燕麥核桃乳的研制

趙 冬,孫 卉,羅寶劍,焦 芮,李 璐,陳秋桂,何志貴,*

(1.桂林旅游學院休閑與健康學院,廣西桂林 541006;2.桂林西麥食品股份有限公司,廣西桂林 541004)

植物奶是指利用谷物類、豆類、堅果類等植物原料經(jīng)加工調(diào)配而成的類似牛奶狀的植物飲料,如豆奶。相比于牛奶,植物奶的蛋白質(zhì)、脂肪及酸負荷低,且不含膽固醇、乳糖和酪蛋白,易消化,有助于平衡膳食結構[1-4]。近年來,在消費者健康意識驅動下,植物基食品和飲料已成為全球食品行業(yè)引領市場的重要趨勢[2,5]。據(jù)報道,2019年全球植物奶市場的銷售額約為140億美元,并將以每年8%的復合增長率增長,到2029年將達到300億美元[6]。

燕麥含有豐富的蛋白質(zhì)、不飽和脂肪酸、維生素E、生物堿、γ-氨基丁酸、β-葡聚糖等營養(yǎng)成分[7-9]。研究證明,燕麥具有抗氧化、抗炎、抗腫瘤及預防心血管疾病的功效[10-13]。人體每天攝入一定燕麥食品,可有效降低血膽固醇和改善人體血糖反應[14-15]。核桃營養(yǎng)價值豐富,核桃仁含有約15%～20%蛋白質(zhì)、約60%～70%的脂肪,其中不飽和脂肪酸占90%,不含膽固醇,能夠降低心血管疾病風險[16-17]。最新研究認為,核桃還具有預防乳腺癌[18]、改善血管內(nèi)皮功能[19]等功效。目前,燕麥核桃飲料主要采用干混工藝,即燕麥粉與經(jīng)噴霧干燥加工而成的核桃粉進行簡單混合,這類產(chǎn)品中核桃添加量在3%以下,風味由核桃味香精賦予,不能突出燕麥與核桃的營養(yǎng)價值,與當前人們對食品健康理念不符。

本研究以燕麥、核桃仁為主要原料,考察影響產(chǎn)品感官評分的因素,并通過響應面優(yōu)化燕麥核桃乳的配方參數(shù),為進一步開發(fā)以燕麥為主料的植物奶提供參考。

1 材料和方法

1.1 材料與儀器

80目燕麥粉 桂林西麥食品股份有限公司提供;核桃仁 市售;DMG-95F單硬脂酸甘油酯 嘉里特種化學工業(yè)(上海)有限公司;SE-15蔗糖脂肪酸酯 柳州長遠食品配料科技有限公司;磷酸氫二鉀 武漢無機鹽化工有限公司;微晶纖維素 西安拉維亞生物科技有限公司;黃原膠 梅花生物科技集團股份有限公司;AMYLEX?LTα-淀粉酶(酶活力5000 U/mL)、DIAZYME?P25糖化酶(酶活力12000 U/mL) 丹尼斯克有限公司;PDX-2P00聚葡萄糖 泰萊食品配料(南通)有限公司;麥芽糖醇 肇慶煥發(fā)生物科技有限公司。

JML-50膠體磨 上海諾尼輕工機械有限公司;GJJ-0.03/100均質(zhì)機 上海諾尼輕工機械有限公司;RY-MJG-25L酶解罐 上海銳元機械設備有限公司;AE300L-H數(shù)顯剪切乳化機 上海昂尼儀器儀表有限公司;ME1002電子天平 梅特勒公司。

1.2 實驗方法

1.2.1.1 燕麥酶解漿的制備 燕麥粉∶水按質(zhì)量比1∶4的比例,在酶解罐中加入55 ℃熱水,添加燕麥重量0.45%的α-淀粉酶和0.15%的糖化酶,保持恒溫,酶解25 min,升溫至90 ℃保持10 min進行滅酶,冷卻,150目紗布過濾,即得。

1.2.1.2 核桃漿的制備 取無異味、無霉變、果仁完整的核桃仁,用2%的NaOH溶液,在溫度90 ℃下浸泡3 min,用高壓水沖洗并去除核桃仁衣。去衣核桃仁與水按質(zhì)量比1∶4打漿,得到核桃漿,備用。

1.2.2 燕麥核桃乳制作工藝

1.2.2.1 工藝流程 燕麥酶解漿+核桃漿→混合→過膠體磨→調(diào)配→乳化→一次均質(zhì)→二次均質(zhì)→分裝→殺菌→冷卻→成品

1.2.2.2 操作要點 一定量的燕麥酶解漿與一定量的核桃漿混合后,用純凈水定容至3 L,過120目膠體磨,循環(huán)3次。然后添加復合乳化劑和穩(wěn)定劑進行調(diào)配,利用乳化機使調(diào)配液乳化,在25～30 MPa壓力下第1次均質(zhì)10 min,隨后在35～40 MPa第2次均質(zhì)15 min,使用高溫蒸煮袋進行分裝,90 ℃熱水下保持20 min,冷卻,成品。

1.2.3 復合乳化劑和穩(wěn)定劑的選擇 取50%燕麥酶解漿與25%核桃漿混合,用純凈水定容至3 L,過120目膠體磨,循環(huán)3次。按混合液體積,添加0.60%復合乳化劑和0.25%微晶纖維素,其中復合乳化劑由單硬脂酸甘油酯、蔗糖脂肪酸酯分別按質(zhì)量比為1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、9∶1比例組成。利用乳化均質(zhì)機在850 r/min的轉速下乳化均質(zhì)5 min,以離心法測定乳化穩(wěn)定性,確定兩種乳化劑的最佳配比。

Ⅲ″設矩形ABCD，其中AB=CD=a，BC=AD=b，a≤b．將此矩形剪拼成有一邊長為c的矩形(a

由單硬脂酸甘油酯、蔗糖脂肪酸酯按質(zhì)量比6∶4比例組成的復合乳化劑添加量為0.60%,選擇微晶纖維素、黃原膠、磷酸氫二鉀、聚葡萄糖、麥芽糖醇作為穩(wěn)定劑[20],單一穩(wěn)定劑添加量為0.25%,采用離心法確定適合的穩(wěn)定劑種類。

上述乳化劑、穩(wěn)定劑的添加使用均嚴格遵照食品安全國家標準[21]。

1.2.4 單因素實驗 確定復合乳化劑由單硬脂酸甘油酯、蔗糖脂肪酸酯按質(zhì)量比6∶4比例組成,微晶纖維素作為穩(wěn)定劑,在此基礎上,按照1.2.2工藝操作要點,進行單因素實驗:

1.2.4.1 燕麥酶解漿添加量的優(yōu)化 在核桃漿添加量為25%、復合乳化劑添加量為0.60%、微晶纖維素添加量為0.25%的條件下,考察燕麥酶解漿添加量40%、45%、50%、55%、60%對產(chǎn)品感官評分的影響。

1.2.4.2 核桃漿添加量的優(yōu)化 在燕麥酶解漿添加量為50%、復合乳化劑添加量為0.60%、微晶纖維素添加量為0.25%的條件下,考察核桃漿添加量15%、20%、25%、30%、35%對產(chǎn)品感官評分的影響。

1.2.4.3 復合乳化劑添加量的優(yōu)化 在燕麥酶解漿添加量為50%、核桃漿添加量為25%、微晶纖維素添加量為0.25%的條件下,考察復合乳化劑添加量0.50%、0.55%、0.60%、0.65%、0.70%對產(chǎn)品感官評分的影響。

1.2.4.4 微晶纖維素添加量的優(yōu)化 在燕麥酶解漿添加量為50%、核桃漿添加量為25%、復合乳化劑的添加量為0.60%的條件下,考察微晶纖維素添加量0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%對產(chǎn)品感官評分的影響。

1.2.5 響應面試驗 根據(jù)單因素實驗結果分析,以燕麥酶解漿添加量(A)、核桃漿添加量(B)、由單硬脂酸甘油酯、蔗糖脂肪酸酯按質(zhì)量比6∶4比例組成的復合乳化劑添加量(C)、微晶纖維素添加量(D)為因素,以感官評分值(Y)為響應值,利用Box-Behnken中心組合原理進行響應面試驗設計。響應面設計因素與水平編碼如表1。

表1 響應面設計因素及水平編碼Table 1 Response surface design factors and level coding

1.2.6 乳化穩(wěn)定性的測定 取25 mL左右樣品加入帶刻度離心管中,在4000 r/min轉速下,常溫離心10 min,讀取離心管中乳狀液總高度及離心管上層分層液的高度[22-23]。公式如下:

乳化穩(wěn)定性(%)=[1-分層液高度/乳狀液總高度]×100

1.2.7 感官評價 挑選20名有經(jīng)驗的評價員組成評價小組,對供試樣品從口感、色澤、組織狀態(tài)和風味等四個方面進行評分,感官評分為各項指標得分之和。根據(jù)每個評價員的感官評分結果計算平均值,結果保留1位小數(shù)。評價連續(xù)樣品時,評價員需用溫開水漱口。感官評價標準如表2。

表2 燕麥核桃乳感官評分標準Table 2 Sensory scoring criteria of oat and walnut milk

1.2.8 理化、微生物指標的測定 根據(jù)燕麥核桃乳的配方及工藝,產(chǎn)品符合QB/T 4221-2011《谷物類飲料》相關定義,但為了體現(xiàn)核桃的添加量,引用GB/T 31325-2014《植物蛋白飲料 核桃露(乳)》中對蛋白質(zhì)、脂肪含量的要求。可參照上述兩個標準制定企業(yè)標準,并作為產(chǎn)品執(zhí)行標準[24]。因此,根據(jù)相關標準中規(guī)定的有關檢驗方法測定燕麥核桃乳中的蛋白質(zhì)、脂肪、總膳食纖維等理化指標和菌落總數(shù)、大腸菌群、沙門氏菌、金黃色葡萄菌等微生物指標,考察產(chǎn)品的質(zhì)量及衛(wèi)生要求合規(guī)性。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有試驗重復3次，數(shù)據(jù)采用SPSS 18.0對單因素實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,并采用Design-Expert 8.0.6進行響應面設計及結果分析。

2 結果與分析

2.1 乳化劑和穩(wěn)定劑的選擇

由圖1可知,隨著單硬脂酸甘油酯添加量增加,乳化穩(wěn)定性呈先增大后減小的規(guī)律變化,在單硬脂酸甘油酯:蔗糖脂肪酸酯(m:m)為6∶4時,乳化穩(wěn)定性最好,達到97.8%。可能因為這時兩種乳化劑復配達到了較為合適的親水、親油平衡值,形成了較適合燕麥酶解漿與核桃漿混合的O/W的乳化體系[25]。因此,本試驗確定單硬脂酸甘油酯:蔗糖脂肪酸酯的配比為6∶4較為合適。

圖1 復合乳化劑對乳化穩(wěn)定性的影響Fig.1 Effect of compound emulsifier on emulsion stability

由圖2可知,不同穩(wěn)定劑對乳化穩(wěn)定效果影響具有顯著差異(P<0.05),五種穩(wěn)定劑的乳化穩(wěn)定效果依次為:微晶纖維素>磷酸氫二鉀>聚葡萄糖>黃原膠>麥芽糖醇。穩(wěn)定劑選擇微晶纖維素,其乳化穩(wěn)定效果最佳。

圖2 穩(wěn)定劑種類對乳化穩(wěn)定性的影響Fig.2 Effect of stabilizer type on emulsion stability

2.2 單因素實驗結果

2.2.1 燕麥酶解漿添加量對產(chǎn)品感官評分的影響 由圖3可知,隨著燕麥酶解漿添加量的增加,感官評分先增加后減少,在添加量為50%時,燕麥核桃乳的感官評分最高。說明燕麥酶解漿越多,燕麥特征風味越濃、甜味越突出;當燕麥酶解漿添加過多時,會造成燕麥風味與核桃風味不協(xié)調(diào),甜味過大,影響了整體評分。因此,本試驗選擇50%作為最佳燕麥酶解漿添加量。

圖3 燕麥酶解漿添加量對產(chǎn)品感官評分的影響Fig.3 Effect of oat hydrolysate content on the sensory scores of oat and walnut milk

2.2.2 核桃漿添加量對產(chǎn)品感官評分的影響 由圖4可知,隨著核桃漿添加量的增加,感官評分先增加后減少,在添加量為25%時,燕麥核桃乳的感官評分最高,達到91.3分。這可能是核桃風味與燕麥風味和諧純正。此外,核桃漿添加越多,油脂含量越高,可能會影響乳化效果。因此,本試驗選擇25%核桃漿添加量,產(chǎn)品感官評分最佳。

圖4 核桃漿添加量對產(chǎn)品感官評分的影響Fig.4 Effect of walnut pulp content on the sensory scores of oat and walnut milk

2.2.3 復合乳化劑添加量對產(chǎn)品感官評分的影響 由圖5可知,隨著復合乳化劑添加量的增加,感官評分表現(xiàn)先平穩(wěn)增加,在添加量為0.60%時,燕麥核桃乳的感官評分增加較快,并達到最高,隨后逐漸下降。因此,優(yōu)化試驗時,選擇0.60%為最佳復合乳化劑添加量。

圖5 復合乳化劑添加量對產(chǎn)品感官評分的影響Fig.5 Effect of compound emulsifier content on the sensory scores of oat and walnut milk

2.2.4 微晶纖維素添加量對產(chǎn)品感官評分的影響 由圖6可知,隨著微晶纖維素添加量的增加,感官評分逐漸增加,在添加量為0.25%時,燕麥核桃乳的感官評分最高,隨后逐漸下降。可能微晶纖維素添加過大,產(chǎn)生了凝膠體狀態(tài),減少體系流動性,影響整體感官評分[26]。因此,優(yōu)化試驗時,選擇0.25%微晶纖維素作為最佳添加量。

圖6 微晶纖維素添加量對產(chǎn)品感官評分的影響Fig.6 Effect of microcrystalline cellulose content on the sensory scores of oat and walnut milk

2.3 響應面分析

2.3.1 響應面設計方案及結果 通過單因素實驗,確定影響感官評分的各因素最佳水平,并在此基礎上進行響應面優(yōu)化設計,其試驗方案和結果見表3。

表3 響應面試驗方案及結果Table 3 Response surface design test scheme and results

2.3.2 模型的建立及方差分析 對試驗結果進行多元回歸擬合分析,得到燕麥酶解漿添加量(A)、核桃漿添加量(B)、復合乳化劑添加量(C)和微晶纖維素添加量(D)的四元二次回歸模型為:

感官評分(Y)=90.96-3.37A+3.15B-2.14C-1.39D-0.65AB-0.50AC-1.40AD+0.20BC-2.30BD-0.27CD-5.98A2-9.60B2-7.66C2-6.99D2

對回歸模型進行方差分析,結果見表4。由表可知,該模型的相關性極顯著(P<0.0001),失擬項P值為0.1042(P>0.05),表明該方程的擬合度和可信度較高。擬合系數(shù)R2為0.9719,也說明該模型擬合度良好,可用于燕麥核桃乳的研發(fā)。由表中各系數(shù)的F值可知,各因素對燕麥核桃乳的感官評分影響程度的順序為:燕麥酶解漿添加量(A)>核桃漿添加量(B)>復合乳化劑添加量(C)>微晶纖維素添加量(D),即燕麥酶解漿添加量對產(chǎn)品感官評分影響最大,微晶纖維素添加量對產(chǎn)品感官評分影響最小。

表4 回歸模型方差分析Table 4 Analysis of variance of regression model

2.3.3 最佳參數(shù)的確定及模型驗證 根據(jù)回歸模型方程及方差分析,得到燕麥核桃乳的最優(yōu)配方參數(shù):燕麥酶解漿添加量為48.62%、核桃漿添加量為25.92%、復合乳化劑添加量為0.59%、微晶纖維素添加量為0.24%。在此配方參數(shù)下,燕麥核桃乳的感官評分預測值為91.92分。為了適應生產(chǎn)實際,方便投料操作,將上述最佳優(yōu)配方參數(shù)調(diào)整為:燕麥酶解漿添加量為48.5%、核桃漿添加量為26.0%,復合乳化劑和微晶纖維素添加量保持不變。在此配方參數(shù)下進行驗證實驗,平行3次實驗,產(chǎn)品感官評分值為90.35分,與預測值接近。

2.4 理化、微生物指標檢驗結果

為了滿足生產(chǎn)的合規(guī)性,驗證最優(yōu)配方下產(chǎn)品的品質(zhì),綜合QB/T 4221-2011《谷物類飲料》和GB/T 31325-2014《植物蛋白飲料 核桃露(乳)》有關定義和要求,擬制定燕麥核桃乳的企業(yè)標準,其理化和微生物指標要求及其對應檢驗方法下的檢驗結果,如表5所示。由表可知,燕麥核桃乳的理化指標和微生物指標均符合要求,產(chǎn)品質(zhì)量符合相關標準。

表5 燕麥核桃乳理化、微生物指標檢驗結果Table 5 Results of physicochemical and microbial indicators of oat and walnut milk

3 結論

通過實驗確定了由單硬脂酸甘油酯與蔗糖脂肪酸酯按6∶4 (m∶m)組成的復合乳化劑的乳化效果最佳,并確定了最佳穩(wěn)定劑為微晶纖維素。在單因素實驗基礎上,利用響應面優(yōu)化確定了燕麥核桃乳的最佳配方參數(shù):燕麥酶解漿添加量為48.5%、核桃漿添加量為26.0%、復合乳化劑添加量為0.59%、微晶纖維素添加量為0.24%。在此參數(shù)下生產(chǎn)的燕麥核桃乳口感滑爽、香氣和諧濃郁、甜味適中,狀態(tài)均勻細膩、有光澤、無異味,穩(wěn)定性良好。經(jīng)檢驗,燕麥核桃乳的理化指標和微生物指標均符合要求,產(chǎn)品質(zhì)量符合相關標準。燕麥核桃乳的研制,為進一步開發(fā)以燕麥為主的谷物飲料提供了理論參考。