酸浆宿萼与黑果腺肋花楸复合功能饮料的研制

王申萌，管清杰，张廷秀，杨成君

（东北林业大学，黑龙江 哈尔滨 150040）

酸浆（Physalis alkekengi）又名挂金灯、灯笼草、洛神珠等，为茄科酸浆属酸浆种，多年生草本植物，适应性极强，耐寒，耐热，不择土壤，在我国栽培历史较久，且在东北地区种植较为广泛。酸浆宿萼含有丰富的多糖[1]、多酚[2]与黄酮[3]等对人体有益的活性物质，因此具有清热解毒、强心抑菌等功能，能够治疗咽痛、扁桃体炎等[4]。民间家庭偶尔会用酸浆宿萼煮水或泡水来治疗因上火引起的咽喉肿胀。其果实同样营养丰富，可生食、糖渍[5]或制作成果酒[6]及饮料。近年来同样出现以宿萼提取物作为原料的注射液或颗粒形式的药品，开发前景广阔[7]。

黑果腺肋花楸（Aronia melanocarpa）通常指黑涩石楠，属蔷薇科涩石楠属的落叶丛状灌木，原产于北美洲地区，天然分布于北美大湖区东北部[8]，对土壤、气候适应性极强。黑果腺肋花楸在欧美各国家和地区已拥有较长的利用历史，并约在上世纪90年代被引入我国种植，其种类可达十余种，分别栽培于我国华北地区、东北地区及内蒙古自治区等，具有较高经济价值[9]。其果实呈紫黑色，含有丰富的多酚类化合物、花青素、多糖、酚酸等活性成分[10]，其在抗氧化、抗炎症、抑制肿瘤生长、清除人体内油脂、增强人体抵抗力等一系列方面均能起到一定作用，可被用来生产着色剂、果汁、糖浆、果酒、乳饮料等产品。此外，其营养成分还包括类胡萝卜素、膳食纤维等物质[11]。由于其种种优点，2018年，我国国家健康卫生委员会已将黑果腺肋花楸列为新食物原料。

本研究以黑果腺肋花楸与酸浆宿萼为原料，通过单因素试验、正交试验以及响应面试验协同模糊数学法等方法，将两种原材料合理复配，开发一款果香浓郁、口味独特并具有消炎抗衰老等功效的新型饮料[12]，以期为黑果腺肋花楸与酸浆相关产品的开发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

黑果腺肋花楸果实：黑龙江省肇东市黑果腺类花楸栽培品种富康源1号；酸浆：黑龙江省野生采集，市售；甜蜜素、β-环状糊精、羧甲基纤维素钠、黄原胶、卡拉胶：食品级，河南万邦实业有限公司；白砂糖：中粮集团福临门食品有限责任公司；果葡糖浆：浙江嘉吉食品有限公司；柠檬酸、纽甜、乙酸锌：上海麦克林生化科技有限公司；纤维素酶、果胶酶、抗坏血酸：阿拉丁试剂（上海）有限公司。

1.1.2 仪器与设备

DK-8D型高温水浴锅：上海一恒科技有限公司；WMS-PB108型榨汁机：迈尔康环保科技有限公司；AXTG16型高速离心机：安信实验仪器有限公司；YXQ-50A型蒸汽灭菌机：上海博迅医疗生物仪器股份有限责任公司；ME204型电子天平：梅特勒托利多仪器有限公司；TU1901型分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司。

1.2 工艺流程

1.2.1 黑果腺肋花楸果汁的制备

黑果腺肋花楸鲜果→拣选→清洗→称量→抗坏血酸护色处理→榨汁→酶解→失活→200目滤网挤压过滤→黑果腺肋花楸浆→离心→备用

1.2.2 酸浆宿萼浸提液的制备

野生酸浆果→拣选→摘下宿萼→清洗→料液比1∶50（g/mL）加入蒸馏水→90℃下浸提4 h→200目滤网挤压→宿萼浸提液→备用

1.2.3 复合果汁的制备

1.3 复合饮料工艺优化

1.3.1 酸浆宿萼浸提液苦味掩盖试验

酸浆宿萼浸提液苦味较为浓烈，对饮料口感产生巨大影响。本试验在料液比1∶50（g/mL）情况下选择纽甜、甜蜜素、果葡糖浆、白砂糖这4种甜味剂作为苦味掩盖剂[13]，在不同浓度梯度下，以感官评分为考察指标，筛选适宜的甜味剂[14]。

选取10位有感官评价能力的师生，按照10分制对含不同甜味剂的试验饮品进行打分，评分标准主要为受试者品尝试验饮品后的愉悦程度，分数越高，则表示受试者认为该浓度下味道更符合一般人口味标准。

1.3.2 复合饮料稳定剂复配正交试验

1.3.2.1 稳定剂单因素试验与感官评价

分别选择β-环状糊精、卡拉胶、黄原胶和羧甲基纤维素钠这4种稳定剂[15-16]逐一进行浓度梯度试验。吸取10 g复合饮料，分别添加相对于成品饮料质量浓度0.12%、0.14%、0.16%、0.18%、0.20%的稳定剂，搅拌均匀后，4 000 r/min下离心10 min，倒掉上层液体，倒扣离心管10 min称重，测量离心沉淀率。再分别对不同浓度下不同稳定剂配制而成的果汁进行感官评价，并记录其感官评价得分。通过离心沉淀率与感官评分确定较优梯度和稳定剂种类进行复配[17]。

1.3.2.2 稳定剂复配正交试验

根据“1.3.2.1”的结果选定3种稳定剂，以离心沉淀率为考察指标，进行四因素三水平正交试验（表1），再对正交试验中每组配方进行感官评分，综合正交试验结果与感官评分从而确定最终复配稳定剂配方[18]。

表1 稳定剂复配正交因素水平表Table 1 Orthogonal factors and levels table of stabilizer compound 单位：%

1.4 模糊数学法结合响应面法的复合饮料调味工艺优化

1.4.1 黑果腺肋花楸果汁与宿萼浸提液体积比的确定

固定白砂糖添加量为成品饮料质量浓度的16%，柠檬酸添加量0.08%，按照工艺流程进行操作，设定黑果腺肋花楸果汁与宿萼浸提液体积比分别为6∶1、8∶1、10∶1、12∶1、14∶1，通过感官评价得出评分，以确定适宜的黑果腺肋花楸果汁与宿萼浸提液体积比。

1.4.2 白砂糖添加量的确定

固定黑果腺肋花楸果汁与宿萼浸提液体积比10∶1，柠檬酸添加量0.08%，按照工艺流程进行操作，设定白砂糖添加量分别成品饮料质量浓度的12%、14%、16%、18%、20%，通过感官评价得出评分，以确定适宜的白砂糖添加量。

1.4.3 柠檬酸添加量的确定

固定黑果腺肋花楸果汁与宿萼浸提液体积比10∶1，白砂糖添加量为成品饮料质量浓度的16%，按照工艺流程进行操作，设定柠檬酸添加量分别为0.04%、0.06%、0.08%、0.10%、0.12%，通过感官评价得出评分，以确定适宜的柠檬酸添加量。

1.4.4 基于模糊数学法的复合饮料感官评价方法

评价小组由10位身体健康，无吸烟、酗酒等嗜好，对色、香、味、形有较强分辨力和较高灵敏度的食品专业师生组成[19]。

评价小组分别从复合果汁的色泽、气味、口味、稳定性4个方面按“0～4评判法”进行权重打分，评价结束后进行统计分析，确定权重系数。评价人员对黑果饮料的色泽、香气、滋味、稳定性4个因素进行感官评价，并设定4个等级，详见表2。

表2 酸浆宿萼与黑果腺肋花楸复合功能饮料感官评价标准Table 2 Sensory evaluation standards of Aronia melanocarpa and Physalis alkekengi compound functional beverage

评价人员在评价前12 h不吃刺激性食物，用透明无味的洗手液洗净双手。每次只评价1个样品，在上午进行，且不能在用餐时间前后1 h内参与评价，在感官评价一个样品后评价人员必须用温水洗手、咀嚼饼干并用25℃左右的温开水漱口，间隔5 min后再继续评价，所有饮料被评价完毕后，回收评价人员的评价表进行统计分析。

1.4.5 模糊数学模型的建立

1.4.5.1 复合果汁的因素集与评语集

以色泽、香气、口味、稳定性为因素集，以好、较好、一般、较差为评语集，根据感官评价结果，建立4个单因素评价矩阵，用模糊数学评价方法对其进行分析[20]。

即因素集U={色泽、香气、口味、稳定性}；评语集={好、较好、一般、差}；其中：好为6分，较好为4或5分，一般为2或3分，差为1分。

1.4.5.2 权重的确定方法

评价人员结合4类感官指标的重要性程度情况，对色泽、香气、口味、稳定性每个因素分别两两进行重要性比较，根据感官指标的相对重要性打分：重要～不重要时，打分4～0；较重要～较不重要时，打分3～1；同样重要，打分2～2。

权重系数由单因素总分与全部因素之比并进行归一化处理确定，即表示为权重集X={X1，X2，X3，X4}。

1.4.5.3 模糊关系综合评判集

对评价结果划分等级，统计各等级的票数，将各等级的票数除以参评人数，得到4个等级的行矩阵，用字母R表示，4个行矩阵组成模糊关系数字矩阵R，用R1～R10表示，下角标序号等同于样品编号。

将权重集X和模糊关系数字矩阵R合成得到模糊关系评价集Y，即Y=X×R，其中X为权重集，R为数字矩阵。获得所有样品感官评价结果Y1～Y10，下角标序号等同于样品编号。

1.4.5.4 模糊感官数学评分

将综合评判集Y中的各量，分别乘以其对应分值（优、较优、良、差分别对应分值为90分、80分、70分、60分），然后求和，作为响应面中每个样品的模糊数学感官评分[21]。

1.4.6 复合果汁配方响应面优化试验

在单因素试验的基础上，以黑果腺肋花楸果汁与酸浆宿萼提取液添加量体积比（A）、白砂糖添加量（B）、柠檬酸添加量（C）为自变量，从5个水平试验中筛选3个较优水平，以模糊感官评分（Y）为评价指标，利用Design-Expert 8.0.6软件的Box-Behnken模块设计3因素3水平共17组响应面试验，对该17组复合饮料进行基于模糊数学法的感官评价[22-23]。根据复合饮料配方单因素试验结果，得到复合饮料响应面因素与水平，详见表3。

表3 复合饮料配方优化响应面因素与水平Table 3 Response surface factors and levels of compound beverage formula optimization

1.5 数据处理

所有数据均至少测定3次，结果取平均值。采用Excel、SPSS 21.0、Design-Expert 8.0.6等软件处理数据。

2 结果与分析

2.1 酸浆宿萼浸提液苦味掩盖剂的确定

由表4可以看出，甜味剂中甜蜜素苦味掩盖效果较差，基本掩盖不住苦味。白砂糖比甜蜜素效果稍好，但需要较大用量，且优势相对不明显。而一定浓度下的果葡糖浆和纽甜都对酸浆宿萼浸提液的苦味有较好的掩盖效果。因此，进一步设置了纽甜和果葡糖浆的复配甜味剂试验，结果见图1。

表4 不同苦味掩盖剂对酸浆宿萼浸提液的掩盖效果Table 4 Masking effects of different bitter masking agents on the extract of Physalis alkekengi

图1 复配甜味剂试验结果Fig.1 Sensory test results of sweetener compounds

由图1可见，最终选用纽甜和果葡糖浆以1∶2的质量比作为酸浆宿萼浸提液的苦味掩盖剂，且根据实际情况确定复配添加剂的总添加量为30 mg/mL。

2.2 复合饮料稳定剂正交试验结果

2.2.1 稳定剂单因素试验

由图2可知，以黄原胶为稳定剂时离心沉淀率明显大于另外3种稳定剂，不利于改善复合饮料的稳定性。同样，由图3可见，以黄原胶为稳定剂制备复合饮料的口感相对其他3种稳定剂较差，感官评分也较低。

图2 单一稳定剂离心沉淀率试验Fig.2 Centrifugal precipitation rate experiments of single stabilizer

图3 单一稳定剂制备的复合饮料感官评分结果Fig.3 Sensory scores of compound beverage prepared by single stabilizer

2.2.2 复合稳定剂配比的确定

根据表1的正交因素水平，以β-环状糊精、卡拉胶、羧甲基纤维素钠为主要影响因素，进行L9(34)正交试验[24]，并用SPSS 21.0软件分析，正交试验结果见表5，方差分析结果见表6，感官评分见表7。

表6 正交试验方差分析结果Table 6 Variance analysis results of orthogonal test

表7 感官评分结果Table 7 Sensory evaluation results

由表5中的R值可见，影响稳定剂效果的各因素主次依次为：A＞B＞C，即β-环状糊精＞卡拉胶＞羧甲基纤维素钠；复合稳定剂的最佳配比为A2B2C2，由于正交试验的组合中没有出现该配比，而正交试验中离心沉淀率最小的配比为A2B2C3，此时离心沉淀率为9.15%，须进行验证试验。通过验证试验可知A2B2C2组合的离心沉淀率为9.05%，因此可以确定，复合稳定剂的最优配比是A2B2C2，即β-环状糊精0.17%，卡拉胶0.13%，羧甲基纤维素钠0.13%。

表5 复合稳定剂配比正交试验结果Table 5 Orthogonal test results of compound stabilizer ratios

由表6方差分析可知，影响稳定剂效果的各因素主次依次为A＞B＞C，与极差分析结果相同。且β-环状糊精和卡拉胶的显著性检验P值小于0.05，表示这两个因素对复合饮料离心沉淀率的影响显著。

同样，根据表7的感官评分结果可得，虽然单一稳定剂的离心沉淀率相对复合稳定剂来说更小，但相对的，其感官评分也较低。这是因为，单一稳定剂不利于饮料产生柔和口感，尤其对黑果腺肋花楸的涩味不能起到很好的掩盖效果。而复配稳定剂能够有效避免此类问题，当离心沉淀率在9%～11%时，该复合饮料口感相对最佳。

2.3 模糊数学法结合响应面法的复合饮料配方优化结果

2.3.1 单因素试验结果

2.3.1.1 黑果腺肋花楸果汁与宿萼提取液体积比

由图4可见，宿萼提取液的苦味较明显，当黑果腺肋花楸果汁与其体积比为6∶1时，制备的复合饮料苦味偏重；当黑果腺肋花楸果汁与宿萼提取液体积比为8∶1时，制备的复合饮料感官评分最高，为兼具饮料的口感和营养，选择适宜的黑果腺肋花楸果汁体与宿萼提取液积比为8∶1。

图4 黑果腺肋花楸果汁与宿萼提取液体积比对复合饮料感官品质的影响Fig.4 Effects of raw material volume ratios of Aronia melanocarpa and Physalis alkekengi on sensory qualities of compound beverage

2.3.1.2 白砂糖添加量

由图5可知，白砂糖添加量在14%时，复合饮料的口味相对最优，白砂糖添加量过多会对食用人群产生不利影响，且口感发苦，而过少的白砂糖又无法改善黑果腺肋花楸果汁中单宁酸带来的苦涩口感，因此最终选择白砂糖添加量14%作为工艺指标。

图5 白砂糖添加量对复合饮料感官品质的影响Fig.5 Effects of sugar additions on sensory qualities of compound beverage

2.3.1.3 柠檬酸添加量

由图6可知，柠檬酸添加量在0.06%时，复合饮料的感官评分最高。糖酸比是影响饮料口感的关键因素。柠檬酸作为一般的酸味食品添加剂，能够有效地提高饮料酸度，且可掩盖饮料原料原有的苦味，但其酸度相对较高，因此用料极少。最终选择柠檬酸添加量为0.06%作为工艺指标。

图6 柠檬酸添加量对复合饮料感官品质的影响Fig.6 Effects of citric acid concentrations on sensory qualities of compound beverage

2.3.2 模糊数学法协同响应面优化复合饮料配方结果

2.3.2.1 复合饮料打分权重的确定

在问询每个评定人员对各因素的打分权重后，得到如下统计表，见表8。

表8 复合饮料的打分权重统计表Table 8 Scoring weight statistical table of compound beverage 单位：分

权重系数由单因素总分与全部因素之比并进行归一化处理确定，即表示为权重集X={X1，X2，X3，X4}={0.26,0.20,0.39,0.14}，即色泽26分，香气20分，滋味39分，稳定性14分。

2.3.2.2 感官评价结果

根据响应面试验设计结果，对17组饮料配方进行基于模糊数学法的感官评价，评定结果见表9。

表9 复合饮料感官评价结果Table 9 Sensory evaluation results of compound beverage

由表9可知，以第1组为例，4人给出“好”，6人评价“较好”，0人评价“一般”，0人评价“较差”。10个样品的模糊矩阵分别为R1～R17。

2.3.2.3 确定模糊关系综合评判集

模糊关系综合评判集Y=X×R，其中X为权重集，R为模糊矩阵。以Y1为例：

将评价结果集Y中的各量，分别乘以其对应分值（优、较优、良、差分别对应分值为90分、80分、70分、60分），再求和，作为响应面试验中每组样品的最终感官评分。如第1组的最终模糊感官评分=0.181×90+0.425×80+0.228×70+0.166×60=76.21。同理可得2号至17号的模糊感官评分。

根据水平因素表和模糊数学法评分结果，通过Design-Expert 8.0.6软件创建响应面试验（表10），方差分析结果见表11。

表10 复合饮料配方响应面试验设计与结果Table 10 Response surface design results of compound beverage formula

对表10中的数据进行多元回归拟合方程计算，得到感官评分（Y）对黑果腺肋花楸果汁与宿萼提取液体积比（A）、白砂糖添加量（B）和柠檬酸添加量（C）的二次多元回归模型方程为：

由表11可知，该模型的P值=0.000 7＜0.05，失拟项=0.073 9＞0.05，这表示该模型具有显著性，且失拟项不显著，可以利用该模型对本复合饮料感官评分进行预测。其中，二次项A2、B2、C2的影响极显著（P＜0.01），交互项AB的影响显著（P＜0.05）。根据F值可得，各因素对复合饮料感官品质的影响大小为：B＞A＞C，即白砂糖添加量＞黑果腺肋花楸果汁与宿萼提取液体积比＞柠檬酸添加量。

表11 响应面回归模型方差分析Table 11 Variance analysis of response surface regression model

2.3.2.4 响应面图与等高线图分析

根据图7可看出黑果腺肋花楸果汁与宿萼提取液体积比（A）、白砂糖添加量（B）和柠檬酸添加量（C）这3个因素之间的交互作用对复合饮料感官品质的影响。在所选的两因素范围内，响应面存在最高点，即本复合饮料理论感官评价得分的最高值。感官评分约在黑果腺肋花楸果汁与宿萼提取液体积比8.2∶1、白砂糖添加量14.2%附近达到峰值，两因素之间交互作用显著，白砂糖添加量对感官评价的影响作用比黑果腺肋花楸果汁与宿萼提取液体积比更为显著。上述结论均与方差分析结果相符。

图7 各因素的交互作用对复合饮料感官品质影响的响应面图与等高线图Fig.7 Response surface and contour maps showing the interaction effects of various factors on sensory qualities of compound beverage

2.3.2.5 验证试验

利用软件分析得出，复合饮料感官评价的最优配方为：黑果腺肋花楸果汁与宿萼提取液体积比8.22∶1，白砂糖添加量14.26%，柠檬酸添加为0.06%，在此工艺下预测的模糊感官评分约为85.99分。考虑到生产实际，将配方修正成黑果腺肋花楸果汁与宿萼提取液体积比8.2∶1，白砂糖添加量14.2%，柠檬酸添加量0.06%。为验证该回归模型，采用优化后的配方进行5次验证试验，制出的复合饮料感官评价得分为85.23±0.58分，与预测值相近，具有一定的实际意义。最终制备的复合饮料其整体呈现紫红色，果香味浓郁，入口后酸甜适中，口感绵软细腻。

3 结论

本文选用酸浆宿萼浸提液与黑果腺肋花楸汁制作复合饮料，并利用正交试验和响应面法对复合饮料配方进行优化，最终得到如下制备工艺：宿萼浸提液的苦味掩盖剂为纽甜与果葡糖浆，其质量比为1∶2，添加量为30 mg/mL；稳定剂工艺参数为：β-环状糊精0.17%，卡拉胶0.13%，羧甲基纤维素钠0.13%，在此条件下饮料的离心沉淀率为9.15%；复合饮料配方的最佳工艺参数为：黑果腺肋花楸果汁与酸浆宿萼浸提液体积比为8.2∶1，白砂糖添加量14.2%，柠檬酸添加量0.06%，在此条件下的感官评分为85.23±0.58分。