杨桃雪莲果复合饮料工艺优化及其稳定性研究

◎ 林志荣，刘 兰

（1.中华全国供销合作总社管理干部学院，北京 100032；2.广东石油化工学院，广东 茂名 525000）

杨桃又称“星果”，果实鲜嫩多汁，营养丰富。杨桃中含有大量柠檬酸、草酸和苹果酸，能提高胃液的酸度，促进食物的消化。杨桃中维生素B和维生素C 含量也很高，可以消除咽喉炎症、口腔溃疡，具有清热利咽的功效。经常食用杨桃可以降低血脂，预防心脑血管疾病。杨桃多糖具有生物活性，参与细胞间识别、人体免疫功能调节反馈、细胞间物质交换运输及癌症诊断与治疗。此外，杨桃还具有生津止渴、减少人体对脂肪吸收、疏通血管、预防心血管疾病和拔毒生肌等功效[1-2]。雪莲果中低聚糖约占果实干物质的45%～65%，有“水果中低聚果糖之王”的称号。研究发现，人体每天只需服用3～6 g低聚果糖，3周后体内的有毒致癌化合物能降低40%。雪莲果中的绿原酸是一种高效抗氧化剂，不仅能清除人体有害的自由基，还能抑制体内低密度脂蛋白氧化、延缓肿瘤突变和保护肝脏[3-5]。

复合饮料由于营养全面、风味独特越来越受消费者的喜爱。本文以杨桃和雪莲果为原料，研究杨桃雪莲果复合饮料的最优生产工艺；针对杨桃雪莲果饮料易褐变和稳定性差等问题，对雪莲果护色工艺进行了优化；通过离心沉淀率和流变特性检测，考察了复配增稠剂对杨桃雪莲果饮料稳定性的影响，以期为复合饮料的生产和加工提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 材料和试剂

新鲜的杨桃、雪莲果、一级白砂糖：市售；食用抗坏血酸、柠檬酸、氯化钙、亚硫酸钠：食品级，天津博迪化工股份有限公司；羧甲基纤维素钠、果胶、黄原胶：食品级，重庆力宏精细化工有限公司。

1.2 仪器与设备

HH-6型数显恒温水浴锅：江苏科析仪器有限公司；JYL-CO12型九阳多功能榨汁机：九阳股份有限公司；Atago RX-5000α型数字型台式全自动折光仪：上海沪粤明科学仪器有限公司；KDC-1044型离心机：科大创新股份有限公司；BXM-30R型立式压力蒸汽灭菌器：上海博讯实业有限公司；GYB60-6S型高压均质机：上海东华高压均质机厂；SP-2102 UV型紫外可见分光光度计：上海光谱仪器有限公司；AR1000型流变仪：英国TA公司。

1.3 试验方法

1.3.1 杨桃雪莲果饮料制备工艺流程

①新鲜八成熟杨桃→清洗沥干→去皮去籽切片→护色打浆（加入护色液、0.02%维生素C和0.1% CaCl2一 同打浆[6-8]）→过滤→杨桃汁[9]。②雪莲果→清洗→去皮切片→热烫灭酶（沸水，3 min）→浸泡护色（护色液，30 min）→破碎打浆→过滤→雪莲果汁[10-11]。③混合调配（按比例和顺序依次加入主料、增稠剂、酸味剂和甜味剂）→均质（40～50 ℃，15～20 MPa，10 min， 二次均质）→杀菌（95～100 ℃，10 min）→饮料成品[12]。

1.3.2 雪莲果护色工艺优化

以亚硫酸钠、柠檬酸和抗坏血酸为护色剂，复配出不同浓度的护色液。将雪莲果片放入护色液中浸泡30 min后取出榨汁。采用分光光度法，取雪莲果汁样品5 mL，加入95%的乙醇溶液10 mL，4 000 r·min-1离心10 min，取上清液，放置24 h后测420 nm处吸光度，以吸光度值大小来衡量样品褐变程度，确定最佳护色剂浓度[13-15]。

1.3.3 饮料配方优化

（1）单因素试验。根据前期预试验，设定杨桃汁和雪莲果汁体积比分别1∶3、1∶4、1∶5、1∶6和1∶7，混合汁的添加量分别为10%、20%、30%、40%和50%，白砂糖添加量分别为3%、4%、5%、6%和7%，柠檬酸添加量分别为0.01%、0.02%、0.03%、0.04%和0.05%，以复合饮料的感官评分为考察指标，进行单因素试验。

（2）正交试验设计。在单因素试验的基础上，确定影响杨桃雪莲果复合饮料品质的主要因素为杨桃汁和雪莲果汁的体积比（A）、混合汁添加量（B）、白砂糖添加量（C）和柠檬酸添加量（D），采用L9(34)进行正交试验，通过感官评分选出最佳配方。试验设计的因素和水平见表1。

表1 复合饮料配方正交试验因素水平表

1.3.4 复配增稠剂优化

杨桃雪莲果复合饮料生产过程产品容易出现浑浊或沉淀分层，单一增稠剂的稳定效果较差，复合增稠剂各成分之间有相互增效的协同作用。因此，本试验选择黄原胶、果胶和羧甲基纤维素钠（CMC-Na）组成复合增稠剂来改善饮料的稳定性[16-18]。以离心沉淀率为评定指标，采用L9(34)正交设计进行试验，确定最佳复合增稠剂组成。正交试验因素水平如表2所示。

表2 增稠剂组成正交试验因素水平表

1.3.5 饮料离心沉淀率的测定

在15 mL 离心管中加入复合饮料10 mL，然后在4 200 r·min-1下离心10 min，弃去上清液，准确称取沉淀物重量，计算离心沉淀率[19-20]。离心沉淀率=[沉淀质量（g）/样品质量（g）]×100%，离心沉淀率越小，说明饮料的稳定性越好，即复配增稠剂的效果越好。

1.3.6 流变特性研究

挑选复配增稠剂优化试验组中离心沉淀率较低的几个样品进行流变性质检测。平板间距1 mm，剪切速率0～200 s-1，测定25 ℃下饮料的表观黏度与剪切应力随剪切速率的变化曲线，采用以下Power-Law方程对剪切应力随剪切速率变化的流变曲线进行模型拟合[21-23]：

式中：τ为剪切应力，Pa；K为稠度系数，Pa·sn；γ为剪切速率，s-1；n为流动特征指数。

1.3.7 饮料感官评价

挑选10名感官评定人员，对饮料的香气、色泽、口感滋味和组织状态4个方面进行评定，满分为100分，结果取平均值，感官评分标准如表3所示。

表3 感官评价标准表

1.3.8 理化及微生物指标检测

可溶性固形物含量按照《饮料通用分析方法》 （GB/T 12143—2008）[24]折光计法进行测定；pH酸度计测定饮料的酸度；分光光度法测定总酚酸含量。

检测菌落总数参照《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》（GB 4789.2—2016）法；大肠杆菌总数检测参照《食品安全国家标准 食品微生物学检验 大肠菌群计数》（GB 4789.3—2016）。

1.3.9 数据处理

数据采用Origin 8.1软件进行统计分析，计算标准误差并制图，试验数据以3次重复的“均值±标准差”表示。通过正交助手ⅡV 3.1软件对饮料配方进行优化。

2 结果与分析

2.1 雪莲果汁护色工艺优化

雪莲果多汁可口、风味独特、营养价值高，是加工饮品的优良原料，但其加工后极易褐变。化学抑制剂对多酚氧化酶的活性有一定的影响，本试验选取亚硫酸钠（0.1%、0.2%、0.3%）、柠檬酸（0.1%、0.2%、0.3%）和抗坏血酸（0.2%、0.3%、0.4%）3种护色剂进行复配，研究不同浓度护色剂对雪莲果护色的影响，试验结果见表4。

表4 雪莲果汁护色工艺优化表

从表4可以看出，6号和9号样品都有较低的吸光值，能有效抑制雪莲果汁的褐变，果汁从鲜榨到放置24 h后，颜色均能保持淡黄色，证明其稳定性良好。其原因主要是亚硫酸钠抑制了酶促褐变；抗坏血酸和柠檬酸降低了酶促反应体系的pH以及底物的竞争作用，发挥出很好的抑制酶促褐变的效果，将酚类物质氧化所生成的醌还原，从而阻止褐变物质的进一步形成。9号样品的护色液亚硫酸钠和抗坏血酸浓度较高，价格也较高，为节约成本，最终选择6号样品的护色液，即亚硫酸钠0.2%、柠檬酸0.3%、抗坏血酸0.2%。

2.2 杨桃雪莲果复合饮料配方确定

2.2.1 杨桃汁和雪莲果汁体积比

杨桃汁和雪莲果汁体积比不同对产品的色泽、风味和组织状态等都具有一定的影响，从图1可以看出，感官评分随雪莲果汁体积比增加呈先增大后降低的趋势，杨桃汁和雪莲果汁体积比在1∶5时，复合饮料的感官评分最高，此时杨桃和雪莲果风味良好，滋味较为协调。但当雪莲果汁所占比例过大时，饮料中雪莲果风味太过浓郁，有土腥气，杨桃的清香被覆盖，复合饮料独特的风味不突出，导致感官评分较低。故最佳杨桃汁和雪莲果汁体积比为1∶5。

图1 杨桃汁和雪莲汁体积比对产品感官品质的影响图

2.2.2 混合汁添加量

从图2可以看出，感官评分随着混合汁添加量增加呈先增大后降低的趋势，当混合汁添加量达到30%时，饮料颜色清亮，果香浓郁，酸甜爽口，感官评分最高。当混合汁添加量较低时，果汁浓度过稀，饮料滋味寡淡，导致感官评分低。当混合汁添加量过大时，果汁浓度过大，颜色浑浊，口感稍黏腻不清爽，生产成本也加大，造成资源浪费。因此，最佳混合汁添加量为30%。

图2 混合汁添加量对产品感官品质的影响图

2.2.3 白砂糖添加量

从图3可以看出，感官评分随白砂糖添加量增加呈先增大后降低的趋势。白砂糖添加量为5%时，复合饮料的感官评分最高。这是由于白砂糖添加量过低时，饮料的甜味不明显，滋味单薄不饱满。随着白砂糖的加入量越来越多，饮料由淡转甜。当白砂糖添加量达到5%时，饮料酸甜适口，更突出了饮料的果香味，感官评分最高。继续添加蔗糖，饮料口感过于甜腻。因此，白砂糖添加量为5%最合适。

图3 白砂糖添加量对产品感官品质的影响图

2.2.4 柠檬酸添加量

从图4可以看出，感官评分随着柠檬酸添加量增加呈先增大后降低的趋势，且柠檬酸添加量为0.03%时，复合饮料的感官评分最高，此时饮料甜酸比最佳，酸甜爽口。当柠檬酸添加量过低时，饮料的酸味不明显，果香味也不突出。继续添加柠檬酸到过量时，饮料太酸，直接影响口感。因此，柠檬酸的最佳加入量为0.03%。

图4 柠檬酸添加量对产品感官品质的影响图

2.2.5 饮料配方正交试验

采用极差法，对各因素均值及极差大小进行分析。由表5可知，影响感官评价因素大小顺序为：A杨桃汁和雪莲果汁体积比＞B混合汁添加量＞C白砂糖添加量＞D柠檬酸添加量，即最优组合是A2B2C1D3，杨桃汁与雪莲果汁体积比为1∶5，混合汁添加量为30%，白砂糖添加量为4%，柠檬酸添加量为0.04%。采用此配方进行验证性试验，制备得的复合饮料感官评分为89分，表明其为最佳组合。

表5 复合饮料配方优化正交试验结果表

2.3 复配增稠剂优化

选取CMC-Na、果胶和黄原胶3种胶体作复配增稠剂，通过L9(34)正交试验，以离心沉淀率为评定指标，确定最优复配增稠剂配方。正交优化试验结果与分析见表6。

以离心沉淀率作为饮料稳定效果的评定指标，沉淀率与饮料体系的稳定性成反比，饮料的离心沉淀率越小，饮料的稳定性越好。由表6分析可知，各因素对杨桃雪莲果饮料稳定性影响的主次顺序为：ECMC-Na＞F果胶＞G黄原胶，最优组合是E2F1G1， 即当复合稳定剂配方是CMC-Na 0.15%，果胶0.05%，黄原胶0.01%时，饮料沉淀率最低，稳定性最好。对此配方进行验证性试验和感官评价，得到饮料离心沉淀率为3.9%，感官评价分值为91。

2.4 饮料体系流变特性研究

挑选复配增稠剂优化试验组中离心沉淀率较低的样品1、4、5、6和最佳样（即添加最佳增稠剂E2F1G1的样品）进行流变性质检测。由图5（a）可知，5组复配增稠剂体系表观黏度随剪切速率的增加而降低，呈现剪切稀化现象，此类流体在受到咀嚼剪切作用时，黏度降低，在咽下的过程中不会产生黏腻感，且有滑爽的感觉。样品的黏稠度随着剪切速率增加而降低，可能是由于在高剪切速率下饮料分子内、分子间的相互作用力被破坏[25]。当剪切速率较小时，其结构破坏较小，流体表现出的黏度较大，而随着剪切速率的增大，大分子结构被破坏的程度逐渐增大，导致黏度降低。在同等剪切力下，5组增稠剂体系的黏度与离心沉淀率成反比，黏稠度越大，离心沉淀率越低。由 图5（b）可知，剪切应力随剪切速率的增加而增大，但增幅逐渐减小，通过Power-Law方程对复合饮料流变特性曲线进行拟合，拟合参数及结果见表7。

由表7可知，方程的相关系数R2＞0.98，曲线与拟合方程的相关性较高。5组复配增稠剂体系的流动指数0＜n＜1，曲线上凸，25 ℃下均为非牛顿假塑性流体，但彼此之间又存在差异，n值偏离1越远，表明体系的假塑性特征越明显，剪切稀化程度越大。 5组复配增稠剂体系剪切稀化程度为：最佳样品＞样品4＞样品6＞样品5＞样品1。在食品加工中，剪切稀化现象有利于流体食品的输送，从而降低机器运作过程中机械能的损失，降低能耗。流体稠度K值越大，黏稠度就越大，5组复配增稠剂体系黏度值大小为： 最佳样品＞样品4＞样品6＞样品5＞样品1。黏稠性较大的饮料体系，流动性和触变面积较小，有助于提高体系的假塑性和剪切稳定性，形成相对稳定的结构。最佳复配增稠剂体系K值最大，n值最小，表明该饮料体系具有较大的稠度和抗剪切性，结构最为稳定，生产耗能也最低。

图5 25 ℃杨桃雪莲果饮料的剪切速率与黏度、剪切力的流变曲线图

表7 饮料流体类型Power-Law方程拟合参数表

2.5 产品质量指标

感官指标：杨桃雪莲果复合饮料呈浅黄色、色泽纯正透亮，滋味协调柔和，酸甜适口，具有杨桃和雪莲果独特的风味，无土腥气。汁液混浊度均匀一致，无沉淀分层现象，静置后允许有少许沉淀，无肉眼可见的外来杂质。

理化指标：产品可溶性固形物含量9.30%，pH值4.15，总酚酸含量6.43 mg/100 mL。

微生物指标：细菌总数≤100 CFU·mL-1；大肠杆菌≤MPN/100 mL，无致病菌。

3 结论

通过试验可知，雪莲果最佳护色条件为亚硫酸钠0.2%、柠檬酸0.3%、抗坏血酸0.2%；复合饮料的最佳配方为杨桃汁与雪莲果汁体积比1∶5、混合汁添加量30%、白砂糖添加量4%、柠檬酸添加量0.04%。复配增稠剂的最佳组合为CMC-Na 0.15%、果胶0.05%、黄原胶0.01%，饮料具有假塑性流体特征，表现为剪切稀化现象。在本试验中并未对增稠剂的作用机理进行更深入的研究，今后可深入研究不同增稠剂对杨桃雪莲果饮料混合体系的影响，为增稠剂在果蔬饮料中的应用提供更深层次的理论依据。