荸荠椰子汁复合饮料的研制

鲁梦齐，向　东（海南大学 食品学院，海南 海口 570228）

荸荠椰子汁复合饮料的研制

鲁梦齐，向东*
（海南大学 食品学院，海南 海口 570228）

以荸荠汁和椰子汁为主要原料研制饮料，对乳化剂用量、羧甲基纤维素钠用量、荸荠汁用量等主要因素进行了研究，通过响应面分析确定了荸荠椰子汁饮料的配方。结果表明，复配乳化剂的最佳亲水亲油平衡值为7。荸荠椰子汁的最优配方为乳化剂用量0.3%、CMC-Na用量2.0%、荸荠汁用量3.0%，所得产品感官评分为8.8分，能达到最佳的稳定性、色泽与风味。

荸荠汁；椰子汁；加工工艺；响应面

荸荠（Eleocharis dulcis）俗称马蹄、地栗、乌芋、红慈菇等，皮呈赤褐色，形扁圆，皮薄，肉脆嫩而多汁，清香爽口，是一种优良的药食兼用的果蔬类食物［1］。自古有地下雪梨之美誉，北方人视之为江南人参［2］。荸荠可以生吃，也可以用来烹调，可制淀粉［3］，还可作中药，中医药学认为荸荠有止渴、消食、解热功能［4］，还有抗菌作用［5］。荸荠中富含粗纤维、胡萝卜素、维生素B、维生素C、铁、钙、磷和碳水化合物，具有较高的营养价值［6］。

椰子果肉富含蛋白质、脂肪、碳水化合物、矿物质、氨基酸和维生素等多种人体必需的营养物质［7］，可以治霍乱，祛暑解渴，并对充血性心力衰竭和水肿有一定的辅助作用［8］。用椰子制成的饮料椰香味浓郁，口感圆润，深受消费者喜爱。椰子汁饮料通常是将新鲜的椰肉压榨成浓缩的椰浆，通过调配、乳化、均质等一系列的加工工艺制作而成［9］。椰子中脂肪的含量为33%～35%，蛋白质含量为3.5%～5.5%［10］。

随着经济的发展、生活水平的提高，人们对食品的营养和质量提出了新的要求。营养学家建议人们选择食品时做到营养均衡的原则，即人们摄入食品的营养与人们日常生活所必需的营养要素（糖、蛋白质、维生素等）均衡搭配的原则。荸荠富含粗纤维、矿物质等，但蛋白质和脂肪的含量却非常少；与椰子汁搭配可以弥补不足，并且荸荠的清甜改善了椰子汁的味道，让椰子汁更加清香，满足了新时代的人们对食品质量和营养的要求。本研究选用荸荠和椰子为原料；研制一种新型荸荠-椰子复合饮料，优化其制备条件，为荸荠-椰子的深加工提供思路和依据。

1　材料与方法

1.1材料及试剂

椰子、荸荠、蔗糖等均为市售。

单甘酯（亲水亲油平衡值（hydrophiliclipophilicbalance，HLB）=3.8）：广州市佳力士食品有限公司；蔗糖酯（HLB= 15）：杭州瑞霖化工有限公司；酪朊酸钠：广州鸿易食品添加剂有限公司；三聚磷酸钠：江苏科伦多食品配料有限公司；羧甲基纤维素钠（caboxy methyl cellulose-Na，CMC-Na）：广州鸿易食品添加剂有限公司。

1.2仪器与设备

GYB60-68高压均质机：上海东华高压均质机厂；SHZ-D循环水式真空泵：巩义市予华仪器有限责任公司；ZM-100高温高压杀菌锅：广州标际包装设备有限公司；HH-4电热恒温水浴锅：常州澳华仪器有限公司；AL204电子天平：梅特勒-托利多仪器有限公司。

1.3方法

1.3.1工艺流程

1.3.2操作要点

选料和预处理：选择新鲜且无腐烂变质的荸荠，去皮洗净后放入70℃水浴锅中加热10 min灭酶［11］，然后打浆、压榨、过滤取汁液。选取成熟完全且无腐败、无变质、无异味的椰子，去壳、去黑皮洗净后放入70℃水浴锅中加热10 min，然后粉碎成椰蓉，榨汁、过滤取汁液。

调配：本试验椰子汁的含量为10%，椰子汁是一种中性饮料，pH值对椰子汁的稳定性有很大影响，一般把pH值调至6.8左右［12］。水质对椰子汁的稳定性有很大影响，水中的钙、镁离子能使蛋白质之间产生十字形键合（即桥联作用）而形成较大的胶团，所以水的硬度不能太高，最后调配时将温度加热至70℃左右。酪朊酸钠是一种高蛋白的天然乳化剂，一方面增加了产品蛋白质含量［13］，另一方面与磷酸盐作用可极大提高椰子蛋白的热稳定性，本试验的添加量为0.5%。

乳化：乳化剂是指能够改善乳化体系中各种构成相之间的表面张力，从而提高其稳定性的食品添加剂。两种或两种以上乳化剂复配而成的复合乳化剂比单一乳化剂具有更好的乳化效果和更佳的稳定性［14］。本试验选用单硬脂酸甘油酯和蔗糖脂肪酸酯作为复合乳化剂。

均质：均质的压力为30 MPa左右［15］，并且在均质的过程中保持温度为70℃左右。

杀菌、冷却：121℃杀菌20 min左右［16］，杀菌后冷却至室温。

1.3.3荸荠椰子汁饮料工艺单因素的研究

植物蛋白饮料关键的质量问题是产品的稳定性［20］。提高植物蛋白饮料的稳定性，延长其保质期，是当前植物蛋白饮料生产技术的关键［21］。所以，本试验研究荸荠椰子汁饮料工艺的单因素试验时，以表征植物蛋白饮料稳定性的悬浮层高度和表征产品综合品质的感官评分为考察指标。以响应面试验分析最优工艺时，是研究各因素的交互作用，以感官评分为考察指标。

复合乳化剂HLB值的确定：在其他因素相同的条件下，复合乳化剂的HLB值为5、6、7、8、9进行试验，每组试验做两个平行，放置7 d后测定悬浮层高度并进行感官评分，从而确定复合乳化剂的最佳HLB值。

复合乳化剂用量的确定：由上述确定复合乳化剂的最佳HLB值后，在其他因素相同的条件下，根据国标［22］中乳化剂用量要求，复合乳化剂用量分别为1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%进行试验，每组试验做两个平行，放置7 d后测定悬浮层高度并进行感官评分，从而确定复合乳化剂的最佳用量。

CMC-Na用量的确定：CMC-Na具有增稠、乳化、悬浮、保水、增强韧性、膨化和保鲜等多种功能，它的这些性质是其他增稠剂所不能比拟的。在食品中使用，能够改善口感、提高产品的质量，还能延长保质期。根据国标［23］中其最大用量为5%，在其他相同的条件下，CMC-Na用量分别为1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%进行试验，每组试验做两个平行，放置7 d后测定悬浮层高度并进行感官评分，从而确定CMC-Na的最佳用量。

荸荠汁用量的确定：在其他因素相同的条件下，荸荠汁的用量为1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%进行试验，每组试验做两个平行，放置7d后测定悬浮层高度并进行感官评分，从而确定荸荠汁最佳用量。

1.3.4响应面试验

在单因素试验的基础上，选取乳化剂用量、CMC-Na用量、荸荠汁用量为评价因子，以感官评分（Y）为响应值，采用中心复合3因素3水平的响应曲面试验分析方法以确定最佳用量。其响应曲面设计的因素与水平见表1。

表1　复合饮料配料优化响应面试验因素与水平Table 1 Factors and levels of response surface experiments for the optimization of compound beverage formula

1.3.5测定方法

（1）感官评分的测定

感官评分小组共设10人，对不同条件下的荸荠椰子汁饮料的稳定性、色泽和风味进行打分，总分为10分。荸荠椰子汁饮料的感官评分标准如表2所示。

表2　复合饮料感官评分标准表Table 2 Sensory evaluation standard of compound beverage

（2）混合乳化剂的HLB值测定

乳化剂的HLB值不同，作用也不同［17］。而在植物蛋白饮料的生产制造中常用两种或两种以上的乳化剂复配形成复合乳化剂，其乳化效果要比单一乳化剂更好［18］，因为复合乳化剂具有可加性［19］。复合乳化剂HLB值计算公式如下：

2　结果与分析

2.1 HLB值的确定

图1　HLB值对复合饮料感官评分的影响Fig.1 Effect of HLB value on sensory quality of beverage

由图1可以看出，随着HLB值的增加，悬浮层高度先减小再增加，感官评分先增加后减小。HLB值为7时悬浮层高度最小，且感官评分最高，因此选择复配乳化剂的最佳HLB值为7。

2.2单因素试验

2.2.1复合乳化剂用量对复合饮料感官质量的影响

图2　复合乳化剂用量对复合饮料感官质量的影响

由图2可以看出，复合乳化剂用量为0.1%～0.3%时，悬浮层高度逐渐降低，饮料的感官评分均＞8.0分，说明乳化的效果提升；复合乳化剂用量为0.30%～0.35%时，悬浮层高度急剧增加，感官评分急剧减少，说明乳化效果减弱的比较明显。说明复合乳化剂用量为0.1%～0.3%时脂肪充分乳化，脂肪和水之间的界面张力降低，提高饮料的稳定性。因此复合乳化剂的最佳用量为0.1%～0.3%。

2.2.2 CMC-Na用量对复合饮料感官质量的影响

图3　CMC-Na用量对饮料感官质量的影响Fig.3 Effect of the CMC-Na addition on sensory quality of beverage

由图3可以看出，CMC-Na用量为2.0%～2.5%时，饮料悬浮层高度最小，说明这时样品最稳定，即CMC-Na用量为2.0%～2.5%时饮料稳定性良好。CMC-Na用量高于或低于此范围，饮料的稳定性都有所下降，这是由于CMC-Na的用量过高或过低饮料的稳定效果都不够理想，可能是因为用量过低时不足以在所有蛋白质粒高于面形成带同一电荷的胶体膜，蛋白质容易凝结。当CMC-Na的用量过高时分散性下降，甚至可能形成胶团。当CMC-Na的用量为2.0%～2.5%时，饮料的感官评分为8.1～8.5。说明CMC-Na的用量为2.0%～2.5%时，饮料不仅稳定性良好，而且感官品质优良。所以CMC-Na的最佳用量为2.0%～2.5%。

2.2.3荸荠汁用量对复合饮料感官质量的影响

图4　荸荠汁用量对饮料感官质量的影响

由图4可以看出，荸荠汁用量的不同会对饮料的感官有很大的影响。当荸荠汁用量为2%～4%时，悬浮层高度最小，饮料稳定性良好；感官评分较高，为8.2～8.5分。所以荸荠汁的最佳用量为2%～4%。

2.3响应面试验

2.3.1响应面试验设计与分析

在单因素试验的基础上，用中心复合试验方法进行优化试验的设计，共计20个试验点。试验方案及结果见表3。

表3　响应面分析试验结果Table 3 Results of response surface analysis experiments

2.3.2模型方程的建立及显著性检验

用Minitab16软件对荸荠椰子汁的感官评分结果进行分析，得到感官评分（Y）对复合乳化剂用量（X1）、CMC-Na用量（X2）、荸荠汁用量（X3）的二次多项回归方程为：

对回归方程系数和所得模型进行显著性检查，其结果见表4和表5。

从表5可以看出，用上述回归方程描述各因素与响应值的关系时，其因变量和全体变量间的线性关系显著R= 95.19%，模型的P＜0.01，此时回归方差模型是高度显著的，该试验方法是可靠的。表4中对回归方程各项方差分析，当P＜0.05时，它所对应的条件对响应值的作用是显著的，方程的失拟误差不显著，可用该回归方程代替试验真实点对试验结果进行分析。结果表明各试验因子对响应值的影响不是简单的线性关系，二次项中X1、X2、X3的影响是高度显著的；交互项中X1X3作用影响显著。对感官评分影响的大小依次为X2、X1、X3，即CMC-Na用量、复合乳化剂用量、荸荠汁用量对感官评分的影响依次减小。

表4　回归系数显著性检验Table 4 Variance analysis of regression coefficient

2.3.3响应曲面分析与条件优化

响应面图及等高线图可以直观反映响应值随因素的变化趋势［24］。等高线的形状可以反映出因素间的交互作用的强弱大小，等高线呈椭圆形表示两因素交互作用显著，而等高线呈圆形则表示两因素交互作用不显著［25］。为进一步直观分析响应面优化效果，根据回归模型绘制相应的响应曲面及等高线见图5。

从图5可以看出，在所选的范围内存在极值，既是响应面图的最高点，同时也是等高线图最小椭圆的中心点。当荸荠汁用量位于中心水平时，乳化剂和CMC-Na用量的交互作用不大；当乳化剂用量位于中心水平时，CMC-Na和荸荠汁用量的交互作用不大，CMC-Na用量轴向等高线变化密集，荸荠汁用量轴向等高线相对稀疏，故CMC-Na用量对响应值峰值的影响较荸荠汁用量影响大；当CMC-Na用量位于中心水平时，乳化剂和荸荠汁用量的交互作用较强，且乳化剂用量对响应值峰值的影响较荸荠汁用量影响大。

图5　乳化剂用量、CMC用量、荸荠汁用量交互作用对复合饮料感官评分影响的响应面和等高线

在回归方程中，X1、X2、X3变量的正系数表明该变量的正向变化能引起响应值的增加；负的二次项系数表明方程的抛物线开口向下，具有极大值点，能够进行最优分析。对二次回归方程求解，得到各因素的最佳水平值，分别为X1=0.119 6，X2=0.152 8，X3=-0.08，对应的荸荠椰子汁复合饮料的感官质量最佳的优化组合为乳化剂用量0.3%，CMC-Na的用量为2.15%，荸荠汁的用量为2.92%，此条件下感官评分的预测值为8.9。考虑到实际操作的可行性，最终确定荸荠椰子汁复合饮料的感官质量最佳的优化组合为乳化剂用量0.3%，CMC的用量为2.0%，荸荠汁的用量为3.0%，在最佳优化组合条件下对预测值进行验证，实际的感官评分为8.8分，与预测值基本一致，表明预测值和真实值之间拟合较好，验证了模型的可靠性。此外，单甘酯和蔗糖酯在荸荠椰子汁复合饮料中的用量很少，为0.3%，对口感没有造成不良影响，同时也符合食品添加剂标准的要求。

3　结论

通过中心复合试验建立起以感官评分为目标值，乳化剂用量、CMC用量、荸荠汁用量为因子的数学模型，结果表明，在试验范围内影响感官评分的因子显著性的顺序是：CMC用量＞荸荠汁用量＞乳化剂用量；荸荠椰子汁的最佳稳定工艺为乳化剂的用量为0.3%，CMC的用量为2.0%，荸荠汁的用量为3.0%。由压榨椰奶为主要原料，添加荸荠汁获得的荸荠椰子汁复合饮料，产品具有浓郁的椰香，口感同时具备荸荠的清甜，是集营养与美味为一体的全新产品，有很大的市场前景及发展空间。

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Development of water chestnut juice and coconut milk compound beverage

LU Mengqi，XIANG Dong*
（College of Food Science，Hainan University，Haikou 570228，China）

Using water chestnut juice and coconut milk as principal raw materials，a beverage was produced.The contents of emulsifier，CMC-Na and water chestnut juice in beverage product were optimized by response surface methodology.Results showed that the optimal hydrophilic lipophilic balance for emulsification was 7 and the optimal formula was emulsifier 0.3%，CMC-Na 2.0%and water chestnut juice 3.0%，the sensory evaluation score of the product was 8.8，and the stability，color and flavor of the beverage product was the optimal.

water chestnut juice；coconut milk；processing technology；response surface methodology

TS275.5

0254-5071（2016）02-0161-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2016.02.037

2015-11-01

海南省重大科技项目（ZDZX2013011）

鲁梦齐（1992-），女，硕士研究生，研究方向为乳液科学。

向东（1976-），男，副教授，硕士，研究方向为食品科学与食品发酵工程。