三種小漿果復合飲料配方優化與穩定性研究

吳國美，張秀玲，高詩涵，劉明華

（東北農業大學食品學院，黑龍江 哈爾濱 150030）

樹莓又名山莓、覆盆子等，果實柔嫩多汁且鮮麗，含有豐富的營養成分且易被人體吸收。果實富含總糖、蛋白質、總酸、葉酸、VC、VE、鎂、鈣、硒、鋅等物質[1]。樹莓有多種保健成分以及豐富的藥用價值，對抗菌、抗氧化、降血脂及預防動脈粥樣硬化等有顯著的作用[2-3]。藍莓又稱越橘、藍漿果等，果實風味獨特，有很高的營養價值和保健功能[4]。藍莓除了含有常見的蛋白質、碳水化合物、維生素這些營養物質外，還含有熊果酸、花青素、黃酮類和多酚類等功能性成分[5]。藍莓具有提高視力、增強記憶力、抗氧化、預防癌癥、改善身體微循環等功效[6]。藍靛果（Lonicera edulis）又名羊奶子、藍靛果忍冬等，果實中含有大量花色苷、黃酮類化合物、多酚和維生素等。研究表明，藍靛果中主要的有機酸、碳水化合物分別是檸檬酸、葡萄糖[7]。同時，藍靛果具有較強的抗氧化作用，還有抗肥胖、抗脂肪肝、抗輻射、抗癌等作用[8-9]。樹莓、藍莓和藍靛果都是集中采收，保質期短的季節性漿果。鮮果成熟后組織較軟，在貯藏和運輸上都很難，鮮果少量用于直接食用，大量的果實通過加工來延長保質期，保持原料本身的營養價值。

近年來，復合型功能飲料逐步占據國內外的主流飲料市場，呈現出逐年上升的勢頭，漿果飲料成為了人們研究的熱點[10]。復合果汁飲品有更豐富的營養成分和更多的保健作用，具有較高的經濟價值和廣闊的發展前景，在飲料市場上越來越受到人們的歡迎[11]。劉艷懷等[12]以黑枸杞和藍莓為原料研制出具有抗氧化、抗腫瘤、保護視力和預防骨質疏松等功效的復合飲料。張雪梅等[13]用野櫻桃李漿、藍莓漿調配出營養豐富、風味獨特的復合飲料。在飲料中添加穩定劑可以防止飲料出現分層、沉淀等現象，穩定劑的選擇對飲料的穩定性至關重要。馬寅斐等[14]研究了在芒果汁飲料中添加3 種穩定劑組成的復合穩定劑，得到飲料的穩定性指數最小，穩定效果最好。徐淑科等[15]研究了黃原膠、羧甲基纖維素鈉和海藻酸丙二醇酯三種穩定劑對蔓越莓果汁的影響。本文以樹莓、藍莓和藍靛果為原料調配出一款復合保健型飲品。通過正交試驗優化復合飲料的配方，采用響應面試驗優化復合飲料的穩定性，確定出飲料的最佳配方和復合穩定劑配比，研制出的復合飲品營養豐富、口感細膩、風味獨特、穩定性高，而且黏度適中，狀態均勻。本研究旨在提高小漿果的資源利用率，為復合飲品的研究提供技術支持和理論依據，為小漿果復合飲料的工業化生產奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

藍靛果、藍莓為采自小興安嶺伊春地區的鮮果；紅樹莓為購自黑龍江省尚志市城西村的凍果；羧甲基纖維素（CMC）、結冷膠、瓜爾膠、黃原膠、果膠均為食品級：購于哈爾濱盛達生化儀器有限公司；其他試劑均為分析純。

1.1.2 儀器與設備

HH-1 型數顯恒溫水浴鍋，常州賽普實驗儀器廠；MJ-WJS1222F 型多功能榨汁機，美的集團股份有限公司；FA1004 型上皿電子天平，上海舜宇恒平科學儀器有限公司；HR/T20M 型臺式高速冷凍離心機，湖南赫西儀器裝備有限公司；UV-5500PC 型紫外可見分光光度計，上海元析儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 制作復合飲料的工藝流程

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 原料預處理

將冷凍保存的樹莓、藍莓和藍靛果放于室溫下自然解凍后，用打漿機分別打漿，得到3 種果漿。按照試驗優化的復合酶解工藝，向3 種果漿中加入質量分數為0.26%的果膠酶（107 000 U/g）和0.92%的纖維素酶（101 900 U/g），在 47 ℃下酶解 1.5 h，將酶解后的果漿用破壁機進行汁肉分離，過濾得到3 種漿果原汁。

1.2.2.2 調配

將白砂糖等輔料混合充分，加入純凈水充分攪拌使其溶解，然后與3 種漿果原汁混合，參照GB 2760—2014[16]添加小于0.5 g/kg 的山梨酸鉀防止果汁變質。

1.2.2.3 均質

將調配好的果汁在20 MPa 下均質4 次，得到狀態均勻的復合飲料。

1.2.2.4 灌裝、殺菌

將均質后的復合飲料裝入已清洗并滅菌的飲料瓶中，裝罐溫度保持在70 ℃以上，以增強殺菌效果，然后排出頂端空氣。將灌好的復合飲料于95 ℃條件下殺菌15 min[17-18]。

1.2.2.5 冷卻

將殺菌后的復合飲料冷卻至室溫，得到3 種小漿果復合飲料成品。

1.2.3 復合飲料配方優化試驗設計

1.2.3.1 單因素試驗設計

按照飲料工藝流程，初步選定樹莓汁添加量10%，藍莓汁添加量10%，藍靛果汁添加量10%，白砂糖添加量8%為基礎條件，以感官評分為評價指標，依次研究樹莓原汁添加量（5%、10%、15%、20%、25%）、藍莓原汁添加量（5%、10%、15%、20%、25%）、藍靛果原汁添加量（5%、10%、15%、20%、25%）、白砂糖添加量（6%、7%、8%、9%、10%）對復合飲料感官品質的影響。

1.2.3.2 正交試驗設計

在單因素試驗基礎上，以上述四個因素試驗結果為依據，每個因素三個水平，進行L9(34)正交試驗。以感官評分為指標，確定復合飲料的最佳配方。各因素水平如表1 所示。

表1 配方優化正交試驗因素表Table 1 Factors and levels of orthogonal test for the formulation optimization

1.2.3.3 感官評定

分別從色澤、香氣、口感和組織狀態四方面對復合飲料進行感官評價。選取50 人以上作為感官評價人員，對制作出的復合飲料根據表2 進行評價，每人獨立對各個配方進行感官評分，取其平均值記為最終的評分。

1.2.4 復合飲料穩定性優化試驗設計

1.2.4.1 單因素試驗設計

試驗選用常見的CMC、結冷膠、瓜爾膠、黃原膠和果膠作為復合飲料的穩定劑，進行單因素試驗。在復合飲料配方的基礎上加入不同質量分數（0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%）的單一穩定劑，以穩定系數為指標研究復合飲料的穩定性。

1.2.4.2 響應面試驗設計

依據上述的穩定性單因素試驗結果，試驗選取穩定效果較好的CMC、結冷膠和黃原膠作為自變量，以復合飲料的穩定系數為響應值，得到最優的工藝條件。響應面試驗的因素及水平見表3。

表2 復合飲料感官評分標準Table 2 Sensory evaluation standard of compound beverage

表3 復合穩定劑Box-Behnken 試驗因素水平表Table 3 Factors and levels of Box-Behnken test for composite stabilizer

1.2.4.3 穩定系數

參考韓曉娜等[19]的方法，按照配方調配復合飲料，準確加入50 mL 復合飲料于刻度離心管中，放置24 h 后，用離心機以 3 000 r/min 離心 10 min，取上清液稀釋50 倍后，測定吸光度為A2，離心前的吸光度為A1。穩定系數R 越高，飲料的穩定性和保存性越好，但R 值的極限為1，計算公式如下：

1.2.5 數據處理

數據采用SPSS 23 軟件進行顯著性和正交分析，用Origin 8.5 繪制圖形，運用Design-Expert 8.0.6 軟件進行響應面回歸分析。

2 結果與分析

2.1 復合飲料配方優化單因素試驗結果

2.1.1 樹莓原汁添加量對復合飲料感官品質的影響

由圖1 可知，樹莓原汁添加量為5%時，復合飲料的感官評分最低，為71.67±1.53 分。復合飲料的感官評分隨著樹莓原汁添加量的增加而顯著增大，當樹莓原汁添加量增加到20%時，復合飲料感官評分最高，為89±2.65 分。而繼續增加樹莓原汁添加量，感官評分稍有降低，推測是因為樹莓原汁具有淡酸味，添加過多會使復合飲料的口感下降。結果表明，樹莓原汁的最佳添加量為20%。

圖1 樹莓原汁添加量對復合飲料感官評分的影響Fig.1 Effect of raspberry juice addition on sensory score of compound beverage

2.1.2 藍莓原汁添加量對復合飲料感官品質的影響

由圖2 可知，藍莓原汁添加量為5%時，復合飲料的感官評分最高，為87±1 分。隨著藍莓原汁添加量的增加，復合飲料的感官評分顯著下降。當藍莓原汁添加量為25%時，感官評分最低，為68.33±0.58分。推測是因為野生藍莓原汁口味較苦澀，添加量增加會影響復合飲料的口感，感官評分會降低。結果表明，藍莓原汁的最佳添加量為5%。

圖2 藍莓原汁添加量對復合飲料感官評分的影響Fig.2 Effect of blueberry juice addition on sensory score of compound beverage

2.1.3 藍靛果原汁添加量對復合飲料感官品質的影響

由圖3 可知，復合飲料的感官評分隨著藍靛果原汁添加量的增加呈現先升高后降低的趨勢，當藍靛果原汁添加量為15%時，復合飲料的感官評分最高，為93±1.72 分，之后藍靛果原汁添加量繼續增大時，感官評分緩慢下降。推測是因為受藍靛果原汁的澀味以及深紅顏色的影響，隨著藍靛果原汁添加量的增加，飲料的顏色、口感都有所下降。藍靛果原汁添加量為25%時，復合飲料的感官評分最低，為74.66±1.53 分。結果表明，藍靛果原汁的最佳添加量為15%。

圖3 藍靛果原汁添加量對復合飲料感官評分的影響Fig.3 Effect of Lonicera edulis juice addition on sensory score of compound beverage

2.1.4 白砂糖添加量對復合飲料感官品質的影響

由圖4 可知，隨著白砂糖用量的增加，復合飲料的感官評分顯著升高。當白砂糖添加量為9%時，復合飲料的感官評分最高，為90±0.74 分。白砂糖添加量超過9%時，感官評分有所下降。白砂糖的添加主要是改變產品的甜度，當白砂糖添加較少時酸味過重，而白砂糖添加過多時甜味過重。復合飲料在飲用時需要一個適合的甜度，太甜或者太淡都不能給人良好的口感，因此白砂糖的最佳添加量為9%。

圖4 白砂糖添加量對復合飲料感官評分的影響Fig.4 Effect of white sugar addition on sensory score of compound beverage

2.2 復合飲料配方優化正交試驗結果

根據單因素試驗結果，以樹莓原汁添加量（A）、藍莓原汁添加量（B）、藍靛果原汁添加量（C）、白砂糖添加量（D）為主要影響因素，以感官評分為指標，進行L9(34)正交設計，試驗結果見表4。

由表4 和表5 可知，藍靛果原汁添加量（C）對復合飲料的感官品質影響最大，其次是藍莓原汁添加量（B）、白砂糖添加量（D）、樹莓原汁添加量（A）。最佳配方組合為A2B1C1D3，即樹莓原汁添加量20%，藍莓原汁添加量5%，藍靛果原汁添加量10%，白砂糖添加量10%。按照A2B1C1D3配制復合飲料，感官評分為98.13±1.50 分。

表4 正交試驗結果分析Table 4 Orthogonal test results analysis

表5 正交試驗方差分析表Table 5 Analysis of variance of orthogonal test

2.3 穩定性優化單因素試驗結果

圖5 表示不同穩定劑對復合飲料穩定性的影響。由圖可知，黃原膠、結冷膠和CMC 這3 種穩定劑的穩定系數相對較大，表示穩定效果較好；黃原膠的濃度為0.05%時穩定系數最高，為0.95±0.01，隨著黃原膠濃度逐漸增加，穩定系數逐漸減小。黃原膠具有良好的增稠性和流變學特性，當黃原膠添加量較多時，飲料的黏稠度較大，有較多的未溶解膠粒，影響飲料的穩定性和口感[20]。結冷膠和CMC 都是隨著濃度的增加，穩定系數先增加后降低，結冷膠在濃度為0.10%時，穩定系數最大為0.94±0.01。CMC 在濃度為0.2%時，穩定系數最大為0.96±0.01，此時CMC 能較好地穩定復合飲料中的蛋白質，使水及脂肪的表面張力降低，起到穩定與增稠的作用[21]。果膠和瓜爾膠的穩定系數相對較低，穩定效果相比于其他3 組相對較差。故選擇黃原膠、結冷膠和CMC 三種穩定劑進行復配。穩定劑的選擇對飲料的穩定性至關重要[22]。單一的穩定劑無法使產品達到長期均勻，穩定懸浮，會影響復合飲料的口感、外觀、色澤等方面，因此對效果較好的穩定劑進行復配會有較好的效果。

圖5 5 種單一穩定劑對復合飲料穩定系數的影響Fig.5 Effects of five single stabilizers on stability coefficient of composite beverage

2.4 復合穩定劑的響應面優化試驗

2.4.1 響應面試驗設計及結果

在單因素試驗結果的基礎上，使用Box-Benhnken試驗設計，選擇 CMC（A′）、結冷膠（B′）和黃原膠（C′）作為自變量，以穩定系數為響應值進行試驗，對復合飲料的穩定性進行優化。試驗結果見表6。

表6 復合穩定劑響應面試驗設計及結果Table 6 Composite stabilizer Box-Benhnken design and results

2.4.2 方差分析及交互作用分析

使用Design－Expert 8.0.6 軟件進行擬合分析，得到回歸方程為：復合飲料的穩定系數Y=0.97+0.016A′+0.019B′+0.010C′+0.029A′B′+1.796A′C′+2.016B′C′-0.030A′2-0.062B′2-0.021C′2。

復合穩定劑的響應面優化回歸方程的方差分析（ANOVA）如表7 所示。回歸模型的顯著性很高（P=0.000 3＜0.05），缺乏擬合用于驗證模型的充分性且不顯著（P=0.619 7＞0.05），R2=0.965 2，該模型可以擬合試驗數據。

表7 回歸模型方差分析Table 7 Analysis of variance of regression model

根據F 值可知，各個因素對復合飲料穩定系數影響的大小順序為：結冷膠（B′）＞CMC（A′）＞黃原膠（C′）。方差分析中，B′2影響極顯著，A′、B′、A′B′、A′2影響高度顯著，C′2影響顯著。

等高線圖和響應曲面圖是回歸方程的圖形化表示，反應獨立變量對響應變量的交互作用[23-24]。圖6顯示了復合飲料的穩定系數與各穩定劑之間的關系。由圖6a、b 可以看出，隨著CMC 和結冷膠質量濃度的增大，復合飲料的穩定系數先升高后降低，且結冷膠對穩定系數的影響要大于CMC。由圖6c、d 可以看出，CMC 和黃原膠對穩定系數的影響不明顯，且CMC對穩定系數的影響大于黃原膠。由圖6e、f 可以看出，隨著結冷膠的濃度增大，穩定系數先增大后減小，且變化幅度大于不同濃度的黃原膠，結冷膠對穩定系數的影響比黃原膠大，這與表7 中方差分析的結果一致。

2.4.3 最佳條件的確定和回歸模型的驗證

圖6 各因素交互作用對復合飲料穩定系數影響的響應面圖和等高線圖Fig.6 Response surface maps and contour of the influence of various factors interaction on stability coefficient of composite beverage

利用響應面試驗，確定復合飲料穩定性的最佳條件：CMC 添加量0.22%，結冷膠添加量0.11%，黃原膠添加量0.06%，此時復合飲料的穩定系數為0.99。為驗證這些結果，選擇預測的最佳條件進行試驗，得到復合飲料的穩定系數為0.97±0.001，與預測值相差不大，說明該模型符合試驗數據。此時對復合飲料進行感官評價，感官評分為97.64±2.0 分。

3 結論

本試驗結果表明，優化后的復合飲料最佳配方為：20%樹莓原汁，5%藍莓原汁，10%藍靛果原汁，10%白砂糖。接此配方調配的復合飲料，酸甜適口，色澤均勻，有小漿果的獨特香氣，感官評分為98.13±1.50分。通過響應面試驗優化飲料穩定性，得到最佳復合穩定劑組合為0.22%CMC，0.11%結冷膠，0.06%黃原膠。此時復合飲料的穩定系數為0.97±0.001，飲料的穩定性高，而且黏度適中。復合飲料最終調配完成后，感官評分為97.64±2.0 分，口感較好，狀態均勻。本研究的復合飲料穩定性高且營養豐富，提高了小漿果的資源利用率，而且為小漿果復合飲品開發提供了理論依據及技術支持。