蟠桃-葡萄-黑枸杞复合饮料的配方优化

代文婷,王远,邢丽杰*,吴宏,康效宁,吴洪斌,王世萍,代佳慧

1(海南省农业科学院农产品加工设计研究所，海南 海口，570100)2(海南省热带果蔬冷链研究重点实验室，海南 海口，570100) 3(新疆农垦科学院，新疆 石河子，832000)4(新疆农垦科学院农产品加工研究所，新疆 石河子，832000)

黑枸杞，学名黑果枸杞(LyciumruthenicumMurr.)是茄科枸杞属多年生多棘刺落叶灌木，国内主要生长于甘肃、宁夏、新疆、内蒙古等西北省区[1]，富含氨基酸、类胡萝卜素、维生素C等多种营养成分，其中花青素含量尤为丰富，具有抗氧化、延缓衰老、提高免疫力、抗心血管疾病和抗癌等生理功能[2-5]。新疆盛产蟠桃和葡萄，将黑枸杞、蟠桃和葡萄加工成复合果汁，可提升新疆特色水果的附加值，迎合消费升级趋势。

本文以新疆本地黑枸杞和特色水果蟠桃、葡萄为原料，复配木糖醇、罗汉果甜苷、三氯蔗糖3种功能性糖，通过模糊数学法[6-7]结合响应面分析法确定配方，开发出一款色泽亮丽、风味独特、营养丰富的复合果汁饮料。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

黑枸杞干果、新鲜夏黑葡萄、新鲜蟠桃,购于新疆石河子市;木糖醇,浙江华康药业股份有限公司;三氯蔗糖、罗汉果甜苷,桂林莱茵生物科技股份有限公司。

HR-2006飞利浦打浆机，飞利浦电子香港有限公司；CH2176 J 电磁炉，广东格兰仕生活电器制造有限公司；TGL-10B高速台式离心机，上海安亭科学仪器厂；YHA2003电子天平，五鑫衡器有限公司；FA1104 N型电子天平，上海民桥精密科学仪器有限公司；TU-1901紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司；HSU-20手持式折光仪，上海精密仪器仪表有限公司；AH-2010高压均质机，ATS工业系统有限公司；L-8900高速氨基酸分析仪，日本HIACHI公司；E2695高效液相色谱，美国Waters 公司。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程

1.2.2 操作要点

原料选择及预处理：挑选无虫害的黑枸杞干果，流水清洗，按料水比1∶10(g∶g)，加质量分数0.01%D-异抗坏血酸钠，打浆后经200目尼龙筛过滤弃渣，8 500 r/min离心10 min，取上清液备用；挑选成熟度较高、无机械损伤的蟠桃，流水清洗，经85～95 ℃热水预煮10 min，去皮去核后打浆、离心(8 500 r/min、10 min)取上清液备用；挑选新鲜无机械损伤的葡萄，打浆并过滤，离心(同上)取上清液备用。

调配：将黑枸杞汁、蟠桃汁、葡萄汁按一定比例混合，辅以甜味剂木糖醇、三氯蔗糖、罗汉果甜苷，酸味剂柠檬酸混合调配。

均质：为提高果汁的稳定性，采用均质压力30 MPa，均质3次[8]。

杀菌、冷却：将灌装好的复合饮料在95～100 ℃热水中杀菌20 min，采用分段式冷却至室温。

1.3 单因素试验设计

经过预试验选择黑枸杞汁、蟠桃鲜汁、葡萄鲜汁以质量比1∶3∶3复配，在工艺条件和其他辅料添加量(质量分数，下同)相同情况下，以木糖醇添加量、三氯蔗糖添加量、罗汉果甜苷添加量及柠檬酸添加量4个因素进行单因素试验。以复合原果汁400 g计，木糖醇添加量(A)、三氯蔗糖添加量(B)、罗汉果甜苷添加量(C)及柠檬酸添加量(D)固定值分别为 1%、0.001 5%、0.002%及0.1%，按照表1依次改变其中一个因素的值，分析各个因素的最适添加量范围。

表1 复合饮料单因素水平表Table 1 Single factor level of compound beverage

1.4 响应面试验设计

在单因素试验基础上，以木糖醇添加量(A)、三氯蔗糖添加量(B)、罗汉果甜苷添加量(C)、柠檬酸添加量(D)为响应因素，以感官评分为响应值，采用Design-Expert V 8.0.6.1软件设计4因素3水平响应面分析试验，其因素与水平见表2。

表2 响应面试验因素水平表Table 2 Factors and levels in response surface design

1.5 感官评定

参考孙红梅等[9]的方法及课题组前期研究基础[10]，选5男5女共10位身体健康、无任何感觉方面缺陷的食品专业人员组成感官评定小组，分别从产品的色泽、香气、滋味3个方面，以优、良、差3个等级对每组样品进行评分(见表3)。要求感官评定员在评价前12 h禁食辛辣刺激食物，每评价一个样品后需清水漱口，间隔10 min再评定下一个样品，且评价过程中避免讨论。

1.6 模糊数学模型的建立[11]

评价因素集是对蟠桃-葡萄-黑枸杞复合饮料感官评价因素的集合，以色泽u1、香气u2、滋味u3三项指标构成评价因素集U={u1，u2，u3}；评语集是感官评定员对因素集评价标准分数的集合，以优v1、良v2、差v3为评语集V={v1，v2，v3}，以10分为标准，v1为 7～10 分，v2为 4～6 分，v3为 1～3 分，各级评语集对应的感官评定标准见表3。根据感官评定结果，建立3个单因素评价矩阵，用模糊数学评判方法进行分析。

表3 复合饮料的感官评价标准Table 3 Sensory evaluation standard of compound beverage

1.7 营养理化指标及微生物指标

花青素参考NY/Y 2640—2014测定；氨基酸参照GB 5009.124—2016测定；总酸参照GB/T 12456—2008测定；可溶性固形物参考GB/T 12143—2008的规定检验；菌落总数参考GB 4789.2—2016检验；大肠菌群参考GB 4789.3—2016检验；沙门氏菌、志贺氏菌、金黄色葡萄球菌分别按GB/T 4789.4—2016、GB/T 4789.5—2016、GB/T 4789.10—2016的规定检验。

1.8 数据处理

采用 Origin 7.5 作图，SPSS 20.0 软件进行数据统计分析，结果用“平均值±标准差”表示，P<0.05为显著水平，P<0.01为极显著水平。

2 结果与分析

2.1 模糊评价结果

2.1.1 确定质量因素权重集[12]

权重是指因素集中各个因素占所有被评价因素的比重，可表示为k=(k1,k2,…,ki,…,km)，根据归一化原则，权重集中元素总和为 1。根据各评价因素在复合饮料感官评价中的重要性，采用用户调查法[13]确定每个因素的权重，由10名来自不同专业的感官评定员根据个人喜好对色泽、香气和滋味3项质量因素按百分制打分，每个因素的得分与总分的比重即为权重，最后求出各项质量因素的权重平均值，结果见表4。

表4 评价复合饮料各风味质量因素的权重分布统计Table 4 Weight analysis of key quality factors in compound beverage

3项质量因素权重集合为k=(k1,k2,k3)=(0.18,0.265,0.555)，即影响蟠桃-葡萄-黑枸杞复合饮料感官品质的质量指标中滋味最为重要，其次是香气，而色泽影响程度相对较小。

2.1.2 模糊矩阵的建立及综合评价结果

10名感官评定员对复合饮料按色泽、香气、滋味3个因素逐一评价，统计各质量因素在每个等级中的票数，进行归一化得到复合饮料的感官评价模糊关系矩阵R[14]。

(1)

其中j=1，2，3,…,t为样品编号，每一行代表一个质量因素的评价结果。依据模糊矩阵变换原理H=k×R，计算对第j号样品的综合评价结果Hj=k×Rj。

以第一组样品R1为例，其感官评定结果见表5。

表5 样品R1感官评价结果Table 5 The sensory evaluation results of R1

对评定结果归一化处理，得到对应的模糊关系矩阵。

(2)

根据模糊变换原理：H=k×R，得出样品R1的综合评价结果。

(0.476,0.524,0)

(3)

上述结果说明，由配方一所制备的复合饮料，有47.6%的感官评定员认为其等级为优，52.4%的评定员认为良，无评定员认为差。同理可以得到其他样品的综合评价结果。

得出各组样品综合评价结果后，对评价标准赋值(v1= 9,v2= 6,v3= 3)，两者相乘再相加。[14-15]

(4)

同理得到其他样品的最终感官评分，见表6。

表6 响应面试验设计方案及结果Table 6 Design and results of response surface experiment

2.2 单因素试验结果

由图1-a可知，随着木糖醇增加，复合饮料的感官评分先升高后降低，当木糖醇添加量为1% 时，风味最佳，综合感官评分达到最大值。木糖醇类似蔗糖甜味[16]，清甜爽口，木糖醇添加量过高，致使饮料口感甜腻，风味变差；添加量过少，口感寡淡，风味不佳。单因素方差分析得到不同木糖醇添加量对感官评分均有显著影响(P<0.05)，综合选择木糖醇添加量1%为最佳水平。

三氯蔗糖是一类蔗糖衍生物，热值低、无毒、抗龋齿，甜度为蔗糖的600倍，可明显增加体系的甜味和后甜味[17-18]。由图1-b可见，随着三氯蔗糖添加量增大，复合饮料的感官评分先升高后降低，当三氯蔗糖添加量达0.0015%时，感官评分达到最大值，若继续添加三氯蔗糖，饮料齁甜、后味发苦，导致感官评分显著下降(P<0.05)，故选择三氯蔗糖添加量0.001 5%为最佳水平。

罗汉果甜苷是一种安全无毒的天然甜味剂，高甜味、低热量，其甜度为蔗糖200～350倍，有抗炎、抗癌、调节血糖等作用[19-20]。由图1-c可见，随着罗汉果甜苷添加量增大，复合饮料的感官评分先升高后降低，当罗汉果甜苷添加量为0.001 5%时，综合感官评分达到最大值。罗汉果甜苷添加量为0.001 5%～0.003%时，与添加三氯蔗糖趋势相似，整体风味下降，感官评分显著降低(P<0.05)，综合选择罗汉果甜苷添加量0.001 5%为最佳水平。

由图1-d可知，随着柠檬酸增加，复合饮料的感官评分先升高后降低，当柠檬酸添加量为0.1%时，风味最佳，感官评分达到最大值，若继续添加柠檬酸，口感偏酸，掩盖了复合果汁风味，与李晓彤[21]研究结果相似。经单因素方差分析可知不同柠檬酸添加量对感官评分有显著影响(P<0.05)。

图1 单因素试验结果Fig.1 Results of single factor experiments

2.3 响应面试验结果

2.3.1 响应面试验设计及结果

响应面法优化蟠桃-葡萄-黑枸杞复合饮料的试验结果见表6。对表6的试验数据进行多元回归拟合，得到感官评分Y对木糖醇添加量、三氯蔗糖添加量、罗汉果甜苷添加量、柠檬酸添加量4个因素的二次多项回归模型:

Y=8.27-0.059A-0.38B-0.25C-0.20D-0.28AB+0.01AC+0.50AD-0.27BC+0.16BD+0.46CD-0.86A2-

0.94B2-0.83C2-0.76D2

由回归方程可知，各因素对响应值的影响并不是简单的线性关系，一次项B、C及交互项AD、CD对复

表7 回归模型的方差分析Table 7 Variance analysis for the regression model

合饮料的感官评分呈极显著影响(P<0.01)，一次项D及交互项AB、BC对复合饮料的感官评分呈显著影响(P<0.05)，而一次项A及交互项AC、BD对复合饮料的感官评分影响并不显著。F值能够反映各因素对响应值的重要性，F值越大，表明对响应值的影响越大[21-22]，因此4个因素对复合饮料感官评分影响程度的大小顺序为三氯蔗糖添加量>罗汉果甜苷添加量>柠檬酸添加量>木糖醇添加量。

2.3.2 交互作用

由图2可以看出，木糖醇与三氯蔗糖添加量、三氯蔗糖与罗汉果甜苷添加量、木糖醇和柠檬酸添加量、罗汉果甜苷与柠檬酸添加量交互作用的等高线均呈椭圆形，交互作用显著，与表7中方差分析结果一致。

图2-a为罗汉果甜苷和柠檬酸添加量为零值时，木糖醇与三氯蔗糖添加量对感官评分的影响以及两者之间的交互作用。当三氯蔗糖添加量不变时，复合饮料的感官评分随木糖醇添加量的增加呈先上升后下降的趋势；当木糖醇添加量不变时，感官评分随三氯蔗糖添加量逐渐增加呈现先上升后降低的趋势。综合响应面图可以看出，三氯蔗糖添加量的上升幅度明显比木糖醇添加量陡峭，说明三氯蔗糖添加量对复合饮料感官评分的影响比木糖醇添加量大。

图2-b为固定木糖醇和柠檬酸添加量为零水平，三氯蔗糖与罗汉果甜苷添加量对感官评分的影响以及两者之间的交互作用。复合饮料的感官评分随三氯蔗糖与罗汉果甜苷添加量的增加呈先上升后下降的趋势，且三氯蔗糖添加量的上升幅度大于罗汉果甜苷添加量的上升幅度，说明三氯蔗糖添加量对复合饮料感官评分的影响比罗汉果甜苷添加量大。图2-c为固定三氯蔗糖和罗汉果甜苷添加量为零水平，木糖醇和柠檬酸添加量对感官评分有显著影响。复合饮料感官评分随木糖醇和柠檬酸添加量的增加呈先上升后下降趋势，柠檬酸添加量的上升幅度大于木糖醇添加量的上升幅度，说明柠檬酸添加量对复合饮料感官评分的影响比木糖醇添加量大。图2-d为固定三氯蔗糖和木糖醇添加量为零水平，罗汉果甜苷与柠檬酸添加量对感官评分有显著影响。当罗汉果甜苷添加量不变时，复合饮料的感官评分随柠檬酸添加量的增加呈先上升后下降的趋势；当柠檬酸添加量不变时，感官评分随罗汉果甜苷添加量的增加呈现先上升后下降的趋势。

2.3.3 验证试验

运用 Design-Expert V 8.0.6.1软件对数据进行分析优化，得到此款蟠桃-葡萄-黑枸杞复合饮料的理论最优配方为木糖醇添加量0.98%、三氯蔗糖添加量0.001 4%、罗汉果甜苷添加量0.001 4%、柠檬酸添加量0.09%，此条件下复合饮料的综合评分为8.35。为进一步验证模型的准确性和可行性，选取木糖醇添加量1%、三氯蔗糖添加量0.001 4%、罗汉果甜苷添加量0.001 4%、柠檬酸添加量0.1%，经3次验证试验得到复合饮料的感官评分为(8.38±0.03)，与模型理论值相对误差0.36%，说明响应面法优化所获参数合理可信，具有实用价值。

2.4 营养、理化指标及微生物指标分析

经检测分析(见表8)，此款复合饮料酸甜可口、营养丰富，糖酸比4.2∶1，花青素含量达144.1 μg/mL，总糖11.2 g/100 g，总酸3.4 g/100 g，且含有13种氨基酸，易于人体吸收，其中天门冬氨酸、谷氨酸、脯氨酸、精氨酸及丙氨酸含量较高，占氨基酸总量的87.7%。菌落总数、大肠菌群和致病菌检测结果均符合国家标准。

a-木糖醇添加量与三氯蔗糖添加量;b-三氯蔗糖添加量与罗汉果甜苷添加量; c-木糖醇添加量与柠檬酸添加量;d-罗汉果甜苷添加量与柠檬酸添加量图2 各因素交互作用对复合饮料综合评分影响的响应面图Fig.2 Response surface plots showing the interaction of factors on comprehensive evaluation value of compound beverage

3 结论与讨论

以质量比为1∶3∶3的黑枸杞汁、蟠桃汁、葡萄汁为基料，采用模糊数学综合评价法结合响应面分析法优化复合饮料配方，得到蟠桃-葡萄-黑枸杞复合饮料最优配方为木糖醇添加量1%、三氯蔗糖添加量0.001 4%、罗汉果甜苷添加量0.001 4%、柠檬酸添加量0.1%，在此条件下复合饮料的感官评分为(8.38±0.03)，与模型预测值十分接近。

此款复合饮料具有黑枸杞的天然色泽，蟠桃、葡萄的独特香气和口感弥补了黑枸杞香味不足、口感欠佳的缺点；高压均质使果肉细化、组织状态均一，提高了果汁饮料的稳定性[24]；添加的木糖醇、三氯蔗糖、罗汉果甜苷3种功能性甜味剂甜度高、热量低，增加了一定的保健功能，对改善果汁饮料的风味和预防慢性疾病的发生发展都有着积极意义。本研究不仅丰富了果汁品种，也为特色蟠桃-葡萄-黑枸杞复合饮料工业化生产提供了参考依据。

表8 营养、理化指标及微生物指标Table 8 Nutrition, physicochemical index and microorganism index