黑莓果汁飲料生產(chǎn)流程中關(guān)鍵點的控制

曾榮妹，羅旭雁，韓 琳，諶永前，吳廣黔

(1.貴州省輕工業(yè)科學研究所，貴州貴陽550007;2.貴州省果蔬精深加工工程研究中心，貴州貴陽550025)

黑莓(Blackberry)屬薔薇科懸鉤子屬植物，漿果柔嫩多汁，含有20 種氨基酸和多種維生素，尤其含有較高的超氧化物歧化酶(SOD，含量1579～2151μg/g)和硒(具有防癌作用，含量2.71μg/g)，在各類水果中罕見［1］。黑莓中還含有大量的花色苷類物質(zhì)，為紫紅色，是天然的食品著色劑。每100g 黑莓果實中的花色苷含量為67.4～230mg，主要屬于矢車菊類花色苷，其中含量最多的矢車菊-3-O-葡萄糖苷的含量占到花色苷總量的80%以上［2］。因黑莓柔軟多汁，成熟期在夏季，且采摘期又過于集中，鮮果的貯藏和運輸都較困難，因此黑莓果實主要依靠加工。據(jù)調(diào)查，黑莓用于鮮食的不到10%，用于加工的在90%以上。研究開發(fā)黑莓果汁飲料不僅可提升黑莓的經(jīng)濟價值，而且可開發(fā)出一種既具有保健功能又具有經(jīng)濟價值的新型飲料。生產(chǎn)的黑莓瓶裝飲料色澤紫紅，但是在生產(chǎn)過程中由于黑莓花色苷性質(zhì)的不穩(wěn)定，會導致成品色澤的變化。本實驗研究了黑莓汁花色苷的穩(wěn)定性，并對生產(chǎn)中幾個關(guān)鍵控制點的工藝參數(shù)進行了優(yōu)化，旨在保證成品的質(zhì)量穩(wěn)定，完善黑莓飲料生產(chǎn)工藝，為黑莓飲料加工提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黑莓 采自貴州北極熊生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司黑莓示范園;白砂糖 市售;果葡糖漿、果膠、檸檬酸 食品級。

手持式糖度計 上海精密科學儀器有限公司;PHS-3C 型PH 計 上海嘉鵬科技有限公司;722 型分光光度計 上海第三分析儀器廠;恒溫水浴鍋 上海實驗儀器廠;果汁生產(chǎn)線 上海本優(yōu)機械有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 花色苷含量的測定 黑莓汁花色苷的測定采用pH 示差法進行［3-4］。測定方法如下:取2 個10mL容量瓶分別加入1mL 黑莓提取液，分別用pH1.0 緩沖液［KCl(0.2mol/L)∶HCl(0.2mol/L)=25∶67(體積比)］和pH4.5 緩沖液［NaAc(1mol/L)∶HCl(1mol/L)∶H2O =100∶60∶90(體積比)］定容，避光靜置2h，分別檢測波長為520nm 和700nm 處吸光值A(chǔ)?；ㄉ蘸堪聪铝泄接嬎?結(jié)果以矢車菊-3-O-葡萄糖苷計):

式中:A 為在pH1.0 條件下檢測波長為520nm 處的吸光度(A520nm)與700nm 處的吸光度(A700nm)之差減去pH4.5 條件下檢測波長520nm 處的吸光度(A520nm)與700nm 處的吸光度(A700nm)之差。MW 為矢車菊-3-O-葡萄糖苷的相對分子質(zhì)量449.2;DF 為稀釋倍數(shù)10;￡ 為矢車菊-3-0-葡萄糖苷的摩爾消光系數(shù)26900;1 為比色皿的光程長度。

1.2.2 黑莓花色苷熱降解實驗

1.2.2.1 不同溫度的熱降解實驗 取3 份等量的黑莓汁溶液，分別置于70、80、90℃恒溫水浴鍋中保溫，每25min 取樣一次，共取樣6 次，取出的樣品立即用自來水冷卻至25℃后置于暗處待測。重復3 次測定花色苷，取平均值。

1.2.2.2 不同pH 的熱降解實驗 取4 份等量黑莓汁溶液，用10mol/L HCl 和10mol/L NaOH 溶液將pH分別調(diào)至2.0、3.0、4.0、5.0 后，用蒸餾水調(diào)為相同體積，置于100℃恒溫水浴鍋中保溫10min，取樣測定花色苷，取出的樣品立即用自來水冷卻至25℃后置于暗處待測，重復3 次，取平均值。另外取一份黑莓汁，用蒸餾水調(diào)為以上相同體積，不加熱，測定花色苷含量，與以上樣品作為對照樣。

1.2.3 黑莓果汁飲料工藝流程

1.2.4 生產(chǎn)工藝流程操作要點簡述

1.2.4.1 黑莓果汁過濾 用200 目濾袋過濾果汁。

1.2.4.2 滅酶 把過濾的果汁預殺菌(75 ～80℃，2min)，泵到定容缸［5］。

1.2.4.3 溶糖 用純凈水溶解白砂糖及果葡糖漿，加熱至80～85℃過濾、冷卻后倒入定容缸內(nèi)。

1.2.4.4 食品添加劑(檸檬酸、果膠)溶解 用少量白砂糖與果膠混合均勻，倒入高速乳化缸(有半缸水)內(nèi)充分剪切10min，過濾后泵至定容缸;用50～60℃的純凈水溶解檸檬酸，過濾后在定容缸頂部倒入。

1.2.5 黑莓果汁飲料工藝流程關(guān)鍵點的控制

1.2.5.1 感官評分規(guī)則 選取10 位品嘗員對黑莓果汁飲料成品的口感、風味、色澤進行評價，口感4 分，風味3 分，色澤3 分，總分10 分，并按得分高低分為很喜歡(7.8 ～10.0 分)、較喜歡(6.0 ～7.8 分)、一般(5.0～6.0 分)、較差(4.0～5.0 分)、差(＜4.0 分)五個檔次。

表1 感官評分規(guī)則Table 1 The rules of sensory evaluation

1.2.5.2 工藝流程關(guān)鍵點1(CCP1)-黑莓果汁飲料調(diào)配參數(shù)的優(yōu)化 實驗方法:在容器中加入白砂糖、果葡糖漿(5%)、果膠、檸檬酸，250kg 處理過的黑莓原汁，用純凈水定容至1000L，殺菌、灌裝后觀察成品的口感、色澤，穩(wěn)定性。對果汁飲料進行感官評定，滿分10 分。

采用三水平三因素的正交設(shè)計進行優(yōu)化，設(shè)計的正交實驗如表2。

表2 黑莓果汁調(diào)配參數(shù)優(yōu)化的實驗因素水平表Table 2 The experimental factor of the blending parameter optimization of blackberry juice

1.2.5.3 工藝流程關(guān)鍵點2(CCP2)-殺菌 黑莓花色苷是熱敏性物質(zhì)，對熱不穩(wěn)定，長時間高溫加熱會使花色苷發(fā)生降解，生成無色的查爾酮，繼而發(fā)生分子之間的聚合，使黑莓產(chǎn)生沉淀［6］。實驗方法:設(shè)置熱力殺菌的殺菌參數(shù)為:80℃/20min，98℃/15s，108℃/15s，118℃/10s，觀察成品在38℃下進行7d 保溫實驗后的感官品質(zhì)，并進行感官評分。

1.2.5.4 工藝流程關(guān)鍵點3(CCP3)-灌裝 黑莓果汁飲料采用PET 高溫瓶無菌灌裝，灌裝后不再進行熱力殺菌，故對灌裝溫度有一定的要求，保證產(chǎn)品達到商業(yè)無菌，在保質(zhì)期內(nèi)不發(fā)生變質(zhì)。

實驗方法:設(shè)置灌裝溫度70、75、80、85、90℃，成品38℃保溫實驗7d 后，觀察產(chǎn)品的口感、色澤、風味及有無腐敗變質(zhì)現(xiàn)象，并進行感官評分。

2 結(jié)果與討論

2.1 加工工藝參數(shù)對黑莓花色苷的穩(wěn)定性實驗

一般來說，黑莓花色苷的穩(wěn)定性都比較差，隨著pH 的增大，黑莓汁的顏色由紅色逐漸變?yōu)樗{色，在酸性條件下為穩(wěn)定的紅色;而溫度也是影響花色苷降解的重要因素，加熱通常導致花色苷降解或聚合從而褪色［7-9］。L-抗壞血酸及H2O2對花色苷起著褪色作用，在生產(chǎn)果汁的洗瓶及設(shè)備的消毒工序中要減少H2O2的殘留量［10］。

2.1.1 pH 對黑莓果汁花色苷的影響 花色苷的特征性質(zhì)即色調(diào)及穩(wěn)定性受pH 變化的影響較大，從圖1 可以看出，在相同的加熱條件下，黑莓果汁花色苷的含量隨著pH 的增大而減小，pH 為2、3 時花色苷較穩(wěn)定，所以黑莓果汁產(chǎn)品的pH 應(yīng)控制為2 ～3之間。

圖1 不同pH 條件下黑莓汁花色苷含量的變化Fig.1 The change of anthocyanin content in blackberry juice under different pH conditions

2.1.2 加熱對黑莓果汁花色苷的影響 花色苷是一種熱敏性的物質(zhì)，根據(jù)國內(nèi)外對果蔬中花色苷熱降解動力學的研究表明，其熱降解動力學符合一級反應(yīng)的動力學規(guī)律［11］。

根據(jù)Arrhenius 方程，C/C0=e-kt;ln(C/C0)=-kt

式中:C 為黑莓汁加熱后花色苷的濃度，C0為黑莓汁加熱前花色苷的初始濃度，k 為熱降解反應(yīng)速率常數(shù)，t 為反應(yīng)時間。

由圖2 可以發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，黑莓果汁中花色苷含量下降速率增大，黑莓花色苷隨加熱時間的延長，含量下降。在三個不同的溫度下，黑莓果汁花色苷含量隨保溫時間的變化表現(xiàn)出較好的線性關(guān)系，表明黑莓果汁中花色苷的熱降解動力學也遵循一級反應(yīng)動力學的規(guī)律。

圖2 黑莓果汁中花色苷的熱降解曲線Fig.2 The thermal decomposition curves of anthocyanin in blackberry juice

2.2 黑莓果汁調(diào)配實驗參數(shù)優(yōu)化結(jié)果

黑莓果汁的呈色物質(zhì)為花色苷色素，它也是黑莓的生物活性物質(zhì)［12］，賦予黑莓特有的色澤，但其色調(diào)會隨pH 變化，在強酸性環(huán)境中，花色苷主要呈穩(wěn)定的紅色。果膠及白砂糖、果葡糖漿對花色苷有一定的保護作用［13］。黑莓果價格較高，又有保健功能，制作的功能性飲料是針對中老年顧客群飲用，要求飲料的口感偏酸，但糖酸比協(xié)調(diào)，酸甜適口，入口清爽，成品的色澤應(yīng)為紫紅色，具有黑莓的特有風味。檸檬酸、果葡糖漿、白砂糖、果膠加入量對產(chǎn)品的口感及色澤、穩(wěn)定性起決定性的作用。

黑莓果汁正交實驗［14］方案及結(jié)果見表3。

表3 黑莓果汁正交實驗方案及結(jié)果Table 3 The scheme and results of orthogonal experiment of blackberry juice

從表3、表4 可以看出，最優(yōu)的調(diào)配方案為A1B2C2，即檸檬酸0.15%，果葡糖漿5%，白砂糖4%，果膠0.05%，影響實驗結(jié)果的主次因素為檸檬酸＞白砂糖＞果膠，因素檸檬酸影響實驗結(jié)果最顯著。

表4 黑莓果汁方差實驗表Table 4 The variance analysis of blackberry juice

2.3 殺菌工藝參數(shù)的制定

從表5 可以看出，綜合考慮各種因素，采用118℃/10s UHT(超高溫瞬間滅菌)的方法能很好的保存黑莓果汁的色、香、味，又能達到長期保存的目的?；鞚峁捎酶邷囟虝r殺菌的生產(chǎn)工藝，是因為混濁果汁加熱時間過長容易產(chǎn)生熟味，而且色澤和香味損失也比較大。

2.4 灌裝溫度工藝參數(shù)的制定

從表6 可以看出，灌裝溫度必須高于85℃，產(chǎn)品才可以長期保存。

表5 黑莓果汁殺菌工藝參數(shù)優(yōu)化Table 5 The parameter optimization of sterilization technique of blackberry juice

表6 黑莓果汁灌裝溫度工藝參數(shù)優(yōu)化Table 6 The parameter optimization of filling temperature technique of blackberry juice

3 結(jié)論

3.1 在黑莓果汁飲料生產(chǎn)中有三個CCP(關(guān)鍵控制點)，即黑莓果汁調(diào)配工藝參數(shù)、殺菌工藝參數(shù)、灌裝溫度。在這三個生產(chǎn)過程中黑莓花色苷的穩(wěn)定性是必須優(yōu)先考慮的因素，實驗研究證實:隨著加熱溫度的升高和時間的延長，黑莓果汁花色苷含量下降速率增大，其降解遵循一級化學反應(yīng)動力學的規(guī)律;pH也是影響黑莓汁花色苷穩(wěn)定性的重要因素，pH 通過影響花色苷分子結(jié)構(gòu)的存在形式而使其色澤發(fā)生變化，同時引起有色化合物的降低［15］。研究表明pH2～3 時花色苷較穩(wěn)定，所以黑莓果汁產(chǎn)品的pH 應(yīng)控制在2～3之間。

3.2 通過感官品評、正交實驗及方差分析，黑莓果汁調(diào)配參數(shù)優(yōu)化結(jié)果顯示，各因素影響實驗結(jié)果的主次為檸檬酸＞白砂糖＞果膠，即檸檬酸對實驗結(jié)果的影響最大。最優(yōu)的調(diào)配方案為檸檬酸0.15%，果葡糖漿5%，白砂糖4%，果膠0.05%。

3.3 成品于38℃保溫實驗7d 后進行感官評分，再綜合考慮各種因素，表明:采用118℃/10s UHT、灌裝溫度不低于85℃的生產(chǎn)工藝能很好的保存黑莓果汁的色、香、味，又能達到長期保存的目的。

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