超聲波技術(shù)在玉米漿飲料生產(chǎn)中的應(yīng)用

葛英亮，王繼偉，吉亞力，王雨薇

(1.哈爾濱學(xué)院工學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150086；2.哈爾濱師范大學(xué)管理學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150025)

超聲波技術(shù)在玉米漿飲料生產(chǎn)中的應(yīng)用

葛英亮1，王繼偉1，吉亞力2，王雨薇1

(1.哈爾濱學(xué)院工學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150086；2.哈爾濱師范大學(xué)管理學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150025)

選用東北優(yōu)質(zhì)甜玉米，采用超聲波破碎技術(shù)對普通玉米漿生產(chǎn)工藝進行改良。通過單因素和正交試驗的方法，初步確定超聲波破碎生產(chǎn)玉米漿飲料的工藝條件為破碎功率600W、破碎時間7s/次(共30次)、料水比1:3 (m/m)。比較采用超聲波破碎工藝與普通破碎工藝得到的玉米漿產(chǎn)品，最終確定采用超聲波破碎法生產(chǎn)玉米漿飲料的工藝，最優(yōu)條件為玉米漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)100%、超聲波破碎料水比1:3(g/mL)、糊化溫度90℃、糊化時間4min、穩(wěn)定劑用量0.05%。制得的玉米漿飲料口感滑潤、氣味芳香、色澤微黃、營養(yǎng)豐富。

超聲波；玉米漿；飲料；應(yīng)用

玉米(Zea mays)又名玉蜀黍、珍珠米，古時也稱“御麥”[1]是世界上分布最廣泛的糧食作物之一，種植面積僅次于小麥和水稻。許多地區(qū)的人們都以玉米為主要的糧食[2]。玉米含有多種營養(yǎng)成分[3]，具有防癌[4]、降低膽固醇、解毒和輔助治療膽囊炎、膽結(jié)石、黃疸型肝炎和糖尿病等作用[5-6]，被譽為“黃金食品”。玉米漿飲料作為一種新型糧食飲料具有玉米的營養(yǎng)價值[7]，也具備了易吸收和攜帶、風(fēng)味獨特的特點，逐漸為人們所接受。

近年來，超聲波技術(shù)在食品加工領(lǐng)域備受關(guān)注[8]，超聲波指的是頻率在20kHz及以上的聲波，能夠在極短的時間內(nèi)殺滅和破壞微生物[9]，還能夠?qū)κ称樊a(chǎn)生諸如均質(zhì)、催陳、裂解大分子物質(zhì)等多種作用[10-13]，從而能更好地提高和完善食品品質(zhì)，保持食品原有滋味和風(fēng)味[14]。如采用超聲波法對玉米漿進行二次破碎，可以減小玉米漿中物質(zhì)的顆粒度，降低玉米漿飲料的糊化溫度，增強玉米漿的穩(wěn)定性、防止風(fēng)味物質(zhì)的揮發(fā)和損失，縮減玉米漿飲料生產(chǎn)工藝流程。如在超聲波破碎玉米漿的同時保持一定溫度，利用超聲波和低溫對玉米漿飲料進行協(xié)同殺菌，可以降低玉米漿飲料的滅菌要求，保證玉米漿的風(fēng)味，防止?fàn)I養(yǎng)損失，提高人體對玉米漿中營養(yǎng)物質(zhì)的消化效率。因此，采用超聲波破碎技術(shù)對普通玉米漿生產(chǎn)工藝進行改良，有利于降低生產(chǎn)對能耗的要求、保證玉米漿飲料風(fēng)味，提高玉米漿飲料的適口性，提高玉米漿飲料的營養(yǎng)吸收率。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

速凍黏玉米 綠山川食品廠；白砂糖、檸檬酸、β-環(huán)糊精等。

1.2 儀器與設(shè)備

表1 超聲波破碎法生產(chǎn)玉米漿飲料感官評審表Table1 Sensory evaluation of corn syrup beverage prepared by ultrasonic technology

JY92-Ⅱ超聲波破碎機 寧波新芝生物科技股份有限公司；HZQ-X100A恒溫?fù)u床 上海一恒科學(xué)儀器有限公司；DL-718多樂多功能食物攪拌機 廣州隆特電子有限公司；DJM-50L膠體磨 上海東華高壓均質(zhì)機廠；UV-2802型紫外-可見分光光度計 尤尼柯(上海)儀器有限公司；Orion818型pH測試儀 美國Orion Research公司。

1.3 方法

1.3.1 玉米漿飲料生產(chǎn)的一般工藝流程

選料→去苞衣、去須→清洗→滅酶→冷卻→刮粒、取粒→打漿→過濾→混合調(diào)配→殺菌→罐裝→成品

1.3.2 采用超聲波破碎生產(chǎn)玉米漿飲料的工藝流程

選料→去苞衣、去須→清洗→滅酶→冷卻→刮粒、取?！驖{→超聲波破碎(初步滅菌)→低溫糊化→過濾(無菌)→調(diào)配→罐裝→成品

1.3.3 超聲波破碎生產(chǎn)玉米漿飲料的評分標(biāo)準(zhǔn)

選取感官評定人員20名，按照表1標(biāo)準(zhǔn)進行感官評分，評分所得值與沉淀程度的乘積為最終分值。

100mL量筒中注入100mL的玉米漿，恒溫靜置2h，計算沉淀高度與總?cè)芤焊叨鹊谋戎导礊槌恋沓潭取?/p>

1.3.4 超聲波破碎生產(chǎn)玉米漿最佳工藝的選擇

根據(jù)1.3.2節(jié)所設(shè)定的工藝流程，在相同條件下對玉米進行清洗、滅酶、打漿，并以超聲波功率(100、200、300、400、500、600W)、超聲時間(2、3、4、5、6、7s/次，30次)、不同料水比(1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7，g/mL)[15]，進行單因素試驗，以感官檢驗及沉淀程度綜合評分為指標(biāo)，按因素水平表進行L9(33)的正交試驗。

1.3.5 玉米漿飲料生產(chǎn)最佳糊化工藝的確定

采用正交試驗的方法確定玉米漿飲料的糊化工藝，采用1.3.3節(jié)中獲得的最優(yōu)產(chǎn)品，分別選定稀釋玉米漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)(100%、90%、80%、70%、60%)、糊化溫度(60、70、80、90、100℃)、糊化時間(2、3、4、5、6min)、穩(wěn)定劑添加量(0.0125%、0.025%、0.05%、 0.075%、0.1%，m/m)為4個因素，進行單因素試驗，然后以感官評分與沉淀系數(shù)為綜合指標(biāo)，建立因素水平表進行L9(34)正交試驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲波破碎生產(chǎn)玉米漿單因素試驗

2.1.1 超聲波破碎功率對玉米漿穩(wěn)定性的影響

采用破碎時間5s/次(30次)與料水比1:3(g/mL)為試驗條件，改變超聲波的破碎功率進行單因素試驗。

圖1 超聲波破碎功率對玉米漿穩(wěn)定性的影響Fig.1 Effect of ultrasonic power on the stability of corn syrup beverage

由圖1可知，隨著超聲波破碎功率的增加，顆粒粒度不斷減小，玉米漿穩(wěn)定性增強。但在超聲功率為200W時，也出現(xiàn)一個較為穩(wěn)定的狀態(tài)，值得在今后的研究中進一步探討。

2.1.2 超聲波破碎時間對玉米漿穩(wěn)定性的影響

圖2 超聲波破碎時間對玉米漿穩(wěn)定性的影響Fig.2 Effect of ultrasonic treatment time on the stability of corn syrup beverage

由圖2可知，超聲波破碎時間在7s/次破碎30次時玉米漿的穩(wěn)定性最好，品質(zhì)和細(xì)膩度最佳。在超聲波破碎時間3s/次破碎30次時，穩(wěn)定性較好，但這只是一個過渡值，隨著顆粒粒度的減小，浮力減小，黏度降低又會產(chǎn)生分層的現(xiàn)象。

2.1.3 料水比對玉米漿穩(wěn)定性的影響

圖3 料水比對玉米汁穩(wěn)定性的影響Fig.3 Effect of material-liquid ratio on the stability of corn syrup beverage

由圖3可知，料水質(zhì)量比在1:3(g/mL)時玉米漿最穩(wěn)定。當(dāng)料水比為1:2時玉米漿中固形物的含量較大，體系發(fā)黏；隨著水分含量增多，玉米漿黏度降低會產(chǎn)生分層的現(xiàn)象。

2.2 超聲波破碎生產(chǎn)工藝正交試驗

2.2.1 超聲波破碎生產(chǎn)工藝的因素水平表

經(jīng)單因素試驗，確定超聲波破碎正交試驗因素水平表(表2)。

表2 超聲波破碎處理玉米漿L9(33)正交試驗因素水平表Table2 Factors and levels of orthogonal experiments for ultrasonic treatments

2.2.2 超聲波破碎條件正交試驗結(jié)果

超聲波破碎玉米漿處理條件的L9(33)正交試驗結(jié)果見表3。

由正交試驗可知，料水比是影響超聲波破碎工藝的主要因素。影響超聲波破碎工藝因素的主次順序為料水比＞破碎功率＞破碎時間，確定超聲波破碎工藝的最優(yōu)條件為破碎功率600W、破碎時間7s/次(30次)、料水比1:3(g/mL)。

表3 超聲波破碎處理條件L9(33)正交試驗設(shè)計及結(jié)果Table3 Results of orthogonal experiments for ultrasonic treatments

2.3 玉米漿飲料生產(chǎn)條件優(yōu)化結(jié)果

2.3.1 玉米漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)對沉淀程度的影響

采用2.2.2節(jié)最優(yōu)工藝條件得到的玉米漿為原料進行單因素試驗，考察玉米漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)對沉淀程度的影響(圖4)。

圖4 玉米漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)對玉米汁分層程度的影響Fig.4 Effect of corn juice concentration on the degree of precipitation of corn syrup beverage

隨著玉米漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加(料水比1:3)玉米汁的沉淀程度明顯減弱，可能是由于在較高質(zhì)量分?jǐn)?shù)和較細(xì)顆粒度時，能夠形成較為穩(wěn)定的膠體溶液的原因。

2.3.2 糊化溫度對沉淀程度的影響

隨著糊化溫度的升高，沉淀程度出現(xiàn)先降低后升高的趨勢，在溫度升高的過程中，玉米淀粉被逐漸糊化，而形成較為穩(wěn)定的溶液，溫度進一步升高時，出現(xiàn)糊化過度，少量蛋白質(zhì)發(fā)生變性，導(dǎo)致沉淀程度加劇(圖5)。

圖5 糊化溫度對玉米汁沉淀程度的影響Fig.5 Effect of gelatinization temperature on the degree of precipitation of corn syrup beverage

2.3.3 糊化時間對沉淀程度的影響

糊化時間的延長，使得糊化程度由適當(dāng)糊化而轉(zhuǎn)變?yōu)檫^度糊化，液體黏度發(fā)生降低，導(dǎo)致沉淀程度加劇(圖6)。

圖6 糊化時間對玉米汁沉淀程度的影響Fig.6 Effect of gelatinization time on the degree of precipitation of corn syrup beverage

2.3.4 穩(wěn)定劑添加對沉淀程度的影響

穩(wěn)定劑的添加使得玉米汁的沉淀程度逐漸減弱，隨著穩(wěn)定劑的過量添加，導(dǎo)致溶液形成的動態(tài)穩(wěn)定被打破，沉淀加劇(圖7)。

圖7 穩(wěn)定劑用量對玉米汁沉淀程度的影響Fig.7 Effect of stabilizer amount on the degree of precipitation of corn syrup beverage

2.3.5 玉米漿飲料生產(chǎn)正交試驗的因素水平表

通過單因素試驗(圖4～7)所得結(jié)果，每個因素選取最佳的3個水平，確定玉米漿飲料生產(chǎn)最佳工藝條件的正交試驗因素，建立L9(34)正交試驗因素水平表(表4)。

表4 玉米漿飲料生產(chǎn)最佳工藝L9(34)正交試驗因素水平表Table4 Factors and levels of orthogonal experiments for optimizing the preparation processing of corn syrup beverage

2.3.6 玉米漿飲料生產(chǎn)最佳工藝的確定

表5 玉米漿飲料生產(chǎn)最佳工藝L9(34)正交試驗表Table5 Results of orthogonal experiments for optimizing the preparation processing of corn syrup beverage

由正交試驗結(jié)果(表5)可確定玉米漿飲料生產(chǎn)工藝的最優(yōu)條件為玉米漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)100%(超聲波破碎料水質(zhì)量比1:3)、糊化溫度90℃、糊化時間4min、穩(wěn)定劑用量0.05%。

3 結(jié) 論

在玉米漿飲料的生產(chǎn)中運用超聲波破碎技術(shù)，確定超聲波法生產(chǎn)玉米漿飲料的關(guān)鍵工藝及其參數(shù)：關(guān)鍵工藝為超聲波破碎和糊化工藝，超聲波破碎功率600W、破碎時間7s 1次(30次)、料水比1:3(g/mL)；糊化工藝為玉米漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)100%、糊化溫度90℃、糊化時間4min和穩(wěn)定劑用量0.05%。

研究表明，超聲波破碎技術(shù)應(yīng)用在玉米漿飲料的生產(chǎn)中，可以降低玉米漿飲料生產(chǎn)中滅菌要求，減小玉米漿飲料中揮發(fā)類香氣物質(zhì)的散失，使得產(chǎn)品與已有生產(chǎn)方法生產(chǎn)的玉米漿飲料相比，內(nèi)容物更均勻，顆粒更小、口感更細(xì)膩、香氣更濃郁。本研究可為應(yīng)用超聲波法進行玉米漿飲料生產(chǎn)提供參考，因在工業(yè)化生產(chǎn)中大規(guī)模應(yīng)用超聲波技術(shù)還未廣泛普及，本實驗在小試狀態(tài)下進行，可能存在部分不足之處，將在今后的工作中進一步研究解決。

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Application of Ultrasonic Technology in the Production of Corn Syrup Beverage

GE Ying-liang1，WANG Ji-wei1，JI Ya-li2，WANG Yu-wei1
(1. School of Technology, Harbin University, Harbin 150086, China；2. School of Management, Harbin Normal University, Harbin 150001, China)

The high-quality sweet corn from Northeast China was used as the raw material to prepare corn syrup beverage through ultrasonic technology. The optimal preparation processing parameters were crushing power of 600 W, crushing time of 7 s, crushing repeat time of 30, material-liquid ratio of 1:3, gelatinization temperature of 90 ℃, gelatinization time of 4 min and stabilizer amount of 0.05%. Compared with traditional processing, ultrasonic technology exhibited a better effect on tasteful, fragrant, and slightly yellowish and nutritious corn syrup beverage.

ultrasonic wave；corn syrup；beverage；application

TS275.4

B

1002-6630(2010)20-0504-05

2010-06-20

黑龍江省自然科學(xué)基金項目(C200945)

葛英亮(1979—)，男，講師，碩士，研究方向為飲料工藝、食品生物技術(shù)。E-mail：geyingliang@126.com