红树莓山药复合保健饮料的研究

崔 静，王菲菲，石 能，东 梅，姚江奇，张左勇，张文成，孙汉巨

（合肥工业大学食品科学与工程学院，农产品生物化工教育部工程研究中心，安徽合肥 230009）

红树莓（Red raspberry） 又名木莓、托盘、马林果及覆盆子等，是蔷薇科悬钩子属落叶灌木，果实为浆果，主要产于我国东北。红树莓具有较高的营养价值，含有丰富的矿物元素和维生素，如VC，VP，VB2，钙、锌、铁、镁等，尤其是VC含量是苹果的5倍[1-2]。值得一提的是，其所含的树莓酮、鞣花酸、超氧化物歧化酶（SOD）、黄酮及多酚等功能成分，有助于心血管健康，具有抗氧化、抗衰老、抗炎症、抗肿瘤及抗辐射等功能[3-6]。因此，红树莓是一种能防病、治病的药用食品。红树莓果实柔嫩多汁，含酸量高，且有一种特殊的水果香味，因此主要用来加工制成果汁、果冻及果酱等食品。

由于其果实中含有一定量的果胶物质（0.35%～1.14%），影响出汁率，且易使汁液浑浊，降低果汁的品质。因此，在其加工过程中采用果胶酶酶解，提高出汁率，增加果汁的澄清度[7]。果胶酶是应用于果汁生产的重要酶制剂，可以水解果汁中不同程度酯化及甲酯化的聚半乳糖，使果汁变得清澈透亮，同时改善果汁的过滤效率，进而提高其生产效率和出汁率。此外，果胶酶的处理可以明显降低果汁非酶褐变的褐变程度，对果汁营养成分的保持十分有利[8]。

山药又称薯药、淮山、薯蓣及白药子等，为薯蓣科多年生缠绕性藤本薯蓣的干燥根茎，广泛分布于我国东北、华北、华中及西南等地区。山药作为药食同源植物，具有较高的医用价值和食用价值，不仅含有大量的淀粉、蛋白质、脂肪酸及矿物质元素，还富含多糖、皂苷、类黄酮、尿囊素、糖蛋白、多巴胺及胆碱等功效成分，具有抗氧化、抗衰老、抗突变、抑肿瘤、降血糖、降血脂、免疫调节和改善消化功能等功效。对脾虚久泻、肺虚咳喘、糖尿病、心脑血管疾病等具有独特的疗效[9-11]。据《本草纲目》记载：“山药味甘性平，益肾气，健脾胃，止泻痢，化痰涎，润皮毛”。

与其他糖醇比较，木糖醇有较高的能量和甜度，具有防龋齿、改善糖尿病患者病情、清除血酮症及改善肝功能等功效。由于其能被人体代谢，作为能源供给人体吸收，所以是一种理想的营养性甜味剂。木糖醇具有和蔗糖相似的甜度，但其代谢不同于一般糖类，不需要胰岛素促进，能直接通过细胞膜进入组织内部，成为组织的营养，而且还能微量地促进胰岛素的分泌，所以木糖醇成为糖尿病患者理想的食糖替代品。此外，木糖醇还可以控制热量值，稳定和保护营养成分不受破坏，改善饮料的后味、质体和清凉感受[12]。

黄原胶又称黄胶或汉生胶，是一种自然多糖和重要的生物高聚物，1969年正式被美国FDA批为食品添加剂。黄原胶水溶性好，可以溶于冷水和热水中，具有高黏度，高耐酸、碱及盐特性，高耐热稳定性、悬浮性和触变性等，在食品工业中常被用作稳定剂、悬浮剂、乳化剂、增稠剂和品质改良剂等。其用于饮料可有效延长果肉饮料中果肉的悬浮时间，提高果汁饮料的稳定性及口味[13]。

红树莓和山药都是具有较大发展潜力的药食兼用植物，具有很好的市场开发前景。试验以红树莓为主料，山药及木糖醇为辅料，黄原胶为稳定剂，开发一款适合中老年人、糖尿病患者和高血糖患者的具有抗衰老、抗炎症及保护心血管等保健功能的复合饮料。

1 材料与设备

红树莓、干山药，市售，果胶酶（活力单位为35 U/g），南宁市庞博生物工程有限公司提供；木糖醇、黄原胶，均为食品级；去离子水。

CP114型电子天平，奥豪斯仪器有限公司产品；JYL-C020型九阳料理机，山东省济南市九阳股份有限公司产品；HH-2型数显恒温水浴锅，江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司产品；pHS-3G型pH计，上海雷磁仪器厂产品；TG-16型台式大容量高速离心机，常州万合仪器制造有限公司产品；中药粉碎机，浙江省永康市溪岸五金药具厂产品；试验室常用的移液管、烧杯等玻璃器皿。

1.4.1 红树莓汁的制取

取在-20 ℃冻藏保存的红树莓原料，于30 ℃条件下解冻，除去杂质、果蒂后清洗。将处理后的红树莓原料用破碎机破碎至颗粒小于1 mm。将已破碎的红树莓与去离子水按照1∶2（m∶V） 的比例混合均匀。在最优的酶解温度、酶解pH值、酶解时间和果胶酶添加量条件下酶解。然后，将酶解液煮沸30 min灭酶，冷却至室温，以转速3 500 r/min离心10 min。将上清液用600目尼龙布过滤，获得澄清的红树莓汁。

1.4.2 山药浸提液的制取

将山药用中药粉碎机研磨1 min，制成粉末状。然后，将其与水按1∶2（m∶V） 的比例混合，在95 ℃条件下浸提2 h，每间隔15 min搅拌1次。浸提结束后，将浸提液在室温下冷却，用600目的尼龙布过滤，获得山药浸提液。

1.4.3 调配

将红树莓汁、山药浸提液、木糖醇及黄原胶按比例混合均匀，依次通过单因素试验和正交试验得到饮料的最佳配方。

1.4.4 脱气

将调配后的饮料采用循环水泵进行脱气，在0.09 MPa真空度下脱气5 min[14]。

1.4.5 灌装

将脱气后的饮料灌装至玻璃瓶中，然后封盖。

1.4.6 杀菌、冷却

将灌装的饮料瓶放入95～100 ℃的热水中，杀菌30 min后取出，在自然条件下冷却至室温[15]。

1.5.1 红树莓最佳酶解条件的研究

（1） 酶解pH值的研究。取3组各7支锥形瓶，分别加入100 mL红树莓汁，果胶酶添加量为0.30%，调节其酶解pH值分别为2.0，2.5，3.0，3.5，4.0，4.5，5.0，在35 ℃条件下酶解90 min。以出汁率为评价指标，考查酶解pH值对红树莓出汁率的影响。

（2） 果胶酶添加量的研究。取3组各5支锥形瓶，分别加入100 mL红树莓汁，果胶酶添加量分别为0.20%，0.25%，0.30%，0.35%，0.40%，调节其酶解pH值为3.5，在35 ℃条件下酶解90 min。以出汁率为评价指标，考查果胶酶添加量对红树莓出汁率的影响。

（3） 酶解温度的研究。取3组各5支锥形瓶，分别加入100 mL红树莓汁，果胶酶添加量为0.35%，调节其酶解pH值为3.5，分别在25，30，35，40，45 ℃条件下酶解90 min。以出汁率为评价指标，考查酶解温度对红树莓出汁率的影响。

（4） 酶解时间的研究。取3组各5支锥形瓶，分别加入100 mL红树莓汁，果胶酶添加量为0.35%，调节其酶解pH值为3.5，在35 ℃条件下分别酶解30，60，90，120，150 min。以出汁率为评价指标，考查酶解时间对红树莓出汁率的影响。

1.5.2 红树莓酶解的正交试验

在单因素试验的基础上，选取酶解温度、酶解pH值、酶解时间和果胶酶添加量4个因素，各取3个水平，对红树莓酶解条件进行四因素三水平正交试验，确定其最优酶解条件。

红树莓酶解正交试验因素与水平设计[16]见表1。

表1 红树莓酶解正交试验因素与水平设计

1.5.3 原辅料添加量的单因素试验

（1）红树莓汁添加量对饮料感官品质的影响。山药浸提液、木糖醇及黄原胶的添加量分别固定为18%，8%，0.06%；红树莓汁的添加量分别为15%，20%，25%，30%，35%，通过感官评价，考查红树莓汁添加量对饮料感官品质的影响。

（2） 山药添加量对饮料感官品质的影响。红树莓汁、木糖醇及黄原胶的添加量分别固定为25%，8%，0.06%；山药浸提液的添加量分别为12%，15%，18%，21%，24%，通过感官评价，考查山药浸提液添加量对饮料感官品质的影响。

（3） 木糖醇添加量对饮料感官品质的影响。将红树莓汁、山药浸提液及黄原胶的添加量分别固定为25%，18%，0.06%；木糖醇的添加量分别为4%，6%，8%，10%，12%，通过感官评价，考查木糖醇添加量对饮料感官品质的影响。

（4） 黄原胶添加量对饮料感官品质的影响。将红树莓汁、山药浸提液、木糖醇的添加量分别固定在25%，18%，8%，黄原胶的添加量分别为0.02%，0.04%，0.06%，0.08%，0.10%，通过感官评价，考查黄原胶添加量对饮料感官品质的影响。

1.5.4 饮料配方的正交试验

在单因素试验基础上，以红树莓汁、山药浸提液、木糖醇和黄原胶的添加量为4个因素，各取3个水平，对饮料进行四因素三水平正交试验，确定其最优配方。

饮料配方正交试验因素与水平设计见表2。

表2 饮料配方正交试验因素与水平设计/ %

1.5.5 感官评分

评分小组由10人组成，采用100分制评分法，分别从色泽、气味、组织形态和口感4个方面对饮料进行评分，分数分别为X1，X2，X3和X4，X=X1+X2+X3+X4，取平均值作为最终分数。

感官评价评分标准[17-19]见表3。

表3 感官品质评价标准

2 结果与分析

2.1.1 酶解pH值对红树莓出汁率的影响

酶解pH值对红树莓出汁率的影响见图1。

图1 酶解pH值对红树莓出汁率的影响

由图1可知，随着酶解pH值的升高，红树莓出汁率逐渐升高，在酶解pH值3.0时出汁率最大为57.6%；随着酶解pH值的进一步升高，出汁率降低。这是因为酶解pH值太低时，抑制了果胶酶的活性，红树莓出汁率较低；酶解pH值为2.0～3.0时，酶活力增强，使红树莓中的果胶物质得到有效降解，果浆中的聚半乳糖醛酸被水解为小分子的半乳糖醛酸，从而能够降低果浆黏度、提高出汁率；之后，随着酶解pH值的进一步增加，远离果胶酶的最适酶解pH值，该酶的活力降低，出汁率降低。因此，红树莓酶解的最佳酶解pH值为3.0。

2.1.2 果胶酶添加量对红树莓出汁率的影响

果胶酶添加量对红树莓出汁率的影响见图2。

图2 果胶酶添加量对红树莓出汁率的影响

由图2可知，随着果胶酶添加量的增加，出汁率逐渐升高；但当果胶酶添加量达到0.35%以后，红树莓的出汁率虽有所增加，但增加的幅度不大。所以，再增加果胶酶添加量会造成资源浪费。综合考虑，红树莓酶解的最佳果胶酶添加量为0.35%。

2.1.3 酶解温度对红树莓出汁率的影响

酶解温度对红树莓出汁率的影响见图3。

图3 酶解温度对红树莓出汁率的影响

由图3可知，随着酶解温度的升高，出汁率呈升高趋势，在30 ℃条件下出汁率最大为63.2%；之后，随着酶解温度的进一步升高，出汁率反而减小。从25 ℃开始，随着酶解温度的增加，越来越接近该酶的最适温度，较多的果胶物质被水解，溶液的出汁率逐渐升高；在30 ℃时，该酶的活性最高，果胶物质被充分水解，溶液的出汁率最大；之后，随着酶解温度的进一步升高，远离该酶的最适温度，酶的活性降低，果胶物质没有被充分水解，溶液的出汁率下降。因此，红树莓酶解的最佳酶解温度为30 ℃。

2.1.4 酶解时间对红树莓出汁率的影响

酶解时间对红树莓出汁率的影响见图4。

图4 酶解时间对红树莓出汁率的影响

由图4可知，随着酶解时间的增加，出汁率逐渐升高；但当酶解时间达到120 min以后，红树莓出汁率提高缓慢。因此，从获得较好的出汁率和提高生产效率综合考虑，红树莓的最佳酶解时间为120 min。

通过单因素试验，确定了红树莓酶解的最适条件为果胶酶添加量0.35%，酶解pH值3.0，酶解温度30 ℃，酶解时间120 min。在此基础上，采用四因素三水平正交试验，进一步确定红树莓酶解的最佳条件。

红树莓酶解正交试验结果见表4。

表4 红树莓酶解正交试验结果

由表4可知，影响树莓出汁率的主次因素排列次序为果胶酶添加量＞酶解时间＞酶解温度＞酶解pH值。2号试验的出汁率最大为78.10%，其因素水平组合为A1B2C2D2。从极差分析的结果来看，最佳组合为A1B1C2D2。所以，对A1B1C2D2和A1B1C2D2进行验证试验，试验指标不变，最终的出汁率分别为76.8%和78.3%，确定A1B1C2D2为最佳酶解条件，即果胶酶添加量0.35%，酶解温度30 ℃，酶解pH值3.0，酶解时间120 min。

红树莓汁对饮料感官品质的影响见图5。

当红树莓汁添加量低于30%时，饮料的感官品质随着红树莓汁的添加呈上升趋势；当添加量为30%时，感官评价达到最高为79.6分；之后，感官评价随着红树莓汁添加量的增大呈下降趋势。从试验中可知，红树莓中含有较多酸性物质，口感较酸，且其具有一种特殊的植物香气。红树莓添加量主要影响饮料的口感和香气，红树莓汁添加量为30%。

图5 红树莓汁对饮料感官品质的影响

山药浸提液对饮料感官品质的影响见图6。

图6 山药浸提液对饮料感官品质的影响

由图6可知，当山药浸提液添加量低于15%时，饮料的感官评价随着浸提液的添加呈升高趋势；添加量为15%时，感官评价达到最高为78.3分；当添加量高于15%时，感官评价随着浸提液的添加呈下降趋势。由于山药含有大量淀粉、蛋白质及膳食纤维，其浸提液易产生沉淀分层的现象，且口感较粗糙，具有特殊的涩味。故山药浸提液主要影响饮料的口感及组织形态，山药浸提液的最佳添加量为15%。

木糖醇对饮料感官品质的影响见图7。

图7 木糖醇对饮料感官品质的影响

由图7可知，随着木糖醇添加量逐渐增加，饮料的感官评价呈上升趋势；当添加量为10%时，感官评价达到最高为79.10分；之后，随着添加量的进一步增加，感官评价呈下降趋势。木糖醇甜味纯正清爽，并且有利于人体肠道益生菌的生长。开始，随着添加量的逐渐增加，饮料的甜度不断增加，口感越来越好；添加量达到10%时，为该饮料的最佳糖酸比。所以，木糖醇的最佳添加量为10%。

黄原胶能够显著增加体系黏度，使饮料中不溶性成分形成良好的悬浮液，保持液体均匀不分层。为了避免饮料产生沉淀分层，故使用黄原胶作为稳定剂，提高饮料的稳定性及口感。

黄原胶对饮料感官品质的影响见图8。

图8 黄原胶对饮料感官品质的影响

由图8可知，随着黄原胶添加量逐渐增加，饮料的感官评价呈上升趋势；当添加量为0.04%时，感官评价达到最高为78.3分；之后，随着添加量的进一步增加，感官评价呈下降趋势。当添加量过小时，黄原胶不能够起到稳定作用，故当添加量小于0.04%时，饮料稳定性较差。所以，黄原胶的最佳添加量为0.04%。

通过单因素试验，确定了饮料的最佳配方为红树莓汁、山药浸提液、木糖醇和黄原胶的添加量分别为30%，15%，10%，0.04%。在此基础上，采用四因素三水平正交试验，进一步确定复合饮料的最佳配方。

饮料配方的正交试验结果见表5。

表5 饮料配方的正交试验结果

由表5可知，山药浸提液、红树莓汁、黄原胶

和木糖醇的添加量对复合饮料感官品质影响的主次因素排列顺序为山药浸提液添加量＞红树莓汁添加量＞黄原胶添加量＞木糖醇添加量。直接观察得到的最优组合为A'1B'1C'1D'1，极差分析法得到的最优组合为A'1B'1C'1D'1。即红树莓饮料最佳配方为红树莓汁添加量25%，山药浸提液添加量12%，木糖醇添加量8%，黄原胶添加量0.02%。

3 产品品质指标

色泽：浅红色，颜色均一，色泽诱人；气味：风味协调柔和，具有红树莓和山药特有的香气及风味；口感：酸甜适中，口感细腻、味道佳，风味协调一致；组织形态：整体均匀，无沉淀、杂质，无分层现象。

可溶性固形物含量≥10%，总酸度（以柠檬酸计） 0.6%～1.0%。

该复合保健饮料的细菌总数≤100 CFU/mL，大肠菌群≤30 CFU/100 mL，致病菌不得检出。

4 结论

通过单因素试验和正交试验，确定了红树莓的最佳酶解条件，即果胶酶添加量0.35%，酶解温度30 ℃，酶解pH值3.0，酶解时间120 min。在此基础上，以红树莓汁、山药浸提液及木糖醇为原料，黄原胶为稳定剂，以色泽、气味、组织形态、口感为感官品质指标，依次采用单因素试验及四因素三水平正交试验，确定了饮料的最佳配方，即红树莓汁添加量25%，山药浸提液添加量12%，木糖醇添加量8%，黄原胶添加量0.02%。该红树莓山药复合保健饮料营养丰富、色泽鲜艳、口感极佳。如今，人们生活水平逐步提高，保健意识越来越强，更多消费者关注饮料的养生及保健功能。随着红树莓、山药的保健功能及其机理研究的深入，具有保健功能的红树莓山药复合饮料势必受到越来越多消费者的青睐。