黑莓果汁饮料生产流程中关键点的控制

曾荣妹，罗旭雁，韩 琳，谌永前，吴广黔

(1.贵州省轻工业科学研究所，贵州贵阳550007;2.贵州省果蔬精深加工工程研究中心，贵州贵阳550025)

黑莓(Blackberry)属蔷薇科悬钩子属植物，浆果柔嫩多汁，含有20 种氨基酸和多种维生素，尤其含有较高的超氧化物歧化酶(SOD，含量1579～2151μg/g)和硒(具有防癌作用，含量2.71μg/g)，在各类水果中罕见［1］。黑莓中还含有大量的花色苷类物质，为紫红色，是天然的食品着色剂。每100g 黑莓果实中的花色苷含量为67.4～230mg，主要属于矢车菊类花色苷，其中含量最多的矢车菊-3-O-葡萄糖苷的含量占到花色苷总量的80%以上［2］。因黑莓柔软多汁，成熟期在夏季，且采摘期又过于集中，鲜果的贮藏和运输都较困难，因此黑莓果实主要依靠加工。据调查，黑莓用于鲜食的不到10%，用于加工的在90%以上。研究开发黑莓果汁饮料不仅可提升黑莓的经济价值，而且可开发出一种既具有保健功能又具有经济价值的新型饮料。生产的黑莓瓶装饮料色泽紫红，但是在生产过程中由于黑莓花色苷性质的不稳定，会导致成品色泽的变化。本实验研究了黑莓汁花色苷的稳定性，并对生产中几个关键控制点的工艺参数进行了优化，旨在保证成品的质量稳定，完善黑莓饮料生产工艺，为黑莓饮料加工提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

黑莓 采自贵州北极熊生态农业有限公司黑莓示范园;白砂糖 市售;果葡糖浆、果胶、柠檬酸 食品级。

手持式糖度计 上海精密科学仪器有限公司;PHS-3C 型PH 计 上海嘉鹏科技有限公司;722 型分光光度计 上海第三分析仪器厂;恒温水浴锅 上海实验仪器厂;果汁生产线 上海本优机械有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 花色苷含量的测定 黑莓汁花色苷的测定采用pH 示差法进行［3-4］。测定方法如下:取2 个10mL容量瓶分别加入1mL 黑莓提取液，分别用pH1.0 缓冲液［KCl(0.2mol/L)∶HCl(0.2mol/L)=25∶67(体积比)］和pH4.5 缓冲液［NaAc(1mol/L)∶HCl(1mol/L)∶H2O =100∶60∶90(体积比)］定容，避光静置2h，分别检测波长为520nm 和700nm 处吸光值A。花色苷含量按下列公式计算(结果以矢车菊-3-O-葡萄糖苷计):

式中:A 为在pH1.0 条件下检测波长为520nm 处的吸光度(A520nm)与700nm 处的吸光度(A700nm)之差减去pH4.5 条件下检测波长520nm 处的吸光度(A520nm)与700nm 处的吸光度(A700nm)之差。MW 为矢车菊-3-O-葡萄糖苷的相对分子质量449.2;DF 为稀释倍数10;£ 为矢车菊-3-0-葡萄糖苷的摩尔消光系数26900;1 为比色皿的光程长度。

1.2.2 黑莓花色苷热降解实验

1.2.2.1 不同温度的热降解实验 取3 份等量的黑莓汁溶液，分别置于70、80、90℃恒温水浴锅中保温，每25min 取样一次，共取样6 次，取出的样品立即用自来水冷却至25℃后置于暗处待测。重复3 次测定花色苷，取平均值。

1.2.2.2 不同pH 的热降解实验 取4 份等量黑莓汁溶液，用10mol/L HCl 和10mol/L NaOH 溶液将pH分别调至2.0、3.0、4.0、5.0 后，用蒸馏水调为相同体积，置于100℃恒温水浴锅中保温10min，取样测定花色苷，取出的样品立即用自来水冷却至25℃后置于暗处待测，重复3 次，取平均值。另外取一份黑莓汁，用蒸馏水调为以上相同体积，不加热，测定花色苷含量，与以上样品作为对照样。

1.2.3 黑莓果汁饮料工艺流程

1.2.4 生产工艺流程操作要点简述

1.2.4.1 黑莓果汁过滤 用200 目滤袋过滤果汁。

1.2.4.2 灭酶 把过滤的果汁预杀菌(75 ～80℃，2min)，泵到定容缸［5］。

1.2.4.3 溶糖 用纯净水溶解白砂糖及果葡糖浆，加热至80～85℃过滤、冷却后倒入定容缸内。

1.2.4.4 食品添加剂(柠檬酸、果胶)溶解 用少量白砂糖与果胶混合均匀，倒入高速乳化缸(有半缸水)内充分剪切10min，过滤后泵至定容缸;用50～60℃的纯净水溶解柠檬酸，过滤后在定容缸顶部倒入。

1.2.5 黑莓果汁饮料工艺流程关键点的控制

1.2.5.1 感官评分规则 选取10 位品尝员对黑莓果汁饮料成品的口感、风味、色泽进行评价，口感4 分，风味3 分，色泽3 分，总分10 分，并按得分高低分为很喜欢(7.8 ～10.0 分)、较喜欢(6.0 ～7.8 分)、一般(5.0～6.0 分)、较差(4.0～5.0 分)、差(＜4.0 分)五个档次。

表1 感官评分规则Table 1 The rules of sensory evaluation

1.2.5.2 工艺流程关键点1(CCP1)-黑莓果汁饮料调配参数的优化 实验方法:在容器中加入白砂糖、果葡糖浆(5%)、果胶、柠檬酸，250kg 处理过的黑莓原汁，用纯净水定容至1000L，杀菌、灌装后观察成品的口感、色泽，稳定性。对果汁饮料进行感官评定，满分10 分。

采用三水平三因素的正交设计进行优化，设计的正交实验如表2。

表2 黑莓果汁调配参数优化的实验因素水平表Table 2 The experimental factor of the blending parameter optimization of blackberry juice

1.2.5.3 工艺流程关键点2(CCP2)-杀菌 黑莓花色苷是热敏性物质，对热不稳定，长时间高温加热会使花色苷发生降解，生成无色的查尔酮，继而发生分子之间的聚合，使黑莓产生沉淀［6］。实验方法:设置热力杀菌的杀菌参数为:80℃/20min，98℃/15s，108℃/15s，118℃/10s，观察成品在38℃下进行7d 保温实验后的感官品质，并进行感官评分。

1.2.5.4 工艺流程关键点3(CCP3)-灌装 黑莓果汁饮料采用PET 高温瓶无菌灌装，灌装后不再进行热力杀菌，故对灌装温度有一定的要求，保证产品达到商业无菌，在保质期内不发生变质。

实验方法:设置灌装温度70、75、80、85、90℃，成品38℃保温实验7d 后，观察产品的口感、色泽、风味及有无腐败变质现象，并进行感官评分。

2 结果与讨论

2.1 加工工艺参数对黑莓花色苷的稳定性实验

一般来说，黑莓花色苷的稳定性都比较差，随着pH 的增大，黑莓汁的颜色由红色逐渐变为蓝色，在酸性条件下为稳定的红色;而温度也是影响花色苷降解的重要因素，加热通常导致花色苷降解或聚合从而褪色［7-9］。L-抗坏血酸及H2O2对花色苷起着褪色作用，在生产果汁的洗瓶及设备的消毒工序中要减少H2O2的残留量［10］。

2.1.1 pH 对黑莓果汁花色苷的影响 花色苷的特征性质即色调及稳定性受pH 变化的影响较大，从图1 可以看出，在相同的加热条件下，黑莓果汁花色苷的含量随着pH 的增大而减小，pH 为2、3 时花色苷较稳定，所以黑莓果汁产品的pH 应控制为2 ～3之间。

图1 不同pH 条件下黑莓汁花色苷含量的变化Fig.1 The change of anthocyanin content in blackberry juice under different pH conditions

2.1.2 加热对黑莓果汁花色苷的影响 花色苷是一种热敏性的物质，根据国内外对果蔬中花色苷热降解动力学的研究表明，其热降解动力学符合一级反应的动力学规律［11］。

根据Arrhenius 方程，C/C0=e-kt;ln(C/C0)=-kt

式中:C 为黑莓汁加热后花色苷的浓度，C0为黑莓汁加热前花色苷的初始浓度，k 为热降解反应速率常数，t 为反应时间。

由图2 可以发现，随着温度的升高，黑莓果汁中花色苷含量下降速率增大，黑莓花色苷随加热时间的延长，含量下降。在三个不同的温度下，黑莓果汁花色苷含量随保温时间的变化表现出较好的线性关系，表明黑莓果汁中花色苷的热降解动力学也遵循一级反应动力学的规律。

图2 黑莓果汁中花色苷的热降解曲线Fig.2 The thermal decomposition curves of anthocyanin in blackberry juice

2.2 黑莓果汁调配实验参数优化结果

黑莓果汁的呈色物质为花色苷色素，它也是黑莓的生物活性物质［12］，赋予黑莓特有的色泽，但其色调会随pH 变化，在强酸性环境中，花色苷主要呈稳定的红色。果胶及白砂糖、果葡糖浆对花色苷有一定的保护作用［13］。黑莓果价格较高，又有保健功能，制作的功能性饮料是针对中老年顾客群饮用，要求饮料的口感偏酸，但糖酸比协调，酸甜适口，入口清爽，成品的色泽应为紫红色，具有黑莓的特有风味。柠檬酸、果葡糖浆、白砂糖、果胶加入量对产品的口感及色泽、稳定性起决定性的作用。

黑莓果汁正交实验［14］方案及结果见表3。

表3 黑莓果汁正交实验方案及结果Table 3 The scheme and results of orthogonal experiment of blackberry juice

从表3、表4 可以看出，最优的调配方案为A1B2C2，即柠檬酸0.15%，果葡糖浆5%，白砂糖4%，果胶0.05%，影响实验结果的主次因素为柠檬酸＞白砂糖＞果胶，因素柠檬酸影响实验结果最显著。

表4 黑莓果汁方差实验表Table 4 The variance analysis of blackberry juice

2.3 杀菌工艺参数的制定

从表5 可以看出，综合考虑各种因素，采用118℃/10s UHT(超高温瞬间灭菌)的方法能很好的保存黑莓果汁的色、香、味，又能达到长期保存的目的。混浊果汁采用高温短时杀菌的生产工艺，是因为混浊果汁加热时间过长容易产生熟味，而且色泽和香味损失也比较大。

2.4 灌装温度工艺参数的制定

从表6 可以看出，灌装温度必须高于85℃，产品才可以长期保存。

表5 黑莓果汁杀菌工艺参数优化Table 5 The parameter optimization of sterilization technique of blackberry juice

表6 黑莓果汁灌装温度工艺参数优化Table 6 The parameter optimization of filling temperature technique of blackberry juice

3 结论

3.1 在黑莓果汁饮料生产中有三个CCP(关键控制点)，即黑莓果汁调配工艺参数、杀菌工艺参数、灌装温度。在这三个生产过程中黑莓花色苷的稳定性是必须优先考虑的因素，实验研究证实:随着加热温度的升高和时间的延长，黑莓果汁花色苷含量下降速率增大，其降解遵循一级化学反应动力学的规律;pH也是影响黑莓汁花色苷稳定性的重要因素，pH 通过影响花色苷分子结构的存在形式而使其色泽发生变化，同时引起有色化合物的降低［15］。研究表明pH2～3 时花色苷较稳定，所以黑莓果汁产品的pH 应控制在2～3之间。

3.2 通过感官品评、正交实验及方差分析，黑莓果汁调配参数优化结果显示，各因素影响实验结果的主次为柠檬酸＞白砂糖＞果胶，即柠檬酸对实验结果的影响最大。最优的调配方案为柠檬酸0.15%，果葡糖浆5%，白砂糖4%，果胶0.05%。

3.3 成品于38℃保温实验7d 后进行感官评分，再综合考虑各种因素，表明:采用118℃/10s UHT、灌装温度不低于85℃的生产工艺能很好的保存黑莓果汁的色、香、味，又能达到长期保存的目的。

［1］李维林，孙醉君，郑海燕.黑莓鲜果及其加工品的营养成分［J］.天然产物研究与开发，1997，10(1):55-59.

［2］张丽霞，周剑忠，顾振新，等.黑莓汁花色苷热降解动力学及降解机理［J］.江苏农业学报，2011，27(5):1111-1116.

［3］Jungmin L，Christopher R，Ronalde W.Correlation of two anthocyanin quantification methods:HPLC and spectrophoto-metric methods［J］.Food Chemistry，2008，110(3):782-786.

［4］Ronald EW，Robertw D，Jungminl.Tracking color and changes in anthocyanin products ［J］ .Trends in Food Science＆Technology，2005，16:423-428.

［5］邵长富.软饮料工艺学［M］.北京:中国轻工业出版社，1994.

［6］田金辉.黑莓果汁的研制［D］.无锡:江南大学，2006.

［7］焦中高，刘杰超，王思新.黑莓红色素抗氧化活性的研究［J］.食品科技，2003(8):83-85.

［8］卢钰，董现义，杜景平，等.花色苷研究进展［J］.山东农业大学学报，2004，35(2):315-320.

［9］辛修锋，余小林，胡卓炎.杨梅澄清汁及浓缩汁中花色苷热降解动力学的研究［J］.农业工程学报，2007，24(9):251-255.

［10］］王小敏，吴文龙，赵慧芳，等.黑莓原果汁中色素的光热稳定性与保护技术研究［J］.江苏农业科学，2008，5:223-227.

［11］励建荣，岑沛霖，Joyce DC.杨梅汁内花色苷热降解动力学研究［J］.科技通报，2002，18(1):1-5.

［12］钱骅，张卫明，赵伯涛.黑莓果蔬汁加工工艺研究［J］.食品科技，2006(9):186-189.

［13］王卫东，许时婴.黑莓清汁贮藏期间二次沉淀的研究［J］.食品工业科技，2010，31(4):162-165.

［14］章银良.食品与生物实验设计与数据分析［M］.北京:中国轻工业出版社，2010.

［15］马自超，庞业珍.天然色素化学及生产工艺学［M］.北京:中国林业出版社，1994.