富含花色苷的黑果腺肋花楸无糖饮料制备工艺优化

韩东，李建颖，孙怡，邢丽颖

（天津商业大学生物技术与食品科学学院，天津 300134）

黑果腺肋花楸[Aronia melanocarpa（Michx.）Elliott]又称黑涩石楠、不老莓，原产于北美洲，20世纪90年代由朝鲜引种到我国辽宁地区种植[1]。黑果腺肋花楸具有耐寒耐旱、抗逆性强等优良特性，是脱贫致富的优秀树种，目前在我国东北、西北、华北等多个地区均有种植[2]。黑果腺肋花楸果实富含花青素、原花青素、多酚类物质、蛋白质、维生素和矿物质[3]，其中多酚类物质含量是目前已知果实中含量最高的[4]。黑果腺肋花楸果实具有抗炎、降血糖、降血脂、抗氧化等多种功能[5-10]。因黑果腺肋花楸具有极高的食用、药用价值，2018年国家卫健委批准黑果腺肋花楸为新食品原料，其果实可以直接食用，但黑果腺肋花楸果实涩味较大，直接食用口感不佳，需要对其进一步加工，目前已经存在的产品有果酒、果汁、果冻、果酱等[11-15]。但其中含有的高糖使中老年，尤其是三高人群望而止步，不敢食用。

国际糖尿病联合会报告称，全球18岁～99岁的Ⅱ型糖尿病人数为4.51亿，我国糖尿病现状也不乐观，2019年中国糖尿病患病人数约为1.16亿人[16]。糖尿病已经成为危害人类健康的几大疾病之一，糖尿病的发展正呈现年轻化趋势，不健康的饮食习惯与生活作息使得肥胖与超重在人群中的比例不断提升，糖尿病的发展趋势可能会给人类带来更大的危害[17-18]。近年来，无糖概念更是传入了中国的大街小巷，随着人们健康意识的增强，人们会更加注意对于低糖、无糖食品的摄入。2021年服贸会期间举办的“首届中国饮品健康消费论坛”发布《健康中国饮料食品减糖行动白皮书（2021）》，从全方位分析了无糖饮料行业发展现状，为饮料行业提供了减糖发展方向的参考[19]。目前国内无糖饮料的市场份额虽然占比不大，但无糖饮料发展迅速，市场占有率逐年增加。在人们不断提高的健康意识影响下，此次减糖浪潮将会极大地推进国内无糖饮料市场的发展。目前市场上无糖饮料的甜味剂主要有赤藓糖醇、木糖醇、麦芽糖醇，都是具有防龋齿、缓解糖尿病的糖醇，而麦芽糖醇更与蔗糖口味接近。本试验采用木糖醇与麦芽糖醇为甜味剂，设计一款以黑果腺肋花楸为主要原料的无糖饮品，以期为黑果腺肋花楸的无糖开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

黑果腺肋花楸浓缩汁：天津崇泰龙泉生态农业股份有限公司；木糖醇：河南千梦生物科技有限公司；麦芽糖醇：河南万邦实业有限公司；羧甲基纤维素钠、黄原胶：河南万邦化工科技有限公司；以上试剂均为食品级。

1.2 仪器与设备

UV-2600紫外分光光度计：日本SHIMADZU公司；SY-2-4电热恒温水浴锅：天津市欧诺仪器仪表有限公司；AX224ZH型电子天平：奥豪斯仪器（常州）有限公司；545DWS高压灭菌锅：厦门致微仪器有限公司；LC-PJ-400均质机：上海力辰帮西仪器科技有限公司；SHW160J实验室搅拌机：上海盛海威电气仪表有限公司；SW-CJ-1F紫外超净工作台：上海龙跃仪器设备有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 饮料的制备工艺

称取适量的羧甲基纤维素钠、黄原胶，倒入烧杯中，加入适量蒸馏水溶解，开启搅拌机，水温加热至80℃～90℃，待羧甲基纤维素钠与黄原胶充分溶解，水溶液中无杂质悬浮时，关闭搅拌机，待溶液冷却至室温（20℃）时，加入黑果腺肋花楸浓缩汁、木糖醇、麦芽糖醇，经搅拌、均质、脱气、灌装、杀菌、冷却，制成成品，放入冰箱冷藏。

1.3.2 单因素试验

1.3.2.1 黑果腺肋花楸浓缩汁添加量对饮料感官评分的影响

在固定木糖醇添加量为4%、麦芽糖醇添加量为4%、羧甲基纤维素钠与黄原胶添加量0.012%的条件下，考察黑果腺肋花楸浓缩汁添加量（2%、4%、6%、8%、10%）对黑果腺肋花楸果汁饮料感官评分的影响。

1.3.2.2 木糖醇添加量对饮料感官评分的影响

在固定黑果腺肋花楸浓缩汁添加量为4%、麦芽糖醇添加量为4%、羧甲基纤维素钠与黄原胶添加量0.012%的条件下，考察木糖醇添加量（2%、4%、6%、8%、10%）对黑果腺肋花楸果汁饮料感官评分的影响。

1.3.2.3 麦芽糖醇添加量对饮料感官评分的影响

在固定黑果腺肋花楸浓缩汁添加量为4%、木糖醇添加量为4%、羧甲基纤维素钠与黄原胶添加量0.012%的条件下，考察麦芽糖醇添加量（2%、4%、6%、8%、10%）对黑果腺肋花楸果汁饮料感官评分的影响。

1.3.2.4 羧甲基纤维素钠与黄原胶添加量对饮料感官评分的影响

在固定黑果腺肋花楸浓缩汁添加量为4%、木糖醇添加量为4%、麦芽糖醇添加量为4%的条件下，考察羧甲基纤维素钠与黄原胶（质量比1∶1）添加量（0.004%、0.008%、0.012%、0.016%、0.020%）对黑果腺肋花楸果汁饮料感官评分的影响。

1.3.3 试验设计

通过单因素试验确定黑果腺肋花楸浓缩汁添加量（A）、木糖醇添加量（B）、麦芽糖醇添加量（C）、羧甲基纤维素钠与黄原胶添加量（D）4个影响因素，对以上因素水平指标进行分析，以感官评分为响应值，利用Box-Behnken为该黑果腺肋花楸无糖饮料的配方设计四因素三水平的试验方案，其因素与水平见表1。

表1 响应面因素与水平Table 1 Factors and levels of response surface methodology

1.3.4 感官鉴评

选择20位经过食品感官评价培训的人员组成感官评价小组，对调配的饮料进行感官品评，满分100分。根据所调配饮料的口味、香气、色泽、酸甜度4个因素的综合感官特性进行打分，每项分值最高分为25分，最终感官评价得分取平均值，感官评分标准见表2。

表2 感官评价标准Table 2 Sensory evaluation criteria

1.3.5 花色苷含量测定

通过pH示差法测定饮料中花色苷含量，参考赵婧等[20]的方法并稍作修改。取待测液，各加入pH1.0和pH4.5的缓冲溶液进行稀释，避光、40℃恒温水浴30 min，以蒸馏水作为空白对照，在520、700 nm波长处测定溶液吸光度，黑果腺肋花楸饮料中花色苷含量计算公式如下。

式中：ΔA=（A520nm-A700nm）pH1.0-（A520nm-A700nm）pH4.5；V 为最后定容的体积，10 mL；F为稀释倍数，20；ε为矢车菊素-3-O-葡萄糖苷的摩尔消光系数，26900L/（mol·cm）；M为矢车菊素-3-O-葡萄糖苷的相对分子质量，449.2 g/mol；L为比色皿的厚度，1 cm；W为黑果腺肋花楸无糖饮料的质量，1.000 g。

1.3.6 数据处理

采用Design-Expert 10.0.7进行试验设计与数据的分析处理，Origin2018作图。

2 结果与分析

2.1 黑果腺肋花楸浓缩汁添加量对饮料感官评分的影响

黑果腺肋花楸浓缩汁添加量单因素试验结果见图1。

图1 浓缩汁添加量对饮料感官评分的影响Fig.1 Effect of concentrated juice concentration on the sensory score of the beverage

由图1可知，随着浓缩汁添加量的增加，饮料评分先升高后降低。在黑果腺肋花楸浓缩汁添加量为4%时评分最高，在黑果腺肋花楸浓缩汁添加量小于4%时，因浓缩汁添加量过少，导致饮料酸度不够，气味较淡，滋味明显不足，评分较低。在黑果腺肋花楸浓缩汁的添加量为4%时口感达到最佳，随着黑果腺肋花楸浓缩汁的添加量逐渐增大，导致饮料过酸，评分降低。因此，黑果腺肋花楸浓缩汁添加量选4%较为适宜。

2.2 木糖醇添加量对饮料感官评分的影响

糖醇主要作为甜味剂，与黑果腺肋花楸浓缩汁搭配，使饮料达到令人舒适的口感，木糖醇添加量单因素试验结果见图2。

图2 木糖醇添加量对饮料感官评分的影响Fig.2 Effect of xylitol concentration on the sensory score of the beverage

由图2可知，随着木糖醇添加量的增加，饮料评分先升高后降低。在木糖醇添加量为4%时评分最高，在木糖醇添加量小于4%时，因木糖醇添加量过小，饮料甜度不够。在添加量为4%时口感达到最佳，随着木糖醇添加量逐渐增大，导致饮料过甜，评分降低。因此，木糖醇添加量选4%较为适宜。

2.3 麦芽糖醇添加量对饮料感官评分的影响

麦芽糖醇添加量单因素试验结果见图3。

图3 麦芽糖醇添加量对饮料感官评分的影响Fig.3 Effect of maltitol concentration on the sensory score of the beverage

由图3可知，随着麦芽糖醇添加量的增加，饮料评分先升高后降低。在麦芽糖醇添加量为4%时得分最高，在麦芽糖醇添加量小于4%时，因麦芽糖醇添加量过少，导致饮料甜度不够。在麦芽糖醇添加量为4%时口感达到最佳，随着麦芽糖醇的添加量逐渐增大，导致饮料过甜，评分降低。因此，麦芽糖醇添加量选4%较为适宜。

2.4 羧甲基纤维素钠与黄原胶添加量对饮料感官评分的影响

羧甲基纤维素钠与黄原胶作为凝胶剂，能够提升黑果腺肋花楸无糖饮料口感。羧甲基纤维素钠与黄原胶添加量单因素试验结果见图4。

图4 羧甲基纤维素钠与黄原胶添加量对饮料感官评分的影响Fig.4 Effect of sodium carboxymethyl cellulose and xanthan gum concentrations on the sensory score of the beverage

由图4可知，随着羧甲基纤维素钠与黄原胶添加量的增加，饮料评分先升高后降低。在添加量为0.008%时评分最高，在添加量小于0.008%时，因羧甲基纤维素钠与黄原胶添加量过小，导致饮料黏稠度过小。在0.008%口感达到最佳，随着羧甲基纤维素钠与黄原胶添加量逐渐增大，导致饮料黏稠度过高，评分降低。因此，羧甲基纤维素钠与黄原胶添加量选0.008%较为适宜。

2.5 响应面试验结果

响应面试验方案与结果见表3。

表3 响应面试验设计及结果Table 3 Response surface design and results

续表3 响应面试验设计及结果Continue table 3 Response surface design and results

采用Design Expert 10.0.7对数据进行处理分析，所得多元回归方程为Y=98.66-2.48A+0.22B+0.098C+0.049D+5.20AB+4.70AC-0.15AD-5.70BC-0.16BD-0.23CD-19.29A2-6.42B2-5.90C2-6.57D2，回归模型方差分析详见表4。

表4 响应面试验方差分析Table 4 Variance analysis of response surface methodology

由表4可知，该模型的F值为1 704.34，模型的P<0.000 1，表示该模型具有极显著性。该模型失拟项F值为 1.09，失拟度（P=0.509 5＞0.05）不显著，表示该模型能很好地预测结果，可以反映感官评价得分和各种因素之间的关系，试验误差小，试验预测数据具有良好的可靠性。由F值大小可知，各因素对响应值的影响强弱顺序为黑果腺肋花楸浓缩汁添加量>木糖醇添加量>麦芽糖醇添加量>羧甲基纤维素钠与黄原胶添加量。结果显示木糖醇添加量影响大于麦芽糖醇添加量影响，其原因可能是两者甜度的差异，木糖醇与麦芽糖醇虽然都是糖醇，但木糖醇的甜度大于麦芽糖醇，造成了木糖醇添加量影响大于麦芽糖醇添加量的影响。

各因素交互作用极显著响应面图见图5。

图5 因素交互作用对感官评分影响的响应面及等高线图Fig.5 Response surface and contour plots of the interaction of factors on the sensory score

由表4和图5可知，黑果腺肋花楸浓缩汁添加量影响极显著（P<0.01），木糖醇添加量、麦芽糖醇添加量、羧甲基纤维素钠与黄原胶添加量影响不显著，平方项均为显著。各因素间的交互作用影响分析结果可知交互项 AB、AC、BC 极显著（P<0.01），AD、BD、CD 不显著，与方差分析结果一致。

由Design-Expert 10.0.7软件得出的黑果腺肋花楸无糖饮料最优工艺结果为黑果腺肋花楸浓缩汁添加量为3.866%、木糖醇添加量为3.997%、麦芽糖醇添加量为3.965%、羧甲基纤维素钠与黄原胶添加量为0.008%。此配方下，感官评分的预测值为98.746分。为便于实际操作，将最佳工艺调整为黑果腺肋花楸浓缩汁添加量为3.900%、木糖醇添加量为4.000%、麦芽糖醇添加量为4.000%、羧甲基纤维素钠与黄原胶添加量为0.008%，得出黑果腺肋花楸无糖饮料的感官评分实测值为98.175分。

取适量黑果腺肋花楸无糖饮料样品，按照1.3.5中的方法进行测定和计算，所测结果为，样品中的花色苷含量高达1.147 7 mg/g。

3 结论

本试验以黑果腺肋花楸浓缩汁、木糖醇、麦芽糖醇、羧甲基纤维素钠与黄原胶为原料，制备一种富含花色苷的黑果腺肋花楸无糖饮料。通过单因素试验与响应面试验对配方进行了优化，结果显示在黑果腺肋花楸浓缩汁添加量为3.900%、木糖醇添加量为4.000%、麦芽糖醇添加量为4.000%、羧甲基纤维素钠与黄原胶（质量比1∶1）添加量为0.008%时，制备的黑果腺肋花楸无糖饮料呈明亮纯正均一的紫红色、酸甜爽口、风味独特。经测定，黑果腺肋花楸无糖饮料中的花色苷含量高达1.147 7 mg/g。