真空冷冻干燥法加工草莓粉固体饮料的研究

2013-10-10侯玉茹李文生杨军军冯晓元王宝刚张运涛

食品工业科技 2013年14期

侯玉茹，李文生，杨军军，冯晓元，王宝刚，*，张运涛

（1.北京市农林科学院林业果树研究所，北京100093；2.北京农产品质量检测与农田环境监测技术研究中心，北京100097）

草莓（Fragaria ananassa Duck）属蔷薇科（Rosaceae）草莓属（Fragaria）多年生草本植物[1]，不仅色泽鲜艳，果肉多汁，酸甜可口，香气浓郁，而且还是人体必需的维生素C、氨基酸和微量元素的重要来源，具有很高的营养价值、药用和医疗保健价值，因此有“水果皇后”之美誉[2]。但由于草莓收获期短，产量集中，并且汁多皮薄，贮藏保质期极短，在常温仅可保存1～2d，即使低温下大多也不超过14d[3]，这在一定程度上影响了其发展。因此，草莓加工产品逐渐成为专家学者研究的热点之一。目前，草莓的加工产品很多，常见的有草莓酱、草莓汁、草莓酒、草莓罐头、草莓蛋糕等，也有利用冷冻干燥技术加工草莓丁[4]、草莓脆片、整粒草莓[5-6]和草莓粉[7]，而将草莓加工成固体饮料的研究报道较少。另外，真空冷冻干燥技术是将食品在低温下干燥，可以最大限度地保留食品原有的营养成分和风味，提高产品附加值[8]。本研究以新鲜草莓为原料，利用真空冷冻干燥技术，加工草莓粉固体饮料，为草莓产品的开发提供了参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

供试草莓品种为“章姬” 采自北京市农林科学院林业果树研究所草莓栽培基地；单甘酯广州品秀精细化工有限公司；蔗糖酯杭州金鹤来食品添加剂有限公司；卡拉胶滕州通达海藻工程技术有限责任公司；黄原胶山东阜丰发酵有限公司；β-环状糊精孟州市华兴生物化工有限责任公司；柠檬酸潍坊英轩实业有限公司；乙二胺四乙酸二钠（EDTA-Na2）沙头市金砂化工厂有限公司。

SQ2119B型多功能食品加工机慈溪市西贝乐电器有限公司；FE20型pH计梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；LGJ-100F型真空冷冻干燥机北京松源华兴科技发展有限公司；高速万能粉碎机天津市泰斯特仪器有限公司；DK-S24型电热恒温水浴锅上海精宏实验设备有限公司；TU-1810型紫外-可见分光光度计北京普析通用仪器有限责任公司；CR-400型色差计日本Minolta公司。

1.2 工艺流程

1.3 复合稳定剂配方研究

根据单因素实验对稳定剂种类和用量范围进行筛选，确定采用单甘酯、蔗糖酯、卡拉胶和黄原胶进行复配，对这4个因素分别设定3个不同水平（见表1），以冲调后产品的稳定性和红色素色价值为指标，进行正交实验，实验重复三次。

表1 复合稳定剂配方正交实验因子水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment for compound stabilizer formula

1.4 草莓粉的溶解性研究

通过添加β-环状糊精来改善草莓粉的溶解性。在匀浆时分别加入0.5%、1%、2%、4% β-环状糊精，分析冲调时产品的润湿下沉性和速溶性，从而筛选β-环状糊精最佳用量，实验重复三次。

1.5 草莓粉的护色工艺研究

以草莓浆pH和EDTA-Na2添加量为因素，作3×4两因素交叉实验，草莓浆pH水平为：2.5、3.0、3.5，EDTA-Na2添加量水平为：0.02%、0.04%、0.06%、0.08%，以色差指标a*和红色素色价值为指标，实验重复三次。

1.6 指标及测定方法

1.6.1 色差指标a* 采用色差计测定。

1.6.2 草莓红色素采用色价法测定[9]。

1.6.3 润湿下沉性取一个250mL烧杯，加入100mL 70℃水，然后称取2g草莓粉均匀平铺于水面上，在静置的条件下，记录从样品加入至样品完全沉降所需要的时间（s）[10]。

1.6.4 速溶性准确称取5g草莓粉，用100mL 70℃水冲调，搅动后观察冲调情况，记录产品完全溶解的时间（min）[10]。

1.6.5 稳定性取5g草莓粉，加入100mL 70℃水进行冲调，冲调后的产品于4℃冰箱中放置5d测定析出水层高度（Lw）和样品总高度（Ls）。

稳定性（%）=（Ls-Lw）/Ls×100。

1.7 数据分析方法

采用Excel 2007和SPSS 17.0统计学软件对实验数据进行分析。

2 结果与讨论

2.1 复合稳定剂配方确定

果肉饮料最易出现的质量问题是悬浮果肉的沉淀而引起的固液相分层现象。适当提高饮料粘度可以防止因重力而沉降的过程，添加稳定剂或乳化剂可以增强原果中果胶质与果汁之间的亲和力，增加产品的粘稠度，从而防止产品浆液的分层和沉淀[11]。一些研究显示，只选用单一的稳定剂或乳化剂并不能对产品的稳定性起到良好的作用，一般在使用稳定剂时，为了能达到理想的稳定性和流动性，可以采用复合稳定剂来发挥其协同效应[12]。

根据1.3实验方法进行正交实验，结果见表2。从稳定性指标来分析，影响产品稳定性的主次因素依次为D＞B＞A＞C。其中，黄原胶添加量对产品稳定性的影响最大，且添加0.10%和0.15%黄原胶对维持产品稳定性都能起到较好的作用；蔗糖酯添加量次之，且添加0.10%和0.15%蔗糖酯对维持产品稳定性都能起到较好的作用；添加0.10%单甘酯较好；卡拉胶添加量对产品稳定性的影响较小，因此只考虑其对红色素的影响。

由于添加稳定剂后对草莓粉的红色素有一定的影响，因此，还要对红色素色价值进行分析讨论。从红色素指标来分析，红色素色价值越高，产品色泽越好，影响产品红色素的主次因素依次为B＞D＞C＞A。其中，蔗糖酯添加量对产品红色素的影响最大，且添加0.15%蔗糖酯较好；黄原胶添加量次之，且添加0.05%和0.10%黄原胶对维持产品的红色素都起到了较好的作用；添加0.05%卡拉胶较好，单甘酯添加量对产品红色素的影响较小，因此只考虑其对稳定性的影响。

虽然从稳定性和红色素两个指标分别得出的最佳配方有所不同，但是综合考虑不同因素以及同一因素不同水平对指标的影响程度，得出最佳配方为A2B3C1D2。按实验的最佳配方进行验证实验，得到结果：稳定性为100.00%，红色素色价值为41.97，与正交实验结果一致。因此，添加0.10%单甘酯，0.15%蔗糖酯，0.05%卡拉胶和0.10%黄原胶可以使冲调后的产品保持较高的稳定性和红色素色价值。

2.2 β-环状糊精添加量确定

表2 复合稳定剂配方的正交实验结果Table 2 Results of orthogonal experiment for compound stabilizer formula

添加复合稳定剂后，草莓粉的溶解性会降低。β-环状糊精可以改善草莓粉的溶解性，并且β-环状糊精添加量越大，溶解性越好，但是对产品色泽的影响也越大。从图1中可以看出，添加2%和4%β-环状糊精的草莓粉的湿润下沉性和速溶性都较好，并且差异不显著（p＞0.05）。因此，从节约原料角度考虑确定β-环状糊精添加量为2%。

2.3 草莓粉护色工艺条件的确定

2.3.1 护色工艺对色差指标a*的影响护色工艺对色差指标a*的影响结果见表3。利用SPSS统计学软件对表3的数据进行方差分析，分析结果见表4。根据表4结果可知，草莓浆pH和EDTA-Na2添加量两因素对保持色差指标a*均有极显著影响，其中草莓浆pH是影响色差指标的重要因素，与之相比，EDTA-Na2添加量为次要因素。由于A×B的交互作用对保持色差指标a*也具有极显著影响，因此对各水平组合的平均值进行多重比较，结果见表3。从草莓浆pH来分析，虽然草莓浆pH=2.5时，色差指标a*值都较高，但是从产品色泽上看，pH=2.5时草莓粉呈桔红色，与理想产品的颜色不符。而pH=3.0 a*值相对较高，且与视觉理想颜色一致，因此选择pH=3.0。

pH=3.0时，添加0.06%和0.08%EDTA-Na2都可以维持相对较高的色差指标a*值，且两者差异不显著（p＞0.05），固选择较小的添加量0.06%。因此，从护色工艺对色差指标a*的影响上来分析，得到最佳组合为pH=3.0，0.06%EDTA-Na2。

2.3.2 护色工艺对草莓红色素的影响在加工过程中，草莓中红色素的损失较为严重。草莓果实中的红色素属于花色苷一类，主要成分为天竺葵素-3-葡萄糖，此外还发现其他4种天竺葵素苷以及2种矢车菊色素苷的衍生物。花色苷的化学性质十分不稳定。徐雅琴[13]和郭大勇等[14]的研究结果显示，pH对草莓红色素的影响明显，在酸性条件下该色素稳定，并随着酸性增强，颜色有浅红色向深桔红色变化，在碱性条件下呈蓝色，在中性条件下呈紫罗兰色，因此，可以利用柠檬酸调节草莓浆的pH，达到改善产品色泽的目的。另外，有些金属离子对草莓红色素有明显的不良影响，如Fe3+，可以利用EDTA-Na2的螯合作用改善产品的色泽。

表3 护色工艺对色差指标a*的影响Table 3 Effect of color-preservation technology on a*value

表4 方差分析表Table 4 The analysis of variance procedure

护色工艺对草莓红色素色价值的影响结果见表5。利用SPSS统计学软件对表5的数据进行方差分析，分析结果见表6。由表6可知，草莓浆pH和EDTANa2添加量两个因素对保持红色素有极显著影响。其中草莓浆pH是影响色差指标的重要因素，EDTA-Na2与之相比为次要因素。由于A×B的交互作用对保持红色素色价值也具有极显著影响，因此对各水平组合的平均值进行多重比较，结果见表5。草莓浆pH=3.0时可以维持相对较高的红色素色价值，因此选择pH=3.0，此时添加0.06%和0.08%EDTA-Na2都可以维持较高的红色素色价值，且两者差异不显著（p＞0.05），故选择较小添加量0.06%。因此，从护色工艺对草莓红色素的影响上来分析，得到最佳组合为草莓浆pH=3.0，添加0.06%EDTA-Na2。