复合花青素饮料的制备及提高其稳定性的方法

赵　宇,吕晓玲,王　超,何　东,赵焕焦

(天津科技大学食品工程与生物技术学院,天津 300457)



复合花青素饮料的制备及提高其稳定性的方法

赵宇,吕晓玲,王超,何东,赵焕焦

(天津科技大学食品工程与生物技术学院,天津 300457)

本实验将以葡萄皮、黑米、紫甘薯提取物为原料的复合花青素应用于果味饮料中,通过选择最适辅色剂种类并确定添加量,提高了花青素在酸性饮料体系中的保存率。通过正交实验确定饮料的最佳配方为:柠檬酸0.16%,果葡糖浆10%,蓝莓香精0.06%,复合花青素0.1%;结合杀菌条件选择茶多酚作为最适辅色剂,添加量为500 mg/kg时效果最佳,饮料颜色在杀菌条件下的保存率可达90.9%。实验中的饮料产品在低温下贮存时间更长,其中在4 ℃时饮料中花色苷的贮存期为230 d左右。

花青素,复合花青素,果味饮料,稳定性

近年来天然色素在饮料中的应用[1]受到了消费者的欢迎。其中花青素[2]是一种植物来源的天然色素,无毒、安全、来源广泛、色泽真实,在食品添加剂领域有较好的发展前景。中国居民膳食营养素参考摄入量[3]中对花色苷的建议摄入量特定建议值(SPL)为50.0 mg/d,即每天摄入超过50 mg的花色苷可产生较为明显的健康促进作用。花色苷(Anthocyanin)[4]是由花青素与一个或多个糖基通过糖苷键形成的一种多酚类化合物。它是自然界中一类广泛存在于植物果实、花瓣和枝叶中的水溶性天然色素。不同来源的花色苷结构各异,从而赋予植物体由红色、紫红到蓝色等鲜艳丰富的色彩。

近年来,黑米、红萝卜、紫甘薯等富含花青素的植物提取物[5]已广泛应用于饮料、果冻、果酱、糖果、酒类、冰淇淋等食品中。娄秋艳等[6]以花青素、白砂糖、柠檬酸、苹果汁为原料,开发出一款花青素果汁复合饮料;陈伟平等[7]在蓝莓提取液中加入3%的助干剂和8%的蔗糖研制出一款固体花青素饮料;HidakaYuji等[8]用紫薯做原料进行发酵,过滤残渣后制成一种澄清的紫红色溶液,加入到酒中制成含酒精的花青素饮料。

蓝莓汁酸甜可口,是一种较好的功能性饮料,但其色泽稳定性和花青素含量受加工存储温度等条件影响很大。本实验将复合花青素应用于果味饮料[9]中,通过选择最佳的辅色剂种类和浓度,提高其在饮料体系中的稳定性,为花青素在饮料中的应用提供一定参考依据。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

复合花青素为实验室自制,主要材料包括:葡萄皮色素:花青素含量5%上海杰兔工贸有限公司(拉曼公司);黑米提取物:花青素含量10%陕西森弗天然制品有限公司;紫甘薯色素:花青素含量12.5%葫芦岛茂华生物有限责任公司;F55果葡糖浆苏州市高峰糖业有限公司;蓝莓香精(#11044)奇华顿公司;绿原酸含量50%,郑州帝斯曼科技有限公司;茶多酚含量50%,西安金绿生物工程技术有限公司;柠檬酸、维生素C、D-异抗坏血酸钠均为食品级。

BS224S分析天平德国赛多利斯股份公司;UV-2101 PCS紫外可见分光光度计尤尼柯(上海)仪器有限公司。

1.2实验方法

1.2.1蓝莓果味饮料配方的单因素实验以柠檬酸、果葡糖浆、蓝莓香精和复合花青素添加量,四个变量做单因素实验,三个变量固定,对一个变量进行单因素实验,请10位具有感官评价经验的评价员按照表1[10]对饮料进行评分。

表1　花青素饮料的感官评价标准

1.2.1.1柠檬酸添加量的单因素实验选择柠檬酸添加量为0.10%、0.12%、0.14%、0.16%、0.18%,并添加6%果葡糖浆、0.03%蓝莓香精、0.1%复合花青素配制果味饮料,请10位感官评价员按评价标准评分。

1.2.1.2果葡糖浆添加量的单因素实验选择果葡糖浆添加量为4%、6%、8%、10%、12%,并添加0.12%柠檬酸、0.03%蓝莓香精、0.1%复合花青素配制果味饮料,请10位感官评价员按评价标准评分。

1.2.1.3蓝莓香精添加量的单因素实验选择蓝莓香精添加量为0.01%、0.03%、0.06%、0.09%、0.12%,并添加0.12%柠檬酸、6%果葡糖浆、0.1%复合花青素配制果味饮料,请10位感官评价员按评价标准评分。

1.2.1.4复合花青素添加量的单因素实验选择复合花青素添加量为0.05%、0.1%、0.15%、0.20%、0.25%,并添加0.12%柠檬酸、6%果葡糖浆、0.03%蓝莓香精配制果味饮料,请10位感官评价员按评价标准评分。

1.2.1.5蓝莓果味饮料配方的正交实验按照单因素实验感官评价结果进行L9(34)正交实验。请10位评价员根据评分标准(表1),从色泽、气味、口感、感官状态四个方面对饮料进行综合评定,再结合极差和方差分析做验证实验,确定饮料的最佳配方。

表2　正交实验因素水平表

1.2.2辅色剂的种类和添加量的确定

1.2.2.1辅色剂的选择在最佳配方的饮料中,分别加入200 mg/kg的抗坏血酸、D-异抗坏血酸、茶多酚和绿原酸作为预选的辅色剂,混合均匀后进行加热杀菌(90 ℃,30 min)。饮料颜色的保存率计算,是将饮料冷却至室温后,测定添加不同辅色剂的饮料在520 nm处吸光值,以不加入辅色剂的饮料体系作为空白对照。

式中:At表示加热后的吸光度值;A0表示加热前的吸光度值。

1.2.2.2辅色剂添加量的确定在最佳配方的饮料中,分别加入100、200、500、800 mg/kg的最适辅色剂,混合均匀后进行加热杀菌,计算饮料颜色的保存率。

1.2.3饮料的贮存稳定性将未添加、添加最适辅色剂的饮料和等浓度的蓝莓汁进行加热杀菌,冷却后分别放置在4、28和37 ℃[11]条件中贮存25 d,期间每隔5 d取样测定花色苷含量(以矢车菊-3-葡萄糖苷计)[12]。以加热杀菌后的花色苷含量作对照,计算不同贮存条件下的保存率。通过计算花色苷保存率降解为20%的时间(T0.2),来预测饮料的贮存期,降解活化能(Ea)通过阿仑尼乌斯方程计算。

ln(At/A0)=-k×t

T0.2=-ln 0.2×(1/k)

K=K0×exp(-Ea/RT)

式中:k为一级反应速率常数;t为贮存时间,d;K0表示频率常数(d-1);R表示气体常数(8.314×10-3kJ/K mol);T表示温度(k)。

1.3数据统计分析

所有数据测定3次平行、取平均值,结果以平均值±标准偏差表示,采用SPSS19.0软件进行统计分析。

2　结果与讨论

2.1饮料配方的确定

2.1.1柠檬酸添加量的确定由图1可知,柠檬酸用量为0.14%、0.16%、0.18%时饮料感官评分较好,选择这3个水平进行正交实验。柠檬酸是改变饮料酸度的主要物质,添加量过少酸度不够,添加量超过0.18%时产生明显的涩味影响口感。

图1　柠檬酸添加量对蓝莓果味饮料影响的感官评价结果Fig.1　Sensory evaluation results of effects of citric acid on beverage’s flavor

2.1.2果葡糖浆添加量的确定由图2可知,果葡糖浆用量为8%、10%、12%时饮料感官评分较好,选择这3个水平进行正交实验。果葡糖浆影响产品甜度,随添加量增加甜度逐渐提高、口感改善,超过12%时甜度过大、酸甜比失调,口感下降。

图2　果葡糖浆添加量对饮料影响的感官评价结果Fig.2　Sensory evaluation results of high fructose corn syrup on beverage’s flavor

2.1.3蓝莓香精添加量的确定由图3可知,蓝莓香精用量为0.06%、0.09%、0.12%时饮料感官评分较好,选择这3个水平进行正交实验。适量的香精使饮料有淡淡的蓝莓香味、改善口感,超过0.12%则会出现苦味影响饮料质量。

图3　蓝莓香精添加量对饮料影响的感官评价结果Fig.3　Sensory evaluation results of flavouring essence on beverage’s flavor

2.1.4复合花青素添加量的确定由图4可知,复合花青素用量为0.05%、0.1%、0.15%时饮料感官评分较好,选择这3个水平进行正交实验。花青素用量较低时,随用量的增加色泽愈发诱人,用量过大时颜色变为暗红色,大大降低感官评分。

图4　复合花青素添加量对饮料影响的感官评价结果Fig.4　Sensory evaluation results of compound pigment on beverage’s flavor

2.1.5饮料配方的正交实验通过单因素实验发现四种因素对感官评价结果都有一定影响,依据实验因素水平表做正交实验,结果如表3所示:

表3　正交实验感官评价结果

由直观分析结果可知,四个因素对饮料感官影响的主次顺序为:D>A>C>B,即复合花青素添加量>柠檬酸添加量>蓝莓香精添加量>果葡糖浆添加量。方差分析见表4。

表4　方差分析结果

注:F0.05(2,2)=19;F0.01(2,2)=99;*:差异显著p<0.05。

由方差分析结果可以看出,柠檬酸和复合花青素添加量对感官评价结果有显著性影响(p<0.05),蓝莓香精和果葡糖浆添加量对感官评价结果无显著性影响。

综合直观分析和方差分析,选择最优方案为A2B2C1D2,即:柠檬酸添加量为0.16%,果葡糖浆添加量为10%,蓝莓香精添加量为0.06%,复合花青素添加量为0.1%。此组合在正交实验中存在,感官评价值为88.4,该产品香气自然甜酸可口、感官评分优良,因此选为最佳配方。

2.2辅色剂的种类和添加量的确定

2.2.1辅色剂的选择饮料颜色保存率结果如图5所示。

图5　辅色剂种类对饮料颜色的影响Fig.5　Effects of auxiliary agent type on beverage color

LSD和Duncan组间差异显著性统计分析显示:4种辅色剂对饮料颜色影响差异显著(p<0.05)。添加维生素C和D-异抗坏血酸钠的颜色保存率低于对照组(p<0.05)。这与相关文献报道一致,花青素饮料体系中添加抗坏血酸类[13-15]会影响其热稳定性。而添加茶多酚和绿原酸[16]的饮料颜色相对于对照组有一定的提升(p<0.05),分别为89.31%和89.07%,酚酸类物质可能提高花青素保存率。综合考虑,选择茶多酚作为饮料的辅色剂。

图6　辅色剂添加量对饮料颜色的影响Fig.6　Effects of auxiliary agent add amount on beverage color

2.2.2辅色剂添加量的确定结果表明添加茶多酚的饮料保存率比未添加组均有很大提高。如图6所示,在100～500 mg/kg添加范围内,保存率随添加量的增大而提高。当添加量为500 mg/kg时保存率达到90.9%,而添加量提高到800 mg/kg时与500 mg/kg保存率变化不显著。因此选择500 mg/kg的茶多酚添加到饮料中。

2.3饮料的贮存稳定性

2.3.1贮存期间花色苷保存率蓝莓汁、蓝莓果味饮料和添加辅色剂的果味饮料25 d内花色苷在4、28和37 ℃[11]的变化趋势如图7所示。随着贮存温度的升高,花色苷的保存率呈现出明显的降低趋势。37 ℃贮存25 d时,蓝莓汁、蓝莓果味饮料、添加辅色剂的饮料花色苷保存率分别为20.2%、22.0%和23.1%,花色苷降解十分明显;4 ℃贮存的保存率最高,25 d时蓝莓汁、蓝莓果味饮料、添加辅色剂的饮料花色苷保存率分别77.8%、79.6%和83.6%。结果表明,低温可以提高花色苷保存率,延长饮料的贮存时间。

图7　不同贮存温度时饮料中花青素的保存情况Fig.7　Degradation of anthocyanins in beverage during storage at different temperature注：a为蓝莓汁,b为果味饮料,c为果味饮料(添加辅色剂)。

从相关数据和图中变化趋势发现,添加辅色剂的饮料花色苷在相同条件下保存率最高,未添加辅色剂的饮料次之,而蓝莓汁的保存率最差。参考相关文献报道推测这可能与不同饮料中具体花色苷的成分不同,从而导致稳定性的差异。通过数据统计发现,实验中的花色苷贮存时间和保存率呈现良好的指数关系(R2>0.95),因此可以通过拟合指数方程得到降解速率常数,进一步预测贮存期。

2.3.2贮存期间降解动力学及贮存时间预测根据蓝莓汁、蓝莓果味饮料、添加辅色剂的果味饮料25 d内花色苷在4、28和37 ℃的保存率拟合出指数方程,计算出降解速率常数,如表5所示。

表5　贮存期间花色苷降解动力学

注:表中小括号内为相关系数R2值。

本实验中,我们认为当花色苷含量不足20%时不能满足实际应用时的需要。通过降解速率常数,预测出T0.2的时间。4 ℃时添加辅色剂的饮料贮存时间最长,为229.9 d,是不添加辅色剂饮料的1.28倍,是蓝莓汁的1.42倍。而在37 ℃时,添加辅色剂的饮料贮存时间为28.2 d,是不添加辅色剂饮料的1.01倍,是蓝莓汁的1.08倍。因此在花青素饮料贮存过程中应尽量选择低温环境条件。

3　结论

本实验将复合花青素应用于果味饮料中。确定了蓝莓果味饮料的最佳工艺配方为:柠檬酸0.16%,果葡糖浆10%,蓝莓香精0.06%,复合花青素0.1%;添加500 mg/kg的茶多酚作为辅色剂,饮料在加热杀菌条件下的保存率为90.9%;饮料在低温下贮存时间更长,其中在4 ℃时中花色苷的贮存期为230 d左右。

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Preparation of compounded anthocyanins beverage and the improvement of its stability

ZHAO Yu,LV Xiao-ling,WANG Chao,HE Dong,ZHAO Huan-jiao

(College of Food Engineering and Biotechnique,Tianjin University of Science & Technology,Tianjin 300457,China)

This study was designed to use the compounded anthocyanins of grape skin,black rice and purple sweet potato extract applied in the fruit-flavored beverage. Through adding appropriate copigment to improve its preservation rate in acidic beverage system. The results showed that the optimum blueberry fruit drinks’ formula was:0.16% Citric acid,10% fructose syrup,0.06% blueberry flavor,0.1% compounded anthocyanins. Combine with sterilization conditions,Tea Polyphenols was choosed as the most suitable copigment,and the best addition amount was 500 mg/kg. Under sterilization condition,it’s retention rate can reach 90.9%. The beverage were stored for longer time at low temperature in this study and the storage period of anthocyanins was 230 d at 4 ℃.

anthocyanins;compounded anthocyanins;fruit-flavored beverage;stablility

2016-01-29

赵宇(1990-)，男，硕士研究生，研究方向：食品添加剂与功能配料，E-mail:243827884@qq.com。

国家科技支撑计划项目: 食用色素制备关键技术研究及产业化(2011BAD23B02)。

TS275.5

B

1002-0306(2016)17-0206-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.17.032