火龙果果粒复合饮料的生产工艺及其稳定性研究

摘要：以火龙果为主要原料, 在单因素的基础上, 以复合饮料的感官评分为考察指标, 采用混料设计对火龙果添加量、百香果、苹果及白砂糖添加量进行配方优化, 同时以Box-Behnken响应曲设计研究不同稳定剂对火龙果复合饮料稳定性的影响。结果表明: 火龙果复合饮料的最优处方配比为火龙果汁44%、百香果汁10%、苹果汁28%、白砂糖18%; 稳定剂的比例为琼脂0.02%、CMC-Na 0.02%、黄原胶0.04%。该产品酸甜可口, 营养丰富, 成品口感纯正,稳定性好, 对火龙果增值产品的开发有良好的市场前景。

关键词：火龙果; 饮料; 稳定性; 混料设计

火龙果，又称仙蜜果、红龙果、龙珠果，是仙人掌科三角柱属植物（Hylocereus undatus）的果用栽培品种，是重要的食物来源和传统的经济作物。含有维生素、氨基酸等营养物质，以及植物性白蛋白、黄酮类、植物甾醇类以及水溶性膳食纤维等，具有抗氧化、抗衰老、预防心血管疾病、糖尿病及防癌抗癌的功效。但火龙果风味不佳，因不含有机酸及芳香因子，口感较涩。因此如何改善火龙果增值产品的口感对于提高其的附加值具有积极的意义[1-4]。

百香果被称为“果汁之王”、“天然浓缩果汁”，香味浓郁，与其他果汁配合对提高混合果汁饮料滋味具有重要作用。且百香果营养丰富，除作为水果食用外，还具有活血强身、滋阴补肾、生津止渴等医药保健功能[5-9]。苹果的性味温和，热量低，含有丰富的维生素、微量元素和碳水化合物，有蛋白质、糖类、有机酸、果胶、钙、磷、钾、铁和膳食纤维。其中营养成份可溶性大，易被人体吸收，口味清新宜人，对于饮料的营养和口感的调配具有重要作用。

试验以火龙果汁为主要原料，通过百香果汁、苹果汁进行复合饮料的生产工艺及其稳定性研究，以改善口感和提高稳定性，充分结合3种水果的营养物质和香味浓郁的特点，研发一种新型火龙果复合健康功能饮料，为火龙果饮料产品口感的改进、营养价值的提高以及稳定性的提升提供一条新的途径，将极大激活市场对火龙果的需求，为火龙果产业链的完善提供思路和方法。

1 材料与方法

1.1 材料

火龙果、百香果、苹果、白砂糖：市售；琼脂、羟甲基纤维素钠（CMC-Na）、黄原胶、食用明胶：购自于南昌泰康食品科技有限公司，均为食品级。

1.2 主要仪器与设备

榨汁机：九阳股份有限公司；GYB高压均质机：上海东华高压均质机厂；722型分光光度计：上海精密科学仪器有限公司；3K18离心机：上海川翔生物科技有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 火龙果复合饮料生产工艺流程

1.3.2 单因素试验

试验针对火龙果汁、百香果汁、苹果汁和白砂糖的含量4个因素，保持其中3个因素固定不变，进行单因素试验，经感官评分，确定混料设计所需的水平。

1.3.3 火龙果果粒的处理及果粒添加量试验

将火龙果洗净去皮，用0.5%柠檬酸喷淋护色，用0.02 g/mL的CaCl2溶液浸泡火龙果果粒进行固化。分别加入4%，8%和12%的火龙果果粒，通过悬浮效果确定果粒添加量。

1.3.4 混料设计优选复合饮料的配方试验[10]

以复合饮料的感官评定的综合评分为指标，经过对火龙果复合饮料配方的单因素试验，选择混料优选范围：火龙果汁（A）、百香果汁（B）、苹果汁（C）和白砂糖（D）。采用Design-Expert 8.0.6软件进行混料设计，饮料总量500 mL，按照“1.3.1”项下方法制备火龙果复合饮料，并测定感官评定综合评分，从而选出最佳配方。试验设计见表1。

表1 火龙果复合饮料配方研究的混料设计及评价指标

序号A火龙果汁含量B百香果含量汁处方比例/%感官评分C苹果汁含量D白砂糖量150.00020.00010.00020.00080 243.87813.07927.12715.91588 360.00010.00010.00020.00072 454.87620.00015.12410.00075 550.17110.00025.04914.78090 647.24720.00018.40314.35085 753.92315.13814.22816.71192 844.55015.45030.00010.00080 944.55015.45030.00010.00077 1040.00010.00030.00020.00085 1160.00010.00020.00010.00068 1252.93215.31921.74910.00083 1360.00010.00020.00010.00066 1460.00016.14910.00013.85185 1550.00020.00010.00020.00082 1644.07115.01120.91820.00073 1740.00010.00030.00020.00085 1860.00010.00010.00020.00074 1951.14410.00018.85620.00092 2040.00020.00025.29214.70880

1.3.5 响应面优化复合饮料的稳定剂的试验

在前期混料试验配方优化的基础上，选取琼脂、CMC-Na、黄原胶稳定效果较好的稳定剂采用Design-Expert 8.0.6 提供的Box-Behnken试验，以稳定效率和沉淀率为指标优化稳定剂配方，试验设计如表2所示。

表2 火龙果复合饮料稳定剂研究的Box-Behnken响应曲面试验设计及评价指标

序号稳定剂含量/%稳定效率/%沉淀率/%琼脂CMC-Na黄原胶10.040.050.0785.210.88 20.040.080.0484.740.77 30.060.050.0486.610.86 40.020.020.0792.141.15 50.040.050.0785.720.87 60.060.050.1087.230.78 70.060.020.0786.240.87 80.040.020.0487.670.73 90.040.020.1082.590.82 100.060.080.0789.120.94 110.040.080.1088.530.79 120.040.050.0785.490.88 130.020.050.1091.581.25 140.020.080.0792.281.09 150.040.050.0784.930.83 160.040.050.0785.310.89 170.020.050.0491.850.92

1.4 评价指标

1.4.1 感官评分标准

采用10名符合感官评定的人员进行感官评定，对饮料产品的组织形态（20分）、色泽（30分）、香气（20分）和滋味（30分）等进行感官评分。试验安排与结果见表3。

表3 火龙果复合饮料的感官评定

流动性良好, 组织细腻, 无肉眼可见杂质17~20流动性良好, 久置有微量下沉14~17流动性一般, 久置有下沉11~14流动性差, 久置大量沉淀≤11色泽 (30分) 色泽均匀, 27~30色泽较均匀24~27汁液稍有混浊21~24汁液较为混浊≤21滋味 (30分) 口感宜人, 酸甜可口27~30口感适口24~27一般21~24口感较差≤21香气 (20分) 浓郁的复合果香味17~20有复合果香味14~17复合果味香淡11~14复合果味很淡≤11评价指标标准分值组织形态(20分)

1.5 离心沉淀率的测定

量取10 mL火龙果复合饮料于15 mL离心管中，于3 500 r/min下离心15 min，弃去上清液，称量沉淀质量，计算出离心沉淀率[11]，离心沉淀率越低越好，计算公式如式（1）所示。

1.6 稳定效率

取待测样品于比色皿，在410 nm处测定其吸光度。称取一定量样品，于4 000 r/min离心15 min，取其上清液，在410 nm处测定吸光度，计算出稳定效率[12]，公式如式（2）所示。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

图1 单因素试验对复合饮料感官评分的影响

A）火龙果汁；B）百香果汁；C）苹果汁；D）白砂糖

由图1可知，火龙果汁、百香果汁、苹果汁和白砂糖均对复合饮料的感官评价有较大影响。随着火龙果汁含量在40%～60%时，复合饮料的感官评分较高，当含量增大时，火龙果的涩味增加产品感官品质有所下降。百香果汁含量的增大，感官评分也随之升高，当含量为20%后评分最高，随后当含量增加时由于百香果汁的酸度增加而影响口感。当苹果汁含量在20%后感官评分变化不大，白砂糖的随含量的增大，感官评分先升高后降低，当含量为15%时评分最高，随后含量增加甜味增加，使得酸甜不均而影响口感。因此，根据试验结果确定混料设计的范围分别为火龙果汁（40%～60%）、百香果汁（10%～20%）、苹果汁（10%～30%）、白砂糖（10%～20%）。

2.2 果粒添加量的考察

果汁单独做饮料会显得太单调，加火龙果果粒可以突出饮料的风味。为进一步取到良好的悬浮效果，试验通过果粒用量试验确定其最佳用量，结果见表4。

表4的试验结果表明，火龙果果粒用量为8%时果粒悬浮性好，充实，均匀，透明度好。因此试验以8%作为下一步悬浮稳定性研究的火龙果果粒用量。

表4 不同火龙果果粒用量的比较

序号火龙果果粒用量/%感官品质1 4果粒悬浮均匀2果粒悬浮均匀3 8 12果粒悬浮不均匀, 有部分下沉底部

2.3 火龙果复合饮料混料试验结果

采用Design-Expert 8.0.6提供的混料设计试验，对各因素进行拟合，得到多元回归方程为：

R感官评分=-1.337A-41.575B-23.710C-62.693D+ 0.487AB+0.196AC+0.803AD+1.832BC+2.655BD+ 1.818CD-6.304 02E-003ABC-0.014 615ABD-6.975 93E-005ACD-0.088 306BCD

对回归模型进行方差及显著性分析，结果见表5。该试验模型方程显著（p＜0.000 1），失拟项不显著（p=0.116 9＞0.05），在试验条件下，此回归模型所考察的因素足以反映试验中各成分对复合饮料口感的影响，判定系数R2=0.983 3，R2adj=0.947 2，说明回归模型与试验值拟合的较好，可用于火龙果复合饮料的感官评分的理论推测和分析。由F检验可知，在交互项中火龙果汁与白砂糖含量，百香果汁与苹果汁，百香果汁、苹果汁和白砂糖的含量之间的交互对复合饮料的口感具有显著性影响。与3D效应面图反映出的各因素间的交互作用相吻合。

由Design-Expert 8.0.6软件得出火龙果复合饮料最优配方为：为便于配制，最终选定为火龙果汁44%、百香果汁10.00%、苹果汁28%、白砂糖18%，预测值为92。选取该组合做进一步的验证试验，得出的感官评分为93。与预测值比较近，因此选取此组合为最优稳定剂配方。

表5 感观评分回归方程的方差与显著性分析

模型1 062.771381.7527.210.000 3线性226.06375.3525.080.000 9 AB6.756E-00316.756E-0032.249E-0030.963 7 AC0.4310.430.140.719 2 AD61.60161.6020.500.004 0 BC24.81124.818.260.028 3 BD5.5215.521.840.224 2 CD0.3010.300.100.761 1 ABC0.3710.370.120.737 3 ABD0.6710.670.220.652 4 ACD4.759E-00514.759E-0051.584E-0050.997 0 BCD18.22118.226.060.048 9残差18.0363.00失拟项7.5317.533.580.116 9净误差10.5052.10总和1 080.8019

图2 处方比例对各指标影响的3D效应面图谱

A）火龙果汁、百香果汁和苹果汁的交互作用图；B）火龙果汁、百香果汁和白砂糖的交互作用图；C）火龙果汁、苹果汁和白砂糖的交互作用图；D）百香果汁、苹果汁和白砂糖的交互作用图

2.4 火龙果复合饮料稳定剂响应曲面试验结果

采用Design-Expert 8.0.6 提供的混料设计试验，对各因素进行拟合，得到多元回归方程为：

对稳定效率、沉淀率的回归模型分别进行方差及显著性分析，结果见表6和表7。稳定效率和沉淀率的试验模型极显著（p＜0.000 1），失拟项分别为p稳定效率=0.364 1，p沉淀率=0.225 6，p均小于0.05，极不显著，由此可以看出，试验条件下，两个回归模型均可以反映试验中各稳定剂对复合饮料稳定效率、沉淀率的影响。稳定效率的判定系数R2=0.994 9，

R2

adj=0.988 3，沉淀率的判定系R2=0.981 0，R2adj= 0.956 6，说明回归模型与试验值拟合均较好，可用于火龙果颗粒复合功能饮料稳定性的理论分析及预测。由F值可知，在琼脂对稳定效率和沉淀率的影响显著（p＜0.01），CMC-Na对稳定效率的影响显著（p＜0.01），黄原胶对对沉淀率的影响极显著（p＜0.01）。在交互作用中，琼脂与CMC-Na、CMC-Na与黄原胶对稳定效率的影响均为极显著（p＜0.01）；琼脂与黄原胶对沉淀效率的影响极显著性影响（p＜0.01）。与图3中3D效应面图反映出的各因素间的交互作用相吻合。

由Design-Expert 8.0.6软件得出火龙果果粒复合功能饮料稳定剂的最佳配方为：琼脂0.02%、CMC-Na 0.02%、黄原胶0.04%。稳定效率及沉淀率预测值分别92.28%和0.84%。进一步验证试验，得出稳定效率及沉淀率分别为93.17%和0.81%。该值与预测值比较接近，可作为最优稳定剂配方。

表6 稳定效率回归方程的方差与显著性分析

方差来源平方和自由度均方F值p值模型140.97915.66151.48＜0.000 1 A-琼脂43.48143.48420.48＜0.000 1 B-CMC4.5514.5543.960.000 3 C-黄原胶0.1110.111.070.335 7 AB1.8811.8818.150.003 7 AC0.2010.201.920.208 9 BC19.67119.67190.22＜0.000 1 A268.18168.18659.37＜0.000 1 B21.4611.4614.130.007 1 C26.241E-00316.241E-0030.0600.813 0残差0.7270.10失拟项0.3730.121.400.364 1净误差0.3540.088总和141.6916

表7 沉淀率回归方程的方差与显著性分析

方差来源平方和自由度均方F值p值模型0.3190.03440.22＜0.000 1 A-琼脂0.1210.12136.68＜0.000 1 B-CMC5.000E-00515.000E-0050.0590.814 6 C-黄原胶0.01610.01619.220.003 2 AB4.225E-00314.225E-0035.010.060 2 AC0.04210.04249.860.000 2 BC1.225E-00311.225E-0031.450.267 2 A20.1110.11125.90＜0.000 1 B21.112E-00311.112E-0031.320.288 5 C20.02410.02429.040.001 0残差5.900E-00378.429E-004失拟项3.700E-00331.233E-0032.240.225 6净误差2.200E-00345.500E-004总和0.3116

图3 处方比例对各指标影响的3D效应面图谱

2.5 产品质量检查

2.5.1 感官指标

火龙果果粒复合功能饮料的感官指标检验。所研发的复合饮料组织形态流动性好，组织细腻，质地均匀，淡黄色，色泽舒适均匀，酸甜柔和，口感适宜，有浓郁的果香味及混合果味特色，产品符合设计要求。

2.5.2 卫生指标

火龙果复合饮料按照国家食品卫生方法检测理化指标及卫生指标，结果表明，在火龙果果粒复合功能饮料中细菌总数为48 CFU/mL；大肠菌群菌为3 CFU/ mL，未检测出致病菌。所有指标均符合饮料的相关规定。

3 结论

混料设计以及响应面法主要用于配方研究，目前已广泛应用于化工、食品、农林和冶金等各领域，具有试验次数少，设计简便等优点。试验研制的百香果复合饮料是集火龙果、百香果、苹果的营养、风味于一体的健康果汁饮品。该复合饮料的最佳配方为：火龙果汁44%、百香果汁10%、苹果汁28%、白砂糖18%，果粒添加量8%。最佳稳定剂为：琼脂0.02%、CMC-Na 0.02%、黄原胶0.04%。方法为火龙果复合饮料酸甜适中，营养丰富，试验所得成品口感纯正，营养丰富，稳定性良好，具有良好的工业生产加工前景。

参考文献：

[1] SANGEETHAPRIYA M, SIDDHURAJU P. Health related functional characteristics and antioxidant potential of mucilage (dietary fiber) from Zizyphus mauritiana fruits[J]. Food Science and Human Wellness, 2014, 3(2): 79-88.

[2] MONTOYA-ARROYO A, SCHWEIGGERT R M, PINEDA-CASTRO M, et al. Characterization of cell wall polysaccharides of purple pitaya (Hylocereus sp) pericarp[J]. Food Hydrocolloids, 2014(35): 557-564.

[3] MUHAMMAD K, MOHD. ZAHARI N I, GANNASIN S P, et al. Highmethoxyl pectin from dragon fruit (Hylocereus polyrhizus) peel[J]. Food Hydrocolloids, 2014, 42(2): 289-297.

[4] WICHIENCHOT S, JATUPORNPIPAT M, RASTALL R A. Oligosaccharides of pitaya (dragon fruit) flesh and their prebiotic properties[J]. Food Chemistry, 2010, 120(3): 850-857.

[5] COPPER M A, RITCHIE E C. Testosterone replacement therapy for anxiety[J]. American Journal of Psychiatry, 2000, 157(11): 1884-1885.

[6] PATEL S S, VERMA S, NAYAK G, et al. Acute and sub-acute toxicity studies of Passiflora nepalensis in rats[J]. Brazilian Journal of Pharmacognosy, 2011, 21(4): 102-119.

[7] SINGH B, SINGH D, GOEL R K, et al. Dual protective effect of Passiflora incarnate in epilepsy and associated postictal depression[J]. Journal of Ethnopharmacology, 2012, 139(1): 273-279.

[8] DHAWAN K, DHAWAN S, SHARMA A. Passiflora: A review update[J]. Journal of Ethnopharmacology, 2004, 94(1): 1-23.

[9] JANE M, BOEIRA R F, ANDRESA H B. Toxicity and genotoxicity evaluation of Passiflora alata Curtis (Passifloraceae) [J]. Journal of Ethnopharmacology, 2010, 128(2): 526-532.

[10] 杜伟, 黎庆宏, 陈渊, 等. 百香果-芒果复合饮料生产工艺及其稳定性研究[J]. 食品研究与开发, 2016, 37(15): 106-109.

[11] 杨红霞, 刘俊红. 乳饮料稳定性影响因素的研究[J]. 安徽农业科学, 2009, 37(21): 10141-10143.

[12] 高愿军, 李少华. 几种稳定剂对玉米饮料稳定性的稳定性的效应研究[J]. 食品科技, 2012, 37(7): 244-247.

The Processing Techniques and Stability of the Pitaya Compound Beverage

Wu De-zhi, Wang Jian-chao, Li An, Zheng Qiang, Li Xiao-hong*
Guizhou Institute of Technology (Guiyang 550003)

Abstract：On the basis of single factor experiment, effects of amounts of pitaya, passiflora edulis, apple and sugar were studied via optimal mixture design. And then the stabilizer was determined by Box-Behnken response surface methodology. Study results showed that optimized proportion was pitaya 44%, passiflora edulis 10%, apple 28% and sugar 10%, the stabilizer was agar, 0.02%, CMC-Na 0.02%, xanthan gum 0.04%. The product was moderately sweet and sour, nutrient-rich, well-organized state, with good prospects for industrial production and processing.

Keywords：pitaya; beverage; stability; mixture design

*通讯作者；基金来源：贵州省“耀创客”众创空间项目，国家大学生创新创业项目（201614440035），贵州省大学生创新创业项目（201414440016）