復合花青素飲料的制備及提高其穩定性的方法

趙　宇,呂曉玲,王　超,何　東,趙煥焦

(天津科技大學食品工程與生物技術學院,天津 300457)

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復合花青素飲料的制備及提高其穩定性的方法

趙宇,呂曉玲,王超,何東,趙煥焦

(天津科技大學食品工程與生物技術學院,天津 300457)

本實驗將以葡萄皮、黑米、紫甘薯提取物為原料的復合花青素應用于果味飲料中,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。通過正交實驗確定飲料的最佳配方為:檸檬酸0.16%,果葡糖漿10%,藍莓香精0.06%,復合花青素0.1%;結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90.9%。實驗中的飲料產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,復合花青素,果味飲料,穩定性

近年來天然色素在飲料中的應用[1]受到了消費者的歡迎。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,在食品添加劑領域有較好的發展前景。中國居民膳食營養素參考攝入量[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的花色苷可產生較為明顯的健康促進作用。花色苷(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、花瓣和枝葉中的水溶性天然色素。不同來源的花色苷結構各異,從而賦予植物體由紅色、紫紅到藍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,開發出一款花青素果汁復合飲料;陳偉平等[7]在藍莓提取液中加入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]用紫薯做原料進行發酵,過濾殘渣后制成一種澄清的紫紅色溶液,加入到酒中制成含酒精的花青素飲料。

藍莓汁酸甜可口,是一種較好的功能性飲料,但其色澤穩定性和花青素含量受加工存儲溫度等條件影響很大。本實驗將復合花青素應用于果味飲料[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定性,為花青素在飲料中的應用提供一定參考依據。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

復合花青素為實驗室自制,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任公司;F55果葡糖漿蘇州市高峰糖業有限公司;藍莓香精(#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尤尼柯(上海)儀器有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1藍莓果味飲料配方的單因素實驗以檸檬酸、果葡糖漿、藍莓香精和復合花青素添加量,四個變量做單因素實驗,三個變量固定,對一個變量進行單因素實驗,請10位具有感官評價經驗的評價員按照表1[10]對飲料進行評分。

表1　花青素飲料的感官評價標準

1.2.1.1檸檬酸添加量的單因素實驗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%藍莓香精、0.1%復合花青素配制果味飲料,請10位感官評價員按評價標準評分。

1.2.1.2果葡糖漿添加量的單因素實驗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%藍莓香精、0.1%復合花青素配制果味飲料,請10位感官評價員按評價標準評分。

1.2.1.3藍莓香精添加量的單因素實驗選擇藍莓香精添加量為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%復合花青素配制果味飲料,請10位感官評價員按評價標準評分。

1.2.1.4復合花青素添加量的單因素實驗選擇復合花青素添加量為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%藍莓香精配制果味飲料,請10位感官評價員按評價標準評分。

1.2.1.5藍莓果味飲料配方的正交實驗按照單因素實驗感官評價結果進行L9(34)正交實驗。請10位評價員根據評分標準(表1),從色澤、氣味、口感、感官狀態四個方面對飲料進行綜合評定,再結合極差和方差分析做驗證實驗,確定飲料的最佳配方。

表2　正交實驗因素水平表

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選的輔色劑,混合均勻后進行加熱殺菌(90 ℃,30 min)。飲料顏色的保存率計算,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,混合均勻后進行加熱殺菌,計算飲料顏色的保存率。

1.2.3飲料的貯存穩定性將未添加、添加最適輔色劑的飲料和等濃度的藍莓汁進行加熱殺菌,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)[12]。以加熱殺菌后的花色苷含量作對照,計算不同貯存條件下的保存率。通過計算花色苷保存率降解為20%的時間(T0.2),來預測飲料的貯存期,降解活化能(Ea)通過阿侖尼烏斯方程計算。

ln(At/A0)=-k×t

T0.2=-ln 0.2×(1/k)

K=K0×exp(-Ea/RT)

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

1.3數據統計分析

所有數據測定3次平行、取平均值,結果以平均值±標準偏差表示,采用SPSS19.0軟件進行統計分析。

2　結果與討論

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個水平進行正交實驗。檸檬酸是改變飲料酸度的主要物質,添加量過少酸度不夠,添加量超過0.18%時產生明顯的澀味影響口感。

圖1　檸檬酸添加量對藍莓果味飲料影響的感官評價結果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個水平進行正交實驗。果葡糖漿影響產品甜度,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,口感下降。

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

2.1.3藍莓香精添加量的確定由圖3可知,藍莓香精用量為0.06%、0.09%、0.12%時飲料感官評分較好,選擇這3個水平進行正交實驗。適量的香精使飲料有淡淡的藍莓香味、改善口感,超過0.12%則會出現苦味影響飲料質量。

圖3　藍莓香精添加量對飲料影響的感官評價結果Fig.3　Sensory evaluation results of flavouring essence on beverage’s flavor

2.1.4復合花青素添加量的確定由圖4可知,復合花青素用量為0.05%、0.1%、0.15%時飲料感官評分較好,選擇這3個水平進行正交實驗。花青素用量較低時,隨用量的增加色澤愈發誘人,用量過大時顏色變為暗紅色,大大降低感官評分。

圖4　復合花青素添加量對飲料影響的感官評價結果Fig.4　Sensory evaluation results of compound pigment on beverage’s flavor

2.1.5飲料配方的正交實驗通過單因素實驗發現四種因素對感官評價結果都有一定影響,依據實驗因素水平表做正交實驗,結果如表3所示:

表3　正交實驗感官評價結果

由直觀分析結果可知,四個因素對飲料感官影響的主次順序為:D>A>C>B,即復合花青素添加量>檸檬酸添加量>藍莓香精添加量>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。

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

綜合直觀分析和方差分析,選擇最優方案為A2B2C1D2,即:檸檬酸添加量為0.16%,果葡糖漿添加量為10%,藍莓香精添加量為0.06%,復合花青素添加量為0.1%。此組合在正交實驗中存在,感官評價值為88.4,該產品香氣自然甜酸可口、感官評分優良,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組間差異顯著性統計分析顯示: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)。這與相關文獻報道一致,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,保存率隨添加量的增大而提高。當添加量為500 mg/kg時保存率達到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飲料的貯存穩定性

2.3.1貯存期間花色苷保存率藍莓汁、藍莓果味飲料和添加輔色劑的果味飲料25 d內花色苷在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出明顯的降低趨勢。37 ℃貯存25 d時,藍莓汁、藍莓果味飲料、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時藍莓汁、藍莓果味飲料、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為藍莓汁,b為果味飲料,c為果味飲料(添加輔色劑)。

從相關數據和圖中變化趨勢發現,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,而藍莓汁的保存率最差。參考相關文獻報道推測這可能與不同飲料中具體花色苷的成分不同,從而導致穩定性的差異。通過數據統計發現,實驗中的花色苷貯存時間和保存率呈現良好的指數關系(R2>0.95),因此可以通過擬合指數方程得到降解速率常數,進一步預測貯存期。

2.3.2貯存期間降解動力學及貯存時間預測根據藍莓汁、藍莓果味飲料、添加輔色劑的果味飲料25 d內花色苷在4、28和37 ℃的保存率擬合出指數方程,計算出降解速率常數,如表5所示。

表5　貯存期間花色苷降解動力學

注:表中小括號內為相關系數R2值。

本實驗中,我們認為當花色苷含量不足20%時不能滿足實際應用時的需要。通過降解速率常數,預測出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,是藍莓汁的1.08倍。因此在花青素飲料貯存過程中應盡量選擇低溫環境條件。

3　結論

本實驗將復合花青素應用于果味飲料中。確定了藍莓果味飲料的最佳工藝配方為:檸檬酸0.16%,果葡糖漿10%,藍莓香精0.06%,復合花青素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。

國家科技支撐計劃項目: 食用色素制備關鍵技術研究及產業化(2011BAD23B02)。

TS275.5

B

1002-0306(2016)17-0206-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.17.032