苹果沙棘复合果泥配方优化及品质分析

宋菲红，蒋玉梅，盛文军，李霁昕，姚静，孙永蓉，高雨寒，韩舜愈*

1(甘肃农业大学 食品科学与工程学院，甘肃 兰州，730070)2(甘肃省葡萄与葡萄酒工程学重点实验室，甘肃 兰州，730070) 3(甘肃省葡萄与葡萄酒产业技术研发中心，甘肃 兰州，730070)

苹果栽培历史悠久，是我国栽培面积最大的水果之一[1]。果实及其加工产品含有丰富的糖、维生素、苹果酸、酒石酸、黄酮及酚类物质等[2]，其中酚酸、黄烷醇、黄酮醇等黄酮及酚类物质对降低心血管疾病和高血压的患病几率有一定的功效[3]。沙棘果实富含维生素、氨基酸、有机酸、矿物元素、黄酮类化合物等营养物质和生物活性物质[4]，其中以异鼠李素、槲皮素和山奈酚等为主的黄酮类化合物，具有一定的抗氧化、抗衰老、抗肿瘤、抗炎、抗过敏等作用[5]。因此，沙棘在食用、药用方面都具有较高利用价值，是药食同源优质原料，可制作沙棘饮品[6]、复合果粉[7]、沙棘酸奶[8]。

目前我国用于苹果加工的多为鲜食品种，产品存在香气单一寡淡，酸含量低、风味欠平衡等问题。中国沙棘果实口感偏酸涩[9]，单一沙棘果实加工产品难以满足消费者的口感需求。不同水果原料复合研发食品，可平衡产品营养，改善产品风味和香气品质。香气是影响食品品质的重要品质指标之一[10]，直接影响消费者的食欲和接受程度。目前关于水果复合产品的研究主要集中在果汁饮料、果酱、果酒等。产品包括柚子皮、苹果复合果酱；树莓、山楂复合果酱；沙棘一白刺功能保健饮料；苹果、桑葚复合饮料；蜂蜜、沙棘果酒；猕猴桃、苹果果酒等。国外研究则集中于沙棘活性物质提取[11-12]，产品开发研究较少。沙棘与苹果复合研发果泥产品目前鲜见报道，二者复合，沙棘可丰富苹果果泥香气和风味，苹果可平衡沙棘的酸涩口感。

试验以苹果和沙棘原浆为原料，通过单因素试验和Box-Behnken响应面优化设计优化苹果沙棘复合果泥配方。进一步采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术分析苹果沙棘复合果泥的香气构成，研究可为沙棘产品研发和品质评价提供科学数据参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

原料：富士苹果，pH值为3.65±0.05，可溶性固形物(10±0.21)%，2019年11月购自兰州市场；沙棘原浆：pH值为(2.41±0.03)%，可溶性固形物(20±0.13)%，甘肃甘农生物沙棘开发有限公司。

主要辅料及试剂：食品级白砂糖、亚硫酸钠、果胶和异抗坏血酸钠，上海源叶生物科技有限公司；2-辛醇(色谱纯)，Sigma-Aldrich贸易有限公司。

主要仪器与设备：ZL-12 型打浆机，深圳市优米环境科技有限公司；WS-113手持糖度计，浙江托仪器有限公司；Konica Minolta CR-10色差计，上海群弘仪器设备有限公司；TRACE 1310气相色谱-质谱联用仪、ISQ型单四级杆质谱仪、色谱柱DB-WAX(60 m×2.5 mm×0.25 μm)，美国Agilent Technologies公司；固相微萃取(solid phase microextraction，SPME)装置、50/30 μm二乙基苯/碳分子筛/聚二甲基硅萃取头，美国Surpelco公司。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程

1.2.1.1 苹果果浆的加工工艺流程

苹果果浆的加工工艺流程如下:

苹果→挑选→清洗→去皮、去核→切块→护色→软化、灭酶→打浆→苹果果浆

1.2.1.2 复合果泥加工工艺流程

复合果泥加工工艺流程如下：

苹果果浆、沙棘原浆→复合→调配→浓缩→装袋、封口→杀菌→冷却→成品

1.2.2 操作要点

1.2.2.1 苹果果浆的制备

(1)苹果：成熟度相近，品相饱满，无霉烂，大小均匀。

(2)清洗：流动水搓洗、去除表面泥沙、污物。

(3)护色：削皮、去核、果肉切成1～2 cm3的小块。参照许友孝[13]的方法放入0.3%(质量分数)柠檬酸、0.3%(质量分数)抗坏血酸钠以及70 mg/L亚硫酸钠的混合溶液中浸泡30 min护色。

(4)软化、灭酶：为防止果汁以及营养成分流失，原料放入铝箔袋中封口后沸水预煮10 min软化灭酶，之后流动水迅速冷却，防止褐变。

(5)打浆：预煮后的原料置于打浆机中，高速打浆 2 min。

1.2.2.2 复合和浓缩

苹果果浆和沙棘原浆按试验设计复合调配，根据试验设计，先95 ℃熬煮 5 min，随后降至 85 ℃浓缩，期间白砂糖和果胶的混合溶液按设计比例分3次加入，并不停搅拌避免局部因温度过高导致焦糊。

1.2.2.3 装袋、封口

将果泥装入15 cm×22 cm 无菌铝箔软包装袋内，抽真空并封口。

1.2.2.4 杀菌、冷却

参照卫萍等[14]的方法， 85 ℃水浴30 min杀菌，然后冷水浴分段冷却至室温保存。

1.2.3 配方优化试验设计

1.2.3.1 单因素试验

以可溶性固形物、褐变度、感官评分为评价指标，通过单因素试验确定沙棘原浆、白砂糖、果胶的添加量和浓缩时间。

(1)沙棘原浆添加量：分别为6%、9%、12%、15%和18%(质量分数)，白砂糖、果胶添加量分别为20%和0.4%(质量分数)，浓缩时间25 min。

(2)白砂糖添加量：分别为10%、15%、20%、25%和30%(质量分数)，沙棘原浆、果胶添加量分别为12%和0.4%，浓缩时间25 min。

(3)果胶添加量：分别为0.2%、0.3%、0.4%、0.5%和0.6%(质量分数)，沙棘原浆、白砂糖添加量分别为12%和20%，浓缩时间25 min。

(4)浓缩时间：沙棘原浆、白砂糖、果胶添加量分别为12%、20%和0.4%(质量分数)，时间设计分别为15、20、25、30和35 min。

1.2.3.2 响应面试验

在单因素试验基础上，选择沙棘原浆、白砂糖及果胶添加量作为响应面试验自变量，可溶性固形物、褐变度、感官评分3个指标为判断依据，以综合评分作为确定复合果泥最佳配方依据，进行3因素3水平Box-Behnken中心组合设计(表1)，综合评分按公式(1)计算。

综合评分=0.5×X+0.3×1/Y+0.2×Z

(1)

式中：X，感官评分，分；1/Y，褐变度正向化值；Z，可溶性固形物，%。

表1 Box-Behnken试验因素水平表Table 1 Factors and levels used in Box-Behnken design

1.2.4 感官评价

感官评价标准(表2)参照 GB/T 22474—2008《果酱》的感官评价要求修改。评价员进行口感测试筛选，将酸、甜、苦、咸4种基本味觉各配成3种不同浓度的水溶液以及纯净水，将13种溶液随机编码并打乱顺序，进行品尝，每次品尝完，用水漱口后再品尝下一个样品。答对10题以上者即可进行感官评分，10题以下者则无法参加本次感官评分[15]。将经过筛选的10 名(男5、女5)人员组成评价小组，将不同的样品进行随机编号，分别从色泽、组织状态、香味、口感和涂抹性5个方面进行感官评价。感官结果参照李华等[16]的方法，采用置信区间法进行统计分析。

表2 感官评价标准表Table 2 Sensory evaluation criteria

1.2.5 褐变度

参照肖阳等[17]的方法，取样品5 g，加入体积分数95%的乙醇15 mL，涡旋10 min，4 000 r/min离心10 min，取上清液。用紫外可见分光光度计在420 nm 处测定吸光度，果泥的褐变度以吸光度A值的大小衡量。

1.2.6 色泽

采用Konica Minolta CR-10色差计进行色泽测定，用黑白板校正，测定样品的L*、a*、b*值。

1.2.7 可溶性固形物

参照GB/T 12143—2008《饮料通用分析方法》中折光计法测定。

1.2.8 理化指标和微生物指标的测定

参照GB/T 22474—2008《果酱》分析样品pH值和微生物指标。

1.2.9 流变特性的测定

参照耿楠[18]的方法，取适量样品于平板上，夹具为40 mm平行板，间隙设置1 mm，平衡5 min，去除多余样品。

静态剪切流变特性的测定：温度设定为25 ℃，剪切速率0～300 r/s，记录剪切应力随剪切速率的变化情况。参考于甜[19]的方法，采用Herschel-Bulkley模型对所有数据点进行回归拟合，拟合系数R2表示方程拟合度。Herschel-Bulkley方程:

τ=K(r)n

(2)

式中：τ，剪切应力，Pa；K，稠度系数，Pa/s；r，剪切速率, s-1；n，流体指数。

1.2.10 果泥香气成分测定

采用顶空固相微萃取-气相色谱-串联质谱联用技术测定苹果沙棘复合果泥和对照苹果果泥的香气。香气富集萃取[20]：5 g样品置于15 mL样品瓶中，加入2.5 g氯化钠和10 μL 2-辛醇内标(8.106 mg/L)，加转子密封，置于磁力搅拌器上，40 ℃水浴平衡30 min后SPME顶空萃取30 min，气相色谱进样口250 ℃热解析3 min进样。色谱条件[21]：进样口温度250 ℃；初始柱温45 ℃(5 min), 5 ℃/min升至190 ℃(25 min)。质谱条件：EI离子源，电子轰击能量70 eV，离子源温度为230 ℃；质谱扫描范围m/z为25～350。

定性定量[22]：计算机检索与NIST-11和Wiley及香精香料库，匹配度>800的组分进行初步定性。内标法半定量[23]，按公式(3)计算。

香气各组分含量/(μg·g-1)=

(3)

式中：内标浓度单位为mg/L；内标体积单位为L；样品质量单位为g；1 000为mg/g转换为μg/g的换算因子。

香气活性值(OAV)[24]：香气成分含量/香气阈值。OAV≥1组分，对样品香气的贡献较大，OAV数值越大对样品香气贡献越大。

1.3 数据处理

Design-Expert V8.0.6进行Box-Behnken中心组合试验设计和数据分析处理。Microsoft Office Excel 2019对试验数据进行基本处理，用SPSS 19.0软件进行Duncan′s多因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 沙棘原浆添加量

沙棘原浆复合量单因素试验结果分析(表3)显示，随着沙棘复合量增加，复合果泥样品褐变度、可溶性固形物含量均增加，样品感官评分呈先升高后降低的趋势且差异显著。添加量为9%的样品感官评分最高,为82分，可溶性固形物含量为42.66%，样品呈金黄色、有光泽、质地均匀、流散适中，具有苹果沙棘的特有风味；当沙棘复合量超过9%，果泥的感官评分下降，虽然可溶性固形物增加有利于果泥的保存，但口感欠佳，酸味过重，苹果所被沙棘的香气掩盖，香气不平衡，因此，沙棘的添加量选择9%。

表3 沙棘原浆添加量对果泥可溶性固形物、褐变度及感官评分的影响Table 3 Effects of sea-buckthorn pulp dosage on soluble solids, browning degree and sensory score of fruit puree

2.1.2 白砂糖添加量

白砂糖添加量单因素试验结果见表4。随着白砂糖添加量的增加，可溶性固形物显著增加，褐变度也逐渐增加，感官评分呈先增大后降低的趋势，添加量为15%的样品，感官评分最高为83分，可溶性固形物含量适中，为37.16%，褐变度为0.08，样品酸甜可口，口感细腻，无析水现象。添加量超过15%，果泥的感官评分下降，褐变度逐渐增加，可溶性固形物为42.93%～49.17%，虽然能够抑制微生物的生长，但样品糖浆味重，褐变度较15%样品显著增加，主要是因为白砂糖的添加量增加，美拉德反应程度增大，果泥颜色加深、无光泽。因此，选择白砂糖的添加量为15%。

表4 白砂糖添加量对果泥可溶性固形物、褐变度及感官评分的影响Table 4 Effects of sugar content on soluble solids, browning degree and sensory score of fruit puree

2.1.3 果胶添加量

果胶添加量单因素试验结果见表5。随着果胶添加量增加，可溶性固形物增加，褐变度逐渐增加但差异不显著，感官评分呈先增高后降低的趋势，差异不显著。当果胶的添加量为0.3%时，感官评分最高为83分，可溶性固形物为42.60%，果泥凝胶性好，组织细腻均匀，有利于果泥的保存；添加量大于0.3%，可溶性固形物43.93%～45.06%，虽然贮藏性更好，但质地偏硬、流散性、均匀性较差，影响口感及整体外观，感官评分下降。

表5 果胶添加量对果泥可溶性固形物、褐变度及感官评分的影响Table 5 Effects of pectin addition on soluble solids, browning degree and sensory score of fruit puree

果胶是影响果泥产品稠度系数(K值)的主要因素，其大小可反映样品的稠度，K值越大即黏度越大、凝胶性越强。随着果胶添加量增加，K值逐渐增加，凝胶性越强。5组不同浓度果胶的果泥体系n<1，均为非牛顿性流体，n值偏离1越远，表明体系的假塑性特征越明显，剪切越容易变稀，假塑性程度越大[25]。当果胶添加量为0.3%时，剪切稀化程度最小为0.061 8，因此，选择果胶的添加量为0.3%。

2.1.4 浓缩时间

浓缩时间单因素试验结果见表6。随着时间增加，复合果泥样品褐变度、可溶性固形物的含量均显著增加，样品感官评分呈先升高后降低的趋势。浓缩20 min时，果泥的感官评分最高为86分，可溶性固形物为40.83%，褐变值0.15，果泥质地均匀、流散适中、外观均匀；超过20 min，可溶性固形物为45.33%～51.16%，褐变值增大，果泥色泽暗淡、黏稠性、均匀性均较差，有焦糊味，感官评分下降。因此，选择最佳浓缩时间为20 min。

2.2 复合果泥配方优化的响应面试验结果

表6 浓缩时间对果泥可溶性固形物、褐变度及感官评分的影响Table 6 Effects of concentration time on soluble solids, browning degree and sensory score of fruit puree

表7 响应面试验设计表及结果Table 7 Experimental design and results of response surface

因素显著项(P<0.05)交互作用的响应面(图1、图2)分析可得，综合评分在所选范围内存在极点，响应面坡度较陡峭、等高线呈椭圆形，反映出各因素之间的两两交互作用显著[26]。白砂糖与沙棘原浆、果胶与沙棘原浆之间的交互作用显著，对结果影响较大，与表8相一致。

表8 综合评分方差分析Table 8 Comprehensive analysis of variance

图1 白砂糖与沙棘原浆添加量交互作用Fig.1 Interaction between white sugar and sea-buckthorn pulp

图2 果胶与沙棘原浆添加量交互作用Fig.2 Interaction between pectin and sea-buckthorn pulp

2.3 验证实验

响应面最优组合分析确定试样果泥复合比例为：沙棘原浆6.87%,白砂糖12.19%,果胶0.28%(均为质量分数)。此条件下，所制得的苹果沙棘复合果泥的综合评分最高为52.76 分。修正后试样配方：沙棘原浆7%、白砂糖12%、果胶0.3%。

按此配方进行3次验证试验，制得果泥可溶性固形物为(33±0.2)%，pH值为3.8±0.1，综合评分分别为53、53、52分，平均为52.7分，与理论预测值非常接近，该模型可行性高，制成的苹果沙棘复合果泥黄亮通透、酸甜适口、风味独特、组织均匀、无汁液析出、具有稳定的胶凝性。菌落总数<100 CFU/g；大肠菌群≤30 MPN/100g；致病菌：未检出，符合GB/T 22474—2008《果酱》的卫生要求。

2.4 香气组成分析

苹果沙棘复合果泥、苹果果泥、沙棘原浆香气组成分析(表9)显示，苹果沙棘复合果泥初步定性 57种物质，苹果果泥样品初步定性 43 种物质，沙棘原浆初步定性67 种物质，主要包括酯类、醇类、萜烯类、醛类、酮类、醚类、酸类等。

表9 苹果沙棘复合果泥、苹果果泥及沙棘原浆香气组成Table 9 Aroma composition of apple and sea-buckthorn compound puree, apple puree and sea-buckthorn pulp

续表9

续表9

2.4.1 苹果沙棘复合果泥、苹果果泥及沙棘原浆香气组分构成比较

香气组分类别比较显示，醇类物质在苹果沙棘复合果泥中较苹果果泥增加了10种，其中6-甲基-5-庚烯-2-醇、顺-Alpha,Alpha-5-三甲基-5-乙烯基四氢化呋喃-2-甲醇、2-茨醇、正辛醇、alpha-松油醇来自于沙棘原浆， (S)-(-)-2-甲基-1-丁醇(令人愉悦的气味)、4-乙基-2-辛醇、3-甲硫基丙醇可能来自于果泥熬制过程中沙棘原浆中脂肪热氧化及热降解的二次反应产物进一步氧化分解形成的醇类物质[27]。酯类物质在苹果沙棘复合果泥中较苹果果泥增加了5种，其中2-甲基丁酸2-甲基丁酯、己酸异丁酯、3-羟基丁酸乙酯、顺-3-己烯基丁酯来自于沙棘原浆。醛酮类物质增加了7种，其中正辛醛、壬醛、2-辛烯醛来自于沙棘原浆。沙棘原浆中含丰富油脂，其中的不饱和脂肪酸含量最高，正己醛(青草、苹果香)、(E)-2-庚烯醛(青草、油脂)、香叶基丙酮(木兰、生青)可能来自沙棘原浆中不饱和脂肪酸的氧化或热降解[28]，新增组分还包括苯乙烯、六乙二醇单十二醚、17-十八炔酸,均来自于沙棘原浆。复合果泥增加的香气60%主要来自沙棘原浆，这与LEVAJ等[29]发现，果酱的香气主要来源于新鲜果实的研究规律一致。

2.4.2 苹果沙棘复合果泥、苹果果泥及沙棘原浆香气组分含量比较分析

香气释放量比较分析可知，苹果沙棘复合果泥与苹果果泥、沙棘原浆的香气总释放量差异明显。复合试样酯类、醇类、萜烯类、醛类、酮类、醚类、酸类化合物的含量均显著高于沙棘原浆，复合试样总含量较苹果果泥增加了171%，其中差异最大的为醇类物质复合果泥(30 184 μg/kg)，较苹果果泥(12 883 μg/kg)高17 301 μg/kg；醛类物质复合果泥(22 051 μg/kg)较苹果果泥(517 μg/kg)高21 534 μg/kg；酯类物质复合果泥(20 295 μg/kg)较苹果果泥(7 045 μg/kg)高13 250 μg/kg；酮类物质复合果泥(11 646 μg/kg)较苹果果泥(4 169 μg/kg)高7 477 μg/kg；醚类物质复合果泥(1 297 μg/kg)较苹果果泥(1 571 μg/kg)低274 μg/kg。

复合果泥单组分释放量比较显示，2-甲基丁酸己酯、辛酸乙酯较苹果果泥增加了566.9%、262.9%，赋予复合果泥以苹果香、成熟水果和花香；1-辛烯-3-醇、芳樟醇较苹果果泥增加了6 195.0%、231.3%，赋予复合果泥以蘑菇香、花香、熏衣草香；糠醛、1-辛烯-3-酮、6-甲-5-庚烯-2-酮较苹果果泥增加了1 579.6%、657.1%、186.8%，赋予复合果泥以烤杏仁、花香、果香、清香。卢明艳等[30]研究表明酯类和醇类化合物是苹果果实香气的主要物质，不同品种间香气差异较大，根据香气种类与含量的不同，可将苹果分为“酯香型”和“醇香型”。苹果沙棘复合果泥和苹果果泥中醇类化合物的种类和含量最高，因此，属于“酯香型”的果泥。

2.4.3 苹果沙棘复合果泥、苹果果泥及沙棘原浆主体香气组分比较

计算试样的香气OAV值，确定样品主体香气组分(OAV>1)，3种样品中OAV>1的香气成分共22种(表10)，主要为醇类和醛类物质。比较复合果泥和苹果果泥主体香气，复合果泥增加了12种，包括芳樟醇、(S)-(-)-2-甲基-1-丁醇、芳樟醇、正辛醇、alpha-松油醇、正己醛、正辛醛、(E)-2-庚烯醛、壬醛、2-辛烯醛、香叶基丙酮、苯乙烯。OAV越大对整体香气贡献越大，其中PDV>100的香气成分包括1-辛烯-3-醇、芳樟醇、正己醛、正辛醛、(E)-2-庚烯醛、壬醛、2-辛烯醛、柠檬烯、2-甲基丁酸，其中芳樟醇、正辛醛、壬醛为沙棘的主要香气成分，赋予样品花香、熏衣草香、青草香、甜橙和脂蜡香，有效改善果泥的风味。结合感官分析，发现复合果泥较对照香气分值更高，香气典型平衡，苹果沙棘的香气更浓郁。

表10 苹果沙棘复合果泥、苹果果泥及沙棘原浆主体香气组分Table 10 Aroma components of apple sea-buckthorn mixed fruit puree, apple pureeand sea-buckthorn pulp

3 结论

以苹果和沙棘原浆为原料，辅以白砂糖、果胶，以可溶性固形物、褐变度、感官评分为评价指标，通过单因素和Box-Behnken响应面设计优化，确定苹果沙棘复合果泥配方：苹果浆为基料，添加沙棘原浆7%、白砂糖12%、果胶0.3%(均为质量分数)，该配方所制备果泥样品可溶性固形物为33%，pH值为3.35，亮度值(L*)为50.45、红绿值(a*)为3.93、黄蓝值(b*)为24.83，感官评分87分，色泽金黄、口感细腻，酸甜适口。菌落总数<100 CFU/g；大肠菌群≤30 MPN/100g；致病菌：未检出，符合GB/T 22474—2008《果酱》的卫生要求。香气构成分析显示：苹果沙棘复合果泥样品中共定性定量57种组分，主要包括醇类、酯类、醛类、酮类和萜烯类等物质。OAV>1的组分包括1-辛烯-3-醇、芳樟醇、正己醛、2-辛烯醛等22种香气化合物，可赋予产品芳香、青草、柠檬、苹果、紫丁香和茉莉等香气。与苹果果泥相比，苹果沙棘复合果泥增加了12种主体香气(OAV>1),其果香和花香更浓郁。