薏米胡萝卜复合饮料工艺配方的优化研究

2022-06-08黄建初李崇高李瑞婷

现代食品 2022年10期

◎ 黄建初，李崇高，胡涛，李瑞婷

（1.广州工商学院工学院，广东广州 510850；2.广州城市职业学院食品科学与美食养生学院，广东广州 510405）

薏米含有丰富的蛋白质、脂肪、碳水化合物、薏苡素和薏苡酯等，具有健脾益胃、补肺清热、祛风胜湿等功效[1-2]。现代药理研究发现，薏米提取物能抑制乳腺癌[3]。目前，我国的薏米主要是直接食用，其保健价值未能充分发挥，将薏米做成饮料简易、方便，有较好的市场前景[4]。胡萝卜富含胡萝卜素，胡萝卜素可以清除自由基，保护正常细胞免受氧化，预防肿瘤；胡萝卜素还可以转化为维生素A，预防夜盲症的发生[5-6]。近年来，胡萝卜果蔬饮料因饮用方便、营养素保存较多而发展迅速，越来越受消费者的青睐[7-8]。但胡萝卜汁加工会出现沉淀、分层等问题，严重影响产品质量。研究人员通过实验证明，添加稳定剂、调整工艺等措施可以解决上述问题，如果胶具有良好的悬浮性[9]；羧甲基纤维素钠（CMC-Na）具有良好的增稠性[10]；蔗糖酯乳化性良好，它们都可用于饮料，使饮料增稠、稳定和乳化。本文以薏米、胡萝卜为原料，通过添加果胶、CMC-Na、蔗糖脂等对薏米胡萝卜复合饮料的工艺和配方进行研究，以期建立多元回归方程，来分析和预测它们对感官品质的影响，探讨其最佳配比，解决薏米、胡萝卜加工中的沉淀等问题，研制出色香味俱佳的新型胡萝卜复合饮料。

1 材料与方法

1.1 材料

胡萝卜、甜橙（新鲜，市售）；薏米（无异味，市售）；白糖（食品级，市售）；柠檬酸、苹果酸（食品级，山东正虹生物科技有限公司）；CMC-Na、α-淀粉酶（食品级，山东丰泰生物科技有限公司）；蔗糖脂、果胶（食品级，广东欧斯曼生物科技有限公司）。

1.2 仪器和设备

天平（ES200-2B型，亮衡天平仪器有限公司）；打浆机（SJ3000型，博朗有限公司）；高压均质机（GYB60-6S型，上海东华高压均质机厂）；粉碎机（JJ-2型，常州金坛良友仪器有限公司）；烤箱（NFD-60F型，广州市赛思达机械设备有限公司）；电热恒温水浴锅（HHS型，博迅实业有效公司医疗设备厂）；玻璃瓶、不锈钢锅、不锈钢水果刀和过滤绢布等工具。

1.3 实验方法

1.3.1 工艺流程

薏米胡萝卜复合饮料的制作工艺为：胡萝卜汁、薏米汁制作→稳定剂等预处理→调配→均质→预热脱气→灌装封口→杀菌→成品。

1.3.2 操作要点

（1）胡萝卜汁和橙汁的制作。取经挑选、清洗、去皮的胡萝卜200 g，切成碎块，加水300 mL，柠檬酸1.5 g，预煮5 min，待组织软化，用打浆机打浆，尼龙绢布过滤，残渣中加入适量水清洗合并，定容至400 mL。取1个完全成熟的甜橙，沸水热烫3～5 min，剥皮，去除白络、种子，不加水打浆，尼龙绢布过滤，制成100%橙汁。

（2）薏米汁的制作。挑选饱满、清香、无虫蛀的薏米100 g，清洗沥干，置烤箱160 ℃下烘烤45 min，冷却，放入粉碎机中打成粉末，加水调浆，料水比为1∶10，调和均匀，85 ℃水浴中糊化10 min，加0.1%α-淀粉酶，60 ℃水浴锅中酶解2 h，加热至100 ℃，冷却过滤定容至1 000 mL。

（3）复合饮料的制作。通过预备实验，确定基本配方，即胡萝卜汁20%、薏米汁10%、白糖10%、橙汁2%和柠檬酸+苹果酸（2∶1）0.25%。

按试验配方重量称取果胶、CMC-Na、蔗糖酯，与1/3的白糖干混均匀，倒入300 mL 75 ℃的热水中，边倒边搅拌，升温至95 ℃，至胶体充分溶解，制成稳定剂溶液；剩余白糖等固体分别用水溶解；在不锈钢锅中，分别加入胡萝卜汁、薏米汁、稳定剂液、柠檬酸和苹果酸液、白糖液和橙汁，混合均匀，定容至100 0 mL；加热至50 ℃，高压均质机20 MPa均质2次；加热至75 ℃，预热脱气；灌装至200 mL玻璃瓶中，封盖；85 ℃水浴锅杀菌15 min，冷却。

1.3.3 单因素试验

分别添加果胶（0、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%和0.25%）、CMC-Na（0、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%和0.25%）、蔗糖酯（0、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%和0.25%），其他配方不变，进行单因素试验，进行感官评分。

1.3.4 响应面优化实验

在上述试验基础上，以果胶、CMC-Na、蔗糖酯为自变量，感官评分为响应值，设计3因素3水平响应面试验，见表1。参考陈涵等[11]、童观珍等[12]的试验，通过Design-Expert.V8.0.6软件，采用Central Composite Design设计，对试验结果进行回归拟合，建立数学模型，进行方差分析和p值显著性检验，预测最优值。

1.4 测定方法

1.4.1 感官评定

参考王永华等[13]的食品感官鉴评，结合行业标准，设计表2[14]。评定小组由10人组成，每份样品随机编码，随机发放，按照感官评分表，对其色泽、香气、口感及组织状态进行评分，结果取平均值。

表2 薏米胡萝卜复合饮料的感官评分表

1.4.2 稳定系数的测定

参考李存芝等[15]、黄建初等[16]稳定系数的测定方法，在10 mL离心管中，加入10 mL饮料，在4 000 r·min-1离心30 min，用分光光度计在465 nm下测定其吸光度A2与离心前吸光度A1比值，稳定系数为R=(A2/A1)×100%。

2 结果与分析

2.1 单因素试验分析

2.1.1 果胶用量的确定

由图1知，随果胶用量的增加，感官评分明显上升，当用量为0.10%时达到最高，继续增加果胶用量感官评分缓慢下降，因此果胶用量确定为0.10%。这是因为使用果胶后提高了饮料的悬浮性，改善了饮料口感。

2.1.2 CMC-Na用量的确定

由图2可知，随CMC-Na用量增加，感官评分明显上升，当用量为0.15%时达到最高，继续增加CMC-Na用量，感官评分反而下降，CMC-Na确定为0.15%。这是因为CMC-Na提高了饮料稠度，改善了口感；但继续增加至0.25%时，饮料黏度、稠度增加，反而影响了口感。

2.1.3 蔗糖酯用量的确定

由图3可知，蔗糖酯能提高饮料的乳化性，改善感官品质。随蔗糖酯用量增加，感官评分明显上升，当用量为0.10%时，感官评分较高，继续增加，感官评分变化较小，因此确定蔗糖酯用量为0.10%。

2.2 响应面优化试验设计及结果分析

以饮料感官评分为响应值，果胶、CMC-Na、蔗糖酯为自变量，3因素3水平响应面优化试验方案及结果见表3。

表3 3因素3水平响应面优化试验方案及结果表

2.2.1 模型建立及显著性检验

通过回归拟合分析，得到感官评分回归方程，进行方差分析，p值显著性检验，结果如表4。感官评分=86.61+1.26A+2.13B+1.65C+0.36AB+0.19AC-1.02BC-1.46A2-2.67B2-2.44C2。

由表4可知，感官评分回归方程p值0.000 8，达到极显著；失拟项为5.70，p=0.958 5＞0.05，不显著，说明该回归方程有显著意义，拟合度良好。相关系数R2Adj=0.799 4，S/N（信噪比）=8.836＞4，说明所建方程与实际拟合度好，预测值与实测值高度相关。决定系数R2=0.894 4，表明感官评分变化89.44%源于所选变量。此外，果胶、CMC-Na、蔗糖酯对感官评分的影响显著或极显著，它们的平方为极显著或显著，说明3个因素对感官评分还存在交互作用；从单因素来看，CMC-Na＞果胶＞蔗糖酯；从交互来看，CMC-Na×蔗糖酯＞CMC-Na×果胶＞蔗糖酯×果胶。因此可利用此回归方程预测最佳参数。

表4 感官评分的多元回归方程方差分析表

2.2.2 两两因素的交互作用分析

响应面法实验的两两因素的交互作用，对饮料感官评分的响应面图和等高线结果见图4。从图4看出，随果胶、CMC-Na用量增加，果胶、蔗糖酯用量增加，CMC-Na、蔗糖酯用量增加，感官评分均呈较明显上升，但到一定量时上升缓慢。这是因为果胶的稳定性、CMC-Na的增稠性、蔗糖酯的乳化性改善了饮料组织状态，提高了感官评分。实验结果与前人[5,7]的研究有相同，也有不同，如CMC-Na用量。这是因为CMC-Na过量使用，会大大增加饮料的黏度和稠度，影响饮料的口感。

2.2.3 响应面法优化条件的预测和验证

利用Design expert 8.0软件进行拟合优化，以感官评分最大为目标，得到饮料最优工艺参数，X1=0.54、X2=0.39、X3=0.29，Y=87.746 2，以及拟合优化后的预测值分布图见图5。将各参数编码值换算成水平实际值，即果胶0.12%、CMC-Na 0.17%、蔗糖酯0.11%。

从图5看出，Desirability的预测值可信程度0.894，感官评分为87.746 2。根据拟合优化获得的最佳条件，果胶0.12%，CMC-Na 0.17%，蔗糖酯0.11%，制作薏米胡萝卜复合饮料进行验证，见表5。从表5看出感官评分为87.83，与预测值基本符合，说明该方法与实际情况拟合良好，验证了所建模型的正确性，说明该法能较好适用于该饮料的回归分析和参数优化。此时的复合果汁色泽橙红；薏米、胡萝卜香气浓郁；口感顺滑、酸甜适中；均匀稳定、无沉淀。