馬鈴薯飲料加工工藝的優(yōu)化

劉振宇，胡林雙，宿飛飛，劉尚武，王紹鵬，李 勇，萬書明

（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物脫毒苗木研究所，黑龍江 哈爾濱 150086）

馬鈴薯飲料加工工藝的優(yōu)化

劉振宇，胡林雙*，宿飛飛，劉尚武，王紹鵬，李 勇，萬書明

（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物脫毒苗木研究所，黑龍江 哈爾濱 150086）

采用單因素和正交試驗(yàn)對(duì)馬鈴薯飲料加工工藝進(jìn)行研究，試驗(yàn)以沉淀率、粒徑、pH和感官評(píng)價(jià)為指標(biāo)，確定了最適宜的馬鈴薯飲料加工工藝。結(jié)果表明，打漿次數(shù)對(duì)飲料的穩(wěn)定性影響最大，均質(zhì)時(shí)間對(duì)飲料的口感更重要，預(yù)煮時(shí)間對(duì)飲料的酸度起重要作用。綜合考慮成本與工藝要求等問題，確定馬鈴薯飲料加工工藝為：預(yù)煮時(shí)間30min、糊化時(shí)間60min、打漿5次和均質(zhì)時(shí)間10min。

馬鈴薯；飲料加工工藝；沉淀率；粒徑

馬鈴薯營養(yǎng)全面均衡，含有豐富的淀粉和對(duì)人體極為重要的營養(yǎng)物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)和維生素等[1]。100 g馬鈴薯就能為消費(fèi)者提供4%～4.5%的每日能量和蛋白質(zhì)，高于每日需求量25%的維生素C，還是一種低能量食品[2]。

隨著2015年馬鈴薯主食化戰(zhàn)略的啟動(dòng)，國內(nèi)掀起了一股馬鈴薯產(chǎn)品開發(fā)的熱潮，新型健康的馬鈴薯食品越來越受到企業(yè)家和消費(fèi)者青睞，馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展必將迎來新的春天。馬鈴薯飲料就是一種營養(yǎng)均衡的新型馬鈴薯產(chǎn)品，其營養(yǎng)吸收率是固態(tài)食品的4倍。目前國內(nèi)學(xué)者已就馬鈴薯飲料開展了一些研究，楊玉玲[3]研制了飲料型馬鈴薯酸奶，鄧放明等[4]研究確定了馬鈴薯奶飲料的生產(chǎn)工藝，馮元春等[5]利用淀粉加工廢液中的蛋白加工成馬鈴薯蛋白乳飲料。本試驗(yàn)以馬鈴薯為主要原料，加以適當(dāng)?shù)氖称贩€(wěn)定劑，研制馬鈴薯飲料，通過單因素法和正交法對(duì)馬鈴薯飲料加工工藝進(jìn)行研究，旨在解決馬鈴薯飲料的穩(wěn)定性、風(fēng)味等問題，為新型馬鈴薯食品的開發(fā)提供一種新的途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯品種‘尤金’（超市購買）；穩(wěn)定劑黃原膠、單甘脂等（哈爾濱市億人食品添加劑技術(shù)部）；白砂糖（博城北方糖業(yè)有限公司）。

1.2 主要儀器

激光粒度儀，美國麥克儀器公司；恒溫水浴鍋，鄭州長城科工貿(mào)有限公司；高壓滅菌鍋，上海基匯科技有限公司；電磁爐，佛山富市寶電器科技股份有限公司；攪拌機(jī)，美國Omega公司；試驗(yàn)用高壓均質(zhì)機(jī)，上海融合機(jī)械設(shè)備有限公司；低溫高速離心機(jī)，日本日立公司；實(shí)驗(yàn)?zāi)z體磨，廊坊廊通機(jī)械有限公司；pH計(jì)，Mettler Toledo公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 馬鈴薯飲料加工工藝流程

馬鈴薯→清洗→去皮→預(yù)煮→調(diào)配→攪拌→糊化→打漿→均質(zhì)→高壓高溫滅菌→成品。

1.3.2 檢測(cè)項(xiàng)目及方法

感官評(píng)價(jià)：將產(chǎn)品隨機(jī)編碼，然后邀請(qǐng)10名有品嘗經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人員進(jìn)行品嘗，按照感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（參考鄧放明等[4]的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，略作改動(dòng)，見表1）進(jìn)行評(píng)定，然后統(tǒng)計(jì)色澤（30%）、形態(tài)（20%）、風(fēng)味（30%）、香氣（20%）的總分，即為感官指標(biāo)得分。

穩(wěn)定性的測(cè)定：在離心管中，準(zhǔn)確加入配置好的飲料樣品10mL，然后在3 000 r/min離心機(jī)中離心15min，測(cè)定頂部浮層厚度；再棄去上部溶液，稱量底部沉淀重量，利用下式計(jì)算沉淀物含量[6]。

1.3.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

馬鈴薯飲料加工工藝單因素試驗(yàn)：前期加工工藝摸索中預(yù)煮時(shí)間、糊化時(shí)間和打漿次數(shù)3個(gè)因素對(duì)馬鈴薯飲料品質(zhì)影響較大。因此，采用上述工藝流程，固定馬鈴薯與水的比例1∶9，白砂糖量5%，穩(wěn)定劑量0.3%，均質(zhì)時(shí)間10min等其他條件，以沉淀率、粒徑和pH為評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別考察預(yù)煮時(shí)間（10，20，30，40和50min），糊化時(shí)間（30，45，60，75和90min），打漿次數(shù)（1，3，5，7和9次）對(duì)馬鈴薯飲料穩(wěn)定性的影響。預(yù)煮時(shí)間單因素試驗(yàn)固定糊化時(shí)間為45min和打漿次數(shù)5次；糊化時(shí)間試驗(yàn)固定預(yù)煮時(shí)間為30min和打漿次數(shù)5次；打漿次數(shù)試驗(yàn)固定預(yù)煮時(shí)間為30min和糊化時(shí)間30min。

馬鈴薯飲料加工工藝正交優(yōu)化試驗(yàn)：以單因素試驗(yàn)為基礎(chǔ)，為增加飲料風(fēng)味，降低馬鈴薯和水的比例為1∶4，其他條件不變。根據(jù)預(yù)煮時(shí)間、糊化時(shí)間和打漿次數(shù)各因素對(duì)飲料品質(zhì)的影響，綜合考慮成本與工藝要求等問題，設(shè)計(jì)L9（34）正交試驗(yàn)，正交設(shè)計(jì)因素水平見表2，以感官評(píng)價(jià)為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，沉淀率和pH為輔助評(píng)價(jià)指標(biāo)，優(yōu)化馬鈴薯飲料加工工藝。

表1 馬鈴薯飲料感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Standard of sensory evaluation for potato beverage

表2 正交試驗(yàn)因素水平表Table 2 Factors and levels graph of potato beverage

2 結(jié)果與分析

2.1 預(yù)煮時(shí)間對(duì)馬鈴薯飲料品質(zhì)的影響

根據(jù)摸索試驗(yàn)，固定糊化時(shí)間45min和打漿次數(shù)5次，考察不同的預(yù)煮時(shí)間對(duì)馬鈴薯飲料品質(zhì)（沉淀率、粒徑和pH）的影響，結(jié)果見圖1、圖2和圖3。

圖1 預(yù)煮時(shí)間對(duì)沉淀率的影響Figure 1 Effect of precook time on deposition rate

從圖1可以看出，隨著預(yù)煮時(shí)間的延長，馬鈴薯飲料沉淀率呈先逐漸下降，后緩慢上升的趨勢(shì)。馬鈴薯塊莖在加熱過程中逐漸軟化，30min時(shí)沉淀率達(dá)到最低為8%，而加熱時(shí)間過長會(huì)影響飲料的穩(wěn)定性，可能由于顆粒間碰撞頻率的增加，造成沉淀率略微上升，還增加了成本。因此，選擇馬鈴薯飲料預(yù)煮時(shí)間為30min。

由圖2可知，隨著預(yù)煮時(shí)間的延長，飲料中粒徑呈逐漸下降的趨勢(shì)。這是由于淀粉結(jié)構(gòu)松散，易降解成短鏈糖，使得飲料中顆粒在加熱過程中逐漸變小。在30～50min，飲料中粒徑波動(dòng)趨于穩(wěn)定，30min時(shí)粒徑為98.55μm，50min時(shí)飲料中顆粒最小為94.88μm，二者僅差3.67μm，但過長的加熱會(huì)造成能源浪費(fèi)和成本上升。

如圖3所示，飲料的pH隨預(yù)煮時(shí)間的延長呈逐漸上升的趨勢(shì)。在加熱初期，可能由于淀粉降解、蛋白變性等，導(dǎo)致飲料pH升高。在加熱30min后，pH維持在7.2～7.4，變化趨于平穩(wěn)。pH＞5可以抑制馬鈴薯中的過氧化氫酶，防治飲料褐變。

2.2 糊化時(shí)間對(duì)馬鈴薯飲料品質(zhì)的影響

根據(jù)前期試驗(yàn)，固定預(yù)煮時(shí)間30min和打漿次數(shù)5次，考察不同的糊化時(shí)間對(duì)馬鈴薯飲料品質(zhì)（沉淀率、粒徑和pH）的影響，結(jié)果見圖4、圖5和圖6。

馬鈴薯塊莖經(jīng)高速攪拌機(jī)粉碎會(huì)釋放出大量淀粉顆粒，糊化主要是將β淀粉轉(zhuǎn)化α淀粉，并與穩(wěn)定劑結(jié)合形成新的穩(wěn)定體系。從圖4可知，由于穩(wěn)定劑的添加導(dǎo)致飲料粘度提高和淀粉顆粒糊化，使得飲料的沉淀率逐步上升。經(jīng)過60min的糊化，飲料體系趨于穩(wěn)定，沉淀率逐步下降，90min時(shí)沉淀率最低為9.14%。考慮過長的糊化時(shí)間會(huì)影響飲料口感和風(fēng)味，造成成本上升，因此選擇糊化時(shí)間為30min。

圖4 糊化時(shí)間對(duì)沉淀率的影響Figure 4 Effect of pasting time on deposition rate

由圖5可知，飲料中顆粒在糊化過程中先變大后變小，與沉淀率變化趨勢(shì)一致。在糊化初期，淀粉受熱膨脹，顆粒逐漸變大，進(jìn)去淀粉顆粒的溶劑越多，分子間氫鍵斷裂越多，加速破壞顆粒的膠束結(jié)構(gòu)。隨著糊化時(shí)間的延長，淀粉逐步降解為短鏈糖，與穩(wěn)定劑形成新的懸浮體系，飲料顆粒又逐漸變小。與預(yù)煮階段相比，粒徑變化幅度不大，在96.04～116.63μm變化。

如圖6所示，糊化初期可能由于穩(wěn)定劑的加入導(dǎo)致飲料pH的稍微下降，60min時(shí)pH最低為6.87，隨著糊化時(shí)間的延長，pH又緩慢上升。這表明糊化時(shí)間對(duì)馬鈴薯飲料pH的影響不大，波動(dòng)范圍在6.87～7.16，僅差0.29。

2.3 打漿次數(shù)對(duì)馬鈴薯飲料品質(zhì)的影響

根據(jù)前期試驗(yàn)，固定預(yù)煮時(shí)間30min和糊化時(shí)間30min，考察不同的打漿次數(shù)對(duì)馬鈴薯飲料品質(zhì)（沉淀率、粒徑和pH）的影響，結(jié)果見圖7、圖8和圖9。

圖5 糊化時(shí)間對(duì)粒徑的影響Figure 5 Effectof pasting time on particle size

圖6 糊化時(shí)間對(duì)pH的影響Figure 6 Effect of pasting time on pH

打漿主要是利用膠體磨的機(jī)械力，有效地乳化、分散和粉碎馬鈴薯飲料中的顆粒。如圖7所示，打漿次數(shù)太少，飲料中顆粒受機(jī)械力不充分，沉淀率較高。隨著打漿次數(shù)的增加，馬鈴薯飲料沉淀率呈下降趨勢(shì)，打漿7次時(shí)沉淀率最低為10.97%。打漿次數(shù)過多，沉淀率并無太大變化，還造成能量的浪費(fèi)。

從圖8可知，打漿1～3次，可能是由于擠壓不完全，導(dǎo)致部分顆粒聚集，使得粒徑逐漸變大；隨著打漿次數(shù)的增加，飲料受到強(qiáng)大的剪切力、摩擦力、高頻振動(dòng)、高速旋渦等物理作用，顆粒被有效地磨碎，粒徑逐漸變小，打漿9次時(shí)最小為110.80μm。

圖7 打漿次數(shù)對(duì)沉淀率的影響Figure 7 Effect of times of grinding on deposition rate

圖8 打漿次數(shù)對(duì)粒徑的影響Figure 8 Effect of times of grinding on particle size

圖9 打漿次數(shù)對(duì)pH的影響Figure 9 Effect of times of grinding on pH

膠體磨主要是通過機(jī)械力等物理方式來磨碎物料，使得飲料更均勻穩(wěn)定。從圖9可以看出，飲料的pH比較穩(wěn)定，在6.67～6.79變化。這說明打漿次數(shù)對(duì)飲料中pH無明顯影響，但目前消費(fèi)者更青睞偏中性的飲料，因此考慮飲料穩(wěn)定性、口味等因素，選擇打漿次數(shù)為7次。

2.4 馬鈴薯飲料工藝的優(yōu)化試驗(yàn)及結(jié)果

由表3的極差分析可知，各因素對(duì)馬鈴薯飲料沉淀率的影響順序?yàn)椋篊＞B＞A＞D，對(duì)于飲料穩(wěn)定性，沉淀率越低越好，所以較佳條件為A3B1C1D2。各因素對(duì)馬鈴薯飲料感官評(píng)價(jià)的影響順序?yàn)椋篋＞B＞C＞A，由于口感越好評(píng)分越高，所以較佳條件為A2B3C1D1；各因素對(duì)馬鈴薯飲料pH的影響順序?yàn)椋篈＞C＞D＞B，較佳條件為A1B3C2D3。綜合考慮各因素對(duì)指標(biāo)的影響及成本，選擇適宜的馬鈴薯飲料加工工藝為：A2B3C1D1。

3 討 論

通過單因素及正交試驗(yàn)確定了各主要工藝對(duì)馬鈴薯飲料品質(zhì)的影響及變化趨勢(shì)，各因素對(duì)馬鈴薯沉淀率的影響順序?yàn)榇驖{次數(shù)＞糊化時(shí)間＞預(yù)煮時(shí)間＞均質(zhì)時(shí)間，即打漿次數(shù)對(duì)飲料的穩(wěn)定性影響最大，說明機(jī)械力可以更直接地降低飲料顆粒大??；對(duì)馬鈴薯飲料感官評(píng)價(jià)的影響順序?yàn)榫|(zhì)時(shí)間＞糊化時(shí)間＞打漿次數(shù)＞預(yù)煮時(shí)間，表明均質(zhì)時(shí)間對(duì)飲料的口感更重要，使飲料各組分更均勻穩(wěn)定地懸浮，讓飲料更適口；各因素對(duì)馬鈴薯飲料pH的影響順序?yàn)轭A(yù)煮時(shí)間＞打漿次數(shù)＞均質(zhì)時(shí)間＞糊化時(shí)間，這說明預(yù)煮時(shí)間對(duì)飲料的酸度起更重要作用，預(yù)煮時(shí)間越長飲料越酸，而消費(fèi)者更青睞弱酸性飲料。因此綜合考慮各因素對(duì)飲料品質(zhì)的影響，確定馬鈴薯飲料加工工藝為預(yù)煮時(shí)間30min、糊化時(shí)間60min、打漿5次和均質(zhì)時(shí)間10min。

馬鈴薯中淀粉含量是影響馬鈴薯飲料穩(wěn)定性的主要因素，本研究通過雙重加熱模式和物理手段使得淀粉等大分子逐步降解，最終穩(wěn)定地懸浮在飲料當(dāng)中，并通過觀察飲料中物料粒徑變化揭示了飲料顆粒在各加工環(huán)節(jié)中變化過程，如顆粒間碰撞聚集、淀粉降解過程中膠束的變化[7]，為解決飲料的沉淀問題提供了新方法，但飲料的沉淀率仍然在25%左右，縮短了飲料的保質(zhì)期，影響了飲料的品質(zhì)。與陳日春[8]研制的純奶果汁飲料和陳朋引[9]的馬鈴薯固態(tài)飲料相比，雙重加熱模式可有效降解淀粉，提高飲料穩(wěn)定性，但雙重加熱需要對(duì)現(xiàn)有飲料生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造，從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本上升，因此馬鈴薯飲料加工工藝還需要進(jìn)一步完善，利用新技術(shù)來提高飲料的口味和品質(zhì)，使馬鈴薯飲料這一健康飲品能真正出現(xiàn)在消費(fèi)者的餐桌上。

表3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 3 Design and result of orthogonal experiment

[1] 杜連啟.薯類食品加工技術(shù)[M].北京:化學(xué)輕工業(yè)出版社,2010:5-6.

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Optimization of Processing for Potato Beverage

LIU Zhenyu,HU Linshuang＊,SU Feifei,LIU Shangwu,WANG Shaopeng,LIYong,WAN Shuming
(Virus-free Seed ling Research Institute,Heilongjiang Academy ofAgriculturalSciences,Harbin,Heilongjiang 150086,China)

ract:Single factor and orthogonaldesign were used to optimize the processing of potato beverage in this study.In the experiment,the optimumtechnology parameters were defined with the indexes deposition rate,particle size,pH and sensory evaluation.The results showed that times of grinding determined the stability of the juice;homogeneity time affected the sensory flavor and precook time played an importance role in pH determination of potato beverage.By comprehensive consideration of production cost and technological requirements,the definitive processing of potato beverage was determined,i.e.precook time 30min,pasting time 60min,grinding 5 times and homogeneity time 10min.

ords:potato;beverage processing;deposition rate;particle size

S532

A

1672－3635（2017）06-0364-06

2017-03-13

哈爾濱市科技局科技創(chuàng)新人才項(xiàng)目（2014RFQYJ152）。

劉振宇（1985-），男，碩士，助理研究員，主要從事食品科學(xué)研究。

胡林雙，碩士，副研究員，主要從事馬鈴薯種植研究，E-mail:hulinshuang@126.com。