大米飲料的穩(wěn)定性研究

郭潔麗 陸勝民 邢建榮 陳劍兵 屠 康

（1.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院食品科學(xué)研究所，浙江 杭州 310021；2.浙江省果蔬保鮮與加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310021；3.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210095）

以大米為原料制成的大米飲料不僅保留了大米原有的營(yíng)養(yǎng)成分和香氣，而且使大米搖身一變成為一種方便食品［1］，這成為大米研究中的一個(gè)新亮點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外關(guān)于大米飲料相關(guān)的研究也日漸增多，目前主要有大米軟飲料、大米復(fù)合飲料和大米發(fā)酵型飲料等［2］。大米經(jīng)過糊化、液化和糖化之后，淀粉分解為小分子，但是仍然含有一些分解不完全的大分子物質(zhì)，并且經(jīng)過酶解后漿液黏度會(huì)有所下降，靜置一段時(shí)間后會(huì)產(chǎn)生分層和沉淀［3］。目前，關(guān)于淀粉類飲料穩(wěn)定性的研究多見于糯玉米飲料［4，5］和玉米飲料［1，6］，關(guān)于大米飲料穩(wěn)定性的研究迄今尚未見諸于報(bào)道。

本試驗(yàn)主要研究11種不同穩(wěn)定劑和乳化劑對(duì)大米飲料穩(wěn)定性的影響，通過單因素試驗(yàn)選取4種穩(wěn)定效果較好的穩(wěn)定劑和乳化劑，然后通過正交試驗(yàn)選出復(fù)合穩(wěn)定劑和乳化劑的最佳復(fù)配比例，旨在解決大米飲料的分層沉淀問題，為大米飲料的開發(fā)和推廣提供理論依據(jù)和技術(shù)參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大米：晚秈米，浙江旺盛達(dá)農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司；

糖化酶：5 000U/g，肇東市日成酶制劑有限公司；

α－淀粉酶、β－淀粉酶和木瓜蛋白酶：酶活分別為4 000，50 000，800U/g，上海瀘宇生物科技有限公司；

司盤40（山梨醇酐單棕櫚酸酯）、司盤60（山梨醇酐單硬脂酸酯）：化學(xué)純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；

吐溫40（聚氧乙烯（20）山梨醇酐單棕櫚酸酯）：HLB值為15.6，化學(xué)純，溫州市化學(xué)用料廠；

吐溫80（聚氧乙烯（20）山梨醇酐單油酸酯）：HLB值為15.0，化學(xué)純，溫州市化學(xué)用料廠；

海藻酸鈉、羧甲基纖維素鈉（CMC－Na）、卡拉膠、黃原膠、果膠、檸檬酸、碳酸氫鈉、蔗糖脂肪酸酯、單硬脂酸甘油酯：均為食品級(jí)。

1.2 儀器與設(shè)備

電子天平：AL104－IC型，上海梅特勒—托利多儀器有限公司；

屹立萬(wàn)能粉碎機(jī)：100型，浙江屹立工貿(mào)有限公司；

水浴鍋：DK－8D型，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；

pH計(jì)：FE20型，上海梅特勒—托利多儀器有限公司；

均質(zhì)機(jī)：AH－100D型，北京天恩翰拓科技有限公司；

安全智能反壓高溫蒸煮鍋：1169型，北京發(fā)恩科貿(mào)有限公司；

離心機(jī)：Anke LXJ－IIB型，上海安亭科學(xué)儀器廠。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程 根據(jù)文獻(xiàn)［7～9］修改如下：

大米→篩選→清洗→炒制（約15min，使之呈現(xiàn)淺黃色并具有濃郁的米香味）→粉碎→糊化（料水質(zhì)量比1∶20，95℃糊化30min）→液化（酶解前用2%的NaHCO3將pH調(diào)整為6.5，然后加入0.6% α－淀粉酶，65℃酶解30min）→糖化（酶解前用5%的檸檬酸溶液將pH調(diào)整為4.5，然后加入0.03%β－淀粉酶、0.03%糖化酶、0.03%木瓜蛋白酶和0.1%檸檬酸，60℃酶解3.5h）→滅酶（95～100℃，10min）→過濾（300目，2次）→調(diào)配（先加入5%蔗糖，然后加入一定量的乳化劑和穩(wěn)定劑）→均質(zhì)（30MPa，2次）→灌裝→滅菌（110℃，20min）

1.3.2 單一穩(wěn)定劑對(duì)大米飲料穩(wěn)定性的影響 常用各種穩(wěn)定劑來(lái)保持飲料的良好外觀，各種穩(wěn)定劑的使用效果各不相同［10］。向按照1.3.1最佳工藝流程制作的大米飲料中分別加入 0.1%，0.2%，0.3%，0.4%CMC－Na；0.1%，0.2%，0.3%，0.4%海藻酸鈉；0.05%，0.10%，0.15%，0.20%黃原膠；0.05%，0.10%，0.15%，0.20% 卡 拉 膠；0.2%，0.4%，0.6%，0.8%果 膠［11，12］。根 據(jù) 1.4.1 的 方 法 測(cè) 定 其 分 層 情況，選取兩個(gè)效果好的穩(wěn)定劑進(jìn)行下一步的正交試驗(yàn)。

1.3.3 單一乳化劑對(duì)大米飲料穩(wěn)定性的影響 乳化劑可以和大米中的淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪等物質(zhì)形成穩(wěn)定的復(fù)合物，這在一定程度上能夠阻止顆粒之間相互聚集下沉形成沉淀［13，14］，從而提高大米飲料的穩(wěn)定性。向按照1.3.1最佳工藝流程制作的大米飲料中分別加入0.2%，0.4%，0.6%，0.8% 單 甘 酯；0.03%，0.06%，0.09%，0.12% 蔗 糖 酯；0.05%，0.10%，0.15%，0.20% 的 司 盤 40 和 司 盤 60；0.01%，0.02%，0.03%，0.04%的吐溫40和吐溫80［15］。根據(jù)1.4.2的方法測(cè)定其沉淀率，選取兩個(gè)效果好的乳化劑進(jìn)行下一步的正交試驗(yàn)。

1.3.4 復(fù)配乳化—穩(wěn)定劑對(duì)大米穩(wěn)定性的影響 單一的穩(wěn)定劑和乳化劑往往不能完全滿足食品對(duì)口感、外觀、色澤、澄清度等方面的要求，復(fù)配就顯得尤為重要［16］。因此，選擇1.3.2和1.3.3中效果好的穩(wěn)定劑和乳化劑進(jìn)行四因素四水平正交試驗(yàn)，測(cè)定各處理組合飲料的沉淀率和分層情況，確定復(fù)配穩(wěn)定—乳化劑的最佳配比。

1.4 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法

1.4.1 靜置穩(wěn)定性 根據(jù)文獻(xiàn)［17］和［18］修改如下：在25 mL的比色管（25mL刻度處的高度恰好為10cm）中加入已滅菌的大米飲料25mL，放置1周后測(cè)定其分層情況，以上層和下層的高度（cm）為分層指標(biāo)。

1.4.2 離心穩(wěn)定性 根據(jù)文獻(xiàn)［17］修改如下：在帶有刻度的離心管中加入已滅菌的大米飲料20mL，在4 000r/min離心速度下離心30min，測(cè)定其沉淀率。離心沉淀率越小，說(shuō)明大米飲料的穩(wěn)定性越好，即向其中添加的穩(wěn)定劑和乳化劑的效果越好［19］。按式（1）計(jì)算沉淀率。

式中：

R——沉淀率，%；

m1——離心管的質(zhì)量，g；

m2——離心管和大米飲料的質(zhì)量，g；

m3——離心管和沉淀的質(zhì)量，g。

在試驗(yàn)過程中，空白對(duì)照組雖然出現(xiàn)分層現(xiàn)象，但沒有出現(xiàn)油脂上浮的問題。由于大米飲料中脂類物質(zhì)含量極少（晚秈米的脂肪含量＜1%），所以油脂上浮的問題可以忽略不計(jì)。

2 結(jié)果與討論

2.1 單一穩(wěn)定劑對(duì)大米飲料穩(wěn)定性的影響

食品穩(wěn)定劑都是水溶性高分子，溶于水后體系黏度增加，分散相不易發(fā)生聚集和凝聚，從而使分散體系穩(wěn)定。不同分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定劑，即使在其他理化參數(shù)一致、相同濃度條件下，黏度亦可能存在較大差別［20，21］。由于大米飲料出現(xiàn)分層、沉淀現(xiàn)象，所以向其中添加適量的穩(wěn)定劑來(lái)保持飲料的穩(wěn)定性。

海藻酸鈉是常用的食品添加劑，主要用作乳化穩(wěn)定劑和增稠劑，其水溶性好，溶于水后形成粘稠狀膠體，可使物料穩(wěn)定均勻［11］。圖1中前4個(gè)柱形圖為添加不同量的海藻酸鈉之后大米飲料的分層情況，分層趨勢(shì)為先下降后上升。添加量為0.4%時(shí)下層沉淀高度有所上升，這可能是膠體濃度過高，體系黏度增大，有利于絮集飲料中的大分子物質(zhì)使之下沉，反而不利于大米飲料體系的穩(wěn)定。CMC－Na為增稠劑，少量加入時(shí)能夠改善大米飲料的黏稠度，增加其穩(wěn)定性。隨著CMC－Na添加量的逐漸增加，大米飲料的分層情況和海藻酸鈉呈現(xiàn)相似的趨勢(shì)。這可能是由于過高濃度的CMC－Na與溶液中的金屬離子形成不可逆的海綿狀凝膠結(jié)構(gòu)，從而使大米飲料穩(wěn)定性下降［6］。

卡拉膠具有較強(qiáng)的凝膠性和較高的黏度，還能夠與蛋白質(zhì)發(fā)生絡(luò)合作用，能在很大程度上提高蛋白類飲料的穩(wěn)定性［11，12］。圖2中前4個(gè)柱形圖為添加不同量的卡拉膠時(shí)，大米飲料的沉淀高度呈逐漸下降的趨勢(shì)，說(shuō)明卡拉膠的添加量越大，大米飲料的穩(wěn)定性越好。果膠是一種線型多糖聚合物，當(dāng)果膠中的高聚半乳糖醛酸（HG）部分交聯(lián)形成三維晶型的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)時(shí)，能夠把水和其它溶質(zhì)包裹在其中，此時(shí)體系達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)［12］。圖2中最后4個(gè)柱形圖為添加不同量果膠時(shí)，大米飲料的沉淀高度為先下降再略微上升。果膠添加量為0.6%時(shí)大米飲料的穩(wěn)定性最高，下層僅為0.8cm。添加不同量果膠時(shí)大米飲料的分層情況和海藻酸鈉類似，但過高濃度的果膠不利于體系的穩(wěn)定。

圖1 穩(wěn)定劑海藻酸鈉和CMC－Na對(duì)大米飲料穩(wěn)定性的影響Figure 1 Influence on the stability of rice beverage about stabilizers alginate and sodiun carboxmethyl cellubose

圖2 穩(wěn)定劑卡拉膠、黃原膠和果膠對(duì)大米飲料穩(wěn)定性的影響Figure 2 Influence on the stability of rice beverage about stabilizers carrageenan，xanthan gum and pectin

圖2中間4個(gè)柱形圖為添加不同量黃原膠時(shí)，大米飲料的分層趨勢(shì)為下層的分層高度逐漸上升直至不分層。但是添加黃原膠時(shí)大米飲料的下層為透明、黏稠的乳狀液，而添加其他穩(wěn)定劑時(shí)下層為乳白色沉淀，說(shuō)明黃原膠有助于大米飲料體系的穩(wěn)定。這可能和黃原膠的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，黃原膠是由高分子雜多糖構(gòu)成，含有螺旋區(qū)，黃原膠不僅可以通過氫鍵與水作用，使膠體大分子均勻分散在液相體系中，提高飲料的黏稠度；而且還能利用螺旋區(qū)域包裹顆粒，防止大顆粒聚集下沉［6］。試驗(yàn)結(jié)果表明，單一添加0.2%的黃原膠可以使大米飲料不分層，但是飲料稍顯黏稠，口感不佳。

以大米飲料的分層情況為測(cè)定指標(biāo)，對(duì)上述5種穩(wěn)定劑添加后大米飲料的穩(wěn)定性進(jìn)行比較，得出的結(jié)論為：黃原膠對(duì)大米飲料的穩(wěn)定性影響最大；其它4種穩(wěn)定劑中果膠對(duì)大米飲料的穩(wěn)定性最好，下層沉淀相對(duì)較少，所以選用適量的黃原膠（＜0.2%）和果膠進(jìn)行下一步的復(fù)配正交試驗(yàn)。

2.2 單一乳化劑對(duì)大米飲料穩(wěn)定性的影響

乳化劑除了增加分散相與分散介質(zhì)的親和力，降低界面張力外，還能增加分散介質(zhì)的黏度。乳化劑能與碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂類化合物等食品成分發(fā)生特殊的相互作用，如同氨基酸側(cè)鏈絡(luò)合，形成穩(wěn)定的化合物脂蛋白；有水存在時(shí)可以使脂類化合物形成穩(wěn)定的乳狀液；可以和淀粉相互作用，減緩淀粉的老化等［22，23］。大米飲料是蛋白質(zhì)和淀粉含量較高的食品，所以向大米飲料中添加適量的乳化劑有利于體系的穩(wěn)定。

吐溫常溫下為淺黃色粘稠狀液體，具有良好的熱穩(wěn)定性［24］。由圖3可知，大米飲料的沉淀率隨著吐溫40和吐溫80添加量的增加都呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，說(shuō)明乳化劑的用量越高，大米飲料的穩(wěn)定性越好；并且吐溫40對(duì)大米飲料的穩(wěn)定性高于吐溫80（即HLB值高的穩(wěn)定性好）。但是用量接近GB 2760—2011的最高限量，因此不適宜添加吐溫來(lái)提高大米飲料的穩(wěn)定性。

司盤40為乳白色小顆粒狀固體，是一種親水性乳化劑；司盤60為黃褐色蠟狀固體，是一種親油性乳化劑。乳化劑司盤具有良好的耐熱性和抗水解穩(wěn)定性，適合于在含水體系和經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間高溫處理的食品中使用，一般與其它乳化劑合用［20］。由圖3可知，隨著司盤40添加量的逐漸增大，大米飲料的沉淀率呈現(xiàn)先降低后略有上升的趨勢(shì)，而且其變化范圍不大。司盤40添加量為0.15%時(shí)，大米飲料的穩(wěn)定性最高，沉淀率僅為1.48%。司盤60的變化趨勢(shì)和司盤40相似，但司盤40的沉淀率整體低于司盤60，即親水性乳化劑的穩(wěn)定效果較好，這和它們的分子結(jié)構(gòu)不同有關(guān)，同時(shí)也和本試驗(yàn)中所用大米脂肪含量較低相吻合。

圖3 乳化劑對(duì)大米飲料穩(wěn)定性的影響Figure 3 Influence on the stability of rice beverage about emulsifiers

蔗糖酯是一種以蔗糖分子中的游離羥基為親水基團(tuán)，天然油脂中的脂肪酸鏈為憎水基團(tuán)的乳化劑，在50℃以上的水中就開始熔化［20］。隨著蔗糖酯添加量的增加，大米飲料的沉淀率呈現(xiàn)先降低后逐漸增大的趨勢(shì)，說(shuō)明較高濃度的蔗糖酯不利于大米飲料的穩(wěn)定。單甘酯不溶于水，但與熱水強(qiáng)烈震蕩混合后可分散于水中，具有優(yōu)良的乳化能力和耐高溫性能［12］。從圖4可以看出，隨著單甘酯用量的逐漸增大，大米飲料的沉淀率的變化趨勢(shì)和蔗糖酯類似，但其沉淀率整體低于蔗糖酯。單甘酯添加量為0.6%時(shí)，沉淀率達(dá)到最小值，僅為1.56%。

圖4 乳化劑單甘酯對(duì)大米飲料穩(wěn)定性的影響Figure 4 Influence on the stability of rice beverage about monoglyceride

以大米飲料的離心沉淀率為指標(biāo)，對(duì)上述6種乳化劑添加后對(duì)大米飲料穩(wěn)定性的影響進(jìn)行比較，得出的結(jié)論為：司盤類乳化劑和單甘酯對(duì)大米飲料的乳化穩(wěn)定效果較好。添加乳化劑司盤40時(shí)大米飲料的沉淀率變化范圍不大，并且沉淀率整體上比司盤60低；不同添加量單甘酯時(shí)大米飲料的沉淀率變化幅度也不大，且沉淀率較其他幾種乳化劑的要低，所以選用乳化劑司盤40和單甘酯進(jìn)行下一步的復(fù)配正交試驗(yàn)。

2.3 復(fù)配穩(wěn)定—乳化劑的正交試驗(yàn)

在上述單因素試驗(yàn)確定每個(gè)因素最佳用量的基礎(chǔ)上確定正交試驗(yàn)中各因素所對(duì)應(yīng)的3個(gè)不同水平。鑒于食品中使用添加劑的種類和用量以越少越好的原則并考慮到經(jīng)濟(jì)問題，每個(gè)因素都設(shè)計(jì)一個(gè)零水平。所以，每個(gè)因素設(shè)計(jì)4個(gè)水平，因素及水平設(shè)計(jì)見表1。

由表2可知，4個(gè)因素對(duì)大米飲料穩(wěn)定性的影響為B＞A＞C＞D，即黃原膠＞果膠＞單甘酯＞司盤40。根據(jù)k值的大小確定最佳復(fù)配組合為A4B4C3D1，即添加0.65%果膠、0.165%黃原膠和0.60%單甘酯。將正交試驗(yàn)得到的最佳復(fù)配組合進(jìn)行沉淀率和分層情況的測(cè)定，得到沉淀率為0.85%，和表2中12號(hào)樣品的沉淀率0.87%相差不大。鑒于食品中使用添加劑的種類和用量以越少越好的原則并考慮到飲料成本的問題，確定組合12（A3B4C2D1）為大米飲料的最佳穩(wěn)定—乳化劑復(fù)配比例，即添加0.60%果膠、0.165%黃原膠和0.60%單甘酯。

表1 穩(wěn)定—乳化劑復(fù)配的正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 The factor levels table of orthogonal experiment of stabilizer－emulsifier combination

表2 穩(wěn)定—乳化劑復(fù)配的正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 The orthogonal experiment results of stabilizer－emulsifier combination

表2 穩(wěn)定—乳化劑復(fù)配的正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 The orthogonal experiment results of stabilizer－emulsifier combination

由于只有不添加黃原膠的大米飲料出現(xiàn)分層，所以分層情況僅作為參考，不作為正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的依據(jù)。

序號(hào) A B C D 沉淀率/% 分層/cm 1 1 1 1 1 3.25 1.1＋8.9 2 1 2 2 2 1.89 不分層3 1 3 3 3 1.73 不分層4 1 4 4 4 1.80 不分層5 2 1 2 3 2.52 0.8＋9.2 6 2 2 1 4 1.47 不分層7 2 3 4 1 1.05 不分層8 2 4 3 2 0.90 不分層9 3 1 3 4 2.49 0.9＋9.1 10 3 2 4 3 0.85 不分層11 3 3 1 2 1.52 不分層12 3 4 2 1 0.87 不分層13 4 1 4 2 2.45 0.7＋9.3 14 4 2 3 1 0.95 不分層15 4 3 2 4 0.89 不分層16 4 4 1 3 1.41 不分層 k1 0.743 1.423 0.395 0.160 2.168 2.678 1.913 1.530 k2 1.485 1.290 1.543 1.690 k3 1.433 1.298 1.518 1.628 k4 1.425 1.245 1.538 1.663 R

由表3可知，4個(gè)因素中果膠對(duì)沉淀率的影響為顯著水平（P＜0.05），黃原膠對(duì)沉淀率的影響已達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），單甘酯和司盤40對(duì)沉淀率的影響不顯著（P＞0.05），但單甘酯對(duì)沉淀率的影響遠(yuǎn)大于司盤40。乳化劑對(duì)沉淀率沒有顯著影響，這可能和大米中的脂肪含量較低有關(guān)［22］。

表3 方差分析表Table 3 Analysis of variance table

3 結(jié)論

大米飲料制作過程中乳化穩(wěn)定體系的建立是衡量飲料質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，同時(shí)也是影響產(chǎn)品貨架期內(nèi)穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素［9，25］。本試驗(yàn)解決了大米飲料的分層沉淀問題，對(duì)大米飲料的生產(chǎn)和產(chǎn)品穩(wěn)定性具有一定的指導(dǎo)意義。通過正交試驗(yàn)確定了復(fù)合穩(wěn)定—乳化劑最佳配比：0.60%果膠、0.165%黃原膠和0.60%單甘酯。按照上述比例進(jìn)行添加能夠有效地降低大米飲料的沉淀率，僅為0.87%（遠(yuǎn)低于單一穩(wěn)定劑和乳化劑的沉淀率），并且大米飲料的口感較好（同添加單一的穩(wěn)定劑和乳化劑相比）。室溫下放置3周后大米飲料體系均勻，無(wú)沉淀和分層現(xiàn)象。

本試驗(yàn)雖然對(duì)大米飲料中所添加的穩(wěn)定劑和乳化劑對(duì)其穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了方差分析（黃原膠＞果膠＞單甘酯＞司盤40），但并未對(duì)其乳化穩(wěn)定體系的穩(wěn)定機(jī)理進(jìn)行深入探討。這可能和乳化劑或穩(wěn)定劑與大米中的某些物質(zhì)相互作用有關(guān)，如乳化劑與淀粉的結(jié)合，亦或與蛋白質(zhì)的絡(luò)合作用，也可能是乳化劑和穩(wěn)定劑之間的協(xié)同效應(yīng)［20，22］，具體的抗老化、絡(luò)合以及協(xié)同效應(yīng)等機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

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