火麻乳飲料制漿工藝的研究

陳聰穎，唐年初，趙晨偉，李微微

（江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無錫 214122）

火麻乳飲料制漿工藝的研究

陳聰穎，唐年初*，趙晨偉，李微微

（江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無錫 214122）

以火麻仁為原料，通過單因素和正交實驗，對火麻乳飲料的浸泡工藝和磨漿工藝進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，烘烤溫度70℃，時間10min，以30℃的水浸泡火麻仁1.5h，瀝干后按m（火麻仁）∶m（水）=1∶12的比例用70℃的熱水，調(diào)節(jié)pH為7.5，磨漿6min?；鹇槿橹械鞍踪|(zhì)提取率可高達(dá)78.4492%，蛋白含量2.6639%。

巴馬火麻仁，蛋白質(zhì)，浸泡，磨漿，得率

火麻作為典型的醫(yī)食同源作物在中國已有近3000年的歷史［1］，期間一直作為食物配料、油料或者主食。它含有豐富的蛋白質(zhì)和微量元素;其脂肪中90%為不飽和脂肪酸，擁有國際衛(wèi)生組織推薦的最佳亞油酸/亞麻酸比例［2－3］，不僅對健康有益，而且賦予火麻以堅果的香味。在國外，火麻產(chǎn)品很多，如火麻餅干、火麻飲料、火麻糖果等。尤其是火麻飲料，已有多種系列成熟面世，如Living harvest的dream系列－h(huán)emp dream火麻乳;Dank公司的火麻能量飲; Swiss出品的火麻冰鎮(zhèn)茶飲料等?；鹇槭称吩趪馐艿綗崃业淖放酰绕涫撬厥持髁x者的青睞，其中火麻乳更是作為替代牛奶的新生代蛋白飲品，擁有廣闊的市場。國內(nèi)火麻產(chǎn)量雖大，但精加工比較落后，產(chǎn)品附加值低。因此，提高火麻的深加工水平，增加其附加值成為今后必須面對的問題。本文旨在研究蛋白質(zhì)、固形物含量以及提取率均較高的火麻乳工藝路線和工藝參數(shù)，以期對工業(yè)生產(chǎn)有所指導(dǎo)和幫助。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

巴馬火麻仁 購于巴馬河池，屬當(dāng)年干果，脫殼備用;硫酸銅、硫酸鉀、濃硫酸、無水乙醚 分析純;質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%的NaOH溶液，0.05mol/L的HCl溶液，20g/L的硼酸溶液，甲基紅溴甲酚指示劑。

Pyris－1差式掃描量熱儀 美國PerkinElmer公司;S212型恒速攪拌器 上海申順生物科技有限公司;MJ－25BM02C美的攪拌機 美的集團(tuán)有限公司; FA1004電子天平 上海精密科學(xué)儀器有限公司; GZX－DH·400－BS－Ⅱ電熱恒溫干燥箱 上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠;HYP－1014十四孔硝化爐 上海纖檢儀器有限公司;JM－L60－1改良型立式膠體磨 溫州市七星乳品設(shè)備廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 火麻蛋白熱穩(wěn)定性質(zhì)測定［4］火麻脫脂蛋白由索氏抽提獲得。采用Pyris－1差式掃描量熱法進(jìn)行分析，測定火麻蛋白的變性溫度，操作參數(shù):初始溫度30℃，終止溫度120℃，升溫速率10℃/m in，用標(biāo)準(zhǔn)銦校準(zhǔn)，密封空鋁盒作為參比。

1.2.2 火麻蛋白等電點p I測定 取一定量脫脂火麻仁，與水按1∶24比例混合，用1mol/L NaOH調(diào)pH至8.0，35℃攪拌提取40m in，4000 r/m in離心20m in，分別取等量上清液，用1mol/L HCl調(diào)節(jié)pH為3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7沉淀蛋白質(zhì)，再次離心。計算沉淀率，沉淀率最大時所對應(yīng)的pH為火麻蛋白的可能等電點。以此為中心，0.1梯度安排實驗，同上述方法，計算精確p I。

1.2.3 蛋白質(zhì)含量測定 原料火麻仁、火麻乳中的蛋白質(zhì)含量用凱氏定氮法測定。

1.2.4 蛋白質(zhì)提取率測定 以原料中的蛋白質(zhì)含量為參比值，按下式計算提取率:

式中:PM:火麻乳中的蛋白質(zhì)含量（g）;PR:火麻原料中的蛋白質(zhì)含量（g，本實驗測得 PR為33.49%）。

1.2.5 火麻浸泡液可溶性固形物測定 折光計法［5］。

1.2.6 火麻乳總固形物測定 真空干燥法［6］。

1.2.7 主要工藝流程 火麻仁→烘烤、去皮→浸泡→水洗瀝干→粗磨→細(xì)磨→200目過濾除渣→火麻乳

1.2.7.1 烘烤 火麻仁挑選除雜，置于電熱恒溫干燥箱中，設(shè)置不同溫度/時間，烘烤后立即冷卻至室溫。常溫浸泡0.5h，瀝干后加10倍水磨漿2m in，膠磨2次，制得火麻乳。對每一份樣品打分:10分，風(fēng)味非常好;8分，風(fēng)味好;6分，風(fēng)味一般;4分，風(fēng)味較差;2分，烘烤味濃重。由相關(guān)人員進(jìn)行評分，選出感官評定小組的得分在8～10分的樣品測定其蛋白質(zhì)含量。

1.2.7.2 浸泡 將烘烤后火麻仁在25～75℃（5℃遞增）用去離子水浸泡0.5h，測定火麻仁在不同溫度下浸泡液中固形物的含量變化。以1∶10料液比，室溫磨漿2m in，膠磨2次，過200目篩后得火麻乳，測定其中蛋白質(zhì)的提取率。

根據(jù)上一步實驗選擇最適當(dāng)?shù)慕轀囟?，其他條件不變，改變浸泡時間0.5～3h（0.5h遞增），測定火麻仁在不同時間浸泡液中可溶性固形物的含量變化及火麻乳蛋白質(zhì)的提取率。

1.2.7.3 磨漿條件優(yōu)化 稱取6份同等質(zhì)量的火麻仁，經(jīng)上述烘烤浸泡優(yōu)化工藝后瀝干。使磨漿水溫分別控制在40、50、60、70、80、90℃。調(diào)節(jié)pH 7.0，料液比為1∶10，攪拌機磨漿2m in，膠磨2次。過200目不銹鋼篩，取濾液。測定其蛋白質(zhì)提取率以及固形物含量。

稱取5份同等質(zhì)量的火麻仁，經(jīng)上述烘烤浸泡優(yōu)化工藝后瀝干。用70℃的熱水磨漿，其他條件同上。分別控制時間2、4、6、8、10m in。測定其蛋白質(zhì)提取率以及固形物含量。

稱取5份同等質(zhì)量的火麻仁，經(jīng)上述烘烤浸泡優(yōu)化工藝后瀝干。70℃熱水，其他條件同上。分別控制料液比為1∶6、1∶8、1∶10、1∶12、1∶14，測定其蛋白質(zhì)含量、蛋白提取率以及固形物含量。

稱取6份同等質(zhì)量的火麻仁，經(jīng)上述烘烤浸泡優(yōu)化工藝后瀝干。70℃熱水，其他條件同上。分別調(diào)節(jié)pH 6.0、6.5、7.0、7.5、8.0。測定其蛋白質(zhì)提取率以及總固形物含量。

以綜合指標(biāo)為參考，采用四因素三水平正交實驗優(yōu)化磨漿工藝。

綜合指標(biāo)（%）=火麻乳蛋白質(zhì)提取率（%）× 50%+火麻乳蛋白含量（%）×50%

2 結(jié)果與討論

2.1 熱穩(wěn)定性

張維等人曾報道，工業(yè)火麻分離蛋白的變性溫度是84.83℃，有較好的熱穩(wěn)定性。由圖1可知，火麻仁蛋白的變性溫度為62.44℃，低于上述報道的分離蛋白的變性溫度，可能與測定所制備的火麻乳的固形物含量較低有關(guān)。汪立君等［7］人研究發(fā)現(xiàn)，樣液固形物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與樣品變性溫度呈正相關(guān)關(guān)系。這為后續(xù)涉及溫度的部分工藝提供參考數(shù)據(jù)。

圖1 火麻仁蛋白的熱穩(wěn)定曲線Fig.1 Differential scanning calorimetric thermogram of hemp protein

2.2 等電點

由圖2可看出，火麻仁蛋白的提取液經(jīng)不同pH酸沉后，沉淀值呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在pH 4.5時達(dá)到最大值。以4.5為基礎(chǔ)，梯度0.1安排pH 4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8對比實驗，得出pH 4.6時有最大沉淀值，故pH 4.6為火麻蛋白等電點。后續(xù)磨漿水pH的選擇將以此為參考。這一測定值對酸性植物蛋白飲料的調(diào)制也有指導(dǎo)意義。

圖2 火麻仁蛋白的等電點Fig.2 Isoelectrice point of hemp protein

2.3 烘烤溫度和時間對蛋白質(zhì)含量的影響

由表1可知，烘烤溫度在70～90℃時，制得的火麻乳具有火麻特有清香;低于70℃，火麻乳有生腥味;高于90℃，火麻乳顏色深，且有焦苦味，不受歡迎。選取風(fēng)味得分較高的70、80、90℃進(jìn)行蛋白質(zhì)含量檢測。

由圖3可知，隨著烘烤溫度升高，時間延長，火麻乳中蛋白質(zhì)含量逐漸下降。這是因為高溫條件下，蛋白質(zhì)變性沉淀，溶解度較天然狀態(tài)時下降［8］。但火麻仁蛋白質(zhì)中球蛋白的熱變性絕大部分可逆，當(dāng)其被快速加熱至變性溫度以上，接著又立即冷卻至室溫后，可以完全恢復(fù)其活性;此外完整的火麻仁球蛋白對熱處理具有相對的穩(wěn)定性，因為球蛋白位于被脂肪滴包裹的蛋白質(zhì)糊粉粒中，這些蛋白質(zhì)糊粉粒和周圍的膜起到了隔熱層的作用。故在相對低的烘烤溫度下，烘烤時間越短，更有利于蛋白質(zhì)復(fù)原、溶解?？紤]火麻乳作為調(diào)配原液使用（最終產(chǎn)品定位為酸性植物蛋白飲料，蛋白含量＞1%），原液蛋白含量盡量大于2%，結(jié)合風(fēng)味參數(shù)，選擇烘烤溫度70℃、時間10min。

表1 烘烤溫度與烘烤時間對火麻乳風(fēng)味的影響Table 1 Effect of roasting temperature and time on hemp milk flavor

圖3 烘烤溫度對火麻乳蛋白質(zhì)含量的影響Fig.3 Effect of roasting temperature on hemp milk protein

2.4 浸泡溫度、時間對火麻乳蛋白提取率及固形物的影響

2.4.1 浸泡溫度對火麻乳蛋白質(zhì)提取率及浸泡液固形物含量的影響 由圖4可知，火麻乳的蛋白質(zhì)提取率在30℃及60℃時均存在拐點。低于30℃，有效成分未被充分提取;30℃以上，隨溫度升高酶促反應(yīng)加快，呼吸作用加強，消耗本身養(yǎng)分，有效成分隨浸泡水流失，蛋白提取率下降;60℃時蛋白質(zhì)分子解離，成為較小分子量蛋白質(zhì)，溶解度升高，提取率略有升高;60℃以上，火麻仁蛋白質(zhì)發(fā)生部分熱變性，可溶性蛋白質(zhì)變成不可溶性蛋白質(zhì)，使溶解度降低。浸泡液中固形物隨浸泡溫度的升高而增加。40℃以下，浸泡溫度升高，蛋白質(zhì)吸水溶脹;超過40℃，可溶性蛋白開始溶出外溢;在60℃時，浸泡液固形物達(dá)到最大值，60℃以上，分解酶被鈍化，所以浸泡液中固形物含量略微下降后基本不變。結(jié)合生產(chǎn)成本，選取30℃為浸泡溫度。

圖4 浸泡溫度對火麻乳蛋白提取率及浸泡液固形物含量的影響Fig.4 Effect of soaking temperature on extraction of hemp milk protein and content of total solids in soaking solution

2.4.2 浸泡時間對火麻乳蛋白質(zhì)提取率及浸泡液固形物含量的影響 由圖5可知，一段時間內(nèi)隨著浸泡時間延長，火麻乳蛋白質(zhì)提取率上升。這是因為低于1.5h，很多蛋白質(zhì)難以形成水合物，致使可溶性蛋白提取較少;1.5h的浸泡使得蛋白質(zhì)充分吸水溶脹達(dá)到最大吸水率，可溶性蛋白提取相應(yīng)較多;再延長浸泡時間，吸水率呈下降趨勢。這是因為達(dá)到浸泡平衡后，延長時間，部分可溶性蛋白質(zhì)和糖類的溶出量增加［9］。浸泡液固形物在1.5h之內(nèi)基本無變化，這是因為火麻仁處于主動地吸水狀態(tài)，細(xì)胞成分基本完整，各類營養(yǎng)成分得以保留;1.5h之后，細(xì)胞吸水飽和，又細(xì)胞壁細(xì)胞膜受損，導(dǎo)致可溶性成分外溢至浸泡液中，使得浸泡液固形物含量上升。綜合考慮，選擇浸泡時間為1.5h。

圖5 浸泡時間對火麻乳蛋白質(zhì)提取率及浸泡液固形物含量的影響Fig.5 Effect of soaking time on extraction of hemp milk protein and content of total solids in soaking solution

綜合以上，考慮工業(yè)生產(chǎn)成本等其他因素，選定浸泡溫度為30℃，浸泡時間定為達(dá)到最大吸水率（1kg火麻仁∶2.8221kg水）的時間為1.5h。

2.5 磨漿工藝對火麻乳蛋白質(zhì)提取率和固形物的影響

2.5.1 磨漿水溫度對蛋白質(zhì)提取率及固形物含量的影響 圖6表明，40～60℃時火麻乳中蛋白質(zhì)的提取率略有下降。這是因為在變性溫度附近，蛋白質(zhì)由于輕微變性導(dǎo)致溶解度下降。高于60℃后，蛋白提取率持續(xù)上升，在70℃時，火麻乳中蛋白質(zhì)的溶出率達(dá)到最大值66.7478%。這是因為快速通過火麻仁蛋白質(zhì)的變性溫度，在受熱并不過度的情況下，具有類似麻仁球蛋白的結(jié)構(gòu)，非常緊密的蛋白質(zhì)受熱后會解體、展開，將以前掩藏的肽鍵和能提高束縛水能力的極性側(cè)鏈暴露于表面，后者導(dǎo)致蛋白質(zhì)溶解［10］。故提取率增加。繼續(xù)增加磨漿水溫，火麻乳中蛋白質(zhì)的溶出率反而呈下降趨勢。這可能是過高的溫度使火麻仁蛋白質(zhì)過度變性而滯留在濾渣中，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)提取率下降。因為火麻仁中總糖含量不超過5%，影響總固形物含量的最大因素就是蛋白質(zhì)含量，故固形物含量變化的整體趨勢與蛋白質(zhì)提取率一致。綜合考慮，選取范圍60～80℃。

2.5.2 磨漿時間對蛋白質(zhì)提取率及固形物含量的影響 由圖7可看出，磨漿時間為6m in時，蛋白質(zhì)得率最高。2m in的磨漿時間太短，很多子葉碎片沒有被充分地磨碎，使得蛋白質(zhì)殘留于濾渣中;隨著磨漿時間的延長，子葉得以充分研磨，蛋白質(zhì)被釋放，提取率上升，至6m in時足以使火麻仁細(xì)胞壁充分打破，蛋白質(zhì)充分被釋放、回收;當(dāng)磨漿時間繼續(xù)增加時，蛋白提取率反而下降，因為火麻仁長時間受到強剪切力時，蛋白質(zhì)有可能發(fā)生不可逆變性，反復(fù)的拉伸扭曲了α－螺旋結(jié)構(gòu)，改變了蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這意味著原來可溶的部分蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢扇艿牡鞍踪|(zhì)［8］，隨濾渣流失。固形物含量的變化趨勢與蛋白質(zhì)提取率一致。在6m in時達(dá)到最大值，這是由于此時蛋白質(zhì)、糖類等有效物質(zhì)最大限度的保留在火麻乳中;而后由于可溶性蛋白的減少使得固形物總量下降，故曲線呈下降趨勢。綜合考慮，選取時間范圍為4～8min。

圖6 磨漿水溫對火麻乳蛋白質(zhì)提取率及其固形物含量的影響Fig.6 Effect ofmilling temperature on the protein extractions and total solids contents of hemp milk

圖7 磨漿時間對火麻乳蛋白質(zhì)提取率及其固形物含量的影響Fig.7 Effect ofmilling time on the protein extractions and total solids contents of hemp milk

2.5.3 磨漿料液比對蛋白質(zhì)含量、提取率以及固形物含量的影響 圖8表明，隨著磨漿水比重的增大，火麻乳中蛋白質(zhì)的提取率起初呈迅速上升趨勢，后逐漸平緩。這是因為火麻仁蛋白在水中溶解度不高，起初增大水量，可使得蛋白質(zhì)溶出量增大。但達(dá)到一定值之后，由于原料蛋白含量限制，蛋白提取率不再增加。由于水的稀釋，固形物濃度及蛋白濃度隨著磨漿水的增加而減少。PAG建議模擬奶中應(yīng)含有3.5%（w/w）的蛋白質(zhì)，3.5%（w/w）的脂肪和5.0%（w/w）的碳水化合物［11］。而當(dāng)料液比1∶14時，蛋白含量不足2%，這樣的產(chǎn)品盡管蛋白提取率（原料利用率）較高，但不足以提供合適的營養(yǎng)成分。綜合考慮，選取磨漿料液比范圍1∶8～1∶12。

2.5.4 磨漿水pH對蛋白質(zhì)提取率及固形物含量的影響 溶液pH的改變會影響兩性分子蛋白質(zhì)的表面帶電情況，從而影響蛋白質(zhì)與溶劑間的相互作用，使蛋白質(zhì)的溶解性發(fā)生改變。由圖10可知，隨著磨漿水pH的增大，蛋白質(zhì)提取率逐漸提高。但強堿條件不僅會增加堿液的用量，還可能會導(dǎo)致蛋白質(zhì)中賴氨酸與丙氨酸或胱氨酸發(fā)生縮合反應(yīng)［12］，影響蛋白品質(zhì)。另堿性條件下易發(fā)生皂化反應(yīng)，影響飲料口感。所以磨漿pH最大值只定位在pH 8.0。固形物含量趨勢與蛋白質(zhì)提取率大體一致。在 pH 6.5～7.5之間上升迅速，而在pH 7.5之后趨于平緩，上升幅度有限。這可能與蛋白質(zhì)內(nèi)部發(fā)生的縮合反應(yīng)有關(guān)。綜合考慮，選取pH的范圍為7.0～8.0。

圖8 磨漿料液比對火麻乳蛋白質(zhì)提取率及其固形物含量的影響Fig.8 Effect of solid and water ratio on the protein extractions and total solids contents of hemp milk

圖9 磨漿料液比對火麻乳蛋白質(zhì)含量的影響Fig.9 Effect of solid and water ratio on the protein content of hemp milk

圖10 磨漿pH對火麻乳蛋白質(zhì)提取率及其固形物含量的影響Fig.10 Effect of pH on the protein extractions and total solids contents of hemp milk

2.5.5 磨漿工藝正交實驗 根據(jù)單因素實驗結(jié)果，選取磨漿溫度、磨漿時間、磨漿料液比、磨漿水pH 4個因素，以火麻乳蛋白質(zhì)提取率、蛋白質(zhì)含量作為2個考察指標(biāo)（二者各占50%），進(jìn)行四因素三水平正交實驗。正交實驗的因素水平表見表2，實驗方案及實驗結(jié)果見表3。

表3 正交實驗方案及結(jié)果Table 3 Results of orthogonal test onmilling conditions

表2 正交因素水平表Table 2 Factors and levels of orthogonal test on milling conditions

由表3可看出，各因素對提取效果的影響順序為料液比＞磨漿時間＞pH＞磨漿水溫，最佳組合為A2B2C3D2，即磨漿水溫70℃，磨漿時間6m in，料液比1∶12，磨漿水的pH為7.5。在優(yōu)化條件下測得的火麻乳蛋白質(zhì)提取率達(dá) 78.4492%，乳中蛋白含量為2.6639%。

3 結(jié)論

提高火麻乳中蛋白質(zhì)得率及固形物含量的最佳工藝參數(shù)為:烘烤溫度70℃、時間10m in、浸泡溫度30℃、時間1.5h、磨漿以m（火麻）∶m（水）=1∶12，用70℃熱水磨漿6min，pH 7.5?；鹇槿橹械鞍踪|(zhì)提取得率可達(dá)78.4492%，乳中蛋白含量2.6639%。產(chǎn)品呈乳白色，有光澤，漿液細(xì)膩，有火麻清香，品質(zhì)較好。可以作為原液供后續(xù)調(diào)配使用。

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Study on m illing technology of hem pseed m ilk

CHEN Cong－ying，TANG Nian－chu*，ZHAO Chen－wei，LIW ei－wei
（College of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi214122，China）

The soaking and pulp ing p rocessing of hem pseed m ilk were stud ied using sing le fac tor and orthogonal experim ent.The op tim um technological cond itions were:roast time 10m in，roast tem perature 70℃，soak time 1.5h，soak tem perature 30℃，pulping time 6m in，pulping temperature 70℃，pulp ing pH 7.5，rate of hem pseed and water 1∶12，under this cond ition d issolution rate of hem pseed p rotein was 78.4492%，p rotein content of hem pseed m ilk was 2.6639%.

bam a hem pseed;p rotein;soak;pulp ing;yield

TS255.6

B

1002－0306（2012）06－0345－05

2011－06－10 *通訊聯(lián)系人

陳聰穎（1986－），女，在讀碩士研究生，主要從事油脂及植物蛋白方面的研究。