陈永浩，李霁昕，冯丽丹，张祯，把灵珍，崔媛媛，张煜，蒋玉梅*

1(甘肃农业大学 食品科学与工程学院，甘肃 兰州，730070)2(甘肃省葡萄与葡萄酒工程学重点实验室，甘肃 兰州，730070)3(甘肃省葡萄与葡萄酒产业技术研发中心，甘肃 兰州，730070)

沙棘别名酸刺、酸柳、黑刺，是胡颓子科沙棘属的多年生落叶灌木[1]。适宜生长在亚洲和欧洲的温带高海拔地区[2]，主要分布于俄罗斯、芬兰、加拿大、意大利、瑞典、土耳其、中国等38个国家[3]，我国在河北、内蒙古、黑龙江、山西、陕西、甘肃、青海及四川均有种植[4]。沙棘因其营养和药用价值而备受关注[5]，果实富含黄酮[6]、多酚[7]、氨基酸[8]、多糖[9]、类胡萝卜素等物质[10]。

目前沙棘果实被广泛用于加工各种饮料和营养保健品，包括果汁饮料、固体饮料、果酱、软糖等，果实中的类胡萝卜素可作为饼干等烘焙糕点的着色添加剂[11]。然而富含多种活性物质的沙棘果实口感酸涩[12]，直接用于食品加工时，产品口感很难被消费者接受，往往需要加入大量的糖或甜味剂平衡口感。近年来，通过果蔬汁复配可平衡调节果汁口感，有广阔的市场发展前景，已成为果蔬饮料研发的热点之一。徐海祥等[13]将蜂王浆、沙棘汁与乳饮料复合开发乳饮料；夏霞[14]以沙棘原浆和红枣为原料探究了沙棘和红枣复合饮品；彭涛等[15]以苦水玫瑰花和沙棘为原料，并添加甜菊糖及稳定剂调配制备了沙棘饮料。国外主要集中研究沙棘的药用价值[16-18]，关于沙棘产品研发的报道较少。

本试验以沙棘原浆和皇冠梨为原料，以模糊数学模型评价样品的感官品质，根据样品感官评分通过混料设计确定沙棘、梨混合果汁配方，同时以沉淀率为响应值，通过单因素试验和响应面Box-Behnken设计优化混合果汁稳定剂配比，并通过激光粒度分析进一步确定稳定剂的稳定效果。研究结果可以为沙棘混合果汁产品研发及生产提供科学数据参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 实验材料

沙棘原浆：2019年11月采自甘肃省渭源县上湾镇，甘肃陇源红生物科技有限公司制备。还原糖(80.67±1.15) g/L，pH值2.41±0.03，可溶性固形物(20±0.002)%。

皇冠梨：2019年11月采自甘肃省景泰县条山农场。还原糖(49.33±5.03) g/L，pH值4.67±0.02，可溶性固形物(7±0.001)%。

F60果葡糖浆，山东鲁糖生物科技股份有限公司、蜂蜜、羧甲基纤维素钠(sodium carboxymethyl cellulose，CMC)、黄原胶、瓜尔豆胶、果胶、异抗坏血酸钠、果胶酶(≥60 000 U/g)、纤维素酶(50 000 U/g)，食品级，浙江一诺生物科技有限公司；平板计数琼脂，北京陆桥技术股份有限公司。

1.1.2 仪器与设备

SPX-150-II生化培养箱，上海跃进医疗器械有限公司；500051S立式高压灭菌锅，上海申安医疗器械厂；SW-CJ-2FD超净工作台，苏净集团苏州安泰空气技术有限公司；TU-810紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司；Bettersize2600激光粒径分析仪，丹东百特仪器有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 皇冠梨汁制备工艺流程

参照祝美云等[19]方法制备梨汁：

皇冠梨→清洗→切块→护色→预煮→打浆→酶解→过滤→灌装→保存备用

1.2.2 沙棘梨混合果汁制备工艺流程

沙棘梨混合果制备工艺流程

沙棘原浆→护色→混合调配→均质→灌装→杀菌→冷却→检验→成品

1.2.3 操作要点

1.2.3.1 护色、酶解

挑选大小相近的皇冠梨，去柄切块后置于0.15%的异抗坏血酸钠护色液中淹没护色10 min，捞出沥干打浆，加入0.3%(质量分数)的果胶酶和纤维素酶(质量比1∶1)，45 ℃酶解2 h。

1.2.3.2 混合调配

首先将稳定剂和水以体积比1∶40的比例缓慢加入75 ℃温水中溶解，并不断搅拌。

沙棘原浆、皇冠梨汁、蜂蜜、果葡糖浆按照混料设计比例混合，并同时加入溶解好的稳定剂，不断搅拌至充分混合。

1.2.3.3 杀菌

80 ℃排气10 min，密封杀菌20 min，杀菌后将样品迅速冷却至40 ℃。

1.2.4 混合果汁配方的确定

根据预试验结果，采用Design-expert 中混料设计Mixture设计试验原理，以模糊数学感官评分为评价指标，梨汁和沙棘原浆为主料，果葡糖浆和蜂蜜为辅料，研发混合果汁的配方(表1)。

表1 影响因素和水平

1.2.5 混合果汁稳定剂配比优化

1.2.5.1 单因素试验

向混合果汁中分别加入稳定剂(CMC、黄原胶、果胶、瓜尔豆胶)，均质5 min，得到稳定的混合果汁。以离心沉淀率为评判指标，考察单一稳定剂以0.05%为梯度添加(0.05%～0.25%，质量分数)对混合果汁稳定性的影响。

1.2.5.2 响应面试验设计

在单因素试验的基础上，根据Box-Behnken中心组合设计原理，以CMC、黄原胶和果胶的添加量为自变量，离心沉淀率为响应值设计试验，因素水平设计如表2所示。

表2 Box-Behnken 试验设计因素水平表

1.2.6 感官评价

1.2.6.1 模糊数学感官综合评价法建立

参照张勋等[20]方法，评价因素集确定：以沙棘梨汁气味(U1)、滋味(U2)、状态(U3)和色泽(U4)为指标，评价指标因素集U={U1，U2，U3，U4}。

评价等级集确定：评价分为3个评价等级：优(V1)、良(V2)和差(V3)，评语集V={V1，V2，V3}。试验中优、良和差3个等级分别对应其中间值为8、5、2，因此评价等级集K={K1，K2，K3}={8,5,2}。

权重集确定：征集20名消费者，其中男女各10名，身体健康，无任何感官方面的缺陷。采用用户调查法和二元对比法[21]确定个指标的权重。得出沙棘梨汁的权重集为W={W1，W2，W3，W4}。

评价体系的建立：将经混料设计的20种混合果汁建立评价体系Tg={T1，T2，T3，…，T20}。

1.2.6.2 感官评价

感官评价小组由具有食品专业背景的10人组成，5名男性，5名女性，采用9分制打分法[22]对样品的气味、滋味、状态、以及色泽进行评分，将不同处理的混合果汁分别装到透明的20 mL玻璃杯中并随机编号，让评价员进行感官评价。同时为每一个评价员提供纯净水以清除不同品尝间干扰。感官评价表如表3所示。

表3 感官评价表

1.2.7 离心沉淀率的测定

参照杨柳等[23]方法，取适量混合果汁(m1)于离心管中，经离心(3 000 r/min，20 min)后除去上清液，准确称得离心后的沉淀物质量(m0)，按公式(1)计算混合果汁离心沉淀率:

(1)

1.2.8 粒度分布测定

参照刘孝平等[24]方法，用激光粒度分析仪进行测定，在室温下吸取一定量的混合果汁加入到以蒸馏水为分散介质中，调节遮光比大于0.6，测定混合果汁粒度分布曲线。

1.3 数据处理

Microsoft Excel 2010对试验所得数据进行整理，利用OriginLab Origin 8.5绘图，使用SPSS Statistics 20.0进行显著性分析(P<0.05)，试验结果以平均值±标准偏差表示。

2 结果与分析

2.1 沙棘梨混合果汁配方研发

2.1.1 Mixture的D-optimal设计模糊数学感官评价

根据20名消费者的评价结果，采用二元对比法确定各指标权重，将结果进行归一化得到各评价指标所占权重比例为：气味0.24、滋味0.32、状态0.21、色泽0.23，得到权重集W={24%，32%，21%，23%}，由10名感官评价员对20种混合果汁样品的四项指标进行逐一评价，将评价结果收集汇总后进行统计分析，得出混合果汁感官评价指数票数统计结果(表4)。

表4 混合果汁感官评价指数票数统计结果

模糊评定矩阵根据感官评价结果除以总人数，即得到20个Tg的模糊矩阵：

其中g=1,2,3,……20，为样品编号，i=1，2，3，为混合果汁的各项评价指标，ti1、ti2、ti3、ti4 分别表示第i个评价指标分数项所得到的票数。

文章采用矩阵乘法代替传统算法，并按照综合评分公式计算综合评分可避免误差。已知混合果汁4个权重集为W={0.24，0.32，0.21，0.23}，按照Y=W×T得到混合果汁各样品评价结果：

Y2={0.979，0.021，0}，Y3={0.455，0.423，0.122}，Y4={0.721，0.279，0}，Y5={0.924，0.076，0}，Y6={0.776，0.224，0}，Y7={0.777，0.223，0}，Y8={0.6，0.4，0}，Y9={0.9，0.1，0}，Y10={0.7，0.3，0}，Y11={0.46，0.4，0.4}，Y12={0.977，0.023，0}，Y13={0.476，0.4，0.124}，Y14={0.768，0.232，0}，Y15={0.779，0.221，0}，Y16={0.556，0.391，0.053}，Y17={0.856，0.144，0}，Y18={0.532，0.368，0.1}，Y19={0.535，0.365，0.1}，Y20={0.423，0.04，0.177}。

模糊综合评价总分T=Y×K，评价等级集K={8，5，2}，Y1={0.572，0.332，0.096}，因此，第1个混合果汁样品的模糊综合评价总分：

同理可得，T2=7.937，T3=5.999，T4=7.163，T5=7.772，T6=7.328，T7=7.331，T8=6.8，T9=7.7，T10=7.1，T11=5.96，T12=7.931，T13=6.056，T14=7.304，T15=7.337，T16=6.509，T17=7.568，T18=6.296，T19=6.305，T20=5.738。

2.1.2 Mixture的D-optimal设计方差分析

表5 混合果汁配方的混料设计组合设计表

表6 二次逐步回归模型方差分析

2.2 沙棘梨混合果汁稳定剂配比优化

2.2.1 单因素试验

试验选用黄原胶、果胶、CMC、瓜尔豆胶4种稳定剂用于沙棘梨混合果汁稳定性单因素试验(图1)。当稳定剂添加量(质量分数)在0.05%～0.20%时，离心沉淀率呈下降趋势，其中CMC添加量对体系的稳定性影响显著(P<0.05)；当稳定剂添加量超过0.20%时，混合果汁沉淀率下降较低，趋于稳定时CMC、黄原胶和果胶的添加量分别为0.25%、0.2%和0.25%。在单一稳定剂中黄原胶效果优于其他稳定剂，这和侯莹[25]报道的结果一致，添加量为0.25%时瓜尔豆胶离心沉淀率较高，因此后期选CMC、黄原胶和果胶进行复配探究其对稳定性的影响。

图1 单一稳定剂添加量对混合果汁饮料稳定性影响

2.2.2 复合稳定剂对沙棘梨混合果汁稳定性影响

由于稳定剂复合可能存在协同交互作用[26]，因此在单因素试验的基础上选择 CMC、黄原胶和果胶稳定剂最适添加量的10%、20%和30%作为Box-Behnken设计中每个因素的低、中、高水平，以混合果汁的离心沉淀率作为响应值进行试验(表7)。

表7 Box-Behnken 试验设计与结果

2.2.3 方差结果分析

表8 方差分析

2.2.4 响应面作用交互分析

响应面图交互分析(图2)显示，当黄原胶为0.04%，果胶添加量一定时，沉淀率随着CMC添加量的增加而增大；当 CMC 添加量一定时，沉淀率随着果胶添加量的增加先减少后增大。等高线图显示二者交互作用极其显著，结果与表8吻合。

图2 CMC及果胶添加量对混合果汁稳定性的影响

根据响应面结果显示，果胶、黄原胶和CMC的添加量(质量分数)分别为0.04%、0.05%、0.05%，预测此条件下离心沉淀率6.81%。为验证方案真实性，此条件下进行3次验证试验，得到离心沉淀率6.83%，与预测值相对误差<5%，证明 Box-Behnken 法设计的添加复合稳定剂方案可靠准确，可满足沙棘、梨混合果汁稳定性要求。

2.2.5 沙棘梨混合果汁粒径分布分析

粒径分析是检测饮料体系稳定性的有效手段之一[27]，可以量化分析混合果汁中颗粒物的大小及分布。试验混合果汁样品粒径分布分析结果显示(表9)，加入稳定剂果胶和黄原胶可显著提高D10颗粒粒径比例。单一稳定剂和复合稳定剂均可显著降低样品粒径D50和D90颗粒粒径以及D[4，3]粒径颗粒比例(P<0.05)。加入果胶和黄原胶可显著提高D[3，2]粒径颗粒比例(P<0.05)。粒径分布图(图3)显示不添加稳定剂样品粒径分布范围较大，为1～1 500 μm，体积百分率最高的粒径为1 443.00 μm，其次是173.20 μm和6.41 μm的颗粒，单一稳定剂中效果最好的是黄原胶，其粒径在1～200 μm，体积百分率最高的是194.90 μm，其次是26.33 μm的颗粒，而复合稳定剂添加样品粒径分布在0.61～200 μm，在173.20 μm处出现1个峰，对饮料粒径分布影响较小。说明复合稳定剂的添加可显著降低果汁中大颗粒物质的粒径，增加了混合果汁的稳定性，进一步验证了复合稳定剂对混合果汁饮料的稳定效果优于单一稳定剂。

图3 不同稳定剂对混合果汁粒径分布的影响

表9 不同稳定剂的粒径分布

2.3 最佳配方和复合稳定剂制备样品理化与微生物指标

最佳配方和复合稳定剂配比制备的沙棘、梨混合果汁样品色泽均匀，口感细腻，具有皇冠梨和沙棘原浆特有香气，酸甜适宜。pH值2.78±0.01，可溶性固形物(14.2±0.02)%，可滴定酸(6.81±0.09)g/L，总糖(117.3±0.9)g/L。菌落总数<100 CFU/mL；致病菌未检出，产品符合饮料的卫生要求[28]。

3 结论

以模糊数学模型评价样品的感官品质，根据样品感官评分通过混料设计确定混合果汁配方为17.5%沙棘原浆、67.6%皇冠梨汁、7.7%果葡糖浆、7.2%蜂蜜。通过单因素试验和响应面Box-Behnken设计优化混合果汁稳定剂配比，得到复配稳定剂的添加量(质量分数)CMC、果胶和黄原胶分别为 0.05%，0.04%，0.05%；激光粒径分析显示，粒径分布在0.61～200 μm的复合稳定剂稳定效果优于1～1 500 μm的单一稳定剂。采用最佳配方和复合稳定剂配比制备的沙棘、梨混合果汁样品色泽均匀，口感细腻，pH值为2.78±0.01，可溶性固形物(14.2±0.02)%，可滴定酸(6.81±0.09) g/L，总糖(117.3±0.9) g/L，菌落总数<100 CFU/mL，致病菌未检出，产品符合饮料的卫生要求。