蟠桃-葡萄-黑枸杞復合飲料的配方優化

代文婷,王遠,邢麗杰*,吳宏,康效寧,吳洪斌,王世萍,代佳慧

1(海南省農業科學院農產品加工設計研究所，海南 海口，570100)2(海南省熱帶果蔬冷鏈研究重點實驗室，海南 海口，570100) 3(新疆農墾科學院，新疆 石河子，832000)4(新疆農墾科學院農產品加工研究所，新疆 石河子，832000)

黑枸杞，學名黑果枸杞(LyciumruthenicumMurr.)是茄科枸杞屬多年生多棘刺落葉灌木，國內主要生長于甘肅、寧夏、新疆、內蒙古等西北省區[1]，富含氨基酸、類胡蘿卜素、維生素C等多種營養成分，其中花青素含量尤為豐富，具有抗氧化、延緩衰老、提高免疫力、抗心血管疾病和抗癌等生理功能[2-5]。新疆盛產蟠桃和葡萄，將黑枸杞、蟠桃和葡萄加工成復合果汁，可提升新疆特色水果的附加值，迎合消費升級趨勢。

本文以新疆本地黑枸杞和特色水果蟠桃、葡萄為原料，復配木糖醇、羅漢果甜苷、三氯蔗糖3種功能性糖，通過模糊數學法[6-7]結合響應面分析法確定配方，開發出一款色澤亮麗、風味獨特、營養豐富的復合果汁飲料。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黑枸杞干果、新鮮夏黑葡萄、新鮮蟠桃,購于新疆石河子市;木糖醇,浙江華康藥業股份有限公司;三氯蔗糖、羅漢果甜苷,桂林萊茵生物科技股份有限公司。

HR-2006飛利浦打漿機，飛利浦電子香港有限公司；CH2176 J 電磁爐，廣東格蘭仕生活電器制造有限公司；TGL-10B高速臺式離心機，上海安亭科學儀器廠；YHA2003電子天平，五鑫衡器有限公司；FA1104 N型電子天平，上海民橋精密科學儀器有限公司；TU-1901紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限責任公司；HSU-20手持式折光儀，上海精密儀器儀表有限公司；AH-2010高壓均質機，ATS工業系統有限公司；L-8900高速氨基酸分析儀，日本HIACHI公司；E2695高效液相色譜，美國Waters 公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 操作要點

原料選擇及預處理：挑選無蟲害的黑枸杞干果，流水清洗，按料水比1∶10(g∶g)，加質量分數0.01%D-異抗壞血酸鈉，打漿后經200目尼龍篩過濾棄渣，8 500 r/min離心10 min，取上清液備用；挑選成熟度較高、無機械損傷的蟠桃，流水清洗，經85～95 ℃熱水預煮10 min，去皮去核后打漿、離心(8 500 r/min、10 min)取上清液備用；挑選新鮮無機械損傷的葡萄，打漿并過濾，離心(同上)取上清液備用。

調配：將黑枸杞汁、蟠桃汁、葡萄汁按一定比例混合，輔以甜味劑木糖醇、三氯蔗糖、羅漢果甜苷，酸味劑檸檬酸混合調配。

均質：為提高果汁的穩定性，采用均質壓力30 MPa，均質3次[8]。

殺菌、冷卻：將灌裝好的復合飲料在95～100 ℃熱水中殺菌20 min，采用分段式冷卻至室溫。

1.3 單因素試驗設計

經過預試驗選擇黑枸杞汁、蟠桃鮮汁、葡萄鮮汁以質量比1∶3∶3復配，在工藝條件和其他輔料添加量(質量分數，下同)相同情況下，以木糖醇添加量、三氯蔗糖添加量、羅漢果甜苷添加量及檸檬酸添加量4個因素進行單因素試驗。以復合原果汁400 g計，木糖醇添加量(A)、三氯蔗糖添加量(B)、羅漢果甜苷添加量(C)及檸檬酸添加量(D)固定值分別為 1%、0.001 5%、0.002%及0.1%，按照表1依次改變其中一個因素的值，分析各個因素的最適添加量范圍。

表1 復合飲料單因素水平表Table 1 Single factor level of compound beverage

1.4 響應面試驗設計

在單因素試驗基礎上，以木糖醇添加量(A)、三氯蔗糖添加量(B)、羅漢果甜苷添加量(C)、檸檬酸添加量(D)為響應因素，以感官評分為響應值，采用Design-Expert V 8.0.6.1軟件設計4因素3水平響應面分析試驗，其因素與水平見表2。

表2 響應面試驗因素水平表Table 2 Factors and levels in response surface design

1.5 感官評定

參考孫紅梅等[9]的方法及課題組前期研究基礎[10]，選5男5女共10位身體健康、無任何感覺方面缺陷的食品專業人員組成感官評定小組，分別從產品的色澤、香氣、滋味3個方面，以優、良、差3個等級對每組樣品進行評分(見表3)。要求感官評定員在評價前12 h禁食辛辣刺激食物，每評價一個樣品后需清水漱口，間隔10 min再評定下一個樣品，且評價過程中避免討論。

1.6 模糊數學模型的建立[11]

評價因素集是對蟠桃-葡萄-黑枸杞復合飲料感官評價因素的集合，以色澤u1、香氣u2、滋味u3三項指標構成評價因素集U={u1，u2，u3}；評語集是感官評定員對因素集評價標準分數的集合，以優v1、良v2、差v3為評語集V={v1，v2，v3}，以10分為標準，v1為 7～10 分，v2為 4～6 分，v3為 1～3 分，各級評語集對應的感官評定標準見表3。根據感官評定結果，建立3個單因素評價矩陣，用模糊數學評判方法進行分析。

表3 復合飲料的感官評價標準Table 3 Sensory evaluation standard of compound beverage

1.7 營養理化指標及微生物指標

花青素參考NY/Y 2640—2014測定；氨基酸參照GB 5009.124—2016測定；總酸參照GB/T 12456—2008測定；可溶性固形物參考GB/T 12143—2008的規定檢驗；菌落總數參考GB 4789.2—2016檢驗；大腸菌群參考GB 4789.3—2016檢驗；沙門氏菌、志賀氏菌、金黃色葡萄球菌分別按GB/T 4789.4—2016、GB/T 4789.5—2016、GB/T 4789.10—2016的規定檢驗。

1.8 數據處理

采用 Origin 7.5 作圖，SPSS 20.0 軟件進行數據統計分析，結果用“平均值±標準差”表示，P<0.05為顯著水平，P<0.01為極顯著水平。

2 結果與分析

2.1 模糊評價結果

2.1.1 確定質量因素權重集[12]

權重是指因素集中各個因素占所有被評價因素的比重，可表示為k=(k1,k2,…,ki,…,km)，根據歸一化原則，權重集中元素總和為 1。根據各評價因素在復合飲料感官評價中的重要性，采用用戶調查法[13]確定每個因素的權重，由10名來自不同專業的感官評定員根據個人喜好對色澤、香氣和滋味3項質量因素按百分制打分，每個因素的得分與總分的比重即為權重，最后求出各項質量因素的權重平均值，結果見表4。

表4 評價復合飲料各風味質量因素的權重分布統計Table 4 Weight analysis of key quality factors in compound beverage

3項質量因素權重集合為k=(k1,k2,k3)=(0.18,0.265,0.555)，即影響蟠桃-葡萄-黑枸杞復合飲料感官品質的質量指標中滋味最為重要，其次是香氣，而色澤影響程度相對較小。

2.1.2 模糊矩陣的建立及綜合評價結果

10名感官評定員對復合飲料按色澤、香氣、滋味3個因素逐一評價，統計各質量因素在每個等級中的票數，進行歸一化得到復合飲料的感官評價模糊關系矩陣R[14]。

(1)

其中j=1，2，3,…,t為樣品編號，每一行代表一個質量因素的評價結果。依據模糊矩陣變換原理H=k×R，計算對第j號樣品的綜合評價結果Hj=k×Rj。

以第一組樣品R1為例，其感官評定結果見表5。

表5 樣品R1感官評價結果Table 5 The sensory evaluation results of R1

對評定結果歸一化處理，得到對應的模糊關系矩陣。

(2)

根據模糊變換原理：H=k×R，得出樣品R1的綜合評價結果。

(0.476,0.524,0)

(3)

上述結果說明，由配方一所制備的復合飲料，有47.6%的感官評定員認為其等級為優，52.4%的評定員認為良，無評定員認為差。同理可以得到其他樣品的綜合評價結果。

得出各組樣品綜合評價結果后，對評價標準賦值(v1= 9,v2= 6,v3= 3)，兩者相乘再相加。[14-15]

(4)

同理得到其他樣品的最終感官評分，見表6。

表6 響應面試驗設計方案及結果Table 6 Design and results of response surface experiment

2.2 單因素試驗結果

由圖1-a可知，隨著木糖醇增加，復合飲料的感官評分先升高后降低，當木糖醇添加量為1% 時，風味最佳，綜合感官評分達到最大值。木糖醇類似蔗糖甜味[16]，清甜爽口，木糖醇添加量過高，致使飲料口感甜膩，風味變差；添加量過少，口感寡淡，風味不佳。單因素方差分析得到不同木糖醇添加量對感官評分均有顯著影響(P<0.05)，綜合選擇木糖醇添加量1%為最佳水平。

三氯蔗糖是一類蔗糖衍生物，熱值低、無毒、抗齲齒，甜度為蔗糖的600倍，可明顯增加體系的甜味和后甜味[17-18]。由圖1-b可見，隨著三氯蔗糖添加量增大，復合飲料的感官評分先升高后降低，當三氯蔗糖添加量達0.0015%時，感官評分達到最大值，若繼續添加三氯蔗糖，飲料齁甜、后味發苦，導致感官評分顯著下降(P<0.05)，故選擇三氯蔗糖添加量0.001 5%為最佳水平。

羅漢果甜苷是一種安全無毒的天然甜味劑，高甜味、低熱量，其甜度為蔗糖200～350倍，有抗炎、抗癌、調節血糖等作用[19-20]。由圖1-c可見，隨著羅漢果甜苷添加量增大，復合飲料的感官評分先升高后降低，當羅漢果甜苷添加量為0.001 5%時，綜合感官評分達到最大值。羅漢果甜苷添加量為0.001 5%～0.003%時，與添加三氯蔗糖趨勢相似，整體風味下降，感官評分顯著降低(P<0.05)，綜合選擇羅漢果甜苷添加量0.001 5%為最佳水平。

由圖1-d可知，隨著檸檬酸增加，復合飲料的感官評分先升高后降低，當檸檬酸添加量為0.1%時，風味最佳，感官評分達到最大值，若繼續添加檸檬酸，口感偏酸，掩蓋了復合果汁風味，與李曉彤[21]研究結果相似。經單因素方差分析可知不同檸檬酸添加量對感官評分有顯著影響(P<0.05)。

圖1 單因素試驗結果Fig.1 Results of single factor experiments

2.3 響應面試驗結果

2.3.1 響應面試驗設計及結果

響應面法優化蟠桃-葡萄-黑枸杞復合飲料的試驗結果見表6。對表6的試驗數據進行多元回歸擬合，得到感官評分Y對木糖醇添加量、三氯蔗糖添加量、羅漢果甜苷添加量、檸檬酸添加量4個因素的二次多項回歸模型:

Y=8.27-0.059A-0.38B-0.25C-0.20D-0.28AB+0.01AC+0.50AD-0.27BC+0.16BD+0.46CD-0.86A2-

0.94B2-0.83C2-0.76D2

由回歸方程可知，各因素對響應值的影響并不是簡單的線性關系，一次項B、C及交互項AD、CD對復

表7 回歸模型的方差分析Table 7 Variance analysis for the regression model

合飲料的感官評分呈極顯著影響(P<0.01)，一次項D及交互項AB、BC對復合飲料的感官評分呈顯著影響(P<0.05)，而一次項A及交互項AC、BD對復合飲料的感官評分影響并不顯著。F值能夠反映各因素對響應值的重要性，F值越大，表明對響應值的影響越大[21-22]，因此4個因素對復合飲料感官評分影響程度的大小順序為三氯蔗糖添加量>羅漢果甜苷添加量>檸檬酸添加量>木糖醇添加量。

2.3.2 交互作用

由圖2可以看出，木糖醇與三氯蔗糖添加量、三氯蔗糖與羅漢果甜苷添加量、木糖醇和檸檬酸添加量、羅漢果甜苷與檸檬酸添加量交互作用的等高線均呈橢圓形，交互作用顯著，與表7中方差分析結果一致。

圖2-a為羅漢果甜苷和檸檬酸添加量為零值時，木糖醇與三氯蔗糖添加量對感官評分的影響以及兩者之間的交互作用。當三氯蔗糖添加量不變時，復合飲料的感官評分隨木糖醇添加量的增加呈先上升后下降的趨勢；當木糖醇添加量不變時，感官評分隨三氯蔗糖添加量逐漸增加呈現先上升后降低的趨勢。綜合響應面圖可以看出，三氯蔗糖添加量的上升幅度明顯比木糖醇添加量陡峭，說明三氯蔗糖添加量對復合飲料感官評分的影響比木糖醇添加量大。

圖2-b為固定木糖醇和檸檬酸添加量為零水平，三氯蔗糖與羅漢果甜苷添加量對感官評分的影響以及兩者之間的交互作用。復合飲料的感官評分隨三氯蔗糖與羅漢果甜苷添加量的增加呈先上升后下降的趨勢，且三氯蔗糖添加量的上升幅度大于羅漢果甜苷添加量的上升幅度，說明三氯蔗糖添加量對復合飲料感官評分的影響比羅漢果甜苷添加量大。圖2-c為固定三氯蔗糖和羅漢果甜苷添加量為零水平，木糖醇和檸檬酸添加量對感官評分有顯著影響。復合飲料感官評分隨木糖醇和檸檬酸添加量的增加呈先上升后下降趨勢，檸檬酸添加量的上升幅度大于木糖醇添加量的上升幅度，說明檸檬酸添加量對復合飲料感官評分的影響比木糖醇添加量大。圖2-d為固定三氯蔗糖和木糖醇添加量為零水平，羅漢果甜苷與檸檬酸添加量對感官評分有顯著影響。當羅漢果甜苷添加量不變時，復合飲料的感官評分隨檸檬酸添加量的增加呈先上升后下降的趨勢；當檸檬酸添加量不變時，感官評分隨羅漢果甜苷添加量的增加呈現先上升后下降的趨勢。

2.3.3 驗證試驗

運用 Design-Expert V 8.0.6.1軟件對數據進行分析優化，得到此款蟠桃-葡萄-黑枸杞復合飲料的理論最優配方為木糖醇添加量0.98%、三氯蔗糖添加量0.001 4%、羅漢果甜苷添加量0.001 4%、檸檬酸添加量0.09%，此條件下復合飲料的綜合評分為8.35。為進一步驗證模型的準確性和可行性，選取木糖醇添加量1%、三氯蔗糖添加量0.001 4%、羅漢果甜苷添加量0.001 4%、檸檬酸添加量0.1%，經3次驗證試驗得到復合飲料的感官評分為(8.38±0.03)，與模型理論值相對誤差0.36%，說明響應面法優化所獲參數合理可信，具有實用價值。

2.4 營養、理化指標及微生物指標分析

經檢測分析(見表8)，此款復合飲料酸甜可口、營養豐富，糖酸比4.2∶1，花青素含量達144.1 μg/mL，總糖11.2 g/100 g，總酸3.4 g/100 g，且含有13種氨基酸，易于人體吸收，其中天門冬氨酸、谷氨酸、脯氨酸、精氨酸及丙氨酸含量較高，占氨基酸總量的87.7%。菌落總數、大腸菌群和致病菌檢測結果均符合國家標準。

a-木糖醇添加量與三氯蔗糖添加量;b-三氯蔗糖添加量與羅漢果甜苷添加量; c-木糖醇添加量與檸檬酸添加量;d-羅漢果甜苷添加量與檸檬酸添加量圖2 各因素交互作用對復合飲料綜合評分影響的響應面圖Fig.2 Response surface plots showing the interaction of factors on comprehensive evaluation value of compound beverage

3 結論與討論

以質量比為1∶3∶3的黑枸杞汁、蟠桃汁、葡萄汁為基料，采用模糊數學綜合評價法結合響應面分析法優化復合飲料配方，得到蟠桃-葡萄-黑枸杞復合飲料最優配方為木糖醇添加量1%、三氯蔗糖添加量0.001 4%、羅漢果甜苷添加量0.001 4%、檸檬酸添加量0.1%，在此條件下復合飲料的感官評分為(8.38±0.03)，與模型預測值十分接近。

此款復合飲料具有黑枸杞的天然色澤，蟠桃、葡萄的獨特香氣和口感彌補了黑枸杞香味不足、口感欠佳的缺點；高壓均質使果肉細化、組織狀態均一，提高了果汁飲料的穩定性[24]；添加的木糖醇、三氯蔗糖、羅漢果甜苷3種功能性甜味劑甜度高、熱量低，增加了一定的保健功能，對改善果汁飲料的風味和預防慢性疾病的發生發展都有著積極意義。本研究不僅豐富了果汁品種，也為特色蟠桃-葡萄-黑枸杞復合飲料工業化生產提供了參考依據。

表8 營養、理化指標及微生物指標Table 8 Nutrition, physicochemical index and microorganism index