大麥苗飲料穩定性研究

陳為鳳 范柳萍

(江南大學食品學院，江蘇 無錫 214122)

大麥(HordeumVulgareL.)屬大麥屬(Hordeum)早熟禾科(Poaceae)。大麥苗(Barley Grass，BG)是大麥的幼苗，一般指大麥抽穗前的幼嫩莖葉，其中株高為8～15 cm 的大麥苗營養最為豐富。與2010年版中國食物成分表相比較，大麥苗的主要營養成分的含量都較高[1]：蛋白質含量分別是牛肉和大米的1.6和4.2倍[2]；VC和VE含量分別是蘋果含量的3.7和3.3倍[3]；Ca和Fe含量分別是牛奶的11倍、菠菜的7倍[4]；膳食纖維是普通青菜含量的50倍[5]。

目前，大麥苗主要以大麥苗粉[6-7]、大麥苗粉微膠囊[8]、鮮榨大麥苗汁、保健產品添加劑[9]等形式進行加工。大麥苗的鮮食季節很短，且不耐貯藏，將大麥苗干燥、粉碎加工成營養豐富的濁汁飲料，對大麥苗資源的深度開發和利用具有重要意義，而有關大麥苗濁汁飲料的相關研究鮮見報道。濁汁飲料極易出現分層沉淀等現象，影響其感官品質，可以通過均質[10-11]或添加親水膠體[12]等方式得以改善。均質是通過減小顆粒尺寸提高體系穩定性，親水膠體可以通過增加體系黏度，抑制顆粒的布朗運動和阻止顆粒間的碰撞，使體系不易發生絮凝聚集等現象[13]。此外，添加親水膠體可改變懸浮顆粒的電荷性質進而提高體系的穩定性。

本試驗擬研究幾種親水膠體及均質條件對大麥苗飲料穩定性的影響，得到其應用的相關工藝和參數，為大麥苗飲料的研究與開發提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

大麥苗：上海翔菁青貿有限公司；

魔芋膠、結冷膠、微晶纖維素(MCC)：食品級，青州榮美爾生物科技有限公司；

黃原膠、羧甲基纖維素鈉(CMC)：食品級，百茂生物科技有限公司。

1.1.2 主要儀器設備

真空冷凍干燥機：Free Zone型，美國Labconco公司；

多功能粉碎機：600Y型，永康市鉑歐五金制品有限公司；

電子天平：GL2202-1SCN型，賽多利斯科學儀器有限公司；

超聲波細胞破碎儀：TL-1200Y型，江蘇天翎儀器有限公司；

穩定性分析儀：MA2000型，法國Formulation公司；

激光粒度分析儀：S3500型，美國Microtrace公司；

多角度粒度與高靈敏度Zeta電位分析儀：Nano Brook Omni型，美國布魯克海文儀器公司；

黏度計：DVESLVTJ0型，美國Brook Field公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

(1)大麥苗粉的制備：新鮮大麥苗經挑選、清洗后在-80 ℃過夜，然后進行真空冷凍干燥，粉碎之后過100目篩。

(2)超聲處理：在料液比1∶30 (g/mL)、超聲功率360 W條件下處理5 min，超聲處理模式為超聲1 s、間隙4 s。

(3)調配：按照大麥苗粉∶去離子水=0.5∶100 (g/mL)加入去離子水后將其預熱至65 ℃，在攪拌狀態下將已混合均勻的蔗糖、增稠劑和乳化劑按一定添加量少量多次緩慢加入。

(4)均質：在65 ℃條件下，分別在30，50，70，90，110 MPa 下均質1～3次，以未經均質處理的樣品為對照。

(5)灌裝殺菌：將均質后的大麥苗飲料趁熱分裝至100 mL預先清洗干凈的玻璃瓶中，擰上瓶蓋，121 ℃殺菌20 min。

(6)冷卻搖勻：待滅菌結束后，將產品取出，擰緊瓶蓋，待溫度降低至50 ℃左右時上下搖勻使體系恢復均一穩定。

1.2.2 復配穩定劑對大麥苗飲料穩定性的影響 在前期單因素試驗的基礎上，選擇魔芋膠、黃原膠、結冷膠、MCC、CMC 5種能夠改善大麥苗飲料穩定性的親水膠體，固定均質壓力為30 MPa、均質次數為2次，以產品穩定性指數(Turbiscan Stability Index，TSI)為指標，通過正交試驗確定復配穩定劑添加量。

1.2.3 均質壓力和次數對大麥苗飲料穩定性的影響

(1)均質次數：固定均質溫度為65 ℃，在30 MPa下分別均質1，2，3次，以未均質樣品為對照，考察均質次數對大麥苗飲料TSI、粒徑、黏度及Zeta電位的影響。

(2)均質壓力：固定均質溫度為65 ℃，在均質壓力分別為30，50，70，90，110 MPa條件下均質1次，以未均質樣品為對照，考察均質壓力對大麥苗飲料TSI、粒徑、黏度及Zeta電位的影響。

表1 正交試驗因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment %

1.3 測定項目及方法

1.3.1 穩定性指數的測定 根據Codina-Torrella等[14]方法做如下修改：設置穩定性分析儀檢測條件為測試溫度50 ℃，測試時長2 h，每1 min掃描1次。待溫度升至設定值后在樣品瓶中加入約20 mL待測樣品，放入樣品池中，開始測量。以2 h的平均穩定性指數作為最終的結果數據。穩定性指數越高，表示樣品穩定性越差。

1.3.2 粒徑的測定 參照文獻[15]用激光粒度分析儀進行測定。

1.3.3 Zeta電位的測定 根據倪洋等[15]的方法作如下修改：將樣品用去離子水稀釋10倍，震蕩混勻后取約2 mL 加入塑料比色皿中，放入電極，然后利用Zeta電位儀測量電位。

1.3.4 黏度測定 選用61號轉子，測量溫度為25 ℃，轉速為100 r/min。

1.4 數據處理

采用IBM SPSS Statistics 24統計分析軟件對數據進行統計分析，利用Origin 8.6進行相關圖的繪制。

2 結果與分析

2.1 復配穩定劑對大麥苗飲料穩定性的影響

在大麥苗飲料中添加合適的穩定劑是解決其分層、沉淀的有效途徑。單一的穩定劑很難使產品達到長期均勻、穩定懸浮。不同穩定劑之間存在協同交互作用，混合使用多種穩定劑會協同增效，達到較好的效果[11,16]。根據前期單因素試驗，確定了魔芋膠、黃原膠、CMC、MCC和結冷膠作為試驗因素，用正交設計優化復配穩定劑添加量，結果見表2。

由表2可知，穩定劑對大麥苗飲料TSI值影響的主次順序為：CMC>魔芋膠>MCC>黃原膠>結冷膠，得到的最優組合為A3B1C3D4E1，即魔芋膠0.11%、黃原膠0.04%、CMC 0.20%、結冷膠0.06%、MCC 0.10%。

為了進一步確定復合穩定劑對大麥苗飲料穩定性的作用效果，按照優化的配方添加，測定大麥苗飲料的TSI值。由圖1可知，在50 ℃條件下TSI值變化比較平緩，平行樣品的整體TSI值分別為0.4和0.5，配方重復性好。

表2 正交試驗設計及結果分析Table 2 Design of orthogonal experiments and analysis of results

圖1 大麥苗飲料測量過程中穩定性指數的變化Figure 1 Changes of stability index of barley grass beverage during measurement

2.2 均質次數對大麥苗飲料穩定性的影響

由圖2可知，均質次數對產品體系穩定性具有較大的影響。與對照組相比，均質1次后高度40 mm以下部位背散射光強變化值(BS)在零值上下小范圍波動，41 mm 以上部位BS值逐漸增大，說明飲料中的顆粒整體是懸浮穩定在體系中的，未發生顆粒沉降和聚集現象；均質2次后，高度為30～40 mm的BS值<0，40 mm以上BS值>0且逐漸增大，說明體系在測定過程中存在顆粒上浮現象；當均質3次后，樣品在50 ℃放置2 h便發生顆粒沉降。

圖2 不同均質次數大麥苗飲料背散射光強度變化Figure 2 Variations of BS of barley grass beverage with different homogenous times

由圖3可知，隨著均質次數的增加產品穩定性逐漸降低，測定結束后均質3次的樣品瓶底部出現一定厚度的沉淀，該結果與圖2一致。對照組和均質1次的樣品整體TSI值均為0.4，但是對照組體系流動性及各組分分散性較均質1次的差。均質工藝可以減小液態食品中各成分沉降速率，提高體系的穩定性；同時，均質處理還有助于各組分均勻地分散到體系中[11]。但是，均質壓力過高或次數過多時，不穩定懸浮物增加，布朗運動速度加快，顆粒碰撞次數增多，溶液穩定性會下降[15]。

圖3 均質次數對大麥苗飲料穩定性的影響Figure 3 Effect of homogenization times on the stability of barley grass beverage

由圖4(a)可知，樣品Zeta電位絕對值隨著均質次數呈先增后減的趨勢，且在均質2次時達到最大值。均質1次和均質3次的樣品的Zeta電位絕對值與對照組無顯著性差異(P>0.05)。趙光遠等[12]通過不同親水膠體復配產生的協同作用，提高鮮棗濁汁體系的Zeta電位絕對值，增強懸浮顆粒間的靜電斥力進而阻止顆粒因聚集引發的沉淀，提高體系穩定性。由圖4(b)、(c)可知，與對照組相比，隨著均質次數的增加大麥苗飲料體系的黏度、D[4,3]和D50都顯著減小(P<0.05)。根據Stokes定律[16]，沉降速率與粒子半徑呈正比，與體系黏度呈反比。因此降低粒子半徑，提高體系黏度也是提高體系穩定性的有效方法。均質后樣品黏度降低了53.94%～71.48%，樣品流動性適宜。綜合以上可知，與對照組相比，均質1次的樣品流動性好且穩定性高；均質次數超過2次樣品穩定性降低，樣品整體TSI增加，所以大麥苗飲料制備時均質1次效果最佳。

不同字母表示差異顯著(P<0.05)

2.3 均質壓力對大麥苗飲料穩定性的影響

圖5 不同均質壓力大麥苗飲料背散射光強度變化Figure 5 Variations of BS of barley grass beverage with different homogenous pressure

由圖6可知，當均質壓力為30～50 MPa時，樣品TSI曲線變化趨勢與對照組一致，整體TSI值都很小，均為0.4；不同高度均具有很好的穩定性，50 ℃放置2 h后體系穩定且未出現沉淀和分層等不良現象。當均質壓力>50 MPa時，隨著均質壓力的增加TSI曲線呈S型變化，50 ℃ 放置2 h后底部出現沉淀。朱亞婧等[15]指出一定范圍內提高均質壓力能顯著減小飲品中顆粒的直徑，提高體系穩定性；若壓力持續增加，離子表面積增大，自由能增加，顆粒容易聚集導致產品穩定性下降。因此選擇合適的均質壓力至關重要。與對照組相比，均質壓力為30～50 MPa時[圖7(c)]，飲料體系黏度顯著減小(P<0.05)，流動性適宜。

圖6 均質壓力對大麥苗飲料穩定性的影響Figure 6 Effect of homogenization pressure on the stability of barley grass beverage

均質處理通過破碎體系中的大顆粒使蛋白質等帶電成分暴露帶電基團，并使飲料體系中各組成成分進行了重排[17]，使飲料體系更加均勻。當均質壓力為30～110 MPa 時，Zeta電位絕對值呈先增大后減小的趨勢，并在50 MPa時達到最大[圖7(a)]。這可能是壓力超過50 MPa 后，空穴、剪切和震蕩作用劇烈，影響飲料中各組分的結構，改變了懸浮顆粒表面的電荷和體系黏度[14]。從圖7(b)、(c)可以看出，隨著均質壓力的增加，D[4,3]、D50及體系黏度都顯著減小(P<0.05)，其中D[4,3]主要受大顆粒物質的影響，說明在均質過程中樣品粒徑變化主要源于大顆粒[15]。綜合樣品TSI和生產成本等角度，合適的均質壓力為30 MPa，此時飲料體系黏度為37.22 cP且具有很好的穩定性。

不同字母表示差異顯著(P<0.05)

3 結論

(1)混合使用2種或2種以上親水膠體具有協同作用，能夠達到更好的效果，因此在研究親水膠體對大麥苗飲料穩定性時選擇多種親水膠體進行復配。正交試驗表明，穩定劑對大麥苗飲料穩定性影響的主次順序為：CMC>魔芋膠>MCC>黃原膠>結冷膠，復合穩定劑最優組合為A3B1C3D4E1，即魔芋膠0.11%、黃原膠0.04%、CMC 0.20%、結冷膠0.06%、MCC 0.10%。按照復合穩定劑配方添加制備的大麥苗飲料體系穩定，未發生沉淀或聚集等不良現象。

(2)均質處理可以顯著改變大麥苗飲料體系中黏度、Zeta電位和粒徑等物理性質。這些物理性質與大麥苗飲料穩定性有著密切的關系，并相互影響。本試驗研究了均質壓力和均質次數對大麥苗飲料穩定性指數、Zeta電位、黏度和粒徑的影響，確定了適宜的均質工藝，最終確定的均質條件為在30 MPa壓力下均質1次。所得的大麥苗飲料黏度適宜，能長期保持均勻穩定的狀態。

(3)大麥苗飲料極易褐變而失去原有的良好色澤，尤其在大麥苗飲料加工過程中高溫、高壓等工藝會促進葉綠素的降解，造成飲料色澤的劣變。因此，在獲得具有良好穩定性大麥苗飲料后，還需要進一步研究引起飲料色澤變化的原因，并可以從原料預處理、護色劑選擇等方面尋找出高效、經濟且對人體健康無害的護色方法。