番茄果汁饮料稳定性的研究

2014-09-20郑永杰郭成宇田景芝

东北农业大学学报 2014年2期

郑永杰，李硕，郭成宇，田景芝

（齐齐哈尔大学化学与化学工程学院，黑龙江省齐齐哈尔 161000）

番茄含有丰富纤维素、维生素类化合物和其他类型的生物活性物质[1]。番茄红素具有调节激素[2]、降低膳食、血浆中的胆固醇[3]、代谢相关酶类等作用[4]。添加到食品中的番茄红素可以保护人体内的淋巴细胞免受活性氧的损害[5]。番茄工艺研究很多，张瑞等在番茄醋发酵工艺上的研究[6-8]；吴旭等关于番茄酒工艺上探讨[9-10]，以番茄和胡萝卜为原料进行发酵复合汁乳酸菌饮料的研制[11-12]；番茄饮料稳定性研究是关注热点。在胶体选择上，潘江球等采用黄原胶、琼脂作为复合稳定剂[13]；而戚向阳等则采用羧甲基纤维素钠、海藻酸丙二醇酯、黄原胶进行复配，使浑浊型番茄饮料稳定性达到较为理想的状态[14]；黄原胶、CMC、琼脂作为复合稳定剂应用于番茄保健饮料制备中[15]；在原料选择上，番茄分别与巴旦木[16]、海带、胡萝卜[17]、草莓汁、葡萄汁、胡萝汁卜等进行复配生产出混合型果汁[18]。番茄系列产品原料均采用新鲜番茄，新鲜番茄储藏期较短，而且番茄表皮易破损，若储藏不当易腐烂变质，给产业化带来一定难度。

本文采用番茄酱作为主要原料制备番茄果汁饮料，通过对其稳定性研究得到口味、状态、颜色均佳的番茄果汁饮料产品，以简便、快捷的工艺适应规模化生产，将番茄饮品推向市场。收集优质、新鲜的番茄经过七倍蒸发浓缩成番茄酱，既延长番茄使用寿命又减少番茄红素损失率，而且由于番茄酱的细腻程度较好，对生产实践中简化制备工艺步骤起到良好作用。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

番茄酱由齐齐哈尔市林田生态食品有限公司提供，要求番茄酱无胀袋现象、保质期内使用，番茄品种为宇番一号；白砂糖：市售；稳定剂由齐齐哈尔大学饮品研发中心提供。

1.2 仪器与设备

DJM-50LA胶体磨由上海东华高压均质机厂生产；阿贝折光仪由上海晓光仪器有限公司生产；722可见光分光光度计由上海精密科学仪器有限公司生产；SQY-DSX—280B手提式不锈钢压力灭菌器由上海申安医疗器械厂生产；TDL-5A菲恰尔离心机由上海菲恰尔分析仪器有限公司生产；HH-2型数显电热恒温水浴锅由上海浦东物理光学仪器厂生产；JJ-1型精密增利电动搅拌器由上海浦东物理光学仪器厂生产；40-108高压均质机由上海东华高压均质机厂生产；TA2004型电子分析天平由上海良平仪器表有限公司生产；pH计PB-10由北京市Sartorius（赛多利斯）仪器系统有限公司生产；隔水式恒温培养箱由上海科恒实业发展有限公司生产；SW-CJ-1D型（实用垂直新颖）单人净化工作台由苏州净化设备有限公司生产；101-1A型电热恒温鼓风干燥箱由天津市泰斯特仪器有限公司生产；SH2050B美的电磁炉由广东美的生活电器制造有限公司生产；DV-C数显粘度计由上海方瑞仪器有限公司生产；BT-9300H激光粒度分布仪由丹东市百特仪器有限公司生产。

1.3 生产工艺流程

称量番茄酱→溶解→搅拌→磨浆→调配→定容→搅拌→均质→灌装→杀菌→冷却→成品。

1.4 操作要点

1.4.1 原料简述

本文所采用的番茄经精心挑选，取果面光滑、色泽鲜艳的宇番一号成熟品种，经过清洗、打浆、蒸发、浓缩、杀菌等工艺制备而成，该品种的番茄品质佳、商品性好、耐贮运，适合大面积种植并加工为番茄系列制品。

1.4.2 储存条件（番茄酱制备工艺）

将新鲜番茄经过浮洗、去籽、预热、打浆、浓缩、杀菌等过程后，制备出浓度为36%～38%的番茄酱，以真空形式进行包装-6℃进行储藏。

1.4.3 称取、溶解

称取60 g的番茄酱，加入约番茄酱总量10倍的纯净水进行溶解，充分搅拌后的番茄果汁呈橙红色，具有液体流动性。

1.4.4 磨浆

将溶解好的番茄浆中进行磨浆，使果肉颗粒细化，以改善番茄果汁的色泽和营养价值[19]。由于番茄酱细腻程度已达到要求，为进一步保证番茄果汁口感所以确定磨浆次数为1次。

1.4.5 化胶

将称量好的复合稳定剂、白砂糖混合均匀后溶于75～80℃的纯净水中，高速搅拌15 min，待胶体呈澄清、透明状即为胶体完全溶解。

1.4.6 调配

先将溶解好的胶体加入到番茄浆中，充分搅拌，使胶体可以包裹番茄果肉颗粒完全，达到稳定体系的目的，最后定容到1 L。

1.4.7 均质

将定容好的番茄浆通过高压均质机进行均质，使番茄果肉继续细化，使得细小颗粒大小均一并且更稳定的分散于饮料体系中，均质压力为25 MPa、均质次数为1次。

1.4.8 灌装、杀菌

将均质后的番茄果汁灌装到容量为250 mL玻璃瓶中，由于番茄中所含有番茄红素量随成熟度增加而增加，而且加工或者加热处理过的番茄制品中番茄红素含量要比生番茄高[20]，故控制杀菌温度为116℃、杀菌时间为3 s，最终达到无菌要求。

1.5 稳定性试验方法

取60 g番茄酱加入适量纯净水，经过磨浆、均质、杀菌等的工艺流程后，分别讨论不同胶体对番茄果汁饮料稳定体系的影响，各胶体添加量分别为0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、1.0%。测定加入不同胶体番茄果汁饮料的粘度、悬浮稳定性、沉淀率、pH和可溶性固形物含量的变化及感官评价以确定最佳稳定体系配方，得到稳定的番茄果汁饮料体系后调整酸度、甜度，确定最终口感。

1.6 检测方法

（1）沉淀率：以沉淀率SR（sedimentation rate）表示体系的稳定性，SR值越大，稳定性越差[21-22]。取一定量番茄果汁加到离心管中，以3 500 r·min-1的转速离心15 min，倒去上清液，根据公式SR=(m1/m2)×100%计算出沉淀率，式中：m1：样品溶液离心后沉淀物质量（g）；m2：样品溶液离心前的质量（g），沉淀率越小越好，证明该体系稳定[23]。

（2）悬浮稳定性：将番茄汁在转速为3 500 r·min-1下离心15 min，取离心后的上清液和离心前的液体用722可见光分光光度计分别在720 nm的波长下测定吸光度，分别记为A2和A1。A2与A1的比值表示番茄汁的悬浮稳定性，测定3次，取平均值。悬浮稳定性是番茄汁稳定性的重要的参考依据，悬浮稳定性越高证明该番茄汁体系越稳定。

（3）感官评价：组织20名专业品评人员进行细致的感官评定，由此可以判断不同的番茄酱添加量、不同的白砂糖加入量、不同种类与添加量的稳定剂复配后在颜色、口感、气味和状态上的变化，并且由20名专业品评人员打分，从而确定最佳的工艺参数。结果如表1。

表1 感官评定标准Table1 Sensory evaluation standards

（4）粘度测定：使用DV-C数显黏度计，选取转子号为61的转子在常温下测定3次，取平均值。

（5）酸度测定：将pH计校正后，用纯净水洗净在常温下测定3次，取平均值。

（6）可溶性固形物含量测定：使用阿贝折光仪在常温下测定3次，取平均值。

（8）微生物指标的测定：采用平板菌落计数法，依据国标GB4789.2-2010和GB4789.3-2010，培养48 h后进行观察。

1.7 统计分析

每个数据重复测定3次，用Graph Pad Prism 3软件中的one-way ANOVA对所有数据进行方差分析，结果以平均值±标准差表示，采用Tukey test进行显著性分析。P＜0.05表示差异显著，P＜0.01表示差异极显著。

2 结果与分析

2.1 番茄酱用量的确定

番茄酱的添加量决定产品在市场中的价格定位、消费人群及未来发展前景，是进行调配酸甜比例的基础，是制备饮料的关键步骤之一。因此组织20名专业人士进行感官品评，分别从颜色、气味和口感3个方面进行比较，从中确定番茄果汁饮料中番茄酱添加量，感官品评评分如表2所示。

表2 感官评定结果(X±SD，n=20)Table2 Sensory evaluation results

番茄溶液的浓度Concentration（番茄加入量g）颜色Color（满分30分）气味Odor（满分30分）口感Taste（满分40分）得分Score 10 20 30 40 50 60 70 20.1±2.3 28.2±3.2 18.2±3.2 24.3±3.1 25.0±3.4 28.2±0.9 9.9±2.0 23.5±4.1 23.3±3.3 13.3±3.4 28.1±3.2 31.2±4.3 30.1±3.2 10.2±4.5 24.7±5.1 28.3±2.5 18.3±2.6 28.3±4.2 35.2±3.0 38.4±3.6 14.2±4.1 67.3±11.5 79.8±9.0 49.8±9.2 82.7±10.5 91.4±10.7 96.7±7.7 34.3±10.6

由表2可知，20名专业人员通过颜色、气味、口感三方面进行衡量，确定添加番茄酱用量60 g，此时番茄果汁饮料颜色鲜明、口感细腻、风味独特、易被接受。当番茄酱的添加量在10～40 g之间时，番茄风味不明显、酸甜比例不协调；而番茄酱添加量大于60 g的时候，番茄风味又过于浓烈、过于酸涩，不易被接受。通过对比最终确定番茄酱的添加量为60 g。

2.2 番茄果汁饮料中糖度的确定

加入60 g的番茄酱，分别加入60、70、80、90、100、110、120、130和140 g的白砂糖，定容至1 000 g后对各样品进行感官品评，其感官评价结果见表3。

由表3可知，加入白砂糖的量在颜色、状态、气味上没有对番茄果汁饮料起显著性影响，而在口感上却有显著性差异，随着白砂糖添加量的增加感官评价分数越高，当白砂糖添加量超过100 g时候感官评价分数又有显著降低，证明白砂糖的添加量与番茄果汁饮料的口感在一定范围内呈线性变化，当达到最大点时，口感最佳，即加入白砂糖量为100 g。

2.3 番茄果汁饮料稳定性的确定

2.3.1 不同胶体的初步确定

选取现有10种单胶体进行筛选，初步选取较适合番茄果汁饮料的稳定剂后再进行细化试验。各胶体添加量、现象如表4所示。

由表4可知，不同胶体其添加量不同对番茄果汁饮料的稳定性影响差异较大，首先排除添加最大量与最小量后其体系均不稳定的胶体，即瓜尔豆胶、明胶、刺槐豆胶、卡拉胶、魔芋胶，由于魔芋胶具有异味故也不适合应用于果汁饮料中；而结冷胶成本较高，加入量过多时易产生冻状物质，且番茄果汁饮料的稳定性并不是十分理想，故也排除。果胶是一种天然水溶性胶体，可影响到果汁的粘度，是云状果汁的安定剂，保持云状果汁如番茄饮料中不溶解微粒的悬浮；CMC是一种酸性稳定剂，此胶体有很好的悬浮、持水能力，适合与其他胶体复配使用，并能形成网络结构，有效防止沉淀或分层；黄原胶形成的溶液，不容易产生沉淀和分层，从而达到稳定目的；因此主要以PGA、果胶、黄原胶和CMC四种胶体作为研究对象。

表3 感官评定结果(X±SD，n=20)Table3 Sensory evaluation results

表4 不同胶体不同添加量的现象Table4 Comparison of different colloid

2.3.2 不同胶体对番茄果汁饮料粘度影响

由图1可知，不同胶体间与相同胶体不同添加量间对番茄果汁饮料的粘度具有显著性影响，四种胶体中，PGA、果胶随着添加量的增加对番茄果汁饮料稳定性影响无显著性差异，其粘度基本保持不变，故选择PGA和果胶的添加量为0.1%；而CMC随着添加量的增加粘度反而降低，当其添加量较少的时候有分层现象出现，当CMC的添加量达到0.5%时，番茄果汁饮料稳定性较好；黄原胶的添加量增加粘度依次增大，流动性减弱、上下分层严重，其不同添加量对番茄果汁饮料体系稳定性影响差异较大，在添加量为0.3%时，体系稳定性最好且粘度适中。

图1 不同胶体下番茄果汁饮料的粘度Fig.1 Viscosity of tomatoes juice with different colloid

2.3.3 不同胶体对番茄果汁饮料pH影响

由图2可知，不同胶体及其不同添加量对番茄果汁饮料的pH无显著性影响。随着PGA、CMC、果胶、黄原胶添加量的增加，番茄果汁饮料的pH值并无明显变化。PGA pH 4.17～4.32；黄原胶pH 4.25～4.44；CMCpH 4.46～4.53；果胶pH 4.21～4.31。由于添加四种胶体后番茄果汁饮料的pH值均在酸性范围内变化且差异较小，为不影响粘度的变化故加入量同2.3.1。

2.3.4 不同胶体对番茄果汁饮料可溶性固形物含量影响

由图3可知，番茄果汁饮料中可溶性固形物含量随着不同胶体添加量的增加而增大。由于胶体添加量增加其包裹番茄果肉的能力越大，使得番茄果肉分散越均匀、体系越稳定。其中，增加黄原胶的添加量对可溶性固形物含量的影响不大；增加果胶、CMC的添加量对可溶性固形物含量有一定影响；而PGA的添加量增大0.9%，其可溶性固形物含量值增加1，由于可溶性固形物含量对番茄果汁饮料体系的稳定性无明显影响，故4种胶体添加量同2.3.1。

图2 不同胶体下番茄果汁饮料的pHFig.2 pH of tomatoes juice with different colloid

图3 不同胶体下番茄果汁饮料的可溶性固形物含量Fig.3 Soluble solids of tomatoes juice with different colloid

2.3.5 不同胶体对番茄果汁饮料沉淀率影响

由于本试验采用原料为番茄酱，其本身细腻程度较高，再将上述PGA、果胶、黄原胶和CMC四种胶体分别添加0.1%、0.1%、0.3%、0.5%，经过15 min，3 500 r·min-1离心后，测得其沉淀率均为0，即这四种胶体均可使番茄果汁饮料体系到达稳定状态。

2.3.6 不同胶体对番茄果汁饮料粒径影响

由图4可知，不同胶体对番茄果汁饮料中的粒径影响无显著差异。在4种胶体作用下，番茄果汁饮料的中位径大小均在100 nm左右，遮光率基本一致，体积和面积平均径也基本相同，对番茄果汁饮料整体影响无明显变化，故均可达到要求。

图4 不同胶体下番茄果汁饮料的粒径Fig.4 Particle size of tomatoes juice with different colloid

2.3.7 黄原胶和CMC、果胶以及PGA之间相互复配对番茄果汁饮料稳定性影响

各单体对番茄果汁饮料具有较好稳定效果，通过2.3.5知黄原胶、CMC、PGA和果胶最佳添加量，故将其两两组合对番茄果汁饮料的稳定性进行判断，由图5可知，胶体两两复配后，对番茄果汁饮料的粘度影响较小；而通过表5可知，黄原胶跟CMC、PGA以及果胶复配后，在状态和口感上均得分较低，出现不同程度的分层和絮状沉淀，未达到理想状态故舍去；而将CMC、PGA和果胶进行复配后，番茄果汁饮料的状态、口感、颜色和气味均得到较高分值，从而进一步判断出，适合作番茄果汁饮料的稳定剂有CMC、PGA和果胶。

图5 不同胶体下番茄果汁饮料的粘度Fig.5 Viscosity of tomatoes juice with different colloid

表5 感官评价结果Table5 Sensory evaluation results

2.3.8 番茄果汁饮料稳定体系的优化

在单因素实验的基础上，对稳定效果较好的PGA、果胶、CMC 3种胶体进行综合研究，选用L9（34）正交实验研究使得番茄果汁饮料体系稳定的最佳配方。

表6 正交试验因素与水平Table6 Factors and levels

表7 正交试验结果Table7 Results of orthogonal test and range analyses

根据表6～7正交试验的结果可知，影响番茄果汁饮料因素由大到小的顺序依次为：PGA＞果胶＞CMC，感官评价好、粘度适中、悬浮稳定性较小的番茄果汁饮料作为优选对象。可见PGA对番茄果汁饮料的稳定性起很大作用，对番茄果肉颗粒进行包裹效果较好，因具有良好网状结构可使其均匀分布在偏酸性体系中；CMC对番茄果汁饮料的粘度具有一定影响，同时也对番茄果肉颗粒的均匀分散起一定作用；而果胶解决了番茄果汁饮料析水问题。综合分析判断，最佳番茄果汁饮料的稳定配方为：A2B1C2，即PGA添加量为0.2%、CMC添加量为0.6%、果胶添加量为0.1%。

2.5 质量指标

2.5.1 感官指标

色泽：具有橘红色金属光泽气味：番茄味道柔和；口感：酸甜比例协调；浓稠度适宜；状态：流动性强，状态稳定

2.5.2 理化指标

pH：3.4；可溶性固形物含量：10%；总糖：3.45%；总酸0.0015 g·L-1、总糖69.08 g·L-1、单宁0.0360 g·100 mL-1、蛋白质0.0339 mg·100 g-1、膳食纤维0.0063 g·100 g-1、维生素C0.037g·L-1。

2.5.3 微生物指标

大肠杆菌、细菌、致病菌不得检出。

3 讨论与结论

本试验采用分子包埋技术与沉降理论，以番茄酱作为试验原料，由于番茄酱细腻程度不同于一般果蔬，故在胶体选择及工艺的确定上都与一般果蔬汁饮料的制备有很大区别，通过以粘度、沉淀率、悬浮稳定性、pH、可溶性固形物含量及感官品评作为判断依据，选取最佳稳定剂配方。

番茄酱容易贮藏、运输方便、可以保证原料的一致性，经过加工使番茄红素的含量高于生番茄中的番茄红素；以新鲜番茄作为原料其口感较为清新，但是受到季节的限制，原料不同其成品的口感也会有变化。由于原料不同在稳定剂的使用上差别也较大，共同点都是采用多种稳定剂复合使用，不同点是使用稳定剂不同、用量不同。

本研究的关键在于稳定剂选择与添加量控制上，稳定剂添加量过多影响番茄果汁饮料的口感，稳定剂添加量过少稳定性不能很好控制，且不同胶体的组合对番茄果汁饮料的风味也有一定影响。本研究还在探索怎样使得番茄中的营养物质更好地保留，特别是对番茄红素的保护问题尚未解决。

本文主要研究番茄果汁饮料的稳定性及口感，以实现产业化为目的，利用企业现有资源生产番茄果汁饮料。确定番茄酱添加量为60 g，加入果汁总量白砂糖量为100 g；确定番茄果汁饮料的稳定剂配方为：CMC添加量为0.6%；PGA添加量为0.2%；果胶添加量为0.1%。

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