不同穩(wěn)定劑對椰子飲料穩(wěn)定性及耐酸性影響

靳春秋

廣州市領航食品有限公司上海閔行分公司（上海 201108）

椰子（Coconut）屬于棕櫚科椰子屬，多年生常綠喬木，生長于熱帶地區(qū)，是常見的木料產(chǎn)油類作物[1]。椰子果肉中含有豐富的脂肪、碳水化合物、蛋白質以及礦物質等營養(yǎng)素，能夠滿足人體所需要的營養(yǎng)攝取[2]，用椰子制成的飲料椰香味濃郁，口感圓潤，深受消費者喜愛。椰漿是由椰子果肉先經(jīng)過磨碎，然后再進一步進行擠壓處理得到的一種油脂含量較高的不穩(wěn)定乳濁液，由于椰漿獨特且濃郁的風味和理化特性，被廣泛應用于各類食品生產(chǎn)中[3]。椰子中脂肪的含量約為30%~40%，因此椰子制得的椰漿類產(chǎn)品或者椰子飲料類產(chǎn)品如果不經(jīng)過特殊處理容易出現(xiàn)浮油或者分層；椰子油脂組分中富含月桂酸，其油脂熔點在24 ℃左右，在低溫條件下椰漿體系會出現(xiàn)大量凝固狀態(tài)油脂顆粒。此外，由于椰漿中含有蛋白質成分，蛋白質含量約為3.0%~5.5%，但椰子蛋白乳化穩(wěn)定性稍差，其制成產(chǎn)品體系會不穩(wěn)定，因此椰漿經(jīng)常會被加工制作成椰子飲料來拓展其應用場景。椰子飲料通常是將椰漿經(jīng)過剪切調(diào)配、均質乳化、殺菌、灌裝等加工工藝制得[4]，目前市售的椰子類飲料種類很多，且椰子飲料已經(jīng)被近些年熱度較高的奶茶、咖啡等連鎖餐飲客戶廣泛使用，但目前的大多椰子飲料都有耐酸性不好的缺點，限制了其在酸性果茶中的應用，此研究探索了羧甲基纖維素鈉（Sodium carboxymethyl cellulose，CMC）、可溶性大豆多糖（SSPS）、果膠（Pectins）三種穩(wěn)定劑的添加對椰子飲料穩(wěn)定性以及耐酸性的影響，以期為拓寬椰子飲料的應用渠道提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

酪蛋白酸鈉（天然）；冷凍椰肉漿（海南南派有限公司）；分子蒸餾單甘脂、果膠（丹尼斯克）；白砂糖（中糖集團）；FH9羧甲基纖維素鈉（上海申光）；大豆多糖（不二制油集團控股株式會社）；DK01磷酸氫二鉀（江蘇科倫多食品配料有限公司）；吐溫60（食品級，廣東潤華化工有限公司）。

1.2 主要儀器與設備

DSI蒸汽直噴式微型殺菌機（30 L/h，Powerpoint International Ltd.）；CT-20無菌灌裝室（上海順儀實驗設備有限公司）；Eurostar20高速攪拌器（艾卡儀器設備有限公司）；FM20D高速剪切機（上海弗魯克科技有限公司）；NS2002H高壓均質機（GEA）；HWS-28電熱恒溫水浴鍋（上海一恒儀器有限公司）；Mastersizer3000激光粒徑分析儀（英國馬爾文儀器有限公司）；Turbiscan分析儀（法國Formulaction公司）；MS3002TS/02電子天平、S213-BpH測試儀（梅特勒-托利多儀器有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 椰子飲料配方

1 000 g椰子飲料中：冷凍椰漿200 g，白砂糖50 g，酪蛋白酸鈉4.5 g，分子蒸餾單甘脂4 g，磷酸氫二鉀2.5 g，吐溫60 1.8 g，羧甲基纖維素鈉、可溶性大豆多糖、果膠根據(jù)試驗設計需要分別加入到樣品中。

1.3.2 工藝步驟

第一步：白砂糖、乳化劑、穩(wěn)定劑加入RO水中完全溶解；第二步：椰漿加入到第一步的溶解液中；第三步：加入磷酸氫二鉀完全溶解；第四步：剪切乳化；第五步：高壓均質；第六步：蒸汽直噴式超高溫殺菌；第七步：無菌后均質；第八步：冷卻；第九步：無菌罐裝樣品。

1.3.3 椰子飲料穩(wěn)定性與耐酸性測試

按照椰子飲料的配方和工藝步驟，并結合GB 2760[5]對各添加劑在飲料中的限制添加量，分別單獨加入不同質量濃度的三種穩(wěn)定劑：羧甲基纖維素鈉0.03%，0.06%，0.09%，0.12%，0.15%，0.2%，0.25%和0.3%；大豆多糖0.03%，0.06%，0.09%，0.12%，0.15%，0.2%，0.25%和0.3%；果膠0.03%，0.06%，0.09%，0.12%，0.15%，0.2%，0.25%和0.3%。制作完成的樣品通過垂直掃描宏觀分析（Turbiscan），將被測樣品裝入樣品池中，采用840 nm近紅外光作為光源，掃描探頭從樣品架底部1號掃描到樣品架的頂部6號，每次測試掃描6個樣品。掃描溫度25 ℃，總掃描總時間20 h，掃描間隔時間7 min。根據(jù)多重光散射原理，料液體系中粒子平均直徑在體系分散相中發(fā)生改變時，透射光強度以及背散射光強度相應地會發(fā)生改變，不穩(wěn)定性動力學指數(shù)（TSI）來量化體系的穩(wěn)定程度，如果TSI值表現(xiàn)越大，則表示體系粒子運動劇烈，體系穩(wěn)定性就越差，反之TSI值表現(xiàn)越小，體系的穩(wěn)定性就越好[6]。

椰子飲料耐酸性測試：將新鮮的檸檬汁按照質量比4%的添加量，添加到制作的各椰子飲料樣品中，攪拌均勻，靜置15 min，然后取樣到粒徑儀進行粒徑測量。測量方法：采用馬爾文激光粒度分析儀（Mastersizer 3000）測定實驗樣品的粒徑。以波長為600 nm的He-Ne激光器為主光源，波長為460 nm的藍光為輔光源，采用超純水作為分散相，其中水的折射率設定為1.33，測試樣品的折射率設置為1.44，測試樣品的吸收率為0.01，對加入檸檬水的椰子汁粒徑分布、體積平均直徑和表面積平均直徑進行分析[7]，并記錄D90粒徑值。

1.3.4 響應面法優(yōu)化各穩(wěn)定劑之間對椰子飲料耐酸性的配比

采用Design-Expert軟件，按照Box-Behnken Design原理，以D90粒徑值（D90Size）為響應值，設計三因素三水平響應曲面試驗。

1.3.5 試驗設計因素及水平

在單因素試驗的基礎上，考慮選取CMC（A）、SSPS（B）、Pectins（C）的添加量為自變量，D90粒徑值為響應值，試驗因素和水平設計見表1。

表1 試驗因素水平設計表 單位：%

1.3.6 椰子飲料耐酸性驗證以及穩(wěn)定性測試

根據(jù)響應面優(yōu)化的最優(yōu)結果進行耐酸性試驗測試，同步進行穩(wěn)定性測試。

2 結果與分析

2.1 穩(wěn)定劑對椰子飲料穩(wěn)定性和耐酸性的影響

2.1.1 不同濃度梯度的羧甲基纖維素鈉對椰子飲料穩(wěn)定性以及耐酸性的影響

羧甲基纖維素鈉，是纖維素的羧甲基化衍生物，又名纖維素膠。具有優(yōu)良的增稠、穩(wěn)定、保護蛋白等功能。羧甲基纖維素鈉為聚陰離子線性高分子，其在酸性條件下能與酪蛋白分子的正電荷發(fā)生電荷相互作用，從而增強酪蛋白的溶解性，使得體系不會輕易發(fā)生聚集沉淀，進而增強整個體系的耐酸性[8]。從圖1可以看出，隨著CMC的添加量逐漸增大，TSI整體值隨著變小，當添加量增加到0.2%以后，TSI值變化趨勢平緩，甚至略有升高，說明其添加量不易過高。從圖1可以看出隨著CMC添加量的增加，添加4%檸檬水的椰子飲料的D90粒徑值由剛開始的10.7 μm開始下降，當添加量到0.25%后粒徑值達到4.1 μm，再增加到0.3%，其D90粒徑值變化不大。

圖1 不同濃度羧甲基纖維素鈉對椰子飲料穩(wěn)定性和耐酸性的影響

2.1.2 不同濃度可溶性大豆多糖對椰子飲料穩(wěn)定性以及耐酸性的影響

可溶性大豆多糖（SSPS）是從大豆豆渣中提取出來的性質類似于低甲氧基果膠的可凝膠多糖類物質。SSPS水溶液黏度相對較低（相對于果膠），并且可以在較高的溫度或者較低的溫度完全溶解，溶液的黏度以及穩(wěn)定性受酸影響不大，因此經(jīng)常作為耐酸的穩(wěn)定劑應用在飲料中[9-10]。從圖2可以看出，隨著SSPS的添加，椰子飲料的TSI整體值沒有發(fā)生明顯下降，當添加量到0.2%以后，TSI整體值反而增加，說明其穩(wěn)定性反而受到不利影響。從圖2可以看出，隨著SSPS的添加椰子飲料的D90值明顯下降，SSPS的添加量增加到0.2%、D90值下降至4.5 μm以后不再發(fā)生明顯的變化，說明0.2%的添加量對其耐酸性的改善達到較為理想狀態(tài)。

圖2 不同濃度可溶性大豆多糖對椰子飲料穩(wěn)定性和耐酸性的影響

2.1.3 不同濃度果膠對椰子飲料穩(wěn)定性以及耐酸性的影響

果膠（Pections）是一種從植物中提取出來的雜多糖，多存在于細胞壁中。商品果膠可分為兩大類：高酯果膠（high methoxy pection，HMP）和低酯果膠（low methoxylpection，LMP），兩種果膠特性不同，其中高酯果膠常用于酸性的飲料中作為膠凝劑和穩(wěn)定劑。大多數(shù)蛋白質在酸性條件下帶正電荷，而HM果膠在酸性體系中帶負電荷，因此在酸性條件下蛋白質粒子被果膠覆蓋保護，可以防止凝集、沉淀，因此常用在酸性飲料中。圖3表明，隨著果膠質量濃度的增加，椰子飲料整體的穩(wěn)定性增強，當添加量0.12%以后，TSI整體值沒有明顯變化，說明再增加果膠用量對穩(wěn)定性沒有貢獻。從圖3可以看出，果膠的增加對椰子飲料的耐酸性有著明顯的提升，當添加量到0.25%左右，耐酸穩(wěn)定性達到一個較為理想的狀態(tài)。

圖3 不同濃度果膠對椰子飲料穩(wěn)定性和耐酸性的影響

2.2 響應面試驗設計和結果

2.2.1 組合穩(wěn)定劑響應面的分析方案及結果

試驗分為17組，12組為析因點組，5組為零點組，其中12組析因點取值在A、B、C構成的三維頂點處，零點為中心點重復5次，以估計試驗存在的誤差，試驗設計方案及結果見表2。

表2 響應面分析方案及結果

通過Design-Expert軟件對響應值與各因素的編碼值進行回歸擬合后，得到回歸方程式：

對二次回歸方程進行方差分析，結果見表3。從表3可知，建立的回歸模型具有高度的顯著性（P＜ 0.000 1），失擬項不顯著，模型的相關系數(shù)R2= 98.04%，修正相關系數(shù)Radj2=95.53%，說明該模型的擬合程度較好，試驗誤差小。因此可用該模型來分析和預測復配穩(wěn)定劑對椰子飲料耐酸性的影響[11]。由模型系數(shù)顯著性檢驗結果可知，模型的一次項CMC（A）、SSPS（B）、Pectins（C）對椰子飲料耐酸性提升表現(xiàn)線性效應極顯著，二次項A2、B2、C2對耐酸性的曲面效應極顯著，3個因素的交互作用中CMC對SSPS和Pectins的交互作用極顯著，SSPS和Pectins之間的交互作用不顯著。表明各因素對椰子飲料耐酸性的提升不是簡單的線性關系。

表3 回歸分析結果

2.2.2 響應面各因素的交互作用分析圖

響應面三維圖是試驗各因素之間相互作用所能直觀表現(xiàn)出來的立體模型圖，從分析圖中可以直觀地看出因素之間最優(yōu)的相互作用[12]。復配穩(wěn)定劑對椰子飲料的耐酸性效果所得響應面見圖4。由于各因素交互作用之間存在不顯著，其響應圖主要說明響應的極值及曲面陡峭。由圖4可以看出，交互項AB對椰子飲料耐酸性提升的影響最大，其次是AC，BC之間交互作用不大。

圖4 各因素交互作用對D90粒徑值的影響

2.3 復配穩(wěn)定劑最優(yōu)配比的確定及驗證

運用Design-Expert軟件對回歸模型進行優(yōu)化分析，尋求三種復配穩(wěn)定劑的最優(yōu)配比。通過圖4可以直觀地看出各交互因素之間存在極值點，該極值點對應的參數(shù)即為最優(yōu)因素點[13]。對回歸方程一階偏導等于零，對應的三種穩(wěn)定劑的濃度為CMC 0.098%、SSPS 0.18%、Pectins 0.23%。對此模型優(yōu)化的添加量進行耐酸性試驗測試，測得的D90粒徑值為1.48 μm，與預測值1.41 μm接近。同樣在此條件下進行穩(wěn)定性測試，TSI整體值為1.5，能夠滿足貨架期穩(wěn)定性的需求。

3 結論

此研究以TSI整體值和D90粒徑值為指標，通過單因素試驗測試了CMC、SSPS、Pectins不同的添加量對椰子飲料的穩(wěn)定性以及耐酸性的影響，三種穩(wěn)定劑在椰子飲料中表現(xiàn)出的貯藏穩(wěn)定性特性不同，其中SSPS對椰子飲料的貯藏穩(wěn)定性作用不大。三種穩(wěn)定劑對椰子飲料的耐酸性有良好的改善效果，且隨著添加量的增加耐酸性提升，當增加到一定量后，耐酸性達到峰值。三種穩(wěn)定劑在響應面優(yōu)化復配試驗中可以得出CMC與SSPS，Pectins的交互作用明顯，SSPS與Pectins的交互作用不明顯，三種復配使用CMC 0.098%、SSPS 0.18%、Pectins 0.23%對椰子耐酸性效果最好。三種穩(wěn)定劑對蛋白的保護原理基本都是通過電荷的相互作用，這種方法能夠增加蛋白耐酸性，但從根本上很難解決長時間酸性環(huán)境的穩(wěn)定性，因此下一步研究還需在蛋白結構上做耐酸性提升研究。