海棠灵芝桂花复合饮料配方及稳定性研究

吴 鹏，宋惠月,*，韩丽春，王正荣,2,*

（1.河北工程大学生命科学与食品工程学院，河北 邯郸 056107；2.邯郸市天然产物与功能食品开发重点实验室，河北 邯郸 056107）

海棠果为蔷薇科苹果属植物的果实，其营养价值可与猕猴桃媲美，以“百益之果”著称[1]。灵芝是一种珍贵的中药材，也是药食同源食品，具有提高免疫力等多重功效，其含有灵芝三萜化合物、蛋白质、生物碱等，这些有效成分都具有广泛的生物活性和药用价值[2]。桂花富含苯丙素类等100 多种有效成分，具有抗氧化等药理活性[3]。近年来，复合饮料越来越受到人们的欢迎，将不同原料合理搭配制成复合饮料，不仅营养更全面，且综合了多种风味，可提升口感，比单一的饮料更具有保健功效。鉴于海棠果、灵芝、桂花的药用价值和保健功效，本试验将海棠灵芝桂花制成复合饮料，以期为相关产品的开发提供一定的参考借鉴。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

海棠果，采自河北工程大学校内海棠园；灵芝，采自河北工程大学食药用菌研究所；干桂花、β-环糊精、黄原胶、蔗糖、柠檬酸、HC 果胶酶（酶活力≥60 000 U/mL），均为食品级。

1.1.2 仪器与设备

F-1000 摇摆式高速中药粉碎机，新昌县德科机械有限公司；FA2004B 型电子天平，上海精密科学仪器公司；752N 紫外分光光度计，江苏天瑞仪器股份有限公司；HH-S6 型恒温水浴锅，济南欧莱博技术有限公司；DGG-9146A 电热恒温鼓风干燥箱，上海博珍仪器设备制造厂；PSH-25 型酸度计，深圳准控科技有限公司；JYL-C022E 九阳榨汁机，九阳股份有限公司；PRH60-70 高压均质机，北京中西远大科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程

海棠果→预处理（挑选、清洗、去蒂、去籽）→护色→软化打浆→酶解→过滤→海棠果汁

灵芝→预处理→烘干→粉碎→浸提→过滤→灵芝汁

桂花→预处理→浸提→过滤→桂花汁

海棠果汁+灵芝汁+桂花汁→调配→均质→灌装→灭菌→冷却→成品

1.2.2 操作要点

1.2.2.1 海棠果汁的制备

新鲜海棠果，清洗3 遍，去蒂去籽后切块，加入海棠果块2 倍质量的85 ℃热水，软化1~2 min，静置至室温后捞出，用榨汁机榨汁后加入0.04%果胶酶，搅拌均匀，温度设置为45 ℃，酶解120 min，pH 值为4.0，200 目筛过滤得到海棠果汁，置于冰箱5 ℃保存[4]。

1.2.2.2 灵芝汁的制备

将灵芝片洗净，放入干燥箱60 ℃烘干至恒重，用粉碎机打碎后过200 目筛，按灵芝与水1∶200（g/mL）的比例于70 ℃下浸提2 h，200 目筛过滤取汁，留灵芝渣加入等体积水（加水量同第1 次），温度80 ℃，浸提3 h，200 目筛过滤取汁，两次汁液合并得到灵芝汁，置于5 ℃冰箱保存[5]。

1.2.2.3 桂花汁的制备

1 g 干桂花加100 mL 水，80 ℃浸提10 min，200目筛过滤取汁，桂花滤渣再加水100 mL，85 ℃浸提15 min，200 目筛过滤取汁，两次合并得到桂花汁，置于5 ℃冰箱保存。

1.2.2.4 调配

海棠果汁、灵芝汁、桂花汁、柠檬酸、蔗糖按一定比例调配好，加入适量的CMC-Na、黄原胶、β-环糊精以调节复合饮料的口感和风味。

1.2.2.5 均质、灭菌

使用PRH60-70 高压均质机在60 ℃条件下进行均质，然后在62.8 ℃，30 min 的条件下对饮料进行灭菌。

1.2.3 复合饮料单因素试验设计

海棠灵芝桂花复合饮料的基本工艺条件为：海棠果汁添加量50%，灵芝汁添加量6%，桂花汁添加量12%，其他未满100%部分由纯净水补充，蔗糖添加量100 g/L，柠檬酸添加量0.2 g/L。以复合饮料的感官评分为指标，在此基础上分别对海棠果汁（30%、40%、50%、60%、70%）、灵芝汁（4%、6%、8%、10%、12%）、桂花汁（6%、8%、10%、12%、14%）、蔗糖（70、80、90、100、110 g/L）和柠檬酸（0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g/L）添加量进行单因素试验。

1.2.4 海棠灵芝桂花复合饮料正交试验设计

在单因素试验的基础上，研究海棠果汁、灵芝汁、桂花汁、蔗糖、柠檬酸这5 个因素对复合饮料感官品质的影响，进行L16(45)正交试验，正交试验因素水平如表1 所示。

表1 复合饮料正交试验因素水平表Table 1 Orthogonal test factors and levels design table of compound beverage

1.2.5 复合饮料稳定性试验

1.2.5.1 复合饮料稳定性单因素试验设计

通过预试验得出海棠灵芝桂花复合饮料稳定剂的基本配方为：黄原胶0.3 g/L，CMC-Na 0.4 g/L，β-环状糊精0.6 g/L。在此基础上进行单因素试验，以R 值为指标，分别考察黄原胶（0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 g/L）、CMC-Na（0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 g/L）、β-环状糊精（0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 g/L）添加量对复合饮料稳定性的影响。

1.2.5.2 响应面试验优化复合饮料稳定剂配方

在单因素试验的基础上，选择黄原胶、CMC-Na、β-环状糊精作为自变量，感官评价作为响应值，采用Design-Expert 8.0.6 软件并使用Box-Behnken 设计优化试验[6]。响应面试验因素与水平设计见表2。

表2 复合饮料稳定剂优化响应面试验因素水平表Table 2 Response surface experimental factors and levels table of compound beverage stabilizer optimization 单位：g/L

1.2.6 测定项目与方法

1.2.6.1 感官评价

由10 人组成感官评价小组，根据表3 的感官评价标准对复合饮料进行评价，取平均值作为最终分数。

表3 复合饮料感官评价标准Table 3 Sensory evaluation standards of compound beverage

1.2.6.2 稳定性

取10 mL 复合饮料在5 000 r/min 下离心10 min，于660 nm 处测定离心前的吸光度值A1和离心后上清液的吸光度值A0，以蒸馏水作空白。

依据R（%）=A0/A1×100 计算稳定性，R 值越大说明稳定性越好[7]。

1.2.6.3 理化指标

可溶性固形物含量：参照GB/T 12143—2008[8]中的方法测定；pH 值：直接用手持酸度计测定。

1.2.6.4 微生物指标

菌落总数：参考GB 4789.2—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》[9]中的方法测定；大肠菌群：参考GB 4789.3—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 大肠菌群计数》[10]中的方法测定。

1.2.7 数据处理

采用SPSS 20.0 软件处理数据。

2 结果与分析

2.1 海棠灵芝桂花复合饮料配方优化单因素试验结果

2.1.1 海棠果汁添加量的确定

在口感最佳的条件下，就营养价值来说，果汁含量越高则营养价值越高。由图1 可见，海棠灵芝桂花复合饮料的感官品质随海棠果汁添加量的增加先上升后下降，这是由于随着海棠果汁添加量的增加，复合饮料中海棠果实的香气逐渐浓郁，其口感提升，当海棠果汁添加量大于50%时，饮料中其他物质的香气被海棠果特有的香气覆盖，感官评分逐渐下降。在海棠果汁添加量为50%时，饮料味道微甜，果香味浓郁，灵芝桂花味道适中，颜色呈橙黄色，口感较佳。

图1 海棠果汁添加量对复合饮料感官品质的影响Fig.1 Effects of begonia fruit juice additions on sensory qualities of compound beverage

2.1.2 灵芝汁添加量的确定

由图2 可知，随着灵芝汁添加量的升高，海棠灵芝桂花复合饮料逐渐变得苦涩，这是由灵芝本身苦涩而又发甜的口感决定的。在灵芝添加量小于6%时，饮料整体并未出现苦涩感；但当灵芝汁添加量大于6%，灵芝所带来的苦涩感逐渐显现出来，从而影响整体的口感。因此复合饮料的感官评分随灵芝汁添加量的增加先上升后下降，并在灵芝汁添加量为6%时感官评分到达峰值（89 分），此时的复合饮料呈现鲜亮的橙黄色，灵芝味道浓郁，但又无苦涩感，口感细腻，层次感突出。

图2 灵芝汁添加量对复合饮料感官品质的影响Fig.2 Effects of Ganoderma lucidum juice additions on sensory qualities of compound beverage

2.1.3 桂花汁添加量的确定

由图3 可知，海棠灵芝桂花复合饮料的感官评分随着桂花汁添加量的增加先升高后下降，并在添加量为10%时感官评分到达峰值（91 分），此时的复合饮料桂花香气浓厚，颜色和口感较好。

图3 桂花汁添加量对复合饮料感官品质的影响Fig.3 Effects of Osmanthus fragrans juice additions on sensory qualities of compound beverage

2.1.4 蔗糖添加量的确定

由图4 可知，海棠灵芝桂花复合饮料的感官评分随蔗糖添加量的增加先上升后下降，并在蔗糖添加量为90 g/L 时，感官评分到达峰值（92 分），此时的复合饮料酸甜适中，果香味十足，层次感较好，颜色和味道均较好。

图4 蔗糖添加量对复合饮料感官品质的影响Fig.4 Effects of sucrose additions on sensory qualities of compound beverage

2.1.5 柠檬酸添加量的确定

由图5 可知，随柠檬酸添加量的增加，海棠灵芝桂花复合饮料的感官评分先上升后下降，当柠檬酸添加量为0.2 g/L 时，刚好能够覆盖海棠果等原料本身带有的酸涩异味，若继续增加柠檬酸添加量，则饮料会变得酸涩，口感下降。

图5 柠檬酸添加量对复合饮料感官品质的影响Fig.5 Effects of citric acid additions on sensory qualities of compound beverage

2.2 海棠灵芝桂花复合饮料配方优化正交试验结果

通过表4 正交试验结果和表5 方差分析表明，几种因素中海棠果汁和桂花汁对复合饮料感官评分的影响具有显著性（P＜0.05），且海棠果汁的影响程度大于桂花汁。各因素对复合饮料感官评分影响的主次顺序为：A＞E＞C＞B=D，海棠果汁的影响最大，蔗糖和灵芝汁的影响最小；复合饮料最优配方为：A3B2C4D4E2，即海棠果汁50%，灵芝汁6%，桂花汁12%，蔗糖添加量100 g/L，柠檬酸添加量0.2 g/L。

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

表5 正交试验方差分析Table 5 Variance analysis of orthogonal test

由于得到的最佳组合不在试验设计中，需对其进行验证试验，按照A3B2C4D4E2制备的复合饮料感官评分为94 分，高于试验中已有最佳组合A3B1C3D4E2的感官评分。因此复合饮料的最佳配方为：A3B2C4D4E2，按照此方法配制的饮料呈橙黄色，色泽纯正，透光性好，口感层次分明，酸甜适中。

2.3 复合饮料稳定剂单因素试验结果

2.3.1 黄原胶添加量对复合饮料稳定性的影响

由于黄原胶无毒无害易溶于水，溶液呈中性、耐性强，遇水分散，变成稳定的亲水性黏性胶体，所以可用黄原胶作为增加饮料稳定性的添加剂，但黄原胶过量会使液体黏性过大。由图6 可知，随着黄原胶添加量的增加，复合饮料的稳定性（R 值）呈先上升后下降的趋势，当黄原胶添加量在0.2~0.4 g/L 时，复合饮料的稳定性较好；低于0.2 g/L 时，离心后离心管中可见沉淀较多；高于0.4 g/L 时，饮料的黏稠度增高，使得口感下降。

图6 黄原胶添加量对复合饮料稳定性的影响Fig.6 Effects of xanthan gum additions on the stability of compound beverage

2.3.2 CMC-Na 添加量对复合饮料稳定性的影响

由图7 可知，随着CMC-Na 添加量的增加，复合饮料的稳定性（R 值）呈先上升后下降的趋势，当CMC-Na添加量为0.2~0.6 g/L 时，稳定性较好，复合饮料稳定无分层，无沉淀。高于0.6 g/L 时，饮料开始变得黏稠，影响饮料流动性，口感下降。

图7 CMC-Na 添加量对复合饮料稳定性的影响Fig.7 Effects of CMC-Na additions on the stability of compound beverage

2.3.3 β-环状糊精添加量对复合饮料稳定性的影响

由图8 可见，随着β-环状糊精添加量的增加，复合饮料的稳定性（R 值）呈先上升后下降的趋势，添加量在0.4~0.8 g/L 时稳定性较好；高于0.8 g/L 时，饮料过于黏稠导致其流动性不佳，使得口感下降；添加量低于0.4 g/L 时，离心后离心管中可见沉淀较多。

图8 β-环状糊精添加量对复合饮料产品稳定性的影响Fig.8 Effects of β-cyclodextrin additions on the stability of compound beverage products

2.4 复合饮料稳定剂配方优化响应面试验结果

通过复合饮料稳定剂单因素试验结果可知，黄原胶、CMC-Na、β-环状糊精添加量分别在0.2~0.4 g/L、0.2~0.6 g/L、0.4~0.8 g/L 时稳定性较佳。为优化单因素试验结果并得到最佳稳定剂配方，利用Design-Expert 8.0.6.1 软件对稳定剂的添加量进行优化，响应面试验设计及结果见表8，方差分析见表9。

通过利用Box-Behnken 响应面对表8 中的数据进行多元回归拟合[11]，得到二次多项回归方程为：Y=91.20 +2.37X1+2.00X2+2.38X3-0.75X1X2+1.00X1X3-0.25X2X3-11.6X12-9.35X22-6.60X32。

表8 响应面试验设计与结果Table 8 Response surface experimental design and results

由表9 可知：模型极显著（P＜0.01），失拟项P=0.682 8，说明相对于纯误差失拟项是不显著的（P＞0.05）；模型的决定系数R2= 0.973 3，说明模型97.33%的数据可以通过这个方程来解释；并且模型的变异系数CV 并不高，只有2.96%，说明试验所得到的结果有很高的精密度和可靠性。通过上述结果可知，模型完全符合数理统计原则，优化海棠灵芝桂花复合饮料稳定剂配方可以根据此方程来达到预测效果。各因素中，二次项X12、X22、X32的影响极显著（P＜0.01），X1、X2、X3的影响显著（P＜0.05），其余各项的影响均不显著，黄原胶与β-环状糊精添加量对海棠灵芝桂花复合饮料感官评分的影响最大，其次是CMC-Na。

表9 海棠果灵芝桂花复合饮料回归模型方差分析结果Table 9 Variance analysis results of regression model of begonia,Ganoderma lucidum and Osmanthus fragrans compound beverage

利用Desing-Expert 8.0.6 的Box-Behnken 响应面分析法分析数据得出的响应面分析曲面图和等高线图，如图9~11 所示。

通过图9~11 可以观察到响应面和等高线图都存在顶点，所选范围存在极值，等高线形状为椭圆形[12]。通过单因素试验结果得出的各因素可选范围内，以感官评分为响应值，根据模型回归分析可得出的稳定剂最佳配方为：黄原胶添加量0.3 g/L，CMC-Na添加量0.4 g/L，β-环状糊精添加量0.6 g/L，复合饮料的理论感官评分为91.65 分。为验证预测值与真实值之间的拟合程度，采用感官评分最大响应值对应的响应因素值进行验证试验[13-15]。经过3 组平行试验，感官评分均值为92.1 分，和试验所预测的结果91.65分相近，表明该模型是可靠有效的。

图9 黄原胶和CMC-Na 添加量的交互作用对复合饮料感官评分影响的响应面图和等高线图Fig.9 Response surface map and contour map showing the interaction effects between xanthan gum and CMC-Na additions on sensory scores of compound beverage

图10 黄原胶和β-环状糊精添加量的交互作用对复合饮料感官评分影响的响应面图和等高线图Fig.10 Response surface map and contour map showing the interaction effects between xanthan gum and β-cyclodextrin additions on sensory scores of compound beverage

图11 CMC-Na 和β-环状糊精添加量的交互作用对复合饮料感官评分影响的响应面图和等高线图Fig.11 Response surface map and contour map showing the interaction effects between CMC-Na and β-cyclodextrin additions on sensory scores of compound beverage

2.5 理化指标

按照上述最优配方制备的复合饮料产品，色泽呈橙黄色，具有浓郁的海棠果灵芝桂花的滋味，酸甜适中，无悬浮物，无明显沉淀，pH 值为3.7，可溶性固形物含量≥12%。

2.6 微生物指标

海棠灵芝桂花复合饮料的菌落总数＜100 CFU/g；大肠菌群＜6 MPN/100 g；致病菌未检出。

3 结论

在单因素试验的基础上，通过正交试验优化海棠灵芝桂花复合饮料的最佳配方为：海棠果汁添加量50%，灵芝汁添加量6%，桂花汁添加量12%，蔗糖添加量100 g/L，柠檬酸添加量0.2 g/L；通过响应面试验优化复合稳定剂的最优配方为：黄原胶添加量0.3 g/L，CMC-Na 添加量0.4 g/L，β-环状糊精添加量0.6 g/L；按照上述配方制备的复合饮料感官评分为92.1 分，饮料色泽呈橙黄色，酸甜柔和，具有海棠果、灵芝、桂花的香气和营养。