富含花色苷的黑果腺肋花楸無糖飲料制備工藝優化

韓東，李建穎，孫怡，邢麗穎

（天津商業大學生物技術與食品科學學院，天津 300134）

黑果腺肋花楸[Aronia melanocarpa（Michx.）Elliott]又稱黑澀石楠、不老莓，原產于北美洲，20世紀90年代由朝鮮引種到我國遼寧地區種植[1]。黑果腺肋花楸具有耐寒耐旱、抗逆性強等優良特性，是脫貧致富的優秀樹種，目前在我國東北、西北、華北等多個地區均有種植[2]。黑果腺肋花楸果實富含花青素、原花青素、多酚類物質、蛋白質、維生素和礦物質[3]，其中多酚類物質含量是目前已知果實中含量最高的[4]。黑果腺肋花楸果實具有抗炎、降血糖、降血脂、抗氧化等多種功能[5-10]。因黑果腺肋花楸具有極高的食用、藥用價值，2018年國家衛健委批準黑果腺肋花楸為新食品原料，其果實可以直接食用，但黑果腺肋花楸果實澀味較大，直接食用口感不佳，需要對其進一步加工，目前已經存在的產品有果酒、果汁、果凍、果醬等[11-15]。但其中含有的高糖使中老年，尤其是三高人群望而止步，不敢食用。

國際糖尿病聯合會報告稱，全球18歲～99歲的Ⅱ型糖尿病人數為4.51億，我國糖尿病現狀也不樂觀，2019年中國糖尿病患病人數約為1.16億人[16]。糖尿病已經成為危害人類健康的幾大疾病之一，糖尿病的發展正呈現年輕化趨勢，不健康的飲食習慣與生活作息使得肥胖與超重在人群中的比例不斷提升，糖尿病的發展趨勢可能會給人類帶來更大的危害[17-18]。近年來，無糖概念更是傳入了中國的大街小巷，隨著人們健康意識的增強，人們會更加注意對于低糖、無糖食品的攝入。2021年服貿會期間舉辦的“首屆中國飲品健康消費論壇”發布《健康中國飲料食品減糖行動白皮書（2021）》，從全方位分析了無糖飲料行業發展現狀，為飲料行業提供了減糖發展方向的參考[19]。目前國內無糖飲料的市場份額雖然占比不大，但無糖飲料發展迅速，市場占有率逐年增加。在人們不斷提高的健康意識影響下，此次減糖浪潮將會極大地推進國內無糖飲料市場的發展。目前市場上無糖飲料的甜味劑主要有赤蘚糖醇、木糖醇、麥芽糖醇，都是具有防齲齒、緩解糖尿病的糖醇，而麥芽糖醇更與蔗糖口味接近。本試驗采用木糖醇與麥芽糖醇為甜味劑，設計一款以黑果腺肋花楸為主要原料的無糖飲品，以期為黑果腺肋花楸的無糖開發利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黑果腺肋花楸濃縮汁：天津崇泰龍泉生態農業股份有限公司；木糖醇：河南千夢生物科技有限公司；麥芽糖醇：河南萬邦實業有限公司；羧甲基纖維素鈉、黃原膠：河南萬邦化工科技有限公司；以上試劑均為食品級。

1.2 儀器與設備

UV-2600紫外分光光度計：日本SHIMADZU公司；SY-2-4電熱恒溫水浴鍋：天津市歐諾儀器儀表有限公司；AX224ZH型電子天平：奧豪斯儀器（常州）有限公司；545DWS高壓滅菌鍋：廈門致微儀器有限公司；LC-PJ-400均質機：上海力辰幫西儀器科技有限公司；SHW160J實驗室攪拌機：上海盛海威電氣儀表有限公司；SW-CJ-1F紫外超凈工作臺：上海龍躍儀器設備有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 飲料的制備工藝

稱取適量的羧甲基纖維素鈉、黃原膠，倒入燒杯中，加入適量蒸餾水溶解，開啟攪拌機，水溫加熱至80℃～90℃，待羧甲基纖維素鈉與黃原膠充分溶解，水溶液中無雜質懸浮時，關閉攪拌機，待溶液冷卻至室溫（20℃）時，加入黑果腺肋花楸濃縮汁、木糖醇、麥芽糖醇，經攪拌、均質、脫氣、灌裝、殺菌、冷卻，制成成品，放入冰箱冷藏。

1.3.2 單因素試驗

1.3.2.1 黑果腺肋花楸濃縮汁添加量對飲料感官評分的影響

在固定木糖醇添加量為4%、麥芽糖醇添加量為4%、羧甲基纖維素鈉與黃原膠添加量0.012%的條件下，考察黑果腺肋花楸濃縮汁添加量（2%、4%、6%、8%、10%）對黑果腺肋花楸果汁飲料感官評分的影響。

1.3.2.2 木糖醇添加量對飲料感官評分的影響

在固定黑果腺肋花楸濃縮汁添加量為4%、麥芽糖醇添加量為4%、羧甲基纖維素鈉與黃原膠添加量0.012%的條件下，考察木糖醇添加量（2%、4%、6%、8%、10%）對黑果腺肋花楸果汁飲料感官評分的影響。

1.3.2.3 麥芽糖醇添加量對飲料感官評分的影響

在固定黑果腺肋花楸濃縮汁添加量為4%、木糖醇添加量為4%、羧甲基纖維素鈉與黃原膠添加量0.012%的條件下，考察麥芽糖醇添加量（2%、4%、6%、8%、10%）對黑果腺肋花楸果汁飲料感官評分的影響。

1.3.2.4 羧甲基纖維素鈉與黃原膠添加量對飲料感官評分的影響

在固定黑果腺肋花楸濃縮汁添加量為4%、木糖醇添加量為4%、麥芽糖醇添加量為4%的條件下，考察羧甲基纖維素鈉與黃原膠（質量比1∶1）添加量（0.004%、0.008%、0.012%、0.016%、0.020%）對黑果腺肋花楸果汁飲料感官評分的影響。

1.3.3 試驗設計

通過單因素試驗確定黑果腺肋花楸濃縮汁添加量（A）、木糖醇添加量（B）、麥芽糖醇添加量（C）、羧甲基纖維素鈉與黃原膠添加量（D）4個影響因素，對以上因素水平指標進行分析，以感官評分為響應值，利用Box-Behnken為該黑果腺肋花楸無糖飲料的配方設計四因素三水平的試驗方案，其因素與水平見表1。

表1 響應面因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface methodology

1.3.4 感官鑒評

選擇20位經過食品感官評價培訓的人員組成感官評價小組，對調配的飲料進行感官品評，滿分100分。根據所調配飲料的口味、香氣、色澤、酸甜度4個因素的綜合感官特性進行打分，每項分值最高分為25分，最終感官評價得分取平均值，感官評分標準見表2。

表2 感官評價標準Table 2 Sensory evaluation criteria

1.3.5 花色苷含量測定

通過pH示差法測定飲料中花色苷含量，參考趙婧等[20]的方法并稍作修改。取待測液，各加入pH1.0和pH4.5的緩沖溶液進行稀釋，避光、40℃恒溫水浴30 min，以蒸餾水作為空白對照，在520、700 nm波長處測定溶液吸光度，黑果腺肋花楸飲料中花色苷含量計算公式如下。

式中：ΔA=（A520nm-A700nm）pH1.0-（A520nm-A700nm）pH4.5；V 為最后定容的體積，10 mL；F為稀釋倍數，20；ε為矢車菊素-3-O-葡萄糖苷的摩爾消光系數，26900L/（mol·cm）；M為矢車菊素-3-O-葡萄糖苷的相對分子質量，449.2 g/mol；L為比色皿的厚度，1 cm；W為黑果腺肋花楸無糖飲料的質量，1.000 g。

1.3.6 數據處理

采用Design-Expert 10.0.7進行試驗設計與數據的分析處理，Origin2018作圖。

2 結果與分析

2.1 黑果腺肋花楸濃縮汁添加量對飲料感官評分的影響

黑果腺肋花楸濃縮汁添加量單因素試驗結果見圖1。

圖1 濃縮汁添加量對飲料感官評分的影響Fig.1 Effect of concentrated juice concentration on the sensory score of the beverage

由圖1可知，隨著濃縮汁添加量的增加，飲料評分先升高后降低。在黑果腺肋花楸濃縮汁添加量為4%時評分最高，在黑果腺肋花楸濃縮汁添加量小于4%時，因濃縮汁添加量過少，導致飲料酸度不夠，氣味較淡，滋味明顯不足，評分較低。在黑果腺肋花楸濃縮汁的添加量為4%時口感達到最佳，隨著黑果腺肋花楸濃縮汁的添加量逐漸增大，導致飲料過酸，評分降低。因此，黑果腺肋花楸濃縮汁添加量選4%較為適宜。

2.2 木糖醇添加量對飲料感官評分的影響

糖醇主要作為甜味劑，與黑果腺肋花楸濃縮汁搭配，使飲料達到令人舒適的口感，木糖醇添加量單因素試驗結果見圖2。

圖2 木糖醇添加量對飲料感官評分的影響Fig.2 Effect of xylitol concentration on the sensory score of the beverage

由圖2可知，隨著木糖醇添加量的增加，飲料評分先升高后降低。在木糖醇添加量為4%時評分最高，在木糖醇添加量小于4%時，因木糖醇添加量過小，飲料甜度不夠。在添加量為4%時口感達到最佳，隨著木糖醇添加量逐漸增大，導致飲料過甜，評分降低。因此，木糖醇添加量選4%較為適宜。

2.3 麥芽糖醇添加量對飲料感官評分的影響

麥芽糖醇添加量單因素試驗結果見圖3。

圖3 麥芽糖醇添加量對飲料感官評分的影響Fig.3 Effect of maltitol concentration on the sensory score of the beverage

由圖3可知，隨著麥芽糖醇添加量的增加，飲料評分先升高后降低。在麥芽糖醇添加量為4%時得分最高，在麥芽糖醇添加量小于4%時，因麥芽糖醇添加量過少，導致飲料甜度不夠。在麥芽糖醇添加量為4%時口感達到最佳，隨著麥芽糖醇的添加量逐漸增大，導致飲料過甜，評分降低。因此，麥芽糖醇添加量選4%較為適宜。

2.4 羧甲基纖維素鈉與黃原膠添加量對飲料感官評分的影響

羧甲基纖維素鈉與黃原膠作為凝膠劑，能夠提升黑果腺肋花楸無糖飲料口感。羧甲基纖維素鈉與黃原膠添加量單因素試驗結果見圖4。

圖4 羧甲基纖維素鈉與黃原膠添加量對飲料感官評分的影響Fig.4 Effect of sodium carboxymethyl cellulose and xanthan gum concentrations on the sensory score of the beverage

由圖4可知，隨著羧甲基纖維素鈉與黃原膠添加量的增加，飲料評分先升高后降低。在添加量為0.008%時評分最高，在添加量小于0.008%時，因羧甲基纖維素鈉與黃原膠添加量過小，導致飲料黏稠度過小。在0.008%口感達到最佳，隨著羧甲基纖維素鈉與黃原膠添加量逐漸增大，導致飲料黏稠度過高，評分降低。因此，羧甲基纖維素鈉與黃原膠添加量選0.008%較為適宜。

2.5 響應面試驗結果

響應面試驗方案與結果見表3。

表3 響應面試驗設計及結果Table 3 Response surface design and results

續表3 響應面試驗設計及結果Continue table 3 Response surface design and results

采用Design Expert 10.0.7對數據進行處理分析，所得多元回歸方程為Y=98.66-2.48A+0.22B+0.098C+0.049D+5.20AB+4.70AC-0.15AD-5.70BC-0.16BD-0.23CD-19.29A2-6.42B2-5.90C2-6.57D2，回歸模型方差分析詳見表4。

表4 響應面試驗方差分析Table 4 Variance analysis of response surface methodology

由表4可知，該模型的F值為1 704.34，模型的P<0.000 1，表示該模型具有極顯著性。該模型失擬項F值為 1.09，失擬度（P=0.509 5＞0.05）不顯著，表示該模型能很好地預測結果，可以反映感官評價得分和各種因素之間的關系，試驗誤差小，試驗預測數據具有良好的可靠性。由F值大小可知，各因素對響應值的影響強弱順序為黑果腺肋花楸濃縮汁添加量>木糖醇添加量>麥芽糖醇添加量>羧甲基纖維素鈉與黃原膠添加量。結果顯示木糖醇添加量影響大于麥芽糖醇添加量影響，其原因可能是兩者甜度的差異，木糖醇與麥芽糖醇雖然都是糖醇，但木糖醇的甜度大于麥芽糖醇，造成了木糖醇添加量影響大于麥芽糖醇添加量的影響。

各因素交互作用極顯著響應面圖見圖5。

圖5 因素交互作用對感官評分影響的響應面及等高線圖Fig.5 Response surface and contour plots of the interaction of factors on the sensory score

由表4和圖5可知，黑果腺肋花楸濃縮汁添加量影響極顯著（P<0.01），木糖醇添加量、麥芽糖醇添加量、羧甲基纖維素鈉與黃原膠添加量影響不顯著，平方項均為顯著。各因素間的交互作用影響分析結果可知交互項 AB、AC、BC 極顯著（P<0.01），AD、BD、CD 不顯著，與方差分析結果一致。

由Design-Expert 10.0.7軟件得出的黑果腺肋花楸無糖飲料最優工藝結果為黑果腺肋花楸濃縮汁添加量為3.866%、木糖醇添加量為3.997%、麥芽糖醇添加量為3.965%、羧甲基纖維素鈉與黃原膠添加量為0.008%。此配方下，感官評分的預測值為98.746分。為便于實際操作，將最佳工藝調整為黑果腺肋花楸濃縮汁添加量為3.900%、木糖醇添加量為4.000%、麥芽糖醇添加量為4.000%、羧甲基纖維素鈉與黃原膠添加量為0.008%，得出黑果腺肋花楸無糖飲料的感官評分實測值為98.175分。

取適量黑果腺肋花楸無糖飲料樣品，按照1.3.5中的方法進行測定和計算，所測結果為，樣品中的花色苷含量高達1.147 7 mg/g。

3 結論

本試驗以黑果腺肋花楸濃縮汁、木糖醇、麥芽糖醇、羧甲基纖維素鈉與黃原膠為原料，制備一種富含花色苷的黑果腺肋花楸無糖飲料。通過單因素試驗與響應面試驗對配方進行了優化，結果顯示在黑果腺肋花楸濃縮汁添加量為3.900%、木糖醇添加量為4.000%、麥芽糖醇添加量為4.000%、羧甲基纖維素鈉與黃原膠（質量比1∶1）添加量為0.008%時，制備的黑果腺肋花楸無糖飲料呈明亮純正均一的紫紅色、酸甜爽口、風味獨特。經測定，黑果腺肋花楸無糖飲料中的花色苷含量高達1.147 7 mg/g。