食用木薯飲料加工工藝優(yōu)化

李明娟 ，張雅媛 ,*，游向榮 ，王 穎 ，周 葵 ，衛(wèi) 萍 ，黃會(huì)玲

（1.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，廣西 南寧 530007；2.廣西果蔬貯藏與加工新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530007；3.廣西香蕉保鮮與加工工程技術(shù)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(gè)國(guó)家的熱帶和亞熱帶地區(qū)，因其塊根中含有豐富的淀粉，而被譽(yù)為“淀粉之王”[1-4]。根據(jù)我國(guó)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1520—2007《木薯》中的術(shù)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(jù)陸柳英等[6]報(bào)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(hào)（SC9）食用木薯鮮薯中氫氰酸含量為30～40 mg/kg，營(yíng)養(yǎng)豐富、均衡，富含淀粉、膳食纖維、多種維生素及礦物質(zhì)，薯肉淡黃色，煮熟后呈黃色，口感清甜、細(xì)嫩松粉，風(fēng)味特別，被譽(yù)為“蛋黃木薯”[7-10]，屬于優(yōu)質(zhì)雜糧。

隨著人們生活水平的不斷提高，因“營(yíng)養(yǎng)過剩”而導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)失衡的現(xiàn)象越來越明顯，“現(xiàn)代營(yíng)養(yǎng)不良癥”也正悄悄向已經(jīng)富裕起來的人們逼近。在此勢(shì)頭下，消費(fèi)者對(duì)膳食營(yíng)養(yǎng)均衡的意識(shí)也在不斷提高。雜糧飲料通過采用現(xiàn)代食品高新技術(shù)加工而成，不僅能夠充分保留原料中的營(yíng)養(yǎng)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(xiàn)代生活快節(jié)奏和健康飲食的需求而成為飲料行業(yè)的新寵，受消費(fèi)者歡迎，因此，食用木薯飲料的生產(chǎn)及開發(fā)有著巨大的市場(chǎng)潛力。

然而，木薯富含淀粉，在飲料儲(chǔ)藏過程中極易“老化”，產(chǎn)品很容易出現(xiàn)沉淀、分層、析水、脂肪上浮、凝膠等穩(wěn)定性差的問題，導(dǎo)致飲料口感變差、風(fēng)味減弱[11-13]，制約木薯雜糧飲料的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。前人對(duì)華農(nóng)8 號(hào)木薯汁[14]、甜木薯汁[15]酶解條件，包括酶用量、酶解溫度、時(shí)間、pH 進(jìn)行了研究，然而尚未見食用木薯飲料酶解、調(diào)配及穩(wěn)定性工藝條件優(yōu)化研究方面的報(bào)道。本文以華南9 號(hào)食用木薯為原料制備飲料，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用正交試驗(yàn)對(duì)其酶解、配方和復(fù)合穩(wěn)定劑技術(shù)條件進(jìn)行了優(yōu)化，旨在解決高淀粉含量引起的木薯飲料穩(wěn)定性差的問題，為木薯飲料產(chǎn)品的開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

華南9 號(hào)食用木薯采自廣西南寧市武鳴縣，經(jīng)檢測(cè)，原料氫氰酸含量為27 mg/kg，食用安全；白砂糖為食品級(jí)，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(jí)，河南圣斯德實(shí)業(yè)有限公司產(chǎn)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(chǎn)品。

1.1.2 儀器與設(shè)備

BC/BD-500HA 型冰柜，JYL-Y20 型破壁打漿機(jī)，JM-L50 型膠體磨，101-2AB 型電熱鼓風(fēng)干燥箱，TG16-WS 型臺(tái)式高速離心機(jī)，TU-1810 紫外可見分光光度計(jì)，WJ-3A 型恒溫水浴鍋，6350 型酸度計(jì)，其他為實(shí)驗(yàn)室常用儀器設(shè)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(diào)配→均質(zhì)→殺菌→灌裝→成品

1.2.2 操作要點(diǎn)

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(zhì)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(nèi)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(diào)配

以白砂糖、植脂末和檸檬酸調(diào)配成飲料，以飲料感官品質(zhì)（色澤、風(fēng)味、口感、組織狀態(tài)）評(píng)價(jià)及評(píng)分為考察指標(biāo)，確定木薯飲料配方。

1.2.2.7 均質(zhì)、殺菌、灌裝

將木薯飲料進(jìn)行均質(zhì)，然后進(jìn)行巴氏滅菌，再灌裝即得成品。

1.2.3 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

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(jìn)一步細(xì)化，按木薯原料質(zhì)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(zhì)為考察指標(biāo)，確定最佳料液比。

1.2.3.2 正交試驗(yàn)優(yōu)化木薯漿酶解工藝

采用耐高溫α-淀粉酶對(duì)木薯漿進(jìn)行酶解處理，在前期單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以木薯漿葡萄糖當(dāng)量（DE 值）為考察指標(biāo)，設(shè)計(jì)加酶量、酶解溫度和酶解時(shí)間為主要影響因素的正交試驗(yàn)（表1），確定最佳酶解條件工藝參數(shù)。

表1 酶解條件優(yōu)化正交試驗(yàn)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(diào)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(zhì)描述及感官評(píng)分為考察指標(biāo)，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(zhì)量占木薯漿質(zhì)量百分比計(jì)，下同），確定食用木薯飲料調(diào)配配方。

1.2.3.4 正交試驗(yàn)優(yōu)化復(fù)配穩(wěn)定劑配方

根據(jù)前期大量單因素試驗(yàn)結(jié)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(fù)配乳化增稠穩(wěn)定劑進(jìn)行正交試驗(yàn)，具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表2（各穩(wěn)定劑添加量均以占木薯漿的質(zhì)量百分比計(jì)，下同），以離心沉淀率為考核指標(biāo)，對(duì)木薯飲料復(fù)合穩(wěn)定劑進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

表2 復(fù)配穩(wěn)定劑配方優(yōu)化正交試驗(yàn)因素水平表Table 2 Factors and levels of orthogonal test for compound stabilizer formula

1.2.4 測(cè)定指標(biāo)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?jiān)|(zhì)量，每個(gè)樣品重復(fù)3 次[16]。計(jì)算公式為：

原料利用率（%）=（木薯漿樣品質(zhì)量-殘?jiān)|(zhì)量）/木薯漿樣品質(zhì)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(cè)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(fēng)干燥箱中烘干至恒重，總固形物含量（%）=干物質(zhì)含量/被測(cè)體積×100。

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

1.2.4.3 木薯飲料感官品質(zhì)評(píng)價(jià)

由經(jīng)過專門培訓(xùn)的10 人組成評(píng)價(jià)小組，對(duì)食用木薯飲料產(chǎn)品進(jìn)行感官品質(zhì)評(píng)價(jià)并評(píng)分，去掉1 個(gè)最高分和1 個(gè)最低分，取8 個(gè)評(píng)分的平均值為最終得分，具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 食用木薯飲料感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Sensory score standard of edible cassava beverage

1.2.4.4 pH

使用酸度計(jì)測(cè)定。

1.2.4.5 離心沉淀率

準(zhǔn)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(zhì)量，每個(gè)樣品重復(fù)3 次[19]。

離心沉淀率（%）=沉淀物質(zhì)量/木薯飲料質(zhì)量×100

1.2.5 數(shù)據(jù)處理

采用DPS 7.05 和Excel 2003 軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析并制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 料液比對(duì)食用木薯原料利用率及感官評(píng)價(jià)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?。浑S著水添加量的增多，木薯原料溶出物質(zhì)增加，原料利用率隨之升高，當(dāng)料液比為1∶6（g/g）時(shí)，木薯原料利用率最高，為57.67%；之后繼續(xù)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(dòng)性和口感較差；料液比為1∶6（g/g）時(shí)，木薯漿風(fēng)味較濃郁，流動(dòng)性好，口感爽滑細(xì)膩；水添加量過多，木薯漿過稀會(huì)影響其風(fēng)味和口感。綜上所述，接下來的試驗(yàn)選擇料液比為 1∶6（g/g）為宜。

表4 料液比對(duì)木薯漿感官評(píng)價(jià)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(yōu)化

由表 5 可知，極差R值大小為：C＞B＞A，即酶解工藝條件對(duì)木薯漿DE 值的影響因素主次順序?yàn)椋好附鈺r(shí)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(shí)間120 min，該組合即為試驗(yàn)設(shè)計(jì)中的7 號(hào)，在此工藝條件下制備的木薯汁DE 值最高為30.34%，顯著優(yōu)于其他試驗(yàn)號(hào)DE 值（P＜0.05）。

表5 木薯漿酶解工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Results of orthogonal experiment for enzymolysis

2.3 食用木薯飲料調(diào)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(diào)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(fēng)味，流動(dòng)性好，感官評(píng)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(chǔ)存。

表6 木薯飲料配方調(diào)配試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Results of formulation experiment of edible cassava beverage

2.4 食用木薯飲料穩(wěn)定性的研究

離心沉淀率是反映飲料穩(wěn)定性的一個(gè)重要指標(biāo)，離心沉淀率越低，產(chǎn)品穩(wěn)定性越好[20]。由表7 可見，極差R值大小為：D＞B＞A＞C，即復(fù)合穩(wěn)定劑中卡拉膠對(duì)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(jù)k的最小值確定最優(yōu)水平為A3B3C1D3，與試驗(yàn)最優(yōu)（試驗(yàn)號(hào)8）A3B2C1D3不一致，因此需要做驗(yàn)證試驗(yàn)進(jìn)一步確定最佳組合。

表7 穩(wěn)定性正交試驗(yàn)結(jié)果Table 7 The results of orthogonal experiment for stability

由表8 可見，正交試驗(yàn)極差分析最優(yōu)A3B3C1D3與試驗(yàn)最優(yōu)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(biāo)準(zhǔn)，我們選擇A3B3C1D3為最佳穩(wěn)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(fēng)味、無異味，口感順滑細(xì)膩、酸甜適中，流動(dòng)性好、無沉淀及懸浮物。

表8 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果Table 8 Results of verification experiment

3 討論與結(jié)論

料液比對(duì)木薯漿酶解反應(yīng)程度以及飲料產(chǎn)品的風(fēng)味、口感有著重要影響。通常來說，在一定的料液比范圍內(nèi)，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(dāng)料液比超過一定范圍，底物濃度逐漸變少，淀粉酶被稀釋，導(dǎo)致反應(yīng)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(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品風(fēng)味不足、口感較差，失去應(yīng)有的濃厚質(zhì)感和香味，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值也會(huì)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(píng)價(jià)，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(yùn)動(dòng)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(dǎo)致體系發(fā)生析水、沉淀、老化回生等不穩(wěn)定現(xiàn)象[21]，采用α-淀粉酶對(duì)木薯漿進(jìn)行酶解，從淀粉分子內(nèi)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(gè)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(biāo)，采用正交試驗(yàn)研究確定了華農(nóng)8 號(hào)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(shí)間2.5 h，自然pH；同時(shí)采用正交試驗(yàn)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(shí)間對(duì)甜木薯汁透光率的影響，得到最優(yōu)酶法澄清工藝參數(shù)為：溫度50 ℃，pH 4.5，處理時(shí)間4 h[15]。李忠海等[22]采用響應(yīng)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(shí)間80 min，酶解溫度90 ℃。而本研究以木薯汁DE 值為考核指標(biāo)優(yōu)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(shí)間120 min。試驗(yàn)結(jié)果受不同原料、酶制劑、研究方法、考核指標(biāo)等多因素影響，因此研究結(jié)果存在差異。

由于本研究中木薯漿原料只經(jīng)過耐高溫α-淀粉酶酶解而沒有用糖化酶進(jìn)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(dá)到消費(fèi)者喜歡的口味要求。同時(shí)，飲料中需要加入一些調(diào)節(jié)風(fēng)味和口感的調(diào)味劑，通過添加植脂末調(diào)節(jié)飲料清爽潤(rùn)滑的口感和奶香味，添加少量檸檬酸來調(diào)節(jié)產(chǎn)品至舒適的風(fēng)味及合適的pH。本研究結(jié)果顯示，添加8%白砂糖、0.2%植脂末、0.04%檸檬酸調(diào)配出來的食用木薯飲料的色澤、風(fēng)味、口感和組織狀態(tài)均最佳。

飲料加工過程中穩(wěn)定體系的建立是衡量飲料質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，同時(shí)也是影響產(chǎn)品口感、質(zhì)地和貨架期的關(guān)鍵因素[23-24]。木薯飲料是由淀粉、糖類、脂肪、蛋白質(zhì)及纖維素等多種物質(zhì)組成的一類復(fù)雜的乳狀液體系，其穩(wěn)定性差，從而影響產(chǎn)品的口感和保質(zhì)期，本研究通過使用復(fù)合乳化劑和增稠劑來增強(qiáng)產(chǎn)品的穩(wěn)定性，可充分利用單一穩(wěn)定劑之間的協(xié)同互作效應(yīng)，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)可避免某種單一穩(wěn)定劑添加量過大而影響產(chǎn)品風(fēng)味和口感。乳化劑能與碳水化合物、淀粉和蛋白質(zhì)等食品成分發(fā)生特殊的相互作用，形成穩(wěn)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(jié)構(gòu)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(wǎng)格結(jié)構(gòu)，以高分子無規(guī)則線團(tuán)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(shù)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(wěn)定乳狀液體系的作用[28]。

本研究以新鮮華南9 號(hào)食用木薯為主要原料開發(fā)風(fēng)味獨(dú)特、口感新穎、穩(wěn)定性好的食用木薯飲料產(chǎn)品，為木薯深加工利用提供了新思路，可延長(zhǎng)木薯產(chǎn)業(yè)鏈，提高其經(jīng)濟(jì)效益，開發(fā)利用前景廣闊。本研究未對(duì)食用木薯飲料均質(zhì)條件、殺菌工藝和貯藏穩(wěn)定性進(jìn)行優(yōu)化確定，有待進(jìn)一步研究。