李 瑜，馬珂佳，尤紅磊

(河南農(nóng)業(yè)大學食品科學技術學院，河南 鄭州 450002)

天然親水性膠體對甜玉米混汁懸浮穩(wěn)定性的影響

李 瑜，馬珂佳，尤紅磊

(河南農(nóng)業(yè)大學食品科學技術學院，河南 鄭州 450002)

研究不同天然親水性膠體及其不同添加量對鮮嫩甜玉米混汁穩(wěn)定性的影響。采用響應面法，將不同膠體按照設計添加量添加到玉米汁中，通過測定離心前后的吸光度得出穩(wěn)定系數(shù)，以此判斷甜玉米混汁的懸浮穩(wěn)定性。結(jié)果表明：結(jié)合單因素試驗和響應面法分析得出的最佳復配結(jié)果為瓜爾豆膠0.07%、亞麻籽膠0.07%、黃原膠0.07%，此時的穩(wěn)定系數(shù)為87.91%。

甜玉米混汁；懸浮穩(wěn)定性；天然親水性膠體

甜玉米是一種水果、蔬菜、糧食兼用的新型玉米。籽粒含糖量為普通玉米的5～10倍，甜度為西瓜的2倍，并且甜味純正。其蛋白質(zhì)、賴氨酸、色氨酸和油分含量較高，是普通玉米的3倍以上。籽粒中富含VE、VB1、VB2、VC、胡蘿卜素和礦物質(zhì)，易被人體消化吸收，胡蘿卜素被人體吸收后轉(zhuǎn)化為VA，具有防癌作用。天然VE具有促進細胞分裂，延緩衰老的作用[1-2]。常食甜玉米，有利于防止血管硬化，降低血液中膽固醇含量，軟化血管，防治腸道疾病、糖尿病和心腦血管疾病，增強免疫力，保護肝臟，保健效果好。甜玉米較高的營養(yǎng)價值和獨特的風味越來越受到人們的青睞[3-4]。

目前，我國甜玉米的利用主要有鮮食、制做罐頭和速凍加工，產(chǎn)品種類比較少。通過對甜玉米營養(yǎng)價值的分析，甜玉米很適合開發(fā)成飲品[5]。甜玉米汁的蛋白質(zhì)、植物油及維生素含量比普通玉米汁高1～2倍；硒含量高8～10倍；其所含有的17種氨基酸中，有13種高于普通玉米汁[6]。甜玉米混汁是一種懸浮體系，是由細胞、細胞團、細胞碎片和其他顆粒懸浮在水中的富含蛋白質(zhì)與多糖混濁型蔬菜汁，因此懸浮穩(wěn)定性性是產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標之一[7-9]。本實驗通過響應面法，研究不同天然親水膠體及天然親水膠體間的復配對甜玉米混汁懸浮穩(wěn)定性的影響，為提高甜玉米混汁的懸浮穩(wěn)定性具有一定意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

速凍甜玉米粒購于超市；瓜爾豆膠(純度100%)、海藻酸鈉(純度100%) 煙臺協(xié)力海洋生物制品有限公司；黃原膠(純度99%) 河南財鑫化工公司；亞麻籽膠(純度99.9%) 內(nèi)蒙古恒康生物科技有限責任公司。

1.2 儀器與設備

T6新世紀紫外-可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司；MJ-250PP018榨汁攪拌機 廣州美的生活電器制造有限公司；FA2004A電子天平 上海精天電子儀器廠；O/LT01-1999膠體磨 廊坊通用機械有限公司；TDL-5-A臺式離心機 上海安亭科學儀器廠；WY-055手持折光儀 成都光學廠。

1.3 方法

1.3.1 成分測定

含糖量：采用用斐林-碘量法進行測定；淀粉含量：采用酸水解法。

1.3.2 甜玉米混汁的工藝流程

自然解凍→加熱預煮(100℃、5min)→打漿(甜玉米:水=1:4)[10]→膠體磨→離心過濾(15min、4000r/min)[11]→渾濁甜玉米汁(可溶性固形物≥8.0%)→加膠(充分熱溶后加入)

1.3.3 甜玉米混汁穩(wěn)定系數(shù)測定

量取加過膠的玉米汁30mL，4000r/min離心10min。在波長315nm[2]處分別測定離心前、后玉米汁的吸光度，分別設為A0和A，以A/A0的比值作為穩(wěn)定系數(shù)，穩(wěn)定系數(shù)的大小能夠直接反應甜玉米混汁懸浮穩(wěn)定性的好壞，穩(wěn)定系數(shù)越大表明懸浮穩(wěn)定性越好，反之則說明懸浮穩(wěn)定性較差。

1.3.4 單因素試驗

根據(jù)文獻[12-14]確定單因素試驗中各因素的水平，具體水平值見表1。

表1 單因素試驗因素水平表Table 1 Factors and levels in one-factor-at-a-time design

1.3.5 響應面試驗因素水平設計

根據(jù)Box-Behnken試驗設計方案，響應面各因素及水平如表6所示，根據(jù)單因素試驗結(jié)果，選取黃原膠、亞麻籽膠、瓜爾豆膠3個關鍵因素作為響應面試驗的因素進行膠體復配試驗，以穩(wěn)定系數(shù)為響應值，利用Design Expert 7.0軟件建立二次回歸方程，預測響應值，并對影響試驗過程的因素及其交互作用進行評價，以確定最佳反應條件。

表2 Box-Behnken試驗設計因素水平表Table 2 Factors and levels in Box-Behnken experimental design

2 結(jié)果與分析

2.1 速凍甜玉米粒成分含量

速凍甜玉米粒成分含量為：淀粉19.6%、可溶性糖含量6.85%、水分含量63.51%。

2.2 單因素試驗

2.2.1 黃原膠對甜玉米混汁懸浮穩(wěn)定性影響

圖1 黃原膠添加量對懸浮穩(wěn)定性的影響Fig.1 Effect of xanthan gum addition on the suspension stability of sweet corn mix juice

由圖1可知，黃原膠添加后甜玉米混汁的整體穩(wěn)定性較好，黃原膠添加量在0.10%附近出現(xiàn)最大值，混汁飲料的穩(wěn)定性隨著添加量的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。黃原膠由D-甘露糖、D-葡萄糖和D-葡萄糖醛酸的高分子雜多糖構成，含有螺旋區(qū)，具有較高黏度，其穩(wěn)定機制可能是一方面通過氫鍵與水作用，使膠體大分子分散在液相體系中，另一方面利用螺旋區(qū)域包裹果肉顆粒，從而防止果肉與水相分離[15]。

2.2.2 瓜爾豆膠對甜玉米混汁懸浮穩(wěn)定性影響

由圖2可知，瓜爾豆膠添加量在0.12%附近出現(xiàn)最大值，混汁飲料的穩(wěn)定性隨著添加量的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。瓜爾豆膠的主要成分是半乳甘露聚糖，其主鏈的D-吡喃甘露糖單位約有1/2具有D-吡喃半乳糖基側(cè)鏈，且半乳糖均勻的分布在主鏈，因此主鏈幾乎沒有位置適合形成結(jié)合區(qū)。加入瓜爾豆膠于果汁飲品可防止油環(huán)的形成[16-18]。瓜爾豆膠不能避免果汁固體沉淀而混濁，但它可以減緩沉淀過程，來增加懸浮穩(wěn)定性。

圖2 瓜爾豆膠添加量對懸浮穩(wěn)定性的影響Fig.2 Effect of guar gum addition on the suspension stability of sweet corn mix juice

2.2.3 亞麻籽膠對甜玉米混汁懸浮穩(wěn)定性影響

圖3 亞麻籽膠添加量對懸浮穩(wěn)定性的影響Fig.3 Effect of flaxseed gum addition on the suspension stability of sweet corn mix juice

由圖3可知，亞麻籽膠添加后甜玉米混汁的穩(wěn)定性優(yōu)于未添加的甜玉米飲料穩(wěn)定性，混汁飲料的穩(wěn)定性隨著添加量的增加逐漸提高但是到達一定峰值后穩(wěn)定性反而變差，其原因可能是添加量過大后黏度變大反而增大了細胞團與其他懸浮顆粒的加速沉淀。其穩(wěn)定性的峰值出現(xiàn)在0.08%。

2.2.4 海藻酸鈉對甜玉米混汁懸浮穩(wěn)定性影響

圖4 海藻酸鈉添加量對懸浮穩(wěn)定性的影響Fig.4 Effect of sodium alginate addition on the suspension stability of sweet corn mix juice

由圖4可知，海藻酸鈉添加后甜玉米混汁的穩(wěn)定性優(yōu)于未添加的甜玉米混汁的穩(wěn)定性，整體來看海藻酸鈉添加后的懸浮穩(wěn)定性效果不如黃原膠、瓜爾豆膠、亞麻籽膠的懸浮穩(wěn)定性高，而且放置一段時間后會有些許類似沙狀顆粒存在，因此在響應面分析時選取了黃原膠、瓜爾豆膠、亞麻籽膠3種天然膠體作為響應因素。

2.3 響應面試驗設計及結(jié)果分析

2.3.1 響應面試驗因素分析

表3 Box-Behnken試驗設計及結(jié)果Table 3 Box-Behnken experimental design and corresponding results

表4 響應面試驗結(jié)果方差分析Table 4 Variance analysis of the established model for the stability factor of sweet corn mix juice

以單因素試驗結(jié)果為基礎，根據(jù)Box-Behnken試驗設計方案，該方案以穩(wěn)定系數(shù)為目標值，設計17個試驗點的響應面分析試驗，其中12個為析因點、5個零點以估計誤差，試驗設計和結(jié)果及方差分析見表3、4，利用Design Expert 7.0軟件對Box-Behnken試驗數(shù)據(jù)進行二次多項式回歸，得到回歸方程：Y＝87.17-1.65A-4.24B＋3.47C-1.29AB-0.81AC-2.23BC-5.08A2-7.41B2-7.35C2。

從表4可知，回歸方程的A、B、C、A2、B2、C2、BC影響極顯著，AB影響顯著，AC影響不顯著。該模型的P值小于0.0001，差異極顯著，說明回歸方程的顯著性及可靠性極高，模型方程能很好地反應真實的試驗值。失擬檢驗的P值大于0.05，差異不顯著，說明本實驗所選取的影響因素較全面，沒有其他不可忽視的因素存在。同時，軟件分析的相關系數(shù)R2＝0.9912，大于90%，表明預測值能與試驗值具有高度相關度，有99.12%的試驗數(shù)據(jù)可以用這個方程解釋。

2.3.2 響應面分析與優(yōu)化

圖5 各因素交互作用對穩(wěn)定性影響的響應面Fig.5 Response surface plots showing the interactive effects of guar gum, flaxseed gum and xanthan gum on the suspension stability of sweet corn mix juice

由圖5A可知，當瓜兒豆膠用量一定時，隨著黃原膠用量的增加，甜玉米混汁的穩(wěn)定系數(shù)呈上升趨勢，但是當用量增加到一定值時穩(wěn)定系數(shù)反而下降。當黃原膠用量一定時，隨著瓜爾豆膠用量的增加玉米汁的穩(wěn)定系數(shù)先升后降。這是因為黃原膠通過其結(jié)構中的螺旋區(qū)和瓜爾豆膠的主鏈相互作用形成三維網(wǎng)狀結(jié)構[19]，蛋白質(zhì)與多糖被包裹在網(wǎng)狀結(jié)構中有較好穩(wěn)定性。隨著添加量的增大后形成的網(wǎng)狀結(jié)構凝膠強度增加，反而不利于穩(wěn)定性的保持。

由圖5B可知，當亞麻籽膠用量一定時，隨著黃原膠用量的增加，甜玉米混汁穩(wěn)定系數(shù)呈上升趨勢，是當用量增加到一定值時穩(wěn)定系數(shù)反而下降。當黃原膠用量一定時，隨著亞麻籽膠用量的增加甜玉米混汁穩(wěn)定系數(shù)先增加后下降。對比圖5A和5B，黃原膠和亞麻籽膠復配效果不如黃原膠和瓜爾豆膠。這是因為黃原膠和亞麻籽膠都存在雙螺旋結(jié)構[6]，對果肉能起支撐作用，但是這種結(jié)構相互間的支撐作用不如黃原膠和瓜爾豆膠之間形成的網(wǎng)狀結(jié)構效果好。結(jié)合表5可知，其P值為0.1761大于0.05，由此可知，黃原膠和亞麻籽膠的交互作用不顯著。

由圖5C可知，當亞麻籽膠用量一定時，隨著瓜爾豆膠的增加，甜玉米混汁的穩(wěn)定系數(shù)呈增加，但是當用量增加到一定值時穩(wěn)定系數(shù)下降。當瓜爾豆膠用量一定時，隨著亞麻籽膠用量的增加，甜玉米的穩(wěn)定系數(shù)逐漸增大后緩慢下降。蛋白質(zhì)與多糖在膠體網(wǎng)狀結(jié)構中有較好穩(wěn)定性。隨著添加量的增大后形成的網(wǎng)狀結(jié)構凝膠強度增加，不利于穩(wěn)定性的保持。亞麻籽膠可與甜玉米混汁中蛋白質(zhì)絡合再與瓜爾豆膠形成穩(wěn)定性較強的體系，說明亞麻籽膠與黃瓜爾豆膠多糖類天然親水膠體的協(xié)同作用顯著。

2.3.3 最大值預測及驗證

用Design Expert 7.0軟件對其最大值進行預測，當黃原膠用量0.07%、瓜爾豆膠用量0.07%、亞麻籽膠用量0.07%時，鮮嫩天玉米混汁的懸浮穩(wěn)定性最好為88.4711%。

為了驗證優(yōu)化結(jié)果的可靠性，在上述優(yōu)化的操作條件下，重復實驗3次，得到的懸浮穩(wěn)定性的平均值為87.91%，預測值與驗證實驗接近，說明回歸方程能夠比較真實地反映各篩選因素對鮮嫩甜玉米混汁懸浮穩(wěn)定性的影響。

3 結(jié) 論

天然親水性膠體的濃度、種類和組合對鮮嫩甜玉米混汁的懸浮穩(wěn)定性均有不同的影響。依據(jù)單因素試驗和響應面極差分析得知影響玉米混汁懸浮穩(wěn)定性的顯著性依次為瓜爾豆膠、亞麻籽膠、黃原膠。根據(jù)單因素試驗結(jié)論得出，各個膠體的最佳水平并確定響應面設計方案，用響應面法進行分析，得出的最佳復配結(jié)果為瓜爾豆膠0.07%、亞麻籽膠0.07%、黃原膠0.07%，經(jīng)最大值驗證實驗確定此復配結(jié)果合理。

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Effect of Natural Hydrophilic Gums on Suspension Stability of Sweet Corn Mix Juice

LI Yu，MA Ke-jia，YOU Hong-lei
(College of Food Science and Technology, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China)

The individual and combined effects of various natural hydrophilic gums on the suspension stability of fresh sweet corn mix juice were studied. In one-factor-at-a-time experiments, the effects of adding guar gum, flaxseed gum, sodium alginate or xanthan gum on the stability factor of sweet corn mix juice, obtained by determining absorbance before and after centrifugation, were evaluated. Subsequently, response surface methodology was employed to investigate the effect of adding guar gum, flaxseed gum and xanthan gum together on the stability factor of sweet corn mix juice, and the optimal amounts of guar gum, flaxseed gum and xanthan gum were all found to be 0.07%, resulting in a stability factor of 87.91%.

sweet corn mix juice；suspension stability；natural hydrophilic gum

TS275.4

：A

1002-6630(2011)20-0034-05

2011-06-17

李瑜(1976—)，女，副教授，博士，研究方向為果蔬貯藏保鮮與深加工。E-mail：liyuliyu76@163.com