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。椰子果肉中含有豐富的脂肪、碳水化合物、蛋白質(zhì)以及礦物質(zhì)等營養(yǎng)素，能夠滿足人體所需要的營養(yǎng)攝取，用椰子制成的飲料椰香味濃郁，口感圓潤，深受消費(fèi)者喜愛。椰漿是由椰子果肉先經(jīng)過磨碎，然后再進(jìn)一步進(jìn)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(dú)特且濃郁的風(fēng)味和理化特性，被廣泛應(yīng)用于各類食品生產(chǎn)中。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(diǎn)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(zhì)成分，蛋白質(zhì)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(yīng)用場景。椰子飲料通常是將椰漿經(jīng)過剪切調(diào)配、均質(zhì)乳化、殺菌、灌裝等加工工藝制得，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(diǎn)，限制了其在酸性果茶中的應(yīng)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(yīng)用渠道提供技術(shù)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；分子蒸餾單甘脂、果膠；白砂糖；羧甲基纖維素鈉；大豆多糖；磷酸氫二鉀；吐溫60（食品級）。
1.2 主要儀器與設(shè)備
蒸汽直噴式微型殺菌機(jī)無菌灌裝室；高速攪拌器；高速剪切機(jī)；高壓均質(zhì)機(jī);電熱恒溫水浴鍋；激光粒徑分析儀；分析儀；電子天平、測試儀。
1.3 試驗(yàn)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(yàn)設(shè)計(jì)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(zhì)；第六步：蒸汽直噴式超高溫殺菌；第七步：無菌后均質(zhì)；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(jié)合GB2760[5]對各添加劑在飲料中的限制添加量，分別單獨(dú)加入不同質(zhì)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(qiáng)度以及背散射光強(qiáng)度相應(yīng)地會發(fā)生改變，不穩(wěn)定性動力學(xué)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(yùn)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。
椰子飲料耐酸性測試：將新鮮的檸檬汁按照質(zhì)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(jìn)行粒徑測量。測量方法：采用激光粒度分析儀測定實(shí)驗(yàn)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(lán)光為輔光源，采用超純水作為分散相，其中水的折射率設(shè)定為1.33，測試樣品的折射率設(shè)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(jìn)行分析，并記錄D90粒徑值。
1.3.4 響應(yīng)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（D90 Size）為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)三因素三水平響應(yīng)曲面試驗(yàn)。
1.3.5 試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素及水平
在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)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(yīng)值，試驗(yàn)因素和水平設(shè)計(jì)見表1。
表1 試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)表
單位：%
1.3.6 椰子飲料耐酸性驗(yàn)證以及穩(wěn)定性測試
根據(jù)響應(yīng)面優(yōu)化的最優(yōu)結(jié)果進(jìn)行耐酸性試驗(yàn)測試，同步進(jìn)行穩(wěn)定性測試。
2 結(jié)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(hù)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(qiáng)酪蛋白的溶解性，使得體系不會輕易發(fā)生聚集沉淀，進(jìn)而增強(qiáng)整個體系的耐酸性。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(dāng)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10.7μm開始下降，當(dāng)添加量到0.25%后粒徑值達(dá)到4.1μm，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(zhì)類似于低甲氧基果膠的可凝膠多糖類物質(zhì)。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(yīng)用在飲料中。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(dāng)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4.5μm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(dá)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
圖3 不同濃度果膠對椰子飲料穩(wěn)定性和耐酸性的影響
果膠（Pections）是一種從植物中提取出來的雜多糖，多存在于細(xì)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(zhì)在酸性條件下帶正電荷，而HM果膠在酸性體系中帶負(fù)電荷，因此在酸性條件下蛋白質(zhì)粒子被果膠覆蓋保護(hù)，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(zhì)量濃度的增加，椰子飲料整體的穩(wěn)定性增強(qiáng)，當(dāng)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(xiàn)。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(dāng)添加量到0.25%左右，耐酸穩(wěn)定性達(dá)到一個較為理想的狀態(tài)。
2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果
2.2.1 組合穩(wěn)定劑響應(yīng)面的分析方案及結(jié)果
試驗(yàn)分為17組，12組為析因點(diǎn)組，5組為零點(diǎn)組，其中12組析因點(diǎn)取值在A、B、C構(gòu)成的三維頂點(diǎn)處，零點(diǎn)為中心點(diǎn)重復(fù)5次，以估計(jì)試驗(yàn)存在的誤差，試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果見表2。
表2 響應(yīng)面分析方案及結(jié)果
表3 回歸分析結(jié)果
通過Design-Expert軟件對響應(yīng)值與各因素的編碼值進(jìn)行回歸擬合后，得到回歸方程式：
對二次回歸方程進(jìn)行方差分析，結(jié)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(xiàng)不顯著，模型的相關(guān)系數(shù)R2=98.04%，修正相關(guān)系數(shù)R2adj=95.53%，說明該模型的擬合程度較好，試驗(yàn)誤差小。因此可用該模型來分析和預(yù)測復(fù)配穩(wěn)定劑對椰子飲料耐酸性的影響。由模型系數(shù)顯著性檢驗(yàn)結(jié)果可知，模型的一次項(xiàng)CMC(A）、SSPS(B）、Pectins(C）對椰子飲料耐酸性提升表現(xiàn)線性效應(yīng)極顯著，二次項(xiàng)A2、B2、C2對耐酸性的曲面效應(yīng)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(guān)系。
2.2.2 響應(yīng)面各因素的交互作用分析圖
響應(yīng)面三維圖是試驗(yàn)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。復(fù)配穩(wěn)定劑對椰子飲料的耐酸性效果所得響應(yīng)面見圖4。由于各因素交互作用之間存在不顯著，其響應(yīng)圖主要說明響應(yīng)的極值及曲面陡峭。由圖4可以看出，交互項(xiàng)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(fù)配穩(wěn)定劑最優(yōu)配比的確定及驗(yàn)證
運(yùn)用Design-Expert軟件對回歸模型進(jìn)行優(yōu)化分析，尋求三種復(fù)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(diǎn)，該極值點(diǎn)對應(yīng)的參數(shù)即為最優(yōu)因素點(diǎn)。對回歸方程一階偏導(dǎo)等于零，對應(yīng)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(jìn)行耐酸性試驗(yàn)測試，測得的D90粒徑值為1.48μm，與預(yù)測值1.41μm接近。同樣在此條件下進(jìn)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(jié)論
此研究以TSI整體值和D90粒徑值為指標(biāo)，通過單因素試驗(yàn)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(dāng)增加到一定量后，耐酸性達(dá)到峰值。三種穩(wěn)定劑在響應(yīng)面優(yōu)化復(fù)配試驗(yàn)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(fù)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(hù)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(jié)構(gòu)上做耐酸性提升研究。
