番茄果汁飲料穩(wěn)定性的研究

鄭永杰，李 碩，郭成宇，田景芝

（齊齊哈爾大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，黑龍江省齊齊哈爾 161000）

番茄含有豐富纖維素、維生素類化合物和其他類型的生物活性物質(zhì)[1]。番茄紅素具有調(diào)節(jié)激素[2]、降低膳食、血漿中的膽固醇[3]、代謝相關(guān)酶類等作用[4]。添加到食品中的番茄紅素可以保護人體內(nèi)的淋巴細(xì)胞免受活性氧的損害[5]。番茄工藝研究很多，張瑞等在番茄醋發(fā)酵工藝上的研究[6-8]；吳旭等關(guān)于番茄酒工藝上探討[9-10]，以番茄和胡蘿卜為原料進行發(fā)酵復(fù)合汁乳酸菌飲料的研制[11-12]；番茄飲料穩(wěn)定性研究是關(guān)注熱點。在膠體選擇上，潘江球等采用黃原膠、瓊脂作為復(fù)合穩(wěn)定劑[13]；而戚向陽等則采用羧甲基纖維素鈉、海藻酸丙二醇酯、黃原膠進行復(fù)配，使渾濁型番茄飲料穩(wěn)定性達到較為理想的狀態(tài)[14]；黃原膠、CMC、瓊脂作為復(fù)合穩(wěn)定劑應(yīng)用于番茄保健飲料制備中[15]；在原料選擇上，番茄分別與巴旦木[16]、海帶、胡蘿卜[17]、草莓汁、葡萄汁、胡蘿汁卜等進行復(fù)配生產(chǎn)出混合型果汁[18]。番茄系列產(chǎn)品原料均采用新鮮番茄，新鮮番茄儲藏期較短，而且番茄表皮易破損，若儲藏不當(dāng)易腐爛變質(zhì)，給產(chǎn)業(yè)化帶來一定難度。

本文采用番茄醬作為主要原料制備番茄果汁飲料，通過對其穩(wěn)定性研究得到口味、狀態(tài)、顏色均佳的番茄果汁飲料產(chǎn)品，以簡便、快捷的工藝適應(yīng)規(guī)?；a(chǎn)，將番茄飲品推向市場。收集優(yōu)質(zhì)、新鮮的番茄經(jīng)過七倍蒸發(fā)濃縮成番茄醬，既延長番茄使用壽命又減少番茄紅素?fù)p失率，而且由于番茄醬的細(xì)膩程度較好，對生產(chǎn)實踐中簡化制備工藝步驟起到良好作用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

番茄醬由齊齊哈爾市林田生態(tài)食品有限公司提供，要求番茄醬無脹袋現(xiàn)象、保質(zhì)期內(nèi)使用，番茄品種為宇番一號；白砂糖：市售；穩(wěn)定劑由齊齊哈爾大學(xué)飲品研發(fā)中心提供。

1.2 儀器與設(shè)備

DJM-50LA膠體磨由上海東華高壓均質(zhì)機廠生產(chǎn)；阿貝折光儀由上海曉光儀器有限公司生產(chǎn)；722可見光分光光度計由上海精密科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)；SQY-DSX—280B手提式不銹鋼壓力滅菌器由上海申安醫(yī)療器械廠生產(chǎn)；TDL-5A菲恰爾離心機由上海菲恰爾分析儀器有限公司生產(chǎn)；HH-2型數(shù)顯電熱恒溫水浴鍋由上海浦東物理光學(xué)儀器廠生產(chǎn)；JJ-1型精密增利電動攪拌器由上海浦東物理光學(xué)儀器廠生產(chǎn)；40-108高壓均質(zhì)機由上海東華高壓均質(zhì)機廠生產(chǎn)；TA2004型電子分析天平由上海良平儀器表有限公司生產(chǎn)；pH計PB-10由北京市Sartorius（賽多利斯）儀器系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)；隔水式恒溫培養(yǎng)箱由上海科恒實業(yè)發(fā)展有限公司生產(chǎn)；SW-CJ-1D型（實用垂直新穎）單人凈化工作臺由蘇州凈化設(shè)備有限公司生產(chǎn)；101-1A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱由天津市泰斯特儀器有限公司生產(chǎn)；SH2050B美的電磁爐由廣東美的生活電器制造有限公司生產(chǎn)；DV-C數(shù)顯粘度計由上海方瑞儀器有限公司生產(chǎn)；BT-9300H激光粒度分布儀由丹東市百特儀器有限公司生產(chǎn)。

1.3 生產(chǎn)工藝流程

稱量番茄醬→溶解→攪拌→磨漿→調(diào)配→定容→攪拌→均質(zhì)→灌裝→殺菌→冷卻→成品。

1.4 操作要點

1.4.1 原料簡述

本文所采用的番茄經(jīng)精心挑選，取果面光滑、色澤鮮艷的宇番一號成熟品種，經(jīng)過清洗、打漿、蒸發(fā)、濃縮、殺菌等工藝制備而成，該品種的番茄品質(zhì)佳、商品性好、耐貯運，適合大面積種植并加工為番茄系列制品。

1.4.2 儲存條件（番茄醬制備工藝）

將新鮮番茄經(jīng)過浮洗、去籽、預(yù)熱、打漿、濃縮、殺菌等過程后，制備出濃度為36%～38%的番茄醬，以真空形式進行包裝-6℃進行儲藏。

1.4.3 稱取、溶解

稱取60 g的番茄醬，加入約番茄醬總量10倍的純凈水進行溶解，充分?jǐn)嚢韬蟮姆压食燃t色，具有液體流動性。

1.4.4 磨漿

將溶解好的番茄漿中進行磨漿，使果肉顆粒細(xì)化，以改善番茄果汁的色澤和營養(yǎng)價值[19]。由于番茄醬細(xì)膩程度已達到要求，為進一步保證番茄果汁口感所以確定磨漿次數(shù)為1次。

1.4.5 化膠

將稱量好的復(fù)合穩(wěn)定劑、白砂糖混合均勻后溶于75～80℃的純凈水中，高速攪拌15 min，待膠體呈澄清、透明狀即為膠體完全溶解。

1.4.6 調(diào)配

先將溶解好的膠體加入到番茄漿中，充分?jǐn)嚢?，使膠體可以包裹番茄果肉顆粒完全，達到穩(wěn)定體系的目的，最后定容到1 L。

1.4.7 均質(zhì)

將定容好的番茄漿通過高壓均質(zhì)機進行均質(zhì)，使番茄果肉繼續(xù)細(xì)化，使得細(xì)小顆粒大小均一并且更穩(wěn)定的分散于飲料體系中，均質(zhì)壓力為25 MPa、均質(zhì)次數(shù)為1次。

1.4.8 灌裝、殺菌

將均質(zhì)后的番茄果汁灌裝到容量為250 mL玻璃瓶中，由于番茄中所含有番茄紅素量隨成熟度增加而增加，而且加工或者加熱處理過的番茄制品中番茄紅素含量要比生番茄高[20]，故控制殺菌溫度為116℃、殺菌時間為3 s，最終達到無菌要求。

1.5 穩(wěn)定性試驗方法

取60 g番茄醬加入適量純凈水，經(jīng)過磨漿、均質(zhì)、殺菌等的工藝流程后，分別討論不同膠體對番茄果汁飲料穩(wěn)定體系的影響，各膠體添加量分別為0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、1.0%。測定加入不同膠體番茄果汁飲料的粘度、懸浮穩(wěn)定性、沉淀率、pH和可溶性固形物含量的變化及感官評價以確定最佳穩(wěn)定體系配方，得到穩(wěn)定的番茄果汁飲料體系后調(diào)整酸度、甜度，確定最終口感。

1.6 檢測方法

（1）沉淀率：以沉淀率SR（sedimentation rate）表示體系的穩(wěn)定性，SR值越大，穩(wěn)定性越差[21-22]。取一定量番茄果汁加到離心管中，以3 500 r·min-1的轉(zhuǎn)速離心15 min，倒去上清液，根據(jù)公式SR=(m1/m2)×100%計算出沉淀率，式中：m1：樣品溶液離心后沉淀物質(zhì)量（g）；m2：樣品溶液離心前的質(zhì)量（g），沉淀率越小越好，證明該體系穩(wěn)定[23]。

（2）懸浮穩(wěn)定性：將番茄汁在轉(zhuǎn)速為3 500 r·min-1下離心15 min，取離心后的上清液和離心前的液體用722可見光分光光度計分別在720 nm的波長下測定吸光度，分別記為A2和A1。A2與A1的比值表示番茄汁的懸浮穩(wěn)定性，測定3次，取平均值。懸浮穩(wěn)定性是番茄汁穩(wěn)定性的重要的參考依據(jù)，懸浮穩(wěn)定性越高證明該番茄汁體系越穩(wěn)定。

（3）感官評價：組織20名專業(yè)品評人員進行細(xì)致的感官評定，由此可以判斷不同的番茄醬添加量、不同的白砂糖加入量、不同種類與添加量的穩(wěn)定劑復(fù)配后在顏色、口感、氣味和狀態(tài)上的變化，并且由20名專業(yè)品評人員打分，從而確定最佳的工藝參數(shù)。結(jié)果如表1。

表1 感官評定標(biāo)準(zhǔn)Table1 Sensory evaluation standards

（4）粘度測定：使用DV-C數(shù)顯黏度計，選取轉(zhuǎn)子號為61的轉(zhuǎn)子在常溫下測定3次，取平均值。

（5）酸度測定：將pH計校正后，用純凈水洗凈在常溫下測定3次，取平均值。

（6）可溶性固形物含量測定：使用阿貝折光儀在常溫下測定3次，取平均值。

（8）微生物指標(biāo)的測定：采用平板菌落計數(shù)法，依據(jù)國標(biāo)GB4789.2-2010和GB4789.3-2010，培養(yǎng)48 h后進行觀察。

1.7 統(tǒng)計分析

每個數(shù)據(jù)重復(fù)測定3次，用Graph Pad Prism 3軟件中的one-way ANOVA對所有數(shù)據(jù)進行方差分析，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用Tukey test進行顯著性分析。P＜0.05表示差異顯著，P＜0.01表示差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 番茄醬用量的確定

番茄醬的添加量決定產(chǎn)品在市場中的價格定位、消費人群及未來發(fā)展前景，是進行調(diào)配酸甜比例的基礎(chǔ)，是制備飲料的關(guān)鍵步驟之一。因此組織20名專業(yè)人士進行感官品評，分別從顏色、氣味和口感3個方面進行比較，從中確定番茄果汁飲料中番茄醬添加量，感官品評評分如表2所示。

表2 感官評定結(jié)果(X±SD，n=20)Table2 Sensory evaluation results

表2 感官評定結(jié)果(X±SD，n=20)Table2 Sensory evaluation results

番茄溶液的濃度Concentration（番茄加入量g）顏色Color（滿分30分）氣味Odor（滿分30分）口感Taste（滿分40分） 得分Score 10 20 30 40 50 60 70 20.1±2.3 28.2±3.2 18.2±3.2 24.3±3.1 25.0±3.4 28.2±0.9 9.9±2.0 23.5±4.1 23.3±3.3 13.3±3.4 28.1±3.2 31.2±4.3 30.1±3.2 10.2±4.5 24.7±5.1 28.3±2.5 18.3±2.6 28.3±4.2 35.2±3.0 38.4±3.6 14.2±4.1 67.3±11.5 79.8±9.0 49.8±9.2 82.7±10.5 91.4±10.7 96.7±7.7 34.3±10.6

由表2可知，20名專業(yè)人員通過顏色、氣味、口感三方面進行衡量，確定添加番茄醬用量60 g，此時番茄果汁飲料顏色鮮明、口感細(xì)膩、風(fēng)味獨特、易被接受。當(dāng)番茄醬的添加量在10～40 g之間時，番茄風(fēng)味不明顯、酸甜比例不協(xié)調(diào)；而番茄醬添加量大于60 g的時候，番茄風(fēng)味又過于濃烈、過于酸澀，不易被接受。通過對比最終確定番茄醬的添加量為60 g。

2.2 番茄果汁飲料中糖度的確定

加入60 g的番茄醬，分別加入60、70、80、90、100、110、120、130和140 g的白砂糖，定容至1 000 g后對各樣品進行感官品評，其感官評價結(jié)果見表3。

由表3可知，加入白砂糖的量在顏色、狀態(tài)、氣味上沒有對番茄果汁飲料起顯著性影響，而在口感上卻有顯著性差異，隨著白砂糖添加量的增加感官評價分?jǐn)?shù)越高，當(dāng)白砂糖添加量超過100 g時候感官評價分?jǐn)?shù)又有顯著降低，證明白砂糖的添加量與番茄果汁飲料的口感在一定范圍內(nèi)呈線性變化，當(dāng)達到最大點時，口感最佳，即加入白砂糖量為100 g。

2.3 番茄果汁飲料穩(wěn)定性的確定

2.3.1 不同膠體的初步確定

選取現(xiàn)有10種單膠體進行篩選，初步選取較適合番茄果汁飲料的穩(wěn)定劑后再進行細(xì)化試驗。各膠體添加量、現(xiàn)象如表4所示。

由表4可知，不同膠體其添加量不同對番茄果汁飲料的穩(wěn)定性影響差異較大，首先排除添加最大量與最小量后其體系均不穩(wěn)定的膠體，即瓜爾豆膠、明膠、刺槐豆膠、卡拉膠、魔芋膠，由于魔芋膠具有異味故也不適合應(yīng)用于果汁飲料中；而結(jié)冷膠成本較高，加入量過多時易產(chǎn)生凍狀物質(zhì)，且番茄果汁飲料的穩(wěn)定性并不是十分理想，故也排除。果膠是一種天然水溶性膠體，可影響到果汁的粘度，是云狀果汁的安定劑，保持云狀果汁如番茄飲料中不溶解微粒的懸??；CMC是一種酸性穩(wěn)定劑，此膠體有很好的懸浮、持水能力，適合與其他膠體復(fù)配使用，并能形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效防止沉淀或分層；黃原膠形成的溶液，不容易產(chǎn)生沉淀和分層，從而達到穩(wěn)定目的；因此主要以PGA、果膠、黃原膠和CMC四種膠體作為研究對象。

表3 感官評定結(jié)果(X±SD，n=20)Table3 Sensory evaluation results

表3 感官評定結(jié)果(X±SD，n=20)Table3 Sensory evaluation results

表4 不同膠體不同添加量的現(xiàn)象Table4 Comparison of different colloid

2.3.2 不同膠體對番茄果汁飲料粘度影響

由圖1可知，不同膠體間與相同膠體不同添加量間對番茄果汁飲料的粘度具有顯著性影響，四種膠體中，PGA、果膠隨著添加量的增加對番茄果汁飲料穩(wěn)定性影響無顯著性差異，其粘度基本保持不變，故選擇PGA和果膠的添加量為0.1%；而CMC隨著添加量的增加粘度反而降低，當(dāng)其添加量較少的時候有分層現(xiàn)象出現(xiàn)，當(dāng)CMC的添加量達到0.5%時，番茄果汁飲料穩(wěn)定性較好；黃原膠的添加量增加粘度依次增大，流動性減弱、上下分層嚴(yán)重，其不同添加量對番茄果汁飲料體系穩(wěn)定性影響差異較大，在添加量為0.3%時，體系穩(wěn)定性最好且粘度適中。

圖1 不同膠體下番茄果汁飲料的粘度Fig.1 Viscosity of tomatoes juice with different colloid

2.3.3 不同膠體對番茄果汁飲料pH影響

由圖2可知，不同膠體及其不同添加量對番茄果汁飲料的pH無顯著性影響。隨著PGA、CMC、果膠、黃原膠添加量的增加，番茄果汁飲料的pH值并無明顯變化。PGA pH 4.17～4.32；黃原膠pH 4.25～4.44；CMCpH 4.46～4.53；果膠pH 4.21～4.31。由于添加四種膠體后番茄果汁飲料的pH值均在酸性范圍內(nèi)變化且差異較小，為不影響粘度的變化故加入量同2.3.1。

2.3.4 不同膠體對番茄果汁飲料可溶性固形物含量影響

由圖3可知，番茄果汁飲料中可溶性固形物含量隨著不同膠體添加量的增加而增大。由于膠體添加量增加其包裹番茄果肉的能力越大，使得番茄果肉分散越均勻、體系越穩(wěn)定。其中，增加黃原膠的添加量對可溶性固形物含量的影響不大；增加果膠、CMC的添加量對可溶性固形物含量有一定影響；而PGA的添加量增大0.9%，其可溶性固形物含量值增加1，由于可溶性固形物含量對番茄果汁飲料體系的穩(wěn)定性無明顯影響，故4種膠體添加量同2.3.1。

圖2 不同膠體下番茄果汁飲料的pHFig.2 pH of tomatoes juice with different colloid

圖3 不同膠體下番茄果汁飲料的可溶性固形物含量Fig.3 Soluble solids of tomatoes juice with different colloid

2.3.5 不同膠體對番茄果汁飲料沉淀率影響

由于本試驗采用原料為番茄醬，其本身細(xì)膩程度較高，再將上述PGA、果膠、黃原膠和CMC四種膠體分別添加0.1%、0.1%、0.3%、0.5%，經(jīng)過15 min，3 500 r·min-1離心后，測得其沉淀率均為0，即這四種膠體均可使番茄果汁飲料體系到達穩(wěn)定狀態(tài)。

2.3.6 不同膠體對番茄果汁飲料粒徑影響

由圖4可知，不同膠體對番茄果汁飲料中的粒徑影響無顯著差異。在4種膠體作用下，番茄果汁飲料的中位徑大小均在100 nm左右，遮光率基本一致，體積和面積平均徑也基本相同，對番茄果汁飲料整體影響無明顯變化，故均可達到要求。

圖4 不同膠體下番茄果汁飲料的粒徑Fig.4 Particle size of tomatoes juice with different colloid

2.3.7 黃原膠和CMC、果膠以及PGA之間相互復(fù)配對番茄果汁飲料穩(wěn)定性影響

各單體對番茄果汁飲料具有較好穩(wěn)定效果，通過2.3.5知黃原膠、CMC、PGA和果膠最佳添加量，故將其兩兩組合對番茄果汁飲料的穩(wěn)定性進行判斷，由圖5可知，膠體兩兩復(fù)配后，對番茄果汁飲料的粘度影響較??；而通過表5可知，黃原膠跟CMC、PGA以及果膠復(fù)配后，在狀態(tài)和口感上均得分較低，出現(xiàn)不同程度的分層和絮狀沉淀，未達到理想狀態(tài)故舍去；而將CMC、PGA和果膠進行復(fù)配后，番茄果汁飲料的狀態(tài)、口感、顏色和氣味均得到較高分值，從而進一步判斷出，適合作番茄果汁飲料的穩(wěn)定劑有CMC、PGA和果膠。

圖5 不同膠體下番茄果汁飲料的粘度Fig.5 Viscosity of tomatoes juice with different colloid

表5 感官評價結(jié)果Table5 Sensory evaluation results

表5 感官評價結(jié)果Table5 Sensory evaluation results

2.3.8 番茄果汁飲料穩(wěn)定體系的優(yōu)化

在單因素實驗的基礎(chǔ)上，對穩(wěn)定效果較好的PGA、果膠、CMC 3種膠體進行綜合研究，選用L9（34）正交實驗研究使得番茄果汁飲料體系穩(wěn)定的最佳配方。

表6 正交試驗因素與水平Table6 Factors and levels

表7 正交試驗結(jié)果Table7 Results of orthogonal test and range analyses

根據(jù)表6～7正交試驗的結(jié)果可知，影響番茄果汁飲料因素由大到小的順序依次為：PGA＞果膠＞CMC，感官評價好、粘度適中、懸浮穩(wěn)定性較小的番茄果汁飲料作為優(yōu)選對象。可見PGA對番茄果汁飲料的穩(wěn)定性起很大作用，對番茄果肉顆粒進行包裹效果較好，因具有良好網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可使其均勻分布在偏酸性體系中；CMC對番茄果汁飲料的粘度具有一定影響，同時也對番茄果肉顆粒的均勻分散起一定作用；而果膠解決了番茄果汁飲料析水問題。綜合分析判斷，最佳番茄果汁飲料的穩(wěn)定配方為：A2B1C2，即PGA添加量為0.2%、CMC添加量為0.6%、果膠添加量為0.1%。

2.5 質(zhì)量指標(biāo)

2.5.1 感官指標(biāo)

色澤：具有橘紅色金屬光澤氣味：番茄味道柔和；口感：酸甜比例協(xié)調(diào)；濃稠度適宜；狀態(tài)：流動性強，狀態(tài)穩(wěn)定

2.5.2 理化指標(biāo)

pH：3.4；可溶性固形物含量：10%；總糖：3.45%；總酸0.0015 g·L-1、總糖69.08 g·L-1、單寧0.0360 g·100 mL-1、蛋白質(zhì)0.0339 mg·100 g-1、膳食纖維0.0063 g·100 g-1、維生素C0.037g·L-1。

2.5.3 微生物指標(biāo)

大腸桿菌、細(xì)菌、致病菌不得檢出。

3 討論與結(jié)論

本試驗采用分子包埋技術(shù)與沉降理論，以番茄醬作為試驗原料，由于番茄醬細(xì)膩程度不同于一般果蔬，故在膠體選擇及工藝的確定上都與一般果蔬汁飲料的制備有很大區(qū)別，通過以粘度、沉淀率、懸浮穩(wěn)定性、pH、可溶性固形物含量及感官品評作為判斷依據(jù)，選取最佳穩(wěn)定劑配方。

番茄醬容易貯藏、運輸方便、可以保證原料的一致性，經(jīng)過加工使番茄紅素的含量高于生番茄中的番茄紅素；以新鮮番茄作為原料其口感較為清新，但是受到季節(jié)的限制，原料不同其成品的口感也會有變化。由于原料不同在穩(wěn)定劑的使用上差別也較大，共同點都是采用多種穩(wěn)定劑復(fù)合使用，不同點是使用穩(wěn)定劑不同、用量不同。

本研究的關(guān)鍵在于穩(wěn)定劑選擇與添加量控制上，穩(wěn)定劑添加量過多影響番茄果汁飲料的口感，穩(wěn)定劑添加量過少穩(wěn)定性不能很好控制，且不同膠體的組合對番茄果汁飲料的風(fēng)味也有一定影響。本研究還在探索怎樣使得番茄中的營養(yǎng)物質(zhì)更好地保留，特別是對番茄紅素的保護問題尚未解決。

本文主要研究番茄果汁飲料的穩(wěn)定性及口感，以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化為目的，利用企業(yè)現(xiàn)有資源生產(chǎn)番茄果汁飲料。確定番茄醬添加量為60 g，加入果汁總量白砂糖量為100 g；確定番茄果汁飲料的穩(wěn)定劑配方為：CMC添加量為0.6%；PGA添加量為0.2%；果膠添加量為0.1%。

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