发酵沙棘复合果汁饮料的研制

郭文娟

山西省食品研究所（有限公司）（太原 030024）

沙棘果含有丰富的维生素、有机酸、多糖、黄酮类和酚类等化合物，已检测出的有200余种[1]，其中VC和VE含量非常高，是其他果品含量的数倍。沙棘能提高人体免疫力，可以预防呼吸系统和消化系统的疾病，用作糖尿病的辅助药物，还具有抑制肿瘤细胞、降低胆固醇、抗氧化、抗衰老、抗辐射等作用[2-4]。红枣是鼠李科枣属植物，含有较多的蛋白质、氨基酸、糖类、有机酸、维生素A、维生素B2、维生素C、维生素P等，以及微量元素钙、磷、钾、铁、镁、铝和大量环磷酸腺苷等，其味甘性温、归脾胃经，有补中益气、养血安神、缓和药性的功能。山楂是蔷薇科山楂属植物，果实中含有丰富的Ca、Mg及维生素C、蛋白质、脂肪、粗纤维、胡萝卜素、核黄素及多种氨基酸等营养物质，还含有金丝苷、槲皮素、表儿茶素、黄烷聚合物等黄酮类医药成分及大量的红色素、黄色素、果胶和各种有机酸等，有很高的综合利用价值[4-5]。沙棘、红枣和山楂都属于药食同源食物，含有丰富的黄酮类和酚类化合物，具有很强的生物活性功能，对抗病毒和延缓衰老有明显的效果。发酵果汁是由乳酸菌、酵母菌等益生菌对果汁的发酵而形成的营养食品，风味独特，富含多种有机酸，且具有新的营养物质和保健功能[5-6]。将沙棘果汁与红枣、山楂等果汁复配，经植物乳杆菌发酵后制成发酵果汁饮料，在增加口感的同时，能提升复合发酵饮料功能和效果。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

沙棘原汁（山西饮领生物科技开发有限公司）；苹果浓缩汁、红枣浓缩汁、山楂浓缩汁、果葡糖浆、柠檬酸、黄原胶等食品添加剂（均为食品级，市售）；植物乳杆菌081[丹尼斯克（中国）有限公司]；1, 1-二苯基-2-三硝基苯肼（1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH，合肥博美生物科技有限公司）；H2O2、水杨酸、硫酸亚铁、无水乙醇、维生素C等（均为分析纯，天津大茂化学试剂厂）；总抗氧化能力检测试剂盒（ABTS法，合肥莱尔生物科技有限公司）。

1.1.2 仪器与设备

数显式电子折光仪（TD-85，北京金科利达电子科技有限公司）；榨汁机（AUX-20A，奥克斯集团有限公司）；电子天平（YP10002，上海佑科仪器仪表有限公司）；实验室高速剪切乳化机（A20，上海能共实业有限公司）；水浴锅（HH-2，国华电器有限公司）。

1.2 工艺流程

原料浆汁→复配混合→发酵→调配→脱气→均质→灌装→喷淋杀菌→吹干→灯检→贴标→包装→成品→入库

1.3 发酵饮料单因素试验

将沙棘复合果汁先进行发酵（发酵条件经前期试验，确定为菌种添加量0.6%，发酵温度35 ℃，发酵时间24 h），然后根据工艺流程在高剪切温度70 ℃、剪切时间15 min、灌装温度75 ℃、杀菌温度90 ℃、杀菌时间20 min的条件下进行单因素试验，以感官评分为评价指标，分别考察发酵果汁添加量（10%，15%，20%，25%，30%和40%）、复配增稠剂添加量（0.15%，0.20%，0.25%，0.30%，0.35%和0.40%）、糖酸比（12.0，12.5，13.0，13.5，14.0和14.5）对该饮料的感官品质影响。感官评价标准见表1。

表1 感官评价标准

1.4 发酵饮料响应面试验

在单因素试验的基础上，以发酵果汁添加量（A）、复配增稠剂添加量（B）、糖酸比（C）为主要影响因素，进行响应面优化试验[6]，以感官评分为评价指标，确定最佳配方。

1.5 指标检验方法

1.5.1 可溶性固形物

参照GB/T 12143—2008《饮料通用分析方法》。

1.5.2 总酸

参照GB 12456—2021《食品安全国家标准 食品中总酸的测定》。

1.5.3 黄酮

参照GB/T 19416—2003《山楂汁及其饮料中果汁含量的测定》。

1.5.4 多酚

参照GB/T 8313—2018《茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法》。

1.5.5 维生素C

参照GB 5009.86—2016《食品安全国家标准 食品中抗坏血酸的测定》。

1.5.6 DPPH自由基清除率

在试管中加入2 mL 0.2 mmol/L的DPPH乙醇溶液及2 mL稀释后的样品溶液，混合均匀后在25 ℃条件下，避光放置30 min。用无水乙醇调零，调节波长517 nm，测定其吸光度A1。空白对照以无水乙醇代替样液，测定吸光度A0，以等体积无水乙醇代替DPPH乙醇溶液，测定吸光度A2[7-9]。按式（1）计算DPPH自由基清除能力。

式中：A0为空白对照液吸光度；A1为样品测定管吸光度；A2为样品本底管吸光度。

1.5.7 ABTS自由基清除清除率

参照试剂盒中的说明书方法，ABTS自由基清除能力的标准曲线方程为y=-1.254 7x+1.113 5（R2=0.997 3）。其中，y表示ABTS自由基清除能力，x为吸光度[7-9]。

2 结果与分析

对当地采购的原材料进行指标检测（表2），筛选出适合发酵条件的原料，对将来的标准化生产提供参考数据。

表2 沙棘原汁检测指标

2.1 发酵饮料单因素试验

2.1.1 发酵果汁添加量单因素试验

由图1可知，发酵果汁添加量逐渐增加时，感官评分先升后降。发酵果汁添加量20%时，产品感官评分最高；发酵果汁添加量低于20%时，产品果香味不足，口感不厚实饱满，感官评分较低；发酵果汁添加量超过20%时，感官评分逐渐下降，这可能是因为发酵果汁含酸量较高，添加量过高，影响酸产品口感和色泽，会使产品口感偏酸、色泽偏深。因此选择添加量15%～25%范围内比较合适。

图1 发酵果汁添加量对饮料的影响

2.1.2 复配增稠剂添加量单因素试验

复配增稠剂主要作用是调整饮料流动性、增加稳定性，丰富口感，对产品稳定性有较大影响。由图2可知，复配增稠剂添加量0.25%时，产品稳定性好，口感顺滑，感官评分最高；复配增稠剂添加量＜0.25%时，饮料口感淡薄，有分层现象；添加量＞0.25%时，感官评分呈下降趋势，主要是饮料黏稠性增大，不清爽，因此选择添加量0.2%～0.3%范围内比较适宜。

图2 复配增稠剂添加量对饮料的影响

2.1.3 糖酸比单因素试验

糖酸比是反映饮料口感的直接因素。由图3可知，随着糖酸比的增加，感官评分先升高后下降，糖酸比13.5时感官评分达到最高值，此时产品酸甜适中，清爽柔顺。沙棘果汁属性偏酸，糖酸比过大，口感偏甜，无法体现沙棘果汁饮料的特色；糖酸比过小，口感偏酸，不适合大口饮用，不易让人接受。因此，选择糖酸比12～14为宜。

图3 糖酸比对饮料的影响

2.2 响应面分析试验

根据单因素试验结果，对发酵果汁添加量（A）、复配增稠剂添加量（B）、糖酸比（C）三因素进行响应面试验。

2.2.1 因素水平表

响应面设计试验因素水平和编码见表3。

表3 响应面设计试验因素水平和编码

2.2.2 回归方程拟合及方差分析

由Desing-Expert 7.0统计分析软件设计出的试验矩阵及试验结果如表4所示。对所得数据进行回归分析，结果见表5。对各因素拟合后得到的回归方程为Y=83.30+3.12A-0.45B-0.70C-1.40AB-2.45AC+1.10BC+1.15A2-0.50B2-7.85C2。最适发酵条件为发酵果汁添加量25.0%、复配增稠剂添加量0.2%、糖酸比13.23，预测值感官评分为89.5分。由表5可知，因素A（P＜0.01）对试验有极显著影响，因素C2（P＜0.05）对试验有显著影响。模型回归拟合方程显著（P＜0.05），说明该模型与实际拟合良好，试验方案可靠。失拟项不显著（P＞0.05），说明所得方程与实际拟合中非正常误差所占比例较小，可用于试验结果分析。

表4 响应面试验设计及结果

表5 回归模型及方差分析

2.2.3 响应面图分析

响应面是优化存在多因素影响试验条件的寻优方法，并画出响应值与因素变量构成的响应面图和等高线图，较直观分析和解释各个变量和变量之间对响应值的影响，结果如图4～图6所示。结果显示AB、AC、BC的交互作用对试验无显著的影响。

图4 Y = f（A, B）的响应面立体分析

图5 Y = f（A, C）的响应面立体分析

图6 Y = f（B, C）的响应面立体分析

2.2.4 验证试验

采用最适条件并根据实际情况调整后进行验证试验（发酵果汁添加量25.0%，复配增稠剂添加量0.2%，糖酸比13.5），经过3次平行试验，结果平均值为89.6分，与预测值相差不大，说明响应面法对沙棘复合果汁发酵饮料研制有指导意义[8]。

2.3 样品指标测定

对验证试验的样品进行指标检测，具体数据见表6。通过检测样品可溶性固形物和总酸指标，说明样品口感适中，符合大众口味；DPPH自由基清除能力可作为天然抗氧化剂抗氧化活性的衡量指标，采用分光光度法对DPPH自由基清除率、ABTS自由基清除能力进行测定，衡量样品的抗氧化活性；测定黄酮、多酚和维生素C的含量，说明样品中含有一定的功能性成分。利用植物乳杆菌发酵复合果汁，产生复杂、稳定的有机酸体系，并提供其他的代谢产物和营养物质。

表6 样品指标检测结果

3 结论

试验应用响应面法对沙棘复合果汁发酵饮料的配方进行优化，结果表明，最优配方为发酵果汁添加量25.0%、复配增稠剂添加量0.2%、糖酸比13.5。根据该配方制得的饮料色泽橙红、香气浓郁、酸甜适口、状态稳定，感官评分89.6分。综上所述，沙棘饮料具有较好的感官特性，还含有抗氧化物质和功能成分，符合饮料功能化的发展趋势，具有非常好的市场前景。