结冷胶在悬浮饮料体系中的应用研究

朱姝宾，李龙伟，陆启明，闫 锁

（河南财鑫糖业有限公司技术中心，河南 郸城 477150）

结冷胶（gellan gum）是一种阴离子线型微生物多糖，其产生菌为一种革兰氏阴性好氧杆状菌，生产中通过碱可以脱去酰基从而得到低酰基结冷胶。结冷胶于1978年首次由美国科学家发现[1]，1988年日本成功地完成了结冷胶的毒理实验并准许结冷胶在食品中应用，在1992年得到美国FDA的许可可以应用于食品、饮料中[2]。我国在1996年批准其作为食品增稠剂、稳定剂使用（GB2750—1996）[3-4]，2011年发布实施了结冷胶国家标准GB 25535-2010。

悬浮饮料是在饮料中加入水果的囊胞或果粒，通过酸糖液调配制得的产品[5]。果粒在饮料中的悬浮不仅使饮料具备了生动而直观的感官，同时丰富了饮料的口感和风味，提高了饮料的营养价值。选择合适的悬浮剂，是直接关系饮料品质的至关重要的问题。在大多数情况下，由于悬浮剂的使用量及辅料复配比例不当，很容易造成产品在货架期内出现果粒分层和下沉，因此选择合适的稳定剂并掌握适当的辅料配比是影响果肉悬浮效果的关键[6]。低酰基结冷胶，依靠其游离基团与二价金属离子形成凝胶的特性，与适量的Ca2+结合形成三维网络结构，既有良好的承托力，又有假塑性和极低的粘性，使饮料保持良好的流动性及悬浮能力，并在酸性条件下也很稳定，因此它在果粒悬浮饮料中有很好的应用价值。

以结冷胶为主悬浮剂的饮料具有饮料的流动性，而且不会出现果粒上浮下沉等不稳定性现象。该体系使粒胞均匀悬浮，感官性强，是理想的悬浮饮料稳定剂。本文以蜜柚果粒为悬浮颗粒，以结冷胶为主悬浮剂，对其在悬浮饮料中的添加量及其辅料的复配比例进行研究，旨在为结冷胶在悬浮饮料实际生产中的应用提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 材料

供试材料为蜜柚，市售；试剂为低酰基结冷胶（郸城财鑫糖业有限责任公司）；碳酸钙、多聚磷酸钠、柠檬酸，均为分析纯。设备为分析天平、恒温培养箱、电炉、数显温度计等。

1.2 方法

1.2.1 试验工艺流程 工艺流程如图1所示。

图1 悬浮饮料工艺流程

1.2.2 悬浮果粒的预处理 选用色泽良好、汁液饱满、风味正常无霉烂及其他明显不良变化的蜜柚果实。用锋利的小刀在蜜柚表面划线若干条，以不伤果实囊瓣为准，然后用手工去皮、去囊、去络，将得到得柚子果粒投入到100℃沸水中进行热烫1 min，保证果粒完好无损。选择丰盈饱满、形态一致、大小均匀、感观性强的果粒，置于去离子水中待用。

1.2.3 悬浮饮料的制作 用分析天平称取低酰基结冷胶和其他辅料（精确至0.001），按相应质量百分比加入一定量的软水中（除柠檬酸外），置于电炉上加热85℃以上，待结冷胶完全溶解后继续保温3～5 min，补足加热损失的水分，迅速冷却至65℃左右，加入事先称好的一定量的柠檬酸，待其溶解后灌装并继续冷却至室温（约25℃），置于25℃恒温培养箱中，计时，定期摇晃观察其悬浮效果。

1.3 试验设计

1.3.1 结冷胶使用量单因素试验 结冷胶添加量分别按水溶液质量的百分含量0.01%、0.015%、0.02%制作悬浮溶液，并观察其悬浮性能。其他因素为多聚磷酸钠0.02%、碳酸钙0.04%、柠檬酸0.2%。

1.3.2 碳酸钙用量单因素试验 添加量分别按水溶液质量的百分含量0.02%、0.04%、0.06%制作悬浮溶液，并定期观察其悬浮性能。其他因素为结冷胶0.015%、多聚磷酸钠0.02%、柠檬酸0.2%。

1.3.3 多聚磷酸钠用量单因素试验 添加量分别按水溶液质量的百分含量0.02%、0.03%、0.04%制作悬浮溶液，并定期观察其悬浮性能。其他因素为结冷胶0.015%、碳酸钙0.04%、柠檬酸0.2%。

1.3.4 柠檬酸用量单因素试验 该成分添加量分别按水溶液质量的百分含量0.15%、0.20%、0.25%制作悬浮溶液，并定期观察其悬浮性能。其他因素为结冷胶0.015%、碳酸钙0.04%、多聚磷酸钠0.02%。

1.3.5 正交试验 以结冷胶（A）、碳酸钙（B）、多聚磷酸钠（C）、柠檬酸（D）的添加量（%）为试验因素，选用L9（34）正交试验（表1），对产品进行感官评定与方差分析。

表1 L9（34）正交试验设计

2 结果与分析

2.1 结冷胶添加量对悬浮饮料悬浮效果的影响

结冷胶使用量单因素试验结果如表2所示，结冷胶的添加量在一定程度上缩短了果粒悬浮所需要的时间，同时提高了该悬浮体系的稳定性和悬浮能力及果粒的分布状况；但随着结冷胶用量的增加，该悬浮体系流动性逐渐下降，甚至有凝胶现象，影响悬浮体系的稳定性；添加量为0.015%时总体感观较好，悬浮体系清亮透明，浓度、稠度适宜，粒胞悬浮均匀。

表2 结冷胶添加量对悬浮饮料悬浮效果的影响

2.2 碳酸钙添加量对悬浮饮料悬浮效果的影响

碳酸钙用量单因素试验结果如表3所示，碳酸钙添加量较少或过量均会延长悬浮所需时间，悬浮体系的稳定性也相应较差。低酰基结冷胶对二价阳离子如Ca2+等高度敏感，离子量影响水化温度和成胶的特性。宗迪等[7]的研究表明，结冷胶在质量分数一定的条件下离子添加量有最适范围，随着阳离子质量分数的提高，凝胶强度也随之提高；但过多的阳离子又会阻碍结冷胶双螺旋结构的有序聚集，减弱凝胶，进一步影响悬浮效果[8]，所以在碳酸钙添加量最适范围内，悬浮体系具有最佳稳定性。

表3 碳酸钙添加量对悬浮饮料悬浮效果的影响

2.3 多聚磷酸钠添加量对悬浮饮料悬浮效果的影响

多聚磷酸钠用量单因素试验结果如表4所示，随着多聚磷酸钠添加量的增加，一定程度上延长了果粒悬浮所需时间，同时降低了该悬浮体系的稳定性，其添加量为0.02%时悬浮体系清亮透明，浓度、稠度适宜，粒胞悬浮均匀。多聚磷酸钠易与溶液中的金属阳离子形成可溶络合物，从而降低水的硬度，利于结冷胶的水合。且可增强食品的贮存稳定性，延长产品货架期。

表4 多聚磷酸钠添加量对悬浮饮料悬浮效果的影响

2.4 柠檬酸添加量对悬浮饮料悬浮效果的影响

柠檬酸用量单因素试验结果如表5所示，柠檬酸主要是后期胶体溶解后，与碳酸钙反应释放出游离钙，游离钙与结冷胶结合，冷却后形成网络结构，从而起到悬浮果粒的作用。少量柠檬酸不能与碳酸钙完全反应，影响悬浮体系的透明性及悬浮性。一个稳定体系的悬浮饮料还应该做到口感饱满而清爽，不粘口，风味自然。目前饮料产品的pH值大多为3.6～3.8，总酸为 2～3 g/L（以一水柠檬酸计）之间。

表5 柠檬酸用量对悬浮饮料悬浮效果的影响

2.5 正交试验

根据表6正交试验结果，由极差分析R值可知：结冷胶的添加量在悬浮饮料中起主要作用，然后依次是碳酸钙、柠檬酸、多聚磷酸钠，即A>B>D>C，其最优组合为A3B2C2D1，即结冷胶0.015%、碳酸钙0.04%、多聚磷酸钠0.02%、柠檬酸0.20%。单独做此配方，悬浮体系透明，放置90 d果粒仍均匀悬浮。

表6 L9（34）正交试验结果

2.6 品质评价

评价指标采用感观综合评分，即邀请6名相关工作人员，对不同因素条件下制备的悬浮体系从感观上在悬浮所需时间、体系稳定性、果粒分布状态等做出综合评价，满分为10分，评价结果如表6所示。

3 结论

本研究分别以结冷胶、碳酸钙、多聚磷酸钠、柠檬酸为单因素，制备悬浮溶液，评定不同因素对悬浮体系的悬浮能力及稳定性等性能的影响。结冷胶添加量为0.015%时总体感观较好，悬浮体系清亮透明，浓度、稠度适宜，粒胞悬浮均匀；碳酸钙添加量在0.04%左右的最适范围内，悬浮体系具有最佳稳定性；多聚磷酸钠添加量为0.02%时，悬浮体系清亮透明，浓度、稠度适宜，粒胞悬浮均匀；柠檬酸添加量为0.20%左右时，悬浮体系稳定性好。

以结冷胶、碳酸钙、多聚磷酸钠、柠檬酸为试验因素，选用L9（34）正交试验，通过对产品的感官评定与方差分析，得出用结冷胶制备悬浮体系的最佳配方。结果表明，最佳配方为：结冷胶0.015%、碳酸钙0.04%、多聚磷酸钠0.02%、柠檬酸0.20%。本研究为结冷胶在悬浮饮料体系中的应用提供了科学依据。

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