原料粉碎粒度對薏仁乳品質特性的影響

肖仕蕓，林梓，陳思奇，杜勃峰，丁筑紅

（貴州大學釀酒與食品工程學院，貴州貴陽550025）

薏仁米（coix seed），又名薏苡仁，薏米，為傳統的滋補食品[1]，是具有很高食用藥用價值的藥食同源植物品種之一[2]，它含有碳水化合物65%，蛋白質14%，脂肪5%[3]。富含人體所需微量元素及多種活性功能成分如薏苡酸、薏仁素、薏苡仁酯、薏仁多糖以及特有的三萜類化合物、甾醇類化合物和生物堿等營養成分[4]。作為谷物飲料的薏仁乳，是以水為分散介質，碳水化合物、蛋白質和油脂為主要分散相的宏觀分散體系，具有熱力學不穩定性，加熱或長時間放置后易出現漂浮、分層、沉淀等問題[5]，嚴重影響產品貨架期。目前提高谷物飲品穩定性主要通過添加增稠膠體和乳化劑以及通過酶解、均質、殺菌等工藝技術手段[6]。研究表明，超微粉碎可改善顆粒的分散性和溶解性[7]，同時有報道，原料經超微粉碎可改善產品的口感，并最大限度地保留生物活性成分，提高原料中功能成分的溶出率[8]。此外，超微粉碎后原料細胞破壁，胞內有效成分釋放速度及釋放量比常規粉碎會大幅度提高，人體吸收更為容易[9]，可見原料粒度影響產品品質。目前，薏仁乳產品沉降分層、口感風味較平淡現象仍然存在，而嘗試通過調整優化原料粉碎粒度途徑提高薏米乳產品品質的研究少有關注。據此，本文針對薏仁乳存在的穩定性和風味不佳等問題，研究不同粉碎粒度對薏仁乳穩定性和風味品質的影響，以期為現有產品生產提供技術參考指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

薏仁米：貴州鑫龍食品開發有限公司，貴州小粒薏仁米品種[水分（10.78±0.02）%、淀粉（49.59±0.12）%、蛋白質（13.98±0.03）%、脂肪（3.48±0.12）%、還原糖（1.16±0.01）%]，新鮮干燥無霉變雜質。

硫酸銅、硫酸鉀、硼酸、濃硫酸、氫氧化鈉、甲基紅、溴甲酚綠、葡萄糖、乙醇、苯酚、3，5-二硝基水楊酸、鹽酸、草酸、無水乙醇、乙酸乙酯、乙醚、冰乙酸、高氯酸、石油醚（沸程30 ℃～60 ℃）：分析純，天津市科密歐化學試劑有限公司；齊墩果酸標準品、蘆丁標準品、甘油三油酸酯標準品：北京索萊寶科技有限公司。

1.2 試驗儀器與設備

GX-45B 遠紅外干燥箱、FW100 高速萬能粉碎機：天津市泰斯特儀器有限公司；XHF-DY 高速分散器：寧波新芝生物科技股份有限公司；YR-8 超微粉碎機：濟南銀潤包裝機械有限公司；T6 新世紀紫外可見光分光光度計：北京普析通用儀器有限責任公司；MC404146 手持式阿貝折光儀：成都泰華光學有限公司；NDJ-1 粘度儀：上海天平儀器廠；SER148 脂肪測定儀：嘉盛（香港）科技有限公司；RE-5298 旋轉蒸發儀：上海榮生生化儀器廠；KDN-04C 消化爐：浙江托普儀器有限公司；HP6890/5975C GC/MS 聯用儀：美國安捷倫公司；手動固相微萃取裝置：美國Supelco 公司，萃取纖維頭為2 cm～50/30 μm DVB/CAR/PDMS Stable－Flex。

1.3 試驗方法

1.3.1 薏米粉制備

薏仁米洗凈瀝干，（50±2）℃干燥箱烘至含水量5%左右，粉碎機粗粉碎后過60 目篩，再經超微粉碎機4 ℃條件下粉碎，粉碎后的樣品經孔徑大小為0.1、0.074、0.063、0.054、0.04 mm 的標準篩進行篩分處理，制得的5 種處理樣，分別定義為F1 組、F2 組、F3 組、F4 組、F5 組，用真空包裝機分別進行包裝，冷凍備用。

1.3.2 薏仁乳制備

不同粒徑薏仁米粉50 g，分別加入600 mL 70 ℃水浴調漿攪拌，保溫30 min，將50 g 白砂糖和0.27%復配乳化增稠劑，溶解于400 mL 沸水中，用高速分散器2 800 r/min 攪拌2 min 后加入上述液充分混勻，加熱至85 ℃熱灌裝至藍蓋透明飲料瓶中（未脫氣），121 ℃濕熱高壓滅菌18 min，冷卻至室溫得到飲料成品[10]，4 ℃冰箱冷藏貯存（達商業無菌）。

1.4 分析方法

1.4.1 指標測定

可溶性固形物的含量采用室溫下MC404146 手持式阿貝折光儀測定；蛋白質含量測定按照GB 5009.5-2016《食品安全國家標準食品中蛋白質的測定》凱氏定氮法；脂肪含量測定按照GB 5009.6-2016《食品安全國家標準食品中脂肪的測定》索氏提取法；三萜含量測定參照岳佳[11]中的香草醛-硫酸比色法；總黃酮含量測定參照文獻[12]中的亞硝酸鈉-硝酸鋁比色法；薏苡仁酯含量測定參照吳映梅[13]的方法進行測定；多糖含量測定參照吳映梅[13]使用的硫酸-苯酚法進行測定。

1.4.2 黏度測定

采用NDJ-1 粘度儀測定。

1.4.3 離心沉淀率測定

離心沉淀率/%=沉淀物質量/取用樣品質量×100[14]。

1.4.4 懸浮穩定性測定

參照吳映梅[13]的方法進行測定。

1.4.5 薏仁乳飲料風味物質萃取

取約100 mL 飲料樣品于150 mL 采樣瓶中，65 ℃加熱攪拌，并且插入手動進樣器（裝有2 cm～50/30 μm DVB/CAR/PDMS StableFlex 纖維頭），頂空萃取30 min后移出，然后將萃取頭拔出并迅速插入氣相色譜儀進樣口中，熱解吸3 min 后進樣[15]。

1.4.6 氣相色譜-質譜法（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）分析條件

參照趙澤偉等[15]的色譜條件和質譜條件參數進行設定。

GC 條件：ZB-5MSI 5%苯基-95%二甲基聚硅氧烷彈性石英毛細管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），柱溫45 ℃（保留2 min），以4 ℃/min 升溫至220 ℃，保持2 min；汽化室溫度250 ℃；載氣為高純He（99.999%）；柱前壓7.62 psi，載氣流量1.0 mL/min；不分流進樣；溶劑延遲時間：1.5 min。

MS 條件：離子源為EI 源；電子能量70 eV；離子源溫度230 ℃；四極桿溫度150 ℃；發射電流34.6 μA；倍增器電壓1 524 V；接口溫度280 ℃；質量范圍20 u～450 u。

定性定量分析：對總離子流圖中的各峰經質譜計算機數據系統檢索及核對Nist2005 和Wiley275 標準質譜圖，確定揮發性化學成分種類，采用峰面積歸一化法測定了各化學成分的相對質量分數。

1.4.7 相對氣味活度值（relative odor activity value，ROAV）

定義一個新的參數ROAV，使得對樣品總體風味貢獻最大的組分：ROAVstan=100，對其他組分（A）則有：

式中：C%A、TA分別指該組分A 的相對百分含量和感覺閾值；C%stan、Tstan則為對樣品總體風味貢獻最大組分的相對百分含量和感覺閾值[16]。

1.5 數據統計分析

所有試驗重復3 次，結果以平均值±標準差表示。采用Microsoft Excel.2010 對數據進行整理，采用SPSS20.0 對數據進行統計分析，顯著水平P＜0.05。

2 結果與分析

2.1 原料粉碎粒度對薏仁乳營養、功能成分的影響

不同粒徑薏仁乳營養、功能成分含量結果見表1。

表1 不同粒徑薏仁乳營養、功能成分含量Table 1 The nutritional and functional component contents of the Coix seed beverage in different particle sizes

由表1可知，粉碎粒度對薏仁乳營養和功能成分含量影響顯著（P＜0.05）。除多糖含量外，F1 組營養功能成分含量最低（P＜0.05）。不同粉碎粒度薏仁乳中薏苡仁酯含量為4.81 mg/mL～6.32 mg/mL，F2 組與F3 組含量較高，分別為6.32 mg/mL 和6.23 mg/mL，各粒度之間均存在顯著差異（P＜0.05）。黃酮含量呈現先增加后減小的趨勢（P＜0.05），以F3 組含量最高為8.72 mg/mL，F3 組同F4 組無顯著差異（P＞0.05），超微粉碎過程使薏仁米平均粒徑減小，粉體的均勻性增加，在水中溶出過程中其中的總黃酮與水接觸表面積增大、接觸更充分，可提高總黃酮溶出率[17]。同樣，隨著平均粒徑減小薏仁乳三萜含量逐漸增加，除F3 組與F4 組，其他處理組間差異顯著（P＜0.05），孔徑篩分超過0.063 mm時飲料中三萜含量增幅不大。

隨原料平均粒徑減小，薏仁乳蛋白質含量有小幅增加，各處理組間存在差異（P＜0.05），結果與吳映梅[13]的報道相似。粉碎粒度對薏仁乳飲料脂肪含量的影響在F2 組～F4 組間差異不顯著（P＞0.05），粉碎粒度對薏仁乳中脂肪含量影響不大。可溶性固形物含量呈現先增加后減小的趨勢（P＜0.05），以F3 組含量最高，F2組～F4 組間差異不顯著（P＞0.05）。薏仁乳多糖含量變化與可溶性固形物含量變化趨勢相似（P＜0.05）。

綜上所述，原料平均粒徑減小，原料受到的機械力增強，細胞壁破碎導致內容物溶出度有所提高，顆粒的比表面積顯著增加，從而增加顆粒分散性、溶解性、生物功能性[18]，因此有利于薏仁乳營養功能成分增加，其中黃酮、多糖、可溶性固形物含量以F3 組0.063 mm 孔徑篩分含量最高，但隨原料平均粒徑減小，薏仁乳中各營養功能成分增幅變緩，蛋白質、三萜含量小幅增加，其余營養功能成分呈下降趨勢，其中脂肪含量是從F4 組時開始下降，結合數據結果及粉碎能耗，以0.063 mm 孔徑篩分為原料制得的薏仁乳較優。

2.2 原料粉碎粒度對薏仁乳組織穩定性的影響

粉碎粒度對薏仁乳黏度、離心沉淀率、懸浮穩定性的影響見圖1～圖3。

圖1 粉碎粒度對薏仁乳黏度的影響Fig.1 Effect of particle sizes on viscosity of the coix seed beverage

圖2 粉碎粒度對薏仁乳離心沉淀率的影響Fig.2 Effect of particle sizes on centrifugal precipitation rate of the coix seed beverage

圖3 粉碎粒度對薏仁乳懸浮穩定性的影響Fig.3 Effect of particle sizes on suspension stability of the coix seed beverage

由圖1～圖3可知，隨薏仁米粉粒度減小薏仁乳黏度呈上升趨勢，根據Stocks 定律，粒子自然沉降速度與液體黏度成反比，黏度的適度增加有利于提高飲料穩定性。試驗組中各處理組間差異顯著（P＜0.05），以F3 組薏仁米粉制得的薏仁乳黏度最高。薏仁乳離心沉淀率隨原料粒徑減小而呈下降趨勢，各處理組間差異顯著（P＜0.05），以F1～F3 組離心沉淀率下降較為明顯，當篩分小于0.063 mm 時，隨米粉粒徑變小，飲料離心沉淀率雖有下降但降幅變緩，符合Stocks 定律。由圖3可知，薏仁乳的懸浮穩定性隨粉碎粒度減小有所提高，F3 組較F1 和F2 組懸浮穩定性有很大提高（P＜0.05），F3、F4 和F5 制備的飲料隨米粉粒徑減小增幅較緩（P＞0.05）。結果表明，薏仁米粉粉碎粒度對飲料懸浮穩定性有很大影響，結合能耗考慮，以0.063 mm 孔徑篩分薏仁米粉制備飲料穩定性最佳。

2.3 薏仁乳風味化合物結果分析

薏仁乳中揮發性風味物質種類及相對含量見表2。

表2 薏仁乳中揮發性風味物質種類及相對含量Table 2 Types and relative percentages of volatile compounds identified in coix seed beverage

通過GC-MS 對4 ℃冰箱冷藏貯存一段時間綜合品質較優的F3 組與存在顯著差異的F1 對照組揮發性化合物比較，由表2可知，兩組薏仁乳揮發性化合物在種類和相對含量上都有顯著差異。

兩組薏仁乳中共檢測出83 種揮發性風味物質，主要包括烴類40 種、醛類19 種、酯類12 種、醇類5 種、芳香族化合物2 種、呋喃類2 種、酮和酸類3 種。其中，F1組薏仁乳風味物質共有38 種，主要是烴類、醛類和酯類化合物，相對含量分別為23.55%、20.42%、46.55%，占色譜流出組分的94.32%；最優F3 組薏仁乳風味物質共有45 種，主要是烴類、醛類和酯類化合物，相對含量分別為22.54%、27.75%、37.45%，占色譜流出組分的93.12%。對照組和最優組的主要揮發性化合物與文獻研究[15]發現結果類似，薏仁飲料在貯藏期間的主要揮發性化合物為烯烴、烷烴、醇類、醛類、酮類、酸類等化合物；最優組比對照組的風味物質含量種類增加7 種，說明薏米粉碎粒徑減小，更利于風味物質的釋放品質提升。

薏仁乳中主要揮發性風味化合物分析結果見表3。

表3 薏仁乳中主要揮發性風味化合物分析結果Table 3 Relative of volatile compounds of coix seed beverage

進一步通過分析檢出的揮發性呈味物質ROAV值，以確定薏仁乳中的主體貢獻風味成分[22]，其中癸醛、（E，E）-2，4-癸二烯醛在F1 組和F3 組薏仁乳中的相對含量較高，分別是1.52%和7.36%，且其閾值較小，分別為0.10 μg/kg 和0.07 μg/kg，綜合其呈香特性分析及其對薏仁乳總體風味貢獻，分別定義癸醛、（E，E）-2，4-癸二烯醛ROAVstan=100，其他揮發性風味化合物的ROAV 值計算結果由表3可知，F3 組最優薏仁乳中，關鍵風味化合物（ROAV≥1）為（E，E）-2，4-癸二烯醛、（E）-2-壬烯醛、（E）-2-癸烯醛、癸醛、壬醛、辛醛等6 種；同時，2-十一烯醛、己醛、1-辛烯-3-醇、（E）-2-辛烯醛對總體風味發揮著重要的修飾作用（0.1≤ROAV＜1），對照F1 組薏仁乳中，ROAV≥1 的關鍵風味化合物依次為癸醛、壬醛、（E，E）-2，4-癸二烯醛、辛醛、己醛；與對照組相比，最優組的己醛相對含量減少了79.57%，ROAV 值為0.32（0.1≤ROAV＜1）。

醛類化合物是脂質降解產物，其閾值較低，大多為美拉德反應Strecker 反應產物及脂質由脂肪氧合酶催化或由亞油酸途徑代謝產生[23]，能與多數物質產生風味協同效應，對整體風味有重要作用[24]。對照薏仁乳中醛類物質按風味貢獻度（ROAV 值）有：癸醛（100.00）、壬醛（45.94）、（E，E）-2，4-癸二烯醛（27.99）、辛醛（15.72）、己醛（10.89）、戊醛（0.08），對照組薏仁乳風味整體呈現出辛醛、壬醛、癸醛等具有的脂肪香、堅果味和水果香。（E，E）-2，4-癸二烯醛，是亞油酸降解的主要產物之一，具強烈的清香氣味，濃度高時具有柑橘樣甜香，濃度低時香氣類似葡萄柚和柑橘，在最優薏仁乳中相對含量為7.36%（ROAV 值100.00）。最優薏仁乳中新增加的（E）-2-壬烯醛（11.55）具有脂肪香、青香、蠟香及瓜果香氣，（E）-2-癸烯醛（10.05）具有柑橘味、清香味、脂香，2-十一烯醛（0.42）有強烈的脂香味，（E）-2-辛烯醛（0.21）具有爆米花氣味和（E）-2-庚烯醛（0.03）水果味、油脂氣、柑橘香，在對照組基礎上賦予了最優薏仁乳飲料以不同的香氣。

酯類化合物在薏仁乳飲料中所占比重最大，對照組和最優薏仁乳的相對含量分別為46.55 %和37.45 %，一般具有花果香氣且風味閾值較低。對照和最優薏仁乳中棕櫚酸甲酯含量在總體揮發性化合物中含量最高，可能是棕櫚酸發生甲酯化，但其閾值較高（4×106μg/kg），因此對總體風味貢獻不大。兩組肉豆蔻酸甲酯相對含量較高，分別為3.39%和2.60%，呈蜂蜜、鳶尾樣香氣，與硬脂酸甲酯、1-棕櫚酸單甘油酯因無法查到該化合物的感覺閾值而未作分析。

辛醇具有水果香氣，兩種飲料的ROAV 均＜0.1，對飲料的風味貢獻不大。最優薏仁乳特有的1-辛烯-3-醇（ROAV 值為0.22）具有蘑菇、薰衣草、玫瑰和干草香氣，是一種亞油酸的氫過氧化物的降解產物[25]，對總體風味發揮著重要的修飾作用。香葉基丙酮具有花香氣味，對照和最優薏仁乳的ROAV 值分別為0.03 和0.01，對總體風味貢獻小。

研究表明，揮發性風味物質主要是通過水合蛋白相互作用與疏水相互作用產生，任何影響蛋白質表面疏水性或疏水相互作用的因素都會影響風味物質的結合[26]。超微粉碎的高剪切作用使蛋白分子間的相互作用逐漸減弱，其疏水結合及離子結合可能因體積的縮小被切斷，蛋白質分子伸展，非極性基團暴露，分子間疏水作用增強[27]，與對照組相比，最優組的揮發性風味化合物增加了（E）-2-壬烯醛、（E）-2-癸烯醛、2-十一烯醛、（E）-2-辛烯醛、（E）-2-庚烯醛、1-辛烯-3-醇和棕櫚酸；且根據ROAV 值可知，兩組薏仁乳的主體貢獻風味成分不同，對照組和最優薏仁乳分別為癸醛、（E，E）-2，4-癸二烯醛，說明粉碎粒度不同，蛋白質分子間相互作用與疏水相互作用產生的影響不同，飲料的揮發性呈味物質也存在差異。

3 結論

研究結果表明，薏仁米粉粉碎粒度對飲料懸浮穩定性有很大影響，F3 組薏仁粉制得的薏仁乳總黃酮、多糖、可溶性固形物含量最高，F2 組與F3 組的薏苡仁酯含量較高，當篩分粒度低于0.063 mm 時飲料中三萜含量增幅不大；F3 組薏仁米粉制得的薏仁乳黏度最高、組織懸浮穩定性有很大提高（P＜0.05）。以0.063 mm孔徑篩分薏仁米粉制備飲料效果較優。

通過揮發性風味化合物檢測發現，薏仁乳飲料所含揮發性香氣成分以烷烴類、醛類、酯類為主，含有醇類、芳香族化合物、呋喃類、酮類和酸類等，F1 組薏仁乳風味物質共有38 種，F3 組薏仁乳風味物質共有45種。F1 組薏仁乳中關鍵風味化合物有癸醛、壬醛、（E，E）-2，4-癸二烯醛、辛醛、己醛；F3 組薏仁乳關鍵風味化合物有（E，E）-2，4-癸二烯醛、（E）-2-壬烯醛、（E）-2-癸烯醛、癸醛、壬醛、辛醛；同時，2-十一烯醛、己醛、1-辛烯-3-醇、（E）-2-辛烯醛對總體風味發揮著重要的修飾作用。

薏米原料粉碎粒度對飲料產品組織穩定性、理化營養指標以及風味均有影響，適度粉碎程度薏仁乳口感更為細膩穩定，提升飲料營養、風味品質，以0.063 mm 孔徑篩分薏仁粉制得的薏仁乳品質最佳。常規技術產品沉降分層、口感粗糙、風味較平淡，經超微粉碎后的薏仁乳，呈現溫和的脂肪味香氣，基本成分釋放更加充分，口感更加細膩，提升了薏仁乳飲料的綜合品質。