不同稳定剂对椰子饮料稳定性及耐酸性影响

靳春秋

广州市领航食品有限公司上海闵行分公司（上海 201108）

椰子（Coconut）属于棕榈科椰子属，多年生常绿乔木，生长于热带地区，是常见的木料产油类作物[1]。椰子果肉中含有丰富的脂肪、碳水化合物、蛋白质以及矿物质等营养素，能够满足人体所需要的营养摄取[2]，用椰子制成的饮料椰香味浓郁，口感圆润，深受消费者喜爱。椰浆是由椰子果肉先经过磨碎，然后再进一步进行挤压处理得到的一种油脂含量较高的不稳定乳浊液，由于椰浆独特且浓郁的风味和理化特性，被广泛应用于各类食品生产中[3]。椰子中脂肪的含量约为30%~40%，因此椰子制得的椰浆类产品或者椰子饮料类产品如果不经过特殊处理容易出现浮油或者分层；椰子油脂组分中富含月桂酸，其油脂熔点在24 ℃左右，在低温条件下椰浆体系会出现大量凝固状态油脂颗粒。此外，由于椰浆中含有蛋白质成分，蛋白质含量约为3.0%~5.5%，但椰子蛋白乳化稳定性稍差，其制成产品体系会不稳定，因此椰浆经常会被加工制作成椰子饮料来拓展其应用场景。椰子饮料通常是将椰浆经过剪切调配、均质乳化、杀菌、灌装等加工工艺制得[4]，目前市售的椰子类饮料种类很多，且椰子饮料已经被近些年热度较高的奶茶、咖啡等连锁餐饮客户广泛使用，但目前的大多椰子饮料都有耐酸性不好的缺点，限制了其在酸性果茶中的应用，此研究探索了羧甲基纤维素钠（Sodium carboxymethyl cellulose，CMC）、可溶性大豆多糖（SSPS）、果胶（Pectins）三种稳定剂的添加对椰子饮料稳定性以及耐酸性的影响，以期为拓宽椰子饮料的应用渠道提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

酪蛋白酸钠（天然）；冷冻椰肉浆（海南南派有限公司）；分子蒸馏单甘脂、果胶（丹尼斯克）；白砂糖（中糖集团）；FH9羧甲基纤维素钠（上海申光）；大豆多糖（不二制油集团控股株式会社）；DK01磷酸氢二钾（江苏科伦多食品配料有限公司）；吐温60（食品级，广东润华化工有限公司）。

1.2 主要仪器与设备

DSI蒸汽直喷式微型杀菌机（30 L/h，Powerpoint International Ltd.）；CT-20无菌灌装室（上海顺仪实验设备有限公司）；Eurostar20高速搅拌器（艾卡仪器设备有限公司）；FM20D高速剪切机（上海弗鲁克科技有限公司）；NS2002H高压均质机（GEA）；HWS-28电热恒温水浴锅（上海一恒仪器有限公司）；Mastersizer3000激光粒径分析仪（英国马尔文仪器有限公司）；Turbiscan分析仪（法国Formulaction公司）；MS3002TS/02电子天平、S213-BpH测试仪（梅特勒-托利多仪器有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 椰子饮料配方

1 000 g椰子饮料中：冷冻椰浆200 g，白砂糖50 g，酪蛋白酸钠4.5 g，分子蒸馏单甘脂4 g，磷酸氢二钾2.5 g，吐温60 1.8 g，羧甲基纤维素钠、可溶性大豆多糖、果胶根据试验设计需要分别加入到样品中。

1.3.2 工艺步骤

第一步：白砂糖、乳化剂、稳定剂加入RO水中完全溶解；第二步：椰浆加入到第一步的溶解液中；第三步：加入磷酸氢二钾完全溶解；第四步：剪切乳化；第五步：高压均质；第六步：蒸汽直喷式超高温杀菌；第七步：无菌后均质；第八步：冷却；第九步：无菌罐装样品。

1.3.3 椰子饮料稳定性与耐酸性测试

按照椰子饮料的配方和工艺步骤，并结合GB 2760[5]对各添加剂在饮料中的限制添加量，分别单独加入不同质量浓度的三种稳定剂：羧甲基纤维素钠0.03%，0.06%，0.09%，0.12%，0.15%，0.2%，0.25%和0.3%；大豆多糖0.03%，0.06%，0.09%，0.12%，0.15%，0.2%，0.25%和0.3%；果胶0.03%，0.06%，0.09%，0.12%，0.15%，0.2%，0.25%和0.3%。制作完成的样品通过垂直扫描宏观分析（Turbiscan），将被测样品装入样品池中，采用840 nm近红外光作为光源，扫描探头从样品架底部1号扫描到样品架的顶部6号，每次测试扫描6个样品。扫描温度25 ℃，总扫描总时间20 h，扫描间隔时间7 min。根据多重光散射原理，料液体系中粒子平均直径在体系分散相中发生改变时，透射光强度以及背散射光强度相应地会发生改变，不稳定性动力学指数（TSI）来量化体系的稳定程度，如果TSI值表现越大，则表示体系粒子运动剧烈，体系稳定性就越差，反之TSI值表现越小，体系的稳定性就越好[6]。

椰子饮料耐酸性测试：将新鲜的柠檬汁按照质量比4%的添加量，添加到制作的各椰子饮料样品中，搅拌均匀，静置15 min，然后取样到粒径仪进行粒径测量。测量方法：采用马尔文激光粒度分析仪（Mastersizer 3000）测定实验样品的粒径。以波长为600 nm的He-Ne激光器为主光源，波长为460 nm的蓝光为辅光源，采用超纯水作为分散相，其中水的折射率设定为1.33，测试样品的折射率设置为1.44，测试样品的吸收率为0.01，对加入柠檬水的椰子汁粒径分布、体积平均直径和表面积平均直径进行分析[7]，并记录D90粒径值。

1.3.4 响应面法优化各稳定剂之间对椰子饮料耐酸性的配比

采用Design-Expert软件，按照Box-Behnken Design原理，以D90粒径值（D90Size）为响应值，设计三因素三水平响应曲面试验。

1.3.5 试验设计因素及水平

在单因素试验的基础上，考虑选取CMC（A）、SSPS（B）、Pectins（C）的添加量为自变量，D90粒径值为响应值，试验因素和水平设计见表1。

表1 试验因素水平设计表 单位：%

1.3.6 椰子饮料耐酸性验证以及稳定性测试

根据响应面优化的最优结果进行耐酸性试验测试，同步进行稳定性测试。

2 结果与分析

2.1 稳定剂对椰子饮料稳定性和耐酸性的影响

2.1.1 不同浓度梯度的羧甲基纤维素钠对椰子饮料稳定性以及耐酸性的影响

羧甲基纤维素钠，是纤维素的羧甲基化衍生物，又名纤维素胶。具有优良的增稠、稳定、保护蛋白等功能。羧甲基纤维素钠为聚阴离子线性高分子，其在酸性条件下能与酪蛋白分子的正电荷发生电荷相互作用，从而增强酪蛋白的溶解性，使得体系不会轻易发生聚集沉淀，进而增强整个体系的耐酸性[8]。从图1可以看出，随着CMC的添加量逐渐增大，TSI整体值随着变小，当添加量增加到0.2%以后，TSI值变化趋势平缓，甚至略有升高，说明其添加量不易过高。从图1可以看出随着CMC添加量的增加，添加4%柠檬水的椰子饮料的D90粒径值由刚开始的10.7 μm开始下降，当添加量到0.25%后粒径值达到4.1 μm，再增加到0.3%，其D90粒径值变化不大。

图1 不同浓度羧甲基纤维素钠对椰子饮料稳定性和耐酸性的影响

2.1.2 不同浓度可溶性大豆多糖对椰子饮料稳定性以及耐酸性的影响

可溶性大豆多糖（SSPS）是从大豆豆渣中提取出来的性质类似于低甲氧基果胶的可凝胶多糖类物质。SSPS水溶液黏度相对较低（相对于果胶），并且可以在较高的温度或者较低的温度完全溶解，溶液的黏度以及稳定性受酸影响不大，因此经常作为耐酸的稳定剂应用在饮料中[9-10]。从图2可以看出，随着SSPS的添加，椰子饮料的TSI整体值没有发生明显下降，当添加量到0.2%以后，TSI整体值反而增加，说明其稳定性反而受到不利影响。从图2可以看出，随着SSPS的添加椰子饮料的D90值明显下降，SSPS的添加量增加到0.2%、D90值下降至4.5 μm以后不再发生明显的变化，说明0.2%的添加量对其耐酸性的改善达到较为理想状态。

图2 不同浓度可溶性大豆多糖对椰子饮料稳定性和耐酸性的影响

2.1.3 不同浓度果胶对椰子饮料稳定性以及耐酸性的影响

果胶（Pections）是一种从植物中提取出来的杂多糖，多存在于细胞壁中。商品果胶可分为两大类：高酯果胶（high methoxy pection，HMP）和低酯果胶（low methoxylpection，LMP），两种果胶特性不同，其中高酯果胶常用于酸性的饮料中作为胶凝剂和稳定剂。大多数蛋白质在酸性条件下带正电荷，而HM果胶在酸性体系中带负电荷，因此在酸性条件下蛋白质粒子被果胶覆盖保护，可以防止凝集、沉淀，因此常用在酸性饮料中。图3表明，随着果胶质量浓度的增加，椰子饮料整体的稳定性增强，当添加量0.12%以后，TSI整体值没有明显变化，说明再增加果胶用量对稳定性没有贡献。从图3可以看出，果胶的增加对椰子饮料的耐酸性有着明显的提升，当添加量到0.25%左右，耐酸稳定性达到一个较为理想的状态。

图3 不同浓度果胶对椰子饮料稳定性和耐酸性的影响

2.2 响应面试验设计和结果

2.2.1 组合稳定剂响应面的分析方案及结果

试验分为17组，12组为析因点组，5组为零点组，其中12组析因点取值在A、B、C构成的三维顶点处，零点为中心点重复5次，以估计试验存在的误差，试验设计方案及结果见表2。

表2 响应面分析方案及结果

通过Design-Expert软件对响应值与各因素的编码值进行回归拟合后，得到回归方程式：

对二次回归方程进行方差分析，结果见表3。从表3可知，建立的回归模型具有高度的显著性（P＜ 0.000 1），失拟项不显著，模型的相关系数R2= 98.04%，修正相关系数Radj2=95.53%，说明该模型的拟合程度较好，试验误差小。因此可用该模型来分析和预测复配稳定剂对椰子饮料耐酸性的影响[11]。由模型系数显著性检验结果可知，模型的一次项CMC（A）、SSPS（B）、Pectins（C）对椰子饮料耐酸性提升表现线性效应极显著，二次项A2、B2、C2对耐酸性的曲面效应极显著，3个因素的交互作用中CMC对SSPS和Pectins的交互作用极显著，SSPS和Pectins之间的交互作用不显著。表明各因素对椰子饮料耐酸性的提升不是简单的线性关系。

表3 回归分析结果

2.2.2 响应面各因素的交互作用分析图

响应面三维图是试验各因素之间相互作用所能直观表现出来的立体模型图，从分析图中可以直观地看出因素之间最优的相互作用[12]。复配稳定剂对椰子饮料的耐酸性效果所得响应面见图4。由于各因素交互作用之间存在不显著，其响应图主要说明响应的极值及曲面陡峭。由图4可以看出，交互项AB对椰子饮料耐酸性提升的影响最大，其次是AC，BC之间交互作用不大。

图4 各因素交互作用对D90粒径值的影响

2.3 复配稳定剂最优配比的确定及验证

运用Design-Expert软件对回归模型进行优化分析，寻求三种复配稳定剂的最优配比。通过图4可以直观地看出各交互因素之间存在极值点，该极值点对应的参数即为最优因素点[13]。对回归方程一阶偏导等于零，对应的三种稳定剂的浓度为CMC 0.098%、SSPS 0.18%、Pectins 0.23%。对此模型优化的添加量进行耐酸性试验测试，测得的D90粒径值为1.48 μm，与预测值1.41 μm接近。同样在此条件下进行稳定性测试，TSI整体值为1.5，能够满足货架期稳定性的需求。

3 结论

此研究以TSI整体值和D90粒径值为指标，通过单因素试验测试了CMC、SSPS、Pectins不同的添加量对椰子饮料的稳定性以及耐酸性的影响，三种稳定剂在椰子饮料中表现出的贮藏稳定性特性不同，其中SSPS对椰子饮料的贮藏稳定性作用不大。三种稳定剂对椰子饮料的耐酸性有良好的改善效果，且随着添加量的增加耐酸性提升，当增加到一定量后，耐酸性达到峰值。三种稳定剂在响应面优化复配试验中可以得出CMC与SSPS，Pectins的交互作用明显，SSPS与Pectins的交互作用不明显，三种复配使用CMC 0.098%、SSPS 0.18%、Pectins 0.23%对椰子耐酸性效果最好。三种稳定剂对蛋白的保护原理基本都是通过电荷的相互作用，这种方法能够增加蛋白耐酸性，但从根本上很难解决长时间酸性环境的稳定性，因此下一步研究还需在蛋白结构上做耐酸性提升研究。