果汁型刺梨碳酸飲料工藝優化及其穩定性

許粟，劉宇澤，史大娟，王欣穎，費強*

（1.貴陽學院 食品科學與工程學院，貴州 貴陽 550005；2.貴州初好農業科技開發有限公司，貴州 六盤水 553000）

刺梨（RosaroxburghiiTratt.）是喀斯特地區獨具特色的食品，其營養豐富[1-2]，富含多種維生素[2]、多酚[3-6]、黃酮[7-8]、多糖[9-10]、三萜類物質[11]、有機酸[12]、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）[13]等，具有抑菌[14]、保護心肌細胞[15]、抗癌[16-17]、抗動脈粥樣硬化[18]、延緩衰老[19]、增強機體免疫[20]、抗氧化[21]等功能，具有較高的藥食兩用開發價值。貴州省刺梨資源豐富，刺梨的市場開發基礎和前景較好[22]。

已有學者針對刺梨飲料的研發進行了相關研究，韋會平等[23]研究表明，刺梨氣泡水的最優配方為果葡糖漿添加量8%、刺梨濃縮汁添加量7%、二氧化碳充氣量0.4%、牛磺酸添加量0.05%、瓜拉納提取物添加量0.05%、檸檬酸添加量0.006%、植酸鈉添加量0.005%、三氯蔗糖添加量0.0009%，制得產品的維生素C 含量為290 mg/100 mL。劉娟娟等[24]等研究表明，刺梨櫻桃復合果汁飲料的最優配方為針葉櫻桃粉含量2%、青檸濃縮汁含量2%、濃縮刺梨汁含量60%、櫻桃濃縮汁含量15%、結晶果糖含量6%。劉云等[25]研究表明，無籽刺梨果汁飲料的最佳配方為無籽刺梨果汁添加量14%、白砂糖添加量6%、檸檬酸添加量0.26%、蘋果酸添加量0.02%、安賽蜜添加量0.01%、阿斯巴甜添加量0.01%，各類穩定劑羧甲基纖維素鈉、黃原膠和結冷膠的添加量分別為0.08%、0.01%和0.007%。

食品添加劑的大量使用可能導致消費者對產品購買欲的降低，同時，過多的使用添加劑會導致產品失去刺梨原有的特殊口感和滋味。另外，部分產品的刺梨汁添加量過高，極大地增加了產品的成本，降低了刺梨產品在飲料市場中的競爭力。在刺梨碳酸飲料的實際生產和貯藏過程中，褐變是影響產品品質和貯藏期的主要因素。

本文選用刺梨汁作為主要原料，研究刺梨汁、木糖醇和酸味劑對果汁型刺梨碳酸飲料綜合感官品質的影響，研制刺梨汁含量低于10%，且使用的添加劑種類較少、含量較低的具有刺梨特殊口感的新型果汁型刺梨碳酸飲料（果汁含量≥2.5%）。同時，針對產品在貯藏過程中褐變和易產生沉淀物、絮狀物的問題，探究影響其貯藏穩定性的主要因素，以期為生產企業提供可行性的建議。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

刺梨汁：貴州初好農業科技開發有限公司；木糖醇（食品級）：浙江華康貿易有限公司；檸檬酸（食品級）、檸檬酸鈉（食品級）、苯甲酸鈉（食品級）：河南萬邦化工科技有限公司；純凈水：貴州北極熊實業有限公司。

30 mL 試飲杯：福建喇叭花環保科技有限公司；BSM-220.4 電子分析天平：上海卓精電子科技有限公司；M9 二氧化碳充氣機：東莞萊諾電器有限公司；Can-Need-CAN-7001 飲料二氧化碳測定儀：廣東嘉儀儀器集團有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 加工工藝流程

1.2.2 操作要點

根據試驗配方準確稱量刺梨汁、木糖醇、酸味劑（檸檬酸∶檸檬酸鈉=1∶1，質量比）和適量的苯甲酸鈉，依次加入容器中備用，稱量過程避免造成污染。用干凈的玻璃棒先將酸味劑充分溶解，避免造成局部酸度過高，再加入其他原料進行攪拌使其充分溶解。將混合好的溶液倒入二氧化碳充氣瓶中，按照使用說明進行2～3 次充氣。將制備好的產品從二氧化碳充氣瓶中倒出，在7 ℃和1.5 MPa 下進行低溫灌裝后制得成品。

1.2.3 單因素試驗

研究刺梨汁、木糖醇和酸味劑（檸檬酸∶檸檬酸鈉=1∶1）添加量對果汁型刺梨碳酸飲料感官評分的影響，確定果汁型刺梨碳酸飲料最優配方。固定木糖醇添加量為7.5%、酸味劑添加量為0.11%，考察刺梨汁添加量（5%、6%、7%、8%、9%、10%）對果汁型刺梨碳酸飲料感官特性的影響。固定刺梨汁添加量為8%、酸味劑添加量為0.11%，考察木糖醇添加量（5%、6%、7%、8%、9%、10%）對果汁型刺梨碳酸飲料感官特性的影響。固定刺梨汁添加量為8%、木糖醇添加量為8%，考察酸味劑添加量（0.06%、0.08%、0.10%、0.12%、0.14%、0.16%）對果汁型刺梨碳酸飲料感官特性的影響。

1.2.4 響應面試驗

以感官評分為響應值，設計三因素三水平的響應面試驗優化果汁型刺梨碳酸飲料的配方工藝條件，試驗因子編碼及水平見表1。

表1 響應面三因素三水平試驗設計Table 1 Three-factor and three-level response surface experimental design

1.2.5 果汁型刺梨碳酸飲料的品質評價

1.2.5.1 果汁型刺梨碳酸飲料的感官評價

采用輕松智能感官分析系統（CSAS 軟件）中的定量描述分析（一頁多詞）方法，嚴格遴選出符合本試驗條件、年齡在10～30 歲的感官評價員男女各50 名，對果汁型刺梨碳酸飲料進行感官評價，利用CSAS 軟件對感官評價結果進行統計分析。參照GB/T 10792—2008《碳酸飲料（汽水）》中關于碳酸飲料感官評價的要求，結合產品在口感和滋味上的特點，設計果汁型刺梨碳酸飲料的感官評價細則，如表2 所示。

表2 果汁型刺梨碳酸飲料的感官評分細則Table 2 Sensory evaluation criteria of juice-type Rosa roxburghii Tratt.carbonated beverage

1.2.5.2 二氧化碳氣容量的測定

參照GB/T 10792—2008《碳酸飲料（汽水）》中方法，利用CanNeed-CAN-7001 飲料二氧化碳測定儀（壓力測定儀），得出二氧化碳氣容量，要求果汁型刺梨碳酸飲料二氧化碳氣容量（20 ℃）≥GB/T 10792—2008 表值的1.5 倍。

1.2.5.3 微生物指標檢測

參照GB/T 10792—2008 進行產品微生物指標（細菌菌落總數、大腸菌群）的檢測。

1.2.6 果汁型刺梨碳酸飲料貯藏穩定性試驗

將刺梨原汁進行離心過濾和真空抽濾后，按照優化后的產品配方進行調配，經過7 d 后考察不同過濾方式對果汁型刺梨碳酸飲料沉淀和絮狀物的影響。

將調配后的果汁型刺梨碳酸飲料至于自然光、避光及冷藏避光條件下進行貯藏，分別在30、90 d 及180 d 觀察其色澤變化情況，考察貯藏條件對果汁型刺梨碳酸飲料色澤變化的影響。

1.3 數據統計分析

本試驗采用Design Expert 11.1.0.1 中的Box-Behnken 模型進行響應面優化試驗，采用Origin 2018軟件進行作圖，采用CSAS 感官軟件分析系統和SPSS 20.0 軟件對數據進行處理和分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 刺梨汁添加量對果汁型刺梨碳酸飲料感官評分的影響

圖1 為刺梨汁添加量對果汁型刺梨碳酸飲料感官評分的影響。

圖1 刺梨汁的添加量對果汁型刺梨碳酸飲料感官評分的影響Fig.1 Effects of the addition of Rosa roxburghii Tratt.juice on the sensory score of juice-type Rosa roxburghii Tratt.carbonated beverage

從圖1 可以看出，隨著刺梨汁添加量增加，果汁型刺梨碳酸飲料感官評分先增大后減小，且具有較為明顯的變化。當刺梨汁添加量為8% 時，果汁型刺梨碳酸飲料的感官評分最高，為79.7。當刺梨汁添加量過高時，不僅會增加產品的成本，還會導致產品的酸度增加，影響口感。當刺梨汁添加量過低時，會導致產品缺乏特殊的刺梨滋味，影響產品的特異性。因此選擇刺梨汁添加量7%、8%、9%進行后續試驗。

2.1.2 木糖醇添加量對果汁型刺梨碳酸飲料感官評分的影響

圖2 為木糖醇添加量對果汁型刺梨碳酸飲料感官評分的影響。

圖2 木糖醇添加量對果汁型刺梨碳酸飲料感官評分的影響Fig.2 Effects of the addition of xylitol on the sensory score of juicetype Rosa roxburghii Tratt.carbonated beverage

從圖2 可以看出，隨著木糖醇添加量增加，果汁型刺梨碳酸飲料感官評分先升高后下降，且具有較為明顯的變化，當木糖醇添加量為8%時，果汁型刺梨碳酸飲料的感官評分最高，為79.0。當木糖醇添加量過高時，會導致產品的甜度增加，口感甜膩。當木糖醇添加量過低時，會導致產品酸度過高，口感下降。因此選擇木糖醇添加量7%、8%、9%進行后續試驗。

2.1.3 酸味劑添加量對果汁型刺梨碳酸飲料感官評分的影響

圖3 為酸味劑添加量對果汁型刺梨碳酸飲料感官評分的影響。

圖3 酸味劑添加量對果汁型刺梨碳酸飲料感官評價的影響Fig.3 Effects of the addition of sour agent on the sensory score of juice-type Rosa roxburghii Tratt.carbonated beverage

從圖3 可以看出，隨著酸味劑添加量增加，果汁型刺梨碳酸飲料感官評分先升高后下降，且具有非常明顯的變化，當酸味劑添加量為0.14%時，果汁型刺梨碳酸飲料的感官評分最高，為82.5。當酸味劑添加量過高時，會導致產品的酸度快速增加，使其口感過酸。當酸味劑添加量過低時，會導致產品酸澀味較尖銳，不柔和。因此選擇酸味劑添加量0.12%、0.14%、0.16%進行后續試驗。

2.2 響應面優化試驗結果

通過三因素三水平響應面試驗設計，共開展17 組試驗，各組試驗結果如表3 所示。

表3 響應面分析試驗設計及結果Table 3 Experimental design and results of response surface analysis

表4 為回歸模型方差分析結果。

表4 回歸模型方差分析Table 4 Analysis of variance of regression model

通過響應面試驗結果方差分析，可得模型的回歸方程為Y=89.20+1.54A-0.6B+0.912 5C-4.93AB+3.40AC-1.53BC-7.85A2-10.93B2-7.90C2。

根據表4 方差分析結果可知：該模型極顯著（P＜0.000 1），且該模型的失擬項不顯著（0.372 7＞0.05），說明該模型的擬合程度較好，且試驗誤差較小，回歸方程可以較好反映出各因素與感官評分之間的關系。各因素的影響主次關系為刺梨汁添加量＞酸味劑添加量＞木糖醇添加量。

2.3 響應曲面分析

根據模型的回歸方程，通過Design Expert 軟件生成響應曲面圖，如圖4 所示。

圖4 刺梨汁添加量、木糖醇添加量及酸味劑添加量交互的響應面Fig.4 The response surface of the interactions among the addition of Rosa roxburghii Tratt.juice，xylitol and sour agent

由圖4 可知，在刺梨汁添加量7.5%～8.5%、木糖醇添加量7.5%～8.5%時，果汁型刺梨碳酸飲料的感官評分較高；在刺梨汁添加量7.5%～8.5%、酸味劑添加量0.13%～0.15% 時，果汁型刺梨碳酸飲料的感官評分較高；在木糖醇添加量7.5%～8.5%、酸味劑添加量0.13%～0.15%時，果汁型刺梨碳酸飲料的感官評分較高。

隨著刺梨汁添加量的變化，響應面圖的陡峭程度和等高線的變化均較為顯著，說明刺梨汁添加量很大程度上影響了果汁型刺梨碳酸飲料的整體感官評分，結果與表4 中的方差分析結果一致。

2.4 驗證試驗

由響應面試驗設計可以得到果汁型刺梨碳酸飲料配方的優化結果為刺梨汁的添加量8.139%、木糖醇添加量7.935%、酸味劑添加量0.142%。在此條件下，感官評分預測的最大值為89.37。在優化條件下對果汁型刺梨碳酸飲料進行3 次感官評價。結果表明果汁型刺梨碳酸飲料的感官評分為90.85±3.43，與模型預測值的差值為1.66%，因此驗證了果汁型刺梨碳酸飲料響應面模型的合理性和可靠性。根據實際工廠生產需要，將果汁型刺梨碳酸飲料配方的優化結果調整為刺梨汁的添加量8%、木糖醇添加量8%、酸味劑添加量0.14%。

2.5 產品品質指標評價

2.5.1 二氧化碳氣容量的測定結果

二氧化碳氣容量測定結果見表5。

表5 二氧化碳氣容量測定結果Table 5 Results of carbon dioxide gas capacity

由表5 可知，對樣品進行二氧化碳氣容量測定，并重復3 次，溫度在20 ℃、氣壓為0.08 MPa，樣品二氧化碳氣容量為1.57，符合GB/T 10792—2008 的生產標準。

2.5.2 產品感官及微生物指標

最優配方所制得的果汁型刺梨碳酸飲料呈均勻透亮的淡黃色，口感酸甜度適宜，具有特殊的刺梨香氣和滋味，組織形態分布均勻，無沉淀和絮狀物。產品細菌菌落總數≤104CFU/g，大腸菌群≤10 CFU/g，致病菌未檢出。產品的感官特性和微生物指標（細菌菌落總數、大腸桿菌、致病菌）均符合GB/T 10792—2008 標準要求。

2.6 果汁型刺梨碳酸飲料貯藏穩定性研究

2.6.1 不同過濾方式對果汁型刺梨碳酸飲料沉淀和絮狀物的影響

由于貴州大部分刺梨深加工企業在果汁型刺梨碳酸飲料的生產過程中，采用壓榨的刺梨原汁作為主要原料，因此，導致部分微小的刺梨果渣被混入到刺梨碳酸飲料中，進而導致產品出現渾濁的現象。為解決以上問題，本試驗采取兩種不同的過濾方式：離心過濾和真空抽濾，對刺梨原汁進行過濾后再進行調配，以降低其果渣含量，提高產品的外觀品質，結果見圖5。

圖5 不同過濾方式對果汁型刺梨碳酸飲料沉淀和絮狀物的影響Fig.5 Effecs of different filtration methods on the generation of precipitates and floccules in juice-type Rosa roxburghii Tratt.carbonated beverage

如圖5 所示，相比于離心過濾方式，真空抽濾方式由于抽濾壓力過大，導致部分極微小的刺梨果渣被一并抽濾到刺梨碳酸飲料中，從而影響刺梨碳酸飲料的澄清度。因此，為了提高產品的外觀品質，建議在調配前，采用離心過濾的方式對刺梨原汁進行過濾。

2.6.2 不同光照和溫度條件對果汁型刺梨碳酸飲料色澤變化的影響

圖6 為不同貯藏時間（30、90、180 d）和光照條件（避光、自然光、冷藏避光）下，果汁型刺梨碳酸飲料色澤變化情況。

圖6 不同光照和溫度條件下果汁型刺梨碳酸飲料色澤變化情況Fig.6 Color changes of juice-type Rosa roxburghii Tratt.carbonated beverage under the different light and temperature conditions

由圖6 可知，隨著貯藏時間延長，果汁型刺梨碳酸飲料的顏色逐漸加深，當貯藏時間超過90 d 時，由于顏色的較大變化，導致產品失去商品價值。其次，在相同貯藏期內，低溫避光貯藏有利于減輕果汁型刺梨碳酸飲料顏色的變化，因此，低溫避光貯藏可以有效延長貨架期。

綜上，結合貴州省刺梨產業所面臨的實際問題——刺梨原汁儲藏量過大，難以快速消耗，在充分考慮果汁型刺梨碳酸飲料成本的前提下，添加8% 刺梨原汁，以保證產品具有特殊的刺梨口感和滋味，同時改善果汁型刺梨碳酸飲料褐變的問題。刺梨碳酸飲料生產企業盡可能在包裝產品的PET 瓶外輔以遮光性較高的外包裝材料進行避光處理，同時，盡量在流通和貨架環節上進行低溫貯藏，以延緩產品的褐變，延長產品的貨架期。

3 結論

結果表明，果汁型刺梨碳酸飲料的最佳配方為刺梨汁添加量8%、木糖醇添加量8%、酸味劑添加量0.14%。在此優化條件下，制得的果汁型刺梨碳酸飲料呈均勻透亮的淡黃色，口感酸甜度適宜，具有特殊的刺梨香氣和滋味，組織形態分布均勻，無沉淀和絮狀物。對刺梨原汁進行離心過濾有利于降低果汁型刺梨碳酸飲料中沉淀物和絮狀物的形成，低溫避光冷藏有利于延緩果汁型刺梨碳酸飲料的褐變進程。