基于Turbiscan穩(wěn)定性分析儀技術(shù)研究微細(xì)化處理在燕麥豆乳中的應(yīng)用

白 潔,彭義交,李玉美,田 旭,劉麗莎,郭 宏

(北京食品科學(xué)研究院/北京市食品研究所,北京 100162)

基于Turbiscan穩(wěn)定性分析儀技術(shù)研究微細(xì)化處理在燕麥豆乳中的應(yīng)用

白 潔,彭義交,李玉美,田 旭,劉麗莎,郭 宏

(北京食品科學(xué)研究院/北京市食品研究所,北京 100162)

本文以燕麥、豆粉為原料,采用α-淀粉酶酶解制備燕麥豆乳飲料,利用Turbiscan穩(wěn)定性分析儀結(jié)合物理方法分別研究了干法篩粉處理、濕法膠體磨及高壓均質(zhì)處理對(duì)燕麥豆乳飲料穩(wěn)定性指數(shù)、表觀粘度、離心沉淀率、分層高度及透光率等的影響,評(píng)價(jià)樣品的穩(wěn)定性。結(jié)果表明:經(jīng)膠體磨后再兩遍高壓均質(zhì)處理的樣品體系穩(wěn)定性最高,顯著優(yōu)于其他微細(xì)化處理方式(p<0.05),符合谷物飲料標(biāo)準(zhǔn)。利用Turbiscan測定的結(jié)果與物理方法測定的樣品離心沉淀率、透光率及粘度等指標(biāo)具有很好的一致性,說明Turbiscan在谷物飲料中具有很好的應(yīng)用前景。

Turbiscan穩(wěn)定性分析儀,微細(xì)化,燕麥豆乳,穩(wěn)定性

燕麥,禾本科燕麥屬作物,其蛋白質(zhì)、脂肪、礦物質(zhì)及不飽和脂肪酸含量均居谷物之首,特別是水溶性膳食纖維β-葡聚糖在所有谷物中含量最高。此外還含有亞油酸、皂苷等生物活性成分,對(duì)高血壓、高血脂、肥胖癥和便秘有一定療效作用[1-3]。大豆是我國傳統(tǒng)食品之一,富含蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、多種維生素和微量元素等,且賴氨酸含量較高,具有很好的營養(yǎng)價(jià)值[4-5]。將大豆與燕麥結(jié)合,可以彌補(bǔ)谷物限制性氨基酸不足的缺點(diǎn),同時(shí)豆乳爽滑的口感可以有效緩和谷物的粗糙感,使產(chǎn)品色香味突出。但是,燕麥豆乳中高淀粉高纖維等固相粉質(zhì)的存在易使飲料分層與沉淀,蛋白質(zhì)、脂肪還易引起脂肪上浮,蛋白質(zhì)沉降等問題,影響產(chǎn)品外觀。因此,采取良好的工藝技術(shù)克服分層沉淀,提高穩(wěn)定性是燕麥豆乳開發(fā)的關(guān)鍵。

目前國內(nèi)外關(guān)于燕麥酶解飲料的研究集中在酶解工藝優(yōu)化及穩(wěn)定劑篩選等方面[6-9],忽略了工藝過程在飲料生產(chǎn)中的重要性。此外,當(dāng)前評(píng)價(jià)谷物飲料穩(wěn)定性的方法也主要以觀察法和離心法為主[10],檢測精度不夠高且只能定性而不能定量評(píng)價(jià)體系的穩(wěn)定效果。目前,基于反射物理模型的穩(wěn)定性分析儀已開始應(yīng)用于研究乳濁液的穩(wěn)定性和濃縮膠體的分散性中[11-15]。因此,本文以燕麥、豆粉為原料,采用淀粉酶酶解制備燕麥豆乳飲料,從工藝角度重點(diǎn)討論微細(xì)化處理方式在燕麥豆乳中的應(yīng)用,并利用Turbiscan穩(wěn)定性分析儀結(jié)合物理方法評(píng)價(jià)體系穩(wěn)定性,為燕麥豆乳等谷物飲料的工業(yè)化生產(chǎn)與研究提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

燕麥 上海香匯實(shí)業(yè)有限公司;豆粉 黑龍江冰泉多多有限公司;α-淀粉酶BAN 480L 諾維信(中國)有限公司;復(fù)配增稠穩(wěn)定劑YL2330-3A 石家莊兄弟伊蘭食品配料有限公司。

高壓均質(zhì)機(jī) 上海東華均質(zhì)機(jī)有限公司;膠體磨JM-L50 溫州市龍心機(jī)械有限公司;粘度計(jì) 上海尼潤智能科技有限公司;Turbiscan AGS(Formulaction)全方位穩(wěn)定分析儀 北京朗迪森科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 燕麥豆乳樣品的制備 燕麥、豆粉按6∶1混合,分別按工藝流程1和2制備,原料于85℃預(yù)糊化20min,降溫至65℃,添加α-淀粉酶0.2%,65℃酶解50min,后取出煮沸滅酶,再進(jìn)行后續(xù)處理。樣品制備中干法處理的方法是將原料分別通過20、40、60、80及100目篩網(wǎng),經(jīng)檢測穩(wěn)定性指標(biāo)選出的最佳過篩目數(shù);濕法處理包括膠體磨、30MPa均質(zhì)一遍、膠體磨+30MPa均質(zhì)一遍及膠體磨+高壓均質(zhì)兩遍(均質(zhì)壓力分別30、40MPa)四種處理方法,樣品分別標(biāo)記為膠體磨、直接均質(zhì)、均質(zhì)一遍及均質(zhì)二遍,所有樣品滅菌后檢測。

工藝1:原料—干法處理—預(yù)糊化—酶解—滅酶—添加復(fù)配增稠穩(wěn)定劑—調(diào)配—灌裝、滅菌

工藝2:原料—預(yù)糊化—酶解—滅酶—濕法處理—添加復(fù)配增稠穩(wěn)定劑—調(diào)配—灌裝、滅菌

1.2.2 燕麥豆乳穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法 常規(guī)物理方法包括粘度、離心沉淀率、透光率及上清液高度的測定,穩(wěn)定性分析儀包括樣品掃描圖譜及穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)指數(shù)的測定,兩者結(jié)合全面評(píng)價(jià)燕麥豆乳的穩(wěn)定性。

1.2.3 表觀粘度的測定 室溫下,用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測定體系的表觀黏度(21號(hào)轉(zhuǎn)子,80r/min,1min)。

1.2.4 離心沉淀率的測定 將樣品搖勻,稱取30g樣品于離心管中,3000r/min 離心10min,將上清液倒出,稱量沉淀物的重量,離心沉淀率(SR)計(jì)算公式見(1)[16],離心沉淀率越大,表明體系穩(wěn)定性越差;反之,穩(wěn)定性越好。

式(1)

其中:m1-樣品溶液離心后沉淀物的質(zhì)量,g；m2-樣品溶液離心前的質(zhì)量,g。

1.2.5 透光率(T%) 將樣品用水稀釋100倍,于750nm波長下測定樣品的透光率,透光率越小,表明穩(wěn)定程度越好,飲料保持均勻穩(wěn)定的時(shí)間越長[16]。

1.2.6 上清液高度的測定 將樣品裝入20mL帶刻度試管中,40℃靜置一周,測其上清液的高度。

1.2.7 Turbiscan研究燕麥豆乳飲料的穩(wěn)定性 將待測樣品放入20mL的測量池內(nèi),選取背散射光對(duì)樣品進(jìn)行分析。采用掃描模式進(jìn)行測量,測量探頭從樣品池的底部到樣品池的頂部每40μm測量一次,完成樣品池從底到頂?shù)囊淮螔呙?。掃描曲線給出了不同掃描時(shí)間透射光和反射光隨樣品高度的變化關(guān)系,以樣品初始值為對(duì)照,樣品與之的差值(即變化率,ΔBS)反映其體系的變化。設(shè)定樣品掃描時(shí)間為6h,掃描間隔30min,溫度為室溫,第一次掃描顯示藍(lán)色,最后一次顯示紅色,曲線從左到右代表樣品從底部到頂部。

1.2.8 穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)指數(shù)(TSI)的測定 利用Turbiscan軟件處理得出樣品體系穩(wěn)定性指數(shù)(TSI),它是在選定的高度,比較每一次掃描測量對(duì)前一次掃描測量的光強(qiáng)度的變化,并將結(jié)果累計(jì)至樣品總高度而獲得的結(jié)果。TSI反映樣品在整個(gè)放置時(shí)間濃度和顆粒粒徑的變化幅度的綜合,變化幅度越大,穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)指數(shù)越大,體系越不穩(wěn)定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

本實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)采用Excel、SPSS-18.0進(jìn)行處理分析,并采用ANOVA進(jìn)行差異顯著性分析,當(dāng)p<0.05時(shí)表示差異顯著,所有實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。Turbiscan穩(wěn)定性分析儀采集數(shù)據(jù)使用TurbiSoft 2.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干法處理對(duì)燕麥豆乳飲料表觀粘度及離心沉淀率的影響

干粉粒徑大小對(duì)燕麥豆乳飲料穩(wěn)定性的影響如圖 1、圖2所示,過篩目數(shù)較小時(shí),飲料的表觀粘度差異不顯著,當(dāng)過篩目數(shù)為40目時(shí),隨著過篩目數(shù)增大,飲料的表觀粘度也顯著增大,這是由于顆粒粒徑范圍減小,顆粒間相互作用增強(qiáng)所致[17]。離心沉淀率隨著過篩目數(shù)增大先減少后增大,通過80目篩網(wǎng)的體系離心沉淀率最小,這可能是因?yàn)楣滔喾圪|(zhì)減小到一定程度后,高溫殺菌易使其相互聚集,不易搖散,導(dǎo)致料液不穩(wěn)定,因此工藝 1 中干法處理選擇通過80目篩網(wǎng)。

圖1 干法處理對(duì)燕麥豆乳飲料表觀粘度的影響Fig.1 Influence of dry method on the apparent viscosity of oat-soybean beverage注:具有不同字母表示差異顯著(p<0.05)，圖2～圖6同。

2.2 微細(xì)化處理對(duì)燕麥豆乳飲料離心沉淀率的影響

微細(xì)化處理對(duì)燕麥豆乳離心沉淀率的影響如圖3,從圖中可知,干法處理樣品的離心沉淀率顯著高于濕法處理樣品;濕法處理樣品中,膠體磨處理后的樣品離心沉淀率最高,達(dá)13.48%,經(jīng)膠體磨+二遍均質(zhì)處理的樣品離心沉淀率最小,僅為6.18%,直接均質(zhì)的樣品離心沉淀率顯著高于膠體磨后均質(zhì)一遍處理的樣品,說明相比干法處理,膠體磨和高壓均質(zhì)處理可有效地使物料中的蛋白質(zhì)和脂肪球等顆粒微?；?且粒徑越小,植物蛋白飲料的穩(wěn)定性越好。目前我國常規(guī)粉碎設(shè)備制得的植物蛋白粒子在 50～1500μm之間,因此可以用Stokes沉淀定律解釋這一現(xiàn)象,即飲料中微粒的沉降速度與粒子直徑的平方成正比,微粒越小,沉降速度越慢,體系越穩(wěn)定[18]。此外,由于燕麥豆乳飲料中含有較多纖維類物質(zhì),經(jīng)高溫殺菌后容易聚團(tuán)沉淀,干法處理較濕法處理纖維粒徑大,聚團(tuán)后不易搖散,導(dǎo)致離心沉淀率增大。

圖3 微細(xì)化處理對(duì)燕麥豆乳飲料離心沉淀率的影響Fig.3 Influence of micronized treatment on the SR of oat-soybean beverage

2.3 微細(xì)化處理對(duì)燕麥豆乳飲料透光率和分層高度的影響

不同微細(xì)化處理對(duì)燕麥豆乳飲料透光率及分層高度的影響如圖4、圖5所示,樣品經(jīng)微細(xì)化處理后,透光率及分層高度隨顆粒細(xì)化程度升高而顯著降低,說明顆粒越小,脂肪、蛋白質(zhì)、固相粉質(zhì)顆粒與水分子結(jié)合的程度越好,體系越穩(wěn)定。經(jīng)過膠體磨+二遍均質(zhì)處理的樣品穩(wěn)定性顯著提高,分層高度僅為0.11cm,符合谷物類飲料標(biāo)準(zhǔn)(QB/T 4221-2011)。直接均質(zhì)的樣品靜置后上清液達(dá)0.46cm,顯著高于膠體磨后一遍均質(zhì)的樣品,這說明預(yù)先將樣品經(jīng)膠體磨細(xì)化后,再經(jīng)過均質(zhì)機(jī),有助于使料液中的蛋白質(zhì)和脂肪球等顆粒進(jìn)一步微?；?且有利于均質(zhì)機(jī)的日常保養(yǎng)與維護(hù)。

圖4 微細(xì)化處理對(duì)燕麥豆乳飲料透光率的影響Fig.4 Influence of micronized treatment on the light transmittance of oat-soybean beverage

圖5 微細(xì)化處理對(duì)燕麥豆乳飲料分層高度的影響Fig.5 Influence of micronized treatment on the stratification height of oat-soybean beverage

2.4 微細(xì)化處理對(duì)燕麥豆乳飲料粘度的影響

不同微細(xì)化處理對(duì)燕麥豆乳飲料表觀粘度的影響如圖6所示,樣品經(jīng)高壓均質(zhì)處理后表觀粘度顯著高于僅膠體磨處理的樣品(p<0.05),這與牛乳經(jīng)均質(zhì)后粘度增加類似,但隨著均質(zhì)次數(shù)的增加,粘度增大不顯著。一般認(rèn)為,隨著微粒逐漸減小,粒徑比表面積增大,單位體積內(nèi)的粒子數(shù)量增加,互相碰撞產(chǎn)生聚合的機(jī)率就會(huì)明顯增加,宏觀上就表現(xiàn)為料液的表觀粘度提高[19]。干法處理樣品顆粒雖然大,但樣品中含有較多大顆粒纖維類物質(zhì),可以適當(dāng)?shù)姆稚單㈩w粒,形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),因此表現(xiàn)出較高粘度,與直接均質(zhì)及膠體磨處理的樣品粘度均無顯著差異。

圖6 微細(xì)化處理對(duì)燕麥豆乳飲料表觀粘度的影響Fig.6 Influence of micronized treatment on the apparent viscosity of oat-soybean beverage

2.5 干法處理的燕麥豆乳飲料Turbiscan測試

干法處理的燕麥豆乳飲料背反射光強(qiáng)度隨時(shí)間的變化如圖7所示,從圖中可知,干法處理的樣品穩(wěn)定性較差,樣品底部0～2.9mm處ΔBS值由0%逐漸增加至14.88%,表明底部出現(xiàn)嚴(yán)重的沉淀層,并且沉淀速度非?？?以致于第二次掃描,底部峰值便增加至6.14%,這可能是由于蛋白質(zhì)及固相粉質(zhì)沉淀所形成的沉淀層。中間段隨著時(shí)間推移,ΔBS值越來越小,并逐漸小于0,這表明整個(gè)體系很不穩(wěn)定,頂部31～40mm的ΔBS隨時(shí)間推移逐漸降低至-15.94%,表明頂部出現(xiàn)明顯的澄清層,這是由于顆粒發(fā)生向下遷移引起的。

圖7 干法處理燕麥豆乳飲料的Turbiscan測試結(jié)果Fig.7 Turbiscan test result of oat-soybean beverage treated with dry method注:不同曲線代表每間隔30min樣品的狀態(tài),共掃描6h。

2.6 濕法處理的燕麥豆乳復(fù)合飲料Turbiscan測試

濕法處理的燕麥豆乳背反射光強(qiáng)度隨時(shí)間的變化如圖8所示,從圖中可知,四種不同的濕法處理方式對(duì)樣品的穩(wěn)定性影響顯著。圖a中ΔBS值隨時(shí)間的推移變化趨勢與干法處理相似,即底部出現(xiàn)沉淀,中部波動(dòng)較大,頂部出現(xiàn)澄清,但較干法處理底部峰值明顯降低,0～2.3mm處峰值增加至9.45%,中間15～28mm波動(dòng)較小,頂部38～40mm處形成一個(gè)下凹的峰,最大峰值達(dá)-16.67%,由于ΔBS值越小,體系越穩(wěn)定,ΔBS值越大,體系越不穩(wěn)定[10],可知經(jīng)膠體磨粗磨后的樣品穩(wěn)定性不好,但優(yōu)于干法處理樣品的穩(wěn)定性。

圖b、c、d均是通過高壓均質(zhì)進(jìn)一步細(xì)化的樣品,從圖中明顯可見通過高壓均質(zhì)處理的樣品穩(wěn)定性顯著優(yōu)于未高壓均質(zhì)處理樣。其中圖b樣品底部0～1.5mm處峰值由0逐漸增加至0.93%,中間段3.5～38.5mm處峰值波動(dòng)不顯著,頂部38.5～42mm處峰值逐漸降低至-2.58%,說明頂部有輕微的澄清。圖c體系變化趨勢與圖b相似,底部0～1.5mm處有一凸峰,中間段1.5～40mm處峰值波動(dòng)不顯著,樣品粒徑變化很小,頂部40～41mm處峰值降低,說明圖c樣品底部和頂部仍有輕微的沉淀與澄清,但整體體系較圖b更均勻,穩(wěn)定性更好。圖d樣品體系均一,底部及中間樣品峰值波動(dòng)均很小,說明顆粒物質(zhì)沉淀及脂肪顆粒上浮現(xiàn)象不顯著,底部0～0.5mm處峰值逐漸增加至0.78%,頂部40～41mm處有一小凹峰,峰值僅為-1.0%左右,出現(xiàn)非常輕微的澄清與脂肪上浮,這一結(jié)果與樣品分層高度測定結(jié)果保持一致,符合谷物飲料允許少量分層的標(biāo)準(zhǔn)。

由此可見高壓均質(zhì)在谷物飲料中有著非常重要的作用,這是因?yàn)楦邏壕|(zhì)可以提供很強(qiáng)的機(jī)械作用力,使物料在擠壓、強(qiáng)沖擊及失壓膨脹三重作用下,克服油、水之間的表面張力和密度的差別使樣品均勻混合,并且有助于穩(wěn)定劑在兩相界面上的吸附界面張力降低,提高體系的穩(wěn)定性[20],高壓均質(zhì)機(jī)在飲料中的應(yīng)用是膠體磨不可比擬的。

圖8 濕法處理燕麥豆乳飲料的Turbiscan測試結(jié)果Fig.8 Turbiscan test result of oat-soybean beverage treated with wet method注:不同曲線代表每間隔30min樣品的狀態(tài),共掃描6h。圖a為膠體磨處理的Turbiscan測試結(jié)果;圖b為直接均質(zhì)的Turbiscan測試結(jié)果;圖c為均質(zhì)一遍的Turbiscan測試結(jié)果;圖d為均質(zhì)二遍的Turbiscan測試結(jié)果。

2.7 微細(xì)化處理對(duì)燕麥豆乳飲料穩(wěn)定性指數(shù)的影響

不同微細(xì)化處理的燕麥豆乳飲料的穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)參數(shù)不同,見表1,動(dòng)力學(xué)參數(shù)越小,穩(wěn)定性越好[10]。從表中可知微細(xì)化程度越高,燕麥豆乳飲料的穩(wěn)定性越好。通過Turbiscan測定的樣品穩(wěn)定性和物理方法測定的樣品離心沉淀率、分層高度、透光率等指標(biāo)具有很好的一致性。

表1 微細(xì)化處理對(duì)燕麥豆乳飲料穩(wěn)定性指數(shù)的影響Table 1 Influence of micronized treatment on the stability index of oat-soybean beverage

3 結(jié)論

3.1 通過本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),燕麥豆乳飲料穩(wěn)定性隨微細(xì)化程度加大而提高,膠體磨后高壓均質(zhì)二遍的樣品具有最小的離心沉淀率,最低的分層高度及透光率,顯著優(yōu)于其他微細(xì)化處理工藝,并且粘度適中,具有良好的穩(wěn)定性,生產(chǎn)出的產(chǎn)品符合谷物飲料標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 利用全方位穩(wěn)定性分析儀,評(píng)價(jià)5種微細(xì)化處理對(duì)燕麥豆乳飲料的穩(wěn)定效果,結(jié)果與物理方法測定的樣品離心沉淀率、透光率、分層高度等指標(biāo)具有很好的一致性。利用Turbiscan得到的穩(wěn)定性指數(shù)也反映了這一特點(diǎn),說明Turbiscan在谷物飲料中具有很好的應(yīng)用前景。

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Application of micronized treatment inoat-soybean beverage using turbiscan technology

BAI Jie,PENG Yi-jiao,LI Yu-mei,TIAN Xu,LIU Li-sha,GUO Hong

(Beijing Academy of Food Sciences/Beijing Food Research Institute,Beijing 100162,China)

In this paper,oats and soybean were used as raw material to make up oat-soybean beverage which were hydrolyzed by α-amylase. Meanwhile the influence of dry sieving,wet colloid milling and homogeneous processing on the stability index,apparent viscosity,centrifugal sedimentation rate,stratification height and light transmittance of oat-soybean beverage were respectively studied by Turbiscan stability analyzer combined with physical methods. The results showed that stability of the sample system treated by colloid mill processing and homogenization twice was significantly higher than other micronized treatment and accorded with the standard of cereal beverage. The results of Turbiscan test had very good consistency with the index of centrifugal sedimentation rate,light transmittance and viscosity determined by physical methods. It indicated that Turbiscan test had a very good application prospect in the cereal beverage.

Turbiscan stability analyzer;micronized treatment;oat-soybean beverage;stability

2014-09-03

白潔(1986-)，女，碩士，工程師，研究方向：非熱加工技術(shù)及飲料深加工。

TS219

A

1002-0306(2015)13-0108-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.13.014