薏米胡蘿卜復合飲料工藝配方的優化研究

◎ 黃建初，李崇高，胡 濤，李瑞婷

（1.廣州工商學院 工學院，廣東 廣州 510850；2.廣州城市職業學院 食品科學與美食養生學院，廣東 廣州 510405）

薏米含有豐富的蛋白質、脂肪、碳水化合物、薏苡素和薏苡酯等，具有健脾益胃、補肺清熱、祛風勝濕等功效[1-2]。現代藥理研究發現，薏米提取物能抑制乳腺癌[3]。目前，我國的薏米主要是直接食用，其保健價值未能充分發揮，將薏米做成飲料簡易、方便，有較好的市場前景[4]。胡蘿卜富含胡蘿卜素，胡蘿卜素可以清除自由基，保護正常細胞免受氧化，預防腫瘤；胡蘿卜素還可以轉化為維生素A，預防夜盲癥的發生[5-6]。近年來，胡蘿卜果蔬飲料因飲用方便、營養素保存較多而發展迅速，越來越受消費者的青睞[7-8]。但胡蘿卜汁加工會出現沉淀、分層等問題，嚴重影響產品質量。研究人員通過實驗證明，添加穩定劑、調整工藝等措施可以解決上述問題，如果膠具有良好的懸浮性[9]；羧甲基纖維素鈉（CMC-Na）具有良好的增稠性[10]；蔗糖酯乳化性良好，它們都可用于飲料，使飲料增稠、穩定和乳化。本文以薏米、胡蘿卜為原料，通過添加果膠、CMC-Na、蔗糖脂等對薏米胡蘿卜復合飲料的工藝和配方進行研究，以期建立多元回歸方程，來分析和預測它們對感官品質的影響，探討其最佳配比，解決薏米、胡蘿卜加工中的沉淀等問題，研制出色香味俱佳的新型胡蘿卜復合飲料。

1 材料與方法

1.1 材料

胡蘿卜、甜橙（新鮮，市售）；薏米（無異味，市售）；白糖（食品級，市售）；檸檬酸、蘋果酸（食品級，山東正虹生物科技有限公司）；CMC-Na、α-淀粉酶（食品級，山東豐泰生物科技有限公司）；蔗糖脂、果膠（食品級，廣東歐斯曼生物科技有限公司）。

1.2 儀器和設備

天平（ES200-2B型，亮衡天平儀器有限公司）；打漿機（SJ3000型，博朗有限公司）；高壓均質機（GYB60-6S型，上海東華高壓均質機廠）；粉碎機（JJ-2型，常州金壇良友儀器有限公司）；烤箱（NFD-60F型，廣州市賽思達機械設備有限公司）；電熱恒溫水浴鍋（HHS型，博迅實業有效公司醫療設備廠）；玻璃瓶、不銹鋼鍋、不銹鋼水果刀和過濾絹布等工具。

1.3 實驗方法

1.3.1 工藝流程

薏米胡蘿卜復合飲料的制作工藝為：胡蘿卜汁、薏米汁制作→穩定劑等預處理→調配→均質→預熱脫氣→灌裝封口→殺菌→成品。

1.3.2 操作要點

（1）胡蘿卜汁和橙汁的制作。取經挑選、清洗、去皮的胡蘿卜200 g，切成碎塊，加水300 mL，檸檬酸1.5 g，預煮5 min，待組織軟化，用打漿機打漿，尼龍絹布過濾，殘渣中加入適量水清洗合并，定容至400 mL。取1個完全成熟的甜橙，沸水熱燙3～5 min，剝皮，去除白絡、種子，不加水打漿，尼龍絹布過濾，制成100%橙汁。

（2）薏米汁的制作。挑選飽滿、清香、無蟲蛀的薏米100 g，清洗瀝干，置烤箱160 ℃下烘烤45 min，冷卻，放入粉碎機中打成粉末，加水調漿，料水比為1∶10，調和均勻，85 ℃水浴中糊化10 min，加0.1%α-淀粉酶，60 ℃水浴鍋中酶解2 h，加熱至100 ℃，冷卻過濾定容至1 000 mL。

（3）復合飲料的制作。通過預備實驗，確定基本配方，即胡蘿卜汁20%、薏米汁10%、白糖10%、橙汁2%和檸檬酸+蘋果酸（2∶1）0.25%。

按試驗配方重量稱取果膠、CMC-Na、蔗糖酯，與1/3的白糖干混均勻，倒入300 mL 75 ℃的熱水中，邊倒邊攪拌，升溫至95 ℃，至膠體充分溶解，制成穩定劑溶液；剩余白糖等固體分別用水溶解；在不銹鋼鍋中，分別加入胡蘿卜汁、薏米汁、穩定劑液、檸檬酸和蘋果酸液、白糖液和橙汁，混合均勻，定容至100 0 mL；加熱至50 ℃，高壓均質機20 MPa均質2次；加熱至75 ℃，預熱脫氣；灌裝至200 mL玻璃瓶中，封蓋；85 ℃水浴鍋殺菌15 min，冷卻。

1.3.3 單因素試驗

分別添加果膠（0、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%和0.25%）、CMC-Na（0、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%和0.25%）、蔗糖酯（0、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%和0.25%），其他配方不變，進行單因素試驗，進行感官評分。

1.3.4 響應面優化實驗

在上述試驗基礎上，以果膠、CMC-Na、蔗糖酯為自變量，感官評分為響應值，設計3因素3水平響應面試驗，見表1。參考陳涵等[11]、童觀珍等[12]的試驗，通過Design-Expert.V8.0.6軟件，采用Central Composite Design設計，對試驗結果進行回歸擬合，建立數學模型，進行方差分析和p值顯著性檢驗，預測最優值。

1.4 測定方法

1.4.1 感官評定

參考王永華等[13]的食品感官鑒評，結合行業標準，設計表2[14]。評定小組由10人組成，每份樣品隨機編碼，隨機發放，按照感官評分表，對其色澤、香氣、口感及組織狀態進行評分，結果取平均值。

表2 薏米胡蘿卜復合飲料的感官評分表

1.4.2 穩定系數的測定

參考李存芝等[15]、黃建初等[16]穩定系數的測定方法，在10 mL離心管中，加入10 mL飲料，在4 000 r·min-1離心30 min，用分光光度計在465 nm下測定其吸光度A2與離心前吸光度A1比值，穩定系數為R=(A2/A1)×100%。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗分析

2.1.1 果膠用量的確定

由圖1知，隨果膠用量的增加，感官評分明顯上升，當用量為0.10%時達到最高，繼續增加果膠用量感官評分緩慢下降，因此果膠用量確定為0.10%。這是因為使用果膠后提高了飲料的懸浮性，改善了飲料口感。

2.1.2 CMC-Na用量的確定

由圖2可知，隨CMC-Na用量增加，感官評分明顯上升，當用量為0.15%時達到最高，繼續增加CMC-Na用量，感官評分反而下降，CMC-Na確定為0.15%。這是因為CMC-Na提高了飲料稠度，改善了口感；但繼續增加至0.25%時，飲料黏度、稠度增加，反而影響了口感。

2.1.3 蔗糖酯用量的確定

由圖3可知，蔗糖酯能提高飲料的乳化性，改善感官品質。隨蔗糖酯用量增加，感官評分明顯上升，當用量為0.10%時，感官評分較高，繼續增加，感官評分變化較小，因此確定蔗糖酯用量為0.10%。

2.2 響應面優化試驗設計及結果分析

以飲料感官評分為響應值，果膠、CMC-Na、蔗糖酯為自變量，3因素3水平響應面優化試驗方案及結果見表3。

表3 3因素3水平響應面優化試驗方案及結果表

2.2.1 模型建立及顯著性檢驗

通過回歸擬合分析，得到感官評分回歸方程，進行方差分析，p值顯著性檢驗，結果如表4。感官評分=86.61+1.26A+2.13B+1.65C+0.36AB+0.19AC-1.02BC-1.46A2-2.67B2-2.44C2。

由表4可知，感官評分回歸方程p值0.000 8，達到極顯著；失擬項為5.70，p=0.958 5＞0.05，不顯著，說明該回歸方程有顯著意義，擬合度良好。相關系數R2Adj=0.799 4，S/N（信噪比）=8.836＞4，說明所建方程與實際擬合度好，預測值與實測值高度相關。決定系數R2=0.894 4，表明感官評分變化89.44%源于所選變量。此外，果膠、CMC-Na、蔗糖酯對感官評分的影響顯著或極顯著，它們的平方為極顯著或顯著，說明3個因素對感官評分還存在交互作用；從單因素來看，CMC-Na＞果膠＞蔗糖酯；從交互來看，CMC-Na×蔗糖酯＞CMC-Na×果膠＞蔗糖酯×果膠。因此可利用此回歸方程預測最佳參數。

表4 感官評分的多元回歸方程方差分析表

2.2.2 兩兩因素的交互作用分析

響應面法實驗的兩兩因素的交互作用，對飲料感官評分的響應面圖和等高線結果見圖4。從圖4看出，隨果膠、CMC-Na用量增加，果膠、蔗糖酯用量增加，CMC-Na、蔗糖酯用量增加，感官評分均呈較明顯上升，但到一定量時上升緩慢。這是因為果膠的穩定性、CMC-Na的增稠性、蔗糖酯的乳化性改善了飲料組織狀態，提高了感官評分。實驗結果與前人[5,7]的研究有相同，也有不同，如CMC-Na用量。這是因為CMC-Na過量使用，會大大增加飲料的黏度和稠度，影響飲料的口感。

2.2.3 響應面法優化條件的預測和驗證

利用Design expert 8.0軟件進行擬合優化，以感官評分最大為目標，得到飲料最優工藝參數，X1=0.54、X2=0.39、X3=0.29，Y=87.746 2，以及擬合優化后的預測值分布圖見圖5。將各參數編碼值換算成水平實際值，即果膠0.12%、CMC-Na 0.17%、蔗糖酯0.11%。

從圖5看出，Desirability的預測值可信程度0.894，感官評分為87.746 2。根據擬合優化獲得的最佳條件，果膠0.12%，CMC-Na 0.17%，蔗糖酯0.11%，制作薏米胡蘿卜復合飲料進行驗證，見表5。從表5看出感官評分為87.83，與預測值基本符合，說明該方法與實際情況擬合良好，驗證了所建模型的正確性，說明該法能較好適用于該飲料的回歸分析和參數優化。此時的復合果汁色澤橙紅；薏米、胡蘿卜香氣濃郁；口感順滑、酸甜適中；均勻穩定、無沉淀。

表5 復合飲料感官評分的預測值與實測值表

2.3 最佳穩定劑對復合飲料穩定性的影響

根據擬合優化獲得的最佳穩定劑及對照空白制得的薏米胡蘿卜復合飲料，測定其穩定系數，見表6。穩定劑及用量不同，對復合飲料的穩定效果也不同。穩定系數越大，說明飲料穩定性越好，當穩定劑為最佳配比時，穩定系數最高，穩定性最好。

3 結論

本文研究了薏米胡蘿卜復合飲料的工藝配方，探討了果膠、CMC-Na、蔗糖酯對復合飲料的感官品質、穩定性的影響，建立了多元回歸方程，進行了擬合分析和優化，得到最佳穩定劑配比，即果膠0.12%、CMC-Na 0.17%、蔗糖酯0.11%，經過此最佳配比處理的復合飲料，感官品質最高，穩定性最好。