張 勤 ，左秀鳳 ，崔三凱 ，安紅周 *

（1.河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001；2.河南醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校，河南 鄭州 451191；3.河南省南街村（集團(tuán)）有限公司，河南 臨潁 462600）

糙米飲料穩(wěn)定性的研究

張 勤1，左秀鳳2，崔三凱3，安紅周1*

（1.河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001；2.河南醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校，河南 鄭州 451191；3.河南省南街村（集團(tuán)）有限公司，河南 臨潁 462600）

以糙米為原料，經(jīng)擠壓、酶解、調(diào)配、均質(zhì)等工藝生產(chǎn)糙米飲料。經(jīng)過增稠劑、乳化劑正交試驗(yàn)以及均質(zhì)試驗(yàn)，研究增稠劑、乳化劑和均質(zhì)方式對糙米飲料穩(wěn)定性的影響。正交試驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)合增稠-乳化劑最佳添加量為黃原膠0.15%，海藻酸鈉0.05%，單甘酯0.15%，蔗糖酯0.15%。對3種均質(zhì)工藝進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)經(jīng)高壓均質(zhì)（30 MPa，兩次）處理后飲料的穩(wěn)定性最佳。經(jīng)該工藝生產(chǎn)的糙米飲料口感細(xì)膩，具有良好的穩(wěn)定性。

糙米飲料；增稠劑；乳化劑；穩(wěn)定劑；均質(zhì)

0 引言

糙米含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，包括脂肪、蛋白質(zhì)、維生素、膳食纖維及許多生物活性成分，如谷胱甘肽、谷維素、γ-氨基丁酸、米糠脂多糖等，具有較高的營養(yǎng)價(jià)值[1]。雖然糙米的營養(yǎng)價(jià)值較高，但它的外層被高密度的糠蠟和纖維類物質(zhì)包圍，直接食用不但口感粗糙且不易被人體消化吸收[2]。因此，如何解決糙米的這些缺陷，充分提高其營養(yǎng)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化，已成為國內(nèi)外亟需解決的問題。我國在糙米食品方面的研究也取得了一定的進(jìn)展，如糙米擠壓膨化后可形成多孔的速食糙米粉；糙米經(jīng)粉碎、磨漿、調(diào)配及均質(zhì)后可得到糙米飲料等。

谷物飲料指以谷物為原料經(jīng)調(diào)制配成的飲料。而今，谷物飲料產(chǎn)業(yè)已被列入中國飲料工業(yè)協(xié)會飲料行業(yè)的振興規(guī)劃綱要中，是國家鼓勵發(fā)展的產(chǎn)業(yè)[3]。我國在20世紀(jì)90年代初期即開展了谷物飲料的相關(guān)研究。1995年金增輝[4]利用酶解法制備速溶糙米粉，隨后許多學(xué)者對谷物飲料進(jìn)行大量的研究。目前，日本、韓國等國家谷物飲料制備技術(shù)較為成熟，但僅有少量專利報(bào)道[3]。在谷物飲料的研制過程中出現(xiàn)的不穩(wěn)定、易分層及淀粉老化問題是制約液態(tài)谷物飲料產(chǎn)業(yè)化的瓶頸。

糙米飲料是由多種物質(zhì)包括糖類、脂肪、蛋白質(zhì)及纖維素等組成的一類復(fù)雜的乳狀液體系，在儲藏的過程中，由于重力作用或者小分子的締合作用導(dǎo)致沉淀物的形成，從而影響產(chǎn)品的口感和保質(zhì)期。作者對糙米飲料的穩(wěn)定性進(jìn)行研究，以期通過添加能夠提高產(chǎn)品穩(wěn)定性的增稠劑、乳化劑及應(yīng)用均質(zhì)技術(shù)，改善糙米飲料的穩(wěn)定性。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

糙米：新原米業(yè)加工廠；α-淀粉酶（3 700 U/g）、糖化酶（100 000 U/g）：北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司；纖維素酶（30 000 U/g）：北京索萊寶科技有限公司；蔗糖酯、海藻酸鈉、單甘酯、黃原膠、檸檬酸、檸檬酸鈉：鄭州華源食品添加劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

DS32型雙螺桿擠壓機(jī)：濟(jì)南賽信膨化機(jī)械有限公司；BSA224S型電子分析天平：北京賽多利思科技有限公司；101A-3E型電熱鼓風(fēng)干燥箱：上海實(shí)驗(yàn)儀器廠有限公司；RRH-250型萬能粉碎機(jī)：歐凱萊芙（香港）實(shí)業(yè)公司；80-2型離心沉淀機(jī)：江蘇天力醫(yī)療器械有限公司；SYQ-280B型高壓蒸汽滅菌鍋：上海申安醫(yī)療器械廠；752N型紫外可見分光光度計(jì)：上海儀電分析儀器有限公司；PB-10型pH計(jì)：德國賽多利斯集團(tuán)；NANOJH10型剪切乳化分散機(jī)、AH08-100型高壓均質(zhì)機(jī)：ATS工業(yè)系統(tǒng)有限公司；VFMB-20型立式食品攪拌機(jī)：鄭州通力食品機(jī)械有限公司；JY92-IIN型超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)：寧波新芝生物科技股份有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

糙米→粉碎（粉碎后過60目篩）→擠壓膨化→烘干→粉碎（粉碎4～5遍，過80目篩）→α-淀粉酶液化、糖化酶糖化（用檸檬酸和檸檬酸鈉調(diào)pH值為5.5，α-淀粉酶用量20 U/g，糖化酶用量150 U/g，控制液料比為13∶1，60℃酶解120 min）→水浴滅酶（沸水浴10 min）→纖維素酶酶解（pH 5.0，纖維素酶用量0.12%，50℃下酶解120 min）→水浴滅酶（沸水浴10 min）→回調(diào)pH（至中性）→過濾（濾液備用）→調(diào)配（先加入1%的植脂末和1%的蔗糖，再加入適量的增稠劑與乳化劑）→均質(zhì)→滅菌（110℃,10 min）→冷卻→成品。

1.3.2 增稠劑和乳化劑單因素試驗(yàn)

向按照1.3.1工藝流程制作的糙米飲料中加入黃原膠、海藻酸鈉、單甘酯、蔗糖酯，在黃原膠、海藻酸鈉、單甘酯、蔗糖酯中分別固定3種添加劑的用量，改變剩余的一種添加劑的用量，以穩(wěn)定系數(shù)R為考察指標(biāo)，做單因素試驗(yàn)。

1.3.3 增稠劑和乳化劑的正交試驗(yàn)

1.3.4 糙米飲料均質(zhì)試驗(yàn)

考察3種均質(zhì)方式對糙米飲料穩(wěn)定性的影響，即分別通過剪切分散乳化機(jī)（16 000 r/min，120 s）、高壓均質(zhì)機(jī)（30 MPa，兩次均質(zhì)）或者超聲波均質(zhì)機(jī)（功率密度45%）進(jìn)行均質(zhì)，均質(zhì)10 min所制作的糙米飲料置于室溫（25℃）和冷藏（4℃）條件下放置一個月，觀察放置期間的外觀變化并測定離心沉淀率，從而得到最佳的均質(zhì)工藝條件。

1.3.5 糙米飲料穩(wěn)定系數(shù)（R）的測定[5]

將待測料液用蒸餾水稀釋10倍，用分光光度計(jì)測定其在785 nm處的吸光度值A(chǔ)前，在3 000 r/min的轉(zhuǎn)速下離心10 min，再次用分光光度計(jì)測定離心后的上清液在785 nm處的吸光度值A(chǔ)后。穩(wěn)定系數(shù)R=A后/A前。穩(wěn)定系數(shù)R越大，表示所測定的料液越穩(wěn)定。

1.3.6 離心沉淀率（SR）的測定[6]

準(zhǔn)備帶有刻度的離心管，稱質(zhì)量記為m0。加入適量的待測定的料液，稱質(zhì)量記為m1，然后放入離心機(jī)中于3 500 r/min的轉(zhuǎn)速下離心20 min，棄去離心管中的溶液，再次準(zhǔn)確稱質(zhì)量記為m2。SR值越小，料液越穩(wěn)定。

式中：SR為離心沉淀率，%；m0為離心管的質(zhì)量，g；m1為離心管和原溶液的總質(zhì)量，g；m2為離心管和沉淀的總質(zhì)量，g。

1.3.7 外觀觀察

外觀觀察分為均質(zhì)時(shí)外觀觀察和靜置后外觀觀察。均質(zhì)時(shí)外觀觀察就是在均質(zhì)過程中觀察糙米乳的外觀，如果均質(zhì)力度不夠，兩相就會直接表現(xiàn)為不互溶，有沉淀或分層。靜置后外觀觀察是將準(zhǔn)備好的產(chǎn)品經(jīng)過110℃，10 min滅菌后放入冰箱冷藏（4℃），放置72 h后觀察其外觀狀況，看有無分層、有無沉淀。

2 結(jié)果與分析

2.1 增稠劑和乳化劑的單因素試驗(yàn)

糙米飲料中需要加入一些調(diào)節(jié)風(fēng)味的調(diào)味劑。本試驗(yàn)根據(jù)預(yù)試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果，加入1%的植脂末[7]和1%的蔗糖，并添加適量的增稠劑和乳化劑，增稠劑選取黃原膠和海藻酸鈉，乳化劑選擇單甘酯與蔗糖酯進(jìn)行試驗(yàn)。

增稠劑是一類改善食品體系結(jié)構(gòu)的食品添加劑，含有多種親水基團(tuán)的親水性物質(zhì)，溶于水后能提高乳狀液的黏度及縮小水油兩相的密度差或者形成凝膠，從而起到穩(wěn)定乳濁液體系的作用[8]。從圖1可以看出，飲料的穩(wěn)定系數(shù)R隨著黃原膠用量的增大呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，在黃原膠用量為0.2%時(shí)達(dá)到最大值。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，黃原膠的劑量要達(dá)到一定濃度后，才可達(dá)到預(yù)定的穩(wěn)定效果[9]，且在低濃度下也具有較高的黏度，經(jīng)過剪切作用后，黏度會快速降低，但是只要剪切作用被撤除，黃原膠產(chǎn)生的黏度就會恢復(fù)[10-12]。從圖2可以看出，穩(wěn)定系數(shù)R隨著海藻酸鈉用量的增加呈現(xiàn)上升的趨勢，但海藻酸鈉的用量達(dá)到0.11%后上升緩慢。海藻酸鈉的濃度越高，凝膠特性越顯著[13]，且將其加入乳制品中，會產(chǎn)生較好的口感，不會產(chǎn)生黏稠感和僵硬感，和膳食纖維一樣具有促進(jìn)腸胃蠕動的功效[14]，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的濃度值。

糙米乳是一種水包油型的乳狀液，使用乳化劑，可以使原先互不相溶的物質(zhì)相互混合，保持穩(wěn)定。乳化劑能與碳水化合物、蛋白質(zhì)等食品成分發(fā)生特殊的相互作用，如同氨基酸側(cè)鏈絡(luò)合，形成穩(wěn)定的化合物脂蛋白；可以和淀粉相互作用，減緩淀粉的老化等。糙米飲料是蛋白質(zhì)和淀粉含量較高的食品，所以向糙米飲料中添加適量的乳化劑有利于體系的穩(wěn)定。圖3表明，單甘酯用量的增加會導(dǎo)致穩(wěn)定系數(shù)R的增大，當(dāng)單甘酯的用量達(dá)到0.20%后，R增大的趨勢不明顯。在食品行業(yè)中，單甘酯的總量占據(jù)食品乳化劑應(yīng)用總量的2/3，具有較好的乳化作用，而且還可以抑制泡沫的產(chǎn)生[15]。圖4中蔗糖酯的變化曲線與單甘酯相似，臨界點(diǎn)蔗糖酯的用量為0.20%。蔗糖酯適用于水包油型乳化液，可以有效地降低水的表面張力，擁有較好的乳化能力[16]，且在人體內(nèi)分解產(chǎn)物是蔗糖和脂肪酸，比較安全。當(dāng)蔗糖酯的用量較小時(shí)，不能阻止脂肪球的聚集，但是用量較大時(shí)，又很容易形成膠束，造成蛋白質(zhì)分子的不穩(wěn)定[17]。

圖1 黃原膠用量對穩(wěn)定系數(shù)的影響Fig.1 Effect of xanthan gum amount on the stability coefficient

圖2 海藻酸鈉用量對穩(wěn)定系數(shù)的影響Fig.2 Effect of sodium alginate amount on the stability coefficient

圖3 單甘酯用量對穩(wěn)定系數(shù)的影響Fig.3 Effect of monoglyceride amount on the stability coefficient

圖4 蔗糖酯用量對穩(wěn)定系數(shù)的影響Fig.4 Effect of sucrose ester amount on the stability coefficient

2.2 增稠劑和乳化劑的正交試驗(yàn)

由單因素試驗(yàn)可知，黃原膠、海藻酸鈉、單甘酯、蔗糖酯的添加對穩(wěn)定系數(shù)均有重要影響。選擇黃原膠用量（A）、海藻酸鈉用量（B）、單甘酯用量（C）、蔗糖酯用量（D）為考察因素，每個因素取3個水平，穩(wěn)定系數(shù)為考察指標(biāo)，選用L9（34）正交表進(jìn)行試驗(yàn)，如表1和表2所示。

表1 正交試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of orthogonal test

由表2可知，第6號試驗(yàn)的穩(wěn)定系數(shù)最大，它的參數(shù)是A2B3C1D2。由表2和圖5極差分析可得，影響穩(wěn)定系數(shù)的因素主次順序是：單甘酯的用量＞黃原膠的用量＞蔗糖酯的用量＞海藻酸鈉的用量，即單甘酯的用量對結(jié)果影響最大，得到的最佳參數(shù)是A2B1C1D1，這與直觀分析的結(jié)果不一致，需要進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。分別對兩種參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，得到的穩(wěn)定系數(shù)平均值為0.920和0.910，差別不大，原因是單甘酯和其他因素相比對試驗(yàn)結(jié)果的影響最顯著。本著添加劑能少用盡量少用的原則，選擇參數(shù)A2B1C1D1，即最佳添加劑用量為黃原膠0.15%，海藻酸鈉0.05%，單甘酯0.15%，蔗糖酯0.15%。在最佳添加條件下，對另一批樣品進(jìn)行試驗(yàn)，穩(wěn)定系數(shù)為0.915，證明該添加條件穩(wěn)定。

圖5 以R為指標(biāo)的極差分析Fig.5 Range analysis with stability coefficient R as the index

2.3 糙米飲料均質(zhì)穩(wěn)定性研究

均質(zhì)具有粉碎和混合的雙重效果。在預(yù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分別采用剪切分散乳化機(jī)（16 000 r/min，120 s）、高壓均質(zhì)機(jī)（30 MPa，兩次均質(zhì)）和超聲波均質(zhì)機(jī)（功率密度45%，均質(zhì)10 min）對糙米飲料進(jìn)行均質(zhì)處理，且將所制作的糙米飲料置于室溫（25℃）和冷藏（4℃）條件下放置1個月，觀察外觀變化并測定離心沉淀率。

由圖6—圖8可以看出，無論是冷藏（4℃）還是室溫（25℃），離心沉淀率都隨著貯存時(shí)間的延長而升高。原因可能是，隨著貯存時(shí)間的延長，由于重力或者外部條件的影響，糙米乳飲料的穩(wěn)定體系在慢慢變?nèi)?，同時(shí)，飲料體系中的粒子彼此碰撞和聚集的幾率增大，較易形成上浮或沉淀。當(dāng)貯存時(shí)間相同時(shí)，溫度增大，離心沉淀率也會變大。原因可能是，溫度升高時(shí)，飲料中的乳化劑和增稠劑會發(fā)生降解，乳化穩(wěn)定作用降低，體系不穩(wěn)定；同時(shí)，溫度升高，粒子運(yùn)動加快，粒子之間也容易發(fā)生碰撞和聚集。同理，壓力均質(zhì)的飲料在一個月貯藏期內(nèi)離心沉淀率相比剪切均質(zhì)效果更好。但剪切均質(zhì)和壓力均質(zhì)的糙米乳，在放置1個月后，頂部會略有清液出現(xiàn)，但無沉淀發(fā)生，只在室溫貯藏時(shí)，會有類似輕微褐變的現(xiàn)象產(chǎn)生。究其原因可能是糙米乳飲料中含有大量還原糖，在室溫下貯藏，隨著時(shí)間的延長，氨基化合物漸漸與還原糖發(fā)生反應(yīng)，生成褐色聚合物，說明體系的穩(wěn)定性還不夠，有待進(jìn)一步加強(qiáng)。但是，超聲波均質(zhì)的飲料在4℃貯藏一個月后離心沉淀率升高約1.9%，在25℃貯藏一個月離心沉淀率升高約3.1%，飲料在貯藏期內(nèi)穩(wěn)定性有較大變化，說明飲料并沒有形成一個很好的穩(wěn)定體系，在貯藏14 d時(shí)已經(jīng)形成分層，再往后，隨著時(shí)間的延長，分層更加劇，可能原因是糙米含一定量膳食纖維，具有一定的彈性，不易被超聲波微?；?。

圖6 高壓均質(zhì)后放置一個月期間糙米飲料離心沉淀率變化Fig.6 The changes of centrifugal sedimentation rate of the brown rice beverage treated by high pressure homogenization within one month

圖7 剪切均質(zhì)后放置一個月期間糙米飲料離心沉淀率變化Fig.7 The changes of centrifugal sedimentation rate of the brown rice beverage treated by shearing homogenization within one month

圖8 超聲波均質(zhì)后放置一個月期間糙米飲料離心沉淀率變化Fig.8 The changes of centrifugal sedimentation rate of the brown rice beverage treated by ultrasonic homogenization within one month

3 結(jié)論

糙米飲料制作過程中乳化穩(wěn)定體系的建立是衡量飲料質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，同時(shí)也是影響產(chǎn)品貨架期內(nèi)穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素[18-19]。本試驗(yàn)旨在解決糙米飲料的分層沉淀問題，對糙米飲料的生產(chǎn)和產(chǎn)品穩(wěn)定性具有一定的指導(dǎo)意義。通過正交試驗(yàn)確定了復(fù)合增稠-乳化劑最佳添加量：黃原膠0.15%，海藻酸鈉0.05%，單甘酯0.15%，蔗糖酯0.15%。3種均質(zhì)工藝比較發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過剪切均質(zhì)或高壓均質(zhì)的飲料離心沉淀率沒有發(fā)生明顯變化，其中高壓均質(zhì)（30 MPa，兩次）對穩(wěn)定性的效果更佳，而經(jīng)過超聲均質(zhì)的飲料離心沉淀率則較大幅度升高。本試驗(yàn)并未對其乳化穩(wěn)定體系的穩(wěn)定機(jī)理進(jìn)行深入探討，對最佳均質(zhì)條件的優(yōu)化還有待進(jìn)一步研究。

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STUDY ON THE STABILITY OF BROWN RICE BEVERAGE

ZHANG Qin1， ZUO Xiufeng2， CUI Sankai3， AN Hongzhou1
（1.School of Food Science and Technology，Henan University of Technology，Zhengzhou 450001，China；2.Henan Medical College，Zhengzhou 451191，China；3.Henna nanjiecun（Group）Co.，Ltd.，Linying 462600，China）

Brown rice contains rich nutrients，including lipids，protein，vitamins，dietary fiber and many bioactive components，such as glutathione，oryzanol，γ-aminobutyric acid，etc. The present study was to improve the stability of the brown rice beverage using brown rice as raw material，which was treated by extrusion，enzyme hydrolysis and homogenization and so on. The effects of thickening agent and emulsifier on the stability of brown rice beverage were analyzed through orthogonal test. The results showed that the optimum process conditions were as follows: xanthan gum of 0.15%，sodium alginate of 0.05%，monoglyceride of 0.15% and sucrose ester of 0.15%. Compared the three homogenization processes，the optimum homogenization condition was high pressure homogenization (30 MPa，twice)，and the afforded brown rice beverage had the best stability and delicate taste.

brown rice beverage；thickener；emulsifier；stabilizer；homogenization

TS201.2

B

1673-2383(2017)06-0056-06

http://kns.cnki.net/kcms/detail/41.1378.N.20171226.1723.020.html

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2017-12-26 17:24:10

2017-03-31

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題（2017YFD0401101）；國家糧食局糧食行業(yè)關(guān)鍵急需重大科研項(xiàng)目（2016-X）；南昌市洪城計(jì)劃項(xiàng)目（2015002）；國家糧食局糧油食品工程技術(shù)研究中心開發(fā)課題（24400041）

張勤（1991—），女，河南洛陽人，碩士研究生，研究方向?yàn)楣任锸称芳庸だ碚撆c應(yīng)用。

*通信作者