沙棘浑浊果汁稳定性的研究

2018-07-09魏文毅牛广财曹荣安

中国酿造 2018年6期

刘鑫，朱丹，魏文毅，牛广财*，杨楠，曹荣安

（1.黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江大庆 163319；2.黑龙江八一农垦大学生命科学技术学院，黑龙江大庆 163319）

沙棘（Hippophae rhamnoidesLinn.）属胡颓子科沙棘属，又称醋柳、黄酸刺、酸刺柳、黑刺、酸刺等，产要产于我国河北、内蒙古、黑龙江、山西、陕西、甘肃、青海及四川等地[1]。沙棘果是一种极具营养、药食兼用的水果，果实经压榨得到的沙棘果汁含有维生素C、氨基酸、微量元素和黄酮及酚酸类等营养及活性成分，是生产营养保健饮料的良好原料[2]。目前，国内对沙棘果汁研究中，因其含有较多的果油，对果汁的稳定性有着很大影响，是沙棘果汁生产中的一大难题。

果汁饮料的稳定性一直是困扰生产企业的技术难题，分层主要原因是果汁内含物质导致了粒子的形成，粒子易凝集沉淀使果汁发生分层[3]，在这个混合体系中，不溶性的物质与液体之间较大的密度差异是果汁分层的要因。造成果汁沉淀分层的因素有很多，如果汁中的果胶、蛋白质、单宁间的相互作用[4-5]，也包括果汁中含有的不溶性纤维[6]，另外，果汁微粒过大也直接影响了其沉降速率。目前，解决果汁分层问题普遍采用的是向果汁中加入稳定剂，稳定剂的选择与添加量是影响果汁稳定性的主要因素之一[7]，但是稳定效果还与稳定剂的种类、饮料的加工工艺和理化性质等有关，不同的果汁饮料最适的稳定剂组成也各不相同。王敏等[8]研究确定了苹果、梨复合果汁最佳复配增稠剂为0.1%卡拉胶，0.1%果胶和0.02%黄原胶；汪增乾等[9]研究确定了脐橙、酸木瓜复合汁的最佳复合稳定剂总添加量为0.2%，组成比例为黄原胶∶羧甲基纤维素钠∶海藻酸钠=3∶3∶1。本研究以沙棘汁为主要原料，探究稳定剂种类和添加量的不同对沙棘汁稳定性的影响，通过响应面优化试验得到添加稳定剂的最佳组合。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

冷冻沙棘果汁：黑龙江省农科院浆果研究所提供；白砂糖：市售；阿拉伯胶、黄原胶、魔芋胶（食品级）：河南思远生物科技有限公司；果胶（食品级）：旺鑫生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

L420台式低速自动平衡离心机：长沙湘仪离心机仪器有限公司；APV-60高压均质机：上海申鹿均质机有限公司；WFH-203C电子天平：奥豪斯仪器（上海）有限公司；UV-1100型紫外可见分光光度计：上海美谱达仪器有限公司；Bettersize-2000激光粒度分析仪：丹东市百特仪器有限公司；HWS-26电热恒温水浴锅：上海一恒科技仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 沙棘果汁澄清工艺流程与操作要点

沙棘果汁解冻→调配（白砂糖、稳定剂）→均质→灌装→杀菌→冷却→成品

将稳定剂在水浴90～95℃条件下溶解，溶液至澄清透明即胶体全部溶解后，将其加入果汁中搅拌均匀，加入7%的白砂糖后，在25MPa条件下高压均质10min，均质1次，使果肉细致均匀，而后进行灌装，90℃加热杀菌10 min后冷却至室温。

1.3.2 沙棘果汁添加不同稳定剂的单因素试验

根据果汁特性选用了黄原胶、阿拉伯胶、果胶、魔芋胶5种稳定剂进行单因素试验，稳定剂的添加量分别为0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%，根据沉淀率大小及观察果汁放置48 h后是否有分层现象，判断其稳定效果，初步筛选出效果明显的稳定剂。

1.3.3 稳定剂复配响应面试验设计

根据单因素试验，选取对果汁稳定性有显著效果的果胶、黄原胶和阿拉伯胶进行3因素3水平的响应面试验，试验因素与水平见表1。通过Design-Expert 8.0.6软件分析复配稳定剂最佳的添加量，并对软件分析结果进行3次验证试验，比较实际测得离心沉淀率平均值与理论值差异大小，验证模型可靠性。

表1 Box-Behnken试验设计因素与水平Table 1 Factors and levels of Box-Behnken experiments design

1.3.4 测定方法

（1）沉淀率测定：取沙棘果汁20 mL，3 500 r/min条件离心15 min，去除上清液后，离心管倒置待其干燥至质量恒定后称量[10]，计算沉淀率，平行试验3次。计算公式如下：

（2）粒径分布测定：用激光粒度分布仪分析沙棘果汁颗粒大小分布情况，根据颗粒大小判断稳定剂对果汁稳定性的影响[10-11]。

2 结果与分析

2.1 单一稳定剂对沙棘果汁稳定性的影响

2.1.1 不同果胶添加量对沙棘果汁稳定性的影响

果胶加入果汁中可与阳离子发生凝胶反应，将不溶性的颗粒悬浮在液体中使沙棘果汁不分层[12]。不同果胶添加量对沙棘果汁稳定性的影响如表2所示。

表2 不同果胶添加量对沙棘果汁稳定性的影响Table 2 Effect of different pectin addition on the stability of sea buckthorn juice

由表2可知，随着果胶添加量的增加，沉淀率降低，果胶添加量为0.10%时，沉淀率最小，果胶添加量≥0.20%时，沉淀率明显增加，说明果胶对果汁的稳定作用与果胶的添加量并不成正相关。并且第5组与第6组果汁发生分层现象，底层出现胶冻状沉淀，果胶添加量过多。其他四组静置放置后，并未发现分层现象，状态均一，沙棘果汁稳定状态良好，故最佳果胶添加量为0.10%。

2.1.2 不同阿拉伯胶添加量对沙棘果汁稳定性的影响

阿拉伯胶有较好的乳化作用适用于水包油体系[13]，因沙棘果汁比其他果汁含较多的果油，故阿拉伯胶适合作为稳定剂加入沙棘果汁中，不同阿拉伯胶添加量对沙棘果汁稳定性的影响如表3所示。

表3 不同阿拉伯胶添加量对沙棘果汁稳定性的影响Table 3 Effect of different gum arabic addition on the stability of sea buckthorn juice

由表3可知，阿拉伯胶添加量在0.05%～0.20%时，沉淀率几乎成下降趋势；添加量＞0.25%时，沉淀率稍有增加；阿拉伯胶添加量在0.20%时，沉淀率最小。静置观察后，第1组稍有分层现象，其他实验组并未发生分层现象，沙棘果汁状态稳定均一。添加阿拉伯胶的试验组静置观察后的均一稳定状态证明了其稳定效果。故阿拉伯胶的最佳添加量为0.20%。

2.1.3 不同黄原胶添加量对沙棘果汁稳定性的影响

黄原胶是相对分子质量100万以上的多糖类的高分子化合物，二级结构是通过氢键维系的双螺旋结构，大分子的结构易与样品结合而相互作用，其特殊的二级结构使其低含量的黄原胶稳定效果较好，并且由于沙棘果汁偏酸性，而黄原胶在酸性环境中的稳定性良好，又与其他稳定剂有良好的协同作用，适合进行复配试验[14]。不同黄原胶添加量对沙棘果汁稳定性的影响如表4所示。

表4 不同黄原胶添加量对沙棘果汁稳定性的影响Table 4 Effect of different xanthan gum addition on the stability of sea buckthorn juice

由表4可知，黄原胶对沙棘果汁稳定性的改善效果明显，静置后并未出现分层现象，黄原胶添加量为0.05%～0.15%时，果汁状态稳定均一，沉淀率依次减少；黄原胶添加量≥0.20%，沉淀率明显上升。由此可见，黄原胶的最佳添加量为0.15%。

2.1.4 不同魔芋胶添加量对沙棘果汁稳定性的影响

魔芋胶是线性的大分子结构，样品通过空隙进入到大分子结构与并与其相互作用而起到稳定的作用，不同魔芋胶添加量对沙棘果汁稳定性的影响如表5所示。

表5 不同魔芋胶添加量对沙棘果汁稳定性的影响Table 5 Effect of different konjac gum addition on the stability of sea buckthorn juice

由表5可知，魔芋胶添加量为0.10%时未见分层，其余实验组均发生分层现象，上层为絮状油层，中层为澄清液体，底层出现沉淀物。但由于魔芋胶自身重力影响并不能起到很好的悬浮效果，使得沉淀率上升[15]。由此可见，魔芋胶对沙棘果汁稳定作用不明显。

2.2 稳定剂复配的响应面优化分析

由单一稳定剂对沙棘果汁稳定性影响试验的结果可知，果胶添加量（A）0.05%～0.15%、黄原胶添加量（B）0.05%～0.15%及阿拉伯胶添加量（C）0.15%～0.25%对沙棘果汁的稳定性最好，因为不同稳定剂之间可能存在相互协同作用。以沉淀率（Y）为响应值，将这3种对果汁影响较大的稳定剂进行响应面优化试验，试验结果如表6所示。

表6 Box-Behnken试验设计方案及结果Table 6 Design and results of Box-Behnken experiments

应用Design-Expert8.0.6软件进行二次多项拟合，得沉淀率随3种稳定剂添加量变化的回归方程为Y=0.87-0.74A-0.21B-0.071C-0.14AB-0.19AC+0.15BC+0.58A2+0.093B2+0.075C2。对所得方程进行方差分析，分析结果见表7。

表7 响应面试验结果方差分析Table 7 Variance analysis of response surface experiments results

由表7可知，回归方程模型因素水平极显著（P＜0.0001），回归方程的调整系数R2=0.993 6接近回归方程的系数R2=0.9972，说明方程拟合性好；失拟项不显著（P＞0.05），说明方程可靠，可对响应值进行合理可靠预测。模型中一次项A、B、C影响极其显著（P＜0.01），并且A、B影响因素大于C因素。同时，AB、AC、BC间交互作用影响极显著（P＜0.01），二次项A2、B2对结果影响极显著（P＜0.01），二次项C2对结果影响显著（P＜0.05）。各因素交互作用对饮料沉淀率影响的响应面与等高线见图1。

图1 阿拉伯胶、黄原胶、果胶添加量交互作用对沙棘果汁稳定性影响的响应面及等高线Fig.1 Response surface plots and contour lines of effect of interactions between gum arabic,xanthan gum and pectin addition on the stability of sea buckthorn juice

经Design-Expert 8.0.6软件分析后，在沙棘果汁中加入果胶0.14%，黄原胶0.14%，阿拉伯胶0.24%时稳定性最好，此时理论离心沉淀率为0.42%。为验证结果的可靠性，在沙棘果汁中加入0.14%的果胶，0.14%的黄原胶及0.24%的阿拉伯胶，进行3组重复试验，测得离心沉淀率的平均值为0.45%，与理论值接近，以此可验证模型可靠性。

2.3 稳定剂对沙棘果汁粒径分布影响分析

加入响应面试验优化的稳定剂后沙棘果汁粒径分布与未添加稳定剂空白组粒径分布对照结果如图2所示。由图2可知，空白组粒径大小分布范围广，且粒径大小分布的范围要大于加入复配稳定剂的测量组，复配稳定剂对沙棘果汁粒径的分布有很大影响。空白组的粒径分布宽，粒径90%分布在8.949 μm以下，平均粒径为4.101 μm，未添加稳定剂的沙棘果汁稳定性较差；添加复配稳定剂后的沙棘果汁粒径90%分布在4.921 μm以下，平均粒径为2.300 μm，添加复配稳定剂的果汁粒径大小明显降低，由此证明复配稳定剂可对沙棘果汁粒径分布有明显降低作用。结果表明，复配稳定剂通过降低沙棘果汁粒径而提高其稳定性。

图2 复配稳定剂对粒径分布的影响Fig.2 Effect of compound stabilizer on the particle size distribution

3 结论

经响应面优化沙棘浑浊果汁稳定剂复配的最优配方为果胶0.14%，黄原胶0.14%，阿拉伯胶0.24%，此时离心沉淀率最小，为0.45%，稳定性最好。通过粒径分布测定可知，加入复配稳定剂的沙棘果汁粒径90%分布在4.921 μm以下，平均粒径为2.300μm；空白组粒径90%分布在8.949 μm以下，平均粒径为8.949 μm；说明复配稳定剂通过降低沙棘果汁粒径分布而提高其稳定性。

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