食用木薯飲料加工工藝優化

李明娟 ，張雅媛 ,*，游向榮 ，王 穎 ，周 葵 ，衛 萍 ，黃會玲

（1.廣西農業科學院農產品加工研究所，廣西 南寧 530007；2.廣西果蔬貯藏與加工新技術重點實驗室，廣西 南寧 530007；3.廣西香蕉保鮮與加工工程技術研究中心，廣西 南寧 530007）

木薯（Manihot esculentaCrantz）是世界三大薯類和六大糧食作物之一，廣泛種植于非洲、亞洲和美洲100 多個國家的熱帶和亞熱帶地區，因其塊根中含有豐富的淀粉，而被譽為“淀粉之王”[1-4]。根據我國農業行業標準NY/T 1520—2007《木薯》中的術語和定義，食用木薯（鮮食木薯）指作為食物熱能來源的鮮木薯，主要品種有華南6068、GR891、面包木薯、蛋黃木薯等[5]；根據陸柳英等[6]報道，鮮薯氫氰酸含量＜50 mg/kg（鮮重）的可鮮食的木薯稱為食用木薯，也叫甜味木薯。華南9 號（SC9）食用木薯鮮薯中氫氰酸含量為30～40 mg/kg，營養豐富、均衡，富含淀粉、膳食纖維、多種維生素及礦物質，薯肉淡黃色，煮熟后呈黃色，口感清甜、細嫩松粉，風味特別，被譽為“蛋黃木薯”[7-10]，屬于優質雜糧。

隨著人們生活水平的不斷提高，因“營養過剩”而導致營養失衡的現象越來越明顯，“現代營養不良癥”也正悄悄向已經富裕起來的人們逼近。在此勢頭下，消費者對膳食營養均衡的意識也在不斷提高。雜糧飲料通過采用現代食品高新技術加工而成，不僅能夠充分保留原料中的營養成分，具有代餐功能，并且口感好，飲用方便，易于吸收，助于膳食均衡，符合現代生活快節奏和健康飲食的需求而成為飲料行業的新寵，受消費者歡迎，因此，食用木薯飲料的生產及開發有著巨大的市場潛力。

然而，木薯富含淀粉，在飲料儲藏過程中極易“老化”，產品很容易出現沉淀、分層、析水、脂肪上浮、凝膠等穩定性差的問題，導致飲料口感變差、風味減弱[11-13]，制約木薯雜糧飲料的產業化發展。前人對華農8 號木薯汁[14]、甜木薯汁[15]酶解條件，包括酶用量、酶解溫度、時間、pH 進行了研究，然而尚未見食用木薯飲料酶解、調配及穩定性工藝條件優化研究方面的報道。本文以華南9 號食用木薯為原料制備飲料，在單因素試驗的基礎上，采用正交試驗對其酶解、配方和復合穩定劑技術條件進行了優化，旨在解決高淀粉含量引起的木薯飲料穩定性差的問題，為木薯飲料產品的開發提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

華南9 號食用木薯采自廣西南寧市武鳴縣，經檢測，原料氫氰酸含量為27 mg/kg，食用安全；白砂糖為食品級，市售；耐高溫 α-淀粉酶（20 000 U/g）、蔗糖脂肪酸酯、分子蒸餾單甘酯、微晶纖維素、卡拉膠、植脂末、檸檬酸，均為食品級，河南圣斯德實業有限公司產品。

無水葡萄糖、NaOH、3,5-二硝基水楊酸、酒石酸鉀鈉、苯酚、亞硫酸鈉，均為分析純，廣西南寧泰諾生物工程有限公司產品。

1.1.2 儀器與設備

BC/BD-500HA 型冰柜，JYL-Y20 型破壁打漿機，JM-L50 型膠體磨，101-2AB 型電熱鼓風干燥箱，TG16-WS 型臺式高速離心機，TU-1810 紫外可見分光光度計，WJ-3A 型恒溫水浴鍋，6350 型酸度計，其他為實驗室常用儀器設備。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

原料挑選→沖洗→去皮→清洗→切塊→凍藏→解凍→打漿→膠體磨→酶解→滅酶→過濾→調配→均質→殺菌→灌裝→成品

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 原料挑選、沖洗

選擇剛采收的新鮮、無病蟲害、無腐爛變質的木薯塊根，除掉泥土后用自來水沖洗干凈。

1.2.2.2 去皮、清洗

使用不銹鋼刀去皮（包括外皮和內皮），再用自來水清洗干凈。

1.2.2.3 切塊、凍藏

將去皮的木薯塊根切成大小約為3 cm×2 cm×2 cm的塊狀，置于-18 ℃冰柜中凍藏備用。

1.2.2.4 解凍、打漿、研磨、酶解

將凍藏的木薯塊取出解凍，按一定料液比加水打漿3 min，再過2 次膠體磨，加入耐高溫α-淀粉酶，于一定溫度的水浴鍋中酶解。

1.2.2.5 滅酶、過濾

酶解后加熱沸騰10 min 滅酶，然后用4 層紗布過濾，收集濾液作為原料。

1.2.2.6 調配

以白砂糖、植脂末和檸檬酸調配成飲料，以飲料感官品質（色澤、風味、口感、組織狀態）評價及評分為考察指標，確定木薯飲料配方。

1.2.2.7 均質、殺菌、灌裝

將木薯飲料進行均質，然后進行巴氏滅菌，再灌裝即得成品。

1.2.3 試驗方案設計

1.2.3.1 料液比的篩選

將凍藏的木薯塊取出解凍，分別按一定料液比1∶2、1∶4、1∶6、1∶8、1∶10（g/g）加水打漿 3 min，再過 2 次膠體磨進一步細化，按木薯原料質量的60 U/g 的量加入耐高溫α-淀粉酶，于90 ℃水浴鍋中酶解1.5 h，以原料利用率和木薯漿感官品質為考察指標，確定最佳料液比。

1.2.3.2 正交試驗優化木薯漿酶解工藝

采用耐高溫α-淀粉酶對木薯漿進行酶解處理，在前期單因素試驗的基礎上，以木薯漿葡萄糖當量（DE 值）為考察指標，設計加酶量、酶解溫度和酶解時間為主要影響因素的正交試驗（表1），確定最佳酶解條件工藝參數。

表1 酶解條件優化正交試驗因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal test for enzymolysis

1.2.3.3 食用木薯飲料調配配方的確定

以酶解后的食用木薯汁為主要原料，以飲料感官品質描述及感官評分為考察指標，考察白砂糖（6%、8%、10%）、植脂末（0.2%、0.4%、0.6%）和檸檬酸（0.02%、0.04%、0.06%）3 種輔料添加量（均以輔料質量占木薯漿質量百分比計，下同），確定食用木薯飲料調配配方。

1.2.3.4 正交試驗優化復配穩定劑配方

根據前期大量單因素試驗結果，篩選出蔗糖脂肪酸酯、分子蒸餾單甘酯、微晶纖維素和卡拉膠為復配乳化增稠穩定劑進行正交試驗，具體試驗設計見表2（各穩定劑添加量均以占木薯漿的質量百分比計，下同），以離心沉淀率為考核指標，對木薯飲料復合穩定劑進行進一步優化。

表2 復配穩定劑配方優化正交試驗因素水平表Table 2 Factors and levels of orthogonal test for compound stabilizer formula

1.2.4 測定指標與方法

1.2.4.1 原料利用率

稱取10 g 酶解后的木薯液于離心管中（精確至0.001g），8 000 r/min 離心 15 min，倒出上清液，稱量殘渣質量，每個樣品重復3 次[16]。計算公式為：

原料利用率（%）=（木薯漿樣品質量-殘渣質量）/木薯漿樣品質量×100

1.2.4.2 DE 值

（1）還原糖含量：參照3,5-二硝基水楊酸比色法[17]測定。

（2）木薯飲料總固形物含量：量取5 mL 木薯飲料，置于105 ℃的鼓風干燥箱中烘干至恒重，總固形物含量（%）=干物質含量/被測體積×100。

（3）DE 值（%）=還原糖含量/總固形物含量×100，每個樣品重復3 次[18]。

1.2.4.3 木薯飲料感官品質評價

由經過專門培訓的10 人組成評價小組，對食用木薯飲料產品進行感官品質評價并評分，去掉1 個最高分和1 個最低分，取8 個評分的平均值為最終得分，具體評分標準見表3。

表3 食用木薯飲料感官評分標準Table 3 Sensory score standard of edible cassava beverage

1.2.4.4 pH

使用酸度計測定。

1.2.4.5 離心沉淀率

準確稱取木薯飲料50 g 放入離心管中（精確至0.01 g），4 000 r/min 離心 15 min，棄去上清液，稱量沉淀物的質量，每個樣品重復3 次[19]。

離心沉淀率（%）=沉淀物質量/木薯飲料質量×100

1.2.5 數據處理

采用DPS 7.05 和Excel 2003 軟件對試驗數據進行處理分析并制圖。

2 結果與分析

2.1 料液比對食用木薯原料利用率及感官評價的影響

由圖 1 可以看出，料液比從 1∶2（g/g）到 1∶10（g/g）的過程中，木薯原料利用率先增加后略有減小；隨著水添加量的增多，木薯原料溶出物質增加，原料利用率隨之升高，當料液比為1∶6（g/g）時，木薯原料利用率最高，為57.67%；之后繼續加水，木薯原料利用率略有降低，但料液比為 1∶6、1∶8、1∶10（g/g）的原料利用率差異不顯著。

由表4 可知，水添加量過少，木薯漿太濃稠，流動性和口感較差；料液比為1∶6（g/g）時，木薯漿風味較濃郁，流動性好，口感爽滑細膩；水添加量過多，木薯漿過稀會影響其風味和口感。綜上所述，接下來的試驗選擇料液比為 1∶6（g/g）為宜。

表4 料液比對木薯漿感官評價的影響Table 4 Effect of material-liquid ratio on the sensory evaluation of cassava pulp

2.2 食用木薯漿酶解工藝的優化

由表 5 可知，極差R值大小為：C＞B＞A，即酶解工藝條件對木薯漿DE 值的影響因素主次順序為：酶解時間＞酶解溫度＞酶添加量；由k值可知，最佳組合條件為A3B1C3，即耐高溫α-淀粉酶添加量80 U/g，酶解溫度85 ℃，酶解時間120 min，該組合即為試驗設計中的7 號，在此工藝條件下制備的木薯汁DE 值最高為30.34%，顯著優于其他試驗號DE 值（P＜0.05）。

表5 木薯漿酶解工藝優化正交試驗結果Table 5 Results of orthogonal experiment for enzymolysis

2.3 食用木薯飲料調配配方的確定

由表6 可見，8%白砂糖+0.2%植脂末+0.04%檸檬酸調配出來的食用木薯飲料為淺黃色，酸甜適口，具有濃郁木薯風味，流動性好，感官評分最高，為87.75 分，顯著高于其他添加組合（P＜0.05），飲料pH為4.24，呈弱酸性，有利于儲存。

表6 木薯飲料配方調配試驗結果Table 6 Results of formulation experiment of edible cassava beverage

2.4 食用木薯飲料穩定性的研究

離心沉淀率是反映飲料穩定性的一個重要指標，離心沉淀率越低，產品穩定性越好[20]。由表7 可見，極差R值大小為：D＞B＞A＞C，即復合穩定劑中卡拉膠對木薯飲料離心沉淀率的影響最大，其次為分子蒸餾單甘酯，然后是蔗糖脂肪酸酯和微晶纖維素；據k的最小值確定最優水平為A3B3C1D3，與試驗最優（試驗號8）A3B2C1D3不一致，因此需要做驗證試驗進一步確定最佳組合。

表7 穩定性正交試驗結果Table 7 The results of orthogonal experiment for stability

由表8 可見，正交試驗極差分析最優A3B3C1D3與試驗最優A3B2C1D3的木薯飲料離心沉淀率分別為11.08%和11.31%，且兩者差異不顯著，鑒于離心沉淀率越小越好的標準，我們選擇A3B3C1D3為最佳穩定劑配方組合，即蔗糖脂肪酸酯0.04%、分子蒸餾單甘酯0.04%、微晶纖維素0.02%和卡拉膠0.04%。此工藝條件下制備的食用木薯飲料為淡黃色，具有較濃郁的木薯風味、無異味，口感順滑細膩、酸甜適中，流動性好、無沉淀及懸浮物。

表8 驗證試驗結果Table 8 Results of verification experiment

3 討論與結論

料液比對木薯漿酶解反應程度以及飲料產品的風味、口感有著重要影響。通常來說，在一定的料液比范圍內，隨著液體添加量的增加，有利于原料可溶性成分的溶出，原料利用率上升；當料液比超過一定范圍，底物濃度逐漸變少，淀粉酶被稀釋，導致反應速率變慢，原料利用率降低或趨于平衡；但料液比也不能無限制地提高，太高會導致產品風味不足、口感較差，失去應有的濃厚質感和香味，營養價值也會降低[16]。本研究綜合考慮食用木薯原料利用率及木薯漿感官評價，最終選擇料液比為 1∶6（g/g）。

木薯富含淀粉，制備成飲料冷卻降溫后，已糊化的淀粉分子運動減慢，淀粉分子之間以氫鍵形式相互作用，重新形成微膠束，導致體系發生析水、沉淀、老化回生等不穩定現象[21]，采用α-淀粉酶對木薯漿進行酶解，從淀粉分子內部切開α-1,4-糖甘鍵，使淀粉水解生成小分子糖，可以有效解決這個問題，還可以增加飲料的甜味[22]。劉暢[14]以出汁率為考核指標，采用正交試驗研究確定了華農8 號木薯飲料最佳酶解條件為：耐高溫α-淀粉酶添加量60 U/g，溫度90 ℃，時間2.5 h，自然pH；同時采用正交試驗研究了150 U/g 果膠酶+100 U/g 耐高溫α-淀粉酶添加量條件下，不同酶解溫度、pH 和時間對甜木薯汁透光率的影響，得到最優酶法澄清工藝參數為：溫度50 ℃，pH 4.5，處理時間4 h[15]。李忠海等[22]采用響應面法研究了甘薯汁酶解最佳工藝條件為：耐高溫α-淀粉酶用量55 U/mL，酶解時間80 min，酶解溫度90 ℃。而本研究以木薯汁DE 值為考核指標優化的最佳木薯漿酶解條件為：耐高溫α-淀粉酶添加量80 U/g，溫度85 ℃，時間120 min。試驗結果受不同原料、酶制劑、研究方法、考核指標等多因素影響，因此研究結果存在差異。

由于本研究中木薯漿原料只經過耐高溫α-淀粉酶酶解而沒有用糖化酶進一步糖化，因此酶解木薯漿中的糖含量有限，需要添加白砂糖等甜味劑來達到消費者喜歡的口味要求。同時，飲料中需要加入一些調節風味和口感的調味劑，通過添加植脂末調節飲料清爽潤滑的口感和奶香味，添加少量檸檬酸來調節產品至舒適的風味及合適的pH。本研究結果顯示，添加8%白砂糖、0.2%植脂末、0.04%檸檬酸調配出來的食用木薯飲料的色澤、風味、口感和組織狀態均最佳。

飲料加工過程中穩定體系的建立是衡量飲料質量的一項重要指標，同時也是影響產品口感、質地和貨架期的關鍵因素[23-24]。木薯飲料是由淀粉、糖類、脂肪、蛋白質及纖維素等多種物質組成的一類復雜的乳狀液體系，其穩定性差，從而影響產品的口感和保質期，本研究通過使用復合乳化劑和增稠劑來增強產品的穩定性，可充分利用單一穩定劑之間的協同互作效應，降低生產成本，同時可避免某種單一穩定劑添加量過大而影響產品風味和口感。乳化劑能與碳水化合物、淀粉和蛋白質等食品成分發生特殊的相互作用，形成穩定的化合物脂蛋白，能有效減緩淀粉“老化”[25]。增稠劑是一類改善食品體系結構的高分子親水膠體，能提高乳狀液的黏度、縮小水油兩相的密度差，或形成凝膠網格結構，以高分子無規則線團的形式吸附在粒子表面，防止粒子的聚集，從而起到阻止淀粉“老化”的作用[26-27]，并且大多數膠體具有很高的吸水性和持水能力，可延緩失水“老化”，起到穩定乳狀液體系的作用[28]。

本研究以新鮮華南9 號食用木薯為主要原料開發風味獨特、口感新穎、穩定性好的食用木薯飲料產品，為木薯深加工利用提供了新思路，可延長木薯產業鏈，提高其經濟效益，開發利用前景廣闊。本研究未對食用木薯飲料均質條件、殺菌工藝和貯藏穩定性進行優化確定，有待進一步研究。