黃 麗，黃素君，黃 澳，葉江平，羅忠國(guó)，羅舜菁

1.南昌市檢驗(yàn)檢測(cè)中心 (南昌 330012) 2.南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 (南昌 330047) 3. 江西丹霞生物科技股份有限公司 (鷹潭 335001)

全谷物中含有豐富的維生素、膳食纖維、蛋白質(zhì)等人體必需營(yíng)養(yǎng)素[1]，對(duì)降低Ⅱ型糖尿病[2]、心血管疾病等慢性病的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)有益，開發(fā)全谷物食品具有廣闊的市場(chǎng)前景和重要意義。

美國(guó)食品和藥物管理局(FDA)將全谷物食品定義為配料中全谷物含量≥51%的食品，按照FDA及谷物濃漿定義，本研究產(chǎn)品是總固形物含量≥10%、谷物添加量≥4%、總膳食纖維含量≥0.3%的全谷物濃漿飲品。淀粉和膳食纖維是造成全谷物濃漿口感粗糙、穩(wěn)定性差的主要原因。纖維物質(zhì)粉碎難度大[3]，傳統(tǒng)工藝中所用均質(zhì)機(jī)工作壓力一般低于40 MPa，造成粉碎細(xì)度不足，需渣漿分離處理，將大顆粒物質(zhì)過濾去除，以減少粗糙口感和達(dá)到一定穩(wěn)定性，導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)流失嚴(yán)重。因此，高效粉碎技術(shù)是開發(fā)全谷物濃漿的關(guān)鍵。

動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)是一種新興的物理改性及粉碎技術(shù)，將高速?zèng)_擊、高頻率振動(dòng)、瞬時(shí)壓降、強(qiáng)烈剪切、空化和超高壓相結(jié)合[4]，實(shí)現(xiàn)高能量密度下的超微粉碎、乳化、均質(zhì)，效果卓越。本研究所用裝備是將濕法超微粉碎技術(shù)和動(dòng)態(tài)高壓微射流技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)的可以適用于工業(yè)化生產(chǎn)的高壓射流磨系統(tǒng)[5-6]， 為谷物濃漿飲品的工業(yè)化提供有力支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1材料與試劑

糙米、燕麥、黃豆、花生、核桃、芝麻、白砂糖,南昌市小兒郎實(shí)業(yè)有限公司；卡拉膠、黃原膠、CMC-Na、單甘脂、蔗糖酯，食品級(jí)，易軒生物科技有限公司。

1.1.2主要儀器設(shè)備

濕法粉碎機(jī)(XCFG-2018)，北京協(xié)同創(chuàng)新食品科技有限公司；高壓射流磨(SPJ-500)，北京協(xié)同創(chuàng)新食品科技有限公司；煮漿機(jī)(JWL-200)，樂創(chuàng)商廚有限公司；超高溫瞬時(shí)管道滅菌機(jī)(TW-PT-20T8)，上海沃迪公司；馬爾文激光粒度儀(Mastersizer 3000)，英國(guó)馬爾文儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1全谷物濃漿工藝流程

工藝流程：原料→清洗→烘烤→配伍→濕法粉碎→調(diào)配→高壓射流磨細(xì)化→煮漿→滅菌灌裝→成品

(1)烘烤：各原料烘烤溫度及時(shí)間分別為糙米、燕麥、黃豆170 ℃烘烤20 min，花生120 ℃烘烤20 min，核桃150 ℃烘烤35 min，芝麻120 ℃烘烤15 min。

(2)配伍：將烘烤后的原料按一定配比混合，配比由配方優(yōu)化結(jié)果確定。

(3)濕法粉碎：設(shè)定一級(jí)粉碎、二級(jí)粉碎頻率50 Hz，進(jìn)水泵頻率38.5 Hz，進(jìn)料泵頻率14 Hz。

(4)調(diào)配：加入一定比例的穩(wěn)定劑、白砂糖，穩(wěn)定劑與白砂糖比例由穩(wěn)定劑配方優(yōu)化結(jié)果和配方優(yōu)化結(jié)果確定。

(5)高壓射流磨細(xì)化：設(shè)定處理壓力和處理次數(shù)，由高壓射流磨處理工藝優(yōu)化結(jié)果確定。

(6)煮漿：100 ℃煮漿30 min。

(7)滅菌灌裝：143 ℃滅菌15 s，同時(shí)在無菌室中灌裝。

1.2.2配方優(yōu)化

(1)谷物主料配方的確定

糙米、燕麥?zhǔn)侨任锏牡湫痛?。將糙米與燕麥作為谷物主料復(fù)合配伍。預(yù)實(shí)驗(yàn)表明，純糙米漿與純燕麥漿濃度越高，風(fēng)味越差。因此，選取糙米與燕麥總添加量為4%。設(shè)計(jì)糙米、燕麥添加量質(zhì)量配比為3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3，見表1，加入920 g水，破壁機(jī)打漿，加入40 g白砂糖，制得約1 kg全谷物濃漿。以感官評(píng)分為指標(biāo)，確定谷物主料配方。

表1 谷物主料配方的確定

(2)輔料配方的確定

黃豆、核桃、花生、芝麻營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，具有特殊風(fēng)味。將黃豆、核桃、花生、芝麻作為輔料復(fù)合配伍。設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)因素水平表，見表2，按正交試驗(yàn)表配方并加入24 g糙米、16 g燕麥，加入900 g水，破壁機(jī)打漿，加入40 g白砂糖，制得約1 kg全谷物濃漿。以感官評(píng)分為指標(biāo)，確定輔料配方。

(3)白砂糖添加量的確定

將白砂糖作為甜味劑配伍。將24 g糙米、16 g燕麥、8 g黃豆、5 g核桃、5 g花生、2 g芝麻倒入破壁機(jī)，加入900 g水，打漿，分別添加白砂糖38 g、40 g、42 g、44 g、46 g，制得約1 kg全谷物濃漿。以感官評(píng)分為指標(biāo)，確定白砂糖用量。

表2 輔料配方正交試驗(yàn)因素水平表

1.2.3高壓射流磨處理工藝優(yōu)化

將240 g糙米、160 g燕麥、80 g黃豆、50 g核桃、50 g花生、20 g芝麻濕法粉碎，加白砂糖440 g，加水定容至10 kg。倒入高壓射流磨進(jìn)料筒中，分別設(shè)壓力為0、30 MPa、60 MPa、90 MPa、120 MPa對(duì)物料處理1次，另設(shè)壓力120 MPa分別處理0、1、2、3、4、5次，煮漿熟化，測(cè)量粒徑大小。以粒徑為指標(biāo)，確定高壓射流磨最佳處理壓力和處理次數(shù)。

1.2.4穩(wěn)定劑配方優(yōu)化

(1)單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

選定卡拉膠、黃原膠、CMC-Na為增稠劑，單甘脂、蔗糖酯為乳化劑。設(shè)計(jì)單因素試驗(yàn)：卡拉膠添加量0.02%、0.03%、0.04%、0.05%、0.06%；黃原膠添加量0.04%、0.06%、0.08%、0.10%、0.12%；CMC-Na添加量0.04%、0.06%、0.08%、0.10%、0.12%；單甘酯添加量0.04%、0.06%、0.08%、0.10%、0.12%；蔗糖酯添加量0.05%、0.06%、0.07%、0.08%、0.09%。將240 g糙米、160 g燕麥、80 g黃豆、50 g核桃、50 g花生、20 g芝麻濕法粉碎，加白砂糖440 g和單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)所述穩(wěn)定劑，加水定容至10 kg。高壓射流磨120 MPa處理1次，煮漿，測(cè)量樣品的離心沉淀率。以離心沉淀率為指標(biāo)，確定穩(wěn)定劑用量范圍。

(2)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

基于單因素試驗(yàn)結(jié)果設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)因素水平表，將240 g糙米、160 g燕麥、80 g黃豆、50 g核桃、50 g花生、20 g芝麻濕法粉碎，加白砂糖440 g和正交試驗(yàn)因素水平表中所述穩(wěn)定劑，加水定容至10 kg。高壓射流磨120 MPa處理1次，煮漿，測(cè)量樣品的離心沉淀率。以離心沉淀率為指標(biāo)，確定復(fù)合穩(wěn)定劑最佳配方。

1.2.5產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)

按照1.2.1所述流程制得全谷物濃漿成品，常溫儲(chǔ)藏12個(gè)月后，依據(jù)QB/T 4221—2011《谷物飲料類》檢測(cè)成品。

1.2.6測(cè)定指標(biāo)

(1)感官評(píng)價(jià)

選取10人作為評(píng)價(jià)員對(duì)樣品進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)內(nèi)容包括色澤、氣味、口感(滋味、顆粒感、順滑度)以及狀態(tài)項(xiàng)，感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

表3 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

(2)粒徑的測(cè)定

設(shè)定參數(shù)為顆粒折射率1.590、吸收率0.001，分散劑為蒸餾水，分散劑折射率為1.330。取D[4,3]值為粒徑指標(biāo)。

(3)離心沉淀率的測(cè)定

空離心管稱重，準(zhǔn)確稱取離心管和30 mL樣品的質(zhì)量，于4 000 r/min離心15 min。倒掉上清液，倒置10 min，準(zhǔn)確稱量離心管和沉淀質(zhì)量，按公式(1)計(jì)算。

(1)

式中：SR為離心沉淀率，%；m0為離心管的質(zhì)量，g；m1為離心管和樣品的質(zhì)量，g；m2為離心管和沉淀的質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 配方優(yōu)化結(jié)果

2.1.1谷物主料配方結(jié)果

為了得到最佳風(fēng)味全谷物濃漿，以一定配比將糙米與燕麥混合。糙米與燕麥配比對(duì)感官評(píng)分的影響如圖1所示。隨著糙米添加量的增加，感官評(píng)分呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。當(dāng)糙米與燕麥配比為6∶4，即谷物添加量為糙米24 g/kg、燕麥16 g/kg時(shí)，感官評(píng)分最高，此時(shí)樣品有濃烈的谷物香氣，且具有燕麥特有的清甜感。因此，燕麥與糙米的最適添加量為糙米2.4%、燕麥1.6%。

圖1 糙米與燕麥配比對(duì)感官評(píng)分的影響

2.1.2輔料配方結(jié)果

只添加燕麥、糙米、白砂糖所制得的樣品總體感官評(píng)分較低、滋味差，因此需要添加其他具有風(fēng)味的輔料來改善風(fēng)味。輔料配方正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示，根據(jù)表中的極差R分析結(jié)果得知，各輔料影響感官評(píng)分的主次順序?yàn)锽>A>D>C，即核桃>黃豆>芝麻>花生。由表5中K1、K2、K3值可知，全谷物濃漿的輔料最佳配方為：B2A3D1C2，黃豆8 g、核桃5 g、花生5 g、芝麻2 g，即黃豆0.8%、核桃0.5%、花生0.5%、芝麻0.2%。

表4 輔料配方正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.3白砂糖添加量的結(jié)果

白砂糖添加量對(duì)感官評(píng)分的影響如圖2所示，隨著白砂糖添加量的增加，感官評(píng)分呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。添加量過低，飲料滋味道略微有些寡淡；在白砂糖添加量為44 g/kg時(shí)，甜度適中，綜合評(píng)價(jià)最高；添加量過高，甜味重。因此白砂糖最佳添加量為44 g/kg，即白砂糖4.4%。

圖2 白砂糖添加量對(duì)感官評(píng)分的影響

綜上所述，該全谷物濃漿最佳配方為：糙米2.4%、燕麥1.6%、黃豆0.8%、核桃0.5%、花生0.5%、芝麻0.2%、白砂糖4.4%，在此配方下制備出的全谷物濃漿感官評(píng)分為92分，口感醇厚、香氣濃郁、甜度適中、風(fēng)味最佳。

2.2 高壓射流磨處理工藝優(yōu)化結(jié)果

2.2.1高壓射流磨處理壓力結(jié)果

粒徑越小，上浮或沉降速度越慢，體系越穩(wěn)定。高壓射流磨處理壓力對(duì)粒徑的影響如圖3所示。壓力越大，粒徑減小。全谷物濃漿被空化和對(duì)撞所產(chǎn)生的高度密集能量碰撞剪切，導(dǎo)致了大直徑淀粉和膳食纖維顆粒的破碎，同時(shí)使蛋白質(zhì)、脂質(zhì)均一化，有效的降低了全谷物濃漿的總體粒徑值。在120 MPa時(shí)，平均粒徑可達(dá)17.0 μm。齊兵等[7]采用傳統(tǒng)均質(zhì)機(jī)處理壓力40 MPa下成品粒徑為72.84 μm；陳為鳳[8]在壓力30 MPa下均質(zhì)大麥苗飲料，成品粒徑為67.68 μm。表明高壓射流磨粉碎技術(shù)能夠更為有效地降低體系粒徑，在工業(yè)生產(chǎn)上具有顯著優(yōu)勢(shì)。

2.2.2高壓射流磨處理次數(shù)結(jié)果

高壓射流磨處理次數(shù)對(duì)全谷物濃漿粒徑的影響如圖4所示。在高壓處理1次后，粒徑值降低了49.4%，降幅最大。但在高壓處理2次及以上時(shí)，粒徑值只有小幅度的降低。高壓射流磨處理次數(shù)1次，就能達(dá)到良好的粉碎效果。

2.3 穩(wěn)定劑配方優(yōu)化結(jié)果

2.3.1增稠劑配方結(jié)果

卡拉膠、黃原膠、CMC-Na對(duì)全谷物濃漿穩(wěn)定性的影響如圖5～圖7所示。從圖中可以看出，隨著增稠劑添加量的增加，離心沉淀率先下降后增加，適量的增稠劑能提高全谷物濃漿穩(wěn)定性。單因素試驗(yàn)結(jié)果表明，卡拉膠的添加量為0.04%時(shí)，離心沉淀率達(dá)到最低，為17.31%；黃原膠的添加量為0.10%時(shí)，離心沉淀率達(dá)到最低，為18.55%；CMC-Na的添加量為0.08%時(shí)，離心沉淀率達(dá)到最低，為9.43%。

圖3 處理壓力對(duì)全谷物濃漿粒徑的影響

圖4 處理次數(shù)對(duì)全谷物濃漿粒徑的影響

由增稠劑單因素試驗(yàn)結(jié)果設(shè)計(jì)增稠劑正交試驗(yàn)因素水平表如表5所示，并得到正交試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。由正交試驗(yàn)結(jié)果極差R值分析，各因素影響的主次順序?yàn)镃>B>A，即CMC-Na>黃原膠>卡拉膠，說明CMC-Na對(duì)全谷物濃漿穩(wěn)定性影響最大，而卡拉膠對(duì)全谷物濃漿穩(wěn)定性影響最小。從平均值K分析，全谷物濃漿飲品最佳復(fù)合增稠劑配方為A1B1C3，即卡拉膠0.03%、黃原膠0.08%、CMC-Na0.10%，卡拉膠∶黃原膠∶CMC-Na=3∶8∶10，總添加量為0.21%。

圖5 卡拉膠對(duì)全谷物濃漿穩(wěn)定性的影響

圖6 黃原膠對(duì)全谷物濃漿穩(wěn)定性的影響

圖7 CMC-Na對(duì)全谷物濃漿穩(wěn)定性的影響

表5 增稠劑正交試驗(yàn)因素水平表

2.3.2乳化劑配方結(jié)果

全谷物濃漿含有蛋白質(zhì)及油脂，乳化劑可以改善其穩(wěn)定性。兩種乳化劑對(duì)全谷物濃漿穩(wěn)定性的影響如圖8和圖9所示。隨著乳化劑添加量的增加，離心沉淀率也呈現(xiàn)先下降后增加的趨勢(shì)。單因素試驗(yàn)結(jié)果表明，單甘脂的添加量為0.10%時(shí)，離心沉淀率達(dá)到最低，為6.84%；蔗糖酯的添加量為0.07%時(shí)，離心沉淀率達(dá)到最低，為8.44%。

圖8 單甘脂對(duì)全谷物濃漿穩(wěn)定性的影響

圖9 蔗糖酯對(duì)全谷物濃漿穩(wěn)定性的影響

乳化劑全實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，全谷物濃漿最佳復(fù)合乳化劑配方為單甘脂0.11%、蔗糖酯0.06%，總添加量為0.17%，此時(shí)離心沉降率最低為6.65%。

表7 乳化劑實(shí)驗(yàn)結(jié)果

綜上所述，該全谷物濃漿復(fù)合穩(wěn)定劑最佳配方為：卡拉膠0.03%、黃原膠0.08%、CMC-Na 0.10%、單甘脂0.11%、蔗糖酯0.06%，穩(wěn)定劑總添加量為0.38%。陳為鳳[8]的均質(zhì)制備大麥苗飲料的復(fù)配穩(wěn)定劑總添加量為0.51%；梁淑霞[9]發(fā)酵制備燕麥乳的復(fù)合穩(wěn)定劑總添加量為0.6%。對(duì)比傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝，高壓射流磨工藝所制樣品穩(wěn)定劑添加量顯著降低。經(jīng)長(zhǎng)期儲(chǔ)藏實(shí)驗(yàn)表明，在此復(fù)合穩(wěn)定劑的作用下，全谷物濃漿可以在靜置12個(gè)月后僅產(chǎn)生輕微沉淀現(xiàn)象，穩(wěn)定性高。

2.4 產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

上海華測(cè)品標(biāo)檢測(cè)技術(shù)有限公司出具的檢測(cè)報(bào)告(報(bào)告編號(hào)：A2200358391101001C)顯示該成品在常溫儲(chǔ)藏12個(gè)月后，具有產(chǎn)品應(yīng)有的色澤、口味和香氣，有少量沉淀現(xiàn)象?？偣绦挝锖繛?0.2%、總膳食纖維含量為0.474%，未檢出重金屬及致病菌，菌落總數(shù)<10 CFU/mL。

3 結(jié)論

本研究通過工業(yè)化高壓射流磨系統(tǒng)研制出一款口感優(yōu)良、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、穩(wěn)定劑添加量低的全組分全谷物濃漿。以感官評(píng)分、粒徑、離心沉淀率為指標(biāo)，得出全谷物濃漿最佳配方為糙米2.4%、燕麥1.6%、黃豆0.8%、核桃0.5%、花生0.5%、芝麻0.2%、白砂糖4.4%；復(fù)合穩(wěn)定劑最佳配方為卡拉膠0.03%、黃原膠0.08%、CMC-Na 0.10%、單甘脂0.11%、蔗糖酯0.06%，總添加量為0.38%；高壓射流磨120 MPa壓力處理1次，平均粒徑可達(dá)17 μm，細(xì)化效果顯著。最終全谷物濃漿成品總固形物含量為10.2%、總膳食纖維含量0.474%，口感醇厚、甜度適中、風(fēng)味最佳，靜置12個(gè)月后僅產(chǎn)生輕微沉淀現(xiàn)象，符合QB/T 4221—2011《谷物飲料類》標(biāo)準(zhǔn)要求。