曹晟，黃雪，鄧天祥，何莉萍

（武昌工學(xué)院食品工程學(xué)院，湖北武漢430065）

芋頭清汁飲料生產(chǎn)工藝的研究

曹晟，黃雪，鄧天祥，何莉萍*

（武昌工學(xué)院食品工程學(xué)院，湖北武漢430065）

為了有效利用芋頭原料，提高其附加值，研究芋頭清汁飲料生產(chǎn)工藝。采用高溫淀粉酶水解芋頭淀粉，先以單因素試驗(yàn)確定酶解參數(shù)，再利用響應(yīng)面設(shè)計(jì)，確定芋頭淀粉水解的優(yōu)化工藝：水解溫度83℃，水解時(shí)間60 min，pH 6.50，加酶量1.3 mL/100 g。確定芋頭汁飲料均質(zhì)工藝：第1段15 MPa，第2段20 MPa；滅菌條件：135℃，5 s。采用多種穩(wěn)定劑研究芋頭汁飲料穩(wěn)定性，確定穩(wěn)定劑為：羧甲基纖維素鈉用量為0.20%。

芋頭；清汁；工藝

Abstract：In order to make better use of raw taro and provide added value，the production process of taro juice beverage isoptimized as follows：First，use several single-factor experiments to determine the parameters of the taro starch hydrolysis with thermostable amylase.After response surface analysis design，the parameters of taro starch hydrolysis were：Hydrolysis temperature of 83 ℃，hydrolysis time 60 min，pH 6.50，enzyme concentration 1.3 mL/100 g；The parameters of taro juice beverage homogenization were：PhaseⅠ15 MPa，PhaseⅡ20 MPa；sterilization conditions：135℃，5 s.Also，a variety of stabilizers were tried in experiments，and the best choice was：CMC-Na 0.20%.

Key words：taro；clear juice；processing technology

芋頭（Colocasiaesculenta（L.）Schott）別名芋魁，俗稱芋艿，屬天南星科草本植物。芋頭營(yíng)養(yǎng)豐富，其塊莖兼具主食和蔬菜的特點(diǎn)，可食用也可藥用，有寬腸胃、補(bǔ)脾胃、降血壓、降脂、消癆散結(jié)等功效。我國(guó)芋頭資源十分豐富，但其開發(fā)的程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如其他的含淀粉較高的食物。芋頭塊莖中含水量高，在儲(chǔ)存過程中易被微生物污染導(dǎo)致腐爛，造成極大的資源浪費(fèi)，因此對(duì)芋頭進(jìn)行深加工十分必要[1]。近年來，隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，育種技術(shù)的提高，我國(guó)芋頭的年產(chǎn)量也再逐步上升，這為芋頭的精深加工打下牢固的基礎(chǔ)。目前，國(guó)內(nèi)有關(guān)芋頭的深加工不足，大部分加工不適合工業(yè)化生產(chǎn)。本研究以芋頭為原料，研究芋頭清汁的生產(chǎn)工藝，以期能夠有效推動(dòng)芋頭產(chǎn)業(yè)的多樣性發(fā)展，提高芋頭的資源利用率和經(jīng)濟(jì)附加值[2]。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

芋頭（湖北武漢）：購于白沙洲大市場(chǎng)；白砂糖、檸檬酸、檸檬酸鈉、D-異抗壞血酸鈉、卡拉膠、羧甲基纖維素鈉均為食品級(jí)；高溫淀粉酶（酶活20 000 u/g）：安琪酵母有限公司；葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品：合肥博美生物科技有限責(zé)任公司；ONS試劑：武昌工學(xué)院食品工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室自配。

1.1.2 儀器

電熱恒溫水浴鍋：力辰科技有限公司；722型分光光度計(jì)：上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；分析天平：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；高速萬能試樣粉碎機(jī)；超聲波清洗器、高壓均質(zhì)機(jī)、MLS-3751L高壓滅菌鍋：日本松下集團(tuán)；超高溫瞬時(shí)滅菌機(jī)：恒溫磁力攪拌器。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 芋頭清汁飲料制備工藝流程

1.2.2 高溫淀粉酶水解芋頭淀粉工藝優(yōu)化

1.2.2.1 酶法水解芋頭淀粉單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

芋頭清洗，去皮，切塊，稱取20 g，按料液比1∶5（g/mL）加水，用組織搗碎機(jī)破碎，放在恒溫磁力攪拌器上80℃條件下糊化10 min。調(diào)pH值，放置于不同溫度，加入高溫淀粉酶進(jìn)行水解，分別測(cè)定還原糖含量。

1.2.2.2 酶法水解芋頭淀粉響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

酶法水解芋頭淀粉響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)見1。

表1 二次回歸旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)因素水平Table 1 Factors and levels of quadratic regression rotation combination design

1.2.3 芋頭還原糖含量的測(cè)定

DNS法測(cè)定芋頭還原糖含量[3]。以葡萄糖值（DE值，%）表示水解度。

1.2.4 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

取6支刻度為25 mL的試管并編號(hào)0～5，分別在試管中加入1 mg/mL的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL，用蒸餾水補(bǔ)至2 mL，在每個(gè)試管中加入1.5 mLDNS試劑，沸水浴5 mim，冷卻至室溫，用蒸餾水定容至25 mL，混合均勻。0號(hào)試管作為空白對(duì)照，測(cè)定OD540nm，記錄數(shù)據(jù)并繪制葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖1。

圖1 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standard curve of glucose

1.2.5 芋頭清汁飲料感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

芋頭清汁飲料感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 芋頭清汁飲料感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Standards fortaro juice beverage sensory evaluation

1.2.6 芋頭清汁飲料穩(wěn)定性的研究

選用1.2.2.2試驗(yàn)所得到的最優(yōu)工藝參數(shù)即：溫度 83 ℃，水解時(shí)間 60 min，pH 6.50，加酶量 1.3 mL，分別添加一定量卡拉膠和羧甲基纖維素鈉，通過感官品評(píng)確定各穩(wěn)定劑的適宜用量。

1.2.7 均質(zhì)條件對(duì)芋頭清汁飲料感官品質(zhì)的影響

選用1.2.6試驗(yàn)所得到的最優(yōu)工藝參數(shù)分別采用兩段式加壓方法進(jìn)行均質(zhì)。①第1段10 MPa，第2段15 MPa；②第 1段 15 MPa，第 2段 20 MPa；③第 1段20 MPa，第2段25 MPa；通過感官品評(píng)確定芋頭汁飲料最佳均質(zhì)工藝。

1.2.8 殺菌條件對(duì)芋頭清汁飲料感官品質(zhì)的影響

按響應(yīng)面設(shè)計(jì)最佳工藝，均質(zhì)加壓方式為第1段15 MPa，第2段20 MPa后，分別采用不同殺菌方法進(jìn)行滅菌。①巴氏滅菌，80℃，30 min；②超高溫瞬時(shí)滅菌，135℃，5 s；③高溫滅菌，100℃，10 min；通過感官品評(píng)確定芋頭汁最佳工藝。

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫淀粉酶法水解芋頭淀粉單因素試驗(yàn)

2.1.1 水解溫度對(duì)高溫淀粉酶水解芋頭淀粉的影響

水解溫度對(duì)高溫淀粉酶水解芋頭淀粉的影響見圖2。

圖2 水解溫度對(duì)高溫淀粉酶水解芋頭淀粉的影響Fig.2 Effect of hydrolysis temperature on hydrolysis of taro starch

采用耐高溫淀粉酶的目的在于，在較高的溫度水解，防止微生物的污染。隨溫度的升高，水解程度不斷提高，當(dāng)溫度達(dá)到85℃，達(dá)到最高點(diǎn)。之后，溫度越高，水解程度開始下降，且下降幅度較大。這可能是由于溫度升高，分子運(yùn)動(dòng)加快，酶分子與底物接觸面積大大增加，水解程度加快，但當(dāng)溫度過高時(shí)，淀粉酶發(fā)生變性，導(dǎo)致水解程度大大下降。因此，選擇水解溫度為85℃。

2.1.2 pH值對(duì)高溫淀粉酶水解芋頭淀粉的影響

pH值對(duì)高溫淀粉酶水解芋頭淀粉的影響見圖3。

圖3 pH值對(duì)高溫淀粉酶水解芋頭淀粉的影響Fig.3 Effect of pH on hydrolysis of taro starch

由圖3所示，當(dāng)pH值為6.5時(shí)，芋頭淀粉的水解度最大；當(dāng)pH值大于6.5時(shí)，隨著pH值的升高，芋頭淀粉的水解度逐漸下降。這說明，該淀粉酶在pH值過高或者過低時(shí)，均會(huì)改變酶的活性中心構(gòu)象，導(dǎo)致酶的變性失活。因此，選擇，該淀粉酶水解芋頭淀粉的最適pH值為6.5。

2.1.3 加酶量對(duì)高溫淀粉酶水解芋頭淀粉的影響

加酶量對(duì)高溫淀粉酶水解芋頭淀粉的影響見圖4。

圖4 加酶量對(duì)高溫淀粉酶水解芋頭淀粉的影響Fig.4 Effect of enzyme addition on hydrolysis of taro starch

如圖4可知，隨著酶量的增加，水解度越高，但加酶量達(dá)到1.2 mL時(shí)，其水解度與加酶量在1.4 mL的水解度相差不大?？紤]到成本問題，選擇加酶量為1.2 mL。

2.1.4 水解時(shí)間對(duì)高溫淀粉酶水解芋頭淀粉的影響

水解時(shí)間對(duì)高溫淀粉酶水解芋頭淀粉的影響見圖5。

圖5 水解時(shí)間對(duì)高溫淀粉酶水解芋頭淀粉的影響Fig.5 Effect of hydrolysis time on the hydrolysis of taro starch

由圖5可知，水解時(shí)間越長(zhǎng)，芋頭水解程度越高，前60 min內(nèi)，芋頭淀粉的水解程度迅速增加，60 min之后，水解度上升緩慢，并趨向穩(wěn)定。因此，選擇水解時(shí)間為60 min。

2.2 酶法水解芋頭淀粉響應(yīng)面試驗(yàn)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表4。

表4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 4 Experiment design and results

續(xù)表4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Continue table 4 Experiment design and results

表5 試驗(yàn)回歸分析結(jié)果Table 5 Variance analysis of test results

通過Design-Expert 8.0軟件進(jìn)行相應(yīng)面回歸分析，R2=0.931 9，回歸模型的失擬性檢驗(yàn)，差異不顯著，可認(rèn)為所選模型與實(shí)際試驗(yàn)擬合性充分，得到如下多元二次相應(yīng)面回歸模型：Y=40.94-1.19A+0.92B+0.43C+1.41D-0.34AB-0.12AC-0.75AD-0.045BC-0.81BD+0.10CD-2.42A2-1.72B2-3.31C2-0.38D2

由表5所示，回歸方程顯著性檢驗(yàn)P＜0.001，表明該模型差異極顯著。在所取因素水平范圍內(nèi)，對(duì)酶解芋頭淀粉影響的順序?yàn)椋杭用噶浚舅鉁囟龋舅鈺r(shí)間＞pH值。

圖6為通過Box-Behnken試驗(yàn)得到的多元二次回歸模型所作的相應(yīng)面圖。

在其他試驗(yàn)因素固定不變的條件下，考察4個(gè)因素兩兩交互后對(duì)酶法水解淀粉的影響。相應(yīng)面坡度越陡峭，表明響應(yīng)值對(duì)于各條件的改變?cè)矫舾校撘蛩貙?duì)酶法水解淀粉的影響越大；反之則小。得到水解芋頭淀粉最佳參數(shù)為：水解溫度83.45℃，水解時(shí)間61 min，pH 6.52，加酶量 1.304 mL，DE 值為 41.630 7?？紤]到實(shí)際操作情況，將水解溫度修正為83℃，水解時(shí)間60 min，pH 6.50，加酶量1.3 mL。根據(jù)最優(yōu)參數(shù)條件，進(jìn)行3次驗(yàn)證性試驗(yàn)，得到DE值為40.05。

圖6 各因素交互作用對(duì)酶法水解淀粉的影響Fig.6 Effect of interaction of factors on enzymatic hydrolysis of starch

2.3 芋頭清汁飲料穩(wěn)定性的研究

未加入穩(wěn)定劑的芋頭汁飲料在儲(chǔ)存過程中，其澄清度快速下降，這主要是由于芋頭汁仍然有一定含量的大分子的糖類存在。為使芋頭汁飲料的感官品質(zhì)更佳，考慮加入穩(wěn)定劑來保證芋頭清汁透明無沉淀。選擇常用于飲料的穩(wěn)定劑黃原膠、魔芋膠、瓜兒豆膠、羧甲基纖維素鈉和卡拉膠為研究對(duì)象。為保證飲料的澄清度及透明度高，則需要加入羧甲基纖維素鈉和卡拉膠這透明度高的穩(wěn)定劑，通過適當(dāng)提高其用量及復(fù)配實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試。加入不同穩(wěn)定劑經(jīng)121℃15 min處理后的芋頭汁感官品質(zhì)評(píng)分見圖7。

圖7 加入不同穩(wěn)定劑經(jīng)121℃15 min處理后的芋頭汁感官品質(zhì)評(píng)分Fig.7 Sensory evaluation of taro juice with different stabilizers after 121℃15 min treatment

由圖7可知，將更高用量的卡拉膠和羧甲基纖維素鈉加入芋頭汁后，芋頭汁的穩(wěn)定性大大提高。加入卡拉膠的芋頭汁，在較高溫度條件下，其澄清度較好，但芋頭汁冷卻后，卡拉膠含量越高的，其透明度越差，且仍有少量沉淀。將卡拉膠和羧甲基纖維素鈉復(fù)配使用的復(fù)合穩(wěn)定劑，隨卡拉膠的量越低，其澄清度越高。僅加入羧甲基纖維素鈉的芋頭汁透明，感官品質(zhì)評(píng)分均較高，在溫度較高時(shí)，均未出現(xiàn)沉淀。

當(dāng)芋頭汁冷卻后并放置一周后，羧甲基纖維素鈉添加量為0.1%的芋頭汁，出現(xiàn)極少量沉淀，而含量為0.15%和0.2%的芋頭汁，仍透明無沉淀。經(jīng)加速試驗(yàn)60℃、5 d處理后，僅有羧甲基纖維素鈉含量為0.2%的芋頭汁，仍透明無沉淀。經(jīng)綜合考慮，選擇芋頭汁的穩(wěn)定劑羧甲基纖維素鈉用量為0.2%。

2.4 均質(zhì)條件對(duì)芋頭清汁飲料感官品質(zhì)的影響

均質(zhì)條件對(duì)芋頭清汁飲料感官品質(zhì)的影響見圖8。

圖8 均質(zhì)條件對(duì)芋頭汁飲料感官品質(zhì)的影響Fig.8 Effect of homogenizing conditions on sensory evaluation of taro juice beverage

由圖8可知，均質(zhì)壓力越高，芋頭汁感官品質(zhì)越好，即在壓力作用下，所添加的輔料粒度變細(xì)，分布越均勻，穩(wěn)定性越好。但壓力太高，對(duì)均質(zhì)機(jī)的要求較高，因此選擇均質(zhì)壓力為第1段15 MPa，第2段20 MPa。

2.5 殺菌條件對(duì)芋頭汁飲料感官品質(zhì)的影響

殺菌條件對(duì)芋頭汁飲料感官品質(zhì)的影響見圖9。

圖9 殺菌條件對(duì)芋頭汁飲料感官品質(zhì)的影響Fig.9 Effect of sterilization conditions on sensory evaluation of l taro juice beverage

由圖9可知，采用高溫滅菌時(shí)，芋頭汁飲料發(fā)生少量凝聚沉淀，芋頭汁感官品質(zhì)下降。采用超高溫瞬時(shí)滅菌時(shí)，芋頭汁品質(zhì)基本沒發(fā)生變化。在試驗(yàn)中，采取常用的滅菌條件135℃，2 s時(shí)，芋頭飲料在儲(chǔ)存的過程中，微生物繁殖較快，貨架期較短，因此，提高了滅菌的時(shí)間，但時(shí)間太長(zhǎng)，芋頭飲料發(fā)生褐變，顏色變化較大，因此，選擇芋頭汁飲料的殺菌采用超高溫瞬時(shí)滅菌，即 135℃，5 s。

3 結(jié)論

3.1 芋頭清汁飲料加工工藝

采用高溫淀粉酶水解芋頭淀粉，確定芋頭淀粉水解的最優(yōu)工藝：水解溫度83℃，水解時(shí)間60 min，pH 6.50，加酶量1.3 mL。均質(zhì)工藝：第1段10 MPa，第2段15 MPa；滅菌條件：135 ℃，2 s。

3.2 試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的有待解決的問題

在試驗(yàn)過程中，特別是在酶解攪拌的過程中，飲料產(chǎn)生了較多氣泡，并且無法采用常用于飲料中的消泡劑如吐溫等去除，因此，未來的試驗(yàn)中，需要再尋找可行的消泡劑。另外，采用超高溫瞬時(shí)滅菌雖然能保證飲料的品質(zhì)，但是其貯藏期不佳，容易被產(chǎn)氣菌污染，需要考慮加入防腐劑或者采用其他的滅菌方法。

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Research on the Processing Technology of Taro Clear Juice Beverage

CAO Sheng，HUANG Xue，DENG Tian-xiang，HE Li-ping*
（College of Food Engineering，Wuchang Institute of Technology，Wuhan 430065，Hubei，China）

2017-04-24

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.19.020

曹晟（1994—），男（漢），本科，研究方向：食品加工技術(shù)。

*通信簡(jiǎn)介：何莉萍（1983—），女（漢），講師，碩士，研究方向：食品加工技術(shù)。