三种小浆果复合饮料配方优化与稳定性研究

吴国美，张秀玲，高诗涵，刘明华

（东北农业大学食品学院，黑龙江 哈尔滨 150030）

树莓又名山莓、覆盆子等，果实柔嫩多汁且鲜丽，含有丰富的营养成分且易被人体吸收。果实富含总糖、蛋白质、总酸、叶酸、VC、VE、镁、钙、硒、锌等物质[1]。树莓有多种保健成分以及丰富的药用价值，对抗菌、抗氧化、降血脂及预防动脉粥样硬化等有显著的作用[2-3]。蓝莓又称越橘、蓝浆果等，果实风味独特，有很高的营养价值和保健功能[4]。蓝莓除了含有常见的蛋白质、碳水化合物、维生素这些营养物质外，还含有熊果酸、花青素、黄酮类和多酚类等功能性成分[5]。蓝莓具有提高视力、增强记忆力、抗氧化、预防癌症、改善身体微循环等功效[6]。蓝靛果（Lonicera edulis）又名羊奶子、蓝靛果忍冬等，果实中含有大量花色苷、黄酮类化合物、多酚和维生素等。研究表明，蓝靛果中主要的有机酸、碳水化合物分别是柠檬酸、葡萄糖[7]。同时，蓝靛果具有较强的抗氧化作用，还有抗肥胖、抗脂肪肝、抗辐射、抗癌等作用[8-9]。树莓、蓝莓和蓝靛果都是集中采收，保质期短的季节性浆果。鲜果成熟后组织较软，在贮藏和运输上都很难，鲜果少量用于直接食用，大量的果实通过加工来延长保质期，保持原料本身的营养价值。

近年来，复合型功能饮料逐步占据国内外的主流饮料市场，呈现出逐年上升的势头，浆果饮料成为了人们研究的热点[10]。复合果汁饮品有更丰富的营养成分和更多的保健作用，具有较高的经济价值和广阔的发展前景，在饮料市场上越来越受到人们的欢迎[11]。刘艳怀等[12]以黑枸杞和蓝莓为原料研制出具有抗氧化、抗肿瘤、保护视力和预防骨质疏松等功效的复合饮料。张雪梅等[13]用野樱桃李浆、蓝莓浆调配出营养丰富、风味独特的复合饮料。在饮料中添加稳定剂可以防止饮料出现分层、沉淀等现象，稳定剂的选择对饮料的稳定性至关重要。马寅斐等[14]研究了在芒果汁饮料中添加3 种稳定剂组成的复合稳定剂，得到饮料的稳定性指数最小，稳定效果最好。徐淑科等[15]研究了黄原胶、羧甲基纤维素钠和海藻酸丙二醇酯三种稳定剂对蔓越莓果汁的影响。本文以树莓、蓝莓和蓝靛果为原料调配出一款复合保健型饮品。通过正交试验优化复合饮料的配方，采用响应面试验优化复合饮料的稳定性，确定出饮料的最佳配方和复合稳定剂配比，研制出的复合饮品营养丰富、口感细腻、风味独特、稳定性高，而且黏度适中，状态均匀。本研究旨在提高小浆果的资源利用率，为复合饮品的研究提供技术支持和理论依据，为小浆果复合饮料的工业化生产奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

蓝靛果、蓝莓为采自小兴安岭伊春地区的鲜果；红树莓为购自黑龙江省尚志市城西村的冻果；羧甲基纤维素（CMC）、结冷胶、瓜尔胶、黄原胶、果胶均为食品级：购于哈尔滨盛达生化仪器有限公司；其他试剂均为分析纯。

1.1.2 仪器与设备

HH-1 型数显恒温水浴锅，常州赛普实验仪器厂；MJ-WJS1222F 型多功能榨汁机，美的集团股份有限公司；FA1004 型上皿电子天平，上海舜宇恒平科学仪器有限公司；HR/T20M 型台式高速冷冻离心机，湖南赫西仪器装备有限公司；UV-5500PC 型紫外可见分光光度计，上海元析仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 制作复合饮料的工艺流程

1.2.2 操作要点

1.2.2.1 原料预处理

将冷冻保存的树莓、蓝莓和蓝靛果放于室温下自然解冻后，用打浆机分别打浆，得到3 种果浆。按照试验优化的复合酶解工艺，向3 种果浆中加入质量分数为0.26%的果胶酶（107 000 U/g）和0.92%的纤维素酶（101 900 U/g），在 47 ℃下酶解 1.5 h，将酶解后的果浆用破壁机进行汁肉分离，过滤得到3 种浆果原汁。

1.2.2.2 调配

将白砂糖等辅料混合充分，加入纯净水充分搅拌使其溶解，然后与3 种浆果原汁混合，参照GB 2760—2014[16]添加小于0.5 g/kg 的山梨酸钾防止果汁变质。

1.2.2.3 均质

将调配好的果汁在20 MPa 下均质4 次，得到状态均匀的复合饮料。

1.2.2.4 灌装、杀菌

将均质后的复合饮料装入已清洗并灭菌的饮料瓶中，装罐温度保持在70 ℃以上，以增强杀菌效果，然后排出顶端空气。将灌好的复合饮料于95 ℃条件下杀菌15 min[17-18]。

1.2.2.5 冷却

将杀菌后的复合饮料冷却至室温，得到3 种小浆果复合饮料成品。

1.2.3 复合饮料配方优化试验设计

1.2.3.1 单因素试验设计

按照饮料工艺流程，初步选定树莓汁添加量10%，蓝莓汁添加量10%，蓝靛果汁添加量10%，白砂糖添加量8%为基础条件，以感官评分为评价指标，依次研究树莓原汁添加量（5%、10%、15%、20%、25%）、蓝莓原汁添加量（5%、10%、15%、20%、25%）、蓝靛果原汁添加量（5%、10%、15%、20%、25%）、白砂糖添加量（6%、7%、8%、9%、10%）对复合饮料感官品质的影响。

1.2.3.2 正交试验设计

在单因素试验基础上，以上述四个因素试验结果为依据，每个因素三个水平，进行L9(34)正交试验。以感官评分为指标，确定复合饮料的最佳配方。各因素水平如表1 所示。

表1 配方优化正交试验因素表Table 1 Factors and levels of orthogonal test for the formulation optimization

1.2.3.3 感官评定

分别从色泽、香气、口感和组织状态四方面对复合饮料进行感官评价。选取50 人以上作为感官评价人员，对制作出的复合饮料根据表2 进行评价，每人独立对各个配方进行感官评分，取其平均值记为最终的评分。

1.2.4 复合饮料稳定性优化试验设计

1.2.4.1 单因素试验设计

试验选用常见的CMC、结冷胶、瓜尔胶、黄原胶和果胶作为复合饮料的稳定剂，进行单因素试验。在复合饮料配方的基础上加入不同质量分数（0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%）的单一稳定剂，以稳定系数为指标研究复合饮料的稳定性。

1.2.4.2 响应面试验设计

依据上述的稳定性单因素试验结果，试验选取稳定效果较好的CMC、结冷胶和黄原胶作为自变量，以复合饮料的稳定系数为响应值，得到最优的工艺条件。响应面试验的因素及水平见表3。

表2 复合饮料感官评分标准Table 2 Sensory evaluation standard of compound beverage

表3 复合稳定剂Box-Behnken 试验因素水平表Table 3 Factors and levels of Box-Behnken test for composite stabilizer

1.2.4.3 稳定系数

参考韩晓娜等[19]的方法，按照配方调配复合饮料，准确加入50 mL 复合饮料于刻度离心管中，放置24 h 后，用离心机以 3 000 r/min 离心 10 min，取上清液稀释50 倍后，测定吸光度为A2，离心前的吸光度为A1。稳定系数R 越高，饮料的稳定性和保存性越好，但R 值的极限为1，计算公式如下：

1.2.5 数据处理

数据采用SPSS 23 软件进行显著性和正交分析，用Origin 8.5 绘制图形，运用Design-Expert 8.0.6 软件进行响应面回归分析。

2 结果与分析

2.1 复合饮料配方优化单因素试验结果

2.1.1 树莓原汁添加量对复合饮料感官品质的影响

由图1 可知，树莓原汁添加量为5%时，复合饮料的感官评分最低，为71.67±1.53 分。复合饮料的感官评分随着树莓原汁添加量的增加而显著增大，当树莓原汁添加量增加到20%时，复合饮料感官评分最高，为89±2.65 分。而继续增加树莓原汁添加量，感官评分稍有降低，推测是因为树莓原汁具有淡酸味，添加过多会使复合饮料的口感下降。结果表明，树莓原汁的最佳添加量为20%。

图1 树莓原汁添加量对复合饮料感官评分的影响Fig.1 Effect of raspberry juice addition on sensory score of compound beverage

2.1.2 蓝莓原汁添加量对复合饮料感官品质的影响

由图2 可知，蓝莓原汁添加量为5%时，复合饮料的感官评分最高，为87±1 分。随着蓝莓原汁添加量的增加，复合饮料的感官评分显著下降。当蓝莓原汁添加量为25%时，感官评分最低，为68.33±0.58分。推测是因为野生蓝莓原汁口味较苦涩，添加量增加会影响复合饮料的口感，感官评分会降低。结果表明，蓝莓原汁的最佳添加量为5%。

图2 蓝莓原汁添加量对复合饮料感官评分的影响Fig.2 Effect of blueberry juice addition on sensory score of compound beverage

2.1.3 蓝靛果原汁添加量对复合饮料感官品质的影响

由图3 可知，复合饮料的感官评分随着蓝靛果原汁添加量的增加呈现先升高后降低的趋势，当蓝靛果原汁添加量为15%时，复合饮料的感官评分最高，为93±1.72 分，之后蓝靛果原汁添加量继续增大时，感官评分缓慢下降。推测是因为受蓝靛果原汁的涩味以及深红颜色的影响，随着蓝靛果原汁添加量的增加，饮料的颜色、口感都有所下降。蓝靛果原汁添加量为25%时，复合饮料的感官评分最低，为74.66±1.53 分。结果表明，蓝靛果原汁的最佳添加量为15%。

图3 蓝靛果原汁添加量对复合饮料感官评分的影响Fig.3 Effect of Lonicera edulis juice addition on sensory score of compound beverage

2.1.4 白砂糖添加量对复合饮料感官品质的影响

由图4 可知，随着白砂糖用量的增加，复合饮料的感官评分显著升高。当白砂糖添加量为9%时，复合饮料的感官评分最高，为90±0.74 分。白砂糖添加量超过9%时，感官评分有所下降。白砂糖的添加主要是改变产品的甜度，当白砂糖添加较少时酸味过重，而白砂糖添加过多时甜味过重。复合饮料在饮用时需要一个适合的甜度，太甜或者太淡都不能给人良好的口感，因此白砂糖的最佳添加量为9%。

图4 白砂糖添加量对复合饮料感官评分的影响Fig.4 Effect of white sugar addition on sensory score of compound beverage

2.2 复合饮料配方优化正交试验结果

根据单因素试验结果，以树莓原汁添加量（A）、蓝莓原汁添加量（B）、蓝靛果原汁添加量（C）、白砂糖添加量（D）为主要影响因素，以感官评分为指标，进行L9(34)正交设计，试验结果见表4。

由表4 和表5 可知，蓝靛果原汁添加量（C）对复合饮料的感官品质影响最大，其次是蓝莓原汁添加量（B）、白砂糖添加量（D）、树莓原汁添加量（A）。最佳配方组合为A2B1C1D3，即树莓原汁添加量20%，蓝莓原汁添加量5%，蓝靛果原汁添加量10%，白砂糖添加量10%。按照A2B1C1D3配制复合饮料，感官评分为98.13±1.50 分。

表4 正交试验结果分析Table 4 Orthogonal test results analysis

表5 正交试验方差分析表Table 5 Analysis of variance of orthogonal test

2.3 稳定性优化单因素试验结果

图5 表示不同稳定剂对复合饮料稳定性的影响。由图可知，黄原胶、结冷胶和CMC 这3 种稳定剂的稳定系数相对较大，表示稳定效果较好；黄原胶的浓度为0.05%时稳定系数最高，为0.95±0.01，随着黄原胶浓度逐渐增加，稳定系数逐渐减小。黄原胶具有良好的增稠性和流变学特性，当黄原胶添加量较多时，饮料的黏稠度较大，有较多的未溶解胶粒，影响饮料的稳定性和口感[20]。结冷胶和CMC 都是随着浓度的增加，稳定系数先增加后降低，结冷胶在浓度为0.10%时，稳定系数最大为0.94±0.01。CMC 在浓度为0.2%时，稳定系数最大为0.96±0.01，此时CMC 能较好地稳定复合饮料中的蛋白质，使水及脂肪的表面张力降低，起到稳定与增稠的作用[21]。果胶和瓜尔胶的稳定系数相对较低，稳定效果相比于其他3 组相对较差。故选择黄原胶、结冷胶和CMC 三种稳定剂进行复配。稳定剂的选择对饮料的稳定性至关重要[22]。单一的稳定剂无法使产品达到长期均匀，稳定悬浮，会影响复合饮料的口感、外观、色泽等方面，因此对效果较好的稳定剂进行复配会有较好的效果。

图5 5 种单一稳定剂对复合饮料稳定系数的影响Fig.5 Effects of five single stabilizers on stability coefficient of composite beverage

2.4 复合稳定剂的响应面优化试验

2.4.1 响应面试验设计及结果

在单因素试验结果的基础上，使用Box-Benhnken试验设计，选择 CMC（A′）、结冷胶（B′）和黄原胶（C′）作为自变量，以稳定系数为响应值进行试验，对复合饮料的稳定性进行优化。试验结果见表6。

表6 复合稳定剂响应面试验设计及结果Table 6 Composite stabilizer Box-Benhnken design and results

2.4.2 方差分析及交互作用分析

使用Design－Expert 8.0.6 软件进行拟合分析，得到回归方程为：复合饮料的稳定系数Y=0.97+0.016A′+0.019B′+0.010C′+0.029A′B′+1.796A′C′+2.016B′C′-0.030A′2-0.062B′2-0.021C′2。

复合稳定剂的响应面优化回归方程的方差分析（ANOVA）如表7 所示。回归模型的显著性很高（P=0.000 3＜0.05），缺乏拟合用于验证模型的充分性且不显著（P=0.619 7＞0.05），R2=0.965 2，该模型可以拟合试验数据。

表7 回归模型方差分析Table 7 Analysis of variance of regression model

根据F 值可知，各个因素对复合饮料稳定系数影响的大小顺序为：结冷胶（B′）＞CMC（A′）＞黄原胶（C′）。方差分析中，B′2影响极显著，A′、B′、A′B′、A′2影响高度显著，C′2影响显著。

等高线图和响应曲面图是回归方程的图形化表示，反应独立变量对响应变量的交互作用[23-24]。图6显示了复合饮料的稳定系数与各稳定剂之间的关系。由图6a、b 可以看出，随着CMC 和结冷胶质量浓度的增大，复合饮料的稳定系数先升高后降低，且结冷胶对稳定系数的影响要大于CMC。由图6c、d 可以看出，CMC 和黄原胶对稳定系数的影响不明显，且CMC对稳定系数的影响大于黄原胶。由图6e、f 可以看出，随着结冷胶的浓度增大，稳定系数先增大后减小，且变化幅度大于不同浓度的黄原胶，结冷胶对稳定系数的影响比黄原胶大，这与表7 中方差分析的结果一致。

2.4.3 最佳条件的确定和回归模型的验证

图6 各因素交互作用对复合饮料稳定系数影响的响应面图和等高线图Fig.6 Response surface maps and contour of the influence of various factors interaction on stability coefficient of composite beverage

利用响应面试验，确定复合饮料稳定性的最佳条件：CMC 添加量0.22%，结冷胶添加量0.11%，黄原胶添加量0.06%，此时复合饮料的稳定系数为0.99。为验证这些结果，选择预测的最佳条件进行试验，得到复合饮料的稳定系数为0.97±0.001，与预测值相差不大，说明该模型符合试验数据。此时对复合饮料进行感官评价，感官评分为97.64±2.0 分。

3 结论

本试验结果表明，优化后的复合饮料最佳配方为：20%树莓原汁，5%蓝莓原汁，10%蓝靛果原汁，10%白砂糖。接此配方调配的复合饮料，酸甜适口，色泽均匀，有小浆果的独特香气，感官评分为98.13±1.50分。通过响应面试验优化饮料稳定性，得到最佳复合稳定剂组合为0.22%CMC，0.11%结冷胶，0.06%黄原胶。此时复合饮料的稳定系数为0.97±0.001，饮料的稳定性高，而且黏度适中。复合饮料最终调配完成后，感官评分为97.64±2.0 分，口感较好，状态均匀。本研究的复合饮料稳定性高且营养丰富，提高了小浆果的资源利用率，而且为小浆果复合饮品开发提供了理论依据及技术支持。