果汁型刺梨碳酸饮料工艺优化及其稳定性

许粟，刘宇泽，史大娟，王欣颖，费强*

（1.贵阳学院 食品科学与工程学院，贵州 贵阳 550005；2.贵州初好农业科技开发有限公司，贵州 六盘水 553000）

刺梨（RosaroxburghiiTratt.）是喀斯特地区独具特色的食品，其营养丰富[1-2]，富含多种维生素[2]、多酚[3-6]、黄酮[7-8]、多糖[9-10]、三萜类物质[11]、有机酸[12]、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）[13]等，具有抑菌[14]、保护心肌细胞[15]、抗癌[16-17]、抗动脉粥样硬化[18]、延缓衰老[19]、增强机体免疫[20]、抗氧化[21]等功能，具有较高的药食两用开发价值。贵州省刺梨资源丰富，刺梨的市场开发基础和前景较好[22]。

已有学者针对刺梨饮料的研发进行了相关研究，韦会平等[23]研究表明，刺梨气泡水的最优配方为果葡糖浆添加量8%、刺梨浓缩汁添加量7%、二氧化碳充气量0.4%、牛磺酸添加量0.05%、瓜拉纳提取物添加量0.05%、柠檬酸添加量0.006%、植酸钠添加量0.005%、三氯蔗糖添加量0.0009%，制得产品的维生素C 含量为290 mg/100 mL。刘娟娟等[24]等研究表明，刺梨樱桃复合果汁饮料的最优配方为针叶樱桃粉含量2%、青柠浓缩汁含量2%、浓缩刺梨汁含量60%、樱桃浓缩汁含量15%、结晶果糖含量6%。刘云等[25]研究表明，无籽刺梨果汁饮料的最佳配方为无籽刺梨果汁添加量14%、白砂糖添加量6%、柠檬酸添加量0.26%、苹果酸添加量0.02%、安赛蜜添加量0.01%、阿斯巴甜添加量0.01%，各类稳定剂羧甲基纤维素钠、黄原胶和结冷胶的添加量分别为0.08%、0.01%和0.007%。

食品添加剂的大量使用可能导致消费者对产品购买欲的降低，同时，过多的使用添加剂会导致产品失去刺梨原有的特殊口感和滋味。另外，部分产品的刺梨汁添加量过高，极大地增加了产品的成本，降低了刺梨产品在饮料市场中的竞争力。在刺梨碳酸饮料的实际生产和贮藏过程中，褐变是影响产品品质和贮藏期的主要因素。

本文选用刺梨汁作为主要原料，研究刺梨汁、木糖醇和酸味剂对果汁型刺梨碳酸饮料综合感官品质的影响，研制刺梨汁含量低于10%，且使用的添加剂种类较少、含量较低的具有刺梨特殊口感的新型果汁型刺梨碳酸饮料（果汁含量≥2.5%）。同时，针对产品在贮藏过程中褐变和易产生沉淀物、絮状物的问题，探究影响其贮藏稳定性的主要因素，以期为生产企业提供可行性的建议。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

刺梨汁：贵州初好农业科技开发有限公司；木糖醇（食品级）：浙江华康贸易有限公司；柠檬酸（食品级）、柠檬酸钠（食品级）、苯甲酸钠（食品级）：河南万邦化工科技有限公司；纯净水：贵州北极熊实业有限公司。

30 mL 试饮杯：福建喇叭花环保科技有限公司；BSM-220.4 电子分析天平：上海卓精电子科技有限公司；M9 二氧化碳充气机：东莞莱诺电器有限公司；Can-Need-CAN-7001 饮料二氧化碳测定仪：广东嘉仪仪器集团有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 加工工艺流程

1.2.2 操作要点

根据试验配方准确称量刺梨汁、木糖醇、酸味剂（柠檬酸∶柠檬酸钠=1∶1，质量比）和适量的苯甲酸钠，依次加入容器中备用，称量过程避免造成污染。用干净的玻璃棒先将酸味剂充分溶解，避免造成局部酸度过高，再加入其他原料进行搅拌使其充分溶解。将混合好的溶液倒入二氧化碳充气瓶中，按照使用说明进行2～3 次充气。将制备好的产品从二氧化碳充气瓶中倒出，在7 ℃和1.5 MPa 下进行低温灌装后制得成品。

1.2.3 单因素试验

研究刺梨汁、木糖醇和酸味剂（柠檬酸∶柠檬酸钠=1∶1）添加量对果汁型刺梨碳酸饮料感官评分的影响，确定果汁型刺梨碳酸饮料最优配方。固定木糖醇添加量为7.5%、酸味剂添加量为0.11%，考察刺梨汁添加量（5%、6%、7%、8%、9%、10%）对果汁型刺梨碳酸饮料感官特性的影响。固定刺梨汁添加量为8%、酸味剂添加量为0.11%，考察木糖醇添加量（5%、6%、7%、8%、9%、10%）对果汁型刺梨碳酸饮料感官特性的影响。固定刺梨汁添加量为8%、木糖醇添加量为8%，考察酸味剂添加量（0.06%、0.08%、0.10%、0.12%、0.14%、0.16%）对果汁型刺梨碳酸饮料感官特性的影响。

1.2.4 响应面试验

以感官评分为响应值，设计三因素三水平的响应面试验优化果汁型刺梨碳酸饮料的配方工艺条件，试验因子编码及水平见表1。

表1 响应面三因素三水平试验设计Table 1 Three-factor and three-level response surface experimental design

1.2.5 果汁型刺梨碳酸饮料的品质评价

1.2.5.1 果汁型刺梨碳酸饮料的感官评价

采用轻松智能感官分析系统（CSAS 软件）中的定量描述分析（一页多词）方法，严格遴选出符合本试验条件、年龄在10～30 岁的感官评价员男女各50 名，对果汁型刺梨碳酸饮料进行感官评价，利用CSAS 软件对感官评价结果进行统计分析。参照GB/T 10792—2008《碳酸饮料（汽水）》中关于碳酸饮料感官评价的要求，结合产品在口感和滋味上的特点，设计果汁型刺梨碳酸饮料的感官评价细则，如表2 所示。

表2 果汁型刺梨碳酸饮料的感官评分细则Table 2 Sensory evaluation criteria of juice-type Rosa roxburghii Tratt.carbonated beverage

1.2.5.2 二氧化碳气容量的测定

参照GB/T 10792—2008《碳酸饮料（汽水）》中方法，利用CanNeed-CAN-7001 饮料二氧化碳测定仪（压力测定仪），得出二氧化碳气容量，要求果汁型刺梨碳酸饮料二氧化碳气容量（20 ℃）≥GB/T 10792—2008 表值的1.5 倍。

1.2.5.3 微生物指标检测

参照GB/T 10792—2008 进行产品微生物指标（细菌菌落总数、大肠菌群）的检测。

1.2.6 果汁型刺梨碳酸饮料贮藏稳定性试验

将刺梨原汁进行离心过滤和真空抽滤后，按照优化后的产品配方进行调配，经过7 d 后考察不同过滤方式对果汁型刺梨碳酸饮料沉淀和絮状物的影响。

将调配后的果汁型刺梨碳酸饮料至于自然光、避光及冷藏避光条件下进行贮藏，分别在30、90 d 及180 d 观察其色泽变化情况，考察贮藏条件对果汁型刺梨碳酸饮料色泽变化的影响。

1.3 数据统计分析

本试验采用Design Expert 11.1.0.1 中的Box-Behnken 模型进行响应面优化试验，采用Origin 2018软件进行作图，采用CSAS 感官软件分析系统和SPSS 20.0 软件对数据进行处理和分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 刺梨汁添加量对果汁型刺梨碳酸饮料感官评分的影响

图1 为刺梨汁添加量对果汁型刺梨碳酸饮料感官评分的影响。

图1 刺梨汁的添加量对果汁型刺梨碳酸饮料感官评分的影响Fig.1 Effects of the addition of Rosa roxburghii Tratt.juice on the sensory score of juice-type Rosa roxburghii Tratt.carbonated beverage

从图1 可以看出，随着刺梨汁添加量增加，果汁型刺梨碳酸饮料感官评分先增大后减小，且具有较为明显的变化。当刺梨汁添加量为8% 时，果汁型刺梨碳酸饮料的感官评分最高，为79.7。当刺梨汁添加量过高时，不仅会增加产品的成本，还会导致产品的酸度增加，影响口感。当刺梨汁添加量过低时，会导致产品缺乏特殊的刺梨滋味，影响产品的特异性。因此选择刺梨汁添加量7%、8%、9%进行后续试验。

2.1.2 木糖醇添加量对果汁型刺梨碳酸饮料感官评分的影响

图2 为木糖醇添加量对果汁型刺梨碳酸饮料感官评分的影响。

图2 木糖醇添加量对果汁型刺梨碳酸饮料感官评分的影响Fig.2 Effects of the addition of xylitol on the sensory score of juicetype Rosa roxburghii Tratt.carbonated beverage

从图2 可以看出，随着木糖醇添加量增加，果汁型刺梨碳酸饮料感官评分先升高后下降，且具有较为明显的变化，当木糖醇添加量为8%时，果汁型刺梨碳酸饮料的感官评分最高，为79.0。当木糖醇添加量过高时，会导致产品的甜度增加，口感甜腻。当木糖醇添加量过低时，会导致产品酸度过高，口感下降。因此选择木糖醇添加量7%、8%、9%进行后续试验。

2.1.3 酸味剂添加量对果汁型刺梨碳酸饮料感官评分的影响

图3 为酸味剂添加量对果汁型刺梨碳酸饮料感官评分的影响。

图3 酸味剂添加量对果汁型刺梨碳酸饮料感官评价的影响Fig.3 Effects of the addition of sour agent on the sensory score of juice-type Rosa roxburghii Tratt.carbonated beverage

从图3 可以看出，随着酸味剂添加量增加，果汁型刺梨碳酸饮料感官评分先升高后下降，且具有非常明显的变化，当酸味剂添加量为0.14%时，果汁型刺梨碳酸饮料的感官评分最高，为82.5。当酸味剂添加量过高时，会导致产品的酸度快速增加，使其口感过酸。当酸味剂添加量过低时，会导致产品酸涩味较尖锐，不柔和。因此选择酸味剂添加量0.12%、0.14%、0.16%进行后续试验。

2.2 响应面优化试验结果

通过三因素三水平响应面试验设计，共开展17 组试验，各组试验结果如表3 所示。

表3 响应面分析试验设计及结果Table 3 Experimental design and results of response surface analysis

表4 为回归模型方差分析结果。

表4 回归模型方差分析Table 4 Analysis of variance of regression model

通过响应面试验结果方差分析，可得模型的回归方程为Y=89.20+1.54A-0.6B+0.912 5C-4.93AB+3.40AC-1.53BC-7.85A2-10.93B2-7.90C2。

根据表4 方差分析结果可知：该模型极显著（P＜0.000 1），且该模型的失拟项不显著（0.372 7＞0.05），说明该模型的拟合程度较好，且试验误差较小，回归方程可以较好反映出各因素与感官评分之间的关系。各因素的影响主次关系为刺梨汁添加量＞酸味剂添加量＞木糖醇添加量。

2.3 响应曲面分析

根据模型的回归方程，通过Design Expert 软件生成响应曲面图，如图4 所示。

图4 刺梨汁添加量、木糖醇添加量及酸味剂添加量交互的响应面Fig.4 The response surface of the interactions among the addition of Rosa roxburghii Tratt.juice，xylitol and sour agent

由图4 可知，在刺梨汁添加量7.5%～8.5%、木糖醇添加量7.5%～8.5%时，果汁型刺梨碳酸饮料的感官评分较高；在刺梨汁添加量7.5%～8.5%、酸味剂添加量0.13%～0.15% 时，果汁型刺梨碳酸饮料的感官评分较高；在木糖醇添加量7.5%～8.5%、酸味剂添加量0.13%～0.15%时，果汁型刺梨碳酸饮料的感官评分较高。

随着刺梨汁添加量的变化，响应面图的陡峭程度和等高线的变化均较为显著，说明刺梨汁添加量很大程度上影响了果汁型刺梨碳酸饮料的整体感官评分，结果与表4 中的方差分析结果一致。

2.4 验证试验

由响应面试验设计可以得到果汁型刺梨碳酸饮料配方的优化结果为刺梨汁的添加量8.139%、木糖醇添加量7.935%、酸味剂添加量0.142%。在此条件下，感官评分预测的最大值为89.37。在优化条件下对果汁型刺梨碳酸饮料进行3 次感官评价。结果表明果汁型刺梨碳酸饮料的感官评分为90.85±3.43，与模型预测值的差值为1.66%，因此验证了果汁型刺梨碳酸饮料响应面模型的合理性和可靠性。根据实际工厂生产需要，将果汁型刺梨碳酸饮料配方的优化结果调整为刺梨汁的添加量8%、木糖醇添加量8%、酸味剂添加量0.14%。

2.5 产品品质指标评价

2.5.1 二氧化碳气容量的测定结果

二氧化碳气容量测定结果见表5。

表5 二氧化碳气容量测定结果Table 5 Results of carbon dioxide gas capacity

由表5 可知，对样品进行二氧化碳气容量测定，并重复3 次，温度在20 ℃、气压为0.08 MPa，样品二氧化碳气容量为1.57，符合GB/T 10792—2008 的生产标准。

2.5.2 产品感官及微生物指标

最优配方所制得的果汁型刺梨碳酸饮料呈均匀透亮的淡黄色，口感酸甜度适宜，具有特殊的刺梨香气和滋味，组织形态分布均匀，无沉淀和絮状物。产品细菌菌落总数≤104CFU/g，大肠菌群≤10 CFU/g，致病菌未检出。产品的感官特性和微生物指标（细菌菌落总数、大肠杆菌、致病菌）均符合GB/T 10792—2008 标准要求。

2.6 果汁型刺梨碳酸饮料贮藏稳定性研究

2.6.1 不同过滤方式对果汁型刺梨碳酸饮料沉淀和絮状物的影响

由于贵州大部分刺梨深加工企业在果汁型刺梨碳酸饮料的生产过程中，采用压榨的刺梨原汁作为主要原料，因此，导致部分微小的刺梨果渣被混入到刺梨碳酸饮料中，进而导致产品出现浑浊的现象。为解决以上问题，本试验采取两种不同的过滤方式：离心过滤和真空抽滤，对刺梨原汁进行过滤后再进行调配，以降低其果渣含量，提高产品的外观品质，结果见图5。

图5 不同过滤方式对果汁型刺梨碳酸饮料沉淀和絮状物的影响Fig.5 Effecs of different filtration methods on the generation of precipitates and floccules in juice-type Rosa roxburghii Tratt.carbonated beverage

如图5 所示，相比于离心过滤方式，真空抽滤方式由于抽滤压力过大，导致部分极微小的刺梨果渣被一并抽滤到刺梨碳酸饮料中，从而影响刺梨碳酸饮料的澄清度。因此，为了提高产品的外观品质，建议在调配前，采用离心过滤的方式对刺梨原汁进行过滤。

2.6.2 不同光照和温度条件对果汁型刺梨碳酸饮料色泽变化的影响

图6 为不同贮藏时间（30、90、180 d）和光照条件（避光、自然光、冷藏避光）下，果汁型刺梨碳酸饮料色泽变化情况。

图6 不同光照和温度条件下果汁型刺梨碳酸饮料色泽变化情况Fig.6 Color changes of juice-type Rosa roxburghii Tratt.carbonated beverage under the different light and temperature conditions

由图6 可知，随着贮藏时间延长，果汁型刺梨碳酸饮料的颜色逐渐加深，当贮藏时间超过90 d 时，由于颜色的较大变化，导致产品失去商品价值。其次，在相同贮藏期内，低温避光贮藏有利于减轻果汁型刺梨碳酸饮料颜色的变化，因此，低温避光贮藏可以有效延长货架期。

综上，结合贵州省刺梨产业所面临的实际问题——刺梨原汁储藏量过大，难以快速消耗，在充分考虑果汁型刺梨碳酸饮料成本的前提下，添加8% 刺梨原汁，以保证产品具有特殊的刺梨口感和滋味，同时改善果汁型刺梨碳酸饮料褐变的问题。刺梨碳酸饮料生产企业尽可能在包装产品的PET 瓶外辅以遮光性较高的外包装材料进行避光处理，同时，尽量在流通和货架环节上进行低温贮藏，以延缓产品的褐变，延长产品的货架期。

3 结论

结果表明，果汁型刺梨碳酸饮料的最佳配方为刺梨汁添加量8%、木糖醇添加量8%、酸味剂添加量0.14%。在此优化条件下，制得的果汁型刺梨碳酸饮料呈均匀透亮的淡黄色，口感酸甜度适宜，具有特殊的刺梨香气和滋味，组织形态分布均匀，无沉淀和絮状物。对刺梨原汁进行离心过滤有利于降低果汁型刺梨碳酸饮料中沉淀物和絮状物的形成，低温避光冷藏有利于延缓果汁型刺梨碳酸饮料的褐变进程。