红枣山楂芦荟复合饮料的研制

迟明梅,刘秋华

(烟台南山学院健康学院,山东烟台 265713)

红枣、山楂和芦荟分别为国家卫生部推荐的药食两用食物和保健食物。红枣富含蛋白质、糖、多种维生素(VC、VB1、VB2、尼克酸、胡萝卜素等)及矿物质等有效成分[1-3],具有安神健脾、补肾、止咳、降血压等多种功能[4-5]。山楂富含蛋白质、碳水化合物、矿物质、氨基酸等多种人体必需营养成分,山楂中柠檬酸、苹果酸等多种有机酸具有消食化滞、增进食欲功能,山楂中三萜及黄酮类等药物成分可以显著扩张血管,具有消食、化积、健胃等药用价值和抗氧化、降血脂、抗癌、助消化、抗菌等保健作用[6-8]。芦荟富含芦荟素、芦荟甙、多种氨基酸、有机酸和活性酶等多种活性成分,芦荟特有的芦荟素、芦荟大黄素及多糖蛋白等,是各种细菌和滤过性病毒的天然克星,具有抗菌抗肿瘤,提高免疫力及减肥美容功效,极具市场挖掘潜力[9-11]。选用上述3种原料进行复合饮料研制的相关报道很多,但主要集中在红枣山楂、山楂芦荟、芦荟红枣两两搭配,辅以其他药食两用食物或保健食物进行复合饮料研制,而利用红枣、山楂和芦荟3种原料调配复合饮料的研究尚未见报道,本文以红枣、山楂和芦荟为主要原料,研制酸甜适度、风味独特的红枣山楂芦荟复合饮料。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

红枣(15%含水率)、山楂(70%含水率)、白砂糖 购于龙口市农贸市场;库拉索芦荟(90%含水率) 种植地广东湛江;果胶酶(酶活4×104U/g) 宁夏和氏璧生物技术有限公司;次氯酸钠 西安汉隆化工科技有限公司;抗坏血酸 河北润步生物科技有限公司;柠檬酸、结冷胶、羧甲基纤维素钠、黄原胶 河北民生食品配料有限公司;所用试剂均为食品级。

JJ-2组织捣碎机 常州国旺仪器制造有限公司;HH-4数显恒温水浴锅 江苏金坛友联仪器研究所;TG-16G台式高速离心机 广州深华生物技术有限公司;APV-2000高压均质机 上海顺仪实验设备有限公司;FB-224电子分析天平 上海恒平科学仪器有限公司。

1.2 工艺流程

红枣山楂芦荟复合饮料的工艺流程见图1。

图1 复合饮料工艺流程Fig.1 Process flow of compound beverage

1.3 工艺要点

1.3.1 红枣汁制备 红枣与水1∶6(质量比,下同)置于沸水浴2 h。除核打浆,添加0.01%(质量比,下同)的果胶酶,50 ℃浸提1 h。加热至85 ℃,灭酶3 min。4层纱布过滤后4000 r/min离心10 min[12],制得红枣汁。

1.3.2 山楂汁制备 山楂清洗去核,料水比1∶6置于90 ℃预煮30 min。冷却打浆,添加0.02%果胶酶,50 ℃浸提1 h。其余步骤同1.3.1,制得山楂汁。

1.3.3 芦荟汁制备 新鲜芦荟叶洗净后用250 mg/L NaClO浸泡20 min[13]。冲洗去皮后,90 ℃水浴锅中预煮20 min,添加0.03%抗坏血酸护色[14]。切成丁状,料水比1∶2 (g/mL)打浆后用4层纱布过滤,4000 r/min离心10 min,制得芦荟汁。

1.3.4 调配与灭菌 将上述红枣汁、山楂汁和芦荟汁按照一定比例混合,加入5%白砂糖和0.05%柠檬酸和一定比例稳定剂,20 MPa、60 ℃均质2次,然后135 ℃灭菌5 s,冷却制得红枣山楂芦荟复合饮料。

1.4 原料汁配方试验设计

1.4.1 单因素实验设计 固定反应条件为山楂汁10%、芦荟汁20%,考察红枣汁添加量(10%、15%、20%、25%、30%)对感官评价的影响;固定反应条件为红枣汁15%、芦荟汁20%,考察山楂汁添加量(3%、7%、11%、15%、19%)对感官评价的影响;固定反应条件为红枣汁15%、山楂汁10%,考察芦荟汁添加量(10%、20%、30%、40%、50%)对感官评价的影响。各单因素实验中,稳定剂添加量均为黄原胶0.01%、羧甲基纤维素钠0.05%和结冷胶0.01%。

1.4.2 正交试验设计 以感官评价为指标,设计红枣汁添加量(A)、山楂汁添加量(B)和芦荟汁添加量(C)3因素3水平正交试验,因素水平表见表1。

表1 正交试验因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments

1.4.3 感官评定标准 由30名具有感官评定经验的食品专业学生组成感官评定小组,每次评定前均用纯净水漱口,依据色泽、滋味、气味和组织状态4个感官指标[15-16]进行评定。每个样品重复三次,取平均值。满分100分,其中色泽20分,滋味30分,气味30分,组织状态20分。感官评定标准见表2。

表2 感官评价指标及评分标准Table 2 Sensory evaluation indicators and evaluation criteria

1.5 稳定剂配方试验设计

通过原料汁配方单因素实验和正交试验,得出原料汁最佳优化组合。在此基础上,分别进行稳定剂配方单因素实验设计和响应面试验优化设计。

1.5.1 单因素实验设计 固定反应条件为羧甲基纤维素钠0.05%、结冷胶0.01%,考察黄原胶添加量(0.01%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%)对离心沉淀率的影响;固定反应条件为黄原胶0.01%、结冷胶0.01%,考察羧甲基纤维素钠添加量(0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.30%)对离心沉淀率的影响;固定反应条件为黄原胶0.01%、羧甲基纤维素钠0.05%,考察结冷胶添加量(0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%)对离心沉淀率的影响[17-18]。

1.5.2 响应面试验优化设计 根据单因素实验结果,以离心沉淀率为响应值,设计黄原胶添加量(A)、羧甲基纤维素钠添加量(B)和结冷胶添加量(C)3因素3水平响应面Box-Behnken试验设计,因素及水平见表3。

表3 响应面试验因素水平表Table 3 Factors and levels of response surface design

1.5.3 离心沉淀率测定 采用离心沉淀率来衡量体系的稳定性,离心沉淀率值越大,表示体系稳定性越差[19]。取红枣山楂芦荟复合饮料样品m1g,置于10 mL离心管中,4000 r/min离心10 min,称量离心管上清液重量m2g。每个样品重复三次,取平均值。离心沉淀率计算公式[20]如下:

1.6 数据处理

2 结果与分析

2.1 原料汁配方的确定

2.1.1 单因素实验结果

2.1.1.1 红枣汁添加量对感官评价的影响 红枣汁添加量对感官评价的影响见图2。红枣汁添加量为20%时,感官评价最高为80.4±1.1分,此时产品呈橘黄色,具有浓郁大枣香味。红枣汁可有效调节风味和色泽,但随着枣汁添加量的增加,风味由浓逐渐变淡[6,13]。红枣汁添加量较高时,枣汁味过浓,掩盖山楂和芦荟特有香气,颜色亦加深变暗,呈棕黄色。红枣汁添加量较低时,山楂、芦荟味浓,口感酸涩,颜色较浅,呈米黄色。

图2 红枣汁添加量对感官评价的影响Fig.2 Effects of red jujube juice on sensory evaluation

2.1.1.2 山楂汁添加量对感官评价的影响 山楂汁添加量对感官评价的影响见图3。山楂添加量为11%时,感官评分最高为78.2±1.6分,产品酸甜适中,风味协调,口感最佳。山楂添加量过多会增加复合饮料的酸涩口味[18],对产品口感影响较大。山楂汁添加量较高时,酸涩味突出,掩盖大枣香气和芦荟清香,颜色加深,呈棕黄色。山楂汁添加量较低时,山楂味平淡,呈米黄色。

图3 山楂汁添加量对感官评价的影响Fig.3 Effects of ehawthorn juice on sensory evaluation

2.1.1.3 芦荟汁添加量对感官评价的影响 芦荟汁添加量对感官评价的影响见图4。芦荟汁添加量为30%时,感官评价最高为82.3±1.2分,复合饮料酸甜适中,具有红枣、山楂、芦荟特有的香气。芦荟汁对产品质量影响较大,添加量过少,起不到应有的保健作用,添加量过多,味浓偏苦,影响产品的色泽和风味,不易被消费者接受[10,14]。芦荟汁添加量较高时,芦荟苦涩味突出,呈淡黄色。芦荟汁添加量较低时,芦荟清香味较淡,红枣和山楂酸甜味突出,呈棕黄色。

图4 芦荟汁添加量对感官评价的影响Fig.4 Effects of aloe juice on sensory evaluation

2.1.2 正交试验的确定 红枣汁添加量(A)、山楂汁添加量(B)和芦荟汁添加量(C)3因素3水平正交试验结果见表4。

表4 正交试验结果Table 4 Orthogonal test results

由表4正交试验结果可知,复合饮料最佳配比为A2B2C3,即红枣汁20%、山楂汁11%和芦荟汁40%,恰为正交试验的第五组试验,此时感官评价分值为90.1分。通过极差分析,各因素对红枣山楂芦荟复合饮料风味影响的主次顺序为B>C>A,即山楂汁>芦荟汁>红枣汁。产品呈橘黄色,酸甜适度,具有红枣、山楂和芦荟的独特香气。

2.2 稳定剂配方的确定

2.2.1 单因素实验结果

2.2.1.1 黄原胶添加量对离心沉淀率的影响 黄原胶添加量对离心沉淀率的影响见图5。黄原胶可有效提高复合饮料的稳定性,当添加量为0.15%时,沉淀离心率为0.70%±0.008%,黄原胶具有极强的亲水性,在酸性条件下,可以吸附带正电荷的蛋白质分子,形成空间位阻以减少蛋白质沉淀,显示出很强的稳定作用[21-22]。黄原胶添加量大于0.15%时,复合饮料沉淀离心率下降程度趋于平缓,流动性及透明度均下降。因此选择0.05%、0.10%和0.15%三水平进行优化。

图5 黄原胶添加量对离心沉淀率的影响Fig.5 Effects of xanthan gum on stabilizer deposition rate

2.2.1.2 羧甲基纤维素钠添加量对离心沉淀率的影响 羧甲基纤维素钠添加量对离心沉淀率的影响见图6。在饮料中添加羧甲基纤维素钠能增加饮料的稳定性,因此常被选用为软饮料的稳定剂[13,23]。当添加量为0.15%时,沉淀离心率为0.89%±0.004%。羧甲基纤维素钠添加量较低时,复合饮料瓶底有少量沉淀;羧甲基纤维素钠添加量较高时,稳定性提高,但放置一段时间后仍有分层现象,主要是由于红枣、山楂和芦荟等生产过程中虽经过滤和离心,但仍含有许多微小纤维组织和颗粒所致。羧甲基纤维素钠对复合饮料沉淀离心率影响幅度较小,因此选择0.10%、0.15%和0.20%三水平进行优化。

图6 羧甲基纤维素钠添加量对离心沉淀率的影响Fig.6 Effects of carboxymethyl cellulose sodium on stabilizer deposition rate

2.2.1.3 结冷胶添加量对离心沉淀率的影响 结冷胶添加量对离心沉淀率的影响见图7。结冷胶可有效提高复合饮料的稳定性和悬浮能力,随着结冷胶添加量不断增加,复合饮料沉淀率逐渐降低,稳定性越来越好。当添加量为0.03%时,沉淀离心率为0.59%±0.006%,继续添加对复合饮料的稳定性影响不明显,但是透明度下降,因此选择0.02%、0.03%和0.04%三水平进行优化。

图7 结冷胶添加量对离心沉淀率的影响Fig.7 Effects of gellan gum on stabilizer deposition rate

2.2.2 响应面试验优化结果 响应面法是对复杂过程最优化的统计分析方法[24]。黄原胶添加量(A)、羧甲基纤维素钠添加量(B)和结冷胶添加量(C)3因素3水平响应面Box-Behnken试验结果见表5。

2.2.2.1 拟合回归模型方程及方差分析 运用Design-expert 8.0.6软件对表5试验数据进行多元回归拟合,建立离心沉淀率(y)与稳定剂变量的二次多元回归模型方程:

表5 响应面优化试验结果Table 5 Optimization test results of response surface

y=0.44-0.00625A+0.00375B-0.11C-0.045AB+0.038AC+0.043BC+0.11A2+0.076B2+0.12C2

对回归模型进行显著性分析,结果见表6。

表6 回归模型方差分析Table 6 Variance analysis of regression model

2.2.2.2 响应曲面及等高线分析 稳定剂A、B、C三因素交互作用,以及对离心沉淀率响应曲面及等高线分别见图8、图9和图10。由图8～图10可知,随着稳定剂添加量的增加,离心沉淀率随之下降,下降到一定程度有上升趋势。由响应面的陡峭程度可知,黄原胶和结冷胶、羧甲基纤维素钠和结冷胶之间响应曲面坡度较大,说明交互作用明显。等高线形状可反应交互相应的强弱[25],由图可知,等高线均呈现椭圆形,说明两因素的交互作用均明显,与响应面方差分析结果一致。

图8 黄原胶和羧甲基纤维素钠的响应曲面及等高线Fig.8 Response surface and contour lines of xanthan gum and carboxymethyl cellulose sodium

图9 黄原胶和结冷胶的响应曲面及等高线Fig.9 Response surface and contour lines of xanthan gum and gellan gum

图10 羧甲基纤维素钠和结冷胶对离心沉淀率的响应曲面及等高线Fig.10 Response surface and contour lines of carboxymethyl cellulose sodium and gellan gum

2.2.2.3 验证试验 在原料汁最佳配比基础上,结合响应曲面分析得出稳定剂最佳复配方案为:黄原胶0.086%、羧甲基纤维素钠0.13%和结冷胶0.037%。在此条件下,复合饮料感官评价分值为93.6分,离心沉淀率最低可达0.42%。为检测结果的真实性和可行性,进行验证试验,同一条件下重复试验3次,实际感官评价分值为93.1±0.9分,离心沉淀率为0.43%±0.015%。产品色泽纯正、呈橘黄色、组织细腻、无沉淀和分层现象,说明响应面法优化得到稳定剂复配方案准确可靠,具有参考价值。

3 结论

通过单因素、正交和响应面分析,确定复合饮料最佳优化条件,即原料汁配比:红枣汁20%、山楂汁11%和芦荟汁40%,稳定剂复配:黄原胶0.086%、羧甲基纤维素钠0.13%和结冷胶0.037%,制得的复合饮料产品感官评价分值为93.1±0.9分,离心沉淀率最低可达0.43%±0.015%。根据最优条件制得的复合饮料产品酸甜适度、风味独特,具有红枣、山楂和芦荟独特香气,研究结果具有一定的参考价值。