桑葚红枣复合饮料的生产工艺优化及其稳定性研究

苑园园，季明月，王子娇，郭凯元，龚建刚，敖常伟，王 敏，檀建新

（1.衡水学院 生命科学学院，河北 衡水 053000；2.河北农业大学 食品科技学院，河北 保定 071001； 3.天津市红桥区市场监督管理局，天津 300000）

随着人们对营养及健康的追求，复合果汁饮料因其能够实现多种原材料的互补搭配，日益受到人们的欢迎。红枣作为“五果”之一，内含胡萝卜素、维生素以及钙、磷、铁等营养成分［1］。其中，VC含量在水果中位居首位，因此可抗衰老、健脾养肝、提高睡眠质量。桑葚富含白藜芦醇、黄酮类化合物［2］， 在抗氧化、保护心脏健康等方面发挥重要作用，已收入国家药食同源食品名单。

但是桑葚采收期短、贮运困难、损耗大，成为制约其开发利用的限制性因素。因此, 采用典型的食品加工方式将桑葚制成相关产品是一条减少其在贮藏过程中损失及提高其商品附加值的有效途径。目前对桑葚进行深加工综合利用较少，国内外关于桑葚的相关产品研究有果汁饮料、果酒、果醋等。如胡永正［3］以酶解后的桑葚汁为原料，在200 g/L 初始糖量、0.3%酵母菌接种量、25 ℃的条件下，酿出澄清透明、果香浓郁的桑葚果酒。王超萍，蒋锡龙［4］在桑葚酒中接种了8%的红曲霉，在18 ℃、pH 3.6 的条件下, 制得酒精度为12.9% 的桑葚酒。管冠 宇［5］对桑葚果醋发酵工艺进行了研究，最终确定在最初酒精度10.5% vol 的基础上，接种9%醋酸菌，发酵7 d 可得口味典型纯正的桑葚果醋。杜国军等［6］以桑葚为主要原料，另外加入番茄和红枣，醋酸菌液态发酵的同时接种酵母菌，酿造的复合果醋不仅酸中带甜，而且具有蜂蜜的清香气息。王新明等［7］对红树莓桑葚复合饮料进行了研究，最终确定了饮料的添加配方。林小晖，郑贤惠［8］对桑葚枸杞决明子保健饮料的工艺进行了研究，通过试验确定了保健饮料的最适配方。然而，桑葚红枣复合果汁饮料的研究尚未见报道。本文主要以桑葚、红枣汁为主要原料，对桑葚红枣复合果汁的工艺配方及稳定性进行研究，得到的产品味道独特、营养丰富，可为红枣汁的发掘使用及桑葚的深层次加工提供新的选择和主要方向。

1 材料与方法

1.1 材料

红枣汁：保定市阜平县盖宇饮料食品有限公司；桑葚：河北省保定市定州市东胜生态园；白砂糖：保定市康博食品有限公司；果胶酶、CMC-Na、柠檬酸、海藻酸钠、果胶：食品级，深圳振芯嘉贸易公司。

1.2 仪器设备

多功能榨汁机(MJ-BL 25B3) 广东美的电器有限公司；高速冷冻离心机(Neofuge 15R) 上海力申仪器有限公司；电子天平(BL-300-X) 厦门伯伦斯电子有限公司；高压均质机(GYB60-6S)上海东华均质机厂；高压蒸汽灭菌锅(YXQ-SG46-280S) 上海博讯有限公司；液相色谱仪（Agilent 1200）美国安捷伦公司。

1.3 试验及方法

1.3.1 工艺流程

1.3.2 操作要点

①桑葚汁的制备 选择无机械损伤和腐烂的桑葚，破碎后加入0.004% ～0.008% 的果胶酶，放置过夜，加速果胶分解，使汁液充分浸出。第二天，放入榨汁机中破碎3 ～4 s，经纱布过滤去除果渣，再将桑葚浆液于离心机4 000 r/min 速度离心 15 min，分取上层清液，得桑葚汁备用。

②红枣汁 选择出产日期较近，未开封冷藏保存的红枣汁，开瓶前混合均匀，必要时可过滤。

③复合果汁的制备 将制备好的桑葚汁和红枣汁按比例混合，加入适量水保证混合果汁与水之比为2∶1，再按配方要求加入其他材料柠檬酸、白砂糖、稳定剂，搅拌均匀。然后对其进行均质、灌装、杀菌、冷却处理，即得复合果汁成品。

1.3.3 感官评定方法 自行组成10 人评价小组，在满分100 分前提下，对复合果汁进行全方位感官评价［9］，包括色泽、口感、香气、组织状态方面（表1）。

表1 感官评价标准Table 1 Criteria of sensory evaluation

1.3.4 检验方法 可溶性固形物含量测定：GB/T 12143—2008；总 酸 测 定：GB/T 12456—2008；Vc 测定：2,6-二氯酚靛酚滴定法［10］；黄酮测定：NaNO2-Al(NO3)3法［11］；白藜芦醇测定：高效液相色谱法［12］。菌落总数测定：GB 4789.2—2016；大肠菌群测定：GB 4789.3—2016。离心沉淀率［13］：精确量取静置1 d 后的产品40 mL，4 000 r/min 速度离心15 min，对舍弃上层溶液后的底层沉淀进行称重，代入下式计算。

沉淀率% = 沉淀物重（g）/ 40 mL 饮料重（g）×100

2 结果与分析

2.1 复合果汁配方单因素实验

2.1.1 红枣汁与桑葚汁的复配比例 红枣汁与桑葚汁的添加比例对果汁饮料的口感风味有较大影响。因此，对复合果汁饮料中红枣汁与桑葚汁的添加比例进行单因素实验。具体感官评定结果见图1。由图 1 可知，随着红枣汁与桑葚汁的添加比例不同所得到的感官评分值也不同，当红枣汁与桑葚汁的添加比例在1∶1、2∶1、3∶1 范围内感官指标明显高于其它水平，故将1∶1、2∶1、3∶1 确定为二者最佳比例范围。在此范围内红枣汁与桑葚汁的添加比例为2∶1 时其感官综合评分最高，为86.3 分。

图1 红枣汁与桑葚汁的比例对复合饮料感官指标的影响 Fig.1 Effects of ratio of jujube juice to mulberry juice on sensory score of compound juice

2.1.2 柠檬酸添加量 以红枣汁与桑葚汁添加比例2∶1，白砂糖5%，柠檬酸用量0.09%、0.12%、0.15%、0.18%、0.21%进行单因素试验，感官评分如图2。由图2 可知，感官评分因不同柠檬酸用量而产生变化，当其用量在一定范围（0.9%～0.15%）时，感官指标明显高于其他水平，所以选择0.9%～0.15%为柠檬酸的最适添加量。复合饮料的感官分值在0.12%柠檬酸用量时最高(83.2 分)。大于该用量，饮料酸味太浓，口感下降。

图2 柠檬酸用量对复合饮料感官指标的影响Fig.2 Effects of citric acid content on compound juice

2.1.3 白砂糖添加量 将1%、3%、5%、7%、9%的白砂糖加入枣汁和桑椹汁中（比例为2∶1），柠檬酸用量0.12%，做单因素试验，感官评分如图3。从图3 可以看出，白砂糖加入量不同，感官评分有所不同。当白砂糖的添加量在1%～5%范围内时，感官指标明显高于其它水平，所以选择1%～5%为白砂糖的最适添加量。复合果汁饮料的感官分值在3%白砂糖用量时最高(86.5 分)。用量继续增加，甜度不在人们感受的愉悦范围内，感官分值下降。

图3 白砂糖用量对复合饮料感官指标的影响Fig.3 Effects of sugar content on compound juice

2.2 复合果汁的响应面优化试验

2.2.1 响应面影响因素和水平 用单因素实验法确定了复合饮料的3 个影响因素的最优水平后，再用Box-Behnken 模型对显著性影响因素进行优化，通过三因素三水平的方法，来确定复合饮料的最佳工艺条件（表2）。

表2 响应面因素和水平Table 2 Factors and levels of response surface

2.2.2 响应面结果及方差分析 根据表2 设计的水平和因素，用Box-Benhnken 模型进行组合，并用Design Expert 8.0.6 软件来分析，总共17 个实验点，研究各因素对复合果汁风味的影响（表3）。

表3 响应面实验设计及结果Table 3 Design and results of response surface test

试验数据用Design-Expert 软件进行计算分析，得到的三元二次回归方程如下：Y=87.26+0.74×A+0.8 6×B+1.4 5×C-0.5 7×A×B+0.0 5 0 ×A×C+1.00×B×C-2.82×A2-3.67×B2-5.39×C2

回归模型的方差分析表4 表明，模型的F值为44.32，P＜0.000 1，说明该模型极显著。该模型相关系数R2=0.982 8，校对系数R2Adj=0.960 6，说明试验数据与模型预测数据有98.28%的符合度，只有变异2.22%不能由该模型来解释。该模型的失拟项P=0.080 6 ＞0.05，可知失拟不显著，说明该模型能较好地模拟和验证实验结果，实验误差较小。变异系数CV%的值越小，表明试验的可靠性越高，试验中变异系数为1.00%，证明该模型可操作。方程中，一次项红枣桑葚比、柠檬酸量对评分有显著影响，白砂糖量对评分影响极显著；二次项对评分影响都极显著，交互项中又以柠檬酸量与白砂糖量交互作用最为显著，其他因素对评分影响不大。

表4 回归模型的方差分析Table 4 Analysis of variance of regression model

2.2.3 响应面交互作用分析 为探讨交互项对Y值感官评分的影响，固定1 个因素，观察另外2 个因素对它的影响。利用 Design Expert 8.0.6 软件优化模型中的参数，图4 即为3 个因素之间的相互作用关系图。从这3 组图可以看出，两两因素中，当一个因素的值较小或较大时，随着另一因素值的增加，对应的响应值均呈现先增加后减小的趋势。

由Design Expert 8.0.6 软件预测得到红枣桑葚复合果汁的感官品质最佳配方为红枣汁与桑葚汁配比2.12，柠檬酸量0.12%，白砂糖量3.29%，理论上预测复合果汁感官评分为87.465 7 分。

图4 各因素交互作用的响应面图Fig.4 The response surface of interaction between every two factors

2.2.4 验证优化结果 为使响应面结果便于实际操作,所以将影响复合饮料的3 个主要因素的最优水平修改成：红枣汁与桑葚汁的配比2∶1，柠檬酸用量0.12%，白砂糖用量3.3%，并进行3 个平行实验，求得感官评分的结果平均计算下来是87.56 分，这和预测的结果相差不大，说明该模型的分析准确度和可信度较高。虽然此次最终优化条件结果与前面单因素结果相差不大，但是通过响应面法建立了红枣桑葚复合果汁感官质量与3 个影响因素之间函数关系的多元回归方程，可快速、初步确定最佳工艺条件，同时可以直观反映3 因素对复合饮料感官品质影响是否显著以及3 因素间交互作用的强弱，实现了在三维空间上的建模优化，这些都是单因素试验所不能匹及的优势。

2.3 稳定剂对复合果汁稳定性的影响

2.3.1 单一稳定剂对复合果汁稳定性的影响 由于复合果汁自身稳定性不强，在杀菌、贮运出售过程中极易产生沉淀，影响产品的外观品质。所以，选择果胶、CMC-Na、黄原胶3 种常用的稳定剂，利用离心沉淀法研究其对桑葚红枣复合果汁稳定性的影响, 离心沉淀率越低，饮料的稳定性越好。因为每种稳定剂的作用机制不一样，稳定剂的用量不同势必会影响复合果汁的品质。因此针对3 种稳定剂进行对比试验，结果见表5。从沉淀率大小可知，这3 种稳定剂单独使用时对复合果汁均能起到一定的作用。CMC-Na 和黄原胶使用效果要优于果胶。

表5 3 种稳定剂用量对复合饮料稳定性的影响Table 5 Effect of three stabilizers on the stability of compound juice

2.3.2 复合稳定剂对复合果汁稳定性的影响 由于3 种稳定剂复配时可能存在协同效应，而且目前普遍认为复合稳定剂对果汁的稳定效果较好［14］，因此，将表5 中3 种稳定剂的用量缩小5 倍后作为正交实验中每个因素的低、中、高水平（由于黄原胶添加量0.25%时，果汁口感较黏，所以将其在0.05%、0.10%、0.15%添加量基础上缩小5 倍）进行正交试验（表6）。

表6 复合稳定剂设计正交试验因子与水平表Table 6 Factors and levels of orthogonal experiment for stabilizer formula

从表7 稳定剂配方正交试验结果可知，果汁稳定性因素影响的主要关系和次要关系是：C＞A＞B，即黄原胶用量影响最大，果胶其次，CMC-Na最小。最佳组合为A1B1C1，即果胶0.04%、CMCNa 0.03%、黄原胶0.01%，该组合出现在正交表中，果汁沉淀率为2.3%，均低于正交实验中的其他值，而且与黄原胶添加量0.15%时的果汁沉淀率2.29%接近。可见，在控制复合果汁饮料稳定性效果相同的情况下，复合稳定剂在一定条件下可显著降低单个稳定剂的添加量，应用于食品工业可大大节约成本。

从正交实验方差分析表8 可知，黄原胶对果汁稳定性影响显著，果胶和CMC-Na 的影响未达到显著水平。从F值大小可看出，3 个因素的影响主次顺序为：C＞A＞B。

表7 稳定剂配方正交试验结果Table 7 Results of orthogonal experiment of stabilizer formula

表8 果汁沉淀率方差分析Table 8 Variance analysis of juice sedimentation rate

2.4 复合饮料质量指标

2.4.1 感官指标 色泽：色泽纯正均一，紫红色；口感：口味协调，酸甜适当；气味：具有桑葚和红枣独特的香味，香气和谐；组织状态：质地均一，没有沉淀。

2.4.2 理化指标和主要功能成分 经测定，复合果汁中含可溶性固形物9.8%；总酸度（以柠檬酸计）1.277 g/kg；Vc 0.909 mg/g；总 黄 酮1.093 mg/g；白藜芦醇1.78 μg/g。

2.4.3 卫生指标 菌落总数≤100 cfu/mL；大肠菌群≤3 MPN/mL；未检测到致病菌。

3 讨论与结论

复合果汁饮料因其营养搭配合理、健康时尚的理念，成为近年来饮料行业消费和发展的主要方 向［15］。本研究以桑葚和红枣汁为对象制备复合果汁饮料，通过单因素和响应面试验探索复合饮料的最佳风味配比。研究发现，果汁比例对复合饮料风味有一定的影响，当红枣汁∶桑葚汁为2∶1 时，复合饮料有最高分值，原因可能是桑葚汁不愉悦的味道被偏多的红枣汁的浓郁香味遮盖，另复合饮料风味更协调；白砂糖或柠檬酸用量不能太大，否则会导致复合饮料甜味或酸味突出，进而造成桑葚和红枣的特征风味不明显，试验最终得出当白砂糖量3.3%、柠檬酸量0.12%时，复合饮料风味最佳评分最高。此外，该复合果汁富含Vc、总黄酮和白藜芦醇等成份，满足了人们营养健康时尚的消费需求。

饮料是1 种内含水溶液、悬浮液、乳浊液多种成分的复杂结构体系［16］，一般分为：果蔬饮料、植物蛋白饮料、乳饮料等［17］。在长期贮藏过程中，会因物理作用或体系间各因子相互作用发生自然沉降或上浮等现象，影响饮料外观品质的同时，不利于饮料的货架寿命。影响饮料稳定性的因素有很多，但总起来可归纳为以下三方面：原料来源、生产工艺、稳定剂种类［18］。其中添加合适安全的天然稳定剂是提升饮料稳定性的重要因子，也是实际应用中最常用的方法。但注意必须在一定范围内使用才有效。加入量太小，稳定效果不佳，相反加入量太大，可能会出现凝胶影响饮料的口感［19］。常用于果汁饮料的稳定剂主要有：卡拉胶、果胶、羧甲基纤维素钠、黄原胶、海藻酸钠等［20］。稳定剂受饮料种类、杀菌温度、均质压力、pH 值等多方面的影响［21］，作用效果也不一样。如在植物蛋白类饮料中需要同时添加乳化剂才能起到良好的稳定效果。

单一稳定剂稳定效果不如复合稳定剂，但是必须针对不同的饮料进行专门研究。所以本研究首先对常用的3 种稳定剂果胶、CMC-Na、黄原胶进行单因素试验，结果发现，这3 种稳定剂单独使用时对复合果汁均能起到一定的作用。其中，CMC-Na和黄原胶使用效果要优于果胶。添加不同种类稳定剂对复合果汁饮料稳定性影响不尽相同。研究发现这可能与不同稳定剂的分子结构和作用机制有很大关系。如：通过转换悬浮粒子的电荷、亲水基团水化作用、空间网状结构毛细管凝聚作用［22-23］等提高系统稳定性，值得后续进行进一步研究和探索。考虑到3 种稳定剂复配时可能存在协同交互作用，所以将3 种稳定剂的用量缩小5 倍后进行正交试验。得出最优稳定剂组合：果胶0.04%、CMC-Na 0.03%、黄原胶0.01%，果汁沉淀率2.3%，而且与黄原胶添加量0.15%时的果汁沉淀率2.29%接近。可见，在控制复合果汁饮料稳定性效果相同的情况下，复合稳定剂在一定条件下可显著降低单个稳定剂的添加量，应用于食品工业可大大节约成本。通过本方法得到的桑葚红枣复合果汁饮料色泽均一、口感适中、香气和谐、质地细腻，不但满足了消费者对饮料口感舒适的要求，而且为红枣汁的发掘使用及桑葚的深层次加工提供了参考。