真空冷凍干燥法加工草莓粉固體飲料的研究

侯玉茹，李文生，楊軍軍，馮曉元，王寶剛，*，張運(yùn)濤

（1.北京市農(nóng)林科學(xué)院林業(yè)果樹研究所，北京100093；2.北京農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測與農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測技術(shù)研究中心，北京100097）

草莓（Fragaria ananassa Duck）屬薔薇科（Rosaceae）草莓屬（Fragaria）多年生草本植物[1]，不僅色澤鮮艷，果肉多汁，酸甜可口，香氣濃郁，而且還是人體必需的維生素C、氨基酸和微量元素的重要來源，具有很高的營養(yǎng)價(jià)值、藥用和醫(yī)療保健價(jià)值，因此有“水果皇后”之美譽(yù)[2]。但由于草莓收獲期短，產(chǎn)量集中，并且汁多皮薄，貯藏保質(zhì)期極短，在常溫僅可保存1～2d，即使低溫下大多也不超過14d[3]，這在一定程度上影響了其發(fā)展。因此，草莓加工產(chǎn)品逐漸成為專家學(xué)者研究的熱點(diǎn)之一。目前，草莓的加工產(chǎn)品很多，常見的有草莓醬、草莓汁、草莓酒、草莓罐頭、草莓蛋糕等，也有利用冷凍干燥技術(shù)加工草莓丁[4]、草莓脆片、整粒草莓[5-6]和草莓粉[7]，而將草莓加工成固體飲料的研究報(bào)道較少。另外，真空冷凍干燥技術(shù)是將食品在低溫下干燥，可以最大限度地保留食品原有的營養(yǎng)成分和風(fēng)味，提高產(chǎn)品附加值[8]。本研究以新鮮草莓為原料，利用真空冷凍干燥技術(shù)，加工草莓粉固體飲料，為草莓產(chǎn)品的開發(fā)提供了參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

供試草莓品種為“章姬” 采自北京市農(nóng)林科學(xué)院林業(yè)果樹研究所草莓栽培基地；單甘酯 廣州品秀精細(xì)化工有限公司；蔗糖酯 杭州金鶴來食品添加劑有限公司；卡拉膠 滕州通達(dá)海藻工程技術(shù)有限責(zé)任公司；黃原膠 山東阜豐發(fā)酵有限公司；β-環(huán)狀糊精 孟州市華興生物化工有限責(zé)任公司；檸檬酸 濰坊英軒實(shí)業(yè)有限公司；乙二胺四乙酸二鈉（EDTA-Na2） 沙頭市金砂化工廠有限公司。

SQ2119B型多功能食品加工機(jī) 慈溪市西貝樂電器有限公司；FE20型pH計(jì) 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；LGJ-100F型真空冷凍干燥機(jī) 北京松源華興科技發(fā)展有限公司；高速萬能粉碎機(jī) 天津市泰斯特儀器有限公司；DK-S24型電熱恒溫水浴鍋 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；TU-1810型紫外-可見分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；CR-400型色差計(jì) 日本Minolta公司。

1.2 工藝流程

1.3 復(fù)合穩(wěn)定劑配方研究

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)對穩(wěn)定劑種類和用量范圍進(jìn)行篩選，確定采用單甘酯、蔗糖酯、卡拉膠和黃原膠進(jìn)行復(fù)配，對這4個(gè)因素分別設(shè)定3個(gè)不同水平（見表1），以沖調(diào)后產(chǎn)品的穩(wěn)定性和紅色素色價(jià)值為指標(biāo)，進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)重復(fù)三次。

表1 復(fù)合穩(wěn)定劑配方正交實(shí)驗(yàn)因子水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment for compound stabilizer formula

1.4 草莓粉的溶解性研究

通過添加β-環(huán)狀糊精來改善草莓粉的溶解性。在勻漿時(shí)分別加入0.5%、1%、2%、4% β-環(huán)狀糊精，分析沖調(diào)時(shí)產(chǎn)品的潤濕下沉性和速溶性，從而篩選β-環(huán)狀糊精最佳用量，實(shí)驗(yàn)重復(fù)三次。

1.5 草莓粉的護(hù)色工藝研究

以草莓漿pH和EDTA-Na2添加量為因素，作3×4兩因素交叉實(shí)驗(yàn)，草莓漿pH水平為：2.5、3.0、3.5，EDTA-Na2添加量水平為：0.02%、0.04%、0.06%、0.08%，以色差指標(biāo)a*和紅色素色價(jià)值為指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)重復(fù)三次。

1.6 指標(biāo)及測定方法

1.6.1 色差指標(biāo)a* 采用色差計(jì)測定。

1.6.2 草莓紅色素 采用色價(jià)法測定[9]。

1.6.3 潤濕下沉性 取一個(gè)250mL燒杯，加入100mL 70℃水，然后稱取2g草莓粉均勻平鋪于水面上，在靜置的條件下，記錄從樣品加入至樣品完全沉降所需要的時(shí)間（s）[10]。

1.6.4 速溶性 準(zhǔn)確稱取5g草莓粉，用100mL 70℃水沖調(diào)，攪動(dòng)后觀察沖調(diào)情況，記錄產(chǎn)品完全溶解的時(shí)間（min）[10]。

1.6.5 穩(wěn)定性 取5g草莓粉，加入100mL 70℃水進(jìn)行沖調(diào)，沖調(diào)后的產(chǎn)品于4℃冰箱中放置5d測定析出水層高度（Lw）和樣品總高度（Ls）。

穩(wěn)定性（%）=（Ls-Lw）/Ls×100。

1.7 數(shù)據(jù)分析方法

采用Excel 2007和SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 復(fù)合穩(wěn)定劑配方確定

果肉飲料最易出現(xiàn)的質(zhì)量問題是懸浮果肉的沉淀而引起的固液相分層現(xiàn)象。適當(dāng)提高飲料粘度可以防止因重力而沉降的過程，添加穩(wěn)定劑或乳化劑可以增強(qiáng)原果中果膠質(zhì)與果汁之間的親和力，增加產(chǎn)品的粘稠度，從而防止產(chǎn)品漿液的分層和沉淀[11]。一些研究顯示，只選用單一的穩(wěn)定劑或乳化劑并不能對產(chǎn)品的穩(wěn)定性起到良好的作用，一般在使用穩(wěn)定劑時(shí)，為了能達(dá)到理想的穩(wěn)定性和流動(dòng)性，可以采用復(fù)合穩(wěn)定劑來發(fā)揮其協(xié)同效應(yīng)[12]。

根據(jù)1.3實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表2。從穩(wěn)定性指標(biāo)來分析，影響產(chǎn)品穩(wěn)定性的主次因素依次為D＞B＞A＞C。其中，黃原膠添加量對產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響最大，且添加0.10%和0.15%黃原膠對維持產(chǎn)品穩(wěn)定性都能起到較好的作用；蔗糖酯添加量次之，且添加0.10%和0.15%蔗糖酯對維持產(chǎn)品穩(wěn)定性都能起到較好的作用；添加0.10%單甘酯較好；卡拉膠添加量對產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響較小，因此只考慮其對紅色素的影響。

由于添加穩(wěn)定劑后對草莓粉的紅色素有一定的影響，因此，還要對紅色素色價(jià)值進(jìn)行分析討論。從紅色素指標(biāo)來分析，紅色素色價(jià)值越高，產(chǎn)品色澤越好，影響產(chǎn)品紅色素的主次因素依次為B＞D＞C＞A。其中，蔗糖酯添加量對產(chǎn)品紅色素的影響最大，且添加0.15%蔗糖酯較好；黃原膠添加量次之，且添加0.05%和0.10%黃原膠對維持產(chǎn)品的紅色素都起到了較好的作用；添加0.05%卡拉膠較好，單甘酯添加量對產(chǎn)品紅色素的影響較小，因此只考慮其對穩(wěn)定性的影響。

雖然從穩(wěn)定性和紅色素兩個(gè)指標(biāo)分別得出的最佳配方有所不同，但是綜合考慮不同因素以及同一因素不同水平對指標(biāo)的影響程度，得出最佳配方為A2B3C1D2。按實(shí)驗(yàn)的最佳配方進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得到結(jié)果：穩(wěn)定性為100.00%，紅色素色價(jià)值為41.97，與正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。因此，添加0.10%單甘酯，0.15%蔗糖酯，0.05%卡拉膠和0.10%黃原膠可以使沖調(diào)后的產(chǎn)品保持較高的穩(wěn)定性和紅色素色價(jià)值。

2.2 β-環(huán)狀糊精添加量確定

表2 復(fù)合穩(wěn)定劑配方的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of orthogonal experiment for compound stabilizer formula

添加復(fù)合穩(wěn)定劑后，草莓粉的溶解性會(huì)降低。β-環(huán)狀糊精可以改善草莓粉的溶解性，并且β-環(huán)狀糊精添加量越大，溶解性越好，但是對產(chǎn)品色澤的影響也越大。從圖1中可以看出，添加2%和4%β-環(huán)狀糊精的草莓粉的濕潤下沉性和速溶性都較好，并且差異不顯著（p＞0.05）。因此，從節(jié)約原料角度考慮確定β-環(huán)狀糊精添加量為2%。

2.3 草莓粉護(hù)色工藝條件的確定

2.3.1 護(hù)色工藝對色差指標(biāo)a*的影響 護(hù)色工藝對色差指標(biāo)a*的影響結(jié)果見表3。利用SPSS統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對表3的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，分析結(jié)果見表4。根據(jù)表4結(jié)果可知，草莓漿pH和EDTA-Na2添加量兩因素對保持色差指標(biāo)a*均有極顯著影響，其中草莓漿pH是影響色差指標(biāo)的重要因素，與之相比，EDTA-Na2添加量為次要因素。由于A×B的交互作用對保持色差指標(biāo)a*也具有極顯著影響，因此對各水平組合的平均值進(jìn)行多重比較，結(jié)果見表3。從草莓漿pH來分析，雖然草莓漿pH=2.5時(shí)，色差指標(biāo)a*值都較高，但是從產(chǎn)品色澤上看，pH=2.5時(shí)草莓粉呈桔紅色，與理想產(chǎn)品的顏色不符。而pH=3.0 a*值相對較高，且與視覺理想顏色一致，因此選擇pH=3.0。

pH=3.0時(shí)，添加0.06%和0.08%EDTA-Na2都可以維持相對較高的色差指標(biāo)a*值，且兩者差異不顯著（p＞0.05），固選擇較小的添加量0.06%。因此，從護(hù)色工藝對色差指標(biāo)a*的影響上來分析，得到最佳組合為pH=3.0，0.06%EDTA-Na2。

2.3.2 護(hù)色工藝對草莓紅色素的影響 在加工過程中，草莓中紅色素的損失較為嚴(yán)重。草莓果實(shí)中的紅色素屬于花色苷一類，主要成分為天竺葵素-3-葡萄糖，此外還發(fā)現(xiàn)其他4種天竺葵素苷以及2種矢車菊色素苷的衍生物?；ㄉ盏幕瘜W(xué)性質(zhì)十分不穩(wěn)定。徐雅琴[13]和郭大勇等[14]的研究結(jié)果顯示，pH對草莓紅色素的影響明顯，在酸性條件下該色素穩(wěn)定，并隨著酸性增強(qiáng)，顏色有淺紅色向深桔紅色變化，在堿性條件下呈藍(lán)色，在中性條件下呈紫羅蘭色，因此，可以利用檸檬酸調(diào)節(jié)草莓漿的pH，達(dá)到改善產(chǎn)品色澤的目的。另外，有些金屬離子對草莓紅色素有明顯的不良影響，如Fe3+，可以利用EDTA-Na2的螯合作用改善產(chǎn)品的色澤。

表3 護(hù)色工藝對色差指標(biāo)a*的影響Table 3 Effect of color-preservation technology on a*value

表4 方差分析表Table 4 The analysis of variance procedure

護(hù)色工藝對草莓紅色素色價(jià)值的影響結(jié)果見表5。利用SPSS統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對表5的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，分析結(jié)果見表6。由表6可知，草莓漿pH和EDTANa2添加量兩個(gè)因素對保持紅色素有極顯著影響。其中草莓漿pH是影響色差指標(biāo)的重要因素，EDTA-Na2與之相比為次要因素。由于A×B的交互作用對保持紅色素色價(jià)值也具有極顯著影響，因此對各水平組合的平均值進(jìn)行多重比較，結(jié)果見表5。草莓漿pH=3.0時(shí)可以維持相對較高的紅色素色價(jià)值，因此選擇pH=3.0，此時(shí)添加0.06%和0.08%EDTA-Na2都可以維持較高的紅色素色價(jià)值，且兩者差異不顯著（p＞0.05），故選擇較小添加量0.06%。因此，從護(hù)色工藝對草莓紅色素的影響上來分析，得到最佳組合為草莓漿pH=3.0，添加0.06%EDTA-Na2。

表5 護(hù)色工藝對草莓紅色素的影響Table 5 Effect of color-preservation technology on strawberry red pigment

表6 方差分析表Table 6 The analysis of variance procedure

3 結(jié)論

3.1 通過正交實(shí)驗(yàn)確定了以0.10%單甘酯、0.15%蔗糖酯、0.05%卡拉膠和0.10%黃原膠作為復(fù)合穩(wěn)定劑的最佳配方，可以保持產(chǎn)品較高的穩(wěn)定性和紅色素色價(jià)值。

3.2 添加2%β-環(huán)狀糊精可以在一定程度上改善草莓粉的溶解性。

3.3 利用檸檬酸調(diào)節(jié)草莓漿的pH=3.0，并且添加0.06%EDTA-Na2，可以改善草莓粉的色澤，保持較高的色差指標(biāo)a*和紅色素色價(jià)值。

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