香蕉汁大豆分離蛋白飲品的研制及穩定性研究

宋 旸，王存堂，李 歡

（齊齊哈爾大學食品與生物工程學院，黑龍江齊齊哈爾 161006）

香蕉產自熱帶和亞熱帶地區，是世界上最流行的水果之一[1]，2019年聯合國糧食及農業組織（FAO）公布香蕉是全球交易量最高的水果[2]。香蕉營養豐富，不僅含有維生素C、B1 和B6 等，還富含磷、鈉、鉀、鈣等礦物質[3]，同時還具有低熱量和低脂肪的特點[4]。香蕉的可食用部分還含有多種活性化合物，如酚類、類胡蘿卜素、胺類和植物甾醇[5?6]，不僅為人們提供了豐富的營養來源，還具有預防人體某些疾病的有益效果[7]。香蕉在綠熟期進行收獲，在儲存和運輸期間由于成熟過快，會快速衰老、變軟，甚至剝落和腐爛[8?9]，進而縮短了香蕉的貨架期，引起嚴重損失[10?12]。制作以香蕉為主要原料的特色風味飲品，可以對香蕉進行有效利用，有利于香蕉產業的可持續發展。楊愛華等[13]以香蕉和豆漿為主要原料，研制出一種香味濃郁、口感爽滑的香蕉豆乳飲品。Pauline等[14]將脫果膠香蕉漿加入麥汁中，在厭氧條件下，利用釀酒酵母發酵制備玉米香蕉酒精飲料。

大豆蛋白是一種具有良好的營養價值和獨特保健作用的植物蛋白[15?18]，并且在食品中具有理想的風味。大豆分離蛋白是最常見的大豆蛋白產品之一，通常采用堿提酸沉法從脫脂豆粕中提取[19]。大豆分離蛋白的蛋白質含量在90%以上，并含有所有必需氨基酸，特別是賴氨酸[20]。大豆分離蛋白以其優良的加工性能、較高的營養價值和較低的成本廣泛地應用于食品之中[21]。李濤等[22]研制了質地均勻，營養豐富，口感細膩的香蕉汁大豆多肽運動飲料。Manassero等[23]制備了添加了鈣和大豆蛋白的飲料，并研究了高靜水壓處理對蛋白質溶解度、物理穩定性、黏度和色度參數的影響。

為拓寬香蕉和大豆分離蛋白的應用范圍、豐富市場上果汁蛋白飲品品種，本文研發兼具香蕉和大豆分離蛋白雙重營養的香蕉汁大豆分離蛋白飲品，原料采用香蕉汁、大豆分離蛋白，加入蔗糖、穩定劑等輔料，通過單因素實驗以及正交試驗確定香蕉汁大豆分離蛋白飲品的最佳基礎工藝配方，并對其穩定性進行研究，以期得到性狀穩定、口感俱佳的香蕉汁大豆分離蛋白飲品。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

香蕉 市售；大豆分離蛋白 食品級，萬利達生物科技有限公司；單甘酯 佳力士添加劑（海安）有限公司；綿白糖 食品級，黑龍江齊齊哈爾市玲華食品有限公司；果膠酶 酶活力≥6000 U/mL，食品級，河北格貝達生物科技有限公司；羧甲基纖維素鈉（CMC） 河南萬邦實業有限公司；海藻酸鈉 青島億紡化工有限公司；檸檬酸 日照金禾博源生化有限公司。

HZYFA210 電子天平 華志電子科技有限公司；7230G 分光光度計 北京世紀科信科學儀器有限公司；JIDI-20D 臺式多用途高速離心機 廣州吉迪儀器有限公司；RYUHT 超高溫瞬時滅菌機 上海銳元機械設備有限公司；VSH2 電熱恒溫水浴鍋 無錫沃信儀器制造有限公司；GHH 均質機 常州市均質機械有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 操作要點 香蕉去皮切分后，加水打漿，其中香蕉與水的質量比為1:10[22]，果漿中加入0.02%果膠酶，在45 ℃下酶解4 h。將料液加熱至85 ℃，果膠酶因高溫失活。酶解液過100 目篩網，渾濁的香蕉汁變清澈[24]。將香蕉汁與一定量的大豆分離蛋白混合，再依次加入蔗糖、檸檬酸以及穩定劑海藻酸鈉、CMC、單甘酯。以 20 MPa 壓力下均質2 次[25]。然后在溫度80 ℃下巴氏殺菌20 min[26]。

1.3 香蕉汁大豆分離蛋白飲品基本配方的確定

1.3.1 單因素實驗

1.3.1.1 大豆分離蛋白添加量對飲品感官評分的影響 在100 mL 香蕉汁中添加12%蔗糖、0.2%檸檬酸，考察大豆分離蛋白添加量分別為1.0%、1.2%、1.4%、1.6%、1.8%時對香蕉汁大豆分離蛋白飲品感官評分的影響。

1.3.1.2 蔗糖添加量對飲品感官評分的影響 在100 mL 香蕉汁中添加1.2%大豆分離蛋白、0.2%檸檬酸，考察蔗糖添加量分別為8%、10%、12%、14%、16%時對香蕉汁大豆分離蛋白飲品感官評分的影響。

1.3.1.3 檸檬酸添加量對飲品感官評分的影響 在100 mL 香蕉汁中添加1.2%大豆分離蛋白、12%蔗糖，考察檸檬酸添加量分別為0.1%、0.15%、0.2%、0.25%、0.3%時對香蕉汁大豆分離蛋白飲品感官評分的影響。

1.3.2 基本配方優化 在單因素實驗的基礎上利用正交設計助手軟件進行正交試驗設計，對影響感官評分的主要因素進行L9（34）正交試驗，因素水平見表1。

表1 正交試驗因素水平表Table 1 Factors and levels used in orthogonal array design

1.4 感官評定方法

本試驗感官評審小組由20 名感官評分員（男、女各10 名）組成，分別對香蕉汁大豆分離蛋白飲品的滋味、香味、外觀性狀以及色澤等進行評定打分，滿分為100 分，結果取平均值，具體感官評分標準[25]見表2。

表2 感官評分標準Table 2 Standards of sensory evaluation

1.5 最佳穩定劑配方的確定

1.5.1 單因素實驗

1.5.1.1 海藻酸鈉添加量對飲品穩定系數影響 在優化基本配方的基礎上添加0.2% CMC、0.2%單甘酯，考察海藻酸鈉添加量分別為0.3%、0.35%、0.4%、0.45%、0.5%時對香蕉汁大豆分離蛋白飲品穩定系數的影響。

1.5.1.2 CMC 添加量對飲品穩定系數影響 在優化基本配方的基礎上添加0.4%海藻酸鈉、0.2%單甘酯，考察CMC 添加量分別為0.1%、0.15%、0.2%、0.25%、0.3%時對香蕉汁大豆分離蛋白飲品穩定系數的影響。

1.5.1.3 單甘酯添加量對飲品穩定系數影響 在優化基本配方的基礎上添加0.4%海藻酸鈉、0.15%CMC，考察單甘酯添加量分別為0.1%、0.15%、0.2%、0.25%、0.3%時對香蕉汁大豆分離蛋白飲品穩定系數的影響。

1.5.2 穩定劑配方優化 依據上述單因素實驗的討論，根據Box-Benhnken 的中心組合試驗設計原理[27?28]，采用響應面法[29]在三因素三水平上對穩定劑配方進行優化。對試驗數據結果采用Design Expert8.0.6軟件進行分析，因素和水平見表3。

表3 響應面分析因素和水平表Table 3 Factors and levels of the response surface methodology

1.6 飲品穩定性測定

利用分光光度計在波長750 nm 下測定制備飲品稀釋100 倍后的吸光度A1，再對制備飲品進行離心，轉速為3000 r/min，時間為10 min，然后取上層清液稀釋100 倍并測定吸光度A2，穩定系數R 下式表示。如果R 值在95%以上，則說明此飲品的穩定性良好[30]。

式中：R，穩定系數，%；A1，750 nm 波長下飲品吸光度；A2，飲品離心后上清液750 nm 下吸光度。

1.7 飲品質量指標檢測

飲品的色澤、滋味、氣味以及狀態依據1.4 感官評定方法進行評價；可溶性固形物含量采用阿貝折光儀測定；pH 采用pH 酸度計測定；菌落總數檢測采用GB 4789.2-2016 方法測定。

1.8 數據處理

采用 Excel 2016 進行數據統計分析，計算標準誤差并制圖，實驗數據以 3 次重復的“均值±標準差”表示。通過正交助手Ⅱ V3.1 軟件對香蕉汁大豆分離蛋白飲品配方進行優化。通過Design-Expert 8.0.5b 軟件對香蕉汁大豆分離蛋白飲品乳化穩定性配方進行優化。

2 結果與分析

2.1 基本配方單因素實驗分析

2.1.1 大豆分離蛋白添加量對感官評價的影響 如圖1所示，隨著大豆分離蛋白添加量的增加，香蕉汁大豆分離蛋白飲品的感官評分先增大后減小，大豆分離蛋白添加量在1.2%時，感官評分達到最大值88 分。大豆分離蛋白添加量逐漸增加的過程中，大豆分離蛋白在香蕉汁中能夠溶解較為充分，擴散性較好，口感更加濃郁，所以感官評分逐漸增大。當大豆分離蛋白添加量大于1.2%時大豆分離蛋白的溶解極不充分，出現較多沉淀，飲品質地不均勻，口感欠佳。因此選擇1.2%的大豆分離蛋白添加量。

圖1 大豆分離蛋白添加量對感官評分的影響Fig.1 Effect of soybean protein isolate content on sensory scores

2.1.2 蔗糖對感官評價的影響 如圖2所示，隨著蔗糖添加量的逐漸增加，香蕉汁大豆飲品的感官評分逐漸增加，當蔗糖添加量是12%時感官評分達到最大值89 分，隨著蔗糖添加量的繼續增加，飲品的感官評分逐漸減小。飲品的甜度隨著蔗糖添加量的增加而增大，飲品除了有香蕉汁的特殊香味，滋味更加香甜，在蔗糖添加量為12%時甜度更適宜，當蔗糖添加量超過12%時，制備飲品甜度過大，香蕉的香味被掩蓋，滋味不理想。因此選擇12%的蔗糖添加量。

圖2 蔗糖添加量對感官評分的影響Fig.2 Effect of sucrose content on sensory scores

2.1.3 檸檬酸對感官評價的影響 如圖3所示，隨著檸檬酸添加量的逐漸增加，香蕉汁大豆分離蛋白飲品的感官評分先增大后減小，當檸檬酸添加量為0.25%時達到最大值94 分。增加檸檬酸的添加量使得飲品更加酸甜適宜，此外，通過添加檸檬酸可以調整飲品的酸堿度，增加飲料的爽口性[31]。檸檬酸的添加量為0.25%時飲品更為澄清，酸甜可口，滋味宜人。隨著檸檬酸添加量的繼續增加，飲品過酸。因此選擇0.25%的檸檬酸添加量。

圖3 檸檬酸添加量對感官評分的影響Fig.3 Effect of citric acid content on sensory scores

2.2 基本配方優化

以感官評價為指標，采用L9（34）來確定最佳酶解條件，利用正交設計助手數據分析軟件得出正交試驗結果如表4所示。大豆分離蛋白添加量、蔗糖添加量以及檸檬酸添加量正交試驗方差分析如表5所示。

表5 正交試驗結果方差分析Table 5 ANOVA for the experimental results of orthogonal array design

在表4中，各個因素對試驗指標影響的主次關系可由極差值反映出來，極差值越大，代表這個因素對試驗指標的影響也越大。此正交試驗的極差值為RD>RC>RA，即各因素對香蕉汁大豆分離蛋白飲品感官評分影響的主次順序為D>C>A，檸檬酸添加量影響最大，其次是蔗糖添加量，大豆分離蛋白添加量的影響最小。通過感官評分的優化試驗，可以初步確定香蕉汁大豆分離蛋白飲品的基本配方組合為：A2C2D2，即各個共存物在奶茶中的添加量分別為：大豆分離蛋白添加量1.2%，蔗糖添加量12%和檸檬酸添加量0.25%。因為由正交試驗優化得出的最佳試驗組合A2C2D2在正交試驗表的組合之外，所以需進行3 次平行試驗來驗證此工藝配方的可行性，得到香蕉汁大豆分離蛋白飲品的感官評分為95 分，大于正交試驗中的任意一組感官評分，因此A2C2D2的香蕉汁大豆分離蛋白飲品基本配方可行。

表4 正交試驗結果Table 4 Orthogonal array results

表5方差分析結果表明，C、D 因素對試驗的影響顯著（P<0.05），而A 因素則對試驗沒有顯著的影響。

2.3 穩定劑配方單因素實驗分析

2.3.1 海藻酸鈉添加量對飲品穩定性的影響 如圖4所示，隨著海藻酸鈉添加量的逐漸增加，香蕉汁大豆分離蛋白飲品穩定系數先增大后減小，在海藻酸鈉的添加量為0.4%時達到最大值94.4%。因為海藻酸鈉溶液粘稠性較好，是食品的增稠劑、穩定劑[32]，所以飲品的穩定性隨著海藻酸鈉添加量的增加而增大，當海藻酸鈉添加量為0.4%時飲品的穩定性達到良好，隨著海藻酸鈉添加量繼續增加，飲品的穩定性有所減小，這是由于飲品中的糖和大豆分離蛋白會降低海藻酸鈉的水合效率，使海藻酸鈉難溶于水，飲品的穩定性也隨之降低。因此選擇海藻酸鈉的添加量為0.4%。

圖4 海藻酸鈉添加量對飲品穩定性的影響Fig.4 Effect of sodium alginate addition on beverage stability

2.3.2 CMC 添加量對飲品穩定性的影響 如圖5所示，隨著CMC 添加量的逐漸增加，香蕉汁大豆分離蛋白飲品的穩定系數先增大后減小，在CMC 添加量為0.15%時達到最大值94.8%。隨著CMC 添加量增加，在酸性飲品中CMC 可以吸附在大豆分離蛋白的表面，吸附層的靜電排斥和空間位阻可以維持蛋白膠束的穩定存在，并且CMC 具有增稠作用，可以降低蛋白質顆粒的沉降速率，從而使飲品的穩定性增加[33]。當CMC 添加量大于0.15%，飲品的穩定系數開始減小，可能是由于CMC 添加量較大飲品的黏度過大，導致蛋白質間的排斥力變小，飲品的穩定性變差。因此選擇CMC 的添加量為0.15%。

圖5 CMC 添加量對飲品穩定性的影響Fig.5 Effect of CMC addition on beverage stability

2.3.3 單甘酯添加量對飲品穩定性的影響 如圖6所示，隨著單甘酯添加量的增加，香蕉汁大豆分離蛋白飲品的穩定系數先增大后減少，單甘酯的添加量在0.25%時達到最大值97.8%。隨著單甘酯添加量的增加，單甘酯在界面上吸附，定向排列緊密，很好地防止聚結，增加飲品的穩定性[34]。單甘酯的添加量為0.25%時單甘酯的乳化效果較好，飲品的穩定系數較大。隨著單甘酯的繼續添加，單甘酯分子之間會發生相互聚集，對飲品的乳化作用減弱，所以當單甘酯的添加量大于0.25%時飲品的穩定系數減小。因此選擇單甘酯的添加量為0.25%。

圖6 單甘酯添加量對飲品穩定性的影響Fig.6 Effect of monoglyceride addition on the stability of beverage

2.4 穩定劑配方優化

2.4.1 響應面分析 在單因素實驗的基礎上，以海藻酸鈉添加量A、CMC 添加量B、單甘酯添加量C 為自變量，以穩定系數為響應值，進行響應面分析試驗，實驗結果見表6。

表6 響應面所設計的方案和試驗結果Table 6 Experimental design and results of response surface methodology

利用Design Expert8.0.6 軟件設計實驗方案，對實驗結果進行二次回歸方程的分析，可以得出，飲品穩定系數Y 的二次回歸方程，并對它用方差的方法分析（見表7）可知。穩定系數Y 的標準回歸方程為：

表7 穩定性試驗結果的方差分析Table 7 ANOVA for the results of emulsifying stability

Y=?93.32+506.85A+410.85B+463C+20AB?210AC?50BC?562A2?1382B2?732C2

模型的決定系數與調整決定系數分別為0.9940、0.9863，說明此模型與試驗之間擬合程度較高，證明用此模型優化海藻酸鈉添加量、CMC 添加量、單甘酯添加量對飲品穩定系數影響具有可行性。由海藻酸鈉添加量、CMC 添加量、單甘酯添加量對響應值的影響可以得出，回歸方程Y 中的A、B、C、A2、B2、C2對飲品穩定系數有極顯著影響（P<0.01），AC 對飲品穩定系數有顯著影響（P<0.05），而其他因素影響不是很明顯，表明各影響因素對于飲品穩定系數影響不是簡單的線性關系。由各變量的F值可判斷出3 個變量對飲品穩定系數的影響次序為：CMC 添加量（B）>單甘酯添加量（C）>海藻酸鈉添加量（A）。

模型中的檸檬酸鈉添加量（A）、CMC 添加量（B）、單甘酯添加量（C）其中的一個因素保持在0 水平，觀察圖7a～圖7c 的變化趨勢。由此可知另外兩個影響因素相互交叉作用對穩定系數Y 的子模型，并根據子模型，分別繪制出a、b、c 三個三維響應曲面圖，見圖7。

圖7說明了各因素之間的交互作用。由圖7a～圖7c 可以看出，海藻酸鈉添加量與單甘酯添加量之間的交互作用較強，海藻酸鈉添加量與CMC 添加量之間以及CMC 添加量與單甘酯添加量之間的交互作用較弱。

圖7 兩因素交互作用對響應值的影響Fig.7 Influence of the interaction of two factors on the response value

通過所得到的模型，可預測穩定劑的最佳配方為：海藻酸鈉添加量0.41%、CMC 添加量0.15%、單甘酯添加量0.25%。在此條件下，飲品穩定系數在理論上可達98.4%。

2.4.2 驗證實驗 根據上述結果進行近似驗證試驗，檢測真實值是否與試驗結果相一致。在最佳配方下進行三次平行試驗，測得香蕉汁大豆分離蛋白飲品的穩定系數為98.5%，與理論值相比，相對誤差在±1%以內，而且重復性好，說明優化結果是準確可靠的。

2.5 飲品質量指標

飲品的質量指標如表8所示，從結果可以看出飲品的各項質量指標均達到了標準質量要求。在感官指標中飲品呈淡黃色，口感絲滑細嫩，酸甜適中，質地均勻、無分層，6 個月內無沉淀產生；在理化指標中飲品的可溶性固形物為9%～12%，pH 在6～7 之間；在微生物指標中飲品菌落總數<100 CFU/mL。

表8 飲品質量指標Table 8 Beverage quality index

3 結論

以香蕉汁、大豆分離蛋白為主要原料，開發出口感絲滑、營養均衡、酸甜可口、穩定性良好的果汁蛋白飲品。通過單因素及正交試驗確定大豆分離蛋白添加量為1.2%，蔗糖添加量12%，檸檬酸添加量為0.25%，感官評分為95 分。為提高飲品的穩定性，通過單因素及響應面法優化穩定劑配方為海藻酸鈉添加量為0.41%、CMC 添加量0.15%、單甘酯添加量為0.25%，穩定系數為98.5%。研制的香蕉汁大豆分離蛋白飲品順滑細膩、酸甜可口、均勻穩定，可溶性固形物含量9%～12%，pH 在6～7 之間，菌落總數達標。