影響懸浮型奇亞籽飲料穩(wěn)定性的因素

郎秀杰，孔凡平，郭成宇

齊齊哈爾大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，黑龍江省果蔬雜糧飲品工程技術(shù)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(chǎn)于墨西哥南部和危地馬拉等北美洲地區(qū)[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(zhì)、維生素、礦物質(zhì)等。根據(jù)科學(xué)研究，奇亞籽不會引起任何不良過敏反應(yīng)以及抗?fàn)I養(yǎng)和毒性作用[2]。奇亞籽在國外已經(jīng)被用作一種營養(yǎng)補(bǔ)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(zhì)的蛋白質(zhì)、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(yǎng)成分制作飲料適合大多數(shù)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(yàn)對奇亞籽的懸浮穩(wěn)定性進(jìn)行研究，以保證產(chǎn)品的貨架期。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

奇亞籽（市售，產(chǎn)地浙江）；白砂糖（市售）；復(fù)配穩(wěn)定劑（食品級，由黑龍江省果蔬雜糧飲品工程技術(shù)中心提供）。

1.2 儀器與設(shè)備

JY-3002電子天平（上海精密科學(xué)儀器有限公司）；200 mm型申環(huán)MINI離心機(jī)（張家港市離心機(jī)制造廠）；黏度儀（上海精密科學(xué)儀器有限公司）；DK-98-1型數(shù)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(chǎn)工藝流程

1.3.2 操作要點(diǎn)

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(shù)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(wěn)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(diào)配：將制得的奇亞籽與配料液混合，向其加入純凈水進(jìn)行定容穩(wěn)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(chǎn)品。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 穩(wěn)定系數(shù)[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(wěn)定系數(shù)為R，按式（1）計算其穩(wěn)定系數(shù)，測定3次，取平均值。

1.4.2 黏度的測定[6]

使用DV-C數(shù)顯黏度計，選取轉(zhuǎn)子號為4#的轉(zhuǎn)子，在30 r/min的轉(zhuǎn)速常溫下測定3次，取平均值。

1.4.3 感觀評價的標(biāo)準(zhǔn)

評價標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)口感、香氣進(jìn)行評分，權(quán)重值分別為0.6和0.4。以不經(jīng)熱處理（pH處理）飲料的感官為標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)值為10分。不同溫度下（pH條件下）與未經(jīng)處理的樣品的口感和香氣進(jìn)行對比，評價標(biāo)準(zhǔn)表見表1。評價組由20人組成，奇亞籽飲料經(jīng)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(biāo)，M按式（2）計算。

表1 感官評價標(biāo)準(zhǔn)

1.5 試驗(yàn)設(shè)計

1.5.1 pH試驗(yàn)

經(jīng)預(yù)試驗(yàn)在設(shè)定的范圍內(nèi)，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(diào)節(jié)pH，進(jìn)行單因素試驗(yàn)，設(shè)pH為2，4，6，8，10和12，對其風(fēng)味進(jìn)行評價及檢測懸浮穩(wěn)定性，確定適宜奇亞籽穩(wěn)定性的最適pH。

1.5.2 溫度試驗(yàn)

按照上述生產(chǎn)工藝生產(chǎn)，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(dá)標(biāo)瞬間取出，檢測懸浮穩(wěn)定性、黏度，并進(jìn)行感官評定。

1.5.3 穩(wěn)定劑試驗(yàn)

經(jīng)前期預(yù)試驗(yàn)，選取復(fù)配穩(wěn)定劑對奇亞籽飲料的穩(wěn)定體系進(jìn)行研究，復(fù)配穩(wěn)定劑添加量為0.01%，0.03%，0.05%，0.07%和0.09%。對其懸浮穩(wěn)定性進(jìn)行檢測，確定出最佳復(fù)配穩(wěn)定劑的添加量。

1.5.4 正交優(yōu)化試驗(yàn)

在單因素的基礎(chǔ)上，對pH、溫度、復(fù)配穩(wěn)定劑最佳因素條件進(jìn)行正交優(yōu)化，因素水平見表2。

表2 正交試驗(yàn)因素水平

2 結(jié)果與討論

2.1 pH對懸浮型奇亞籽飲料穩(wěn)定性的影響

由圖1可知，溶液的pH在2～12之間，穩(wěn)定系數(shù)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(qiáng)酸、強(qiáng)堿的條件下不能保持穩(wěn)定狀態(tài)，因?yàn)樵谒岷蛪A性條件下，溶液中H+和OH-的增加，促使溶液中穩(wěn)定劑電離[7]，對穩(wěn)定劑形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)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(chǎn)品的感官評價。

圖1 pH對溶液穩(wěn)定系數(shù)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(xiàn)先升后降趨勢。此次試驗(yàn)制備的奇亞籽飲料屬于偏酸性飲料，當(dāng)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?yàn)榇舜卧囼?yàn)選用的穩(wěn)定劑為復(fù)配穩(wěn)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(jié)合存在，當(dāng)溶液堿性增強(qiáng)時，OH-與溶液中帶負(fù)電的膠體相互排斥，減少溶液中的粒子相互聯(lián)結(jié)，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(wěn)定性的影響

由圖3可知，溫度的變化對奇亞籽飲料穩(wěn)定系數(shù)變化不大，隨著溫度升高，穩(wěn)定系數(shù)略有下降，在70 ℃時溶液穩(wěn)定系數(shù)達(dá)到最大，Nakamura等[9]研究表明，凝膠長時間暴露在高溫環(huán)境中，其機(jī)械性能會改變。在高熱環(huán)境暴露5 h后，膠體結(jié)構(gòu)弱化，體積模量下降，溶液膠體鏈之間交聯(lián)性變差，所以高溫對溶液膠體有破壞作用，因此影響溶液穩(wěn)定性。此次試驗(yàn)選用復(fù)配穩(wěn)定劑，其溶液穩(wěn)定性系數(shù)變化不大。

圖3 溫度對溶液穩(wěn)定系數(shù)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(yùn)動增強(qiáng)[10]，使分子間的黏滯作用減弱，溫度升高，溶液分子間熱運(yùn)動增強(qiáng)，增大流體分子運(yùn)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(fù)配穩(wěn)定劑對懸浮型奇亞籽飲料穩(wěn)定性的影響

由圖5可知，復(fù)配穩(wěn)定劑對奇亞籽飲料沉淀率影響顯著。隨著穩(wěn)定劑添加量的逐漸增加，奇亞籽飲料穩(wěn)定系數(shù)逐漸降低，其原因可能是隨著穩(wěn)定劑添加量的增加，體系狀態(tài)不穩(wěn)定，導(dǎo)致穩(wěn)定系數(shù)降低。復(fù)合穩(wěn)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(zhì)分子結(jié)合形成穩(wěn)定的復(fù)合體，從而使蛋白質(zhì)粒子在液體中保持分散狀態(tài)，阻滯蛋白質(zhì)微粒的凝聚沉降，保持膠體穩(wěn)定[11]。

圖5 復(fù)配穩(wěn)定劑添加量對溶液穩(wěn)定系數(shù)和感官評價的影響

2.6 復(fù)配穩(wěn)定劑對懸浮型奇亞籽飲料黏度的影響

由圖6可知，隨復(fù)配穩(wěn)定劑添加量增加，體系黏度逐漸升高，穩(wěn)定劑在0.03%～0.05%濃度范圍內(nèi)黏度顯著增加。結(jié)合實(shí)際需要，穩(wěn)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(tài)。由于穩(wěn)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(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，影響分散相粒子的運(yùn)動，并由此影響體系的黏度[12]。

圖6 復(fù)配穩(wěn)定劑對奇亞籽飲料黏度的影響

2.7 正交優(yōu)化穩(wěn)定劑試驗(yàn)結(jié)果

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

表3 正交試驗(yàn)優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

表4 方差分析

3 結(jié)論

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