含量大大高于核桃、草莓和越橘，被譽(yù)為癌癥殺手［3］;所富含的黃酮和花青素等活性成分［4］，具有治療感冒和咽喉炎等藥用價(jià)值［5］，且具有抑制癌細(xì)胞和抗心血管疾病之功效［6－7］。

目前，市場(chǎng)上以樹(shù)莓為原料的果汁飲料尚不多見(jiàn)，紅樹(shù)莓果汁飲料的加工、貯存及銷(xiāo)售中的后渾濁現(xiàn)象影響了飲料的品質(zhì)和外觀［8］。以樹(shù)莓為原料加工成產(chǎn)紅樹(shù)莓澄清汁具有很好的保健功效，是值得開(kāi)發(fā)的品種。本試驗(yàn)旨在研究紅樹(shù)莓原汁的澄清效果，在添加果膠酶即提高出汁率又澄清的基礎(chǔ)上，研究SC－Ⅱ澄清劑對(duì)紅樹(shù)莓果汁的澄清效果，并對(duì)澄清后的紅樹(shù)莓汁進(jìn)行保健飲料基礎(chǔ)配方的研制。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

紅樹(shù)莓，錦州佳百瑞樹(shù)莓生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司;纖維素酶、果膠酶，寧夏和氏璧生物技術(shù)有限公司;白砂糖、檸檬酸，市售，食品級(jí);SC－Ⅱ型澄清劑，西化儀科技有限公司;2，6－二氯靛酚鈉，天津市化學(xué)試劑批發(fā)公司。

TD5A－WS低速離心機(jī)，長(zhǎng)沙湘儀有限公司;手持折光儀，北京萬(wàn)行吉利公司;722－N可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司;PB－10酸度計(jì)，托利多儀器有限公司;WGZ—200濁度計(jì)，上海精科有限公司;DZF－6020鼓風(fēng)干燥箱，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 紅樹(shù)莓果汁飲料工藝流程

1.2.2 紅樹(shù)莓果汁飲料制作要點(diǎn)

1.2.2.1 澄清

添加SC－Ⅱ澄清劑對(duì)紅樹(shù)莓原汁進(jìn)行澄清處理。先虹吸上清液，再用濾布二次過(guò)濾余下的紅樹(shù)莓汁。

1.2.2.2 調(diào)配、殺菌

對(duì)紅樹(shù)莓果汁飲料進(jìn)行調(diào)配，通過(guò)正交試驗(yàn)確定最佳口感的調(diào)配工藝參數(shù)。在85℃條件下加熱殺菌15 min，冷卻至室溫即為成品。

1.2.3 紅樹(shù)莓果汁澄清劑單因素試驗(yàn)

1.2.3.1 SC－Ⅱ澄清劑添加量的確定

紅樹(shù)莓汁液分別加入 0.02%、0.03%、0.04%、0.05%、0.06%、0.07%、0.08%的澄清劑，充分搖勻，50℃水浴1.5 h，取上清液測(cè)定透光率和濁度。

1.2.3.2 SC－Ⅱ澄清劑作用時(shí)間的確定

紅樹(shù)莓汁液加入0.04%的SC，50℃下分別保溫靜置 0.5、1.0、1.5、2、2.5、3.0 h，取上清液測(cè)定透光率和濁度。

1.2.3.3 SC－Ⅱ澄清劑反應(yīng)溫度的確定

紅樹(shù)莓汁液加入0.04%的SC澄清劑，分別在20、30、40、50、60℃條件下水浴 1.5 h，取上清液測(cè)定透光率和濁度。

1.2.4 紅樹(shù)莓果汁基礎(chǔ)配方的研制

對(duì)樹(shù)莓汁、白砂糖及檸檬酸的用量進(jìn)行單因素試驗(yàn)，并通過(guò)正交試驗(yàn)對(duì)其配方進(jìn)行優(yōu)化。

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 透光率的測(cè)定

以蒸餾水為參比，在660 nm處測(cè)定澄清后紅樹(shù)莓汁的透光率T(%)。

1.3.2 濁度的測(cè)定

采用散射光濁度計(jì)法進(jìn)行測(cè)定，單位為NTU(福馬肼濁度)，以蒸餾水為參比。將澄清后的紅樹(shù)莓汁稀釋，放入濁度計(jì)進(jìn)行測(cè)量。

1.3.3 Vc 含量的測(cè)定

采用2，6－二氯靛酚鈉(EF)滴定法測(cè)定［9］，與未經(jīng)處理的紅樹(shù)莓汁液的Vc含量比較，按照以下公式計(jì)算Vc損失量。

式中:V為滴定樣品所用EF毫升數(shù);A為1 mL EF相當(dāng)?shù)目箟难岷量藬?shù);B為滴定時(shí)所取樣品溶液的毫升數(shù);b為樣品稀釋后的總毫升數(shù);a為樣品的毫升數(shù);W為100 mL紅樹(shù)莓汁中Vc的毫克數(shù)。

1.3.4 可溶性固形物含量

采用阿貝折射儀測(cè)定。

1.3.5 pH 值測(cè)定

pH酸度計(jì)測(cè)定。

1.3.6 感官評(píng)定

按照表1所示的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行感官評(píng)定并打分。

表1 紅樹(shù)莓果汁飲料的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory score of red raspberry juice

1.3.7 微生物指標(biāo)測(cè)定

菌落總數(shù)測(cè)定參照GB4789.2－2010;大腸菌群計(jì)數(shù)參照GB4789.3－2010測(cè)定;霉菌和酵母計(jì)數(shù)參照GB4789.15－2010進(jìn)行測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用 Design–Expert 8.0.6進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)及方差分析。根據(jù) Box－Benhnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理［10］，設(shè)計(jì)3因素3水平的響應(yīng)面分析試驗(yàn)，因素水平編碼如表2所示。

表2 Box-Behnken設(shè)計(jì)試驗(yàn)因素水平及編碼Table 2 Independent variables and their levels for Box-Behnken design

2 結(jié)果與分析

2.1 SC-Ⅱ澄清劑法單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 SC－Ⅱ添加量對(duì)紅樹(shù)莓原汁澄清效果的影響

SC－Ⅱ主要是通過(guò)電荷中和澄清果汁。在酸性條件下澄清劑帶正電荷，可與果汁中帶負(fù)電荷的果膠、單寧和蛋白質(zhì)等物質(zhì)結(jié)合。SC－Ⅱ澄清劑澄清效果如圖1所示。添加量在0.02%～0.04%時(shí)，澄清效果隨著添加量的增加而趨于最佳;當(dāng)SC－Ⅱ添加量為0.04%時(shí)，透光率與濁度分別是70.79%和2.37 NTU為最佳效果;SC－Ⅱ劑量繼續(xù)增大，透光率基本不變而濁度開(kāi)始下降;當(dāng)添加量為0.08%時(shí)，澄清效果明顯降低，相對(duì)于最佳的透光率降低44.5%，濁度增加3.3倍，這可能是由于澄清初期，正負(fù)電荷中和，打破果汁的穩(wěn)定性，使果汁懸浮物吸附與澄清劑凝結(jié)，當(dāng)澄清劑不再與大分子物質(zhì)結(jié)合時(shí)，透光率與濁度降低。由此可見(jiàn)，SC－Ⅱ澄清劑的澄清效果在添加量為0.04%時(shí)達(dá)到最佳，超過(guò)或者低于最佳添加量，澄清效果都會(huì)有一定影響。

圖1 SC－Ⅱ澄清劑添加量對(duì)紅樹(shù)莓果汁澄清效果的影響Fig.1 The effect of SC－Ⅱ fining agent content on red raspberry juice to clarify

2.1.2 SC－Ⅱ作用時(shí)間對(duì)紅樹(shù)莓原汁澄清效果的影響

如圖2所示，在反應(yīng)時(shí)間1 h時(shí)，透光率和濁度達(dá)到最高，分別為77.2%和3.29NTU。反應(yīng)時(shí)間0.5 h時(shí)相比反應(yīng)1 h的透光率降低6.3%，濁度增加0.5倍，可能因反應(yīng)不完全導(dǎo)致澄清效果不佳;反應(yīng)時(shí)間超過(guò)1 h，澄清效果明顯隨時(shí)間的增加而降低，反應(yīng)3 h的透光率降低9.3%，濁度升高一倍，因此確定作用時(shí)間1 h時(shí)為最佳澄清時(shí)間。

圖2 SC－Ⅱ澄清劑作用時(shí)間對(duì)紅樹(shù)莓果汁澄清效果的影響Fig.2 The effect ofSC－Ⅱ clarifying agent role time raspberry juice clarification

2.1.3 SC－Ⅱ反應(yīng)溫度對(duì)紅樹(shù)莓原汁澄清效果的影響

如圖3所示，SC－Ⅱ澄清劑在40℃時(shí)效果最佳，透光率與濁度分別為76.6%和3.16 NTU。反應(yīng)溫度為20℃時(shí)較40℃的透光率低12.8%、濁度高4倍，可見(jiàn)溫度低于40℃時(shí)澄清效果不佳;反應(yīng)溫度為50℃時(shí)的透光率與40℃相比降低0.9%，濁度升高0.5倍，當(dāng)溫度增加到60℃時(shí)，透光率只降低了0.3%，濁度增加0.5倍，當(dāng)反應(yīng)溫度超過(guò)40℃后，澄清效果隨溫度的增加而略有降低，這可能是因溫度過(guò)高使得沉淀物質(zhì)重新破碎溶解于果汁中而影響澄清效果［11］，且過(guò)高的溫度會(huì)使紅樹(shù)莓的營(yíng)養(yǎng)成分大量流失，所以確定溫度為40℃時(shí)的澄清效果最佳。

圖3 SC－Ⅱ澄清劑作用溫度對(duì)紅樹(shù)莓果汁澄清效果的影響Fig.3 The effect of SC－Ⅱ clarifier effect of temperature on red raspberry juice to clarify

2.2 紅樹(shù)莓汁澄清響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)確立的范圍進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化研究。以透光率為響應(yīng)值，Box－Behnken設(shè)計(jì)得到15個(gè)試驗(yàn)組合點(diǎn)，包含3組中心點(diǎn)重復(fù)試驗(yàn)，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析見(jiàn)表3，從而確定最優(yōu)工藝。

表3 Box-Behnken設(shè)計(jì)方案及結(jié)果Table 3 Box-Behnken experimental design and results

2.2.1 紅樹(shù)莓果汁澄清效果回歸模型的顯著性檢驗(yàn)與分析

采用Box－Behnken設(shè)計(jì)對(duì)表3中的響應(yīng)值與各因素進(jìn)行回歸擬合，得到透光率Y對(duì)各成分編碼值的完整二次多項(xiàng)回歸方程:Y=70.60+1.39A+0.30B+0.51C+0.28AB － 0.10AC － 0.68BC －2.58A2－1.55B2+0.23C2(R2=0.983)，模型調(diào)整系數(shù)=0.953 1 接近回歸方程決定系數(shù) 0.983，證明此模型顯著。由表4中方差分析可看出模型、變量A、A2、B2達(dá)到極顯著水平，即 SC－Ⅱ添加量對(duì)果汁澄清的透光率有極顯著影響;變量C與交互項(xiàng)BC為顯著，表明作用時(shí)間與溫度有一定的交互作用;而其它項(xiàng)之間的影響不顯著。失擬項(xiàng)P值0.130 7＞0.05不顯著，表明該擬合模型足以描述該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表4 回歸模型的方差分析及顯著性檢驗(yàn)Table 4 The variance analysis and significance test of regression model

圖4 作用時(shí)間及作用溫度對(duì)澄清效果影響Fig.4 Clarification time and temperature by response surface for the juice clarification effects

2.2.2 響應(yīng)面分析與優(yōu)化

響應(yīng)面圖的圖形是特定的響應(yīng)值Y對(duì)應(yīng)自變量構(gòu)成的一個(gè)三維空間圖，可直觀地反映各自變量對(duì)響應(yīng)值的影響，等高線的形狀可以反映出交互效應(yīng)的強(qiáng)弱［12］。圖4－a為添加澄清劑的時(shí)間和溫度的綜合作用對(duì)澄清效果影響的響應(yīng)面圖，隨著作用時(shí)間增加透光率表現(xiàn)出線性減少，這與單因素的結(jié)果相匹配;圖4－b為等高線圖型反應(yīng)出二者的交互作用極其顯著，這與表4的數(shù)據(jù)是相匹配。圖5－a為SC添加量及作用時(shí)間的交互作用對(duì)澄清效果影響的響應(yīng)面圖，明顯看出隨著作用時(shí)間的增加，透光率增加緩慢，1h后下降也緩慢;而隨著添加量的增加，透光率迅速增加，0.04%添加量后透光率又迅速下降;圖5－b為二者的等高線圖，反應(yīng)出二者交互的不顯著性，與表4結(jié)果相符。圖6表明，隨著SC添加量及作用時(shí)間的增加，透光率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，而溫度變化對(duì)其影響不大，因此二者交互作用不顯著。根據(jù)Box－Benhnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)和響應(yīng)面分析法得出，SC澄清劑添加量0.0437%，作用時(shí)間0.935 h，作用溫度42.4℃時(shí)，澄清樹(shù)莓汁透光率預(yù)測(cè)值為70.83%。對(duì)此結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，在添加量為0.04%，作用時(shí)間1 h和作用溫度42℃條件下進(jìn)行3組重復(fù)試驗(yàn)，得到透光率為73.6% ±0.5%，結(jié)果優(yōu)于預(yù)測(cè)值，從而驗(yàn)證了Box－Benhnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)和響應(yīng)面分析法得出的結(jié)論。

2.3 紅樹(shù)莓果汁配方的單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.3.1 紅樹(shù)莓汁用量分析

紅樹(shù)莓汁用量是影響產(chǎn)品品質(zhì)的重要因素。紅樹(shù)莓果汁添加過(guò)少，果香味不足，產(chǎn)品風(fēng)味不協(xié)調(diào);添加過(guò)多，即增加成本，又會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品過(guò)酸，口感不柔和。通過(guò)感官評(píng)價(jià)確定紅樹(shù)莓果汁用量，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

2.3.2 白砂糖用量分析

白砂糖的添加量同樣影響紅樹(shù)莓果汁飲料的口感，故通過(guò)單因素試驗(yàn)與感官評(píng)價(jià)確定其用量，結(jié)果見(jiàn)表6。

圖5 SC添加量及作用時(shí)間對(duì)澄清效果影響Fig.5 Concentration of SC and reaction time of the effects on SC clarification for response surface

圖6 SC添加量及作用溫度對(duì)澄清效果影響Fig.6 Concentration of SC and reaction temperature of the effects on SC clarification for response surface

表5 不同紅樹(shù)莓汁用量對(duì)飲料感官品質(zhì)的影響Table 5 Different red raspberry juice content on the sensory quality of beverages

表6 不同白砂糖用量對(duì)飲料感官品質(zhì)的影響Table 6 Sucrose content on the sensory quality of beverages

2.3.3 檸檬酸用量分析

添加不同量的檸檬酸會(huì)對(duì)果汁酸度產(chǎn)生影響，從而改變果汁品質(zhì)和口感，所以設(shè)計(jì)單因素試驗(yàn)以確定檸檬酸的最適添加量。以感官評(píng)分為標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 不同檸檬酸用量對(duì)飲料感官品質(zhì)的影響Table 7 Citric acid on the sensory quality of beverages

2.3.4 紅樹(shù)莓果汁飲料配方優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)結(jié)果與分析見(jiàn)表8，正交試驗(yàn)方差結(jié)果分析見(jiàn)表9。影響果汁感官評(píng)分次序?yàn)?B＞A＞C。由感官評(píng)分k值確定紅樹(shù)莓果汁最優(yōu)工藝配方為A2B2C2，即添加25%的紅樹(shù)莓果汁、10%蔗糖、0.05%檸檬酸為口感最佳的工藝條件。按該組合進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，感官評(píng)分的平均值為91.26，結(jié)果優(yōu)于表8中的9組試驗(yàn)。方差分析表明各因素對(duì)紅樹(shù)莓果汁的口感影響均不顯著。

2.4 產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)定

將澄清后紅樹(shù)莓汁按優(yōu)化的配料進(jìn)行調(diào)配、殺菌，制作出果汁成品后，測(cè)定其主要理化指標(biāo)如下:透光率79.8%;可溶性固形物8%;pH值3.16;Vc損失量19.6%;微生物指標(biāo):菌落總數(shù)≤100 CFU/mL;大腸菌群≤3 MPN;霉菌酵母菌≤25 CFU/mL。

表8 紅樹(shù)莓果汁飲料配方L9(34)正交試驗(yàn)結(jié)果Table 8 Red raspberry juice drink recipes L9(34)orthogonal test results

表9 方差分析表Table 9 Analysis of variance table

3 結(jié)論

選用SC－Ⅱ作為紅樹(shù)莓原汁的澄清劑，響應(yīng)面優(yōu)化得出添加0.04%的SC－Ⅱ在42℃條件下反應(yīng)1 h為最佳工藝條件，透光率與濁度分別為73.6%和3.16 NTU，故確定SC－Ⅱ可作為樹(shù)莓汁的澄清劑;經(jīng)過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化配方，確定果汁添加量為25%、白砂糖10%、檸檬酸0.05%，飲用水64.95%的紅樹(shù)莓飲料具有樹(shù)莓的特殊香氣，果香濃郁，酸甜適中，色澤鮮亮，無(wú)明顯沉淀。

［1］Bobinaité R，Vi?kelis P，Venskutonis P R.Variation of total phenolics，anthocyanins，ellagic acid and radical scavenging capacity in various raspberry(Rubus spp.)cultivars［J］.Food Chemistry，2012，132(3):1 495 －1 501.

［2］Jimenez－Garcia S N，Guevara－Gonzalez R G，Miranda－Lopez R，et al.Functional properties and quality characteristics of bioactive compounds in berries:biochemistry，biotechnology，and genomics［J］.Food Research International，2013，54(1):1 195 －1 207.

［3］WANG H E，CAO G，Prior R L.Total antioxidant capacity of fruit［J］.Agriculture Food Chemistry，1996，44:701 －705.

［4］Pantelidis G，Vasilakakis M，Manganaris G，et al.Antioxidant capacity，phenol，anthocyanin and ascorbic acid contents in raspberries，blackberries，red currants，gooseberries and Cornelian cherries［J］.Food Chemistry，2007，102(3):777－783.

［5］Nohynek L J，Alakomi H L，K?hk?nen M P，et al.Berry phenolics:antimicrobial properties and mechanisms of action against severe human pathogens［J］.Nutrition and Cancer，2006，54(1):18 －32.

［6］ZHANG L，Li J，Hogan S，et al.Inhibitory effect of raspberries on starch digestive enzyme and their antioxidant properties and phenolic composition［J］.Food Chemistry，2013，119(2):592－599.

［7］Patel A V，Rojas－Vera J，Dacke C G.Therapeutic constituents and actions of Rubus species［J］.Current medicinal chemistry，2004，11(11):1 501 －1 512.

［8］葉永銘，陳福玉，李明.澄清樹(shù)莓汁飲料的研制［J］.食品工業(yè)科技，2009(3):254－255.

［9］謝慧明，王穎，周典飛.超高壓處理對(duì)獼猴桃汁品質(zhì)的影響［J］.食品科學(xué)，2012(11):36－38.

［10］LIU Yong，WEI Shou－lian，LIAO Miao－chan.Optimization of ultrasonic extraction of phenolic compounds from Euryale ferox seed shells using response surface methodologh［J］.Industrial Crops and products，2013，21(15):1 364－1 367.

［11］張妮，肖作兵.三種常用澄清劑對(duì)櫻桃酒澄清效果的影響［J］.食品工業(yè)，2012(1):25－28.

［12］Krishnaswamy K，Orsat V，Gariépy Y，et al.Optimization of microwave－assisted extraction of phenolic antioxidants from grape seeds(Vitis vinifera).Food and Bioprocess Technology，2013，6(2):441－455.