藍莓果汁飲品配方優化及品質分析

唐卿雁，廖小琳，楊麗麗，張卉，張笑鎖，李永平

（1.云南農業大學食品科學技術學院，云南 昆明 650201；2.云南農業大學西南中藥材種質創新與利用國家地方聯合工程研究中心，云南 昆明 650201；3.云南農業大學云南省藥用植物生物學重點實驗室，云南 昆明 650201；4.云南省綠色食品發展中心，云南 昆明 650224）

藍莓（Vaccinium spp.）為杜鵑花科越橘屬植物[1]，原產于北美的溫帶至亞熱帶地區。我國陸續引進適合栽培的優良品種，其中以高叢藍莓、矮叢藍莓和兔眼藍莓為主[2]。2019年全球藍莓總產量為596 813噸，產量最高的是美國和加拿大[3]。藍莓成熟時呈藍紫色，色澤鮮艷、甜酸可口、果肉細膩、風味獨特。藍莓擁有“漿果之王”的美譽，果實中富含營養成分，如碳水化合物、維生素、礦物質等，還含有花青素、黃酮醇及黃烷-3-醇等具有生理活性的物質[4-6]。研究發現生長在高海拔地區的藍莓可溶性固形物、類黃酮、原花青素和花青素含量更多，且甜度更高[7]。研究表明，藍莓有抗氧化、延緩衰老、增強人體免疫力、改善視力、預防癌癥、降血壓、降膽固醇、預防心血管疾病、抗動脈粥樣硬化及護肝等功效[8-11]。日常食用藍莓可以減緩膝關節疼痛和僵硬，同時改善關節靈活性，有助于提高關節炎患者的生活質量[12]。

藍莓營養豐富，其保健功效日益受到人們的重視，消費潛力巨大。但是因為藍莓果皮薄，缺少堅硬外皮的保護而易破碎，易受到微生物病菌侵染而腐敗變質[13]，從而導致新鮮藍莓貯藏性差。所以對藍莓進行精深加工，開發豐富多元的產品，既可減少藍莓的采后損失，又可提高其附加值。本文以藍莓為主要原料加工藍莓果汁飲品，在單因素試驗基礎上，采用響應面優化分析，對藍莓原汁添加量、白砂糖添加量、檸檬酸添加量、復合穩定劑添加量進行探討，確定加工工藝和最佳配方，為開發利用藍莓提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

藍莓：云南省昆明市高山藍莓基地。

黃原膠：山東騰躍食品配料有限公司；卡拉膠：河南萬邦化工科技有限公司；羧甲基纖維素鈉（carboxymethyl cellulose，CMC）：河南恩苗食品有限公司；海藻酸鈉：青島明月海藻集團有限公司；白砂糖：上海谷欣食品有限公司；檸檬酸：河南萬邦化工科技有限公司；抗壞血酸：石藥集團維生藥業（石家莊）有限公司；果膠酶（初始酶活30 000 IU/g）、纖維素酶（初始酶活10 000 IU/g）：鄭州明瑞化工產品有限公司。以上試劑均為食品級。

氯化鉀：天津市北聯精細化學品開發有限公司；鹽酸：重慶川東化工集團有限公司；無水乙酸鈉：天津市北辰方正試劑廠。以上試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

JM-L80膠體磨：上海諾尼輕工機械有限公司；

Type GYB高壓均質機：上海東華高壓均質機廠；FE20 pH計：梅特樂-托多儀器（上海）有限公司；UV-2450紫外分光光度計：上海勝斯貿易有限公司；WYT手持式折光儀：成都興晨光光學儀器有限公司；HPX-9272 ME恒溫培養箱：上海博迅實業有限公司醫療設備廠。

1.3 加工工藝及操作要點

1.3.1 加工工藝流程

1.3.2 操作要點

1）藍莓預處理：挑揀新鮮、無病蟲害、無腐爛的八成熟藍莓，清洗干凈，去梗瀝干水分備用。

2）打漿破碎：打漿時，添加藍莓質量分數為0.1%的抗壞血酸進行護色[14]，得到藍莓原漿。

3）酶解：在藍莓原漿中添加藍莓質量分數為0.2%的復合酶，其中果膠酶與纖維素酶質量比為3∶1，在45℃～50℃下酶解180 min[15]。

4）調配：按一定配比用溫水溶解白砂糖、檸檬酸和穩定劑。

5）均質：將經膠體磨處理后的料液預熱到80℃，用高壓均質機在壓力為20 MPa～30 MPa下進行均質。

6）裝瓶：先將玻璃瓶在80℃～100℃水中燙漂15min備用，再將料液裝瓶。

7）殺菌：裝瓶后在沸水中排氣3 min，旋緊瓶蓋后，沸水殺菌15 min。

8）冷卻：分段冷卻至35℃以下，即為成品。

1.4 試驗設計

1.4.1 穩定劑選擇

分別選用卡拉膠、黃原膠、CMC、海藻酸鈉[16]與質量分數為19%的藍莓汁調配，存放在4℃冰箱48 h后，對成品的組織狀態、穩定程度進行感官評定，確定最適穩定劑。

1.4.2 復合穩定劑比例確定

根據穩定劑選擇的結果，選擇評分最高的兩種作為藍莓果汁飲品的復合穩定劑。復合穩定劑的質量比為 3 ∶1、2 ∶1、1 ∶1、1 ∶2、1 ∶3，經感官評定，選擇出最適的比例。

1.4.3 單因素試驗

在其他加工條件相同的情況下，以藍莓果汁飲品感官評分為標準，分別探討不同藍莓原汁添加量、白砂糖添加量、檸檬酸添加量、復合穩定劑添加量對藍莓果汁飲品的影響，各設置6個水平。藍莓原汁添加量分別為13%、16%、19%、22%、25%、28%；白砂糖添加量分別為5%、7%、9%、11%、13%、15%；檸檬酸添加量分別為 0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%；復合穩定劑添加量分別為0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.10%、0.12%。

1.4.4 響應面試驗設計

根據響應面Box-Behnken試驗設計原理，在單因素試驗結果的基礎上，以感官評分為響應值，4個顯著因子藍莓原汁添加量A、白砂糖添加量B、檸檬酸添加量C、復合穩定劑添加量D的3個水平進行響應面試驗設計，得到二次回歸方程，并確定最佳配方參數，試驗設計見表1。

表1 響應面因素與水平Table 1 Variables and levels of response surface design

1.4.5 感官評定

產品感官評定由10名感官鑒評人員組成評定小組進行評分，評分標準見表2，由組織狀態、色澤、氣味、口感4部分組成，共100分，計算平均分，作為產品的最終得分。

表2 藍莓飲品評定標準Table 2 Evaluation criteria of the blueberry juice beverage

1.5 藍莓果汁飲品質量指標的測定

1.5.1 可溶性固形物的測定

可溶性固形物使用手持式折光儀測定[17]。

1.5.2 總糖含量測定

采用蒽酮-硫酸比色法測定[18]。標準曲線線性回歸方程為 y=0.022 0x-0.060 7（R2=0.999 0）。

1.5.3 總酸含量的測定

吸取10.0 mL藍莓飲品樣液到100 mL容量瓶中，加蒸餾水定容后，取10.0 mL于離心管中，3 000 r/min離心20 min，取上清液，用0.01 mol/L NaOH溶液滴定至pH8.2。測定3次，取平均值，蒸餾水作空白對照[19]。

1.5.4 花色苷含量的測定

采用pH示差法測定。準確吸取2份藍莓飲品樣液各2 mL，分別用pH 1.0緩沖液（0.2 mol/L氯化鉀與0.2mol/L鹽酸體積比為35∶65）和pH4.5緩沖液（0.2mol/L乙酸鈉與0.2 mol/L鹽酸體積比為1∶1）稀釋至20 mL，混勻，在40℃溫度下平衡，pH 1.0時平衡30 min，pH 4.5時平衡20 min。以藍莓飲品溶液作空白對照，分別在波長510 nm和700 nm條件下測吸光度[20]。測定3次，取平均值。花色苷含量的計算公式如下。

式中：Df為稀釋倍數，1；MW為矢車菊色素-3-葡萄糖苷的摩爾質量，449.2 g/mol；ε為矢車菊色素-3-葡萄糖苷的摩爾消光系數，26 900 L/（mol·cm）。

1.5.5 菌落總數的測定

參照GB 4789.2—2016《食品安全國家標準食品微生物學檢驗菌落總數測定》的方法進行測定[21]。

1.5.6 大腸菌群測定

參照GB 4789.3—2016《食品安全國家標準食品微生物學檢驗大腸菌群計數》的方法進行測定[22]。

1.6 數據處理

采用SPSS19.0軟件對數據進行方差分析（P＜0.05），Design-Expert 10進行響應面優化分析。

2 結果與分析

2.1 穩定劑的選擇

2.1.1 不同穩定劑對藍莓果汁飲品品質的影響

不同的穩定劑對藍莓果汁飲品的影響見表3。

表3 單一穩定劑對飲品品質的影響Table 3 The effect of single stabilizer on beverage quality

由表3可知，在藍莓果汁中添加黃原膠后作用效果較好，飲品的黏稠性增加，口感潤滑細膩，溶液無沉淀不分層，穩定性增強；CMC和海藻酸鈉的作用效果次之，藍莓果汁飲品的口感欠佳，而添加卡拉膠后，果汁不僅流動性不好，口感還欠佳。因此，選取黃原膠和CMC作為復合穩定劑。

2.1.2 不同質量比復合穩定劑對藍莓果汁飲品品質的影響

不同質量比的復合穩定劑對藍莓果汁飲品的影響見表4。

表4 不同比例復合穩定劑的飲品品質的影響Table 4 Effect of different proportions stabilizers on the quality of beverages

由表4可知，當CMC與黃原膠質量比為1∶3時，果汁過于黏滑，而質量比為3∶1時口感較好，因此選取CMC和黃原膠質量比為3∶1作為復合穩定劑。

2.2 不同藍莓原汁添加量對藍莓果汁飲品品質的影響

不同藍莓原汁添加量對藍莓果汁飲品感官評分的影響如圖1所示。

圖1 藍莓原汁添加量對藍莓果汁飲品感官評分的影響Fig.1 Effect of blueberry juice on sensory evaluation of blueberry juice beverage

由圖1可知，隨著藍莓原汁添加量的增加，感官評分逐漸增高，當藍莓原汁添加量為25%的時，感官評分最高，而增加藍莓原汁的添加量至28%時，感官評分有所下降。同時考慮到成本問題，因此選取藍莓原汁添加量19%、22%及25%作為響應面的優化水平。

2.3 不同白砂糖添加量對藍莓果汁飲品品質的影響

不同白砂糖添加量對藍莓果汁飲品感官評分的影響如圖2所示。

圖2 白砂糖添加量對藍莓果汁飲品感官評分的影響Fig.2 Effect of white granulated sugar content on sensory evaluation of blueberry juice beverage

由圖2可知，當白砂糖添加量為11%時，感官評分最高，而隨著白砂糖添加量的增加，感官評分降低。因此，選取白砂糖添加量9%、11%及13%作為響應面的優化水平。

2.4 不同檸檬酸添加量對藍莓果汁飲品品質的影響

不同檸檬酸添加量對藍莓果汁飲品感官評分的影響如圖3所示。

由圖3可知，當檸檬酸添加量為0.15%時，感官評分最高。而隨著檸檬酸添加量的增加，感官評分降低。因此，選取檸檬酸添加量0.10%、0.15%及0.20%作為響應面的優化水平。

2.5 不同復合穩定劑添加量對藍莓果汁飲品品質的影響

不同復合穩定劑添加量對藍莓果汁飲品感官評分的影響如圖4所示。

圖3 檸檬酸添加量對藍莓果汁飲品感官評分的影響Fig.3 Effect of citric acid on sensory evaluation of blueberry juice beverage

圖4 復合穩定劑添加量對藍莓果汁飲品感官評分的影響Fig.4 Effect of compound stabilizer on sensory evaluation of blueberry juice beverage

由圖4可知，隨著復合穩定劑添加量的增加，評分逐漸增高，當添加量為0.10%時，感官評分最高，而增加復合穩定劑的添加量至0.12%時，感官評分下降。因此，選取復合穩定劑添加量0.06%、0.08%及0.10%作為響應面的優化水平。

2.6 響應面優化試驗

2.6.1 二次響應面回歸模型的建立與分析

響應面試驗的結果如表5所示。

表5 響應面試驗設計與結果Table 5 The design and results of response surface experiment

續表5 響應面試驗設計與結果Continue table 5 The design and results of response surface experiment

應用Design Expert對數據進行回歸擬合分析，得到制作條件與感官評分之間的二次多項式模型為感官評分=79.28+2.79A-0.56B+1.33C+0.22D+1.50AB-0.23AC-0.85AD+2.33BC-1.00BD-0.20CD-3.02A2-4.69B2-5.33C2-1.58D2。

方差分析結果見表6。

表6 回歸方程系數顯著性檢驗Table 6 Test of significance for regression equation coefficients

續表6 回歸方程系數顯著性檢驗Continue table 6 Test of significance for regression equation coefficients

由表6可知，模型P值<0.01，表明模型具有較高的顯著性，具有統計學意義，失擬性檢驗的P=0.196 7大于0.05，表明失擬項不顯著，回歸模型擬合較好；相關系數R2=0.794 7，說明相關性一般，有79.47%的試驗可以用這個模型解釋；C.V.%=3.92<10，說明試驗的可信度和精確度高。回歸方程各項方差分析結果表明，一次項A的P值<0.01，表明它對藍莓果汁飲品的感官評分影響達到極顯著水平，B、C、D的影響不顯著；交互項 AB、AC、AD、BC、BD、CD 各 項 的 P 值 均 大 于0.05，表明它們對藍莓果汁飲品的感官評分不顯著，二次項A2的P值<0.05表明它對藍莓果汁飲品的感官評分有顯著影響；B2、C2的P值<0.01，表明它們對藍莓果汁飲品的感官評分達到了極顯著水平。比較F值的大小可知，對藍莓果汁飲品感官評分影響因素的主效應關系為藍莓原汁添加量>檸檬酸添加量>白砂糖添加量>復合穩定劑添加量。

2.6.2 響應面及等高線分析

根據二次回歸方程模型，制出藍莓果汁飲品配方參數兩兩交互作用的三維立體曲面圖見圖5。

圖5 藍莓果汁飲品配方參數交互項的響應面分析Fig.5 Response surface analysis on interaction terms of blueberry juice beverage formula

由圖5可知，藍莓原汁添加量與白砂糖添加量（AB）、藍莓原汁添加量與檸檬酸添加量（AC）、藍莓原汁添加量與復合穩定劑添加量（AD）、白砂糖添加量與檸檬酸添加量（BC）、白砂糖添加量與復合穩定劑添加量（BD）、檸檬酸添加量與穩定劑添加量（CD）的響應面坡度較平緩，表明它們的交互作用對藍莓果汁飲品感官評分的影響不顯著。這與表6的方差分析結果一致。

通過上述響應面試驗結果綜合分析，得到藍莓果汁飲品的最佳工藝配方為藍莓原汁添加量22.88%、白砂糖添加量10.80%、檸檬酸添加量0.15%、復合穩定劑添加量0.10%。按此工藝條件進行3次重復試驗，得出感官評分的平均值為79.10，與理論值78.32接近，即實際值與理論值無顯著差異。

2.7 產品質量指標

2.7.1 感官評定結果

組織狀態：液體均勻，無沉淀；色澤：色澤鮮亮，呈深紅色；氣味：有藍莓特有的氣味，無異味；滋味：酸甜適中，口感細膩。

2.7.2 理化指標

可溶性固形物含量11%；總糖含量13.53%；總酸含量2.06%；花青素含量4.96 mg/L。

2.7.3 微生物指標

菌落總數≤100個/mL；大腸桿菌群≤30 MPN/mL。

3 結論

以藍莓為原料，制作藍莓果汁飲品，并利用單因素試驗和響應面分析法，以感官評分作為衡量指標，確定最佳工藝配方為藍莓原汁添加量22.88%、白砂糖添加量10.80%、檸檬酸添加量0.15%、復合穩定劑（黃原膠和羧甲基纖維素）添加量0.10%，在此條件下制得的藍莓果汁飲品，其可溶性固形物含量為11%、總糖含量13.53%、總酸含量2.06%、花色苷含量4.96 mg/L。飲品色澤鮮亮，呈深紅色，具有藍莓特有的氣味，酸甜適口。