馬鈴薯飲料加工工藝的優化

劉振宇，胡林雙，宿飛飛，劉尚武，王紹鵬，李 勇，萬書明

（黑龍江省農業科學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

（黑龍江省農業科學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對馬鈴薯飲料加工工藝進行研究，試驗以沉淀率、粒徑、pH和感官評價為指標，確定了最適宜的馬鈴薯飲料加工工藝。結果表明，打漿次數對飲料的穩定性影響最大，均質時間對飲料的口感更重要，預煮時間對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：預煮時間30min、糊化時間60min、打漿5次和均質時間10min。

馬鈴薯；飲料加工工藝；沉淀率；粒徑

馬鈴薯營養全面均衡，含有豐富的淀粉和對人體極為重要的營養物質，如蛋白質、礦物質和維生素等[1]。100 g馬鈴薯就能為消費者提供4%～4.5%的每日能量和蛋白質，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年馬鈴薯主食化戰略的啟動，國內掀起了一股馬鈴薯產品開發的熱潮，新型健康的馬鈴薯食品越來越受到企業家和消費者青睞，馬鈴薯產業發展必將迎來新的春天。馬鈴薯飲料就是一種營養均衡的新型馬鈴薯產品，其營養吸收率是固態食品的4倍。目前國內學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。本試驗以馬鈴薯為主要原料，加以適當的食品穩定劑，研制馬鈴薯飲料，通過單因素法和正交法對馬鈴薯飲料加工工藝進行研究，旨在解決馬鈴薯飲料的穩定性、風味等問題，為新型馬鈴薯食品的開發提供一種新的途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

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

1.2 主要儀器

激光粒度儀，美國麥克儀器公司；恒溫水浴鍋，鄭州長城科工貿有限公司；高壓滅菌鍋，上?；鶇R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，美國Omega公司；試驗用高壓均質機，上海融合機械設備有限公司；低溫高速離心機，日本日立公司；實驗膠體磨，廊坊廊通機械有限公司；pH計，Mettler Toledo公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 馬鈴薯飲料加工工藝流程

馬鈴薯→清洗→去皮→預煮→調配→攪拌→糊化→打漿→均質→高壓高溫滅菌→成品。

1.3.2 檢測項目及方法

感官評價：將產品隨機編碼，然后邀請10名有品嘗經驗的專業人員進行品嘗，按照感官評價標準（參考鄧放明等[4]的感官評價標準，略作改動，見表1）進行評定，然后統計色澤（30%）、形態（20%）、風味（30%）、香氣（20%）的總分，即為感官指標得分。

穩定性的測定：在離心管中，準確加入配置好的飲料樣品10mL，然后在3 000 r/min離心機中離心15min，測定頂部浮層厚度；再棄去上部溶液，稱量底部沉淀重量，利用下式計算沉淀物含量[6]。

1.3.3 試驗設計

馬鈴薯飲料加工工藝單因素試驗：前期加工工藝摸索中預煮時間、糊化時間和打漿次數3個因素對馬鈴薯飲料品質影響較大。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%，穩定劑量0.3%，均質時間10min等其他條件，以沉淀率、粒徑和pH為評價指標，分別考察預煮時間（10，20，30，40和50min），糊化時間（30，45，60，75和90min），打漿次數（1，3，5，7和9次）對馬鈴薯飲料穩定性的影響。預煮時間單因素試驗固定糊化時間為45min和打漿次數5次；糊化時間試驗固定預煮時間為30min和打漿次數5次；打漿次數試驗固定預煮時間為30min和糊化時間30min。

馬鈴薯飲料加工工藝正交優化試驗：以單因素試驗為基礎，為增加飲料風味，降低馬鈴薯和水的比例為1∶4，其他條件不變。根據預煮時間、糊化時間和打漿次數各因素對飲料品質的影響，綜合考慮成本與工藝要求等問題，設計L9（34）正交試驗，正交設計因素水平見表2，以感官評價為主要評價指標，沉淀率和pH為輔助評價指標，優化馬鈴薯飲料加工工藝。

表1 馬鈴薯飲料感官評價標準Table 1 Standard of sensory evaluation for potato beverage

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

2 結果與分析

2.1 預煮時間對馬鈴薯飲料品質的影響

根據摸索試驗，固定糊化時間45min和打漿次數5次，考察不同的預煮時間對馬鈴薯飲料品質（沉淀率、粒徑和pH）的影響，結果見圖1、圖2和圖3。

圖1 預煮時間對沉淀率的影響Figure 1 Effect of precook time on deposition rate

從圖1可以看出，隨著預煮時間的延長，馬鈴薯飲料沉淀率呈先逐漸下降，后緩慢上升的趨勢。馬鈴薯塊莖在加熱過程中逐漸軟化，30min時沉淀率達到最低為8%，而加熱時間過長會影響飲料的穩定性，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，選擇馬鈴薯飲料預煮時間為30min。

由圖2可知，隨著預煮時間的延長，飲料中粒徑呈逐漸下降的趨勢。這是由于淀粉結構松散，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，飲料中粒徑波動趨于穩定，30min時粒徑為98.55μm，50min時飲料中顆粒最小為94.88μm，二者僅差3.67μm，但過長的加熱會造成能源浪費和成本上升。

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

2.2 糊化時間對馬鈴薯飲料品質的影響

根據前期試驗，固定預煮時間30min和打漿次數5次，考察不同的糊化時間對馬鈴薯飲料品質（沉淀率、粒徑和pH）的影響，結果見圖4、圖5和圖6。

馬鈴薯塊莖經高速攪拌機粉碎會釋放出大量淀粉顆粒，糊化主要是將β淀粉轉化α淀粉，并與穩定劑結合形成新的穩定體系。從圖4可知，由于穩定劑的添加導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。經過60min的糊化，飲料體系趨于穩定，沉淀率逐步下降，90min時沉淀率最低為9.14%。考慮過長的糊化時間會影響飲料口感和風味，造成成本上升，因此選擇糊化時間為30min。

圖4 糊化時間對沉淀率的影響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，與沉淀率變化趨勢一致。在糊化初期，淀粉受熱膨脹，顆粒逐漸變大，進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構。隨著糊化時間的延長，淀粉逐步降解為短鏈糖，與穩定劑形成新的懸浮體系，飲料顆粒又逐漸變小。與預煮階段相比，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定劑的加入導致飲料pH的稍微下降，60min時pH最低為6.87，隨著糊化時間的延長，pH又緩慢上升。這表明糊化時間對馬鈴薯飲料pH的影響不大，波動范圍在6.87～7.16，僅差0.29。

2.3 打漿次數對馬鈴薯飲料品質的影響

根據前期試驗，固定預煮時間30min和糊化時間30min，考察不同的打漿次數對馬鈴薯飲料品質（沉淀率、粒徑和pH）的影響，結果見圖7、圖8和圖9。

圖5 糊化時間對粒徑的影響Figure 5 Effectof pasting time on particle size

圖6 糊化時間對pH的影響Figure 6 Effect of pasting time on pH

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

從圖8可知，打漿1～3次，可能是由于擠壓不完全，導致部分顆粒聚集，使得粒徑逐漸變大；隨著打漿次數的增加，飲料受到強大的剪切力、摩擦力、高頻振動、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次時最小為110.80μm。

圖7 打漿次數對沉淀率的影響Figure 7 Effect of times of grinding on deposition rate

圖8 打漿次數對粒徑的影響Figure 8 Effect of times of grinding on particle size

圖9 打漿次數對pH的影響Figure 9 Effect of times of grinding on pH

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

2.4 馬鈴薯飲料工藝的優化試驗及結果

由表3的極差分析可知，各因素對馬鈴薯飲料沉淀率的影響順序為：C＞B＞A＞D，對于飲料穩定性，沉淀率越低越好，所以較佳條件為A3B1C1D2。各因素對馬鈴薯飲料感官評價的影響順序為：D＞B＞C＞A，由于口感越好評分越高，所以較佳條件為A2B3C1D1；各因素對馬鈴薯飲料pH的影響順序為：A＞C＞D＞B，較佳條件為A1B3C2D3。綜合考慮各因素對指標的影響及成本，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確定了各主要工藝對馬鈴薯飲料品質的影響及變化趨勢，各因素對馬鈴薯沉淀率的影響順序為打漿次數＞糊化時間＞預煮時間＞均質時間，即打漿次數對飲料的穩定性影響最大，說明機械力可以更直接地降低飲料顆粒大?。粚︸R鈴薯飲料感官評價的影響順序為均質時間＞糊化時間＞打漿次數＞預煮時間，表明均質時間對飲料的口感更重要，使飲料各組分更均勻穩定地懸浮，讓飲料更適口；各因素對馬鈴薯飲料pH的影響順序為預煮時間＞打漿次數＞均質時間＞糊化時間，這說明預煮時間對飲料的酸度起更重要作用，預煮時間越長飲料越酸，而消費者更青睞弱酸性飲料。因此綜合考慮各因素對飲料品質的影響，確定馬鈴薯飲料加工工藝為預煮時間30min、糊化時間60min、打漿5次和均質時間10min。

馬鈴薯中淀粉含量是影響馬鈴薯飲料穩定性的主要因素，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，最終穩定地懸浮在飲料當中，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節中變化過程，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，縮短了飲料的保質期，影響了飲料的品質。與陳日春[8]研制的純奶果汁飲料和陳朋引[9]的馬鈴薯固態飲料相比，雙重加熱模式可有效降解淀粉，提高飲料穩定性，但雙重加熱需要對現有飲料生產線進行技術改造，從而導致生產成本上升，因此馬鈴薯飲料加工工藝還需要進一步完善，利用新技術來提高飲料的口味和品質，使馬鈴薯飲料這一健康飲品能真正出現在消費者的餐桌上。

表3 正交試驗設計與結果Table 3 Design and result of orthogonal experiment

[1] 杜連啟.薯類食品加工技術[M].北京:化學輕工業出版社,2010:5-6.

[2] 馬鶯.馬鈴薯深加工技術[M].北京:中國輕工業出版社,2003:5-10.

[3] 楊玉玲.飲料型馬鈴薯酸奶的研究[J].中國糧油學報,1998(3):49-51.

[4] 鄧放明,鄭新宇,尹華,等.馬鈴薯奶飲料生產工藝的研究[J].飲料工業,2000,3(5):37-39.

[5] 馮元春,姚佳,劉婷婷,等.馬鈴薯蛋白乳飲料的研究[J].食品工業,2013(12):27-30.

[6] 韓占江,王偉華,李建寧.馬鈴薯奶飲料制作條件優化研究[J].廣東農業科學,2009(9):133-135.

[7] 謝筆鈞.食品化學[M].北京:科學出版社,2011:96-107.

[8] 陳日春.純奶果汁復合飲料穩定技術的研究[J].福建輕紡,2006(6):1-4.

[9] 陳朋引.馬鈴薯固體飲料開發及工藝研究[J].食品科技,2002(10):47-49.

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新人才項目（2014RFQYJ152）。

劉振宇（1985-），男，碩士，助理研究員，主要從事食品科學研究。

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。