紅棗咖啡復合固體飲料加工工藝研究

張艷杰，王金慧，申佳晉，路美婧，李芳源，王 冉，劉 藝，潘治利

（1.河南農業大學食品科學技術學院，河南 鄭州 450002；2.好想你健康食品股份有限公司，河南 新鄭 451162）

0 引言

紅棗是我國產量較高的一種作物，其營養成分全面而豐富，其中以紅棗多糖對人體健康的作用最為顯著。紅棗多糖可以清除人體內的氧自由基，抗衰老，同時還具有抗過敏、抗炎、抗菌、免疫等的顯著功效[1-3]。紅棗多糖大多溶于水，可通過浸提的方式提取，為紅棗多糖在食品中的應用提供了基礎。咖啡是咖啡樹的果實取出了果肉的豆狀種子，主要成分是咖啡因、綠原酸等，具有提神、助消化等功效[4-5]。

固體飲料是指將各類原料進行濃縮、干燥和調配制得的即溶性良好的混合體系，用水沖調后，可以得到風味良好的飲料，具有營養豐富、易于包裝和攜帶、不易腐敗變質的優點[6]，因此在行業中得到了很快的發展。目前，國內外固體飲料的產量逐年大幅度遞增，其主流品種有固體飲料茶、咖啡、奶粉、豆奶粉、麥片等[7]。

目前，復合固體飲料多是從加工配方方面對飲料的產品進行優化，但是普遍存在復水性低、不易攜帶的缺點。針對這種現象，以我國較為普遍存在的紅棗和咖啡為主要的試驗材料，通過對紅棗進行超聲浸提，使得其中的營養物質大量溶于水溶液中。再對復配好的紅棗咖啡混合溶液進行液氮浸漬，可以使預處理液中的水分迅速凍結成小冰晶，減少了冰晶對紅棗咖啡中營養物質的機械損傷，減緩了紅棗咖啡中紅棗和咖啡有效成分、營養物質及風味的損失，提高制備紅棗咖啡復合固體飲料的品質。隨后，將預凍好的紅棗咖啡預凍液置于冷凍干燥機中進行冷凍干燥，使干燥過程始終在低溫下進行，紅棗咖啡中的營養物質在極大程度上的得以保存，同時冷凍干燥是將冰晶在其原位上直接升華，形成蜂窩狀的結構，使干燥后的紅棗咖啡復合飲料具有較高的復水性。試驗為超聲浸提、液氮浸漬及冷凍干燥等技術在保留營養物質和提高復水性等方面提供了一定的基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紅棗、咖啡，市售。

BTP.8XL.0 型冷凍干燥機，美國SP 科學公司產品；DigiEye E0 型冷凍干燥機，上海韻鼎公司產品；JV2000 型紫外可見分光光度計，尤尼柯（上海） 儀器有限公司產品；Centrifuges 5430R 型高速冷凍離心機，德國艾本德股份公司產品；SB-3200DTD 型超聲波清洗器，寧波新芝生物科技股份有限公司產品。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程與樣品處理

（1） 工藝流程。紅棗→清洗→焙烤→切小塊→烘干→粉碎→料液比→超聲破壁→恒溫浸提→過濾→加入咖啡粉→預凍→冷凍干燥→密封。

（2） 操作要點。將紅棗進行清洗后，在100 ℃下低溫焙烤1 h，切成小塊后，在65 ℃的冰箱中進行烘干，將其粉碎。紅棗粉和蒸餾水按照一定的比例混合，超聲一定時間后，進行恒溫浸提處理，用4 層紗布過濾，保留紅棗汁，按一定的比例添加咖啡粉，之后進行冷凍干燥，密封。

1.2.2 感官評分

挑選10 名經過專業培訓來自食品專業的學生作為感官評定人員（5 男5 女），組成感官評定小組，對隨機編號的樣品進行品嘗，從色澤、味道、香氣3 個方面進行感官評定，評定分數采用100分值[8]。

紅棗咖啡固體飲料感官評定標準見表1。

表1 紅棗咖啡固體飲料感官評定標準

1.2.3 色澤測定

將樣品裝入透明培養皿中，使用黑色背景板進行校準的DigiEye E0 型電子眼進行拍照，結果采用L*，a*，b*值進行表示[9]。

1.2.4 澄清度測定

以蒸餾水作為對照，測定樣液于波長680 nm 處的透光率（%），表示溶液的澄清度[10]。

1.2.5分散性測定

準確稱量紅棗咖啡固體5 g，溶解于50 mL 的蒸餾水中，以轉速140 r/min 在磁力攪拌器中攪拌，測定紅棗咖啡粉全部分散所需時間，即為樣品分散時間[11]。

1.2.6 復水性的測定

準確稱量2 g 紅棗咖啡粉和20 mL 蒸餾水混合均勻后放置于50 mL 離心管中，在25 ℃的恒溫水浴鍋中放置1 h，以轉速3 000 r/min 離心20 min，最后對沉淀物進行準確稱量[12]，按公式（1） 計算復水性。

式中：W1——復水前紅棗咖啡的質量，g；

W2——復水后紅棗咖啡的質量，g。

1.2.7 單因素試驗

（1） 超聲時間的單因素設置。以超聲功率600 W，料液比1∶5，浸提溫度80 ℃，浸提時間4 h，咖啡粉添加量6%，麥芽糊精添加量2%為基礎，-30 ℃下預凍，設置超聲時間0，10，20，30，40，50 min這6 個水平。

（2） 超聲功率的單因素設置。以超聲時間30 min，料液比1∶5，浸提溫度80 ℃，浸提時間4 h，咖啡粉添加量6%，麥芽糊精添加量2%為基礎，于-30 ℃下預凍，設置超聲功率400，600，800，1 000W 這4 個水平。

（3） 料液比的單因素設置。以超聲時間30 min，超聲功率600 W，浸提溫度80 ℃，浸提時間4 h，咖啡粉添加量6%，麥芽糊精添加量2%為基礎，于-30 ℃下預凍，設置料液比1∶3，1∶4，1∶5，1∶6，1∶7 這 5 個水平。

（4） 浸提溫度的單因素設置。以超聲時間30 min，超聲功率600 W，料液比1∶5，浸提時間4 h，咖啡粉添加量6%，麥芽糊精添加量2%為基礎，于-30 ℃下預凍，設置浸提溫度20，40，60，80，100 ℃這5 個水平。

（5） 浸提時間的單因素設置。以超聲時間30 min，超聲功率600 W，料液比1∶5，浸提溫度80 ℃，咖啡粉添加量6%，麥芽糊精添加量2%為基礎，于-30 ℃下預凍，設置浸提時間0，1，2，3，4，5 h這6 個水平。

（6） 咖啡粉添加量的單因素設置。以超聲時間30 min，超聲功率600 W，料液比1∶5，浸提溫度80 ℃，浸提時間4 h，麥芽糊精添加量2%為基礎，-30 ℃預凍，設置咖啡粉添加量0，2%，4%，6%，8%，10%這6 個水平。

（7） 預凍溫度的單因素設置。以超聲時間30 min，超聲功率600 W，料液比1∶5，浸提溫度80 ℃，浸提時間4 h，咖啡粉添加量6%，麥芽糊精添加量2%為基礎，設置預凍溫度-18，-30 ℃，液氮浸漬這3 個水平。

1.2.8 綜合評分分配

為了綜合紅棗咖啡的品質因素，將其性質進行分數劃分，最后將各組成進行綜合，以便以單一指標來綜合評定[13]。

紅棗咖啡固體飲料綜合評分分配見表2。

表2 紅棗咖啡固體飲料綜合評分分配

1.2.9 正交試驗設計

正交試驗設計見表3。

表3 正交試驗設計

1.2.10 數據分析

試驗均重復3 次及以上，用Excel，Word和SPSS24對數據進行整理后采用Duncan 檢驗進行多重比較分析，數據以平均值±標準差（mean±SD） 表示。

2 結果與分析

2.1 超聲時間對紅棗咖啡固體飲料品質的影響

在其他條件一致的情況下，進行超聲時間對紅棗咖啡固體飲料感官評分、分散時間、復水性、澄清度及亮度的影響試驗。

超聲時間對紅棗咖啡固體飲料品質的影響見表4。

由表4 可知，隨著超聲時間的延長，紅棗咖啡固體飲料的感官呈現著先增加后減少的趨勢，在超聲時間30 min 時達到了最大值；分散時間逐漸減少直至持平，開始持平時間在30 min；復水性逐漸增大，0～30 min 增大的幅度較大，隨后在30～50 min 僅增大了1.22%；澄清度呈現先增大后減少的趨勢，在超聲時間30 min 時，達到了最大值25.83%±0.40%；亮度同樣呈現著先增大后減少的趨勢，在超聲時間30 min 時，達到最大值38.98±3.15。超聲時間過程對紅棗咖啡的品質也有一些不利影響，會使一定雜質在破壁后溶出，感官評分、澄清度和亮度在超聲時間30 min 后降低。將感官評分、分散時間、復水性、澄清度和亮度這5 個指標進行分值計算后，綜合評分隨著超聲時間的延長，呈現先增大后減少的趨勢，在30 min 時，達到最大值90分。因此，選擇超聲時間30 min 進行后續試驗。

表4 超聲時間對紅棗咖啡固體飲料品質的影響

2.2 超聲功率對紅棗咖啡品質的影響

在其他條件不變的情況下，進行超聲功率對紅棗咖啡固體飲料感官評分、分散時間、復水性、澄清度和亮度的影響試驗。

超聲功率對紅棗咖啡固體飲料品質的影響見表5。

由表5 可知，隨著超聲功率的加強，紅棗咖啡固體飲料感官評分逐漸增高，在400～600 W 增加了7.7%，600～1 000 W 增加了4.0%；分散時間逐漸減少，在400～600 W 減少了22.67 s，60%～99%減少了2.0%，復水性、澄清度和亮度呈現先增加后減少的趨勢，復水性在超聲功率為600 W 之后不存在顯著性差異（p＞0.05），在600 W 時達到最大值92.30%±0.33%，澄清度在超聲功率為600 W 時達到了最大值25.83%±0.40%。超聲功率的不斷增強，對感官評分、分散時間、復水性有一定的改善作用，但是功率過強會使得破壁點增加，導致雜質的大量溶出，影響產品的澄清度和亮度。將感官評分、分散時間、復水性、澄清度和亮度這5 個指標進行分值計算后，綜合評分隨著超聲功率的不斷加強，呈現著先增加后減少的趨勢，在超聲功率為600 W 時達到了最大值90分。因此，選擇超聲功率600 W 進行后續試驗。

表5 超聲功率對紅棗咖啡固體飲料品質的影響

2.3 料液比對紅棗咖啡品質的影響

在其他條件不變的情況下，進行料液比對紅棗咖啡固體飲料感官評分、分散時間、復水性、澄清度和亮度的影響試驗。

料液比對紅棗咖啡固體飲料品質的影響見表6。

表6 料液比對紅棗咖啡固體飲料品質的影響

由表6 可知，隨著加水量的不斷增加，紅棗咖啡固體飲料感官評分、復水性、澄清度和亮度均呈現著先增加后減少的趨勢，其中感官評分、復水性、呈現度均是在料液比為1∶5 時達到最大值，分別為88.00±2.36分，92.30%±0.33%，25.83%±0.40%，38.98±3.15，且與其他料液比下的數據之間存在著顯著性差性（p＜0.05）；分散時間隨著加水量的不斷增加，呈現下降趨勢，在料液比從1∶3 增大到1∶5，其下降了103.33 s，從1∶5 增加到1∶7，下降趨勢明顯變緩，僅下降了5.00 s。將感官評分、分散時間、復水性、澄清度和亮度這5 個指標進行分值計算后，綜合評分在料液比為1∶5 時，達到了最大值90分。因此，選擇料液比1∶5 進行后續試驗。

2.4 浸提溫度對紅棗咖啡品質的影響

在其他條件不變的情況下，進行浸提溫度對紅棗咖啡固體飲料感官評分、分散時間、復水性、澄清度和亮度的影響試驗。

浸提溫度對紅棗咖啡固體飲料品質的影響見表7。

表7 浸提溫度對紅棗咖啡固體飲料品質的影響

由表7 可知，隨著浸提溫度的升高，紅棗咖啡固體飲料感官評分、復水性、澄清度和亮度均呈現先增加后減少的趨勢，感官評分、復水性、澄清度和亮度均是在浸提溫度為80 ℃時達到最大值，分別為88.00±2.36分，92.30%±0.33%，25.83%±0.40%和38.98±3.15，且和其他組數據存在顯著性差異（p＜0.05）；分散時間逐漸減少，在浸提溫度從20 ℃升高至80 ℃，分散時間減少了118.67 s，浸提溫度從80 ℃升高至100 ℃，分散時間僅減少了6 s。浸提溫度過低，無法將營養物質溶出，會降低產品的品質；浸提溫度過高，將會使得紅棗中的營養物質破壞，同時溫度100 ℃時，紅棗浸提會發生一定程度的糊化，降低產品的澄清度和亮度等。將感官評分、分散時間、復水性、澄清度和亮度這5 個指標進行分值計算后，綜合評分呈現先增加后減少的趨勢，在浸提溫度為80 ℃時達到最大值90分。因此，選擇浸提溫度80 ℃進行后續試驗。

2.5 浸提時間對紅棗咖啡品質的影響

在其他條件不變的情況下，進行浸提時間對紅棗咖啡固體飲料感官評分、分散時間、復水性、澄清度和亮度的影響試驗。

浸提時間對紅棗咖啡固體飲料品質的影響見表8。

表8 浸提時間對紅棗咖啡固體飲料品質的影響

由表8 可知，隨著浸提時間的延長，紅棗咖啡固體飲料感官評分、復水性和澄清度均呈現先增加后減少的趨勢，感官評分在浸提時間4 h 時達到了最大值88.00±2.36分，復水性在浸提時間3 h 時達到最大值93.52%±0.09%，澄清度在浸提時間4 h 時，達到最大值25.83%±0.40%；分散時間隨著浸提時間的延長而不斷減短，浸提時間從1 h 增加到4 h，分散時間縮短了104.00 s，而從4 h 增加到5 h，分散時間僅縮短了14.67 s。將感官評分、分散時間、復水性、澄清度和亮度這5 個指標進行分值計算后，綜合評分呈現先增加后減少的趨勢，在浸提時間4 h時，達到了最大值90分。過長的浸提時間不僅會增加能量消耗和成本，還會對原料中的營養活性成分破壞和其他雜質的溶出。因此，選擇浸提時間4 h 進行后續試驗。

2.6 咖啡粉添加量對紅棗咖啡品質的影響

在其他條件不變的情況下，進行咖啡粉添加量對紅棗咖啡固體飲料感官評分、分散時間、復水性、澄清度和亮度的影響試驗。

咖啡粉添加量對紅棗咖啡固體飲料品質的影響見表9。

由表9 可知，隨著咖啡粉添加量的不斷增加，紅棗咖啡固體飲料感官評分呈現先增加后減少的趨勢，在咖啡粉添加量為6%時，達到最大值88.00±2.36分；分散時間逐漸增加；復水性、澄清度和亮度均逐漸減少。咖啡粉添加量低，紅棗的氣味占上風，只有咖啡粉添加量適中時，紅棗咖啡之間的香氣才會和諧，但是當咖啡粉添加量過多時，不僅會使得咖啡的風味過重，同時還會降低產品的復水性、澄清度和亮度。將感官評分、分散時間、復水性、澄清度和亮度這5 個指標進行分值計算后，綜合評分呈現先增加后減少的趨勢，在咖啡粉添加量為6%時，達到最大值90分。因此，選擇咖啡粉添加量6%進行后續試驗。

表9 咖啡粉添加量對紅棗咖啡固體飲料品質的影響

2.7 預凍溫度對紅棗咖啡品質的影響

在其他條件不變的情況下，進行預凍溫度對紅棗咖啡固體飲料感官評分、分散時間、復水性、澄清度和亮度的影響試驗。

預凍溫度對紅棗咖啡固體飲料品質的影響見表10。

由表10 可知，隨著預凍溫度的降低，紅棗咖啡固體飲料感官評分復水性、澄清度和亮度均逐漸升高，分散時間逐漸降低。預凍時間對紅棗咖啡感官評分、分散時間、復水性、澄清度和亮度之間均存在著顯著性差異（p＜0.05），均以液氮浸漬時，表現出的品質最佳。這主要是因為預凍溫度越低，調配好的紅棗咖啡溶液形成的冰晶越小，對營養物質等的機械損傷越小，使得產品在感官評分、分散時間、復水性、澄清度和亮度等方面都有較好的品質，紅棗咖啡的綜合評分也是最高，為95分。

表10 預凍溫度對紅棗咖啡固體飲料品質的影響

2.8 正交試驗設計

針對影響紅棗咖啡的超聲時間、超聲功率、料液比、浸提溫度、浸提時間、咖啡粉添加量、預凍溫度這7 個因素，設計L18（73）試驗，其不同單因素對紅棗咖啡固體飲料綜合評分的正交試驗結果。紅棗咖啡固體飲料正交試驗設計及結果見表11。由表11 可知，在超聲時間、超聲功率、料液比、浸提溫度、浸提時間、咖啡粉添加量、預凍溫度這7 個因素對紅棗咖啡固體飲料品質影響的先后順序為預凍溫度（G） ＞浸提時間（E） =咖啡粉添加量（F） ＞ 超聲時間 （A） ＞ 料液比 （C） = 浸提溫度（D） ＞超聲功率（B）。其中，對紅棗咖啡固體飲料品質影響最大的是預凍溫度，最小的是超聲功率。紅棗咖啡固體飲料中各影響因素的最佳組合為A2B2C2D2E2F2G3，即超聲時間30 min，超聲功率600 W，料液比1∶5，浸提溫度80 ℃，浸提時間4 h，咖啡粉添加量6%和液氮浸漬。這與單因素試驗具有較好的匹配性。

表11 紅棗咖啡固體飲料正交試驗設計及結果

3 結論

通過單因素試驗和正交試驗，對紅棗咖啡固體飲料的工藝進行優化，得到了最佳工藝條件為超聲時間30 min，超聲功率600 W，料液比1∶5，浸提溫度80 ℃，浸提時間4 h，咖啡粉添加量6%和液氮浸漬，在經過真空冷凍干燥得到了紅棗咖啡固體飲料的品質最好。此條件下制得的紅棗咖啡復合固體飲料具有較好的品質，其感官評分為92.10±1.37分，分散時間為159.67±5.51 s，復水性為96.39%±0.06%，澄清度為34.03%±0.61%，亮度為39.85±0.10，綜合評分為95分。