鷹嘴豆豆奶穩(wěn)定性研究

張 宇,汪立平,李云濤,張 孟,俞 駿

上海海洋大學(xué)食品熱加工工程技術(shù)研究中心,上海 201306

鷹嘴豆（Cicer arietinuomL.）又名桃豆、羊頭豆、雞頭豆、腦豆子等，因為其形與鷹嘴相似而得名[1]，它是世界上特別是熱帶和亞熱帶地區(qū)最古老和最為廣泛消費的豆類之一。在我國的甘肅、青海、云南、寧夏、新疆維吾爾自治區(qū)等地也有栽培，其中以木壘縣的鷹嘴豆最為出名[2]。鷹嘴豆營養(yǎng)豐富，是大部分發(fā)展中國家餐桌上的高質(zhì)量蛋白質(zhì)的便宜來源和碳水化合物、礦物質(zhì)及微量元素的良好來源[3]。鷹嘴豆富含對人體有益的不飽和脂肪酸、黃酮類、皂苷類、生物堿以及豐富的礦物質(zhì)和維生素[4]。研究表明鷹嘴豆種皮中的膳食纖維具有降低膽固醇和抗氧化的作用，其提取物特別是皂苷類化合物和異黃酮類化合物具有降血糖、降血脂、降膽固醇、抗衰老等藥理活性，并對心血管疾病、Ⅱ型糖尿病、消化疾病等都具有預(yù)防和治療作用[5-7]。Moon等多位學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)鷹嘴豆芽素A能防止癌細胞增殖、促使癌細胞死亡，可以防治乳腺癌、前列腺癌和口腔癌[8]。

鷹嘴豆作為豆類產(chǎn)品，大多數(shù)人選擇的食用方式還是直接烹煮。在食品加工工業(yè)中，常常將其進一步加工制成面粉、全營養(yǎng)粉或者膨化零食等，除此之外鷹嘴豆的其他產(chǎn)品并不多見。近年來以大豆、椰汁、核桃、牛奶為原料研制的健康營養(yǎng)的植物蛋白飲料如豆?jié){、椰奶、核桃乳等開始占領(lǐng)市場[9]。目前市場上以鷹嘴豆為原料制備的飲品并未出現(xiàn)，在實驗室研究中以鷹嘴豆為原料的產(chǎn)品僅有鷹嘴豆豆乳、鷹嘴豆蛋白飲料、鷹嘴豆酸奶、鷹嘴豆醪糟等[10]，這些研究主要集中于生產(chǎn)工藝對其感官影響，且所得產(chǎn)品屬于即食食品，其穩(wěn)定性差，較易出現(xiàn)蛋白質(zhì)和脂肪的分層絮凝現(xiàn)象，進而影響飲品的外觀和品質(zhì)，不能滿足工業(yè)化生產(chǎn)的要求。本文采取了合適的工藝制備鷹嘴豆豆奶，采用單因素實驗比較了黃原膠、羧甲基纖維素鈉和均質(zhì)壓力對豆奶穩(wěn)定性的影響。在此基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面分析法對這三個因素進行優(yōu)化，旨在找出最優(yōu)的工藝條件得到穩(wěn)定性最好的飲品，為其工業(yè)化生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原料：鷹嘴豆，新疆木壘、山東濟寧、吉林樺甸、甘肅張掖、新疆木壘、新疆烏魯木齊；黃豆，黑龍江哈爾濱。淀粉酶：α-淀粉酶（中溫3000μ/g），食品級，河南安銳生物科技有限公司。穩(wěn)定劑：黃原膠（BP 9270型），食品級，山東中軒股份有限公司；羧甲基纖維素鈉(FH9中粘)，食品級，上海申光食用化學(xué)品有限公司；瓜爾豆膠(粘度5500～6000 mPa·s)，食品級，北京瓜兒潤公司；刺槐豆膠，食品級，鄭州蒼宇化工產(chǎn)品有限公司；卡拉膠（K型），食品級，福建省綠麟食品膠體有限公司。

試劑：濃硫酸、乙醚、硫酸銅等均為分析純，購于國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

JYL-C020E廚房料理機（九陽公司）；WFZ UV-2000型紫外-可見光分光光度計（尤尼柯有限公司）；DJM型膠體磨，上海東華高壓均質(zhì)機廠；PL 202-L電子天平（上海梅特勒·托利多儀器有限公司）；GYB 40-10S高壓均質(zhì)機（上海東華高壓均質(zhì)機廠）；H2050r低溫冷凍離心機（湖南湘儀儀器公司）；HWS 24型電熱恒溫水浴鍋（上海一恒科學(xué)儀器有限公司）；HQ-60-Ⅱ型旋渦混合器（北京北方同正生物技術(shù)發(fā)展有限公司）。

1.3 實驗方法

1.3.1 基本成分分析 水分：按GB/T 5009.3-2010《食品中水分的測定》[11]測定；粗脂肪：按GB/T 14772-2008《食品中粗脂肪的測定》[12]測定；蛋白質(zhì)：按GB/T5009.5-2010《食品中蛋白質(zhì)的測定》[13]測定；灰分：按GB/T5009.4-2010《食品中灰分的測定》[14]測定。

1.3.2 工藝流程 鷹嘴豆原料→清洗去雜→浸泡→清洗→預(yù)磨→過濾→酶處理→調(diào)配→煮沸→膠體磨處理→均質(zhì)→灌裝→滅菌→冷卻→成品。

浸泡、清洗：加入4倍清水25℃下浸泡鷹嘴豆12～14 h，至鷹嘴豆完全軟化。然后清洗3～5次，至漂洗水為澄清透明為止。

預(yù)磨：將清洗好的鷹嘴豆瀝去水，在55℃水溫下，加7倍清水，用廚房料理機磨漿。

過濾：用100目篩網(wǎng)過濾較去除未磨細的較大顆粒，得到均一細膩的原漿。

酶處理：將濾液pH值調(diào)至7.0，在65℃時，加入α-淀粉酶4.5 g/L，酶解20 min，使得鷹嘴豆大部分淀粉酶解。

調(diào)配：加入蔗糖及檸檬酸；并加入穩(wěn)定劑，按比例調(diào)配溶解后與漿液混合，充分攪拌至均勻。煮沸：將上述漿液置于鍋中加熱攪拌至煮沸，煮沸3次。

膠體磨處理：待漿液冷卻至室溫后，倒入膠體磨中，膠體磨乳化4 min，使得漿液中的營養(yǎng)成分能混合充分，達到乳化效果，得到細膩的漿液。

均質(zhì)：將漿液在40℃，不同壓力下高壓均質(zhì)處理，達到顆粒細微化效果，防止出現(xiàn)脂肪上浮和分層沉淀的情況。

殺菌：將均質(zhì)后的漿液灌裝密封，在溫度90℃，恒溫20 min條件下殺菌，冷卻得成品。

1.3.3 穩(wěn)定系數(shù)R的測定 根據(jù)比爾定律A=KCL，A為吸光值，L為溶液光徑長度，K為吸收系數(shù)，C為溶液的濃度，將所檢樣品稀釋100倍后在3000 r/min轉(zhuǎn)速離心10 min，取上清液，再用紫外分光光度計在550 nm下測定其吸光度A2，與離心前的吸光度A1的比值即為穩(wěn)定系數(shù)（R=A2/A1）[15]。若R越接近1，則表明其穩(wěn)定性越高，若R低于0.70，說明并不能保持較長時間的穩(wěn)定狀態(tài)。

1.3.4 不同穩(wěn)定劑對豆奶穩(wěn)定性的影響 量取經(jīng)酶處理后的漿液500 mL，分別加入0、0.05、0.10、0.15、0.20和0.25%(w/v)的穩(wěn)定劑（黃原膠、羧甲基纖維素鈉、瓜爾豆膠、刺槐豆膠和卡拉膠），調(diào)配煮沸。用膠體磨乳化4 min，在均質(zhì)溫度為40℃、均質(zhì)壓力為25 MPa條件下均質(zhì)滅菌后，通過測定穩(wěn)定系數(shù)R確定最適的兩種穩(wěn)定劑。

1.3.5 黃原膠和羧甲基纖維素鈉添加量的確定 量取經(jīng)酶處理后的漿液500 mL，確定加入0.20%(w/v)羧甲基纖維素鈉后，分別加入黃原膠0、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25%(w/v)調(diào)配煮沸后用膠體磨乳化4 min，在40℃、25 MPa均質(zhì)滅菌后，通過測定穩(wěn)定系數(shù)R確定最適的黃原膠添加量。同樣的方法，加入0.15%(w/v)黃原膠后，分別加入羧甲基纖維素鈉0、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25%(w/v)調(diào)配煮沸后乳化均質(zhì)滅菌，測定其穩(wěn)定系數(shù)R確定最適的羧甲基纖維素鈉添加量。

1.3.6 均質(zhì)壓力對豆奶穩(wěn)定性的影響 按1.3.2節(jié)鷹嘴豆豆奶制備工藝進行加工，加入羧甲基纖維素鈉0.20%(w/v)，黃原膠0.15%(w/v)后，用膠體磨乳化4 min，在均質(zhì)溫度為40℃條件下，不同的均質(zhì)壓力（15、20、25、30、35、40 MPa）下均質(zhì)，滅菌后以穩(wěn)定系數(shù)R為評價指標，測定均質(zhì)壓力對鷹嘴豆豆奶穩(wěn)定性的影響。

1.3.7 多因素對豆奶穩(wěn)定性的影響 以單因素實驗結(jié)果為基礎(chǔ)，考察黃原膠、羧甲基纖維素鈉、均質(zhì)壓力3個因素之間的交互影響，根據(jù)Box-Behnken設(shè)計原理，以穩(wěn)定系數(shù)為響應(yīng)值，采用Design-Expert 8.0.6軟件對試驗數(shù)據(jù)進行響應(yīng)面分析，其因素水平編碼表見表1。

表1 響應(yīng)面設(shè)計實驗因素水平和編碼Table 1 Response surface design experimental factor level and coding

1.3.8 豆奶感官評定及理化指標比較 按GB/T 30885-2014《植物蛋白飲料豆奶和豆奶飲料》[16]中感官要求和理化指標對所得產(chǎn)品進行評定。再置于室溫下保存，每天取樣20 mL置于比色管中20 min后，迎光觀察是否出現(xiàn)凝塊和明顯的分層現(xiàn)象。

2 結(jié)果與分析

2.1 鷹嘴豆的營養(yǎng)成分分析

表2為我國主要產(chǎn)區(qū)的鷹嘴豆及制作豆?jié){的常用原料黃豆的基本營養(yǎng)成分測定結(jié)果。由表2可以看出，各地區(qū)鷹嘴豆的蛋白質(zhì)含量有一定區(qū)別，其中新疆地區(qū)的鷹嘴豆蛋白質(zhì)含量最高，以新疆木壘地區(qū)最為突出，但水分、灰分，粗脂肪無明顯區(qū)別；鷹嘴豆水分含量與黃豆的相差不大，蛋白質(zhì)、灰分含量略低于黃豆，但是其脂肪含量不到黃豆的一半。另據(jù)Iqbal和Khalil[17]等人研究表明，鷹嘴豆富含賴氨酸，亮氨酸和精氨酸等優(yōu)質(zhì)氨基酸，并且可以滿足人類膳食的必需氨基酸需要；張金波[18]報道，鷹嘴豆含有鈣、鐵、鋅等人體必需的礦物質(zhì)，其維生素含量與人體每日所需的維生素含量接近。因此，本文采用新疆木壘的鷹嘴豆進行后續(xù)研究。

表2 鷹嘴豆和黃豆的基本成分比較Table 2 Comparison of basic components between Chickpea and Soybean

2.2 穩(wěn)定性研究

2.2.1 單體穩(wěn)定劑對穩(wěn)定性的影響 由圖1可以看出，只添加一種穩(wěn)定劑可以提高飲料的穩(wěn)定性，其中黃原膠、羧甲基纖維素鈉對豆?jié){的穩(wěn)定性的提高最為明顯，卡拉膠、瓜爾豆膠和刺槐豆膠效果不明顯。并且當黃原膠添加量為0.15%（w/v）時，豆奶穩(wěn)定系數(shù)最高為0.701；當羧甲基纖維素鈉添加量為0.20%（w/v）時，穩(wěn)定系數(shù)最高為0.699。繼續(xù)加大用量，穩(wěn)定系數(shù)仍沒有超過0.701，說明只添加單體穩(wěn)定劑，只能一定程度上提升豆奶的穩(wěn)定性并不能達到長期均一穩(wěn)定。據(jù)報道，穩(wěn)定劑可以有效的提高體系的粘度，抑制脂肪上浮和蛋白質(zhì)下沉[19]，而兩種穩(wěn)定劑往往能起到協(xié)同作用，更有利于豆奶體系的穩(wěn)定性，因此，在五種不同的穩(wěn)定劑中選擇了兩種對其穩(wěn)定性影響最大的黃原膠和羧甲基纖維素鈉進行后續(xù)實驗。

2.2.2 黃原膠及羧甲基纖維素鈉的添加量對穩(wěn)定性的影響 黃原膠在提高粘度的同時，也能起到乳化作用，而羧甲基纖維素鈉有較好的懸浮穩(wěn)定性且價格低廉[19]。在實際生產(chǎn)中，兩種穩(wěn)定劑同時使用不僅可以保持飲料均勻不分層，也可賦予其優(yōu)良的口感，從而獲得最大效益[20]。由圖2可以看出，將兩種穩(wěn)定劑同時使用可進一步提高其穩(wěn)定性，在黃原膠的添加量0.15%（w/v）、羧甲基纖維素鈉的添加量0.20%（w/v），此時穩(wěn)定系數(shù)最高可達到0.901，但繼續(xù)增加其用量，穩(wěn)定系數(shù)趨于平緩。

圖1 單一穩(wěn)定劑對穩(wěn)定系數(shù)的影響Fig.1 Effect of single stabilizer on stability coefficient

圖2 復(fù)配穩(wěn)定劑添加量對穩(wěn)定系數(shù)的影響Fig.2 Effect of compound stabilizer on the stability coefficient

2.2.3 不同的均質(zhì)壓力對穩(wěn)定性的影響 均質(zhì)是飲料生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，不僅具有乳化和均質(zhì)的效果，還有助于穩(wěn)定劑作用于豆奶，達到提高穩(wěn)定性的目的[21]。由圖3可以看出，在15 MPa～25 MPa時，鷹嘴豆豆奶的穩(wěn)定系數(shù)升高至0.907，由Stocks定律可知：粒子的沉降或上浮速度與顆粒半徑的平方成正比，均質(zhì)主要能減小脂肪和蛋白質(zhì)等的顆粒粒徑，這樣沉降速度減慢，其穩(wěn)定性提高[22]。在25～30 MPa的均質(zhì)壓力下，其穩(wěn)定性差別不大。在均質(zhì)壓力超過30 MPa后，穩(wěn)定性隨著壓力的增大反而降低，這可能是因為壓力過高時，部分羧甲基纖維素鈉發(fā)生降解，粘度降低導(dǎo)致穩(wěn)定性降低[23]。考慮到能耗，響應(yīng)面實驗選定25 MPa為最佳均質(zhì)壓力。

圖3 不同的均質(zhì)壓力對穩(wěn)定系數(shù)的影響Fig.3 The influence of different homogenization pressure on stability coefficient

2.2.4 響應(yīng)面法對提高穩(wěn)定性的條件優(yōu)化 根據(jù)Design Expert 8.0.6軟件Box-Behnken實驗設(shè)計原理得到三因素三水平共17個實驗點，研究復(fù)合因素對豆奶的穩(wěn)定性的影響，結(jié)果如表3所示。按表3實驗結(jié)果，對所得數(shù)據(jù)進行回歸分析，其穩(wěn)定系數(shù)Y對均質(zhì)壓力（A）、黃原膠添加量（B）、羧甲基纖維素鈉添加量（C）的回歸模型擬合方程為：Y=0.91+0.038A+0.0005B+0.005125C+0.00575AB-0.052AC-0.019BC-0.056A2-0.00625B2-0.023C2。對所得的擬合方程求一階偏導(dǎo)可得Y的極大值，即最優(yōu)組為均質(zhì)壓力27.19 MPa、羧甲基纖維素鈉和黃原膠的添加量分別為0.223%（w/v）、0.125%（w/v）時，相應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)最大預(yù)測值為0.925。

響應(yīng)面回歸模型的進一步方差分析見表4。由表4可知，回歸模型的P值小于0.0001，表明模型極其顯著；失擬項P值大于0.05，說明模型可靠；線性系數(shù)R2=0.9909，模型調(diào)整系數(shù)R2Adj=0.9793，變異系數(shù)C.V.%=0.84說明該模型的擬合度好，可信度高。

利用Design Expert 8.0.6做響應(yīng)面分析圖，得到三因素交互作用的曲面圖，如圖4所示。可以看出3因素交互作用的曲面圖均為開口向下的凸型曲面，出現(xiàn)頂點，說明存在最高穩(wěn)定系數(shù)。通過響應(yīng)面圖中等高線的形狀看出各自變量間交互作用的強弱[24]，比較圖4中的各圖，可以看到圖4b和圖4c響應(yīng)面陡峭程度最高，說明均質(zhì)壓力與黃原膠交互作用、羧甲基纖維素鈉與黃原膠交互作用對穩(wěn)定性的影響最為顯著。

表3 響應(yīng)面設(shè)計及響應(yīng)值Table 3 Response surface design and response values

表4 響應(yīng)面回歸模型的方差分析Table 4 The variance analysis of response surface regression model

圖4 兩因素的交互作用對穩(wěn)定系數(shù)的響應(yīng)面圖Fig.4 Response surface diagram of the interaction between two factors on the stability coefficient

2.2.5 響應(yīng)面法結(jié)果驗證實驗 根據(jù)擬合方程求解結(jié)果，考慮到實際情況，將最優(yōu)穩(wěn)定性條件調(diào)整為均質(zhì)壓力27 MPa，羧甲基纖維素鈉0.223%（w/v），黃原膠在0.125%（w/v），對響應(yīng)面法結(jié)果進行驗證實驗，得到穩(wěn)定性系數(shù)為0.920±0.013，與響應(yīng)面法預(yù)測值0.925接近，證明此模型適用于提高鷹嘴豆豆奶的穩(wěn)定性，具有可靠性。

2.3 感官評定及主要理化指標測定

根據(jù)驗證實驗采用的最適均質(zhì)壓力與穩(wěn)定劑添加量制得的鷹嘴豆豆奶，無異味，具有鷹嘴豆獨特的豆香，呈淡黃色，口感均勻細膩；體系均一穩(wěn)定、無明顯脂肪上浮及蛋白質(zhì)沉淀，室溫下保存7 d后仍無明顯的分層現(xiàn)象。最終產(chǎn)品的蛋白質(zhì)含量為2.27 g/100 g，固形物含量為5.59 g/100 mL，達到了調(diào)制豆奶采用的生產(chǎn)標準GB/T 30885-2014中理化指標要求。

3 結(jié) 論

通過對添加單一穩(wěn)定劑的比較，得到了適合鷹嘴豆豆奶體系的兩種穩(wěn)定劑是：黃原膠和羧甲基纖維素鈉。在單因素實驗及響應(yīng)面實驗中，考察了黃原膠的添加量、羧甲基纖維素鈉的添加量和均質(zhì)壓力三個因素對豆奶穩(wěn)定性的影響，得出均質(zhì)壓力為27 MPa，黃原膠0.125%（w/v），羧甲基纖維素鈉0.223%（w/v）時，其穩(wěn)定系數(shù)最高為0.920，相對于只添加一種穩(wěn)定劑未優(yōu)化時穩(wěn)定系數(shù)0.901，提高了0.019。實驗得到的穩(wěn)定性最高的鷹嘴豆豆奶均一穩(wěn)定，無明顯沉淀，在室溫下保存7 d無明顯的分層現(xiàn)象。該研究為改善鷹嘴豆豆奶工業(yè)化的穩(wěn)定性能問題提供了技術(shù)積累，對產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)鷹嘴豆豆奶及其相關(guān)飲品均有指導(dǎo)意義。