變性淀粉對玉米飲料穩(wěn)定性的影響

李少華 龍嬌妍 司俊娜 吳廣輝 高愿軍

（1.河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院烹飪食品系，河南 鄭州 450046；2.河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院，河南 鄭州 450000；3.漯河食品職業(yè)學(xué)院，河南 漯河 462300；4.鄭州輕工業(yè)學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450002）

玉米營養(yǎng)豐富，成分比較完全，除了含有豐富的鈣、鎂、硒、鐵、胡蘿卜素、維生素等人體所必需的營養(yǎng)成分之外，還富含蛋白質(zhì)（8%～14%）、脂肪（3.5%～5.7%，其中亞油酸高達(dá)60%），而僅淀粉的含量就高達(dá)64%～78%［1］。玉米飲料中含有的這類大分子物質(zhì)（如淀粉和蛋白質(zhì)），是一種典型的熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，因此，在產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中以及貨架存放期內(nèi)，極易發(fā)生膠凝結(jié)塊和沉淀分層，使玉米飲料混濁穩(wěn)定態(tài)喪失，進(jìn)而導(dǎo)致飲料感官品質(zhì)的降低［2］。通過適當(dāng)改性處理而得的變性淀粉大多具有糊化溫度低，透明度高，黏度大且穩(wěn)定性好，凝沉性小、抗凍性能好、成膜性好以及耐酸、耐堿和機(jī)械性強(qiáng)等許多優(yōu)良特性［3］。目前羥丙基復(fù)合變性淀粉、乙酰化變性淀粉、羥丙基辛烯基琥珀酸酯化淀粉等在食品中應(yīng)用研究較多［4，5］，但在谷物飲料中使用的報(bào)道甚少。為了更好的將變性淀粉的應(yīng)用與谷物飲料加工相結(jié)合，本試驗(yàn)擬選取上述3種變性淀粉作為穩(wěn)定劑添加到玉米飲料中以提高玉米飲料的穩(wěn)定性，從而為玉米飲料的生產(chǎn)和加工提供理論依據(jù)和工藝參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玉米：購于東風(fēng)路世紀(jì)聯(lián)華農(nóng)產(chǎn)品超市，選擇顆粒飽滿，無霉變，無蟲蛀的玉米籽粒；

α－淀粉酶、葡萄糖淀粉酶：生化試劑，北京恒奧拓達(dá)生物制品有限公司；

羥丙基復(fù)合變性淀粉、乙酰化變性淀粉、羥丙基辛烯基琥珀酸酯化淀粉：分析純，漯河市恒瑞化工有限公司；

檸檬酸：分析純，天津市瑞金特化學(xué)品有限公司；

碳酸氫鈉：分析純，天津市恒興化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

打漿機(jī)：JYL－A070型，九陽股份有限公司；

膠體磨：50型，溫州市長宏輕工機(jī)械有限公司；

數(shù)顯恒溫水浴鍋：8002型，北京光明醫(yī)療器械廠；

均質(zhì)機(jī)：ALM2－210型，法國ALM公司；

高溫殺菌鍋：YX280B型，上海三申醫(yī)療器械有限公司；

紫外可見分光光度計(jì)：TU－1810型，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；

離心機(jī)：800型，金壇市華鋒儀器有限公司；

旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)：NDJ－79型，上海安德儀器設(shè)備有限公司；

pH計(jì)：PHS－2C型，上海鴻蓋儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 玉米飲料生產(chǎn)加工工藝流程以及操作要點(diǎn)

玉米→預(yù)處理→浸泡→預(yù)煮糊化→打漿、磨漿→酶解→滅酶→調(diào)配→磨漿→均質(zhì)→灌裝、排氣、殺菌→冷卻、檢測

（1）原料預(yù)處理：玉米進(jìn)行篩分，去除霉變、蟲蛀玉米籽粒；

（2）浸泡：將預(yù)處理后的原料在室溫下按照料水比1∶4（m∶m）浸泡8h；

（3）預(yù)煮糊化：取出浸泡后吸水膨脹的玉米籽粒，按照料水比1∶10（m∶m）煮沸20min；

（4）打漿、膠體磨：將預(yù)煮糊化后的玉米粒按照料液比1∶10（m∶m）打漿5min，所得漿液在膠體磨中細(xì)磨5min得玉米原漿；

（5）酶解：在所得玉米原漿中加入α－淀粉酶2.5‰，在60℃下酶解40min，即得玉米漿。用檸檬酸和碳酸氫鈉調(diào)節(jié)玉米漿pH至4.5，加入葡萄糖淀粉酶2.5‰酶解3h，煮沸滅酶，即得玉米液。

（6）變性淀粉預(yù)處理：用冷水溶解變性淀粉使之形成懸浮液，95℃恒溫水浴鍋中保溫15min，至溶液為透明狀。

（7）調(diào)配：將經(jīng)預(yù)處理的變性淀粉和玉米液按一定比例調(diào)配。

（8）均質(zhì)：采用兩次均質(zhì)，溫度60℃，一次均質(zhì)壓力為15MPa，二次均質(zhì)壓力為25MPa；

（9）灌裝殺菌：在均質(zhì)后采取高溫短時(shí)滅菌，然后灌裝，灌裝時(shí)漿液中心溫度為85℃以上；將灌裝后的飲料沸水浴加熱排氣，密封后放入高壓滅菌鍋進(jìn)行二次滅菌，殺菌公式為：15—20—15min/121℃。

（10）冷卻檢驗(yàn)：對冷卻后的飲料進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)，觀察和檢測產(chǎn)品的感官及理化指標(biāo)。

1.3.2 不同變性淀粉對玉米飲料穩(wěn)定性影響單因素試驗(yàn)

（1）羥丙基復(fù)合變性淀粉對玉米飲料穩(wěn)定性的影響：根據(jù)1.3.1（5）所得玉米漿液，按照1.3.1（6）的方法，分別添加2.6%，2.8%，3.0%，3.2%，3.4%的羥丙基復(fù)合變性淀粉，觀測其對玉米飲料吸光穩(wěn)定性及離心沉淀率的影響。

（2）乙酰化變性淀粉對玉米飲料穩(wěn)定性的影響：根據(jù)1.3.1（5）所得玉米漿液，按照1.3.1（6）的方法，分別添加2.6%，2.8%，3.0%，3.2%，3.4%的乙酰化變性淀粉，觀測其對玉米飲料吸光穩(wěn)定性及離心沉淀率的影響。

（3）羥丙基辛烯基琥珀酸酯化變性淀粉對玉米飲料穩(wěn)定性的影響：根據(jù)1.3.1（5）所得玉米漿液，按照1.3.1（6）的方法，分別添加1.2%、1.4%、1.6%、1.8%、2.0%的羥丙基辛烯基琥珀酸酯化變性淀粉，觀測其對玉米飲料吸光穩(wěn)定性及離心沉淀率的影響。

1.3.3 3種變性淀粉最適添加條件優(yōu)化試驗(yàn) 通過預(yù)試驗(yàn)確定選取羥丙基復(fù)合變性淀粉、乙酰化變性淀粉以及羥丙基辛烯基琥珀酸酯化淀粉作為考察因素，以吸光穩(wěn)定性和離心沉淀率為考察指標(biāo)，應(yīng)用L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，確定3種變性淀粉的最適添加量。

1.4 檢測指標(biāo)及方法

1.4.1 吸光穩(wěn)定性 稱取一定量樣品，按照1∶20（m∶m）比例加水稀釋，將稀釋液混勻后，以4 000r/min離心15 min，在樣品最大吸收波長下測定其離心前后的吸光值A(chǔ)0和A，待測樣品的吸光穩(wěn)定性用A/A0來表示［6］。

1.4.2 離心沉淀率 分別稱量離心管重、樣品和離心管總重，以4 000r/min離心15min，棄去上清液，準(zhǔn)確稱量離心管和剩余沉淀的總量，并按式（1）計(jì)算沉淀率［7］。

2 結(jié)果與分析

2.1 羥丙基復(fù)合變性淀粉對玉米飲料穩(wěn)定性的影響

羥丙基復(fù)合變性淀粉對玉米飲料吸光穩(wěn)定性及離心沉淀率的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 羥丙基復(fù)合變性淀粉對玉米飲料穩(wěn)定性的影響Figure 1 Effects of Hydroxypropyl compound modified starch on the stability of the beverage of maize

由圖1可知，隨著羥丙基復(fù)合變性淀粉添加量的增加，玉米飲料的吸光穩(wěn)定性先增大后減小，在羥丙基復(fù)合變性淀粉添加量為2.8%時(shí)吸光系數(shù)最大；離心沉淀率先減小后增大，羥丙基復(fù)合變性淀粉添加量為2.8%時(shí)離心沉淀率最小，且體系黏度適中。這可能是由于淀粉經(jīng)過變性之后引入了—CH2CH2CH2OH（羥丙基），羥丙基作為官能團(tuán)，阻礙了淀粉分子間氫鍵縮合脫水作用，同時(shí)使變性淀粉在高溫、高剪切力和低pH條件下保持較高的黏度。羥丙基復(fù)合變性淀粉作用于玉米飲料時(shí)，能同玉米飲料中的一些組分（如淀粉分子）形成網(wǎng)絡(luò)連接。羥基在界面上聚集，同玉米飲料中的組分發(fā)生化學(xué)結(jié)合，使得組分間水合作用增強(qiáng)，穩(wěn)定了網(wǎng)絡(luò)中的蛋白質(zhì)分子，削弱了玉米飲料中原淀粉分子間的氫鍵作用，阻滯了水的自由移動，使得整個(gè)體系達(dá)到固水和懸浮穩(wěn)定效果［8］。因此，玉米飲料中添加2.8%的羥丙基復(fù)合變性淀粉時(shí)玉米飲料穩(wěn)定性最佳。

2.2 乙酰化變性淀粉對玉米飲料穩(wěn)定性的影響

乙酰化變性淀粉對玉米飲料吸光穩(wěn)定性及離心沉淀率的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 乙酰化變性淀粉對玉米飲料穩(wěn)定性的影響Figure 2 Effects of Acetylated starch on the stability of the beverage of maize

由圖2可知，隨著乙酰化變性淀粉添加量的增加，玉米飲料的吸光穩(wěn)定性先增大后減小，在乙酰化變性淀粉添加量為2.8%時(shí)達(dá)到最大；離心沉淀率先減小后增大，在乙酰化變性淀粉添加量為2.8%時(shí)處于較低水平，且體系黏度適中，呈均勻混濁狀。這可能是因?yàn)橐阴；冃缘矸劬哂休^好的吸水性和親水能力，在玉米飲料混合體系中不但可以同水分子結(jié)合，還可以與玉米飲料中的大分子物質(zhì)（如蛋白質(zhì)）共同作用，將結(jié)合的水分以較小的粒徑均勻分散于整個(gè)混合體系中，隨著添加量的增加，體系逐漸穩(wěn)定，但是當(dāng)添加量達(dá)到2.8%時(shí)，體系達(dá)到一個(gè)介穩(wěn)狀態(tài)［9］，此時(shí)玉米飲料的穩(wěn)定性較好。因此，玉米飲料中添加2.8%的乙酰化變性淀粉時(shí)玉米飲料穩(wěn)定性最佳。

2.3 羥丙基辛烯基琥珀酸酯化淀粉對玉米飲料穩(wěn)定性的影響

羥丙基辛烯基琥珀酸酯化淀粉對玉米飲料吸光穩(wěn)定性及離心沉淀率的影響，結(jié)果見圖3。

由圖3可知，隨著羥丙基辛烯基琥珀酸酯化淀粉添加量的增加，玉米飲料的吸光穩(wěn)定性先增大后減小，在添加量為1.6%時(shí)達(dá)到峰值；而玉米飲料的離心沉淀率在添加量為1.4%時(shí)達(dá)最大值，在1.6%時(shí)達(dá)到最小值。這可能是由于羥丙基辛烯基琥珀酸酯化淀粉與其他傳統(tǒng)的食用變性淀粉不同，是一種表面活性劑，既含有親油基團(tuán)又含有親水基團(tuán)，可以通過羥丙基辛烯基琥珀酸變性淀粉的親油基團(tuán)把玉米飲料體系中油相和水相連接起來，玉米飲料是一種水包油的乳濁液，將羥丙基辛烯基琥珀酸變性淀粉添加到玉米飲料中可以起到乳化穩(wěn)定的作用［6］，使玉米飲料體系形成均勻而穩(wěn)定的分散體或乳化體［10］。因此，玉米飲料中添加1.6%的羥丙基辛烯基琥珀酸酯化淀粉時(shí)玉米飲料穩(wěn)定性最佳。

圖3 羥丙基辛烯基琥珀酸酯化淀粉對玉米飲料穩(wěn)定性的影響Figure 3 Effects of Hydroxypropyl octenyl succinic acid esterified starch on the stability of the beverage of maize

2.4 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

由于變性淀粉復(fù)配后可能產(chǎn)生協(xié)同增加或減小作用，所以如果3種變性淀粉復(fù)配后產(chǎn)生協(xié)同增效作用，那么添加量在單因素添加量的1/3時(shí)即可達(dá)到相同的效果。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取羥丙基復(fù)合變性淀粉，乙酰化變性淀粉和羥丙基辛烯基琥珀酸酯化淀粉為試驗(yàn)因素（表1），進(jìn)行正交試驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表1 L9（34）正交試驗(yàn)因素水平Table 1 L9（34）The factors and levels of orthogonal experiment %

由表2可知，以吸光穩(wěn)定性為指標(biāo)，各因素影響大小順序?yàn)椋篈＞C＞B＞D，可見羥丙基復(fù)合變性淀粉對吸光穩(wěn)定性的影響較大。較優(yōu)方案為A2B2C3D，即：羥丙基復(fù)合變性淀粉0.8%、乙酰化變性淀粉0.8%、羥丙基辛烯基琥珀酸酯化淀粉0.6%。

以離心沉淀率為指標(biāo)，各因素影響大小順序?yàn)椋篈＞C＞B＞D，可見羥丙基復(fù)合變性淀粉對吸光穩(wěn)定性的影響較大。較優(yōu)方案為A2B2C1D，即：羥丙基復(fù)合變性淀粉0.8%、乙酰化變性淀粉0.8%、羥丙基辛烯基琥珀酸酯化淀粉0.4%。

將兩個(gè)指標(biāo)的最佳因素水平組合分別做驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，并與空白組（不添加任何變性淀粉）進(jìn)行對照，所得結(jié)果見表3。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果分析Table 2 The results and analysis of orthogonal experiment

由表3可知，最優(yōu)組合為A2B2C3D，此時(shí)玉米飲料穩(wěn)定性最好，與空白組試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對照得出：添加羥丙基復(fù)合變性淀粉0.8%、乙酰化變性淀粉0.8%、羥丙基辛烯基琥珀酸酯化淀粉0.6%，能較好地保持玉米飲料的穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

通過本試驗(yàn)可知，添加羥丙基復(fù)合變性淀粉0.8%、乙酰化變性淀粉0.8%、羥丙基辛烯基琥珀酸酯化淀粉0.6%對提高玉米飲料的穩(wěn)定性有顯著效果。在本試驗(yàn)中并未對3種變性淀粉的作用機(jī)理做更深入研究，故今后深入研究不同變性淀粉對玉米飲料混合體系的影響，會對變性淀粉在谷物飲料中的應(yīng)用提供更深一層次的理論依據(jù)。

表3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析Table 3 The results and analysis of orthogonal experiment verification test

1 高愿軍.普通玉米飲料加工酶解工藝的研究［J］.食品科技，2012，37（1）：105～109.

2 岳春.玉米飲料穩(wěn)定性的探討［J］.食品科學(xué)，2007，28（4）：368～370.

3 劉東亞.變性淀粉在我國應(yīng)用、研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析［J］.糧食與油脂，2005（10）：7～10.

4 樊振江.復(fù)合穩(wěn)定劑對豇豆飲料穩(wěn)定性的影響［J］.食品與機(jī)械，2014，30（1）：232～234

5 周雪.羥丙基及辛烯基琥珀酸復(fù)合改性淀粉的制備及性質(zhì)研究［D］.廣州：華南理工大學(xué)，2012.

6 吳紅霞.甜玉米飲品開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.無錫：江南大學(xué)，2007.

7 涂強(qiáng).甘薯發(fā)酵飲料的研制［D］.武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2009.

8 王遂.復(fù)合羧甲基—磷酸單酯變性淀粉的制備及特性研究［J］.食品科學(xué)，2005，26（8）：33～36.

9 林敏剛.變性淀粉對速凍水餃品質(zhì)的影響［J］.糧食與飼料工業(yè)，2010（5）：18～21.

10 張陳云.變性淀粉在食品工業(yè)中的作用及影響其生產(chǎn)發(fā)展的因素［J］.陜西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007（1）：112～114.