全葡萄饮料生产工艺参数及配方的研究:
全葡萄饮料生产工艺参数及配方的研究,首先，本实验以产品粘度、pH值、离心沉淀率、稳定程度和感官评价为指标，确 定了全葡萄果汁的基础配方和工艺参数。基础配方为：白砂糖的添加量为9%，柠檬酸
0.105%，乳酸0.095%。最佳加工工艺参数为：磨浆两次；均质两次，一次均质压力为 20MPa，二次均质压力为30MPa，均质温度为60°C。最佳杀菌参数为：121°C、1S。本 实验选取红提葡萄制作葡萄含量为10%的果汁饮料，此时全葡萄果汁固形物含量> 10.0%，pH 值为 3.03。
其次，研究了 9种亲水胶体的质构性能，实验结果表明：在亲水胶体添加量为2.0% 时亲水胶体的弹性大小顺序为：结冷胶>琼脂>黄原胶>魔芋胶>瓜尔豆胶>CMC>高 脂果胶、低脂果胶=PGA，结冷胶和琼脂的弹性最大，凝胶状态呈冻状；亲水胶体硬度 大小顺序为：琼脂>结冷胶>瓜尔豆胶>黄原胶>魔芋胶>CMC>PGA>果胶；亲水胶 体的凝聚性顺序为：CMC>魔芋胶>瓜儿豆胶>高脂果胶>低脂果胶=PGA>黄原胶> 结冷胶>琼脂。
再次，以粘度和离心沉淀率为指标，通过对亲水胶和盐类的单体实验，选择了对全 葡萄果汁饮料稳定性较好的单体亲水胶体，并进行了复配实验，最佳复合稳定剂的配方 为：高脂果胶、结冷胶、黄原胶、瓜尔豆胶、三聚磷酸钠，添加量的比例依次为5: 3: 2: 5: 6，复合稳定剂添加量为2.1%。。此时，产品的粘度为25.1 mPa-S，固形物含量为 彡10%，pH值为3.03，稳定程度98.16%，离心沉淀率为6.05%，产品的体系稳定，口 感爽口，粘度适当，香气浓郁。
最后，采用了显微镜摄像观察法、激光粒度分析法和流变仪法从微观角度初步研究 了均质工艺参数对全葡萄果汁稳定作用的机理。实验结果表明：增大均质压力，增加均 质次数，提高均质温度，有利于全葡萄果汁微粒尺寸的减小，有利于体系更加稳定；体 系在剪切应力逐渐增大时，产品的粘度逐渐减小；当剪切时间逐渐增加时，产品的粘度 呈现逐渐减小的趋势，产品剪切稀化现象明显。
绪论
1.1引言
葡萄，葡萄属落叶藤本植物，掌叶状，色泽因品种而异。人类很早就开始栽培其果 树，几乎占全世界产量的四分之一，营养价值丰富，可制成葡萄汁、葡萄干和葡萄酒。 粒大、皮厚、汁少、优质、皮肉难分离、耐贮运的欧亚品种葡萄又称为提子。葡萄对水 土的适应性很强。盐碱地、沙漠经过适当改良后，都能栽培葡萄。葡萄枝蔓软，便于防 寒，在寒地也能发展。此外，葡萄进入结果期早，寿命长，产量高。一般在定植后的第 二年即可开始结果实，第3至第4年即可获得可观的产量。各地如能因地制宜地发展葡 萄产业，将对改变农村经济面貌和支援国家建设起到积极作用。
葡萄汁很久以来一直被科学家誉为“植物奶”。葡萄汁中的大部分糖分很容易被人 体吸收。多喝葡萄汁能健脾和胃，含有较多的酒石酸，能帮助消化。葡萄汁也是炎症病 人的最好饮品，对体弱的病人、血管硬化和肾炎病人的康复有辅助疗效[1]。目前市销的 葡萄汁多为澄清果汁，这种全葡萄原汁饮料在我国还未开始研究开发，因此我们研究的 全葡萄饮料具有广阔的发展空间。本实验研究的全葡萄果汁饮料是以红提葡萄为原料， 生产工艺不经过过滤除渣，最大限度地提高了原料的利用率，果皮、葡萄籽和纤维素得 到了有效的保留，并且工艺过程简单，适合产业化生产。
众所周知，人体六大营养元素是：蛋白质、脂肪、碳水化合物、无机盐、维生素、 水，这是人体生存所必需的基础元素，也叫基元素。世界卫生组织在全球“人口素质与 健康”调查中发现，发达国家亚健康人群比例在迅速增加，富贵病发病率比例呈倍增速 度增长，长期定向跟踪研究得出，纤维素的缺乏导致肠蠕动减慢，肠内物质硬结，体内 毒素不能够及时排除并被重复吸收回流到身体的各个脏器，导致病变产生，缩短了人体 寿命。纤维素在肠道内可膨胀15〜20倍，在有效软化大便的基础上，能够有效吸收肠 壁上的毒素和油脂，从而使人体内的毒素快速排出体外，确保人体机能健康。世界卫生 组织在2000年正式将纤维素列入人体所必需的营养元素之中，纤维素也成为人体必需 的第七大营养素。
1.2葡萄的营养价值
葡萄不仅味美可口，而且营养丰富。成熟的葡萄浆果中含糖量高达10%〜30%,以 葡萄糖为主。葡萄中的多种果酸有助于消化。还含有多种人体所需氨基酸和矿物质钙、 钾、磷、铁以及多种维生素Bi、维生素B2、维生素B6、维生素C、维生素P等，常食 葡萄可以缓解神经衰弱、疲劳过度。中医认为，葡萄具有补肝胃、益气血、开胃力、生 津液和利小便的功效[2]。《神农本草经》载文：葡萄主“筋骨湿痹，益气，倍力强志，令
-1 - 人肥健，耐饥，忍风寒。久食，轻身不老延年。”葡萄具有广泛的药用和食疗价值，可 以治疗头晕、心悸、脑贫血等疾病[3]。葡萄中的营养成分如下表1.1。
表1.1葡萄的营养成分表(每100克中含量）
Tab. 1.1 The grape of nutrition composition list (per 100g)
成分名称含量(g)成分名称含量(mg)成分名称含量(mg)
水分89.6维生素A8.06蛋氨酸7
蛋白质0.5胡萝卜素50胱氨酸8
脂肪0.4核黄素0.03含硫氨基酸(T)25
碳水化合物9,1尼克酸0.8芳香族氨基酸(T)14
灰分0.4异亮氨酸8苯丙氨酸14
膳食纤维0.4亮氨酸11酪氨酸10
胆固醇0赖氨酸13苏氨酸13
视黄醇0精氨酸38色氨酸6
硫胺素0组氨酸8缬氨酸13
维生素C25丙氨酸18天冬氨酸20
维生素D4.08谷氨酸46甘氨酸11
1.2.1葡萄的保健功能
(1)抗病毒，杀细菌。葡萄中含有天然的聚合苯酚，能与病毒细胞中的蛋白质化合， 使之失去传染疾病的能力，尤其对肝炎病毒、脊髓灰质炎病毒等有很好的杀灭作用。
(2)抗贫血。葡萄中含有抗恶性贫血作用的维生素B12,尤其是带皮的葡萄发酵制成 的红葡萄酒，每1L中含有维生素B12含量12mg〜15mg。
(3)降低胃酸，利胆。现代药理研究证明，葡萄中含有维生素P，口服葡萄种子油15g 即可降低胃酸毒性，口服12g即可达到利胆的作用，因而可治疗胃炎、肠炎及呕吐症状 等。
(4)抗动脉粥硬化。葡萄比阿司匹林能更好的阻止血栓形成，能降低胆固醇和血小板 的凝聚力，可以预防心脑血管病。葡萄中的类黄酮成分是一种功能强大的抗氧化剂，可 以消除体内自由基，抵抗人体衰老[4]。
(5)补益和兴奋大脑神经。在葡萄的果粒中，含有多种有机酸、氨基酸、维生素等成 分，这些成分对于治疗神经衰弱有很好的疗效。
(6)利尿消肿，安胎。据李时珍记载，葡萄的根、藤、叶等有安胎作用，可治疗妊娠 呕吐、浮肿等症状。
(7)养颜抗衰老。葡萄籽中含有原花青素，具有抗酸化和抗氧化的功用，养颜抗衰老
一 2 - 功效远远高于维生素C和维生素E。原花青素进入人体后，很容易被吸收，能在自由基 伤害细胞前将它除去，从而达到紧致肌肤、延缓衰老的作用。
1.2.2白藜芦醇的营养功能
葡萄皮中含有白藜芦醇，是葡萄的功能因子，白藜芦醇(Resveratrol)，属非黄酮类多 酚化合物。自然界中的白藜芦醇以游离态和化合态两种形式存在，游离态白藜芦醇具有 顺式和反式两种形式存在，能抑制发炎物质的运作，有效的缓解过敏症状，与此同时， 白藜芦醇，有防癌抗癌的功能。最早关于白藜芦醇抗癌的研究报道是1997年，美国的 科研人员发现白藜芦醇具有抗肿瘤的功效，表现为对肿瘤的起始、促进和发展三个阶段 均有抑制作用。此后，世界各国科研小组用更多的肿瘤细胞株进行了研究，证明白藜芦 醇确实能诱导肿瘤细胞凋亡。由于白藜芦醇对癌细胞全能性的抑制作用，因此越来越受 到科学家的关注。白藜芦醇的保健功能有以下几点：
(1)通过抑制RNA还原酶与DNA聚合酶的活性来抑制癌细胞的繁殖[5]。当用白藜芦 醇处理健康人正常外周血液淋巴细胞时，作用72h后，与植物凝聚素单独激活外周淋巴 细胞相比，没有测到白藜芦醇可杀死正常细胞的数据。白藜芦醇这种对癌细胞选择性的 杀伤力，它是一种极有前途的治癌新药。
(2)抑制肿瘤细胞。白藜芦醇可以诱导受体在细胞膜上重新分布，进而抑制肿瘤细胞 成长[2]。此外白藜芦醇可以通过抑制在癌细胞中蛋白的表达来促进肿瘤细胞凋亡[6]。
(3)抗氧化、抗自由基、抗突变。白藜芦醇能减少H2O2产生[7]，含有的多羟基芪类 物质大都具有抗氧化、抗自由基、抗突变的作用。
(4)对造成动脉粥样硬化和血栓形成的各种氧化反应起抑制作用，从而显著改善人体 内皮细胞功能。在民间，早已用富含白藜芦醇的中药如虎杖、首乌治疗和预防高血脂症、 动脉硬化。有饮用红葡萄酒习惯的人患心血管疾病的几率大大降低[8]
目前至少已经在21个科、31个属的72种植物中检测出含有白藜芦醇[9]，如：槐属、 葡萄属、百合科的藜属、豆科的落花生属、姚金娘科的桉属等。白藜芦醇在葡萄中的含 量因品种的不同而不同[10]，另外在葡萄不同部位中含量也有差异，葡萄皮中的白藜芦醇 含量很高。
1.2.3花青素的营养功能
花青素(Anthocyanidin)，又称花色素，简称PC。是植物中广泛存在的水溶性天然色 素，花青素主要存在于蓝莓、草莓、葡萄的果皮中。花青素对人体的保健功能如下：
(1)清除自由基，抗氧化活性。PC具有极强的抗氧化活性，是一种很好的氧游离清 除剂和过氧化抑制剂。Provost等[11]用酶学方法发现了多酚类化合物清除自由基的能力 与它们的化学性质和立体化学结构相关，证明含量较少的PC也能有效地清除自由基， 并且葡萄中PC的活性要比其他一些天然抗氧化剂更强[12]。
一 3 -
(2)对心血管的作用。PC可以抗高血压，PC有内皮依赖性血管舒张活性，Fitzpatrick 等[13]在体外实验中发现，PC的浓度为1〜10g.L-1时具有一种对内皮依赖性的血管舒张 的作用。
(3) 对急性肾功能衰竭的保护作用。Stefanovic等[14]的研究表明PC对急性肾功能衰 竭(ARF)模型有保护作用，并且这种保护作用于抗氧化剂的活性有关。
(4)抗癌作用。研究证实，PC对多种癌细胞都具有不同程度的抑制作用。PC的清除 自由基的功效可以使癌细胞无法顺利扩散。与维生素C和维生素E相比，PC具有更强 效的自由基清除作用。
(5)其他药理活性[15]。PC还具有减轻水肿、降低毛细血管通透性、抑制酶活性、保 护肝脏、抗病毒、抗真菌活性、抗溃疡、抗腹泻活性、抗致突变、抗抑郁、促进毛发生 长等功效，对治疗外周静脉功能不全、眼科疾病以及淋巴水肿等疾病均有很好的疗效。
1.2.4原花青素的营养功能
原花青素，简称OPC，是由不同数量的儿茶素和表儿茶素结合而成，主要存在于葡 萄籽中和法国海岸松树皮提取物中，是国际上公认的清除人体内自由基最有效的天然抗 氧化剂，其自由基抗氧化能力是维生素E的50倍，维生素C的20倍，并且人体可以迅 速完全吸收。原花青素对人体的主要作用有[16]:
(1)对毛发的作用。原花青素对毛囊细胞有再生功能，促进毛发生长。目前已经研究 出含有原花青素成分的促进毛发生长的药剂。
(2)抗辐射作用。原花青素的多羟基结构使其具有较强的清除自由基，抑制辐射引发 的脂质过氧化作用，从而起到了抑制氧化损伤的功效。
(3)抗皱纹、增白、保湿作用。原花青素能维护胶原的合成，保护胶原蛋白，改善皮 肤弹性，从而起到了抗皱的作用。原花青素有较强的紫外线吸收性，将黑色素的邻苯二 醌结构还原成酚型结构，使色素褪色，抑制老年斑的形成，从而达到了防晒美白的效果。 此外，原花青素在空气中易吸湿，能与多糖、蛋白质、脂类等大分子形成复合物起到保 湿作用。
1.2.5葡萄籽油的保健功能
在美国10种植物提取物市场份额中，葡萄籽提取物名列第七位。在国外，以葡萄 籽中多酚类物质作为主要活性成分的药剂或食品营养补充剂已深入人们的日常生活[17]。
葡萄籽的含油量在14g/100g〜17g/100g之间，葡萄籽油含有大量的不饱和脂肪酸， 含量高达90g/100g以上。由表1.2可知，葡萄籽油的脂肪酸主要以亚油酸为主，其含量 在58g/100g〜78g/100g之间。亚油酸是人体必需的脂肪酸，曾被命名为维生素F，具有 重要的功能特性，同时，亚油酸是人体合成花生四稀酸的主要原料之一，而花生四稀酸
-4 - 是人体合成前列腺素的主要物质，具有扩张血管、防止血栓形成的作用。葡萄籽中含有 丰富的维生素，特别是维生素E的含量较高。维生素E是生物抗氧化剂，又是体内自由 基清除剂，其侧链与生物膜的多不饱和脂肪酸，特别是花生四烯酸的相互作用，可抑制 不饱和脂质的过氧化。
表1.2葡萄籽油的营养成分表(每100克中含量）
Tab. 1.2 The grape seed oil of nutrition composition list (per 100g)
成分名称含量(g)
月桂酸^0.5
豆蔻酸^0.3
棕榈酸^0.3
棕榈油酸<1.2
硬脂酸3.6-6.0
油酸12-28
亚油酸56-78
亚麻酸<1.0
花生酸<1.0
维生素A8.06
维生素D4.08
维生素 E35.95
维生素K29.41
从葡萄籽油的组成成分看，其脂肪酸组成含量较为合理。此外，葡萄籽油中还含有 维生素A、E、D、K、P及多种微量元素，如钙、锌、铁、镁、铜、钾、钠、锰、钴等。 可以抗衰老、增强体质、增黑毛发、促进生长发育、提高健康水平。因此，葡萄籽油营 养成分丰富，具有很高的营养保健功能和食疗功效，是一种优质的食用油脂。
1.3全葡萄果汁研究现状
1.3.1国内研究现状
目前，我国的葡萄饮料品种较少，主要以澄清葡萄果汁为主，全葡萄果汁饮料还尚 待研发。2000年我国的果汁饮料总产量为60万吨，2005年超过85万吨，年增产率高 达14%。但是在果汁饮料的生产中，纯葡萄果汁的产量还远远不足，许多饮料企业不得 不从国外进口葡萄原汁进行分装生产，因此我国的葡萄果汁产业有很大的市场潜力[18]。 并且我国发展葡萄原汁具有以下优势：
第一，我国拥有较多的优质的葡萄产区，能生产出优质的葡萄原料，生产出的产品
一 5 - 完全可以和国外优质产品相比。
第二，较为低廉的价格。由于原料直接来自产区，且使用的工艺没有过滤除渣等工 艺，所以从原料和工艺方面就降低了成本。
第三，相似的消费习惯，亚洲人喜食含甜味果品。
第四，劳动力充足。中国可以发挥劳动力资源的优势，进行精耕细作，争创优质品 牌产品。
第五，我国葡萄生产总量相对不足，无论从中国人口数量和土地面积上看，还是从 中国目前经济发展情况看，中国葡萄制品还有很大的发展空间。
1.3.2国外研究现状
从20世纪80年代起，世界葡萄产量逐年增加。2005年，世界葡萄总产量约为1630 万吨，葡萄酒产量为2946万吨，年消费量为2386万吨。全球葡萄栽培主要以酿酒葡萄 为主，原有的传统葡萄酒生产国的葡萄栽培面积、产量和贸易量和消费量都逐年增长[19]。 1910〜1913年美国就开始生产加工葡萄汁，1978年时年产葡萄汁38975吨，日本于1904 年开始生产葡萄汁，1983年葡萄汁产量达到1627.9吨。目前葡萄汁的生产和消费主要 集中在意大利、西班牙、瑞士、英国等国家。近年来，许多单位才开始建设了葡萄果汁 生产基地。1980〜1990，全球果汁产量每年上升2.9%。20世纪90年代后，果汁年增长 率达到3.7%，1990年世界果汁饮料产量达到7200万吨，1995年增加到8000万吨，到 2005年产量达到1.5亿吨，其中葡萄汁营养丰富，已成为世界果汁饮料中一个新的增长 点。2005年，全世界葡萄栽培总面积为7925千公顷(1.188亿亩)，总产量6653.3万吨， 葡萄酒年产量2946万吨。世界葡萄栽培面积的80%为酿酒葡萄，11%为鲜食葡萄，其 余9%为制干、制汁和制罐品种。
1.4果汁稳疋性研究现状
本课题所制备的全葡萄果汁是没有除去果皮和葡萄籽的，虽然葡萄中所有的营养物 质都得以全部保留，提高了果汁的营养，但同时也使体系更加趋于复杂，所以体系更加 难以稳定。
1.4.1全汁饮料的稳定体系
目前，有很多关于全果汁饮料的研究，但是，全葡萄果汁饮料却尚未研究，以下是 关于西瓜、猕猴桃、木瓜、番茄等全果汁的研究现状。
任小青[20]以西瓜汁为原料，对影响西瓜汁果粒饮料制备的因素进行研究，通过试验 得出果粒制备时海藻酸钠浓度为1.5%时，与果汁按3: 1的比例混合后，饮料制备时琼脂 浓度为0.2%，果汁浓度10%，添加8%的蔗糖时，产品较佳。司卫丽[21]研究魔芋胶、刺
一 6 —
槐豆胶与黄原胶对悬浮果粒果汁饮料稳定性的影响，确定当魔芋胶、刺槐豆胶与黄原胶 以3: 2: 2比例复配，用量为0.06%时，悬浮果粒果汁饮料的稳定性最好，且黏度适中， 无明显凝胶现象。李加兴等[22]以猕猴桃为原料，研究了猕猴桃果粒果汁饮料的生产工艺 条件，果汁与果粒的最佳配比，采用果葡糖浆和AK糖替代白砂糖，并且对猕猴桃稳定 剂的复配及化胶工艺进行了探讨。采用卡拉胶和结冷胶复合稳定剂，化胶温度控制在85 °C以下，可取得较理想的稳定效果。马立志等[23]最大限度地保存木瓜中的营养功效成分， 使木瓜果汁具有稳定效果最佳。确定了复合稳定剂的最佳配比和最佳生产工艺条件。生 产的木瓜果汁饮料外观形态均匀，流动性好，口感爽滑。在货架期内没有产生果肉沉淀 和上浮现象。王丽娜[24]利用不同均质压力(0、10、20、30和40MPa)、均质次数对苹果浊 汁进行均质，研究均质工艺对苹果浊汁的褐变情况、悬浮稳定性的影响，还对果汁中果 肉颗粒的大小、果汁粘度这两个影响果汁悬浮稳定性的因素进行了探讨。实验结果表明， 在30MPa下均质一次可以得到稳定的苹果浊汁。张丽华以番茄、草莓、胡萝卜和葡萄汁 制成的复合果蔬汁，试验考察了混合型复合果蔬汁的体态稳定性。确定了均质压力为 30MPa时果蔬汁的浊度和不稳定性悬浮物最小，复合稳定剂为：黄原胶0.15%的CMC和
0.05%的果胶0.05%时体系形态稳定[25]。
1.4.2葡萄果汁稳定性研究现状
目前，虽然全葡萄果汁饮料的尚待研发，但是有很多关于澄清葡萄饮料的研究。王 允祥[26]以葡萄皮为原料，将葡萄果皮用0.02%的异Vc钠抗氧化，用0.15%的柠檬酸调 酸后，经过打浆、过滤、调配后均质，均质压力为30〜40MPa,均质温度为35〜40C。 用真空度为脱气机进行脱气，真空度为0.09MPa，时间为20〜50min。灌装后在80〜85 C水浴灭菌10〜15min。产品为鲜亮紫红色，色泽均匀一致，有着原料葡萄特有的香气， 酸甜适口，细腻后味较长。无分层沉淀，稳定性较好。李光普等[27]以玫瑰香葡萄为原料， 添加辅料，生产葡萄果汁，经过过滤、澄清等工艺处理，解决了浑浊、沉淀等问题。
1.5选题的依据和意义
(1)工艺简单。目前市销的葡萄果汁多为澄清果汁，这种全葡萄果汁饮料还未研究开 发，本实验改进了加工工艺，制备过程中保留了葡萄原料中的葡萄果皮、葡萄籽和纤维 素，生产工艺先进，工艺过程简单，最大限度地降低了成本，适合产业化生产。
(2)改善了产品质量。由于产品未经过过滤除渣等工艺，从口感、质量等方面最大限 度地保留了葡萄原有的风味。
(3)合理使用复合添加剂。制备全葡萄果汁饮料的添加剂均为食品级亲水胶，最大限 度地保留了葡萄原有的香气，用白砂糖和复合酸味剂调节酸甜比，用复合稳定剂调节果 汁的粘度，使制备的果汁爽滑适口，稳定性较佳。
-7 -
(4)提高了利用率。原料未经过过滤除渣工艺，100%充分利用原料，合理的利用了 资源。
(5)提高了果汁的营养价值。由于葡萄中的葡萄籽、葡萄果皮和纤维素都对人体具有 多种功效，全葡萄果汁就被赋予了防癌、抗氧化、调节免疫力等多种药用作用。葡萄汁 中的白藜芦醇、原花青素和纤维素被有效的保留，大大提高了果汁的营养价值，赋予了 果汁保健、食疗等多种作用。
1.6主要研究内容
本课题将着重从以下几个方面进行深入和系统的研究：
(1)优化全葡萄果汁制备工艺参数，研究不同磨浆次数、均质压力、均质次数、均质 温度对产品稳定体系的影响，确定最佳杀菌时间，确定产品的基本配方。
(2)研究单体亲水性胶体和盐类对全葡萄果汁体系稳定性的影响，在此基础上，复配 出复合稳定剂的配方。
(3)研究不同种类和不同含量亲水胶体的质构性能，分析不同亲水胶体的质构特性。
(4)从产品体系的微粒尺寸、流变性质来初步探讨全葡萄果汁饮料的稳定机理。
-8 -
2全葡萄果汁基础配方及制备工艺研究 2.1引言
全葡萄果汁饮料是以红提葡萄为主要原料制得的一种果味浓郁、营养丰富、酸甜爽 口的果汁饮料，本课题制备红提葡萄含量为10%的全葡萄果汁。
在果汁的制备和生产过程中，有许多因素可以导致果汁产生沉淀分层和品质下降， 主要因素有：果汁中的果胶酶水解果胶，导致产品粘度降低，使得颗粒沉淀；果汁中的 气体附着在果肉颗粒中，导致颗粒的浮力增大，果汁分层；果胶含量不足，果汁的粘度 小，颗粒因重力作用而下沉；制备过程中，盐类破坏体系的pH值和电性平衡，导致沉 淀；果汁中的颗粒大，因重力作用而沉淀等[28]。要避免这些因素，就要从配方和工艺两 方面进行研究，制备出体系稳定，色泽诱人、口感丰富的全葡萄果汁饮料。本节通过酸 甜配比、磨浆工艺、均质工艺、杀菌工艺、感官品质的研究，确定出适宜于全葡萄果汁 制备的最佳工艺参数。
2.2实验材料与仪器 2.2.1材料和试剂
红提葡萄哈尔滨葡萄王国提供葡萄
白砂糖优级市售
柠檬酸分析纯天津市兴凯化工有限公司
乳酸分析纯广州崇骏化工有限公司
2.2.2仪器和设备
高压均质机实验型1003上海东华高压均质机厂
胶体磨DJM型上海东华高压均质机厂
数显恒温水浴锅HH-S11-2S上海跃进医疗器械厂
分析天平ME5-F德国赛多利斯
电动搅拌器JJ-1 40W金坛市医疗仪器厂
离心分离机TGL-16G上海菲恰尔分析仪器有限公司
pH计PB-10Savtorus
阿贝折光仪上海精密科学仪器有限公司
一 9 一
2.3实验方法
2.3.1全葡萄果汁饮料生产工艺流程
葡萄—挑选(去梗)—洗净—压碎—分离—胶磨—调配—搅拌—
I
细磨—粗磨—固体(主要是籽）
I
—均质—混合—灌装—杀囷—冷却—成品 选用的是红提葡萄，加工全葡萄饮料应选择成熟、色泽鲜艳、无腐烂新鲜、汁液丰 富及无农药残留的新鲜葡萄作原料。为了减少葡萄梗带来的异味，应该先去除葡萄梗， 然后准确称量后，用清水浸泡冲洗干净。红提葡萄洗净后，要先进行破碎，去除葡萄籽， 防止葡萄籽过硬磨损均质机的定子和转子，将分离出的果肉和果皮用胶体磨磨两遍。葡 萄籽用粉碎机粉碎两遍，使粒度达到200目。在500mL锥形瓶中加入准确称取后的优 级白砂糖和复合稳定剂，充分混合白砂糖与复合稳定剂，使复合稳定剂分散，防止化胶 时稳定剂结块，加入定量的纯净水，放入恒温水浴锅中，并用电动搅拌器搅拌20min至 白砂糖与复合稳定剂全部溶解[29]，化糖和化胶温度为80°C。将化好的胶与去籽葡萄果 汁混合，然后称取柠檬酸与乳酸，用去离子水溶解后，将柠檬酸和乳酸分别缓缓加入到 果汁中，使去籽的葡萄饮料的酸甜可口，搅拌15min。调节均质压力，将搅拌均匀的去 籽葡萄饮料均质，注意防止均质机空转。然后将破碎后的葡萄籽与去籽葡萄饮料混合均 匀，将混合好的全葡萄饮料灌入洁净的瓶内并拧紧旋盖，保证密封，贴标签。将瓶放入 灭菌锅内，升温杀菌。待冷却后取出全葡萄果汁饮料，放置于空气中，自然冷却至室温。 样品冷却后即可进行观察和测定指标。
2.3.2测定指标与方法
(1)粘度测定
使用DV-C数显黏度计在室温下测定3次，取平均值。
(2)酸度测定
将pH计校正后，在室温下测定3次，取平均值。
(3)固形物含量测定
使用阿贝折光仪在室温下测定3次，取平均值。
(4)沉淀率测定
取定量全葡萄果汁于离心管中，以3000r/min离心10min，倾去上清液，以沉淀率 SR(sedimentation rate)表示体系的稳定性，SR值越大，稳定性越差。说明离心后全葡萄 饮料中的悬浮物沉降的越多，则全葡萄饮料越不稳定。
-10 -
SR = (^1) xl00% m2
其中，％，m2分别为样品溶液离心后沉淀物的质量和离心前样品溶液的质量，单
位：g。
(5)稳定程度测定
使用离心分离机将样品在3000r/min离心lOmin后，分别取离心后的上清溶液和红 提全葡萄饮料，在不同的波长下测定吸光度值，选择最佳波长，确定350nm为最佳波长 后，在350nm处测定吸光度值。
x100%
离心后上清液的吸光度值 全葡萄饮料的吸光度值
2.3. 3感官评定方法
采用中央定位测试法与消费者品评问卷调查相结合[30]。全葡萄果汁共设5个指标， 分别为：甜度、酸度、香气、粘稠度、以及整体喜好性。满分为100分，口感最好得分 为90分，最差为10分，每个指标分别设定五个分数段：非常不喜欢(10分)、不喜欢(30 分)、不喜欢也不讨厌(50分)、喜欢(70分)及非常喜欢(90分)。本试验品评中每个样品参 与品评人数均为90〜100人次，最后样品得分以总得分/总人数计。调查地点为哈尔滨东 金集团和齐齐哈尔大学。
表2.1全葡萄果汁消费者品评问卷 Tab. 2.1 Consumer evaluation questionnaire of all-grape juice
姓名：日期：性别：口男口女年龄：口 20岁以下口 21-24岁口 25-28岁口 29岁以上 说明：这里有五杯不同的全葡萄果汁样品，请在个别品尝完后，依您个人的喜好针对全葡萄
果汁样品的整体喜好性在适当的位子打0。
样品编号：
非常不喜欢 (10〜20)有点不喜欢 (20 〜40)不喜欢不讨 厌(40〜60)有点喜欢 (60 〜80)非常喜欢 (80 〜90)
甜度
酸度
粘稠度
香气
整体喜好性
-11 -
2.3.4菌落总数检测
采用国标方法:GB/T478922008。
2.4结果与讨论
2.4.1全葡萄果汁酸甜比的确定
白砂糖在果汁饮料中起着重要的作用，基本的糖添加量是构成饮料口感的骨架，同 时也有助于蛋白类等物质的稳定。然而过量的糖添加对人体健康有着不同程度的影响， 因此确定一个基本的糖添加量，既保持了全葡萄果汁的稳定性和口感风味，同时又使消 费者接受是十分必要的。在果汁饮料中，糖和酸的种类、含量决定了他们的风味[31]，利 用酸味剂可以改善果汁风味，使果汁色泽鲜艳，并具有调香的作用，因为，许多酸味剂 都具有特定的香味，如磷酸可以辅助可乐的香味，苹果酸可以辅助许多果蔬饮料的香味， 运用好酸味剂可以修饰白砂糖的甜味，并防止在生产过程中，因蔗糖析出而产生发砂现 象。此外，酸味剂还可以调节饮料的pH值，有效抑制有害细菌的繁殖。因此，选择合 适的甜味剂与酸味剂，对果汁的口感和质量至关重要。
本实验使用白砂糖、柠檬酸和乳酸复配作为甜味剂和酸味剂。柠檬酸为白色颗粒状， 易溶于水，酸味纯正，温和芳香，是有机酸中最可口的，广泛应用于果酱、糖果、罐头、 糕点馅中。乳酸为无色或微黄色的糖浆状液体，具有特异收敛性酸味，所以使用的范围 没有柠檬酸广泛，但是，当柠檬酸与乳酸复配使用时，可以取长补短，既弥补了柠檬酸 的苦涩味，又使乳酸的酸味更加温和。
表2.2全葡萄果汁中不同含量的酸与白砂糖添加量的研究 Tab. 2.2 The study of different contents of acid and sugar in all-grape juice
编号酸的名称酸的用量(°%)白砂糖含量
5%6%7%8%9%
1柠檬酸
乳酸0.105
0.095无味、较淡无味、较淡酸度不足风味不足葡萄风味好
2柠檬酸
柠檬酸0.1075
0.10%无味、较淡无味、较淡后味涩风味不足味涩
3乳酸0.075%无味、较淡无味、较淡酸度不足风味不足后味涩
柠檬酸是柠檬、柚子、柑橘等存在的天然酸味的主要成分，具有强酸味，酸味柔和 爽快，入口即达到最高酸感，后味延续时间较短。具有良好的防腐性能，能增强抗氧剂 的抗氧化作用，延缓油脂酸败，能抑制细菌增殖。此外，柠檬酸具有很强的螯合金属离 子的能力，可作色素稳定剂，防止果汁褐变。乳酸具有特异收敛性酸味，后味涩，因此
-12 - 应用范围受到一定的限制，乳酸具有较强的杀菌作用，能防止杂菌生长，抑制异常发酵 作用。当柠檬酸与乳酸达到一定配比时，可使乳酸的涩味消失，使酸味更加爽口、柔和。 如表2.2所示，随着白砂糖含量的增加，使甜味增加，葡萄风味更加饱满，浓郁。而当 白砂糖添加量较少时，全葡萄饮料风味不足，由此可知，白砂糖的甜味有助于增加全葡 萄果汁的葡萄风味。当柠檬酸含量为0.105%，乳酸含量为0.095%，白砂糖添加量为9% 时，全葡萄果汁酸甜度最佳，pH为3.03。
2.4.2磨浆工艺参数的确定
磨浆工艺中，采用胶体磨对产品进行粉碎，胶体磨又称分散磨，主要用于粘度较大 料液的均质处理。胶体磨工作构件是由一个固定的定子和转子组成，当物料进入时，由 于转子的高速旋转，使附于转子面上的物料速度增大，而附于定子面上的物料速度为零， 因此产生一个很大的速度梯度，使物料受到强烈的剪切作用而产生湍动，从而产生超微 粉碎作用。本实验将全葡萄果汁分别用胶体磨磨浆1、2、3、4次，在20MPa下常温均 质一次后，对样品的沉淀率进行分析。
由上图2.1可知，随着磨浆次数的增加，沉淀率逐渐下降，当磨浆两次时，沉淀率 达到4.6%以下，已达到均质机粒度要求，磨浆次数增多，会增加车间设备、电能、人 力等资源的浪费，所以确定对产品磨浆2次，既可使产品沉淀率达到要求，也节约了生 产成本。
2.4.3均质工艺参数的确定
均质工艺中，用高压均质机将调配后的产品进行湿法粉碎，制备成均匀扩散的乳化 液。高压均质机的原理是利用高压使料液高速流过狭窄的缝隙而受到强大的剪切力、撞 击力和空穴力。使物料中固体颗粒的粒径受压而破碎，从而将产品进行细化混合，促进
-13 - 液-液乳化及固-液分散，提高了产品的均匀性，减少了因悬浮颗粒大而产生的分层现象， 使生产出的产品具有细腻的口感，产生一种未均质半成品所没有的特殊风味，提高产品 的质量[32]。
果汁中颗粒的平衡取决于三个作用力：重力、浮力和上浮下沉运动中于运动方向相 反的阻力，分散液滴上浮或下降速度可用Stockes方程表示：
v = 8(Pl ~ p2、D(Re<0.4)
其中，v—沉降速度
n一分散介质黏度 内，内一分散相和连续相的密度 D一分散粒子直径 8 —重力加速度
由stokes定律可知，要减小沉降速度，只能减小颗粒的直径，因为方程式中其他量 均为定值，v与D2成正比，颗粒直径的减小将显著降低沉降速度。均质是提供一个耦合 作用力，把数量相对较大的颗粒粉碎成无数接近于液体分子大小的微粒，使微粒稳定、 均匀地分散在液体介质中而不发生分离[24]。研究中发现，均质工艺是影响葡萄全汁品质 的关键因素之一。于是本文采用不同的均质条件(压力、次数、温度)对葡萄全汁进行均 质，找出了最佳的均质条件，并研究了均质参数对全葡萄饮料品质的影响。
(1)均质压力的确定
将破碎后的红提葡萄磨浆2次后，调配，定容，分别在0、5、10、15、20、25、30、
35、40、45MPa压力下均质，其稳定性进行对比，均发生了显著性的变化。实验结果如 下图2.2〜2.6所示。
14 -
6 •
5 •
4 h 3 •
2 •
1 •
0 -
051015202530354045
均质压力/MPa
ss=/鹋穢
051015202530354045
均质压力/MPa
图2.4均质压力对产品黏度的影响 Fig. 2.4 Effects of homogeneous pressures on the viscosity
08642086
%/_邻齧聆画
-15 -
051015202530354045
均质压力/MPa
图2.5均质压力对产品固形物含量的影响 Fig. 2.5 Effects of homogeneous pressures on the soluble solids content
图2.3均质压力对产品pH的影响 Fig. 2.3 Effects of homogeneous pressures on the pH
图2.4可知，果汁的粘度随着均质压力的增大呈现先上升后下降趋势，20MPa时粘 度达到最高，20MPa〜30MPa时葡萄果汁的粘度逐渐下降，并逐渐趋于稳定，这是因为 全葡萄饮料体系的温度随着剪切力的增加而逐渐上升，促使果汁体系的粘度降低[33]。由 图2.6可知，均质压力为0MPa与均质压力较大的全葡萄饮料相比，离心沉淀率有显著 改善，这表明较大的均质压力对全葡萄果汁饮料的稳定起到了重要的作用。由图2.2可 知，当均质压力达20MPa时稳定性最好，并且呈现先上升后下降趋势，这是因为体系 的稳定性主要受到两个因素的影响：一方面是一定均质压力时，体系受到的剪切、空穴 和撞击作用，促使颗粒变小，提高了果汁的悬浮稳定性；另一方面是当均质压力增大时， 体系的温度和剪切力上升，体系的粘度便会下降，从而降低了果汁的稳定性[34]。此外， 在不同的均质压力下，全葡萄饮料的酸度均在3.0左右，说明均质压力对全葡萄饮料的 酸度没有影响。综合均质压力对粘度、稳定程度、离心沉淀率的影响，确定均质压力为 20MPa时，全葡萄饮料的稳定性最佳。
(2)均质次数的确定
因为产品在数十微秒内通过均质阀时，必然有一些微粒没有经过剪切、空穴等作用， 所以，一次均质未必能够使产品达到良好的稳定效果。因此本实验研究对产品进行多次 均质，研究产品的稳定性。本实验分别在20MPa均质压力下均质1次、2次、3次、4 次，以产品沉淀率、稳定程度、粘度、固形物含量、pH值作为考察指标，实验结果如 下图所示。
-16 -
o o o o
8 6 4 2
%/鹧靶佃贈
Ha
均质次数/次
图2.7均质次数对产品稳定程度的影响 Fig. 2.7 Effects of the homogeneous times on the stability
2 0 8 6 4
smd=/鹧鵪
均质次数/次
图2.8均质次数对产品pH的影响 Fig. 2.8 Effects of the homogeneous times on the pH
均质次数/次
图2.9均质次数对产品黏度的影响 Fig. 2.9 Effects of the homogeneous times on the viscosity
-17 -
均质次数/次
5 4 3 2 1
%/齋惩运3、褪
图2.10均质次数对产品固形物含量的影响 Fig. 2.10 Effects of the homogeneous times on the soluble solids
0 L
1234
均质次数/次
图2.11均质次数对产品离心沉淀率的影响 Fig. 2.11 Effects of the homogeneous times on the precipitation
从图2.8和2.10可知，均质次数对产品的pH值和固形物含量无影响。从图2.11可 知，均质2次以上的全葡萄饮料离心沉淀率明显低于均质1次的产品，随着均质次数增 多，产品的沉淀率逐渐下降。说明均质次数越多，产品的稳定性越好。由图2.7可知， 均质次数越多，产品稳定程度越平稳，但超过两次以上均质，稳定程度提高效果并不显 著，经过2次均质，全葡萄体系中的绝大部分微粒能够得到均匀有效的粉碎。根据Stocks 公式，固体颗粒的沉降速度与其粒径成正比，因此粒径的减小有助于提高体系的稳定性。 由图2.9可知，均质3次时，产品的粘度明显下降，增加均质次数后，粘度上升，主要 是由于随着均质次数的增多，溶液的离子半径逐渐变小，表面积增大，分子体积增大， 相互作用的概率增大，吸附的水分子增多，所以导致溶液粘度在均质4次时反而增大。 从节能角度、产品的粘度、稳定性等因素考虑，本实验有理由确定最佳均质次数为2次。
(3)二次均质压力的确定
本实验确定磨浆两次，第一次均质压力为20MPa，第二次均质压力分别为0、5、
-18 -
10、15、20、25、30、35、40、45MPa，第一次均质压力和第二次均质压力两两组合，
进行均质实验。
7〇
〇 5 1〇 15 2〇 25 3〇 35 4〇 45
均质压力/MPa
图2.12均质压力对产品稳定程度的影响 Fig. 2.12 Effects of homogeneous pressures on the stability
7 - 6 - 5 -
4 >♦♦♦♦♦♦♦♦♦
3 - 2 - 1 -
〇 5 1〇 15 2〇 25 3〇 35 4〇 45 均质压力/MPa
图2.13均质压力对产品pH的影响 Fig. 2.13 Effects of homogeneous pressures on the pH
3〇 •
o o 2 1
smd=/鹧罢
〇
05 1〇 15 2〇 25 3〇 35 4〇 45
均质压力/MPa
图2.14均质压力对产品粘度的影响 Fig. 2.14 Effects of homogeneous pressures on the viscosity
-19 -
8 6 4 2 0
5
4
40
4 3
30
5
2
20
5
o
均质压力/MPa
图2.15均质压力对产品固形物含量的影响 Fig. 2.15 Effects of homogeneous pressures on the soluble solids content
从图2.14可以看出，当固定第一次均质压力为20MPa时，第二次均质压力为2〜 15MPa时较平稳，且粘度较大，当二次均质压力增加到20MPa时，粘度降低幅度较大， 并达到最低点，由于影响粘度的因素主要有溶液的浓度、温度、pH值、协同作用、剪 切力等，在其他因素不变的条件下，随着剪切力的增大，溶液的粘度有变小的趋势。当 均质压力增加到30MPa时，粘度有所上升，并逐渐趋于平稳。从图2.16和图2.12可以 看出，二次均质压力对离心沉淀率的影响不大，在均质压力为30MPa时，离心沉淀率 达到最小值，并且产品较稳定。考虑到实际生产中，第一次均质时，物料颗粒较粗，若 均质压力过高，对均质机的均质阀磨损较大，且易堵塞均质阀，长久如此会降低设备性 能，并影响生产的稳定性。以沉淀率作为考察指标，沉淀率越小产品体系稳定性越好， 所以，当选择一次均质压力为20MPa时，二次均质压力要大于一次均质压力，结合图 2.12、2.14和2.16可以得出结论：二次均质压力为30MPa产品的稳定性，口感最佳。
-20 -
(4)均质温度的确定
有很多因素会影响产品的粘度，例如亲水胶体的类型、结构、分子量和浓度，加工 工艺过程中产品的温度、pH值、剪切力的大小等[35]，选择适当的均质温度有利于改良 产品的粘度，提高产品的品质。本实验在磨菜两次，一次均质压力为20MPa，二次均质 压力为30MPa时，分别在20、30、40、50、60、70、80C下均质，实验结果如下图所
/示。
7 - 6 - 5 -
4 F♦•###♦
3 - 2 - 1 -
203〇4〇5〇6〇7〇8〇
均质温度/c
图2.18均质温度对产品pH的影响 Fig. 2.18 Effects of homogeneous temperature on the pH
-21 -
5 0 5 0 2 2 11
20304050607080
均质温度/C
o 6 2 8 4 C 2 11
%/_邻齧聆画
20
30
40
50
60
70
80
图2.19均质温度对产品黏度的影响 Fig. 2.19 Effects of homogeneous temperature on the viscosity
均质温度/°C
图2.20均质温度对产品固形物含量的影响 Fig.2.20 Effect of homogeneous temperature on the soluble solids content
20304050607080
均质温度/C
图2.21均质温度对产品离心沉淀率含量的影响 Fig. 2.21 Effects of homogeneous temperature on the precipitation rate
-22 -
由图2.19可知，在固形物含量相同时，均质温度对产品的粘度影响较大。全葡萄饮料生产工艺参数及配方的研究,随着均质 温度的升高，产品的粘度也不断增大，当均质温度为60°C时，产品的粘度最大，当均质 温度继续升高时，产品的粘度逐渐下降，这是因为过高的温度使分子运动速度加快，亲 水胶体水解速度提高，高分子的亲水胶体降解。由图2.17、2.18、2.21可知，当均质温 度为60C时，产品的稳定程度，离心沉淀率和pH均较佳。产品的温度高，饱和蒸汽压 也高，均质时空穴就很容易形成，均质效果就会提高，产品就越稳定。但是，过高的温 度会破坏均质阀，并且导致产品粘度下降。综上所述，确定均质温度为60C最佳。
2.4.4杀菌工艺参数的确定
果汁的香味是感官评价质量的重要因素之一，许多食品原料本身含有一些香味化合 物，比如一些分子质量小的醇、酚、酮、酯和萜烯类化合物都具有特殊香味，果汁在加 工中，关键在于怎样保持果汁原有的风味。而实际生产过程中有许多因素可以导致果汁 变味，如贮藏环境不良、原料的新鲜程度不佳、过长的加工工艺、调配比例不当、氧化 和褐变反应、加工容器不当等[36]。为了防止果汁的变味，生产出果味浓郁的产品，应该 采取多种措施，首先要选择新鲜的原料、要合理调配；其次要尽量使用不锈钢容器，防 止铜的污染使抗坏血酸氧化；最重要的是，要杀灭果汁中的致病菌、腐败菌以及其他病 原微生物，同时避免过高的温度和过长的时间使果汁的色泽、质地和风味发生变化，营 养成分流失，降低了食用和商用品质。实验选用不同杀菌时间和杀菌温度，制备两个产 品平行样品I和II，检测菌落总数时，每个样品做三次平行试验。实验结果见表2.4。
表2.4 1mL全葡萄果汁在不同杀菌温度下维持不同时间后的微生物残留数 Tab. 2.4 The microbial residues of 1mL all-grape juice at different temperature for different time
时间培养皿现象I：1 2菌落数(个） I3 II 1I2I3
100C/30s多菌71214131517
100C/5min菌落少，少量气泡000358
100C/2 min菌落较少，气泡多083963
108C/10 min菌落较少，少量气泡301575
108C/5 min菌落较少，少量气泡081014
110C/15 s无菌落，气泡多040310
110C/1 min无菌落，少量气泡000000
115C/15s少量气泡000000
121C/1s无菌落，无气泡000000
国家对果汁的卫生标准是，每毫升全葡萄果汁中微生物总数不超过100个。从表2.4 可以看出，每组杀菌时间和温度均符合国家标准，但是，为了保证产品的货架时间，保
-23 - 持产品的色泽、香气和口感，避免长时间杀菌产生熟味感，应该选用高温瞬时杀菌。当 温度达到110°c杀菌1min时，产品就达到无菌状态，但是培养皿仍有气泡，仍有危险性, 因此也不能作为产品的标准杀菌时间和温度。所以确定全葡萄果汁饮料在121°C保持1s， 可以达到商业无菌状态，满足国家标准对全葡萄饮料制品的卫生要求。并采用高温瞬时 杀菌，有利于全葡萄果汁的色香味及营养成分的保持。
2.5本章小结
1、在10%的全葡萄果汁饮料中，确定柠檬酸的添加量为0.105%，乳酸的添加量为
0.095%，白砂糖的添加量为9%，此时，果汁pH值为3.03。
2、 工艺参数的确定：用胶体磨磨浆2次，一次均质压力为20MPa，2次均质压力 为30MPa，均质温度为60C，此时，产品的固形物含量为10.51%，离心沉淀率为6.15%， 稳定程度为91.46%，粘度为23.9mPa-S。
3、 确定出全葡萄饮料保质期为9个月的杀菌条件：包装后的物料在121C下保持 1s，自然(空气)冷却。
24 -
3亲水胶体质构性能的研究
3.1引言
在食品中广泛用作胶凝剂、稳定剂、持水剂、悬浮剂功能的大部分是各种亲水胶体， 它们能溶于水形成一定粘度的大分子物质，以多糖为主，由于亲水胶所组成的单糖比例、 分子量、成键方式的不同而呈现不同的功能[37]。食品的质构性质是食品的一个关键品质 特性，能够根据样品的物性特点做出数据化的准确表述。对于研发人员和感官评定人员 来说，食品的质构性能具有一定的指导意义。早在1963年，美国Szczesniak博士研究 小组提出了最早的分类方法。将食品的质构特性分为力学特性、几何特性和其他特性。 1969年，舍曼将食品的质构性质按照摄食次序进行分类，即入口前、入口初期、咀嚼过 程、咀嚼后残余等四个阶段[38,39]。在Sherman质地分类中，分为一级、二级、三级特性。 一级特性是食品的基本性质。二级特性是流变学性质，如黏性、弹性、黏附性能等。三 级热性分为三类：（1)与咀嚼过程有关的性质：软硬度、易碎性、脆性、光滑、粗糙等。 (2)嚼碎性质：胶黏性、油腻、拉丝性。（3)咀嚼以外的特性：外观、取样与切片性质、 倾倒性等。
3.2实验材料与仪器
3.2.1材料和试剂
羧甲基纤维钠FH9嘉吉亚太食品有限公司
果胶106烟台安得利果胶有限公司
果胶YM-105H烟台安得利果胶有限公司
海藻酸丙二醇酯食品级青岛明月海藻集团
魔芋胶食品级襄樊惠葡生化科技工程有限公司
结冷胶HM-B美国 Cpkelco
黄原胶食品级嘉吉亚太食品有限公司
瓜尔豆胶食品级深圳原维持公司
琼脂粉食品级上海蓝平实业有限公司
3.2.2仪器与设备
数显恒温水浴锅HH-S11-2S上海跃进医疗器械厂
分析天平ME5-F德国赛多利斯
电动搅拌器JJ-140W金坛市医疗仪器厂
质构仪QTS-25美国博乐飞仪器厂
-25
3.3 实验内容
3.3.1胶体的制备
在分析天平中准确称取不同质量的食品胶，放入烧杯中，加入100mL去离子水， 用电动搅拌器搅拌，在水浴锅中80°C恒温水浴15min后取出，冷却至室温。
3.3.2质构性能的测定
质构仪选择圆形玻璃探头，对每组样品分别进行探头测定，每次测样品时，探头应 在样品中间，不应贴碰到烧杯内壁。测定条件设定如下：探头下行速度为30mm/min， 探头返回速度为30mm/min，下行距离为20mm，每次数据采集量为200,样品为100mL， 每种样品要重新化胶，平行测定3次，不能用测定后的胶体重复测定，因为重复测定时 质构仪的探头已经破坏了胶体的物理结构形态，重新测定会导致数据失准。主要测定样 品的硬度、凝聚性、弹性、形变等质构性能。
3.4结果与讨论
3.4.1不同亲水胶体弹性的研究
弹性是产品变形后恢复程度的属性，这个属性相当于产品形态的稳固性和产品的胶 粘性。将物体压缩一定程度，取消压力后恢复的程度，恢复越好则弹性越大[40]。本实验 选择9种亲水胶体进行实验，分别研究9种胶体在不同添加量时的弹性变化，实验结果 如下图3.1所示。
由图3.1可知，结冷胶的弹力最大，由于低酰基结冷胶能在低浓度下形成较脆的凝
-26 - 胶，而高酰基的结冷胶则形成柔软的有弹性的热可逆胶体[41]。所以，可以确定我们使用 的是高酰基的结冷胶。此外琼脂的弹性也较好，这是琼脂口感粘滑的重要原因，琼脂冷 却后的凝胶状态为冻状，这也说明了琼脂的稳固性较好，在较多添加量的情况下，可以 形成有弹性的冻状胶体，适合果冻、糕点、果酱等食品的加工。而CMC在溶液中添加 量为2.0%时才有弹力，且较小。PGA、高脂果胶和低脂果胶的弹力在添加量为0.5〜2.0% 时均为0。说明，在这一添加范围内，胶体成为液体或糊状，稳固性不强。在添加量为 2.0%时亲水胶体弹性大小顺序为：结冷胶>琼脂>黄原胶>魔芋胶>瓜尔豆胶>匸厘。 >果胶=PGA
3.4.2不同亲水胶体硬度的研究
硬度是样品受到压力的变形所需要的力，硬度决定了胶体受压力后恢复的难易程度 及被咀嚼的难易程度[42]。
表3.1不同亲水胶体硬度的对比
Tab. 3.1 The comparsion of the hardness of the different hydrocolloids
不同亲水胶体添加量的硬度(g)
亲水胶体添加量(％)0.51.01.52.0
结冷胶32.5123.4157.7185.1
琼脂85.6486.2770.41393
高脂果胶1065.25.25.65.4
低脂果胶YM-105H5.25.25.65.4
也对比了两种果胶，其硬度基本相同，且硬度值均较小，随着添加量的增多，硬度
-27 - 基本不变，在5.4g左右。而琼脂和结冷胶父的硬度最大，在弹力实验中，琼脂和结冷胶父的 弹力也是最大的，在化胶的过程中，琼脂冷却后为冻状，发生脱水收缩，琼脂的质地发 脆，可以与卡拉胶复配使用，克服这些缺点，得到柔软有弹性的制品。CMC与PGA的 硬度几乎相同，两种果胶硬度相同，且随着添加量的增多，硬度基本不变，CMC 口感 柔滑爽快。增强实感，有良好的悬浮承托能力，可以保持产品的浓度、口感、风味均一 性。本实验选用硬度较小的胶体，提高产品的粘度，但是，如果产品的状态不够稳定， 可以选择硬度较大悬浮力较强的胶体[43-45]。在添加量均为2.0%时，亲水胶体硬度大小 顺序为：琼脂>结冷胶>瓜尔豆胶>黄原胶>魔芋胶> CMC >PGA>果胶。
3.4.3不同亲水胶体凝聚性的研究
样品越稠厚、凝聚性越大，对探头下压时的抵抗力越大，说明样品爽滑性、细腻度 差。但是，同时也说明了样品的粘度较高，对产品有增稠作用[46,47]。
由图3.4可知，CMC、魔芋胶和瓜尔豆胶的凝聚性较大，说明这三种胶体比较稠厚， 粘度较高，同时也说明了这三种胶体的爽滑性较差，但是对于果汁饮料的研究中，对产 品有较强的增稠作用。由图可知，琼脂的凝聚性较差，说明琼脂虽然稳定性好，对产品 有定型的作用，但是粘度很低，有硬而脆的质构特性。所以对产品的增稠效果不大，而 定型效果明显。结冷胶的凝聚性也较小，说明粘度较低，说明结冷胶具有优良的质地和 口感，凝胶是脆性胶，食用时会有入口即化的感觉。在添加量为2.0%时，样品的凝聚 性顺序为：CMC>魔芋胶>瓜儿豆胶>高脂果胶>低脂果胶=PGA>黄原胶>结冷胶> 琼脂。
51 1.52
亲水胶的添加量/%
瓜尔豆胶口黄原胶■ CMC
PGA一一结冷胶-1-琼脂
低脂果胶-□一高脂果胶-0—魔芋胶
图3.4不同亲水胶的凝聚性对比 Fig. 3.4 The comparsion of the deformation of the different hydrocolloids
-28
3.5本章小结
1、在添加量为2.0%时亲水胶体弹性大小顺序为：结冷胶>琼脂>黄原胶>魔芋胶 >瓜尔豆胶>0厘〇果胶=PGA。结冷胶和琼脂的弹性最大，凝胶状态呈冻状。
2、在添加量均为2.0%时，亲水胶体硬度大小顺序为：琼脂>结冷胶>瓜尔豆胶> 黄原胶>魔芋胶>CMC>PGA>果胶。
3、在添加量为2.0%时，样品的凝聚性顺序为：CMC>魔芋胶〉瓜儿豆胶〉高脂果 胶>低脂果胶=PGA>黄原胶>结冷胶>琼脂。
4、结冷胶和琼脂的凝胶弹性和硬度较大，质地硬而脆，适合最果冻、果酱等产品， 可以提高的爽滑感，对产品有定型作用。CMC、魔芋胶、瓜尔豆胶的凝胶黏性较大，对 产品有较强的增稠作用，而弹性和硬度均较小，爽滑性差。
-29
4多糖亲水胶及盐类对全葡萄果汁稳定性的影响
4.1引言
多糖亲水胶体分为天然和化学合成两类。天然亲水胶有瓜尔豆胶、果胶、琼脂、黄 原胶、结冷胶、明胶、甲壳素等，主要是从植物、动物、微生物代谢提取的；化学合成 亲水胶主要有CMC、微晶纤维素、变性淀粉等，是以天然物质为基础经过化学合成的 食品胶。亲水性食品胶分子中有许多亲水基团，如羟基、羧基、氨基等，能与水发生水 化作用，形成高粘度的单相均匀分散体系，所以多糖亲水胶对于增强食品中黏性固形物 的强度、提高产品的组织性能、提高食品质量和档次，调整食品营养结构，全葡萄饮料生产工艺参数及配方的研究,发挥着极其 重要的作用[48]。盐类有对食品的品质改良的作用，能通过保水、粘结、填充、增塑、稠 化、改善流变性能和螯合金属离子来改善食品的品质。盐类还能与亲水胶体复配产生协 同增效作用，是改良食品感官不可缺少的配方[49]。
在体系刚刚达到稳定状态时或乳化刚刚结束时，果汁的稳定性存在一个短期稳定性 的问题，短期稳定性是果汁制备成功与否的关键因素，在胶体磨和高压均质机进行操作 的过程中，果汁体系会发生两种变化趋势[50]:—是产品颗粒变小，体系均匀稳定；二是 发生凝絮，液滴不断聚集变大，没有降低颗粒的尺寸，反而导致果汁分层。因此，应该 避免发生絮凝，在制备配方的过程中添加合适的稳定剂，获得良好的短期稳定性，并且 长期观察果汁体系的现象，分析、归纳、总结出适合全葡萄果汁饮料的稳定剂。
为了制备出体系稳定、口感良好的产品，本实验挑选出多种适合酸性饮料的稳定剂， 采用单体实验筛选出适合的稳定剂，再进行大量的复配实验，最终确定最佳复合稳定剂 的配方。
4.2实验材料与仪器 4.2.1材料和试剂
红提葡萄哈尔滨葡萄王国有限公司
蔗糖优级市售
羧甲基纤维钠FH9嘉吉亚太食品有限公司
果胶106烟台安得利果胶有限公司
果胶YM-105H烟台安得利果胶有限公司
海藻酸丙二醇酯食品级青岛明月海藻集团
魔芋胶食品级襄樊惠葡生化科技工程有限公司
结冷胶HM-B美国 Cpkelco
-30
黄原胶食品级嘉吉亚太食品有限公司
瓜尔豆胶食品级深圳原维持公司
琼脂食品级上海蓝平实业有限公司
柠檬酸钠分析纯山西华康化工股份有限公司
六偏磷酸钠分析纯天津南开化工厂司
三聚磷酸钠分析纯天津南开化工厂
4.2.2仪器与设备
高压均质机实验型1003上海东华高压均质机厂
胶体磨DJM型上海东华高压均质机厂
数显恒温水浴锅HH-S11-2S上海跃进医疗器械厂
分析天平ME5-F德国赛多利斯
电动搅拌器JJ-1 40W金坛市医疗仪器厂
离心分离机TGL-16G上海菲恰尔分析仪器有限公司
黏度仪DV-III美国 Brookfield
4.3实验方法
4.3.1单体样品的制备
准确称取葡萄样品，进行清洗、破碎、磨浆2次后，先准确称取蔗糖，加入到500mL 锥形瓶中，然后准确称取亲水胶粉末，也加入到锥形瓶中，晃动锥形瓶，使蔗糖和亲水 胶粉末混合均匀，加入80°C的去离子水，配制成溶液，将数显电动搅拌器插入锥形瓶中 搅拌，在80°C的恒温水浴锅中维持20min，直到胶体完全溶解。此时，胶体溶液呈均一 粘稠半透明状。将配置好的单体胶体与磨浆后的产品混合，然后加入去离子水溶解的酸 味剂，充分搅拌后，均质2次，分别为20和30MPa,均质温度为60°C，加入处理后的 葡萄籽，充分搅拌后灌装、121°C灭菌、冷却。观察现象，测定粘度和沉淀率。
4.3.2粘度的测定
采用美国Brookfield的DV-C数显粘度仪测定样品的粘度，所用转子号为96号，单 位为mPa-S。
4.3.3沉淀率的测定
取一定量全葡萄果汁于离心管中，以3000r/min离心10min,倾去上清液，以沉淀 率SR(sedimentation rate)表示体系的稳定性，SR值越大，说明离心后全葡萄饮料中的悬
浮物沉降的越多，则全葡萄饮料越不稳定。
-31 -
SR = (^1) xl00% m2
其中，％ , m2分别为样品溶液离心后沉淀物的质量和离心前样品溶液的质量，单 位：g。
4.4结果与讨论
4.4.1羧甲基纤维素钠对全葡萄果汁的稳定效果分析
羧甲基纤维素钠(sodium carboxymethyl cellulose, CMC),是葡萄糖聚合度为100〜 2000的纤维素衍生物，相对分子质量242.16。CMC是白色纤维状或颗粒状粉末，无臭 无味，有吸湿性，易分散于水中形成透明的胶体溶液。水溶液的粘度受温度和pH值的 影响，当pH值为7时，粘度最大；在pH值为4〜11时，粘度较合适[51]。为了解不同 浓度的CMC对全葡萄果汁的稳定体系的影响，本实验制备4组样品，分别编为1#〜4#， 平行实验3组。依次添加1.0%。、1.5%。、2.0%。、2.5%。的CMC，通过测定样品的沉淀率 和粘度，观察单体产品的现象，判断不同CMC添加量对全葡萄果汁稳定性的影响，实 验结果见下表4.1。
表4.1 CMC对全葡萄果汁稳定性的影响 Tab. 4.1 The effects of the CMC on the stability of the all-grape juice
实验序号CMC添加量(°%。）现象
11.0下方呈碎状，颜色较浅
21.5下层有絮状，上层颜色较淡
32.0下层呈絮状，颜色加深
42.5下层呈絮状，颜色最深
从表4.1中可从得出：随着CMC含量的增加，果汁产品的颜色越来越深，CMC的 添加，影响了产品的pH值，CMC可以使产品色泽更加鲜艳醒目。由图4.1可以看出， 随着CMC添加量的增大，产品的沉淀率逐渐下降，在添加量为2〜2.5%。时，产品的沉 淀率下降速率增大，而在这一添加量范围内，产品的粘度也较高。这说明，随着CMC 添加量的增多，产品趋于稳定，CMC的添加对产品有增稠的作用，并且增稠效果较好。 需要注意的是，较高浓度的CMC在柠檬酸存在时，可以与多价阳离子溶液混合形成不 可逆的海绵状凝胶结构。从结构上看，CMC侧链较小，在长期储存中，极易发生降解。 综上所述，产品的沉淀率均较大，并且分层现象较明显，所以，不选用CMC作为全葡
-32 -
萄果汁产品配方的研制。
4.4.2果胶对全葡萄果汁的稳定效果分析
商品果胶可分为二大类：高酯果胶和低酯果胶。高脂果胶最主要的用途是用作酸性 条件下的凝胶剂，制备果胶凝胶时如果条件选取不当，果胶容易降解，高脂果胶在pH 值2.6〜3.8时最稳定，当pH接近中性时，在室温条件下是稳定的。低脂果胶中因有一 部分甲脂转变成伯酰胺，从而不易受糖、酸的影响[52]。本实验选用两种果胶：高脂果胶 106和低脂果胶YM-105H，分别添加不同量的高脂果胶106和低脂果胶YM-105，通过 对比观察测定样品的沉淀率和粘度，判断不同果胶类型和添加量对全葡萄果汁稳定性的 影响。实验结果见图4.2和4.3。
表4.2高脂果胶对全葡萄果汁稳定性的影响 Tab. 4.2 The effects of the high ester pectin on the stability of the all-grape juice
实验编号添加量(％。）SR(%)黏度(mPa-S)现象
10.53.985.82絮状，上层颜色浅
21.03.216.00絮状，放置一个月后较好
31.54.177.20絮状严重
42.05.797.68絮状严重，分层
-33 -
实验编号添加量(％)SR(%)黏度(mPa-S)现象
40.53.415.40下层絮状较严重
51.03.526.60下层絮状上层颜色浅
61.53.577.68放置一个月后较好
82.04.038.70下层絮状严重
从表4.2可以看出，虽然全葡萄果汁的粘度随高脂果胶添加量的增加而上升，但粘 度的增量不大，这说明果胶对全葡萄体系的粘度影响不大。表中可以看出，当果胶添加 量为1.0%。时，产品的沉淀率最低，稳定性最好，再提高果胶添加量，产品的稳定性反 而降低。可见全葡萄果汁的稳定性与果胶添加量并不完全是成正比的。
表4.3为低脂果胶添加量对产品稳定性的影响。可以看出：随着低脂果胶添加量的 增加，产品粘度增大，但是增稠现象不明显。产品絮状分层较严重，沉淀率随着添加量 的增多并没有减小，反而增大，这是由于低脂果胶需要与钙离子、镁离子等二价金属离 子交联才能形成凝胶，比较容易分层。所以低脂果胶不适用于作为全葡萄果汁的稳定剂。
综上所述，添加量为1.0%的高脂果胶对全葡萄果汁稳定体系具有较好的稳定效果。 两种果胶相比而言，高脂果胶106更适合用于制备全葡萄果汁。
4.4.3海藻酸丙二醇酯对全葡萄果汁的稳定效果分析
海藻酸丙二醇酯(Propylene Glycol Alginate，PGA)，PGA分子中存在亲水基和亲油
基团，耐酸性、乳化性能好。所以PGA更适合用于酸性饮料中[53]。本实验制备3组全 葡萄果汁样品，分别编号为1#〜3#，每个编号平行实验3组。依次添加有0.05°%、0.10°%、
0.15%的PGA。通过测定样品的沉淀率和粘度，观察产品冷却静置后的现象，分析不同 PGA添加量对全葡萄果汁稳定性的影响。实验结果见表4.4。
表4.4 PGA对全葡萄果汁稳定性的影响 Tab. 4.4 The effects of the PGA on the stability of the all-grape juice
实验编号添加量(％)SR(%)黏度(mPa-S)现象
10.54.926.12絮状
21.05.056.28絮状，上层颜色淡
31.53.806.54放置1个月较好
从表4.4中可以看出，随着PGA添加量的增加，全葡萄果汁的沉淀率先升高后下降， 其粘度随酸浓度增大而增大。这可能是因为PGA是线性大分子，加强了分子的空间延
-34 - 伸度，随着PGA的添加其网络结构更加牢固，能更有效地吸附大分子，故其对全葡萄 果汁具有一定的稳定能力。在PGA的添加量为1.5%。时，沉淀率较低，稳定性好且粘度 较高。综上所述，PGA的添加量为1.5%。时稳定效果最佳，并且PGA比较适合全葡萄果 汁的配制。
4.4.4魔芋胶对全葡萄果汁的稳定效果分析
魔芋胶是从各种魔芋属植物的块茎里提取的水凝胶状多糖，是一种高分子量、非离 子型水溶性胶体。在pH值4.0〜7.0条件下形成高粘性溶液。魔芋胶溶液具有非牛顿流 体的特征，在浓度为0.4%〜2.0%时，其粘度的对数与浓度呈正相关，当魔芋胶溶液的 浓度达到2%时，一旦停止搅拌，全葡萄饮料生产工艺参数及配方的研究,很快形成“胶冻”。本实验依次添加有1.0°%。、1.5°%。、 2.0°%。、2.5°%。的魔芋胶，分别编号为1#〜4#。通过测定样品的沉淀率和粘度，观察实验 现象，进行感官评定，考察魔芋胶对全葡萄果汁稳定性的影响。实验结果见表4.5。
表4.5魔芋胶对全葡萄果汁稳定性的影响 Tab. 4.5 The effects of the Konjac Gum on the stability of the all-grape juice
实验编号魔芋胶(°%。）沉淀率(％)黏度(mPa-S)现象
11.03.639.48絮状
21.54.0611.04絮状
32.05.8912.18絮状
42.57.3532.04絮状，上层颜色逐渐变深
由表4.5可知，随着魔芋胶添加量的增多，样品的粘度不断增大，这说明魔芋胶具 有增稠作用，但是样品的沉淀率不断上升，主要是因为魔芋胶是由结在一起的长的线性 大分子组成，当样品与魔芋胶混合时，样品中的分子进入到魔芋胶颗粒并被吸入到魔芋 胶颗粒的分子链中，由于自身重力增大，很难悬浮起来。并且魔芋胶不宜用多，用量过 多会有魔芋特有气味，魔芋胶的价格较高，增加了产品的成本。经过感官评价与分析， 得出结论：魔芋胶会使产品产生异味，并且保持体系不稳定，不适于用于本产品中。
4.4.5结冷胶对全葡萄果汁的稳定效果分析
结冷胶一种广泛应用于食品工业的微生物代谢胶，是相对分子质量高达100万左右 的阴离子型多糖，具有平行双螺旋结构。结冷胶具有良好的稳定性、耐酸、耐高温、热 可逆性，还能抵抗微生物及酶的作用。由于结冷胶优越的凝胶性能，在食品、制药、化 工等领域有着广泛的应用前景[54,55]。本实验分别编号为1#〜4#，依次添加有0.2%。、0.5 %。、0.8°%。、1.1°%。的结冷胶。通过测定样品的沉淀率，观察样品现象，考察结冷胶对全 葡萄果汁稳定性的影响。实验结果见表4.6。
-35 -
实验编号结冷胶（％。）沉淀率(％)黏度(mPa_S)现象
10.23.287.86团状
20.54.8913.08团状
30.87.3517.97团状
41.111.2422.90团状
样品1〜4#絮状逐渐上浮，但裂纹严重。随着结冷胶添加量的增加，黏度增加，并 且有良好的增稠作用，但是沉淀率也随之增大，所以，添加的结冷胶并非越多越好。由 于结冷胶样品的口感较好，在酸性条件下产品粘度较高，不易老化，结冷胶与其他配料 有良好的相容性，适合于稳定剂的复配。综上所述，选择结冷胶作为复合稳定剂的研发 配方，添加量较少时稳定性较佳。
4.4.6黄原胶对全葡萄果汁的稳定效果分析
黄原胶也称汉生胶，是由微生物发酵提取制成，为高分子酸性杂多糖，相对分子质 量在100万以上，对大多数盐类稳定，添加盐类可以提高粘度和稳定性能[56]。本实验在 样品中分别添加0.2〜1.4%。的黄原胶，观察样品的状态，测定样品的粘度和离心沉淀率， 实验结果见表4.7。
0.20.611.4
-36
编号添加量(°%。）现象
10.2分层，絮状上浮，上层颜色较深
20.6出现分层，有团状
31.0分层，出现结块状
41.4状态较好，上层颜色较深
由图4.2和表4.7可知，在黄原胶较少的添加量时，体系的粘度较高，这是黄原胶 的结构所决定的，黄原胶由弱的分子间力而稳定的高分子呈刚性螺旋行聚合体的复合团 聚，黄原胶分子的体积大，相互作用的概率就较大，吸附的水分子增多，所以，在低浓 度下，黄原胶对悬浮液和乳浊液有较高的稳定作用。但是，当黄原胶的添加量为0.2%。〜 1.0%。时，由于黄原胶可引起样品底部富水层出现，所以样品分层较严重，当添加量达到 1.4%时，黄原胶才起到了提高稳定性的作用。综上所述：黄原胶适合作为全葡萄果汁饮 料的添加剂。
4.4.7瓜尔豆胶对全葡萄果汁的稳定效果分析
瓜尔胶是目前国际上最为廉价而又广泛应用的亲水胶体之一，具有良好的无机盐类 兼容性能，能耐受一价金属离子盐的存在。瓜尔豆胶是直链大分子，链上的羟基可以与 一些亲水胶体及淀粉形成氢键，还能与一些线性多糖相互作用而形成复合体，形成协同 作用[57]。为了研究不同浓度的瓜尔豆胶对全葡萄果汁稳定性的影响，为复配实验提供依 据，本实验制备4组全葡萄果汁样品，分别编号为1#〜4#，依次添加有0.5°%。、1.0°%〇、 1.5°%。、2.0°%。的瓜尔豆胶。通过测定样品的沉淀率和粘度，观察现象，考察瓜尔豆胶对 全葡萄果汁稳定性的影响。实验结果见表4.8和图4.3。
表4.8瓜尔豆胶对全葡萄果汁稳定性的影响 Tab. 4.8 The effects of the Guar Gum on the stability of the all-grape juice
编号添加量(°%。）现象
10.5分层，有粒状沉淀
21.0分层，呈絮状
31.5下三分之一呈絮状，
42.0分层，上层颜色较浅，状态最好
-37
随着瓜尔豆胶添加量的增加，瓜尔豆胶的黏度呈现先增大后减小的趋势，沉淀率在 添加量1.0%。处最大，由上图4.3可知，在瓜尔豆胶添加量为1.5%。时沉淀率较小，黏度 较大。但是，瓜尔豆胶协同作用好，可以与多种亲水胶体复配，加入瓜尔豆胶可以防止 产品中形成油环，即使产品中有少量沉淀，只要轻晃瓶体，瓜尔豆胶可以使沉淀分子重 新分散开，瓜尔豆胶口感较爽，但加入量多会有异味。因此，瓜尔豆胶在添加量较少时， 适用于作为配置全葡萄果汁饮料的亲水胶体。
4.4.8琼脂对全葡萄果汁的稳定效果分析
琼脂又称琼胶，是一种从红藻中提取的半乳糖多糖聚合体，无臭味淡，口感粘滑， 溶胶呈中性，食用后不被酶分解，几乎无营养价值[58]。琼脂比较耐热，但是长时间在酸 性条件下加热，会失去胶凝能力，但是在高糖含量体系中耐酸程度可以得到提高。琼脂 的耐酸性高于淀粉，低于果胶和海藻酸丙二醇酯。本实验添加不同含量的琼脂做单体实 验分析。
由图4.4可知，随着琼脂添加量的增加，离心沉淀率也不断上升，而样品的粘度却 没有增加很多。这是因为琼脂在酸性条件下长时间加热，会失去凝胶能力。当琼脂与糊 精、蔗糖、明胶等复配使用时，凝胶强度会增强，而单一使用琼脂，样品的粘度和稳定 性不会改善，琼脂有保型性，所以适合浓度较高的产品。本实验可以尝试使用琼脂与其 它胶体复配使用。
-38 -
4.4.9盐类对全葡萄果汁稳定效果分析
多数盐类对食品生产加工过程中有品质改良的作用，通过保水、粘结、增塑、稠化、 改善流变性能和螯合金属离子等来改进感官质量和理化质量[59]。三聚磷酸钠为白色颗 粒，是链状结构，在水中发生水解，水解产物为焦磷酸根、磷酸根等离子。具有离子交 换性能，可以使悬浮液变成澄清溶液。三聚磷酸钠能与金属离子形成稳定的水溶性络合 物，对硬水有软化作用，对体系有稳定作用。柠檬酸钠为白色晶体颗粒，水溶液pH值 为8,有吸湿性和风化性，味咸而凉爽，用于饮料中可以缓和酸味，改进品味。六偏磷 酸钠为无色或白色玻璃状无定形固体，在水中与金属离子形成络合物，具有较强的分散 性能、乳化性能和提高粘度的性能，用于果汁可以提高出汁率，改善口感和色泽。
从表4.9可以看到，三聚磷酸钠添加均有絮状，但相对其它两种盐类，产品的颜色、 粘度和稳定性均较好。六偏磷酸钠的单体样品状态不佳，均严重分层，说明六偏磷酸钠 不适用酸性全葡萄果汁的制备。使用柠檬酸钠的样品沉淀率虽然较低，但是，相比而言， 三聚磷酸钠的品质改良作用较大，对体系的稳定作用明显。所以，选用三聚磷酸钠作为 制备全葡萄果汁饮料的复合稳定剂之一。
-39
Tab. 4.9 The effects of the salts on the stability of the all-grape juice
实验编号添加量（％。）沉淀率(％)黏度(mPa_S)现象
1三聚磷酸钠0.62.725.82下层有絮状，较2好
2三聚磷酸钠0.82.426.12下层絮状，颜色较1深
3三聚磷酸钠1.02.316.68下层絮状，颜色深
4柠檬酸钠0.62.365.70下层粒状沉淀
5柠檬酸钠0.82.295.76粉红，下层沉淀
6柠檬酸钠1.02.136.12下层沉淀
7六偏磷酸钠0.62.812.81上层颜色深，沉淀
8六偏磷酸钠0.83.023.02严重分层
9六偏磷酸钠1.03.264.28严重分层
4.5复合稳定剂的复配
经过利用添加不同含量的单体胶和盐类复配，根据理论分析、亲水胶体的质构性能 以及操作经验，进行大量的反复的试验、对比，得出复合稳定剂的配方为：高脂果胶、 结冷胶、黄原胶、瓜尔豆胶、三聚磷酸钠。高脂果胶、结冷胶、黄原胶、瓜尔豆胶、三 聚磷酸钠添加量的比例为5: 3: 2: 5: 6,添加量为2.1%。。此时，产品的粘度为25.1 mPa-S， 固形物含量为10.41%，pH值为3.03，稳定程度98.16%，离心沉淀率为6.05%，体系稳 定，口感爽口，粘度适当，保留了较浓的葡萄香气。
果胶是植物中的一种酸性多糖，是细胞壁中一个重要组分。可健胃，增加食量，解 除铅中毒，是儿童的保健食品。果胶多用于秘制药，并用于降血糖，血酯，解除铅中毒， 解酒剂等保健品。用于尿不湿，可保护婴幼儿皮肤，用于创口帖，可加速伤口愈合，用 于化妆品，可防紫外线辐射。用于墨汁，写字流畅，稳定不沉淀。结冷胶作为微生物代 谢胶，生产周期短，不受气候和地理环境条件的限制，再加上其安全无毒，理化性质独 特等优良特性，在食品工业中有着广泛的应用前景。黄原胶由野生油菜黄单胞菌以玉米 淀粉、蔗糖等为主要原料，经发酵工程生产的一种用途广泛的微生物细胞外多糖。它是 一种微生物多糖，是天然产物。经研究黄原胶无毒性。添加黄原胶可增加饮料的爽口感。 瓜尔豆胶由豆科植物瓜尔豆的种子去皮去胚芽后的胚乳部分，干燥粉碎后加水，进行加压 水解后用20%的乙醇沉淀，离心分离后干燥粉碎而得。成分是由半乳糖和甘露糖组成的 高分子量水解胶体多糖类。
其机理为：黄原胶为类似琼脂的双螺旋结构，少量的黄原胶分子可以与琼脂分子共
-40 - 同形成三维网状结构，黄原胶可以与半乳甘聚糖和葡萄甘聚糖有协同作用[60]，与其他食 品胶在一起在一定条件下共混可以得到令人满意的增效作用，黄原胶与瓜尔豆胶配合 时，瓜尔豆胶能与线性多糖黄原胶，通过协同作用可形成粘稠的溶液，瓜尔豆胶分子平 滑，没有直连与黄原胶分子的螺旋结构相互结合形成三维网状结构，而使胶液亲水性较 好。当存在三聚磷酸钠盐离子时，随着盐离子浓度的增大，多糖之间凝胶化能力不断提 高，凝胶强度增大，分子间的相互作用增强。结冷胶也可以与黄原胶复配，使产品的结 构可以从脆到有弹性任意转变，其粘度远高于两者粘度之和，说明两者具有良好的增效 作用，在酸性饮料中使用果胶复配的饮料在产品稳定性和口感方面有一定的优势，盐离 子三聚磷酸钠的浓度增大，多糖之间凝胶化能力不断提高，凝胶强度明显增大，分子间 相互作用进一步增强，更有利于产品的稳定。
4.6本章小结
1、单独使用亲水胶体时，确定出对全葡萄果汁饮料稳定效果最好的单体胶是高脂 果胶、结冷胶、黄原胶、瓜尔豆胶、琼脂和盐类三聚磷酸钠。
2、通过将单体进行复配实验，确定全葡萄果汁的最佳配方为：高脂果胶、结冷胶、 黄原胶、瓜尔豆胶、三聚磷酸钠，添加量的比例依次为5: 3: 2: 5: 6,复合稳定剂添 加量为2.1%。。此时，产品的粘度为25.1 mPa-S，固形物含量为10.41%，pH值为3.03, 稳定程度98.16%，离心沉淀率为6.05%，体系稳定，口感爽口，粘度适当，保留了较浓 的葡萄香气。
-41
5全葡萄果汁稳定机理初步探索 5.1引言
随着我国饮料工业的逐步壮大，越来越多的实际问题开始出现在人们的视野中，我 们也开始越来越重视从微观的角度分析食品的稳定机理以及性质。葡萄果汁生产工艺和 稳定配方研究的基础上，通过显微摄像技术、粒径分析方法和流变学分析等手段，从微 观水平等其他角度，对全葡萄果汁体系稳定机理进行初步的探讨。
本实验通过显微镜与电脑连接，使样品的微观结构形态在电脑中可以直接观察并保 存，对收集实验材料及实验的进一步探索提供了依据。粒径分析是通过粒径分析仪的方 法对体系粒径特性进行表征的一种技术，如果体系粒径分布呈高斯状态[61,62]，则体系是 出于比较稳定的状态，反之体系存在不稳定因素。食品的流变学特性能为食品加工工艺、 产品研发、设备选型及在线质量监测等提供方便和依据[63,64]。掌握流变学性质对工厂设 计、质量控制、感官评定、食品结构分析、提高经济效益非常重要。食品在口腔和喉咙 内的流动变化影响我们的感知，影响了对产品的认知度，同时，食品的流变学性质决定 了工厂对泵、管道、搅拌器等设备选型，生产时由于热效应，导致产品在管道内部的流 变性质发生变化，影响了待加工原料等问题[65]。因此，掌握产品的流变学性质也是食品 加工过程中的必要条件。
5.2实验材料与仪器
5.2.1材料与试剂
红提葡萄哈尔滨葡萄王国
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果胶106烟台安得利果胶有限公司
结冷胶HM-B美国 Cpkelco
黄原胶食品级嘉吉亚太食品有限公司
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琼脂食品级上海蓝平实业有限公司
柠檬酸钠分析纯山西华康化工股份有限公司
乳酸分析纯广州崇骏化工有限公司
三聚磷酸钠分析纯天津南开化工厂
5.2.2仪器设备
Brookfield流变仪DV-IIlUltra美国Brookfield公司
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摄像显微镜 激光粒度分析仪
BM-10C
H9300
高压均质机 胶体磨
数显恒温水浴锅
实验型1003 DJM型 HH-S11-2S
分析天平 电动搅拌器 离心分离机
上海光学仪器六厂 东百特科技有限公司 上海东华高压均质机厂 上海东华高压均质机厂 上海跃进医疗器械厂 德国赛多利斯
JJ-1 40W
TGL-16G
金坛市医疗仪器厂 上海菲恰尔分析仪器有限公司
5 3实验方法
5.3.1全葡萄果汁稳定性的微观分析实验
使用显微摄像对全葡萄果汁的进行微观分析实验。本实验中所有显微照片均是在40 X 10的放大系数下拍摄。采用摄像显微镜观察全葡萄果汁体系内不溶性颗粒物的形态和 尺寸，以对比不同工艺下样品的颗粒物形态之间差别，分析不同工艺条件影响全葡萄果 汁稳定性的机理。
5.3.2激光粒径分析法研究全葡萄果汁稳定性
使用激光粒径分析仪研究全葡萄果汁的粒径变化。首先将激光粒度分析仪预热 30min，打开电脑软件，在样品池中加入适量的蒸馏水，用蒸馏水循环清洗，直至接近 遮光率为0.00%，打开搅拌器和超声波，造作电脑，扣除其他干扰因素影响，使折光率 为0%，此时可以将制备好的样品缓慢加入到样品池中，同时观察遮光率的变化趋势， 当遮光率达到13%〜16%之间时，停止添加样品。当软件中数据稳定后，即可使用软件 采集数据。
5.3.3全葡萄果汁体系的流变性质研究
取一定量配制好的全葡萄果汁，用DV-IIlUltra流变仪测定其在20°C时的表观黏度随 剪切速率的变化趋势，并用流变仪附带的绘制出黏度-剪切速率曲线。剪切速率的范围 设定从0〜100s-1。
5.4结果讨论
5.4.1不同均质参数对体系稳定性的影响
制备一组不同均质参数的全葡萄果汁样品，利用显微镜观察不同工艺条件下样品微 粒之间的微观差别，初步探索均质参数与全葡萄果汁稳定性之间的关系。
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图5.1 0MPa均质一次样品(左)和20MPa均质一次样品(右)显微图像 Fig. 5.1 The microscopic images of 0MPa homogeneous of once samples (left) and 20MPa homogeneous of once samples (right)
图5.2 20MPa均质两次样品(左)和20MPa均质三次样品(右)显微图像 Fig. 5.2 The microscopic images of 20MPa homogeneous of twice samples (left)
and 20MPa homogeneous of three times samples (right)
图5.3 30MPa均质一次样品(左)和40MPa均质一次样品(右)显微图像 Fig. 5.3 The microscopic images of 30MPa homogeneous of once samples (left) and 40MPa homogeneous of once samples (right)
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由图5.1可以看出，均质OMPa后的样品的微粒形态与均质压力较大时的微粒形态的 微观结构是不同的。均质压力为〇MPa时的样品呈现微粒不规则、不均一的形态，均质 压力为20MPa时的样品固形物颗粒尺寸有了明显的改善，这说明均质压力对产品的稳定 性影响较大。
由上图5.1和5.3可知，当均质一次时，均质压力为0 MPa、20MPa、30MPa、40MPa
相比，样品的微粒逐渐变小，当均质压力达到20MPa时，样品的微粒大小较均一，但有 少量大颗粒存在，当均质压力达到40MPa时，样品微粒达到均一状态。由图5.2可知，当 压力为20MPa均质两次时，图片较清晰，阴影部分少，说明大分子颗粒少，样品的颗粒 已经达到了均一稳定状态，与压力为20MPa均质3次的样品比较，均质3次的样品的颗粒 更小，稳定性更佳。这说明，均质压力与均质次数使产品中的微粒尺寸变小，并且更加 均一，使产品达到了更加稳定的状态。
5.4.2均质参数对全葡萄果汁粒径分布的影响
制备一组不同均质参数的全葡萄果汁样品，利用激光粒度仪测定出各个样品的粒度 分布图，分析均质压力对全葡萄果汁粒度分布的影响。图5.4是样品在0、5、10、15、20、 25、30、35、40、45MPa均质压力下均质一次微粒的中位径。图5.5是样品在均质压力为 20MPa时，分别均质一次、两次、三次、四次时微粒的中位径。图5.6是样品在一次均质 压力为20MPa，二次均质压力分别为0、5、10、15、20、25、30、35、40、45MPa时微 粒的中位径。图5.7是样品在一次均质压力为20MPa，二次均质压力为30MPa时微粒的中 位径。
051015202530354045
均质压力/MPa
图5.4均质压力对产品粒径分布的影响 Fig. 5.4 The effects of different homogeneous pressures on the particle size distribution
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En/oga
70 •
60 111
1234
均质次数/次
图5.5均质次数对产品粒径分布的影响 Fig. 5.5 Effects of homogeneous times on the particle size distribution
均质压力/MPa
En/oga
图5.6二次均质压力对产品粒径分布的影响 Fig. 5.6 The effects of second times homogeneous pressures on the particle size distribution
80
203040506070
均质温度/°C
图5.7均质温度对粒子中位径的影响 Fig. 5.7 The effects of homogeneous temperature on the particle size distribution
从图5.4可知，从均质开始全葡萄果汁中的颗粒在114um的范围，当一次均质压力 不断增大，样品的中位径不断减小，颗粒尺度在不断减小，均质压力达到45MPa时，样 品颗粒的中位径达到81.72 y m。说明，增大均质压力可以使全葡萄果汁的微粒尺寸变小，
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体系越来越稳定。从图5.5可以看出，均质一次时，样品微粒的中位径为98.83 um，随着 均质次数的增多，样品微粒的中位径不断减小，当均质4次时，微粒的粒径为86.68 um， 说明可以通过增加均质次数使样品的微粒尺寸变小，从而使体系达到稳定状态。
从图5.7中可以看出，随着均质温度的升高，样品的中位径呈现减小的趋势，当均质温度 达到80°C时，果汁中存在了较多的更小的新颗粒，这说明，当温度升高时，体系内部的 饱和蒸汽压也高，均质时空穴就很容易形成，均质效果提高，体系的微粒尺寸逐渐减小 [66]。这说明提高均质温度，可以使全葡萄果汁体系中颗粒尺寸减小。
5.4.4全葡萄果汁的流变性质分析
制备一组磨浆2次，均质压力为20MPa、30MPa，灭菌温度为121C时间为1S的样品，
加入复合稳定剂，测定全葡萄果汁样品的流变学性质。
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影响产品流变性质的因素是多方面的：产品的组分、体积分数、液滴尺寸、胶体的 作用液滴电荷等。通过添加增稠剂是调控流变性质的最有效的方法，因此，添加多糖和 蛋白质经常被用作改善食品的质构，提高乳脂稳定性。体系的流变学性质与体系颗粒结 构形式密切相关，在胶体微粒相互作用较弱时，粒径尺寸影响布朗运动和剪切应力效应。 当产品液滴浓度较低时，就会产生这种剪切稀化现象。
本产品使用的是高分子多糖亲水胶，分子量大，分子链与全葡萄果汁体系中的亲水 物质以及自由水结合，形成网状结构，占据空间变大，从而增大了产品的粘度。当粘度 过高时，口感厚重，风味释放慢，产品的爽口感不足，由图5.8和5.9可知，产品的粘度 随着剪切力的增大而减小，随着剪切时间的增加而变小。是由于体系在粒径尺寸较小的 情况下，颗粒在流场中的方向取决于流体作用力与颗粒的布朗运动，流体作用力使颗粒 顺其流场，降低流动阻力，随着剪切速率增加，颗粒逐渐顺应流场方向，使粘度下降。 当剪切应力较小时，随着剪切时间的延长，流变作用力起主导作用，颗粒顺应流场方向，
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Brookfield Engineering Labs
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流体粘度降低，这是我们希望产品达到的理想状态。产品在静止时有较高的粘度，稳定 性较佳，在倾倒时，粘度变小，流动性变大，产生剪切稀化现象。
图5.9全葡萄果汁在不同剪切时间下的流变性质 Fig. 5.9 The rheological properties of the all-group juice in different sheart time
5.5本章小结
1、本章采用摄像显微镜直接观察的方法，研究了均质工艺参数对全葡萄果汁体系 颗粒尺寸的影响，验证了均质工艺可以极大地降低物料的粒径，使得物料更加均一稳定。
2、采用激光粒度分析方法，对全葡萄果汁体系微粒尺寸的角度进行分析，验证了 均质压力、均质次数和均质温度对全葡萄果汁稳定性的影响。实验结果表明，增大均质 压力，增加均质次数，提高均质温度，有利于全葡萄果汁微粒尺寸的减小，有利于体系 更加稳定。
3、研究了全葡萄果汁体系在不同剪切时间和剪切应力时的流变性质，体系在剪切 应力逐渐增大时，产品的粘度逐渐减小。当剪切时间逐渐增加时，产品的粘度呈现逐渐 减小的趋势，产品的剪切稀化现象明显。
-48 - 结 论
1、确定了全葡萄果汁饮料的基本配方为：白砂糖9%，柠檬酸的添加量为0.105%， 乳酸的添加量为0.095%。本实验红提葡萄的含量为10%，此时产品的固形物含量彡10%。
2、确定了全葡萄果汁饮料加工工艺参数为：磨浆两次；均质两次，一次均质压力 为20MPa，二次均质压力为30MPa，均质温度为60°C。最佳杀菌参数为：121°C、1S。
3、对所研究的9中亲水胶进行了质构特性的分析，全葡萄饮料生产工艺参数及配方的研究,添加量为2.0%时亲水胶体弹性 大小顺序为：结冷胶>琼脂>黄原胶>魔芋胶>瓜尔豆胶>CMC>高脂果胶、低脂果胶 =PGA。结冷胶和琼脂的弹性最大，凝胶状态呈冻状。亲水胶体硬度大小顺序为：琼脂 >结冷胶>瓜尔豆胶>黄原胶>魔芋胶>CMC >PGA>果胶。样品的凝聚性顺序为： CMC>魔芋胶>瓜儿豆胶>高脂果胶>低脂果胶=PGA>黄原胶>结冷胶>琼脂。综上 所述：结冷胶和琼脂的凝胶弹性和硬度较大，质地硬而脆，适合最果冻、果酱等产品， 可以提高的爽滑感，对产品有定型作用。CMC、魔芋胶、瓜尔豆胶的凝胶黏性较大，对 产品有较强的增稠作用，而弹性和硬度均较小，爽滑性差。
4、通过亲水胶体单体实验，确定出对全葡萄果汁饮料稳定效果最好的单体胶是高 脂果胶、结冷胶、黄原胶、瓜尔豆胶、琼脂和盐类三聚磷酸钠。
5、通过将单体进行复配实验，确定全葡萄果汁的最佳配方为：高脂果胶、结冷胶、 黄原胶、瓜尔豆胶、三聚磷酸钠，添加量的比例依次为5: 3: 2: 5: 6,复合稳定剂添 加量为2.1%。。此时，产品的粘度为25.1 mPa-S，固形物含量为彡10%，pH值为3.03， 稳定程度98.16%，离心沉淀率为6.05%，体系稳定，口感爽口，粘度适当，保留了葡萄 香气。
6、采用摄像显微镜直接观察的方法，研究了均质工艺参数对全葡萄果汁体系颗粒 尺寸的影响，验证了通过改变均质工艺参数可以极大地降低物料的粒径，使得物料更加
均一稳定。
7、采用激光粒度分析方法，对全葡萄果汁体系微粒尺寸的角度进行分析，验证了 均质压力、均质次数和均质温度对全葡萄果汁稳定性的影响。实验结果表明，增大均质 压力，增加均质次数，提高均质温度，有利于全葡萄果汁微粒尺寸的减小，有利于体系 更加稳定。
8、研究了全葡萄果汁体系在不同剪切时间和剪切应力时的流变性质，体系在剪切 应力逐渐增大时，产品的粘度逐渐减小。当剪切时间逐渐增加时，产品的粘度呈现逐渐 减小的趋势，产品的剪切稀化现象明显。
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