表1 Box-Behnken试验因子水平编码表
Table 1 Factor coding and levels of Box-Behnken experiment
杨柳，邵婷，钟金锋，郭晓娟，覃小丽*
(西南大学 食品科学学院，食品科学与工程国家级实验教学示范中心，重庆，400715)
摘 要 猕猴桃汁口味单一、酸涩味较强，其含有的悬浮颗粒可能在某些加工环节(如加热)和储藏过程导致产品出现絮凝或沉降等不稳定现象。该文拟开发一种以猕猴桃为主要原料的稳定性良好的复合乳饮料，以感官评价分数、总酸和浊度为指标，得到风味和品质较优的复合乳饮料配方(猕猴桃汁、脱脂牛奶和椰汁添加量(质量分数)分别为12%、25%和10%)；与羧甲基纤维素钠(CMC-Na)和海藻酸钠相比，黄原胶具有较强的增稠作用并对该饮料稳定效果最好；通过响应面优化，确定了复配稳定剂添加量(质量分数)为0.142%(CMC-Na、黄原胶和海藻酸钠添加量(质量分数)分别为0.022%、0.045%和0.075%)，所得复合乳饮料的稳定性最好(离心沉淀率仅为2.61%)并且黏度较低。该文为开拓猕猴桃相关产品提供一定的理论基础，也为稳定果汁乳饮料提供一定参考。
关键词 猕猴桃；乳饮料；复配稳定剂；稳定性；流变学特性
第一作者：本科生(覃小丽副教授为通讯作者，E-mail：qinxiaoli66@163.com)。
基金项目：国家自然科学基金(No. 31601430)；中央高校基本科研业务费专项(No. XDJK2017B040)；国家级大学生创新创业训练计划(No. 201810635060)；西南大学本科生科技创新基金(No. 20171702001)
收稿日期：2018-08-31，改回日期：2018-11-07
DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.018655
猕猴桃(Actinidia chinensis Planch)也称奇异果，是一种落叶性藤本植物。猕猴桃营养价值高，具有抗氧化、抗癌、通便以及助消化等功能[1-3]。但猕猴桃采收期正值高温季节，在冷藏设备落后的情况下，会发生严重的腐败，因而失去食用和商品价值并造成一定的经济损失。虽然近年来我国果蔬贮藏保鲜技术有了很大的发展和创新[4-6]，但是相关技术仍有待进一步完善，腐烂变质的现象仍然造成了很大的损失，因此，采用典型的食品加工方式将猕猴桃制成相关产品是一种减少其在保存过程中损失及提高其商品附加值的有效途径。
目前，国内外关于猕猴桃的相关产品研究有果脯脆片[7-8]、果汁饮料[9-10]、果酒果醋[11-12]等。其中，围绕着猕猴桃汁，再加上用其他果蔬汁作为原料研制复合果蔬汁饮料的研究较多[13-14]。此外，果蔬汁的护色[15]、澄清[16-17]和VC保存率[17-18]也是猕猴桃果汁加工应用的热点问题。开发猕猴桃椰汁复合乳饮料有望能掩盖或缓解猕猴桃汁的暗绿色和青草味，相关研究还很少。此外，猕猴桃椰汁复合乳饮料也是一种复杂的不稳定体系，在生产、保存和销售期间易在产品的外观上出现絮凝或沉淀现象，猕猴桃椰汁复合乳饮料的稳定性相关研究有待加强。
因此，以猕猴桃、椰子粉和脱脂牛奶为主要原料，利用牛奶和椰子粉的纯白色减弱猕猴桃汁的暗绿色、借助牛奶和椰子粉的醇香缓解猕猴桃汁的青草味和酸涩味，通过感官评价分数、总酸和浊度3个指标对复合乳饮料的配方进行探索；进一步研究3种稳定剂对复合乳饮料稳定性的影响，并通过响应面优化法对复配稳定剂的比例进行优化，开发一款风味良好、营养丰富和稳定性优良的猕猴桃椰汁复合乳饮料。
猕猴桃，陕西眉县徐香猕猴桃；散装椰子粉，海南海口；德亚脱脂牛奶、蔗糖，重庆市北碚区天生路永辉超市；超纯水，实验室超纯水设备(东莞市纯源水处理设备有限公司)制备；羧甲基纤维素钠(CMC-Na)，重庆力宏精细化工有限公司；黄原胶、海藻酸钠，山东阜丰发酵有限公司；抗坏血酸(Vc)，柘城市耕道贸易有限公司。
JM-LB型胶体磨，温州小杰机械公司；T6新世纪紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司；AXTG-16G型离心机，常州安信仪器设备有限公司；T18 ULTRA-TURRAX型高速均质机，德国IKA公司；HR-1流变仪，美国TA公司。
首先，挑选无病虫害、无机械伤、成熟度适宜的猕猴桃，清洗去皮，切成厚薄均匀的片状，然后用质量分数为0.02%的抗坏血酸浸泡护色处理30 min后沥出，加入与猕猴桃片同等质量的水，用胶体磨榨汁4 min， 经80目筛过滤得到猕猴桃汁。固定复合乳饮料的总质量为100 g，将蔗糖(质量分数为8%)溶入适量水中，然后加入椰子汁(用4倍质量的开水搅拌溶解椰子粉，冷却至室温)和脱脂牛奶，在搅拌状态下缓缓加入猕猴桃汁得到初级混合液。将初级混合液在25 ℃下搅拌(500 r/min、30 min)，然后均质(12 000 r/min、5 min)， 得到二级混合液。将二级混合液加热至80 ℃并保持15 min，冷却至室温即为成品(猕猴桃椰汁复合乳饮料)。然后对复合乳饮料进行感官评定并测定其总酸和浊度。
1.4.1 复合乳饮料配方的确定
通过单因素试验研究猕猴桃汁添加量(8%～24%，质量分数)、脱脂牛奶添加量(15%～35%，质量分数)和椰汁添加量(6%～14%，质量分数)对复合乳饮料品质的影响。通过感官评价分数、总酸和浊度评价这3个因素对复合乳饮料品质的影响。
1.4.2 不同稳定剂对复合乳饮料的影响
在25 ℃、500 r/min的条件下，向初级混合液中分别加入稳定剂(CMC-Na、黄原胶、海藻酸钠)，搅拌30 min，然后继续1.3中的步骤，得到稳定的复合乳饮料。以离心沉淀率和稳定系数为评判指标，考察单一稳定剂添加量(0%～0.25%，质量分数)对复合乳饮料稳定性的影响。在单因素试验的基础上，根据Box-Behnken中心组合设计原理，以CMC-Na、黄原胶和海藻酸钠的添加量(质量分数)为自变量，离心沉淀率为响应值，设计3因素3水平的响应面分析试验(表1)。
表1 Box-Behnken试验因子水平编码表
Table 1 Factor coding and levels of Box-Behnken experiment
1.4.3 复合乳饮料的指标测定方法
1.4.3.1 感官评定
由10人组成感官评定小组，熟悉感官评价标准和评价时的注意事项，总分为100分，从色泽、香气、滋味和组织状态4方面对复合乳饮料进行评分，将4个项目分数相加得到总评分，以评价人员评定的平均分数作为最终评分。感官评价评分标准见表2。
表2 感官评价评分标准
Table 2 Sensory evaluation criteria
1.4.3.2 离心沉淀率和稳定系数的测定
取适量复合乳饮料(m)于离心管中，经离心(2 060×g，15 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)计算复合乳饮料离心沉淀率。
离心沉淀率
(1)
准确量取复合乳饮料1 mL并稀释50倍，在波长660 nm处测定吸光值A1。复合乳饮料离心(2 060×g，15 min)后取上清液1 mL稀释至50倍，测得吸光值A2，按公式(2)计算复合乳饮料的稳定系数。
稳定系数
(2)
1.4.3.3 流变学特性的测定
选取直径为40 mm的平行板夹具，设置测试探头与样品台之间的间隙为 100 μm。取适量复合乳饮料于样品台中央，待探头降下，刮去边缘挤出的残留样品，待样品均匀涂布在夹具上，平衡2 min后开始运行仪器。试验采用静态剪切模式，在25 ℃条件下，测定剪切速率从 0.1 s-1增加到500 s-1的过程中复合乳饮料的表观黏度。
1.4.3.4 其他指标的测定
取1 mL复合乳饮料定容至100 mL，摇匀后于波长660 nm处测定稀释液的吸光度来表征复合乳饮料的浊度，吸光度越大，浊度越大。总酸的测定采用酸碱中和滴定法，参照GB/T 12456—2008。
各试验重复2次，各样品的指标进行3次平行测定，以平均值±标准偏差表示结果。使用SPSS 18.0软件对数据进行单因素方差分析(P<0.05时判断组间存在显著差异)，用Origin 8.0软件绘图。
2.1.1 猕猴桃汁添加量(质量分数)对复合乳饮料品质的影响
当猕猴桃汁添加量(质量分数)较低(<12%)时，猕猴桃的特征风味不够浓郁，感官评价分数较低(图1-A)。
图1 猕猴桃汁添加量对复合乳饮料品质的影响
Fig.1 Effect of the amount of kivi juice on sensory score and physicochemical properties of milk-based beverage
当猕猴桃汁添加量(质量分数)过高(>20%)时，复合乳饮料的总酸增大至1.6 g/L以上，猕猴桃的酸涩味较强，反而使其感官品质下降(图1-A，图1-B)。猕猴桃汁添加量(质量分数)分别为12%、16%和20%的复合乳饮料的感官评价分数无显著差异(P>0.05)。由图1-B可知，随着猕猴桃汁添加量(质量分数)的增大(8%～24%)，复合乳饮料的吸光度不断增大，表明其浊度不断增大，这是由于猕猴桃汁本身为黄绿色浊液，对饮料的色泽和浊度影响较大。尤其是在猕猴桃汁添加量(质量分数)从8%增加至12%时，复合乳饮料的吸光度呈现迅速增大的趋势(0.23增加到0.38)；而当猕猴桃汁添加量(质量分数)从12%增加至24%时，复合乳饮料吸光度增大的趋势较为缓慢(0.38增加到0.47)。复合乳饮料的颜色随着猕猴桃汁添加量的增加由乳白色逐渐变得暗黄，从外观上降低了复合乳饮料的可接受程度。综上所述，在猕猴桃汁添加量(质量分数)为12%的条件下，复合乳饮料同时具有较优的感官品质和较适宜的总酸含量。
2.1.2 脱脂牛奶添加量对复合乳饮料品质的影响
当脱脂牛奶添加量(质量分数)增加至25%时，复合乳饮料的感官评价分数最高；继续添加脱脂牛奶，复合乳饮料的感官评价分数反而下降(图2-A)。这可能是因为适量添加的脱脂牛奶的奶香味可以缓解猕猴桃汁的酸涩味，使得复合乳饮料的风味更加醇和；然而脱脂牛奶添加过多会掩盖其他原料的风味，使猕猴桃风味寡淡。由图2-B可知，随着脱脂牛奶添加量(质量分数)的增大(15%～35%)，总酸含量仅增大0.24 g/L，吸光度只增加0.04，这说明脱脂牛奶的添加对复合乳饮料的滋味和浊度影响不大。因此，选择脱脂牛奶添加量(质量分数)为25%进行后续实验。
图2 脱脂牛奶添加量对复合乳饮料品质的影响
Fig.2 Effect of the amount of skim milk on sensory score and physicochemical properties of milk-based beverage
2.1.3 椰汁添加量对复合乳饮料品质的影响
猕猴桃带有一定的青草味，适量添加椰汁有助于改善复合乳饮料的风味。由图3-A可知，当椰汁添加量(质量分数)从6%增大至10%时，复合乳饮料的感官评价分数显著提高了10.3分；然而，当椰汁添加量继续增加至14%(质量分数)时，复合乳饮料的感官评分有下降的趋势。由图3-B可知，椰汁的添加量对复合乳饮料的总酸含量基本无影响，而吸光度随椰汁添加量的增大而增大，表明复合乳饮料的浊度随椰汁添加量的增大而增大。由于复合乳饮料的感官评价分数在12%和10%的椰汁添加量(质量分数)时无显著差异(P>0.05)，因此确定椰汁的最佳添加量为10%。
图3 椰汁添加量对复合乳饮料品质的影响
Fig.3 Effect of the amount of coconut juice on sensory score and physicochemical properties of milk-based beverage
2.2.1 单一稳定剂对复合乳饮料稳定性的影响
复合乳饮料中猕猴桃汁含有一定的果肉颗粒，生产中热杀菌工艺或产品在储藏销售中可能会出现颗粒絮凝或沉降的现象。因此，选取饮料中常用的3种稳定剂(CMC-Na、黄原胶、海藻酸钠)，研究其对猕猴桃椰汁复合乳饮料稳定性的影响。
由图4-A，图4-B可知，随着稳定剂添加量的增加，复合乳饮料的离心沉淀率减小而稳定系数增大，说明添加量为0%～0.25%时，复合乳饮料的稳定性随着稳定剂添加量的增大而增强。相同添加量下，黄原胶对复合乳饮料的稳定作用最优，复合乳饮料的离心沉淀率最小而稳定系数最大；当黄原胶添加量(质量分数)≥0.15%时，复合乳饮料的稳定性无显著差异(P>0.05)。 在添加量(质量分数)≤0.10%，海藻酸钠的稳定作用优于CMC-Na；而当添加量(质量分数)继续增大(≥0.15%)，CMC-Na的稳定作用优于海藻酸钠。当CMC-Na添加量达到0.20%(质量分数)后，复合乳饮料的离心沉淀率和稳定系数的变化趋于平缓，说明在0.20%的基础上继续增大CMC-Na添加量对复合乳饮料的稳定性无显著增强作用(P>0.05)。当以海藻酸钠为稳定剂时，复合乳饮料的离心沉淀率和稳定系数随其添加量的增大而显著变化(P<0.05)，但海藻酸钠的稳定作用仍低于相同添加量下黄原胶的稳定作用。
图4 不同稳定剂对复合乳饮料稳定性的影响
Fig.4 Effect of the kind of stabilizers on the stability of milk-based beverage
3种不同稳定剂对复合乳饮料稳定效果的差异可能与稳定剂溶液的黏度有关。因此，分别在3种稳定剂的临界添加量(CMC-Na 0.20%、黄原胶0.15%、海藻酸钠0.25%)下研究复合乳饮料流变学特性，表观黏度-剪切速率的关系如图5所示。
图5不同稳定剂对复合乳饮料表观黏度的影响
Fig.5 Effect of the kind of stabilizers on the viscosity of milk-based beverage
含0.15%黄原胶的复合乳饮料体系黏度明显大于含0.20% CMC-Na或0.25%海藻酸钠的复合乳饮料体系的黏度，说明黄原胶的增稠作用较强。这与3种稳定剂对复合乳饮料的稳定效果(图4-A，图4-B)是一致的，推测复合乳饮料的稳定效果可能是通过增强稳定剂溶液的黏度来实现的。此外，分别由3种不同稳定剂稳定的复合乳饮料体系的表观黏度都随着剪切速率的增大而降低，具有明显的剪切变稀特点，体系呈现出假塑性流体的特征。
2.2.2 复配稳定剂对复合乳饮料稳定性的影响
由图4可知，CMC-Na、黄原胶和海藻酸钠最适添加量(质量分数)分别为0.20%、0.15%和0.25%，猕猴桃椰汁复合乳饮料稳定性较好。考虑到3种稳定剂复配时可能存在协同交互作用[19]，选择3种稳定剂最适添加量(质量分数)的10%、20%和30%作为Box-Behnken设计中每个因素的低、中、高水平，以复合乳饮料的离心沉淀率作为响应值进行试验，结果见表3。对表3中的数据进行方差分析，分析结果见表4。
表3 Box-Behnken试验设计与结果
Table 3 Box-Behnken experimental design and results
表4 方差分析结果
Table 4 Results of variance analysis
注：***为差异极其地显著(P<0.000 1)；**为差异高度地显著(P<0.01)；*为差异显著(P<0.05)。
根据表3试验数据进行多元回归方程拟合，建立以离心沉淀率(Y)对CMC-Na(A)、黄原胶(B)和海藻酸钠(C)的二次回归方程：Y=3.63-1.10A-1.75B-0.83C+1.06AB+0.64AC+0.55BC+0.33A2+0.94B2+0.24C2。
由表4可知，回归模型F=98.62，P<0.000 1，说明回归模型差异极其显著，表明试验设计可靠。失拟项F=4.82，P=0.081 3>0.05，说明回归模型失拟项不显著，试验点均能用模型描述。模型相关系数和调整复相关系数分别为R2=0.992 2和
表明离心沉淀率的实测值与预测值之间具有较好的拟合度，由此可说明所得的回归方程能够很好地对离心沉淀率进行分析和预测。
该回归模型中，一次项A、B、C和二次项AB、B2差异极其显著，二次项AC、BC差异高度显著，二次项A2差异显著，说明试验中CMC-Na、黄原胶和海藻酸钠(质量分数)都对复合乳饮料的稳定性有重要影响，并且这种影响不是简单的线性关系。由F值大小可推断影响复合乳饮料稳定性的3个因素主次顺序为：B(黄原胶)>A(CMC-Na)>C(海藻酸钠)。由方差分析可知，交互项AB对离心沉淀率的影响极其显著，交互项AC、BC对离心沉淀率的影响高度显著，说明CMC-Na和黄原胶、CMC-Na和海藻酸钠以及黄原胶和海藻酸钠之间都存在协同交互作用，并且由F值大小可知，3种交互作用由强到弱为：CMC-Na和黄原胶、CMC-Na和海藻酸钠、黄原胶和海藻酸钠。
根据所建立的数学模型，利用Design-Expert软件对复合乳饮料离心沉淀率的最小值进行预测，得到复配稳定剂的最佳添加量(质量分数)为0.142%(CMC-Na为0.022%、 黄原胶为0.045%和海藻酸钠为0.075%)，在此添加量下离心沉淀率最小预测值为2.50%。对该预测结果进行验证试验，得到实际离心沉淀率平均值为2.61%，说明该模型准确可靠，利用该模型在实践中进行预测是可行的。当分别以CMC-Na(0.20%)、 黄原胶(0.15%)和海藻酸钠(0.25%) 为稳定剂(质量分数)，复合乳饮料的离心沉淀率分别为3.66%、2.62% 和4.19%。其中，黄原胶(0.15%)的稳定作用(离心沉淀率2.62%)与复配稳定剂(0.142%)的稳定作用(离心沉淀率2.61%)接近，但由于复配稳定剂使饮料体系具有更低的黏度(图6)，在一定程度上避免了饮料因稳定剂添加过多而变稠从而影响口感的问题。可见，在控制复合乳饮料稳定性效果相同的情况下，复配稳定剂可以降低单一稳定剂的添加量，因此，复配稳定剂比单一稳定剂更具有实际生产意义。
图6 黄原胶和复配稳定剂对复合乳饮料表观黏度的影响
Fig.6 Effect of xanthan gum and composite stabilizer on the viscosity of milk-based beverage
在单因素试验得到复合乳饮料最佳配方的基础上，获得了3种稳定剂(CMC-Na、黄原胶和海藻酸钠)对复合乳饮料稳定性的影响，结果显示这3种稳定剂的临界添加量(质量分数)为CMC-Na 0.20%、黄原胶0.15%和海藻酸钠0.25%，说明黄原胶具有较好的稳定作用。通过流变学特性研究发现黄原胶的增稠作用较强，推测复合乳饮料的稳定效果可能通过增强稳定剂溶液的黏度来实现。
通过响应面优化得到3种稳定剂的复配配方为：CMC-Na 0.022%、黄原胶0.045%、海藻酸钠0.075%，得到最低离心沉淀率为2.61%。CMC-Na、黄原胶、海藻酸钠在提高猕猴桃椰汁复合乳饮料的稳定性上存在一定程度的交互作用。在控制复合乳饮料稳定性效果相同的情况下，复配可以降低单一稳定剂的添加量(质量分数)并且使复合乳饮料体系具有更低的黏度，在一定程度上避免了饮料因稳定剂添加过多而变稠从而影响口感的问题。
参考文献
[1] PAL R S, KUMAR V A, ARORA S, et al. Physicochemical and antioxidant properties of kiwifruit as a function of cultivar and fruit harvested month[J]. Brazilian Archives of Biology & Technology, 2015, 58(2):269-272.
[2] PARKAR S G, REDGATE E L, WIBISONO R, et al. Gut health benefits of kiwifruit pectins: Comparison with commercial functional polysaccharides[J]. Journal of Functional Foods, 2010, 2(3):210-218.
[3] 李加兴, 余娇,黄诚,等. 猕猴桃籽油的体外抗氧化活性[J]. 食品科学, 2012, 33(23):51-54.
[4] 张美芳, 何玲,张美丽,等. 猕猴桃鲜果贮藏保鲜研究进展[J]. 食品科学, 2014, 35(11):343-347.
[5] 高海生, 梁建兰,柴菊华. 果蔬贮藏保鲜产业现状、研究进展与科技支持[J]. 食品与发酵工业, 2008, 34(9):118-123.
[6] 刘倍毓, 邓利玲,胡小芳,等. 冰温技术在果蔬贮藏保鲜中的应用研究进展[J]. 食品与发酵工业, 2011, 37(12):109-112.
[7] 孙海涛, 金昱言,邵信儒,等. 真空干燥对野生软枣猕猴桃果脯感官品质的影响[J]. 食品科学, 2014, 35(10):82-87.
[8] 王卫东, 杨毅,刘全德,等. 微波膨化猕猴桃脆片工艺的优化[J]. 食品工业科技, 2014, 35(20):299-302.
[9] PARK Y S, HAM K S, PARK Y K, et al. The effects of treatment on quality parameters of smoothie-type ‘Hayward’kiwi fruit beverages[J]. Food Control, 2016,70: 221-228.
[10] 朱克永, 方燕. 紫薯猕猴桃复合饮料生产工艺优化及抗氧化性研究[J]. 食品研究与开发, 2018, 39(7):100-106.
[11] 陈红梅, 王沙沙,尹何南,等. 不同工艺处理对野生猕猴桃酒品质的影响[J]. 食品科学, 2018, 39(4):233-240.
[12] 杜国军, 张芳菲, HANHINEVA K. 沙果、猕猴桃复合果醋酿制工艺的研究[J]. 中国调味品, 2018, 43(4):137-139.
[13] 张洪, 毛玉涛,马明霞,等. 火棘猕猴桃复合饮料的研制[J]. 中国酿造, 2017, 36(8):177-181.
[14] 清源. 毛木耳猕猴桃复合饮料的研制[J]. 江苏农业科学, 2012, 40(3):262-264.
[15] 王晓晴, 王榆元,曾晓雄. 乳酸发酵猕猴桃汁的研究[J]. 食品科学, 2007, 28(3):151-154.
[16] 王岸娜. 壳聚糖澄清猕猴桃果汁及其澄清机理的探讨[D].无锡：江南大学, 2004.
[17] 蒋萌蒙. 吡效隆对猕猴桃品质影响及猕猴桃芦荟复合饮料的加工工艺研究[D].西安：陕西师范大学, 2008.
[18] 周笑犁, 谢国芳,王瑞,等. 微波和巴氏灭菌对猕猴桃汁品质影响的比较[J]. 食品工业科技, 2014, 35(18):137-140.
[19] 罗玲泉. 稳定剂的复配对酸乳饮料稳定性的影响[J]. 食品与发酵工业, 2008, 34(9): 163-167.
YANG Liu, SHAO Ting, ZHONG Jinfeng, GUO Xiaojuan, QIN Xiaoli*
(College of Food Science, National Demonstration Center for Experimental Food Science and Technology Education, Southwest University, Chongqing 400715, China)
ABSTRACT Kiwi juice has a simple taste profile and strong sourness, and its suspended particles may cause instability of the product during processing (e.g. heating) and storage, such as flocculation or sedimentation. This study aimed to develop a kiwifruit-based mixed milk beverage with a good stability. A formulation that gave the beverage superior flavor and quality was as follows: 12% kiwi juice, 25% skimmed milk, and 10% coconut juice. Compared with sodium carboxymethyl cellulose (CMC-Na) and sodium alginate, xanthan gum had stronger thickening effect and its stabilizing effect was the best. The optimized amount of the composite stabilizers was 0.142% (the concentrations of CMC-Na, xanthan gum, and sodium alginate were 0.022%, 0.045%, and 0.075%, respectively). Under this condition, the centrifugation precipitation rate of the beverage was only 2.61% and it has low viscosity. This study provides scientific basis for developing kiwifruit related products and can be a guidance for stabilizing juice and milk-based beverages.
Key words kiwifruit; milk-based beverage; composite stabilizer; stability; rheology property