黑莓胶原蛋白小分子肽的制备工艺优化

赵慧芳，薛源，黄烨，刘洪霞，吴文龙*

1. 江苏省中国科学院植物研究所（南京 210014）；2. 江苏连恒生物科技有限公司（南京 211500）

黑莓果实柔软多汁，风味独特，色泽艳丽，复含多酚、花色苷等成分，具有较强的降血糖、抗衰老、抗炎等生理活性[1-3]，适合加工成果汁产品。市场上有多种类型的黑莓产品，包括黑莓果汁、黑莓果酱、黑莓果酒、黑莓原浆等产品[4-7]，其中果汁是最受欢迎、消费最多的产品。

低聚果糖又称寡多糖或益生元，广泛存在于日常食物中，是一种水溶性膳食纤维，具有降低肠道pH、促进双歧杆菌的增殖、调节肠道菌群、降血脂、促进矿物质吸收、增强机体免疫力、预防结肠癌等功能[8-10]，它的甜度较蔗糖低，稳定性好，且不易被口腔微生物所利用，是一种具有较高营养价值的功能食品配料[11]，有研究表明，低聚果糖能够促进多酚类物质在结肠的发酵[12]。胶原蛋白是动物结缔组织中的主要成分，在人体和脊椎动物体内起着保护机体、支撑器官的作用[13]。胶原蛋白水解产物具有较好的水溶性，且容易被人体吸收，具有预防骨质疏松、改善关节健康、提高机体免疫力、增加细胞储水力、增强肌肤弹性等生理功能[14-15]，近年来受到消费者的极大关注，有研究者将其添加到刺梨、西柚、苹果和蓝莓果汁中，制备胶原蛋白复合果汁饮料产品[16-18]。

在黑莓果汁产品的制备中用低聚果糖作甜味剂，同时添加水解胶原蛋白，制成的黑莓胶原蛋白小分子肽产品具有较高的营养价值。胶原蛋白具有一定腥味，影响产品风味，而黑莓果汁具有特殊的果香味，且口感酸甜，能在一定程度上掩盖腥味，此外添加低聚果糖、柠檬酸钠作为甜味和酸味的补充，使得产品具有平衡的酸甜口感。黑莓果汁色泽为艳丽的深红色，其主要呈色物质为花色苷成分，为探究2种新型添加剂胶原蛋白和低聚果糖是否会对其色泽、透光率和花色苷成分的含量产生影响，试验以胶原蛋白小分子肽产品的外观特征、营养成分含量及感官评定等为指标，对低聚果糖添加量、胶原蛋白分子量、添加量、黑莓果汁浓度等参数进行优化，以期为新产品开发提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

黑莓单粒冻果；菊苣低聚果糖（纯度93.97%）；鱼胶原蛋白（分子量1 kDa、分子量2 kDa）；柠檬酸钠。

1.2 试验方法

1.2.1 黑莓原汁的制备

将黑莓单粒冻果软化破碎，在50 ℃条件下加入0.04%果胶酶，酶解2 h，100目（150 μm）尼龙网过滤，95～100 ℃保持3 min巴氏杀菌灭酶，趁热装入洁净的不锈钢灌中密封，浸入冷水迅速冷却，在0 ℃左右冷藏静置澄清15 d，取上清液备用。

1.2.2 不同低聚果糖浓度的选择

分别称取10，15和20 g低聚果糖，逐个添加25 mL无菌黑莓原汁，加入纯净水并搅拌均匀，定容至100 mL，配制成果汁浓度25%，低聚果糖浓度分别为10%，15%和20%的样品，比较不同配方产品的透光率、色度、色调、总花色苷含量、SSC和pH，选择合适的低聚果糖浓度。

透光率的测定采用分光光度法，以蒸馏水作空白，选择1 cm比色皿，测定产品在700 nm下的吸光度A，并根据公式计算透光率[19]。

色度和色调的测定采用分光光度法，以蒸馏水作空白，选择1 cm比色皿，测定产品在420，520和620 nm下的吸光度[20]。

总花色苷含量用pH示差法测定[21]，SSC和pH分别用手持糖度计和pH计测定。

表1 不同低聚果糖浓度和胶原蛋白分子量的选择 %

1.2.3 不同分子量胶原蛋白的选择

分别称取6 g和8 g分子量1 kDa胶原蛋白，8 g和10 g分子量2 kDa胶原蛋白，逐个添加25 mL无菌黑莓原汁，加入纯净水并搅拌均匀，定容至100 mL，配置成果汁浓度25%，胶原蛋白浓度6%，8%和10%的配方，具体见表1配方5～8。比较不同配方产品的透光率、色度、色调、总花色苷含量、SSC和pH，根据上述指标选择适宜的胶原蛋白种类。

1.2.4 不同胶原蛋白含量和果汁浓度的选择

在前期试验基础上固定果汁中低聚果糖浓度10%，所用胶原蛋白分子量2 kDa。设置4个梯度的胶原蛋白浓度（2%，4%，6%和8%），3个果汁浓度（25%，30%和50%），具体配方见表2，比较不同配方产品的透光率、色调、总花色苷含量、SSC和pH，选择合适的胶原蛋白浓度和果汁浓度。

1.2.5 柠檬酸钠的添加试验

在试验基础上设置4个添加0.3%柠檬酸钠的配方，低聚果糖浓度10%，胶原蛋白浓度2%～4%，果汁浓度30%，具体见表3，考察柠檬酸钠对产品性能和风味的影响。

1.2.6 不同配方产品的感官评定

选择表2中的配方2、6、10、11、12进行感官评定，评定小组由9人组成，评定前禁食烟酒及辛辣刺激食物，观察样品的色泽中红色的强度，通过吸闻和品尝评价产品果味强弱，通过品尝评价产品的酸度和甜度，具体见表4和表5。

表2 不同胶原蛋白浓度和果汁浓度的产品配方 %

表4 感官评定描述词汇及定义

表5 感官评定评分表

2 结果与分析

2.1 不同低聚果糖浓度对产品性能的影响

低聚果糖的甜度较蔗糖低，据报道，纯度95%以上低聚果糖的甜度仅为蔗糖的30%。通过在黑莓果汁中添加不同量低聚果糖的试验发现，与对照相比，添加有低聚果糖的产品可溶性固形物（SSC）含量显著升高，pH逐渐升高，且随添加量增大而增大。但是低聚果糖对黑莓果汁中花色苷具有一定影响，总花色苷含量随着低聚果糖添加量增大而逐渐降低，低聚果糖添加量10%时总花色苷含量降幅在10%以上，同时产品的色度随之降低，色调升高。灭菌后，产品色度下降30%以上，总花色苷含量下降40%～50%，透光率下降5%左右，色调值升高30%以上，可溶性固形物含量（SSC）和产品pH在灭菌前后稳定不变。综合来看，产品中低聚果糖添加量在10%以内较为适宜。

2.2 不同胶原蛋白分子量对产品性能的影响

胶原蛋白是一种两性电解质，添加到酸性的黑莓果汁中会使得果汁pH升高，同时引起产品透光率、色度和色调变化。据表6可知，添加胶原蛋白后果汁pH 2.9左右上升至pH 4.0以上，且随着胶原蛋白添加量增大而增大，灭菌前产品的色调即从原果汁的0.45上升到0.9以上，色泽偏暗；灭菌后色调值进一步升高，色泽进一步变暗，透光率和总花色苷含量降低，添加分子量2 kDa的胶原蛋白的配方7和8的总花色苷含量显著高于添加分子量1 kDa的配方5和6。综合比较2种胶原蛋白，分子量2 kDa的胶原蛋白对黑莓果汁产品的影响相对较小，优选分子量2 kDa的水解胶原蛋白作为黑莓果汁的添加剂，Bilek等[22]研制的水解胶原蛋白果汁饮品中使用的胶原蛋白分子量也是2 kDa。

表6 不同低聚果糖和胶原蛋白分子量对产品指标的影响

2.3 不同胶原蛋白含量和果汁浓度对产品性能的影响

2.3.1 不同胶原蛋白浓度的影响

由表7可以看出，随着胶原蛋白含量升高，产品可溶性固形物含量升高，pH升高，色调值升高（见图2），总花色苷含量下降，且3个指标在灭菌前后的变化幅度均同胶原蛋白添加量成正比。感官评定结果发现，配方10（4%胶原蛋白）的色泽、果味、甜度和酸度得分均较高，而胶原蛋白含量分别为6%和8%的配方11和12的果味、酸味和甜味显著降低，感官评分与胶原蛋白添加量成反比（图1）。添加低聚果糖和胶原蛋白的配方透光率相比原果汁或单独添加的配方显著降低，由此可见，胶原蛋白添加量不宜太高，选择2%～6%较为适宜，该浓度范围与漆正方等[16]研制的刺梨胶原蛋白果汁饮料（胶原蛋白5%）和查恩辉等[18]研制的胶原蛋白复合果汁饮料（胶原蛋白3%）较为一致。

表7 不同胶原蛋白含量和果汁浓度对产品指标的影响

2.3.2 不同果汁浓度的比较

通过对不同浓度果汁配方外观及营养指标的测定结果发现，随着果汁浓度升高，产品pH和色调逐渐降低，总花色苷和可溶性固形物含量逐渐升高，果汁浓度50%时产品透光率较果汁浓度25%和30%显著降低（见表7）。感官评定结果发现，果汁含量较高的配方10由于其色泽艳丽、果味浓郁、酸甜度适宜，感官评分最高，果汁含量较低的配方2和6的酸度和甜度较低，果味较淡，色泽也偏暗，感官评分略低（见图1）。曹劲松等[11]对菊苣低聚果糖的稳定性研究发现，其在pH＜4条件下稳定性随酸度升高而降低，因此，果汁浓度选择30%较为适宜，最优配方为配方6（低聚果糖10%，2 kDa胶原蛋白4%，黑莓果汁浓度30%）和配方7（低聚果糖10%，2 kDa胶原蛋白6%，黑莓果汁浓度30%），试验结果与前人研究的果汁浓度25%或20%差距较小[15,17]。

2.4 柠檬酸钠添加前后的比较

通过对添加柠檬酸钠前后多个产品的指标比较发现，pH和色调变化最为明显，柠檬酸钠能够降低产品pH，从而降低产品色调（见图2），感官评定发现，添加柠檬酸钠的配方2（表3）相比较原配方6（表2）酸度适宜，果味浓郁，可见柠檬酸钠能够改善黑莓胶原蛋白小分子肽产品的风味。后期试验发现，低温贮藏2周后，添加柠檬酸钠样品的沉淀较未添加的多，因此产品稳定性有待进一步考察。

图1 不同胶原蛋白添加量和果汁浓度配方的感官评定

图2 添加柠檬酸钠前后产品pH和色调的变化

3 结论与讨论

黑莓胶原蛋白小分子肽产品的配方主要考虑低聚果糖添加量、胶原蛋白分子量、添加量、果汁浓度等方面影响，试验以产品营养成分、感官评定及灭菌前后稳定性为考察指标对产品配方进行优化，结果发现，低聚果糖添加量选择10%较为适宜，此条件下，产品的甜度适中，稳定性较好；选择分子量2 kDa胶原蛋白，添加量2%～6%较为适宜，果汁浓度30%左右较为适宜，此时产品感官评分较高，稳定性较好，产品酸度偏低时可以考虑添加适量的柠檬酸钠。

试验发现低聚果糖的添加对黑莓果汁的色泽、色调、透光率、pH和总花色苷含量等的影响较小，而水解胶原蛋白的添加会升高果汁pH和色调值，总花色苷含量会降低，且变化的幅度随添加量增加而增大。胶原蛋白具有较高的营养价值，但其市面上产品种类较少，试验开发一种新的胶原蛋白果汁饮品，同时复合低聚果糖，进一步提升和扩大该产品应用。黑莓胶原蛋白小分子肽产品的原料黑莓果汁、水解胶原蛋白和低聚果糖均具有一定热敏性，但是由于一些因素限制，试验中使用巴氏灭菌的方法[21]，通过对灭菌前后产品的几项指标考察发现，95 ℃加热3 min的灭菌方式对产品的影响不小，包括色调的升高、色度的下降、透光率的降低和总花色苷含量的下降，尤其是后两者的下降幅度较大，分别达20%～40%和40%～50%，这是试验的不足之处，生产过程中应尽量采用冷杀菌的方式。