不同乳化穩(wěn)定劑對全谷物糙米營養(yǎng)乳穩(wěn)定性的影響及其配比優(yōu)化

馬永軒， 張名位， 魏振承， 張 雁， 張瑞芬， 鄧媛元，唐小俊， 劉 磊， 黃 菲， 董麗紅

(廣東省農(nóng)業(yè)科學院 蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所/農(nóng)業(yè)部功能食品重點實驗室/廣東省農(nóng)產(chǎn)品加工重點實驗室， 廣東 廣州 510610)

不同乳化穩(wěn)定劑對全谷物糙米營養(yǎng)乳穩(wěn)定性的影響及其配比優(yōu)化

馬永軒， 張名位， 魏振承， 張 雁， 張瑞芬， 鄧媛元，唐小俊， 劉 磊， 黃 菲， 董麗紅

(廣東省農(nóng)業(yè)科學院 蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所/農(nóng)業(yè)部功能食品重點實驗室/廣東省農(nóng)產(chǎn)品加工重點實驗室， 廣東 廣州 510610)

分析了影響全谷物糙米營養(yǎng)乳飲料穩(wěn)定性的主要因素，篩選了合適的乳化穩(wěn)定劑并對其配比進行了優(yōu)化，探討了蔗糖和三聚磷酸鈉等品質(zhì)改良劑對體系穩(wěn)定性的影響。結果表明：全谷物糙米營養(yǎng)乳飲料的乳化劑蔗糖脂肪酸酯與蒸餾單硬脂酸甘油酯的優(yōu)化復配比例為2∶8，復合乳化劑的添加量為0.20%；篩選出黃原膠、羧甲基纖維素和微晶纖維素為體系的穩(wěn)定劑，其優(yōu)化配方為黃原膠0.05%，羧甲基纖維素 0.15%，微晶纖維素 0.08%。進一步發(fā)現(xiàn)，蔗糖和三聚磷酸鈉可以改善體系的穩(wěn)定性，但當蔗糖添加量達到4%后，體系的離心懸浮比逐漸降低。

全谷物糙米； 營養(yǎng)乳； 乳化劑； 穩(wěn)定劑； 穩(wěn)定性

隨著人們生活水平的不斷提高和生活節(jié)奏的加速，以全谷物為主要原料開發(fā)營養(yǎng)健康乳飲料，已逐漸成為研究熱點[1-5]。糙米除含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪和礦物質(zhì)等，還含有生理活性較高的維生素E、γ-氨基丁酸及食物中極其罕見的谷胱甘肽過氧化酶等長壽因子[6-10]，可見，糙米具有很高的營養(yǎng)價值。以糙米為主要原料開發(fā)營養(yǎng)均衡、食用方便的全谷物營養(yǎng)乳飲料具有廣闊的市場前景。

全谷物營養(yǎng)乳飲料是一種由淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪、膳食纖維、維生素和礦物質(zhì)等成分組成的復合型乳飲料。全谷物營養(yǎng)乳營養(yǎng)成分復雜，各種成分相互影響，加之生產(chǎn)過程中的高溫滅菌工藝，致使產(chǎn)品很容易出現(xiàn)油水分離分層、蛋白質(zhì)絮凝及淀粉回生沉淀等現(xiàn)象[11-12]，這些問題嚴重影響了產(chǎn)品的品質(zhì)及其在市場上的推廣。要生產(chǎn)穩(wěn)定性較好的全谷物營養(yǎng)乳飲料就需要探討影響其穩(wěn)定性的因素。本研究分析了影響全谷物營養(yǎng)乳飲料穩(wěn)定性的主要因素，對其乳化穩(wěn)定劑進行篩選并優(yōu)化了配比，希望為全谷物乳飲料的研發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

糙米，市售；白砂糖，廣州華僑糖廠；蔗糖脂肪酸酯(SE系列3型)，柳州愛格富食品科技有限公司；蒸餾單硬脂酸甘油酯(D-95)，廣州市佳力士食品有限公司；微晶纖維素(PH102)，山東匯益生物科技有限公司；果膠(65%)，西安裕華生物科技有限公司；羧甲基纖維素(CP300-800)，廣州市晨易化工有限公司；黃原膠(百靈牌A型)，西安唐朝化工有限公司；卡拉膠(L-半精制膠)、魔芋膠(80%)，山東亞亨生物科技有限公司；瓜爾豆膠(YZ-SP)，河南正順生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

DS32型雙螺桿擠壓膨化機，山東賽信膨化機械有限公司；T25型分散均質(zhì)機，艾卡(廣州)儀器設備有限公司；UV- 1800型紫外分光光度計，島津儀器有限公司；JM- 100型膠體磨，廊坊通用機械廠；AH-BASIC型高壓均質(zhì)機，安拓思納米技術有限公司；BSA224S- CW型分析天平，賽多利斯科學儀器有限公司；TD6型離心機，長沙湘智離心機有限公司；LS- 50LD型立式蒸汽滅菌器，江陰濱江醫(yī)療設備有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1糙米膨化粉的制備

糙米粉碎后過80目篩，調(diào)節(jié)水分含量至18%，用雙螺桿擠壓膨化機膨化，膨化模頭孔徑1 cm，膨化機三段溫度分別為55，125，140 ℃，螺桿轉速為150 r/min，膨化后粉碎，過100目篩。

1.3.2全谷物糙米營養(yǎng)乳飲料的組成與工藝

1)原料組成。按照QB/T 4221—2011《谷物類飲料》設計全谷物糙米營養(yǎng)乳中各成分的添加量，其中糙米膨化粉添加量為5%，全脂奶粉添加量為3%，其余為水。

2)工藝流程。糙米膨化粉、奶粉、蔗糖、乳化穩(wěn)定劑混勻→調(diào)配→膠體磨→均質(zhì)→裝瓶→封蓋→滅菌(121 ℃，20 min)→成品。

1.3.3乳化劑單因素實驗

選取蔗糖脂肪酸酯和蒸餾單硬脂酸甘油酯兩種乳化劑，分別選擇0.05%，0.10%，0.15%，0.20%，0.25%五個添加量進行單因素實驗，測定其對全谷物糙米營養(yǎng)乳離心沉淀率和離心懸浮比的影響。

1.3.4復合乳化劑實驗

按不同比例將蔗糖脂肪酸酯和蒸餾單硬脂酸甘油酯復配成復合乳化劑，添加量為0.20%，測定其對全谷物糙米營養(yǎng)乳離心沉淀率和離心懸浮比的影響。

1.3.5穩(wěn)定劑篩選實驗

分別選用微晶纖維素(MCC)、果膠、羧甲基纖維素(CMC)、黃原膠、卡拉膠、魔芋膠、瓜爾豆膠作為全谷物糙米營養(yǎng)乳的穩(wěn)定劑，測定其對全谷物糙米營養(yǎng)乳離心沉淀率和離心懸浮比的影響，評價各種穩(wěn)定劑的穩(wěn)定效果。

1.3.6穩(wěn)定劑單因素實驗

優(yōu)選黃原膠、羧甲基纖維素和微晶纖維素為全谷物糙米營養(yǎng)乳的穩(wěn)定劑，添加量分別按0.05%，0.10%，0.15%，0.20%，0.25%，測定其對全谷物糙米營養(yǎng)乳離心沉淀率和離心懸浮比的影響。

1.3.7穩(wěn)定劑響應面優(yōu)化試驗

在單因素實驗的基礎上，采用Box-Benhnken中心組合試驗設計安排三因素三水平試驗，對穩(wěn)定劑進行配比優(yōu)化，試驗因素及水平如表1。

表1 試驗因素和水平

1.3.8蔗糖對全谷物糙米營養(yǎng)乳穩(wěn)定性影響實驗

在優(yōu)化后的全谷物糙米營養(yǎng)乳中分別添加0，2%，4%，6%，8%的蔗糖，測定其對樣品離心沉淀率和離心懸浮比的影響。

1.3.9三聚磷酸鈉對全谷物糙米營養(yǎng)乳穩(wěn)定性影響實驗

在優(yōu)化后的全谷物糙米營養(yǎng)乳中分別添加0，0.05%，0.10%，0.15%，0.20%的三聚磷酸鈉，測定其對樣品離心沉淀率和離心懸浮比的影響。

1.3.10分析測定方法

1)離心沉淀率的測定。參照譚鋒等[13]的方法，稱取搖勻的一定量(m0)的全谷物糙米營養(yǎng)乳，用臺式離心機在3 000 r/min離心15 min，棄去上層清液，稱得沉淀的質(zhì)量(m1)。離心沉淀率按式(1)計算。

離心沉淀率=(m1/m0)×100%。

(1)

式(1)中，m0為樣品乳液的質(zhì)量，g；m1為沉淀的質(zhì)量，g。

2)離心懸浮比的測定。分別準確稱取一定量上層和底層的全谷物糙米營養(yǎng)乳，于3 000 r/min離心15 min，稱得其離心沉淀量分別為m1、m2。離心懸浮比按式(2)計算。

離心懸浮比=(m1/m2)×100%。

(2)

式(2)中，m1為上層沉淀的質(zhì)量，g；m2為下層沉淀的質(zhì)量，g。

3) 綜合得分加權計算方法。計算方法見式(3)。

綜合得分=(最小離心沉淀率/離心沉淀率)×50+
(離心懸浮比/最大離心懸浮比)×50。

(3)

1.3.11數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用SPSS19.0統(tǒng)計軟件中單因素方差分析進行組間差異比較，顯著性水平為p<0.05。圖表中不同字母表示0.05水平上的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 乳化劑對全谷物糙米營養(yǎng)乳穩(wěn)定性的影響

2.1.1單一乳化劑的影響

單一乳化劑的乳化效果見圖1。由圖1可以看出，蔗糖脂肪酸酯和蒸餾單硬脂酸甘油酯對體系均有一定的乳化效果。從離心沉淀率看，隨著蔗糖脂肪酸酯和蒸餾單硬脂酸甘油酯的添加，體系的離心沉淀率均呈下降趨勢，當二者添加量達到0.20%后趨勢變緩，且添加蒸餾單硬脂酸甘油酯體系的離心沉淀率低于添加蔗糖脂肪酸酯；從離心懸浮比看，添加蒸餾單硬脂酸甘油酯其離心懸浮比呈上升趨勢，而當蔗糖脂肪酸酯添加量達到0.20%后其離心懸浮比呈下降趨勢?？傮w來看，蒸餾單硬脂酸甘油酯的乳化效果優(yōu)于蔗糖脂肪酸酯，且添加量為0.20%時效果較好。

不同小寫字母表示差異性達到顯著水平(p<0.05，n=3)。圖1 單一乳化劑的乳化效果Fig.1 Emulsification of single emulsifier

2.1.2復合乳化劑的影響

不同配比乳化劑的乳化效果見圖2。由圖2可知，隨著蒸餾單硬脂酸甘油酯添加比例的增大，其離心沉淀率呈先下降后上升的趨勢，離心懸浮比呈先上升后下降的趨勢；當蒸餾單硬脂酸甘油酯添加量占比達到80%時，體系的穩(wěn)定性最好，即蔗糖脂肪酸酯與蒸餾單硬脂酸甘油酯之比為2∶8時，效果較佳。

不同小寫字母表示差異性達到顯著水平(p<0.05，n=3)。圖2 不同配比乳化劑乳化效果Fig.2 Emulsification of multiplex emulsifiers

2.2 穩(wěn)定性對全谷物糙米營養(yǎng)乳穩(wěn)定性的影響

2.2.1穩(wěn)定劑的篩選

穩(wěn)定劑對全谷物營養(yǎng)乳穩(wěn)定性的影響見圖3。由圖3可知，從離心沉淀率看，羧甲基纖維素的穩(wěn)定效果最好，其次是黃原膠和微晶纖維素，而添加果膠、卡拉膠和瓜爾豆膠時體系的離心沉淀率比空白還大，表明此3種穩(wěn)定劑的加入不利于體系的穩(wěn)定。從離心懸浮比看，微晶纖維素的穩(wěn)定效果最好，其次是黃原膠和微晶纖維素，而加入果膠、魔芋膠、卡拉膠和瓜爾豆膠后，體系的離心懸浮比變小。本研究選取黃原膠、羧甲基纖維素和微晶纖維素為穩(wěn)定劑。

不同字母表示同一指標差異性達到顯著水平(p<0.05，n=3)。圖3 穩(wěn)定劑對全谷物營養(yǎng)乳穩(wěn)定性的影響Fig.3 Influence of different stabilizers on stability of whole grains milk

2.2.2單一穩(wěn)定劑的影響

穩(wěn)定劑對全谷物營養(yǎng)乳離心沉淀率的影響和穩(wěn)定劑對全谷物營養(yǎng)乳離心懸浮比的影響見圖4。從離心沉淀率看，添加黃原膠、微晶纖維素和羧甲基纖維素后體系的離心沉淀率均呈先下降后上升的趨勢，在添加量為0.10%時體系的離心沉淀率最小。從離心懸浮比看，添加微晶纖維素和羧甲基纖維素后體系的離心懸浮比均呈先上升后下降的趨勢，且在添加量為0.10%時體系的離心懸浮比達到最大值。而添加黃原膠后體系的離心懸浮比呈上升的趨勢，且當添加量達到0.10%后上升趨勢變緩。本研究選取黃原膠、微晶纖維素和羧甲基纖維素的添加量均為0.10%。

a.對離心沉淀率的影響

b.對離心懸浮比的影響不同小寫字母表示差異性達到顯著水平(p<0.05，n=3)。圖4 穩(wěn)定劑對全谷物營養(yǎng)乳穩(wěn)定性的影響Fig.4 Influence of different stabilizer on stability of whole grains milk

2.2.3復合穩(wěn)定劑的影響

在單因素實驗的基礎上選用中心組合模型，安排三因素三水平的響應面分析試驗。以綜合得分為響應值，采用Design-Expert軟件對實驗數(shù)據(jù)進行回歸分析，對復合穩(wěn)定劑的配比對體系穩(wěn)定性的影響進行更加深入的研究和優(yōu)化，試驗結果見表2。

2.2.3.1 回歸模型的建立與方差分析

表2 響應面試驗設計與結果

以黃原膠添加量X1、羧甲基纖維素添加量X2、微晶纖維素添加量X3為試驗因素，綜合得分Y為響應值的回歸模型(見式(4))。

(4)

表3 回歸模型方差分析

2.2.3.2 各因素間的交互影響

根據(jù)回歸方程，得到曲面圖及等高圖，考察所擬合的響應曲面形狀。對黃原膠、羧甲基纖維素、微晶纖維素兩兩因素交互作用對綜合得分的影響進行分析與評價，以確定其優(yōu)化配比，結果如圖5。由圖5可知，黃原膠和羧甲基纖維素交互作用顯著，微晶纖維素是影響全谷物營養(yǎng)乳穩(wěn)定性的主要因素，黃原膠次之，羧甲基纖維素對其影響最小。

a.黃原膠和CMC交互作用

b.黃原膠和MCC交互作用

c.CMC和MCC交互作用圖5 黃原膠、CMC和MCC兩兩交互作用對體系綜合得分影響的響應面圖Fig.5 Response surface plot of interaction CMC and MCC on sedimentation rate

2.2.3.3 穩(wěn)定劑優(yōu)化配方的確定

由回歸方程求得穩(wěn)定劑優(yōu)化配方為黃原膠添加量0.05%，羧甲基纖維素添加量0.15%，微晶纖維素添加量0.08%，在此條件下，綜合得分的最大理論值為98.53。采用與本實驗相同的其他條件，實際測得離心沉淀率為6.78%、離心懸浮比為17.1%，綜合得分為97.65，實際值與理論值偏差小于5%。因此，采用響應面方法優(yōu)化得到的穩(wěn)定劑配方準確可靠。

2.3 蔗糖對全谷物糙米營養(yǎng)乳穩(wěn)定性的影響

蔗糖對全谷物糙米營養(yǎng)乳穩(wěn)定性的影響見圖6。由圖6可知，隨著蔗糖添加量的增大，體系的離心沉淀率呈下降趨勢，離心懸浮比呈先上升后下降的趨勢。蔗糖的添加改善了產(chǎn)品的甜度，同時提高了蛋白質(zhì)、淀粉粒子與分散介質(zhì)的親和性。當蔗糖添加量達到4%后，其離心懸浮比逐漸降低，這可能是因為隨著糖類的增加，體系發(fā)生了美拉德反應，產(chǎn)生了類聚物，導致粒子沉降[14]。

不同小寫字母表示差異性達到顯著水平(p<0.05，n=3)。圖6 蔗糖對全谷物營養(yǎng)乳穩(wěn)定性的影響Fig.6 Influence of sucrose on stability of whole grains milk

2.4 三聚磷酸鈉對全谷物糙米營養(yǎng)乳穩(wěn)定性的影響

三聚磷酸鈉對全谷物糙米營養(yǎng)乳穩(wěn)定性的影響見圖7。由圖7可知，隨著三聚磷酸鈉的添加體系的離心沉淀率呈下降趨勢，而離心懸浮比先上升后趨于平緩。這主要是因為加入少量的三聚磷酸鹽后，電離出了帶電的離子，并吸附在蛋白質(zhì)分子的表面，從而增加了蛋白質(zhì)表面的電荷量，提高了蛋白質(zhì)的水化能力[15]。

不同小寫字母表示差異性達到顯著水平(p<0.05，n=3)。圖7 三聚磷酸鈉對全谷物營養(yǎng)乳穩(wěn)定性的影響Fig.7 Influence of sodium tripolyphosphate on stability of whole grains milk

3 結 論

分析了影響全谷物營養(yǎng)乳飲料穩(wěn)定性的主要因素，確定了乳化劑蔗糖脂肪酸酯與蒸餾單硬脂酸甘油酯適合用于全谷物糙米營養(yǎng)乳飲料的乳化，且優(yōu)化的復配比例為2∶8，復合乳化劑的添加量為0.20%；明確了黃原膠、羧甲基纖維素和微晶纖維素等穩(wěn)定劑有助于全谷物體系的穩(wěn)定，且通過中心組合試驗設計和響應面分析，確定了優(yōu)化配方為黃原膠0.05%，羧甲基纖維素0.15%，微晶纖維素0.08%；此外，添加蔗糖和三聚磷酸鈉等品質(zhì)改良劑可以有效改善全谷物飲料體系的穩(wěn)定性，但當蔗糖添加量達到4%后，將影響體系的穩(wěn)定性。

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EffectofDifferentEmulsionStabilizersonStabilityofWholeGrainMilkandProportionOptimization

MA Yongxuan， ZHANG Mingwei， WEI Zhencheng, ZHANG Yan, ZHANG Ruifen, DENG Yuanyuan, TANG Xiaojun, LIU Lei, HUANG Fei, DONG Lihong

(Sericultural&Agri-FoodResearchInstitute,GuangdongAcademyofAgriculturalSciences/KeyLaboratoryofFunctionalFoods,MinistryofAgriculture/GuangdongKeyLaboratoryofAgriculturalProductsProcessing,Guangzhou510610，China)

The major factors affected the stability of whole grain milk was investigated. Then the emulsion stabilizer was screened and its proportion was optimized. Moreover, the effects of sucrose and sodium tripolyphosphate on the stability of the system were discussed. The results showed that the best ratio of sucrose fatty acid ester and distillation monostearin was 2∶8, and the dosage of mixed emulsifier was 0.20%. The optimum concentration of the best stabilizer was 0.05% xanthan gum, 0.15% carboxymethyl cellulose, and 0.08% microcrystalline cellulose. The stability of the system could be improved by adding sucrose and sodium tripolyphosphate. However, when the sucrose content reached 4%, the centrifugal suspension ratio decreased gradually.

whole grain brown rice; milk; emulsifier; stabilizer; stability

葉紅波)

10.3969/j.issn.2095-6002.2017.06.009

2095-6002(2017)06-0055-07

馬永軒， 張名位， 魏振承， 等. 不同乳化穩(wěn)定劑對全谷物糙米營養(yǎng)乳穩(wěn)定性的影響及其配比優(yōu)化[J]. 食品科學技術學報，2017,35(6):55-61.

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TS213.3； TS252.51

A

2017-04-11

國家公益性行業(yè)科技項目(201303071)； 廣東省科技計劃項目(2014A020220005)。

馬永軒，男，助理研究員，碩士，主要從事農(nóng)產(chǎn)品加工方面的研究。