果汁悬浮饮料的技术难点及稳定性探讨
何 强 金苏英 刘小杰
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从几年前统一推出鲜橙多等系列果汁饮料以来，果汁饮料市场的争夺从未间断，统一、康师傅。农夫果园．汇源、三得利等果汁饮料市场的强势厂商纷纷推出自己的产品。最近，可口可乐公司推出的“果粒橙”是将新鲜的果粒加入果汁中，更增加了果汁的真实感，一上市就掀起了一股热潮，受到广大消费者的欢迎。可以预见带果粒和果肉的悬浮饮料将会是果汁饮料市场的下一个热点。
果汁悬浮饮料常见的问题及造成原因
果汁饮料的悬浮性问题一直是困扰饮料生产的技术难题。在果汁饮料中，既有果肉微粒形成的悬浮物，又有果胶、蛋白质等形成的真溶液，甚至还有脂类物质形成的乳浊液、悬浮物。乳浊液的微粒与饮料汁液之间存在较大的密度差，这是不稳定的主要原因。理想的果汁悬浮饮料其外观应该是：汁液澄清，果粒悬浮均匀或果肉混合均匀，无明显分层现象。果汁饮料易出现的不稳定现象主要包括：分层(creaming)，沉淀(sediment)和絮凝(floeculation)。
日前许多厂家的果汁悬浮饮料的稳定性较差，原因有多方面。从原料上应该注意生产上：每批原料来源应尽量保持一致，原料榨汁工艺如果处理不好，会造成粗纤维含量较高，易引起沉淀。带果粒和果肉的果汁保持均一的质地很重要，要使悬浮物稳定，就要使其沉降速度尽可能降至零。悬浮物的上沉速度遵循斯托克斯公式：
V=2gr2(p1—p2)／9η，
V——沉降速度；
g——重力加速度；
r——悬浮物颗粒半径；
p1——悬浮颗粒半径：
p2——分散介质的密度；
η——分散介质粘度
从斯托克斯公式可以看出，饮料配方中的糖度很关键，因为在整个分散介质体系中，天然的果汁与悬浮物物的密度(p，)很大，只有人为的添加糖分(一般为蔗糖)才能增加分散体系的密度(p2)，从而减少分散体系与悬浮物之间的密度差。在实际生产中，果汁的糖度一般控制在10—120Brix之问，对于含有果肉和果粒的悬浮饮料来说，在此糖度下还不足以悬浮住密度较大的悬浮物，因此需添加适量的稳定剂起到增稠和悬浮稳定效果。在大多数情况下，由于稳定剂的使用量和复配比例不当很容易造成产品在货架期内出现分层和沉淀，因此选择和使用好的稳定剂并掌握合适的复配比例是影响果肉悬浮效果的关键。
悬浮稳定选择的关键点以及方案
以上提到了影响悬浮稳定性的几方面因素，在开发产品的过程中，除了考虑产品的稳定性之外，还必须兼顾口感。在添加稳定剂的同时不能使体系过于稠厚而牺牲口感。一个稳定体系的果汁饮料还应该做到口感饱满而清爽，不粘口，风味口然。目前果汁产品的pH值人多为3．6～3．8之问，糖度在10—120Brix之间，总酸为2—3g／L(以一水柠檬酸计)之问。因此在选择稳定剂时应充分考虑果汁pH体系范围，并结合果汁和悬浮果粒和果肉的添加量，果肉粒度大小来选择合适的胶体，尽量做到既能体系稳定而又口感清爽。
果汁饮料中最常用的悬浮稳定剂有：羧甲基纤维素钠(CMC)、藻酸丙二醇酯(PGA)、黄原胶、果胶，瓜尔豆胶、琼脂，以及近年来崭露头角的结冷胶。在胶体的使用方面，一般采用复配胶比用单一胶的效果好，能够充分发挥不同胶体的协同增效作用。
笔者在长期的研究和应用过程中发现，由于价格因素，在实际生产中，悬浮体系中应用最为广泛的应该是CMC、黄原胶、瓜尔豆胶及琼脂，而PGA。果胶以及结冷胶虽然悬浮效果明显但价格较高，因此较少单独使用，一般都与其它胶体复配使用。黄原胶具有较高的粘度，较大的热稳定性和耐酸性，与多种稳定剂有良好的兼容性，黄原胶的假塑性使其运用于果汁饮料中不会产生粘质基胶质感，足广泛采用的悬浮和增稠的胶体。瓜尔豆胶本身不具有悬浮稳定作用，但与黄原胶复配后可以形成中间弱凝胶的网络结构，具有很好的悬浮稳定性。有研究报道黄原胶与瓜尔胶在最适比例为1：4时产生最佳的协同效应，但在应用中应注意其添加量，因为这两种胶的增粘效果很明显，且瓜尔豆胶的用量高时会带来瓜胶豆特有的气味，影响到产品风味。
羧甲基纤维素钠具有水溶性好、保水性强，较好的热稳定性，耐酸性强等特点，一般与别的胶体复配使用，CMC作为肢体保护剂与黄原胶组合可以防止饮料凝聚。琼脂的悬浮稳定性较好，但琼脂作为稳定剂使用时受pH值的影响较大，要求饮料的pH值接近中性，同时受温度的影响较大，出现很强的温度滞后现象，即住90℃以上溶解，在32—38℃时凝胶。琼脂作为稳定剂在一些低端的粒粒橙饮料中用的较多，但由于其缺点较明显，容易在低温胶凝结块，所以建议与其它胶体复配使用。藻酸丙二醇酯在pH3～4范围内，随pH降低而粘度增大，在pH3附近最稳定，在pH7时发生水解，唯独或与其它增稠剂复配使用时作为酸性饮料的增稠剂，可获得良好的流变学特性，固形物成分很好地悬浮于果汁中，提高果肉型饮料的稳定性。
果胶在果汁中有明显的增稠作用，其粘度特性使果汁具有新鲜果汁的风味，能达到天然果汁的逼真效果，在清汁型果汁饮料中应用较多。在含果肉的悬浮饮料中，可以利用低甲氧基(LM)果胶，依靠其游离羧基与多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，既具有良好的承托力又具有假塑性和极低的粘性，使饮料保持良好的流动性，口感明快、流畅、爽口。LM果胶是一种酸性多糖，在酸性条件不稳定，在果汁悬浮饮料中有很好的应用价值。
就单从悬浮稳定性而言，结冷胶具有无可比拟的优势。结冷胶的主要特性有：1)形成弱凝胶结构，能够在极低的用量获得很好的悬浮稳定性；2)高假塑性，剪切稀化现象明显；3)良好的风味释放性。结冷胶主要有高酰基和低酰基两种，高酰基结冷胶在酸性条件下不稳定，容易水解，因此在果汁中主要使用低酰基结冷胶。在较低的酸性条件下低酰基结冷胶可以单独成胶。低酰基结冷胶对二价Ca2+、Mg2+离子高度敏感，离子添加量影响水化温度和成胶的特性。离子添加量有最适范围，在最适添加量内具有最佳的悬浮稳定性。利用结冷胶的这一特性可以添加Ca2+、Mg2+
目前，结冷胶是由美国CPKelco公司专利技术独家生产，其价格高居不下，而国产结冷胶一直存在质量不稳定等诸多问题，因此在实际应用中结冷胶往往与其它胶复配使用，降低结冷胶的用量，达到降低生产成本的日的。
悬浮类果汁饮料标准化生产中的注意事项
在果汁饮料的生产过程中，应该保证产品原料品质稳定，每批原料理化指标波动较小。生产工艺上主要做好在线监测，控制好糖度和pH值，避免产品品质出现波动。产品在均质后能够减少果肉颗粒半径，根据斯托克斯公式，减小悬浮果肉的颗粒大小有助于提高产品稳定性，使产品均匀细致。在生产中应该根据不同的果汁品种和工艺配方优化均质压力条件，生产中常用的均质条件为二级均质，压力范围大概控制在一级150～200kg，二级50kg。
生产工艺中的化胶工艺很关键。水化结冷胶过程中，由于混合搅拌不均匀会造成局部浓度过高，从而形成凝胶块状。在生产中应该充分搅拌均匀。此外，如果生产用水的离子含量较高，水质偏硬，在使用结冷胶时应该添加磷酸盐、柠檬酸盐等金属离子鳌合剂。对于一般的亲水肢体，建议在低温水化后再升温这样的操作可以达到最佳的水化效果。对于结冷胶而言，由于结冷胶需在高温水化温度，因此在化胶过程中，结冷胶应该在升到高温后再添加，以达到好的水化效果。
产品口味及口感的优化措施
好的果汁饮料除了在货架期内具有良好的稳定性外，还必须做到滋味柔和香气协调，甜酸适口，无异味。对于不同的果汁悬浮饮料，消费者对产品口感和稀稠度的要求也不同。例如，橙汁饮品在口感方面应该尽量清爽，因此在稳定剂的选用上尽量选用假塑性好。粘度不太高的胶体；对于芒果、香蕉之类的混浊型果汁，体系可以稍稠厚些。在风味方面，对于Citrus类果汁来说，加工过程或加工后常产生苦味，主要成分是黄烷酮糖苷类和三萜系化合物。在原料选择上，可以尽量选择苦味物质少的原料品种，或配方中添加β－环状糊精等可以提高苦味物质阈值的物质，达到满意的门感和风味。
