新型板栗飲料穩(wěn)定性研究

萬景瑞，張樂，王趙改，史冠瑩，王曉敏，程菁菁，蔣鵬飛，趙麗麗

(河南省農(nóng)業(yè)科學院，農(nóng)副產(chǎn)品加工研究中心，河南 鄭州，450008)

板栗(CastaneamollissimaBlume)俗稱栗子、中國板栗，殼斗科栗屬堅果類植物，中國已有幾千年的栽培歷史。在我國各地板栗種植都十分廣泛，年產(chǎn)量 100萬t，位居世界第一[1-3]。板栗營養(yǎng)豐富，淀粉含高達70%，含高達7%的蛋白質(zhì)，能夠為生命活動提供所需的能量[4]。此外，板栗中還含有大量的脂肪、粗纖維、VB1、鐵和微量元素，其中VC和胡蘿卜素的含量都高于一般干果[5-6]。中醫(yī)學認為，板栗還有強健身體、促進消化等多種功效，被稱為“腎之果”[7]。生鮮板栗在貯存、長途運輸?shù)倪^程中極容易發(fā)生腐爛、發(fā)霉等變質(zhì)現(xiàn)象，采后損失嚴重[8-9]。因此，提高板栗的精深加工和綜合利用能力，是延長板栗產(chǎn)業(yè)鏈、提高其經(jīng)濟附加值的有效途徑。然而，我國農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)普遍較低，板栗加工業(yè)嚴重滯后，仍以生銷為主，加工轉(zhuǎn)化率僅為20%～30%，遠低于發(fā)達國家的90%～95%[10]。主要集中在糖炒板栗、板栗糕等經(jīng)過簡單加工的產(chǎn)品[11-12]。板栗因淀粉含量很高，在板栗加工過程中容易發(fā)生回生、老化、沉淀等一些問題[13-14]，成為影響產(chǎn)品質(zhì)量的難點。因此，如何有效解決板栗飲料的穩(wěn)定性問題是當務之急。

針對板栗飲料的沉淀分層等穩(wěn)定性問題，學者也已經(jīng)做了相關(guān)的研究，如王尚玉等[15]采用2種穩(wěn)定劑、均質(zhì)壓力和濃度進行搭配，來提高板栗乳飲料的穩(wěn)定性。吳超平等[16]研究了不同的乳化劑和親水性膠體對板栗濁汁類飲料的穩(wěn)定性作用。劉麗莉等[17]采用CMC、黃原膠、糖濃度、板栗漿濃度來控制板栗飲料的穩(wěn)定性。雖然提高了板栗飲料的穩(wěn)定性，但是均質(zhì)壓力和板栗漿的濃度均不易控制，增加板栗飲料穩(wěn)定的不確定性。到目前為止，仍未有提高板栗飲料穩(wěn)定性的理想試劑。因此，需要進一步研究和開發(fā)不同的穩(wěn)定劑和乳化劑來提高板栗飲料的穩(wěn)定性。探索提高板栗飲料穩(wěn)定性的優(yōu)良材質(zhì)，開發(fā)更深層次的板栗產(chǎn)品種類，符合人們對于飲料種類的多樣化、營養(yǎng)化、綠色化等方面的需求。本實驗研究了不同穩(wěn)定劑對板栗飲料穩(wěn)定性的影響，對新型板栗飲料開發(fā)及其深加工的進一步研究具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

板栗為大板紅品種，河北美客多食品有限公司提供；檸檬酸、谷胱甘肽、L-半胱氨酸、α-淀粉酶、黃原膠、羥甲基纖維素納(Carboxymethylcellulose sodium, CMC)、單硬脂肪酸甘油酯、脂肪酸蔗糖酯、海藻酸丙二醇酯(propylene glycol alginate, PGA)，食品級，均由河南圣斯德實業(yè)有限公司提供。

1.2 儀器與設備

JG01型去殼機，新沂市精工機械設備廠；YP20002型電子天平，上海越平科學儀器有限公司；JYL-Y92破壁料理機，九陽股份有限公司；HHS電熱恒溫水浴鍋，上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠；C22-IM05電磁爐，浙江蘇泊爾股份有限公司；H1850R臺式高速冷凍離心機，湖南湘儀實驗儀器開發(fā)有限公司；XHF-D高速分散器，寧波新芝生物科技股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 實驗工藝流程

挑選→脫殼→去衣→清洗→切片→護色→漂洗→打漿→酶解→滅酶→加穩(wěn)定劑→分散→初產(chǎn)品→穩(wěn)定性測定

1.3.2 操作要點

(1)挑選：挑選無霉爛、無蟲眼、形態(tài)均勻、飽滿完整的板栗；

(2)脫殼：用板栗脫殼機去殼，手工去除附著在板栗表面的紅衣，收集好脫殼板栗仁備用；

(5)切片：用不銹鋼刀片將板栗仁切成5 mm左右的板栗片；

(6)護色：按照料液比1∶3(g∶mL)將板栗片置于護色液(檸檬酸8 g/L，L-半胱氨酸0.4 g/L，谷胱甘肽0.5 g/L，參照張樂等方法[18])中常溫浸泡50 min，進行護色；

(7)漂洗：護色處理后，用清水洗板栗片2～3次；

(8)打漿：按照料液比1∶4(g∶mL)在破壁料理機中進行打漿處理；

(9)酶解：將板栗漿液轉(zhuǎn)移至燒杯中，加入以添加量為3 g/L加入 α-淀粉酶混勻，然后轉(zhuǎn)移至恒溫水浴鍋65 ℃，酶解1 h， 參照張樂等方法[19]；

(10)滅酶：將酶解后的板栗漿液，至于沸水浴中進行滅酶5 min；

(11)加穩(wěn)定劑：將滅好酶的漿液分別移入不同燒杯中，加入穩(wěn)定劑；用高速勻漿機混合均勻(條件設置為轉(zhuǎn)速10 000 r/min，時間1 min)；

(12)穩(wěn)定性測定：

取適當量的板栗漿液w，裝入50 mL的離心管，以轉(zhuǎn)速4 000 r/min，離心10 min，棄去上層清液，測定剩余質(zhì)量w0。

(1)

式中：w0，剩余固形物的質(zhì)量，g；w，所取板栗漿液的總質(zhì)量，g。

1.3.3 穩(wěn)定劑對板栗飲料穩(wěn)定性影響單因素試驗設計

1.3.3.1 黃原膠對板栗飲料穩(wěn)定性的影響

分別取滅酶后的板栗漿液200 mL于6個燒杯中，第1個燒杯板栗漿不加穩(wěn)定劑作為空白，另外5個燒杯中分別加入質(zhì)量濃度為1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 g/L的黃原膠，然后用高速勻漿機混合均勻，研究不同濃度的黃原膠對板栗飲料穩(wěn)定性的影響。

1.3.3.2 CMC對板栗飲料穩(wěn)定性的影響

分別取滅酶后的板栗漿液200 mL于6個燒杯中，第1個燒杯板栗漿不加穩(wěn)定劑作為空白，另外5個燒杯中分別加入質(zhì)量濃度為1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 g/L的CMC，然后用高速勻漿機混合均勻，研究不同濃度的CMC對板栗飲料穩(wěn)定性的影響。

1.3.3.3 單硬脂肪酸甘油酯對板栗飲料穩(wěn)定性的影響

分別取滅酶后的板栗漿液200 mL于6個燒杯中，第1個燒杯板栗漿不加穩(wěn)定劑作為空白，另外5個燒杯中分別加入質(zhì)量濃度為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 g/L的單硬脂肪酸甘油酯，然后用高速勻漿機混合均勻，研究不同濃度的單硬脂肪酸甘油酯對板栗飲料穩(wěn)定性的影響。

1.3.3.4 脂肪酸蔗糖酯對板栗飲料穩(wěn)定性的影響

分別取滅酶后的板栗漿液200 mL于6個燒杯中，第1個燒杯板栗漿不加穩(wěn)定劑作為空白，另外5個燒杯中分別加入質(zhì)量濃度為1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 g/L的脂肪酸蔗糖酯，然后用高速勻漿機混合均勻，研究不同濃度的脂肪酸蔗糖酯對板栗飲料穩(wěn)定性的影響。

1.3.3.5 PGA對板栗飲料穩(wěn)定性的影響

分別取滅酶后的板栗漿液200 mL于6個燒杯中，第1個燒杯板栗漿不加穩(wěn)定劑作為空白，另外5個燒杯中分別加入質(zhì)量濃度為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 g/L的PGA，然后用高速勻漿機混合均勻，研究不同濃度的PGA對板栗飲料穩(wěn)定性的影響。

1.3.4 穩(wěn)定劑配比的優(yōu)化實驗設計

在單因素穩(wěn)定劑對板栗飲料穩(wěn)定性影響的實驗基礎上，選擇黃原膠、CMC、PGA、單硬脂肪酸甘油酯為A、B、C、D四因素，設計L9(34)正交實驗，對穩(wěn)定劑的配比進行優(yōu)化，選出穩(wěn)定劑最佳配比以及各因子的主次順序。正交實驗因素及水平設計如表3所示：

表1 實驗因素及水平Table 1 Experimental factors and levels

1.3.5 數(shù)據(jù)分析

采用Origin 8.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析繪圖，采用正交設計助手Π進行正交設計與方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單一穩(wěn)定劑對穩(wěn)定性影響的結(jié)果分析

2.1.1 黃原膠對板栗飲料穩(wěn)定性的影響

不同濃度黃原膠對板栗飲料穩(wěn)定性影響如圖1所示，可知板栗飲料穩(wěn)定性隨著黃原膠質(zhì)量濃度的增大，呈現(xiàn)先升高后降低趨勢，質(zhì)量濃度為1 g/L時，穩(wěn)定性達到最高點，隨后穩(wěn)定性隨著質(zhì)量濃度的增大而減小。可能是在黃原膠質(zhì)量濃度為1 g/L時，板栗飲料的持水力增加，黃原膠良好的增黏性和優(yōu)良的流變學特性，能夠使液體增稠和板栗顆粒呈懸浮狀態(tài)，使板栗飲料經(jīng)過離心后有較少量的沉淀物，對板栗飲料的穩(wěn)定性最好[20]。

圖1 不同質(zhì)量濃度黃原膠對板栗飲料穩(wěn)定性的影響Fig.1 Effect of different concentrations of xanthan gum on stability of chestnut beverage

2.1.2 CMC對板栗飲料穩(wěn)定性的影響

不同質(zhì)量濃度CMC對板栗飲料穩(wěn)定性如圖2所示，可知穩(wěn)定性隨著CMC質(zhì)量濃度的增大，呈現(xiàn)先增大后降低趨勢，濃度為3 g/L時，穩(wěn)定性達到最高點，隨后穩(wěn)定性隨著質(zhì)量濃度的增大而減小。

圖2 不同質(zhì)量濃度羧甲基纖維素鈉對板栗飲料穩(wěn)定性的影響Fig.2 Effect of different concentrations of carboxymethyl cellulose sodium on stability of chestnut beverage

可能是在CMC質(zhì)量濃度為3 g/L時，板栗飲料的持水力增加，CMC在板栗漿液中可穩(wěn)定蛋白質(zhì)，同時降低脂肪和水表面張力，促進脂肪充分乳化，起到增稠和穩(wěn)定的作用，使板栗飲料經(jīng)過離心后有較少量的沉淀物，對板栗飲料的穩(wěn)定性最好[21]。

2.1.3 單硬脂肪酸甘油酯對板栗飲料穩(wěn)定性的影響

不同濃度單硬脂肪酸甘油酯對板栗飲料穩(wěn)定性如圖3所示，可知穩(wěn)定性隨著單硬脂肪酸甘油酯質(zhì)量濃度的增大，呈現(xiàn)先增大后降低趨勢，當質(zhì)量濃度為0.5 g/L 時，板栗飲料穩(wěn)定性達到最高點，隨后穩(wěn)定性隨著質(zhì)量濃度的增大而減小?？赡苁窃趩斡仓舅岣视王ベ|(zhì)量濃度為0.5 g/L時，板栗飲料的持水力增加，單硬脂肪酸甘油酯是一種多元醇型非離子型表面活性劑，它有良好的表面活性，能夠與水發(fā)生一種復雜的相互作用，形成單甘脂-水體系的介晶相，因而使板栗飲料經(jīng)過離心后有較少量的沉淀物，對板栗飲料的穩(wěn)定性最好[22]。

圖3 不同質(zhì)量濃度單硬脂肪酸甘油酯對板栗飲料穩(wěn)定性的影響Fig.3 Effect of different concentrations of monoglyceride on stability of chestnut beverage

2.1.4 脂肪酸蔗糖酯對板栗飲料穩(wěn)定性的影響

不同濃度脂肪酸蔗糖酯對板栗飲料穩(wěn)定性如圖4所示。

圖4 不同質(zhì)量濃度脂肪酸蔗糖酯對板栗飲料穩(wěn)定性的影響Fig.4 Effect of sucrose fattyacid esters with different concentrations on stability of chestnut beverage

由圖4可知，穩(wěn)定性隨著脂肪酸蔗糖酯質(zhì)量濃度的增大，呈現(xiàn)先增大后降低趨勢，當質(zhì)量濃度為1 g/L時，板栗飲料穩(wěn)定性達到最高點，隨后穩(wěn)定性隨著質(zhì)量濃度的增大而減小。可能是脂肪酸蔗糖酯質(zhì)量濃度為1 g/L時，脂肪酸蔗糖酯具有較高的表面活性，較低的臨界約束濃度，能夠降低表面張力，同時具有良好的乳化、親水、分散增溶等性能，因而使板栗飲料經(jīng)過離心后有較少量的沉淀物，對板栗飲料的穩(wěn)定性最好[23-24]。

2.1.5 PGA對板栗飲料穩(wěn)定性的影響

不同質(zhì)量濃度PGA對板栗飲料穩(wěn)定性如圖5所示，由圖5可知，穩(wěn)定性隨著PGA質(zhì)量濃度的增大，呈現(xiàn)先增大后降低再增大的趨勢，濃度為0.5 g/L時，穩(wěn)定性達到最高點，隨后穩(wěn)定性隨著質(zhì)量濃度的增大而后減小。可能是在PGA質(zhì)量濃度為0.5 g/L時，板栗飲料的乳化性增加，PGA能夠與脂肪球和蛋白質(zhì)結(jié)合，形成一些復合體，增加了飲料的黏稠性，同時PGA具有良好的增加穩(wěn)定及乳化2種作用，因而使板栗飲料經(jīng)過離心后有較少量的沉淀物，對板栗飲料的穩(wěn)定性最好[25]。

圖5 不同質(zhì)量濃度海藻酸丙二醇酯對板栗飲料穩(wěn)定性的影響Fig.5 Effect of different concentrations of propylene glycol alginate on stability of chestnut beverage

2.2 穩(wěn)定劑配比對穩(wěn)定性影響的優(yōu)化實驗結(jié)果分析

2.2.1 直觀分析

穩(wěn)定劑配比實驗設計及其結(jié)果見表4，根據(jù)極差R值可知，板栗飲料穩(wěn)定性的影響因子主次順序依次為：A>C>B>D，即黃原膠對板栗飲料穩(wěn)定性影響最大，其次是PGA、CMC和單硬脂肪酸甘油酯。根據(jù)實驗結(jié)果和k值得到最佳穩(wěn)定劑的復配比為：A1B3C3D1，即黃原膠的質(zhì)量濃度1.0 g/L，CMC 4.0 g/L，PGA 2.0 g/L，單硬脂肪酸甘油酯1.0 g/L時護色效果最佳。

2.2.2 方差分析

對正交實驗方差分析，結(jié)果見表5，可知方差分析和極差分析結(jié)果一致，即影響板栗飲料穩(wěn)定性的因子主次順序依次為：黃原膠> PGA > CMC >單硬脂肪酸甘油酯。在實驗誤差范圍內(nèi)，黃原膠對板栗飲料的穩(wěn)定性有顯著性影響(P<0.05)，CMC和PGA對穩(wěn)定性的影響不顯著(P>0.05)。

2.2.3 驗證實驗

按照穩(wěn)定劑A1B3C3D1的最佳復配比，即黃原膠質(zhì)量濃度1.0 g/L，CMC 4.0 g/L，PGA 2.0 g/L，單硬脂肪酸甘油酯1.0 g/L時對制備好的板栗飲料進行處理，穩(wěn)定性達到71.107%，進一步驗證了復配工藝可使板栗飲料穩(wěn)定性提高。

表2 正交實驗設計及結(jié)果Table 2 Orthogonal experiment design and result

表3 正交實驗結(jié)果方差分析Table 3 Orthogonality analysis of variance test results

注：“*”表示P<0.05，有顯著性差異。

3 結(jié)論與展望

本研究在單因素穩(wěn)定劑基礎上，選擇黃原膠、CMC、PGA和單硬脂肪酸甘油酯進行配比優(yōu)化實驗，結(jié)果得到黃原膠、CMC、PGA、單硬脂肪酸甘油酯質(zhì)量濃度分別為1.0、4.0、2.0、1.0 g/L進行復配時，對板栗飲料穩(wěn)定性的效果最佳，驗證實驗中板栗飲料穩(wěn)定性達到了71.107%。本實驗為解決板栗飲料加工過程中的穩(wěn)定性問題提供了理論依據(jù)，為解決板栗深加工產(chǎn)品的利用程度，對新型板栗飲料開發(fā)及其精深加工的進一步研究具有重要的意義。