影響懸浮型奇亞籽飲料穩定性的因素

郎秀杰，孔凡平，郭成宇

齊齊哈爾大學食品與生物工程學院，黑龍江省果蔬雜糧飲品工程技術研究中心（齊齊哈爾 161000）

奇亞籽（Chia seed）又稱黑奇亞，是薄荷類植物芡歐鼠尾草（Salvia hispanica L.）的種子，產于墨西哥南部和危地馬拉等北美洲地區[1]。奇亞籽富含人體必需脂肪酸α-亞麻酸，并含有豐富的膳食纖維、蛋白質、維生素、礦物質等。根據科學研究，奇亞籽不會引起任何不良過敏反應以及抗營養和毒性作用[2]。奇亞籽在國外已經被用作一種營養補充劑添加于谷物棒、餅干、面條、面包、零食和酸奶中[3-4]。奇亞籽富含一般植物中稀有的n-3系列不飽和脂肪酸（α-亞麻酸）、膳食纖維、高品質的蛋白質、鈣、鐵以及10余種抗氧化物；奇亞籽小、光滑，口感酥脆，其豐富營養成分制作飲料適合大多數人的需求，但是因奇亞籽特殊形狀和成分，其在飲料中常常下沉。

此次試驗對奇亞籽的懸浮穩定性進行研究，以保證產品的貨架期。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

奇亞籽（市售，產地浙江）；白砂糖（市售）；復配穩定劑（食品級，由黑龍江省果蔬雜糧飲品工程技術中心提供）。

1.2 儀器與設備

JY-3002電子天平（上海精密科學儀器有限公司）；200 mm型申環MINI離心機（張家港市離心機制造廠）；黏度儀（上海精密科學儀器有限公司）；DK-98-1型數控電熱恒溫水浴鍋（余姚市東方電工儀器廠）。

1.3 方法

1.3.1 懸浮型奇亞籽飲料生產工藝流程

1.3.2 操作要點

1) 奇亞籽前處理：將一定量的奇亞籽放入不銹鋼容器中，在電磁爐上烘炒30 min后置于純凈水中熬煮。熬煮參數為85 ℃ 10 min，冷卻至20 ℃，備用。

2) 配料與輔料液制備：稱取一定量的酸味劑、甜味劑、穩定劑于錐形瓶中，加入適量的純凈水并攪拌5 min，放置80 ℃的水浴鍋中，用磁力攪拌槳攪拌至溶液澄清透明，待冷卻至室溫，將一定量的梨汁與之混勻。

3) 調配：將制得的奇亞籽與配料液混合，向其加入純凈水進行定容穩定。

4) 殺菌：采用低溫長時巴氏殺菌法，在65 ℃條件下殺菌30 min，速冷，即得產品。

1.4 試驗方法

1.4.1 穩定系數[5]

取適量奇亞籽飲料，將其稀釋液倒入離心管中，在3 500 r/min下離心20 min；離心后，將上清液在520 nm的波長下，測定稀釋樣液的吸光度A1和上層清液的吸光度A2，奇亞籽飲料樣液的穩定系數為R，按式（1）計算其穩定系數，測定3次，取平均值。

1.4.2 黏度的測定[6]

使用DV-C數顯黏度計，選取轉子號為4#的轉子，在30 r/min的轉速常溫下測定3次，取平均值。

1.4.3 感觀評價的標準

評價標準根據口感、香氣進行評分，權重值分別為0.6和0.4。以不經熱處理（pH處理）飲料的感官為標準，標準值為10分。不同溫度下（pH條件下）與未經處理的樣品的口感和香氣進行對比，評價標準表見表1。評價組由20人組成，奇亞籽飲料經熱處理和酸處理的評分用N來表示，以評價差值（M）為評價指標，M按式（2）計算。

表1 感官評價標準

1.5 試驗設計

1.5.1 pH試驗

經預試驗在設定的范圍內，其他各影響因素一致的情況下，通過添加檸檬酸和碳酸氫鈉的量來調節pH，進行單因素試驗，設pH為2，4，6，8，10和12，對其風味進行評價及檢測懸浮穩定性，確定適宜奇亞籽穩定性的最適pH。

1.5.2 溫度試驗

按照上述生產工藝生產，至半成品后，采用水浴加熱，溫度控制在50，60，70，80，90和100 ℃，溫度達標瞬間取出，檢測懸浮穩定性、黏度，并進行感官評定。

1.5.3 穩定劑試驗

經前期預試驗，選取復配穩定劑對奇亞籽飲料的穩定體系進行研究，復配穩定劑添加量為0.01%，0.03%，0.05%，0.07%和0.09%。對其懸浮穩定性進行檢測，確定出最佳復配穩定劑的添加量。

1.5.4 正交優化試驗

在單因素的基礎上，對pH、溫度、復配穩定劑最佳因素條件進行正交優化，因素水平見表2。

表2 正交試驗因素水平

2 結果與討論

2.1 pH對懸浮型奇亞籽飲料穩定性的影響

由圖1可知，溶液的pH在2～12之間，穩定系數呈先增后降的趨勢，在趨于中性時緩慢上升。由此可以看出奇亞籽在強酸、強堿的條件下不能保持穩定狀態，因為在酸和堿性條件下，溶液中H+和OH-的增加，促使溶液中穩定劑電離[7]，對穩定劑形成的網狀結構造成破壞，使溶液的黏度下降。感官差值隨溶液的pH變化呈先減后增趨勢，飲料的酸堿性直接影響產品的感官評價。

圖1 pH對溶液穩定系數和感官評價的影響

2.2 pH對懸浮型奇亞籽飲料黏度的影響

由圖2可知，溶液黏度隨pH增大呈現先升后降趨勢。此次試驗制備的奇亞籽飲料屬于偏酸性飲料，當pH為6時，飲料的口感柔和，酸甜適中；之后隨pH升高，黏度略有下降，主要是因為此次試驗選用的穩定劑為復配穩定劑，陰離子多糖在形成凝膠時，親水的硫酸基分布在粒子表面，形成一定厚度的雙電層，并且依賴于溶液H+和OH-結合存在，當溶液堿性增強時，OH-與溶液中帶負電的膠體相互排斥，減少溶液中的粒子相互聯結，使溶液的黏度下降[8]。

圖2 pH對溶液黏度的影響

2.3 溫度對懸浮型奇亞籽飲料穩定性的影響

由圖3可知，溫度的變化對奇亞籽飲料穩定系數變化不大，隨著溫度升高，穩定系數略有下降，在70 ℃時溶液穩定系數達到最大，Nakamura等[9]研究表明，凝膠長時間暴露在高溫環境中，其機械性能會改變。在高熱環境暴露5 h后，膠體結構弱化，體積模量下降，溶液膠體鏈之間交聯性變差，所以高溫對溶液膠體有破壞作用，因此影響溶液穩定性。此次試驗選用復配穩定劑，其溶液穩定性系數變化不大。

圖3 溫度對溶液穩定系數和感官評價的影響

2.4 溫度對懸浮型奇亞籽飲料黏度的影響

由圖4可知，溶液黏度隨溫度的升高而明顯下降，在60～70 ℃時溶液黏度下降顯著，溫度升高，使流體物料中分子熱運動增強[10]，使分子間的黏滯作用減弱，溫度升高，溶液分子間熱運動增強，增大流體分子運動的體積，從而使溶液黏度下降。

圖4 溫度對溶液黏度的影響

2.5 復配穩定劑對懸浮型奇亞籽飲料穩定性的影響

由圖5可知，復配穩定劑對奇亞籽飲料沉淀率影響顯著。隨著穩定劑添加量的逐漸增加，奇亞籽飲料穩定系數逐漸降低，其原因可能是隨著穩定劑添加量的增加，體系狀態不穩定，導致穩定系數降低。復合穩定劑可以增加液體體系的黏度，降低粒子的自由沉降速度。同時在酸性條件下還可以和蛋白質分子結合形成穩定的復合體，從而使蛋白質粒子在液體中保持分散狀態，阻滯蛋白質微粒的凝聚沉降，保持膠體穩定[11]。

圖5 復配穩定劑添加量對溶液穩定系數和感官評價的影響

2.6 復配穩定劑對懸浮型奇亞籽飲料黏度的影響

由圖6可知，隨復配穩定劑添加量增加，體系黏度逐漸升高，穩定劑在0.03%～0.05%濃度范圍內黏度顯著增加。結合實際需要，穩定劑選擇0.05%較好；影響體系黏度的主要因素是分散相粒子本身及其所處的狀態。由于穩定劑的加入，分散相粒子表面會形成能夠有效降低界面張力的界面膜，由于界面膜的存在，分散相粒子的界面結構會發生變化，影響分散相粒子的運動，并由此影響體系的黏度[12]。

圖6 復配穩定劑對奇亞籽飲料黏度的影響

2.7 正交優化穩定劑試驗結果

由表3中的極差R可以看出，三個因素對飲料穩定性的影響次序為A＞B＞C。由表4可知，pH對飲料穩定性最大，溫度次之，穩定劑影響最小。結合穩定系數，最優組合為A1B1C1，即pH為5、溫度為65 ℃、穩定劑添加量為0.04%。在此優化下奇亞籽飲料的穩定性效果較好[13]。

表3 正交試驗優化試驗結果

表4 方差分析

3 結論

在單因素的基礎上，通過正交優化試驗研究奇亞籽飲料最佳影響因素。由正交優化得出，影響懸浮型奇亞籽飲料穩定性的因素依次是pH＞溫度＞復配穩定劑添加量，且最優條件為溫度65 ℃，pH 5，穩定劑添加量0.04%。在此最優條件下，奇亞籽飲料的懸浮性最佳。