香蕉汁大豆分离蛋白饮品的研制及稳定性研究

宋 旸，王存堂，李 欢

（齐齐哈尔大学食品与生物工程学院，黑龙江齐齐哈尔 161006）

香蕉产自热带和亚热带地区，是世界上最流行的水果之一[1]，2019年联合国粮食及农业组织（FAO）公布香蕉是全球交易量最高的水果[2]。香蕉营养丰富，不仅含有维生素C、B1 和B6 等，还富含磷、钠、钾、钙等矿物质[3]，同时还具有低热量和低脂肪的特点[4]。香蕉的可食用部分还含有多种活性化合物，如酚类、类胡萝卜素、胺类和植物甾醇[5−6]，不仅为人们提供了丰富的营养来源，还具有预防人体某些疾病的有益效果[7]。香蕉在绿熟期进行收获，在储存和运输期间由于成熟过快，会快速衰老、变软，甚至剥落和腐烂[8−9]，进而缩短了香蕉的货架期，引起严重损失[10−12]。制作以香蕉为主要原料的特色风味饮品，可以对香蕉进行有效利用，有利于香蕉产业的可持续发展。杨爱华等[13]以香蕉和豆浆为主要原料，研制出一种香味浓郁、口感爽滑的香蕉豆乳饮品。Pauline等[14]将脱果胶香蕉浆加入麦汁中，在厌氧条件下，利用酿酒酵母发酵制备玉米香蕉酒精饮料。

大豆蛋白是一种具有良好的营养价值和独特保健作用的植物蛋白[15−18]，并且在食品中具有理想的风味。大豆分离蛋白是最常见的大豆蛋白产品之一，通常采用碱提酸沉法从脱脂豆粕中提取[19]。大豆分离蛋白的蛋白质含量在90%以上，并含有所有必需氨基酸，特别是赖氨酸[20]。大豆分离蛋白以其优良的加工性能、较高的营养价值和较低的成本广泛地应用于食品之中[21]。李涛等[22]研制了质地均匀，营养丰富，口感细腻的香蕉汁大豆多肽运动饮料。Manassero等[23]制备了添加了钙和大豆蛋白的饮料，并研究了高静水压处理对蛋白质溶解度、物理稳定性、黏度和色度参数的影响。

为拓宽香蕉和大豆分离蛋白的应用范围、丰富市场上果汁蛋白饮品品种，本文研发兼具香蕉和大豆分离蛋白双重营养的香蕉汁大豆分离蛋白饮品，原料采用香蕉汁、大豆分离蛋白，加入蔗糖、稳定剂等辅料，通过单因素实验以及正交试验确定香蕉汁大豆分离蛋白饮品的最佳基础工艺配方，并对其稳定性进行研究，以期得到性状稳定、口感俱佳的香蕉汁大豆分离蛋白饮品。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

香蕉 市售；大豆分离蛋白 食品级，万利达生物科技有限公司；单甘酯 佳力士添加剂（海安）有限公司；绵白糖 食品级，黑龙江齐齐哈尔市玲华食品有限公司；果胶酶 酶活力≥6000 U/mL，食品级，河北格贝达生物科技有限公司；羧甲基纤维素钠（CMC） 河南万邦实业有限公司；海藻酸钠 青岛亿纺化工有限公司；柠檬酸 日照金禾博源生化有限公司。

HZYFA210 电子天平 华志电子科技有限公司；7230G 分光光度计 北京世纪科信科学仪器有限公司；JIDI-20D 台式多用途高速离心机 广州吉迪仪器有限公司；RYUHT 超高温瞬时灭菌机 上海锐元机械设备有限公司；VSH2 电热恒温水浴锅 无锡沃信仪器制造有限公司；GHH 均质机 常州市均质机械有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程

1.2.2 操作要点 香蕉去皮切分后，加水打浆，其中香蕉与水的质量比为1:10[22]，果浆中加入0.02%果胶酶，在45 ℃下酶解4 h。将料液加热至85 ℃，果胶酶因高温失活。酶解液过100 目筛网，浑浊的香蕉汁变清澈[24]。将香蕉汁与一定量的大豆分离蛋白混合，再依次加入蔗糖、柠檬酸以及稳定剂海藻酸钠、CMC、单甘酯。以 20 MPa 压力下均质2 次[25]。然后在温度80 ℃下巴氏杀菌20 min[26]。

1.3 香蕉汁大豆分离蛋白饮品基本配方的确定

1.3.1 单因素实验

1.3.1.1 大豆分离蛋白添加量对饮品感官评分的影响 在100 mL 香蕉汁中添加12%蔗糖、0.2%柠檬酸，考察大豆分离蛋白添加量分别为1.0%、1.2%、1.4%、1.6%、1.8%时对香蕉汁大豆分离蛋白饮品感官评分的影响。

1.3.1.2 蔗糖添加量对饮品感官评分的影响 在100 mL 香蕉汁中添加1.2%大豆分离蛋白、0.2%柠檬酸，考察蔗糖添加量分别为8%、10%、12%、14%、16%时对香蕉汁大豆分离蛋白饮品感官评分的影响。

1.3.1.3 柠檬酸添加量对饮品感官评分的影响 在100 mL 香蕉汁中添加1.2%大豆分离蛋白、12%蔗糖，考察柠檬酸添加量分别为0.1%、0.15%、0.2%、0.25%、0.3%时对香蕉汁大豆分离蛋白饮品感官评分的影响。

1.3.2 基本配方优化 在单因素实验的基础上利用正交设计助手软件进行正交试验设计，对影响感官评分的主要因素进行L9（34）正交试验，因素水平见表1。

表1 正交试验因素水平表Table 1 Factors and levels used in orthogonal array design

1.4 感官评定方法

本试验感官评审小组由20 名感官评分员（男、女各10 名）组成，分别对香蕉汁大豆分离蛋白饮品的滋味、香味、外观性状以及色泽等进行评定打分，满分为100 分，结果取平均值，具体感官评分标准[25]见表2。

表2 感官评分标准Table 2 Standards of sensory evaluation

1.5 最佳稳定剂配方的确定

1.5.1 单因素实验

1.5.1.1 海藻酸钠添加量对饮品稳定系数影响 在优化基本配方的基础上添加0.2% CMC、0.2%单甘酯，考察海藻酸钠添加量分别为0.3%、0.35%、0.4%、0.45%、0.5%时对香蕉汁大豆分离蛋白饮品稳定系数的影响。

1.5.1.2 CMC 添加量对饮品稳定系数影响 在优化基本配方的基础上添加0.4%海藻酸钠、0.2%单甘酯，考察CMC 添加量分别为0.1%、0.15%、0.2%、0.25%、0.3%时对香蕉汁大豆分离蛋白饮品稳定系数的影响。

1.5.1.3 单甘酯添加量对饮品稳定系数影响 在优化基本配方的基础上添加0.4%海藻酸钠、0.15%CMC，考察单甘酯添加量分别为0.1%、0.15%、0.2%、0.25%、0.3%时对香蕉汁大豆分离蛋白饮品稳定系数的影响。

1.5.2 稳定剂配方优化 依据上述单因素实验的讨论，根据Box-Benhnken 的中心组合试验设计原理[27−28]，采用响应面法[29]在三因素三水平上对稳定剂配方进行优化。对试验数据结果采用Design Expert8.0.6软件进行分析，因素和水平见表3。

表3 响应面分析因素和水平表Table 3 Factors and levels of the response surface methodology

1.6 饮品稳定性测定

利用分光光度计在波长750 nm 下测定制备饮品稀释100 倍后的吸光度A1，再对制备饮品进行离心，转速为3000 r/min，时间为10 min，然后取上层清液稀释100 倍并测定吸光度A2，稳定系数R 下式表示。如果R 值在95%以上，则说明此饮品的稳定性良好[30]。

式中：R，稳定系数，%；A1，750 nm 波长下饮品吸光度；A2，饮品离心后上清液750 nm 下吸光度。

1.7 饮品质量指标检测

饮品的色泽、滋味、气味以及状态依据1.4 感官评定方法进行评价；可溶性固形物含量采用阿贝折光仪测定；pH 采用pH 酸度计测定；菌落总数检测采用GB 4789.2-2016 方法测定。

1.8 数据处理

采用 Excel 2016 进行数据统计分析，计算标准误差并制图，实验数据以 3 次重复的“均值±标准差”表示。通过正交助手Ⅱ V3.1 软件对香蕉汁大豆分离蛋白饮品配方进行优化。通过Design-Expert 8.0.5b 软件对香蕉汁大豆分离蛋白饮品乳化稳定性配方进行优化。

2 结果与分析

2.1 基本配方单因素实验分析

2.1.1 大豆分离蛋白添加量对感官评价的影响 如图1所示，随着大豆分离蛋白添加量的增加，香蕉汁大豆分离蛋白饮品的感官评分先增大后减小，大豆分离蛋白添加量在1.2%时，感官评分达到最大值88 分。大豆分离蛋白添加量逐渐增加的过程中，大豆分离蛋白在香蕉汁中能够溶解较为充分，扩散性较好，口感更加浓郁，所以感官评分逐渐增大。当大豆分离蛋白添加量大于1.2%时大豆分离蛋白的溶解极不充分，出现较多沉淀，饮品质地不均匀，口感欠佳。因此选择1.2%的大豆分离蛋白添加量。

图1 大豆分离蛋白添加量对感官评分的影响Fig.1 Effect of soybean protein isolate content on sensory scores

2.1.2 蔗糖对感官评价的影响 如图2所示，随着蔗糖添加量的逐渐增加，香蕉汁大豆饮品的感官评分逐渐增加，当蔗糖添加量是12%时感官评分达到最大值89 分，随着蔗糖添加量的继续增加，饮品的感官评分逐渐减小。饮品的甜度随着蔗糖添加量的增加而增大，饮品除了有香蕉汁的特殊香味，滋味更加香甜，在蔗糖添加量为12%时甜度更适宜，当蔗糖添加量超过12%时，制备饮品甜度过大，香蕉的香味被掩盖，滋味不理想。因此选择12%的蔗糖添加量。

图2 蔗糖添加量对感官评分的影响Fig.2 Effect of sucrose content on sensory scores

2.1.3 柠檬酸对感官评价的影响 如图3所示，随着柠檬酸添加量的逐渐增加，香蕉汁大豆分离蛋白饮品的感官评分先增大后减小，当柠檬酸添加量为0.25%时达到最大值94 分。增加柠檬酸的添加量使得饮品更加酸甜适宜，此外，通过添加柠檬酸可以调整饮品的酸碱度，增加饮料的爽口性[31]。柠檬酸的添加量为0.25%时饮品更为澄清，酸甜可口，滋味宜人。随着柠檬酸添加量的继续增加，饮品过酸。因此选择0.25%的柠檬酸添加量。

图3 柠檬酸添加量对感官评分的影响Fig.3 Effect of citric acid content on sensory scores

2.2 基本配方优化

以感官评价为指标，采用L9（34）来确定最佳酶解条件，利用正交设计助手数据分析软件得出正交试验结果如表4所示。大豆分离蛋白添加量、蔗糖添加量以及柠檬酸添加量正交试验方差分析如表5所示。

表5 正交试验结果方差分析Table 5 ANOVA for the experimental results of orthogonal array design

在表4中，各个因素对试验指标影响的主次关系可由极差值反映出来，极差值越大，代表这个因素对试验指标的影响也越大。此正交试验的极差值为RD>RC>RA，即各因素对香蕉汁大豆分离蛋白饮品感官评分影响的主次顺序为D>C>A，柠檬酸添加量影响最大，其次是蔗糖添加量，大豆分离蛋白添加量的影响最小。通过感官评分的优化试验，可以初步确定香蕉汁大豆分离蛋白饮品的基本配方组合为：A2C2D2，即各个共存物在奶茶中的添加量分别为：大豆分离蛋白添加量1.2%，蔗糖添加量12%和柠檬酸添加量0.25%。因为由正交试验优化得出的最佳试验组合A2C2D2在正交试验表的组合之外，所以需进行3 次平行试验来验证此工艺配方的可行性，得到香蕉汁大豆分离蛋白饮品的感官评分为95 分，大于正交试验中的任意一组感官评分，因此A2C2D2的香蕉汁大豆分离蛋白饮品基本配方可行。

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

表5方差分析结果表明，C、D 因素对试验的影响显著（P<0.05），而A 因素则对试验没有显著的影响。

2.3 稳定剂配方单因素实验分析

2.3.1 海藻酸钠添加量对饮品稳定性的影响 如图4所示，随着海藻酸钠添加量的逐渐增加，香蕉汁大豆分离蛋白饮品稳定系数先增大后减小，在海藻酸钠的添加量为0.4%时达到最大值94.4%。因为海藻酸钠溶液粘稠性较好，是食品的增稠剂、稳定剂[32]，所以饮品的稳定性随着海藻酸钠添加量的增加而增大，当海藻酸钠添加量为0.4%时饮品的稳定性达到良好，随着海藻酸钠添加量继续增加，饮品的稳定性有所减小，这是由于饮品中的糖和大豆分离蛋白会降低海藻酸钠的水合效率，使海藻酸钠难溶于水，饮品的稳定性也随之降低。因此选择海藻酸钠的添加量为0.4%。

图4 海藻酸钠添加量对饮品稳定性的影响Fig.4 Effect of sodium alginate addition on beverage stability

2.3.2 CMC 添加量对饮品稳定性的影响 如图5所示，随着CMC 添加量的逐渐增加，香蕉汁大豆分离蛋白饮品的稳定系数先增大后减小，在CMC 添加量为0.15%时达到最大值94.8%。随着CMC 添加量增加，在酸性饮品中CMC 可以吸附在大豆分离蛋白的表面，吸附层的静电排斥和空间位阻可以维持蛋白胶束的稳定存在，并且CMC 具有增稠作用，可以降低蛋白质颗粒的沉降速率，从而使饮品的稳定性增加[33]。当CMC 添加量大于0.15%，饮品的稳定系数开始减小，可能是由于CMC 添加量较大饮品的黏度过大，导致蛋白质间的排斥力变小，饮品的稳定性变差。因此选择CMC 的添加量为0.15%。

图5 CMC 添加量对饮品稳定性的影响Fig.5 Effect of CMC addition on beverage stability

2.3.3 单甘酯添加量对饮品稳定性的影响 如图6所示，随着单甘酯添加量的增加，香蕉汁大豆分离蛋白饮品的稳定系数先增大后减少，单甘酯的添加量在0.25%时达到最大值97.8%。随着单甘酯添加量的增加，单甘酯在界面上吸附，定向排列紧密，很好地防止聚结，增加饮品的稳定性[34]。单甘酯的添加量为0.25%时单甘酯的乳化效果较好，饮品的稳定系数较大。随着单甘酯的继续添加，单甘酯分子之间会发生相互聚集，对饮品的乳化作用减弱，所以当单甘酯的添加量大于0.25%时饮品的稳定系数减小。因此选择单甘酯的添加量为0.25%。

图6 单甘酯添加量对饮品稳定性的影响Fig.6 Effect of monoglyceride addition on the stability of beverage

2.4 稳定剂配方优化

2.4.1 响应面分析 在单因素实验的基础上，以海藻酸钠添加量A、CMC 添加量B、单甘酯添加量C 为自变量，以稳定系数为响应值，进行响应面分析试验，实验结果见表6。

表6 响应面所设计的方案和试验结果Table 6 Experimental design and results of response surface methodology

利用Design Expert8.0.6 软件设计实验方案，对实验结果进行二次回归方程的分析，可以得出，饮品稳定系数Y 的二次回归方程，并对它用方差的方法分析（见表7）可知。稳定系数Y 的标准回归方程为：

表7 稳定性试验结果的方差分析Table 7 ANOVA for the results of emulsifying stability

Y=−93.32+506.85A+410.85B+463C+20AB−210AC−50BC−562A2−1382B2−732C2

模型的决定系数与调整决定系数分别为0.9940、0.9863，说明此模型与试验之间拟合程度较高，证明用此模型优化海藻酸钠添加量、CMC 添加量、单甘酯添加量对饮品稳定系数影响具有可行性。由海藻酸钠添加量、CMC 添加量、单甘酯添加量对响应值的影响可以得出，回归方程Y 中的A、B、C、A2、B2、C2对饮品稳定系数有极显著影响（P<0.01），AC 对饮品稳定系数有显著影响（P<0.05），而其他因素影响不是很明显，表明各影响因素对于饮品稳定系数影响不是简单的线性关系。由各变量的F值可判断出3 个变量对饮品稳定系数的影响次序为：CMC 添加量（B）>单甘酯添加量（C）>海藻酸钠添加量（A）。

模型中的柠檬酸钠添加量（A）、CMC 添加量（B）、单甘酯添加量（C）其中的一个因素保持在0 水平，观察图7a～图7c 的变化趋势。由此可知另外两个影响因素相互交叉作用对稳定系数Y 的子模型，并根据子模型，分别绘制出a、b、c 三个三维响应曲面图，见图7。

图7说明了各因素之间的交互作用。由图7a～图7c 可以看出，海藻酸钠添加量与单甘酯添加量之间的交互作用较强，海藻酸钠添加量与CMC 添加量之间以及CMC 添加量与单甘酯添加量之间的交互作用较弱。

图7 两因素交互作用对响应值的影响Fig.7 Influence of the interaction of two factors on the response value

通过所得到的模型，可预测稳定剂的最佳配方为：海藻酸钠添加量0.41%、CMC 添加量0.15%、单甘酯添加量0.25%。在此条件下，饮品稳定系数在理论上可达98.4%。

2.4.2 验证实验 根据上述结果进行近似验证试验，检测真实值是否与试验结果相一致。在最佳配方下进行三次平行试验，测得香蕉汁大豆分离蛋白饮品的稳定系数为98.5%，与理论值相比，相对误差在±1%以内，而且重复性好，说明优化结果是准确可靠的。

2.5 饮品质量指标

饮品的质量指标如表8所示，从结果可以看出饮品的各项质量指标均达到了标准质量要求。在感官指标中饮品呈淡黄色，口感丝滑细嫩，酸甜适中，质地均匀、无分层，6 个月内无沉淀产生；在理化指标中饮品的可溶性固形物为9%～12%，pH 在6～7 之间；在微生物指标中饮品菌落总数<100 CFU/mL。

表8 饮品质量指标Table 8 Beverage quality index

3 结论

以香蕉汁、大豆分离蛋白为主要原料，开发出口感丝滑、营养均衡、酸甜可口、稳定性良好的果汁蛋白饮品。通过单因素及正交试验确定大豆分离蛋白添加量为1.2%，蔗糖添加量12%，柠檬酸添加量为0.25%，感官评分为95 分。为提高饮品的稳定性，通过单因素及响应面法优化稳定剂配方为海藻酸钠添加量为0.41%、CMC 添加量0.15%、单甘酯添加量为0.25%，稳定系数为98.5%。研制的香蕉汁大豆分离蛋白饮品顺滑细腻、酸甜可口、均匀稳定，可溶性固形物含量9%～12%，pH 在6～7 之间，菌落总数达标。