叶黄素—蓝莓功能性饮料乳化性能和稳定性研究

金文，王振宇，程翠林，贠可力，田双起

（1.哈尔滨工业大学食品科学与工程学院，哈尔滨 150001；2.哈尔滨工业大学理学院，哈尔滨 150001；3.东北林业大学林学院，哈尔滨 150040；4.河南工业大学食品科学与技术学院，郑州 450001）

叶黄素—蓝莓功能性饮料乳化性能和稳定性研究

金文1,2，王振宇1,3*，程翠林1，贠可力1，田双起4

（1.哈尔滨工业大学食品科学与工程学院，哈尔滨 150001；2.哈尔滨工业大学理学院，哈尔滨 150001；3.东北林业大学林学院，哈尔滨 150040；4.河南工业大学食品科学与技术学院，郑州 450001）

为丰富蓝莓饮料的功能性，同时为叶黄素、蓝莓果资源的利用提供新途径，以叶黄素和蓝莓果果汁为主要原料，制成叶黄素—蓝莓果汁饮料。选择Span80和Tween80两种乳化剂，应用浊度法进行单因素试验确定最适HLB值。选择蔗糖脂肪酸单酯、双乙酰酒石酸单甘油酯、辛奎酸甘油酯、硬脂酰乳酸钠、三聚甘油单硬脂酸酯五种亲水型的食品乳化剂在最适HLB下两两复配，筛选出乳化性能最好的复合乳化剂。以乳化剂、黄原胶、瓜尔胶、海藻酸钠为变量，用Design-expert软件设计4因素3水平响应面优化试验探究乳化剂和稳定剂的用量对叶黄素—蓝莓功能性饮料稳定性的影响。结果表明：最适HLB值为10.90；42%双乙酰酒石酸单甘油酯+58%辛奎酸甘油酯作为复合乳化剂时乳化效果最好；乳化剂0.12%，黄原胶0.15%，瓜尔胶0.05%，海藻酸钠0.15%，此条件下叶黄素—蓝莓饮料的稳定性最好。

叶黄素;蓝莓饮料;乳化;稳定性

叶黄素是一种天然食用色素，可用作着色剂来调节食品和饮料色泽，含叶黄素食品进入人食物链后对人体有良好的营养、抗病和保健作用，因此叶黄素被认为是理想的“营养型”着色剂[1]。叶黄素是人类视网膜的主要类胡萝卜素[2-3]，占视网膜中总类胡萝卜素的54%[4]，可以降低心脑血管疾病[5]，几种类型的癌症，白内障[6]和与年龄有关的黄斑退化（AMD）[4]的风险。研究表明，叶黄素不能通过人工合成，必须从饮食中获得[7]。

蓝莓广泛分布于美国、日本以及欧洲诸国，在我国大小兴安岭及海南也有种植。蓝莓中含丰富的花色苷（825～4 200 mg·kg-1），具有良好的营养保健抗氧化作用，联合国粮农组织将其列为人类五大健康食品之一[8]。将叶黄素与蓝莓果汁结合，研制成叶黄素—蓝莓饮料，具有叶黄素和蓝莓的协同营养作用，丰富果汁饮料的花色品种，为叶黄素、蓝莓果的资源利用提供途径，具有很高的推广价值。

要使叶黄素均匀分散在果汁内并保持混合体系的稳定性，需采取适当乳化工艺，乳化不当将会导致叶黄素与果汁两相分离、叶黄素上浮，并引起叶黄素的氧化，严重影响叶黄素—蓝莓果汁的质地和市场价值。因此，本文旨在研究叶黄素—蓝莓果汁的乳化工艺和乳化稳定性，并合理选择乳化剂、增稠剂和乳化剂及其配比，为生产叶黄素—蓝莓果汁饮料提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 蓝莓汁的制备

鲜蓝莓汁的制备过程：选料—清洗—破碎—没处理—榨汁—粗滤—精滤。

1.1.1 原料选择

选用新鲜、充分成熟的大兴安岭地区蓝莓果实，剔除不成熟果、霉变果、腐烂果及其他杂物。

1.1.2 酶处理试验

采用果胶酶加入量0.2%、0.3%、0.4%，酶反应温度40、50、60℃，酶解时间3、4、5 h和误差四因素三水平正交试验，根据出汁率的多少确定酶处理的最佳条件。

1.1.3 榨汁过滤

用榨汁机榨汁，并用双层纱布过滤果渣（粗滤），真空抽滤（精滤）得到清汁。

1.2 供药试剂

90%叶黄素，由郑州茄诺生物科技有限公司生产；蔗糖脂肪酸单酯、双乙酰酒石酸单甘油酯、辛奎酸甘油酯、硬脂酰乳酸钠、三聚甘油单硬脂酸酯，由郑州大河食品科技有限公司生产；Span80、Tween80、黄原胶、瓜尔胶、海藻酸钠等，市售。

1.3 方法

1.3.1 混合乳化剂的HLB值计算

HLB（Hydrophilic-lipophilic balance）为乳化剂的亲水亲油平衡值，是测定体系乳化程度的重要指标。选取HLB值差为5以内的乳化剂进行复配，混合乳化剂的HLB值（HLBMIX）可由组成它的各种乳化剂的HLB值按重量平均加和得到[9]。

其中，WA%和WB%分别为A、B两种乳化剂的重量百分数，HLBA和HLBB分别为A、B两种乳化剂亲水亲油平衡值。

1.3.2 HLB值的确定

油溶性的叶黄素分散于蓝莓汁表面，为使均质过程中叶黄素被充分乳化，得到具有良好贮藏稳定性的叶黄素—蓝莓饮料，体系中应添加一定量乳化剂。本试验采用浊度法筛选乳化剂。浊度法测定原理是乳状液稳定性正比于总油水界面面积，界面积越大表明，体系的浊度越高，且浊度大小正比于乳状液在500 nm的吸光度。因此，可通过吸光度的测定反映乳化剂的乳化能力[10]。

将5 mg叶黄素加入到40%蓝莓果汁中，选择两种标准乳化剂Span80和Tween80，按最大吸光度条件下HLB值设计一系列不同配比混合乳化剂，再将各种HLB值的混合乳化剂分别加到上述叶黄素—蓝莓果汁两相体系中，用试验室小型高压均质机在20 MPa下均质乳化，3 000 r·min-1下离心15 min(瑞江RJ-TDL-40C台式离心机），取下层液体，用722型分光光度计于500 nm处测定吸光值。以横坐标表示HLB值，纵坐标表示吸光值（OD value）作图，求得吸光值最大的HLB值为该乳浊液所需HLB值。

1.3.3 叶黄素—蓝莓果汁乳化效果的测定

在浓度为40%100 mL蓝莓果汁中添加10 mg叶黄素和质量分数为0.10%～0.20%乳化剂，在20 MPa下均质乳化，于3 000 r·min-1离心10 min，取下层液体，在分光光度计500 nm处测定吸光值，吸光值越大，表明果汁乳化效果越好。

1.3.4 叶黄素—蓝莓果汁稳定性的测定

将加入不同配比复合乳化剂叶黄素—蓝莓果汁于4 000 r·min-1离心10 min，用分光光度计在500 nm处测定果汁吸光值来表示离心后果汁浑浊度，将离心后与离心前果汁的浊度相比，评价果汁贮藏稳定性，比值越接近1，表明果汁稳定性越好[11]。

2 结果与分析

2.1 乳化体系HLB值的确定

不同脂溶性物质，其脂肪组成及基团结构和分布不同，乳化需求HLB值不同。采用1.2.2中方法测定叶黄素—蓝莓果汁所需HLB值，结果见表1。

表1 不同HLB复合乳化剂的乳化效果Table 1 Emulsifying effect of different HLB emulsifier

由表1可知，当HLB值在10～11范围，乳化效果较好；其中在HLB=10.9时，吸光值最大，乳化效果最好，因此确定10.90为叶黄素—蓝莓果汁所需最佳HLB值，同时图1用复合乳化剂亲水亲油平衡值为横坐标，以添加此复合乳化剂叶黄素—蓝莓果汁在500 nm处吸光值为纵坐标做柱状图可以直接得出复合乳化剂HLB值在10～11范围内乳化效果最好。

图1 不同HLB值复合乳化剂的吸光值Fig.1 OD value of different compound emulsifiers with corresponding HLB value

2.2 复合乳化剂和稳定剂的筛选

根据已确定的叶黄素—蓝莓果汁所需HLB值，从我国允许使用的30种食品乳化剂筛选出双乙酰酒石酸单甘油酯、辛奎酸甘油酯、硬脂酰乳酸钠、蔗糖脂肪酸单酯、三聚甘油单硬脂酸酯等5种亲水型食品乳化剂，按一定质量比分别将其复配为HLB值为10.90不同复合乳化剂，并根据浊度法测定其乳化效果，结果见表2。

由表2可见，尽管复合乳化剂HLB值相同，但不同乳化剂复配后，乳化效果却不同；即使相同的乳化剂，若以不同量复配，乳化效果也有不同。试验表明，随着乳化剂用量增大吸光值增加，大于0.20%吸光值下降明显，表明乳化效果变差，乳化剂已过量。考虑到乳化剂的用量过多会影响蓝莓果汁的风味、质地、流体性质，因此取乳化剂用量在0.10%～0.20%范围内。从表2可知，第1组乳化后的乳浊液在乳化剂的添加量为0.10%时吸光值最大，乳化效果最好。因此，确定复合乳化剂配方为：48%双乙酰酒石酸单甘油酯+52%三聚甘油单硬脂酸酯，同时复合乳化剂的添加量为0.10%。

表2 不同配比复合乳化剂乳化效果Table 2 Ratio of composite emulsion effect

2.3 乳化工艺条件优化

叶黄素—蓝莓果汁是不稳定的系统，在产品储藏和销售过程中会出现叶黄素上浮及蓝莓果肉沉淀现象，严重影响果汁饮料品质。根据斯托克斯公式μ=2r2g() ρp-ρ0/9η，颗粒沉降速度与介质的黏度成反比，与粒径大小、两相密度差成正比，因此适当提高体系黏度和缩小两相的密度差，可减少叶黄素上浮及蓝莓果渣和乳化剂下沉现象，达到更好的乳化效果。目前，普遍采用添加稳定剂方法改善体系稳定性。试验选择常见的稳定剂黄原胶、瓜尔胶、海藻酸钠与上述试验的复合乳化剂一起作为考查因素。

2.3.1 响应面优化试验

选取上述试验的乳化剂、黄原胶、瓜尔胶、海藻酸钠4个因素，以X1、X2、X3、X4为自变量，以稳定性为响应值（Y）根据中心组合设计原理，设计响应面分析试验，其因素与水平编码表见表3。根据Box-Behnken试验设计及单因素试验结果确定响应面因素水平，见表3。进行响应面试验优化叶黄素—蓝莓功能性饮料配方。

表3 因素与水平编码Table 3 Factors and level coding table （%）

2.3.2 响应面试验结果分析

确定响应面的回归方程，下式为采用因素代码形式的稳定性与各操作因素之间关系的二次方程模型。建立二次响应面二次回归模型如下：

从单个因素影响来看，瓜耳胶对叶黄素—蓝莓果汁饮料的稳定性影响最大，为了观察某2个因素同时对蓝莓果汁饮料口味的影响，对回归方程进行降维分析，结果如图2～7所示。

从表4中可以看出，因变量与自变量之间线性关系显著，该模型的回归显著（P＜0.0001），失拟项不显著。模型R2=93.73%，R2adj=87.45%。该模型与试验拟合良好。得到最优响应参数为：乳化剂0.12%，黄原胶0.15%，瓜尔胶0.05%，海藻酸钠0.15%，此条件下离心后与离心前果汁浊度的最大比值为0.84，稳定性最好。

表4 回归分析与方差分析Table 4 Regression analysis and analysis of variance

其中乳化剂与黄原胶添加量、乳化剂与瓜尔胶添加量、乳化剂与海藻酸钠添加量、黄原胶与瓜尔胶添加量、黄原胶与海藻酸钠添加量、瓜尔胶与海藻酸钠添加量具体交互作用如图2～7所示。

具有椭圆形的等高线说明两者之间的交互作用对叶黄素—蓝莓果汁稳定性的影响较大。如图两两因素相互作用所得响应面图均呈现出椭圆形，说明四个因素两两之间交互作用对叶黄素—蓝莓果汁稳定性影响均显著。由回归方程显著系数显著性检验结果可知，乳化剂与黄原胶、乳化剂与海藻酸钠、黄原胶与瓜尔胶、瓜尔胶与海藻酸钠之间的交互效应更为显著。

图2 乳化剂与黄原胶交互作用对稳定性影响Fig.2 Emulsifier and xanthan gum interaction to stability

图3 乳化剂与瓜尔胶交互作用对稳定性影响Fig.3 Emulsifier and guar gum interaction to stability

图4 乳化剂与海藻酸钠交互作用对稳定性影响Fig.4 Emulsifier and sodium alginate interaction to stability

图5 黄原胶与瓜尔胶交互作用对稳定性影响Fig.5 Xanthan gum and guar gum interaction to stability

图6 黄原胶与海藻酸钠交互作用对稳定性影响Fig.6 Xanthan gum and sodium alginate interaction to stability

图7 瓜尔胶与海藻酸钠交互作用对稳定性影响Fig.7 Guar gum and sodium alginate interaction to stability

3 讨论与结论

除本试验方法外，还有应用皂化和在蓝莓果汁中添加微胶囊化叶黄素等方法。应用皂化方法是向蓝莓饮料中添加叶黄素会改变溶液pH，由于蓝莓花色苷在酸性条件下较稳定且生物活性较高，故在蓝莓系列饮料生产中不适合应用皂化方式加入叶黄素。目前应用的广泛是在蓝莓果汁中添加微胶囊化叶黄素，稳定性较好，但相比较添加复合乳化剂和稳定剂的方法而言生产成本较高且工艺条件复杂。试验证明，添加复合乳化剂和稳定剂可将叶黄素包裹于蓝莓饮料中，为在天然浆果饮料中加入类胡萝卜素类物质提供新方法。

结果表明，最适HLB值为10.90；42%双乙酰酒石酸单甘油酯+58%辛奎酸甘油酯作为复合乳化剂时乳化效果最好；乳化剂0.12%，黄原胶0.15%，瓜尔胶0.05%，海藻酸钠0.15%，此条件下叶黄素—蓝莓饮料稳定性最好。

[1]Subczynski W K,Wisniewska A,Widomska J.Location of macu⁃lar xanthophylls in the most vulnerable regions of photoreceptor outer-segment membranes[J].Archives of Biochemistry and Bio⁃physics,2010,504(1):61-66.

[2]Kotake-Nara E,Nagao A.Absorption and metabolism of xantho⁃phylls[J].Marine Drugs,2011,9(6):1024-1037.

[3]Johnson E J,Maras J E,Rasmussen H M,et al.Intake of lutein and zeaxanthin differ with age,sex,and ethnicity[J].Journal of the American Dietetic Association,2010,110(9):1357-1362.

[4]Ruban A V,Johnson M P.Xanthophylls as modulators of mem⁃brane protein function[J].Archives of Biochemistry and Biophys⁃ics,2010,504(1):78-85.

[5]王立凤,姜明,杨克军,等.不同采摘时期对万寿菊鲜花重量和叶黄素含量的影响[J].东北农业大学学报,2012,43(7):145-148.

[6]Olmedilla B,Granado F,Blanco I,et al.Lutein,but not α-tocoph⁃erol,supplementation improves visual function in patients with age-related cataracts:a 2-y double-blind,placebo-controlled pilot study[J].Nutrition,2003,19(1):21-24.

[7]Semba R D,Dagnelie G.Are lutein and zeaxanthin conditionally essential nutrients for eye health[J].Medical Hypotheses,2003,61 (4):465-472.

[8]付荣霞,樊秀花,于海.蓝莓及蓝靛果果汁乳饮料加工工艺筛选[J].贵州农业科学,2010,38(3):173-176.

[9]赵声兰,陈朝银,太山,等.几种乳化剂对核桃乳的乳化效果研究[J].食品科技,2002,10(3):278-281.

[10]Mirmoghtadaie L,Kadivar M,Shahedi M.Effects of succinylation and deamidation on functional properties of oat protein isolate[J].Food Chemistry,2009,114(1):127-131.

[11]Beveridge T,Li T S C,Oomah B D,et al.Sea Buckthorn Products: Manufacture and Composition[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,1999,47(9):3480-3488.

Emulsifying properties and stability of xanthophyll-blueberry functional beverage

JIN Wen1,2,WANG Zhenyu1,3,CHENG Cuilin1,YUN Keli1,TIAN Shuangqi4
(1.Food Science and Engineering Department,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China;2.School of Science,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China;3.School of Forest,Northeast Foresty University,Harbin 150040,China;4.School of Food Science and Technology,Henan University of Technology,Zhengzhou 450001,China)

In order to enhance the function of blueberry drinks,and provide a new way for utilization of lutein and blueberry resource as well,we made xanthopholls and blueberry fruit into lutein-blueberry beverage.Two kinds of emulsifiers called Span 80 and Tween 80 were chosen.The optimum HLB value was determined by single factor experiment with turbidity method.Under the optimal HLB condition,five kinds of hydrophilic emulsifier,that was,sucrose esters of fatty acids,diacetyl tartaric acid esters of mono-and diglycerides,octyl and decyl glycerate,sodium stearoyl lactate,tripolyglycerol monostearates were filtered out to find the best emulsified group.Mixed emulsifier,xanthan gum,guar gum and sodium alginate were used as variables to design the four factors and three levels response surface withDesign-expert software,and investigate the relationship between the amount of additives and the stability of xanthopholls-blueberry beverage.As a result,the optimum HLB value was 10.9;42%sucrose esters of fatty acids plused 58%Octyl and decyl glycerate compounds emulsifier had the best emulsifying effect;When adding 0.12%emulsifier,0.15%xanthan gum,0.05%guar gum,0.15%sodium alginate into the xanthopholls-blueberry beverage,and we could get the optimal stability.

xanthopholls;blueberry beverage;emulsification;stability

S767.5；X172

A

1005-9369（2014）04-0123-06

2012-03-07

哈尔滨市科技公关项目（2008AA6AN087）

金文（1988-），女，博士研究生，研究方向为天然产物，化学工程与工艺。E-mail:Jinwen198813@gmail.com。

*通讯作者：王振宇，教授，博士生导师，天然产物，研究方向为极端环境营养学。E-mail:Wzy219001@yahoo.com.cn

时间2014-4-21 13:22:27[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20140421.1322.012.html

金文,王振宇,程翠林,等.叶黄素—蓝莓功能性饮料乳化性能和稳定性的研究[J].东北农业大学学报,2014,45(4)∶123-128.

Jin Wen,Wang Zhenyu,Cheng Cuilin,et al.Emulsifying properties and stability of xanthophyll-blueberry functional beverage [J].Journal of Northeast Agricultural University,2014,45(4)∶123-128.(in Chinese with English abstract)