高壓均質(zhì)對天冬飲料穩(wěn)定性的影響及其粒徑表征

◎ 晏飛利，劉 丹，陳艾萌，呂向陽，吳佳慧，陳 彥，劉 軍，涂 坤

（1.四川省內(nèi)江市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，四川 內(nèi)江 641099；2.西南科技大學(xué)材料與化學(xué)學(xué)院，四川 綿陽 621010；3.威遠縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，四川 威遠 642450）

天冬，百合科植物天門冬[Asparagus cochinchinensis（Lour）Merr]的干燥塊莖，為傳統(tǒng)補陰中藥，具有養(yǎng)陰潤燥、補肺生津的功效，為國家衛(wèi)計委公布的可用于保健食品的中藥材之一[1]。天冬具有悠久的食用歷史，天冬藥膳、天冬酒、天冬蜜餞等廣受歡迎[2]。天冬含有豐富的多糖、皂苷、氨基酸等，具有鎮(zhèn)咳祛痰、抗氧化、抗衰老、抗疲勞和降糖等多種藥理作用[3-4]。隨著我國老年化進程的加快以及亞健康人群的增多，人們對具有保健作用飲料的需求逐漸增大，將天冬開發(fā)為健康飲料具有廣闊的市場前景，但天冬飲料保存過程中易發(fā)生渾濁現(xiàn)象，嚴重影響產(chǎn)品品質(zhì)[5-6]。

高壓均質(zhì)可通過剪切力、碰撞效應(yīng)和空穴爆炸力等綜合作用使物料達到超細粉碎的效果，從而形成均勻穩(wěn)定的體系[7]。高壓均質(zhì)是目前飲料工業(yè)常用的加工技術(shù)手段。石天琪等[8]采用高壓均質(zhì)優(yōu)化黃桃果汁的穩(wěn)定性，結(jié)果表明在壓力30 MPa，均質(zhì)溫度32 ℃，均質(zhì)次數(shù)3次能達到最佳的穩(wěn)定效果。王德芝等[9]對靈芝浸提液飲料分別采取靜置48 h、2 000 r·min-1離心5 min、加熱65 ℃控制18 MPa均質(zhì)，得到的靈芝飲料穩(wěn)定性好。本研究對天冬飲料進行高壓均質(zhì)，采用穩(wěn)定系數(shù)表征其穩(wěn)定效果，篩選出最佳的均質(zhì)條件，并測定其均質(zhì)前后的粒徑分布，為天冬飲料的開發(fā)利用提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮天冬，購于恒基種植專業(yè)合作社；雪梨采購于當(dāng)?shù)爻?；甜菊糖苷、山梨糖醇、黃原膠和檸檬酸，購于河南萬邦化工科技有限公司；APV2000高壓均質(zhì)機，丹麥APV公司；Zetasizer Nano ZS型納米粒度儀，英國Malvern公司；UV752紫外可見分光光度計，上海佑科儀器儀表有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 天冬雪梨飲料的制備

按照天冬汁20%、雪梨汁5%、甜菊糖苷0.03%、山梨糖醇2%、黃原膠0.05%和檸檬酸0.5%制作天冬飲料。

1.2.2 不同高壓均質(zhì)條件對天冬飲料穩(wěn)定性的影響

采用穩(wěn)定系數(shù)評價天冬飲料穩(wěn)定性[8,10]。穩(wěn)定系數(shù)即離心后的濁度與離心前的濁度的比值。天冬飲料的渾濁穩(wěn)定性可用其離心作用后的吸光度值衡量。穩(wěn)定系數(shù)越大，表明飲料的穩(wěn)定性越好。準確量取天冬飲料30 mL置于離心管中，用去離子水調(diào)零作為參照組，在5 000 r·min-1的轉(zhuǎn)速下，離心8 min，取出靜置3 min，用移液管吸取1 mL飲料原液，再用移液管吸取上清液至比色皿，在400 nm波長處測定吸光光度值，計算穩(wěn)定系數(shù)。穩(wěn)定系數(shù)計算公式為：

①一級均質(zhì)壓力對飲料穩(wěn)定性影響的測定。在二級壓力為90 MPa的條件下，分別調(diào)節(jié)一級壓力為 0 MPa、30 MPa、60 MPa、90 MPa、120 MPa和150 MPa將天冬飲料通過高壓均質(zhì)機均質(zhì)1次，測定其穩(wěn)定系數(shù)。②二級均質(zhì)壓力對飲料穩(wěn)定性影響的測定。在篩選出的最佳的一級均質(zhì)壓力下，分別調(diào)節(jié)二級壓力為0 MPa、30 MPa、60 MPa、90 MPa、120 MPa和150 MPa將天冬飲料通過高壓均質(zhì)機均質(zhì)1次，測定其穩(wěn)定系數(shù)。③均質(zhì)次數(shù)對飲料穩(wěn)定性影響的測定。在最佳的一級及二級均質(zhì)壓力下，分別將天冬飲料均質(zhì)0次、1次、2次、3次、4次和5次，測定其穩(wěn)定系數(shù)。

1.2.3 高壓均質(zhì)前后飲料粒度變化的測定

取天冬飲料1 mL于樣品池，用1 mL蒸餾水調(diào)零后，測定其粒徑分布。

2 結(jié)果與分析

2.1 一級均質(zhì)壓力對穩(wěn)定系數(shù)的影響

由圖1可知，當(dāng)均質(zhì)壓力＜90 MPa時，隨著均質(zhì)壓力的升高，穩(wěn)定系數(shù)逐漸增大，90 MPa時穩(wěn)定系數(shù)為0.59±0.09，但超過90 MPa后穩(wěn)定系數(shù)反而下降，因此一級均質(zhì)壓力為90 MPa時，天冬飲料的穩(wěn)定性最佳。

圖1 一級均質(zhì)壓力對天冬穩(wěn)定系數(shù)的影響圖

2.2 二級均質(zhì)壓力對穩(wěn)定系數(shù)的影響

在最佳的一級均質(zhì)壓力下，二級均質(zhì)壓力對天冬飲料穩(wěn)定性的影響見圖2，在二級均質(zhì)壓力為60 MPa時，穩(wěn)定系數(shù)達到最大為0.66±0.03，繼續(xù)增大均質(zhì)壓力，穩(wěn)定系數(shù)呈下降趨勢。因此，二級均質(zhì)壓力為60 MPa時，天冬飲料的穩(wěn)定性最佳。

圖2 二級均質(zhì)壓力對天冬穩(wěn)定系數(shù)的影響圖

2.3 均質(zhì)次數(shù)對穩(wěn)定系數(shù)的影響

由圖3可知，在一級均質(zhì)壓力90 MPa、二級均質(zhì)壓力60 MPa條件下，穩(wěn)定系數(shù)隨著均質(zhì)次數(shù)增大而增大，在均質(zhì)次數(shù)為4次時達到最大，穩(wěn)定系數(shù)為0.86±0.02，繼續(xù)增加均質(zhì)次數(shù)，穩(wěn)定系數(shù)反而下降。因此，均質(zhì)次數(shù)為4次時，天冬飲料的穩(wěn)定性最佳。

圖3 均質(zhì)次數(shù)對天冬穩(wěn)定系數(shù)的影響圖

2.4 高壓均質(zhì)對飲料粒度分布的影響

均質(zhì)前飲料粒徑為1 560.2 nm，粒徑較大，多分散指數(shù)（Polydispersity Index，PDI）為0.348（表1），粒度分布較不均勻（圖4）。均質(zhì)后粒徑為509.3 nm，PDI為0.109（表1），粒度分布較均勻（圖5）。

表1 高壓均質(zhì)前后天冬飲料的粒徑分布表

圖4 天冬飲料均質(zhì)前的粒度分布圖

圖5 天冬飲料均質(zhì)后的粒度分布圖

3 結(jié)論與討論

目前，常用的改善飲料穩(wěn)定性的方法有添加穩(wěn)定劑、增稠劑、復(fù)合酶蛋白及高壓均質(zhì)等，但穩(wěn)定劑、增稠劑及復(fù)合酶蛋白的不適宜或過量添加會影響飲料的口感和風(fēng)味[11,12]。高壓均質(zhì)是一種純物理的非熱加工手段，將高壓均質(zhì)應(yīng)用于飲料加工，不僅可以最大限度保持飲料的口感和營養(yǎng)成分，而且能增加飲料的滲透性和吸收性，提升飲料質(zhì)量，延長飲料的貨架期[13-14]。

渾濁性飲料，如果汁、蛋白飲料的加工，高壓均質(zhì)壓力在15～40 MPa一般能達到較好的效果[10,15]。而對于顆粒較小的飲料體系，可采用更高的均質(zhì)壓力使物料達到納米級以形成穩(wěn)定體系，本研究應(yīng)用的高壓均質(zhì)機具有兩級均質(zhì)效果，最大均質(zhì)壓力可達200 MPa，能最大程度地細化物料。試驗結(jié)果顯示，在一級壓力90 MPa、二級壓力60 MPa，均質(zhì)次數(shù)為4次時，天冬飲料的穩(wěn)定系數(shù)最大，均質(zhì)效果最佳。均質(zhì)前后飲料顆粒徑由1 560.2 nm減小到509.3 nm，體系內(nèi)的顆粒進一步細化，粒度分布也由0.348減小到0.109，粒度分布較均勻。本研究建立的高壓均質(zhì)參數(shù)適宜天冬飲料的加工，能使天冬飲料達到較好的穩(wěn)定效果，為天冬飲料的開發(fā)利用奠定了一定科學(xué)基礎(chǔ)，但要使天冬飲料進入流通，還應(yīng)建立其質(zhì)量標準。