刘雪飞,贺 磊,宋俊伟,杨松涛,郑 良,*

(1.西南交通大学生命科学与工程学院,四川成都 610031;2.四川省农业科学院作物所,四川成都 610066)

红薯(Sweet Potato)又名甘薯、番薯、地瓜、红苕等,品种繁多,常见的为多年生双子叶旋花科植物,高产稳定,价格低廉,是我国重要的粮食、饲料和工业原料作物。此外,由于红薯富含淀粉、膳食纤维、蛋白质、胡萝卜素、VA、VC及钾、铁、铜、硒、钙等多种微量元素,又多次被世界卫生组织评为最佳蔬菜[1,2]。其薯肉不仅含糖量高,口感甘甜,且具有独特的香气,非常适宜作为果蔬饮料的主要原料。此外还有大量研究报道指出,红薯内含有调节人体生理活性的营养物质,如去氢表雄酮(Dehydroepiandrosterone,DHEA)、黏液蛋白、黄酮、绿原酸等[3]。现已证实红薯具有抗氧化活性[4]、保肝性[5]、抗癌性[6]、抗炎性[7]。因此，如能将红薯薯肉作为主要原料,加工成口感易接受,营养丰富,货架期长的果蔬饮料,则可大大扩展其加工应用领域,为其深加工开辟新的市场。然而，红薯作为主要成分的果蔬饮料，在开发过程中会存在多酚氧化酶导致的褐变、果肉沉降老化导致的分层、蒸煮加工导致的口感变差等技术难题。

本文针对红薯饮料中的变色、分层、口感不佳等问题，进行了一系列改进,开发了一款口感良好,色泽光亮、稳定性较好,且工艺简单,成本低廉的红薯饮料,以改变目前红薯饮料在饮料市场几乎绝迹的现状。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

红皮红心红薯 川薯228;鲜榨苹果汁 购自成都林湾村市场;柠檬酸、氯化钠、抗坏血酸、黄原胶、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、分子蒸馏单甘酯、蔗糖 郑州卓研生物科技有限公司;蜂蜜 武汉蜂之巢生物工程有限公司;山梨酸钾、脱氢乙酸钠 河南三化生物科技有限公司。

HH-2K2型数显恒温水浴锅 巩义市予华仪器有限责任公司;QT-0888W型破壁营养料理机 德国AOJING公司;BSA224S型电子天平 广州深华-德国赛多利斯集团;721-V5000型可见分光光度计 上海元析仪器有限公司;GR22G型高速低温离心机 日本日立公司。

1.2 实验方法

1.2.1 红薯饮料制作流程 该饮料的制作分为以下三个主要步骤:a. 红薯薯肉前处理;b. 护色、稳定性处理、风味调配等关键步骤;c. 饮料后处理。具体工艺流程为:选料→清洗→去皮→切碎→护色→预煮→破碎→离心→稳定→调配→脱气→均质→罐装→杀菌→冷却

首先去除霉烂变质红薯,将表面无损的红薯用清水浸泡洗涤后去皮,薯肉切成约5 mm×5 mm×2 mm小块,取1 kg薯肉,在1 L护色剂中进行护色处理;处理一定时间后，将薯块放入95 ℃热水中,预煮10 min,利用破壁机果蔬档自动破壁90 s，得到红薯原浆,在10 ℃条件下离心(5000 r/min)10 min，分别获取红薯原汁和红薯薯肉。通过添加稳定剂对红薯汁进行稳定性处理,并加入风味调节剂，改善其口感风味,最后对产品进行防腐(山梨酸钾0.3 g/L,脱氢乙酸钠0.2 g/L)、灭菌(95～98 ℃,25～30s)等后期处理。

1.2.2 红薯饮料护色工艺优化

1.2.2.1 红薯饮料护色单因素实验设计 饮料护色的主要影响因素包括护色剂种类以及护色时间。本试验选用3种常用的护色剂:抗坏血酸,柠檬酸和氯化钠,具体试验步骤为:分别将30 g块状薯肉浸没于300 mL不同质量浓度的抗坏血酸溶液(0.00、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 g/L),柠檬酸溶液(0.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00 g/L),和氯化钠溶液(0.00、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 g/L)组成的护色剂中而后恒温(95 ℃)加热10 min,以蒸馏水作为参比液,采用比色法,在430 nm波长下测定红薯汁吸光度A,以A×10表示褐变度(DB)值[13],每个浓度测量DB值三次,结果取平均值。

1.2.2.2 红薯饮料护色响应面分析 根据单因素实验结果，确定响应面实验各因素及水平,以DB值为考察指标,优化最佳复合护色剂配比。四因素三水平响应面分析实验的因素与水平表如表1所示。

一是增加x波段多普勒天气雷达等局地警戒监测设施,加强对小尺度强天气的识别、发展的监测分析,提高监测预报预警的精准性;二是提高气象灾害监测站网密度,加大在全县范围内气象灾害易发区、防御薄弱区、监测空白区等地的监测站点建设,并科学增加原有区域自动气象站的监测要素;三是落实气象探测环境保护责任制,加强区域自动气象站探测环境保护。

表1 护色因素及水平取值表Table 1 Factors and levels graph of color-keeping experiments

1.2.3 红薯饮料稳定工艺优化 本文采用响应面试验设计,以离心沉淀高度为优化指标[9],对该饮料的稳定工艺进行了优化。选用羧甲基纤维素钠、黄原胶、海藻酸钠、分子蒸馏单甘酯这四种常用的市售稳定剂[14],进行了四因素三水平响应面分析试验,确定了这四种稳定剂的配比。离心高度计算方法如下:在离心管中加入10 mL红薯饮料,在10 ℃ 条件下离心10 min(3000 r/min)，而后测量最大离心沉淀高度(cm)。离心沉淀高度越小,说明饮料稳定性越好[14]。稳定工艺试验因素水平见表2。

表2 稳定因素及水平表Table 2 Factors and levels table of stabilization experiments

1.2.4 饮料风味调节工艺优化 饮料的风味对其受欢迎程度影响巨大,是影响其货架销售的一个重要因素。为了尽量客观准确,本研究采用模糊数学评价法,优化调节饮料的风味。以口感(k1)、滋味(k2)、香气(k3)和色泽(k4)为感官指标，对该饮料的风味进行了综合评定[15]。风味配比正交试验因素水平如表3所示。具体操作如下:取250 mL的红薯原汁和750 mL纯净水，混合成1 L红薯饮料,以蜂蜜、蔗糖、苹果汁为因素,进行L9(33)正交设计试验。

表3 调味剂配比因素及水平表Table 3 Factors and levels table of flavoring agents

风味(K)是多种感官感受(Ki)的集合,不同感官感受在整个风味评定中所占权重不同[16]。K=(k1,k2,…,ki,…，km),其和为1。本研究使用用户调查法及二次对比决定法，确定各个不同感官感受在整个风味中所占权重的大小[17-18],随机挑选5名男性青年志愿者和5位女性青年志愿者(18～24岁)，进行风味评定权重的确定。志愿者们首先对参与评价的感官因素作一对一比较,认为重要的因素得1分,认为次要的因素得0分,自身的比较按照1分记。各项风味评定指标的总得分与总分100的比值即为该项感官指标的权重。红薯饮料风味权重评定表如表5所示,权重集K={K1,K2,K3}={0.31,0.32,0.22,0.15},其总和为1。

表5 风味权重评定表Table 5 Statistics of flavor weight assessment

确定各指标权重后,志愿者们分别对不同风味饮料的口感、滋味、香气和色泽进行评定,评定等级分为优秀(V1)、中等(V2)、较差(V3)三个。每次风味评定以1 min为时间间隔,评定每份样品后以清水漱口。风味评定以志愿者的主观感受为标准,感官评价分级见表4。

表4 感官评定分级表Table 4 Sensory evaluation standards

10名志愿者对该正交设计中不同试验组红薯饮料样品的口感、滋味、香气、色泽逐项进行评价,得到各个评价因素的等级,然后统计对应的等级票数,按照各等级(优秀、中等、较差)票数计算每个等级的选择频数,从而得到每个风味样品的口感、滋味、香气、色泽4个因素的模糊矩阵Aj值。最后,根据模糊矩阵变换原理,得到每个样品的风味评定R值。

j=1,2,3,…,9为不同风味样品的编号,i=1,2,3,4为感官感受因素,ri1,ri2,ri3分别为第i个因素评价等级的选择频数。

本文以风味评定R值中优秀的比例为正交实验的评价指标,对其风味进行分析。

2 结果与分析

2.1 护色工艺优化

2.1.1 护色剂单因素实验结果 分别添加不同浓度柠檬酸、抗坏血酸、氯化钠时，样品DB值变化如图1。由单因素护色剂护色结果可见,柠檬酸浓度在0～6 g·L-1、抗坏血酸浓度在0～3 g·L-1、氯化钠浓度在0～3 g·L-1时，DB值下降较快,基于实验结果和果汁营养方面的考虑,可将上述浓度范围作为护色剂复配实验的参考水平。

图1 单因素护色剂护色效果Fig.1 Color-keeping results of single-factor color-keeping reagents

2.1.2 护色响应面试验结果 该饮料的护色工艺响应面试验结果如表6所示。方差分析如表7所示,所得回归方程为:

表6 护色工艺响应面试验结果Table 6 Response surface methodology of color-keeping experiments

表7 护色工艺响应面方差分析表Table 7 Response surface methodology variance analysis of color-keeping experiments

经分析,在抗坏血酸浓度为1.85 g/L、柠檬酸浓度6.67 g/L、氯化钠浓度1.98 g/L、护色时间为32.25 min时，得到极值点,此时其响应值为10.2507。按上述最优条件进行三次重复试验，测定其DB值分别为10.13、10.30、10.25。平均DB值为10.2267。其相对误差分别为1.18%、0.48%、0%。误差在可接受范围,表明该模型较准确。

2.2 稳定工艺响应面结果分析

该饮料的稳定工艺响应面试验结果如表8所示。方差分析表如表9,所得回归方程为:

表8 稳定剂配比响应面试验结果Table 8 Response surface methodology of stabilization experiments

表9 稳定工艺响应面方差分析表Table 9 Response surface methodology variance analysis of stabilization experiments

经分析,在羧甲基纤维素钠浓度为1.24 g/L、黄原胶浓度0.61 g/L、海藻酸钠浓度0.87 g/L、分子蒸馏单甘脂为0.76 g/L时，得到极值点,此时其响应值为2.588。

按上述最优条件，进行三次重复试验，测定其离心沉淀高度分别为2.57、2.45、2.56 cm。平均离心沉淀高度为2.53 cm。其相对误差分别为0.70%、5.30%、1.10%。误差在可接受范围,表明该模型较准确。

2.3 风味优化结果

由表5可以看出,滋味对该饮料的风味影响最大,其次为口感和香气,影响最小的为色泽。表10为10位志愿者对9组不同风味的红薯饮料进行感官分析，得到的风味评定所对应的等级选择频数。

通过表10中10位志愿者等级选择频数统计,可得到各组不同风味红薯饮料的模糊矩阵Aj。而后，利用模糊矩阵变换原理，计算得到各组组饮料的综合感官评定R值,9组不同风味红薯饮料的风味评价正交试验结果表,如表11所示。从表11可以看出,各个风味调节剂对饮料口感影响由大到小依次为:C>A>B,即:苹果汁>蔗糖>蜂蜜,并得到最佳风味调节配方为:A2B1C3,即:当蔗糖添加量为40 g/L,蜂蜜添加量为20 g/L,苹果汁添加量6 g/L时,该饮料口感受到大多数试饮者的欢迎。由表12可知,蔗糖、蜂蜜、苹果汁对感官评分中优秀占比都没有显著影响。在正交实验得出的最佳组合条件下,再次进行感官评分,并做3组平行。实验结果如表13所示,实验表明:蔗糖添加量为40 g/L,蜂蜜添加量为20 g/L,苹果汁添加量为6 g/L时,感官评分中优秀占比分别为61.4%、58.5%、61.2%，平均值为60.4%。

表10 风味评定等级选择频数表Table 10 Statistics of sensory grade frequency

表11 调味剂正交试验结果Table 11 Orthogonal test result of the flavoring agent

表12 正交试验数据方差分析表Table 12 Variance analysis of Orthogonal data

表13 风味评定正交实验验证表Table 13 Orthogonal experiment verification of flavor evaluation

3 结论

采用响应面分析试验和模糊数学评价,本文对以红薯薯肉为主要原料的红薯饮料的护色工艺、稳定性处理、风味调配进行了较为细致的研究,得到一款新型功能性红薯饮料,其主要工艺及相关配方如下:(1)护色剂的配比为:1.85 g/L抗坏血酸,6.67 g/L柠檬酸,1.98 g/L氯化钠,护色工艺为25 ℃,浸泡32.25 min,在此条件下得到的DB值为10.23;(2)稳定剂的配比为:1.24 g/L羧甲基纤维素钠,0.61 g/L黄原胶,0.87 g/L海藻酸钠,0.76 g/L分子蒸馏单甘脂,在此条件下离心沉淀高度为2.53 cm;(3)风味剂的配比为:40 g/L蔗糖,20 g/L蜂蜜,6 g/L苹果汁,在此条件下得到的优秀率为60.4%。

该饮料以红薯薯肉为主要原料，廉价易得，整个制作过程操作简单，且其饮料成品色泽饱满，稳定性好，久置不分层，风味良好，易于接受。该研究证实，红薯可作为果蔬饮料的加工原料，且具有良好的市场前景，本研究可为红薯的深加工提供一定的理论基础。