超聲波技術在玉米漿飲料生產中的應用

葛英亮，王繼偉，吉亞力，王雨薇

(1.哈爾濱學院工學院，黑龍江 哈爾濱 150086；2.哈爾濱師范大學管理學院，黑龍江 哈爾濱 150025)

超聲波技術在玉米漿飲料生產中的應用

葛英亮1，王繼偉1，吉亞力2，王雨薇1

(1.哈爾濱學院工學院，黑龍江 哈爾濱 150086；2.哈爾濱師范大學管理學院，黑龍江 哈爾濱 150025)

選用東北優質甜玉米，采用超聲波破碎技術對普通玉米漿生產工藝進行改良。通過單因素和正交試驗的方法，初步確定超聲波破碎生產玉米漿飲料的工藝條件為破碎功率600W、破碎時間7s/次(共30次)、料水比1:3 (m/m)。比較采用超聲波破碎工藝與普通破碎工藝得到的玉米漿產品，最終確定采用超聲波破碎法生產玉米漿飲料的工藝，最優條件為玉米漿質量分數100%、超聲波破碎料水比1:3(g/mL)、糊化溫度90℃、糊化時間4min、穩定劑用量0.05%。制得的玉米漿飲料口感滑潤、氣味芳香、色澤微黃、營養豐富。

超聲波；玉米漿；飲料；應用

玉米(Zea mays)又名玉蜀黍、珍珠米，古時也稱“御麥”[1]是世界上分布最廣泛的糧食作物之一，種植面積僅次于小麥和水稻。許多地區的人們都以玉米為主要的糧食[2]。玉米含有多種營養成分[3]，具有防癌[4]、降低膽固醇、解毒和輔助治療膽囊炎、膽結石、黃疸型肝炎和糖尿病等作用[5-6]，被譽為“黃金食品”。玉米漿飲料作為一種新型糧食飲料具有玉米的營養價值[7]，也具備了易吸收和攜帶、風味獨特的特點，逐漸為人們所接受。

近年來，超聲波技術在食品加工領域備受關注[8]，超聲波指的是頻率在20kHz及以上的聲波，能夠在極短的時間內殺滅和破壞微生物[9]，還能夠對食品產生諸如均質、催陳、裂解大分子物質等多種作用[10-13]，從而能更好地提高和完善食品品質，保持食品原有滋味和風味[14]。如采用超聲波法對玉米漿進行二次破碎，可以減小玉米漿中物質的顆粒度，降低玉米漿飲料的糊化溫度，增強玉米漿的穩定性、防止風味物質的揮發和損失，縮減玉米漿飲料生產工藝流程。如在超聲波破碎玉米漿的同時保持一定溫度，利用超聲波和低溫對玉米漿飲料進行協同殺菌，可以降低玉米漿飲料的滅菌要求，保證玉米漿的風味，防止營養損失，提高人體對玉米漿中營養物質的消化效率。因此，采用超聲波破碎技術對普通玉米漿生產工藝進行改良，有利于降低生產對能耗的要求、保證玉米漿飲料風味，提高玉米漿飲料的適口性，提高玉米漿飲料的營養吸收率。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

速凍黏玉米 綠山川食品廠；白砂糖、檸檬酸、β-環糊精等。

1.2 儀器與設備

表1 超聲波破碎法生產玉米漿飲料感官評審表Table1 Sensory evaluation of corn syrup beverage prepared by ultrasonic technology

JY92-Ⅱ超聲波破碎機 寧波新芝生物科技股份有限公司；HZQ-X100A恒溫搖床 上海一恒科學儀器有限公司；DL-718多樂多功能食物攪拌機 廣州隆特電子有限公司；DJM-50L膠體磨 上海東華高壓均質機廠；UV-2802型紫外-可見分光光度計 尤尼柯(上海)儀器有限公司；Orion818型pH測試儀 美國Orion Research公司。

1.3 方法

1.3.1 玉米漿飲料生產的一般工藝流程

選料→去苞衣、去須→清洗→滅酶→冷卻→刮粒、取粒→打漿→過濾→混合調配→殺菌→罐裝→成品

1.3.2 采用超聲波破碎生產玉米漿飲料的工藝流程

選料→去苞衣、去須→清洗→滅酶→冷卻→刮粒、取粒→打漿→超聲波破碎(初步滅菌)→低溫糊化→過濾(無菌)→調配→罐裝→成品

1.3.3 超聲波破碎生產玉米漿飲料的評分標準

選取感官評定人員20名，按照表1標準進行感官評分，評分所得值與沉淀程度的乘積為最終分值。

100mL量筒中注入100mL的玉米漿，恒溫靜置2h，計算沉淀高度與總溶液高度的比值即為沉淀程度。

1.3.4 超聲波破碎生產玉米漿最佳工藝的選擇

根據1.3.2節所設定的工藝流程，在相同條件下對玉米進行清洗、滅酶、打漿，并以超聲波功率(100、200、300、400、500、600W)、超聲時間(2、3、4、5、6、7s/次，30次)、不同料水比(1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7，g/mL)[15]，進行單因素試驗，以感官檢驗及沉淀程度綜合評分為指標，按因素水平表進行L9(33)的正交試驗。

1.3.5 玉米漿飲料生產最佳糊化工藝的確定

采用正交試驗的方法確定玉米漿飲料的糊化工藝，采用1.3.3節中獲得的最優產品，分別選定稀釋玉米漿質量分數(100%、90%、80%、70%、60%)、糊化溫度(60、70、80、90、100℃)、糊化時間(2、3、4、5、6min)、穩定劑添加量(0.0125%、0.025%、0.05%、 0.075%、0.1%，m/m)為4個因素，進行單因素試驗，然后以感官評分與沉淀系數為綜合指標，建立因素水平表進行L9(34)正交試驗。

2 結果與分析

2.1 超聲波破碎生產玉米漿單因素試驗

2.1.1 超聲波破碎功率對玉米漿穩定性的影響

采用破碎時間5s/次(30次)與料水比1:3(g/mL)為試驗條件，改變超聲波的破碎功率進行單因素試驗。

圖1 超聲波破碎功率對玉米漿穩定性的影響Fig.1 Effect of ultrasonic power on the stability of corn syrup beverage

由圖1可知，隨著超聲波破碎功率的增加，顆粒粒度不斷減小，玉米漿穩定性增強。但在超聲功率為200W時，也出現一個較為穩定的狀態，值得在今后的研究中進一步探討。

2.1.2 超聲波破碎時間對玉米漿穩定性的影響

圖2 超聲波破碎時間對玉米漿穩定性的影響Fig.2 Effect of ultrasonic treatment time on the stability of corn syrup beverage

由圖2可知，超聲波破碎時間在7s/次破碎30次時玉米漿的穩定性最好，品質和細膩度最佳。在超聲波破碎時間3s/次破碎30次時，穩定性較好，但這只是一個過渡值，隨著顆粒粒度的減小，浮力減小，黏度降低又會產生分層的現象。

2.1.3 料水比對玉米漿穩定性的影響

圖3 料水比對玉米汁穩定性的影響Fig.3 Effect of material-liquid ratio on the stability of corn syrup beverage

由圖3可知，料水質量比在1:3(g/mL)時玉米漿最穩定。當料水比為1:2時玉米漿中固形物的含量較大，體系發黏；隨著水分含量增多，玉米漿黏度降低會產生分層的現象。

2.2 超聲波破碎生產工藝正交試驗

2.2.1 超聲波破碎生產工藝的因素水平表

經單因素試驗，確定超聲波破碎正交試驗因素水平表(表2)。

表2 超聲波破碎處理玉米漿L9(33)正交試驗因素水平表Table2 Factors and levels of orthogonal experiments for ultrasonic treatments

2.2.2 超聲波破碎條件正交試驗結果

超聲波破碎玉米漿處理條件的L9(33)正交試驗結果見表3。

由正交試驗可知，料水比是影響超聲波破碎工藝的主要因素。影響超聲波破碎工藝因素的主次順序為料水比＞破碎功率＞破碎時間，確定超聲波破碎工藝的最優條件為破碎功率600W、破碎時間7s/次(30次)、料水比1:3(g/mL)。

表3 超聲波破碎處理條件L9(33)正交試驗設計及結果Table3 Results of orthogonal experiments for ultrasonic treatments

2.3 玉米漿飲料生產條件優化結果

2.3.1 玉米漿質量分數對沉淀程度的影響

采用2.2.2節最優工藝條件得到的玉米漿為原料進行單因素試驗，考察玉米漿質量分數對沉淀程度的影響(圖4)。

圖4 玉米漿質量分數對玉米汁分層程度的影響Fig.4 Effect of corn juice concentration on the degree of precipitation of corn syrup beverage

隨著玉米漿質量分數的增加(料水比1:3)玉米汁的沉淀程度明顯減弱，可能是由于在較高質量分數和較細顆粒度時，能夠形成較為穩定的膠體溶液的原因。

2.3.2 糊化溫度對沉淀程度的影響

隨著糊化溫度的升高，沉淀程度出現先降低后升高的趨勢，在溫度升高的過程中，玉米淀粉被逐漸糊化，而形成較為穩定的溶液，溫度進一步升高時，出現糊化過度，少量蛋白質發生變性，導致沉淀程度加劇(圖5)。

圖5 糊化溫度對玉米汁沉淀程度的影響Fig.5 Effect of gelatinization temperature on the degree of precipitation of corn syrup beverage

2.3.3 糊化時間對沉淀程度的影響

糊化時間的延長，使得糊化程度由適當糊化而轉變為過度糊化，液體黏度發生降低，導致沉淀程度加劇(圖6)。

圖6 糊化時間對玉米汁沉淀程度的影響Fig.6 Effect of gelatinization time on the degree of precipitation of corn syrup beverage

2.3.4 穩定劑添加對沉淀程度的影響

穩定劑的添加使得玉米汁的沉淀程度逐漸減弱，隨著穩定劑的過量添加，導致溶液形成的動態穩定被打破，沉淀加劇(圖7)。

圖7 穩定劑用量對玉米汁沉淀程度的影響Fig.7 Effect of stabilizer amount on the degree of precipitation of corn syrup beverage

2.3.5 玉米漿飲料生產正交試驗的因素水平表

通過單因素試驗(圖4～7)所得結果，每個因素選取最佳的3個水平，確定玉米漿飲料生產最佳工藝條件的正交試驗因素，建立L9(34)正交試驗因素水平表(表4)。

表4 玉米漿飲料生產最佳工藝L9(34)正交試驗因素水平表Table4 Factors and levels of orthogonal experiments for optimizing the preparation processing of corn syrup beverage

2.3.6 玉米漿飲料生產最佳工藝的確定

表5 玉米漿飲料生產最佳工藝L9(34)正交試驗表Table5 Results of orthogonal experiments for optimizing the preparation processing of corn syrup beverage

由正交試驗結果(表5)可確定玉米漿飲料生產工藝的最優條件為玉米漿質量分數100%(超聲波破碎料水質量比1:3)、糊化溫度90℃、糊化時間4min、穩定劑用量0.05%。

3 結 論

在玉米漿飲料的生產中運用超聲波破碎技術，確定超聲波法生產玉米漿飲料的關鍵工藝及其參數：關鍵工藝為超聲波破碎和糊化工藝，超聲波破碎功率600W、破碎時間7s 1次(30次)、料水比1:3(g/mL)；糊化工藝為玉米漿質量分數100%、糊化溫度90℃、糊化時間4min和穩定劑用量0.05%。

研究表明，超聲波破碎技術應用在玉米漿飲料的生產中，可以降低玉米漿飲料生產中滅菌要求，減小玉米漿飲料中揮發類香氣物質的散失，使得產品與已有生產方法生產的玉米漿飲料相比，內容物更均勻，顆粒更小、口感更細膩、香氣更濃郁。本研究可為應用超聲波法進行玉米漿飲料生產提供參考，因在工業化生產中大規模應用超聲波技術還未廣泛普及，本實驗在小試狀態下進行，可能存在部分不足之處，將在今后的工作中進一步研究解決。

[1]于彥春, 朱芳, 武麗敏. 甜玉米的營養價值及綜合利用前景[J]. 營養與保健, 1998(6): 128-131.

[2]趙恩宏. 吉林省甜玉米生產現狀及發展前景[J]. 吉林農業科學, 1999 (6): 35-36.

[3]段道富, 章平化, 郭國錦. 甜玉米汁飲料生產工藝及主要關鍵技術[J]. 寧波農業科技, 2008(2): 23-25.

[4]傅紅, 楊琳. 玉米汁飲料的研制[J]. 飲料工業, 1998, 1(1): 31-32.

[5]楊洋. 玉米飲料加工流程主要控制工藝條件探討[J]. 食品科學, 1998, 19(3): 32-33.

[6]BUTZ P, TAUSCHER B. Emerging technologies: chemical aspects[J]. Food Research International, 2002, 35(2/3): 279-284.

[7]趙寧. 果蔬飲料發展空間廣闊[J]. 中國食品工業, 2001(7): 44.

[8]宋國勝, 胡松青, 李琳. 超聲波技術在食品科學中的應用與研究[J].現代食品科技, 2008(6): 609-612.

[9]李儒荀. 超聲波-激光聯合殺菌的研究[J]. 包裝與食品機械, 1998, 16(3): 6-12.

[10]BREITBACH M, BATHEN D, SCHMIDT-TRAUB H. Desorption of a fixed bed adsorberby ultrasound[J]. Ultrasonics, 2002, 40: 679-682.

[11]王應彪, 劉傳紹, 趙波. 功率超聲技術的研究現狀及其應用進展[J].機械研究與用, 2006, 19(4): 41-43.

[12]LIM J L, OKADA M. Regeneration of granular activated carbon using ultrasound[J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2005, 12: 277-282.

[13]BREITBACH M, BATHEN D. Influence ofultrasound on adsorption processes[J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2001, 8(3): 277-283.

[14]徐懷德, 王云陽. 食品殺菌新技術[M]. 北京: 科學技術文獻出版社, 2005: 218-229.

[15]向洪平, 葛建芳, 張藍月. 超聲波輔助萃取功能性天然色素的研究與應用進展[J]. 江蘇農業科技, 2010(3): 360-361.

Application of Ultrasonic Technology in the Production of Corn Syrup Beverage

GE Ying-liang1，WANG Ji-wei1，JI Ya-li2，WANG Yu-wei1
(1. School of Technology, Harbin University, Harbin 150086, China；2. School of Management, Harbin Normal University, Harbin 150001, China)

The high-quality sweet corn from Northeast China was used as the raw material to prepare corn syrup beverage through ultrasonic technology. The optimal preparation processing parameters were crushing power of 600 W, crushing time of 7 s, crushing repeat time of 30, material-liquid ratio of 1:3, gelatinization temperature of 90 ℃, gelatinization time of 4 min and stabilizer amount of 0.05%. Compared with traditional processing, ultrasonic technology exhibited a better effect on tasteful, fragrant, and slightly yellowish and nutritious corn syrup beverage.

ultrasonic wave；corn syrup；beverage；application

TS275.4

B

1002-6630(2010)20-0504-05

2010-06-20

黑龍江省自然科學基金項目(C200945)

葛英亮(1979—)，男，講師，碩士，研究方向為飲料工藝、食品生物技術。E-mail：geyingliang@126.com