基于高壓微通道粉碎技術的全藕汁制備及其穩定性研究

李娟，葛斌權，許雪兒，尹仁文，魯振杰，胡衛成，陳陽，馮芾，余培斌，陳正行*

1(江南大學 食品學院，江蘇 無錫,214122) 2(江蘇省環洪澤湖生態農業生物技術重點實驗室(淮陰師范學院)，江蘇 淮安,223300) 3(糧食發酵工藝與技術國家工程實驗室(江南大學)，江蘇 無錫,214122)

蓮藕富含碳水化合物、蛋白質、維生素、礦物質和膳食纖維等，具有潤腸通便和止渴去熱等功效，為藥食同源食品。但因其含水量較高難于貯藏，易發生褐變腐爛。因此，尋求一種蓮藕深加工技術及開發相關產品迫在眉睫。目前，市場上主要以蓮藕汁和鮮食蓮藕片為主，蓮藕汁多為用壓榨法制備的清汁飲料，壓榨過程中產生30%～40%的藕渣大多作廢棄處理，藕渣中80%的膳食纖維被浪費[1]。

蓮藕中富含多酚等抗氧化物質，因此在加工過程中極易發生褐變，影響蓮藕汁產品品質[2]。目前，國內蓮藕生產加工中多用含SO2的護色劑(如亞硫酸鹽)護色[3]。雖然含硫護色劑護色效果較好，但產品中會有SO2的殘留，甚至超標，這不僅嚴重影響蓮藕及其藕制品的風味和口感，而且存在食品安全隱患[3]。因此，開發無硫護色劑配方以保證食品安全尤為重要。

與傳統的壓榨、磨漿、均質和膠體碾磨等濕法加工技術相比，微射流技術的先進性主要表現在：(1)其超細的粉碎效果，超越了傳統濕法粉碎粒度一個數量等級；(2)高密度能量聚焦方式，使產生的能耗大幅下降；(3)粉碎、均質、乳化一步完成，簡化了傳統工藝過程；(4)閉路的工藝過程，阻隔了環境污染的可能；5)連續流的設備構成，提高了工藝過程的安全穩定性。該技術的推廣應用，可以大幅提升食品工業的工藝水平、簡化工藝流程、提高生產效率、降低生產能耗[4]。

本研究采用高壓微通道粉碎技術，對整顆蓮藕進行微粉碎，進而制備全藕汁產品。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

新鮮蓮藕、食品級檸檬酸、白砂糖和純凈水均購于本地超市。黃原膠、果膠、阿拉伯膠等,CP Kelco公司；海藻酸鈉、羧甲基纖維素鈉、抗壞血酸和半胱氨酸,上海國藥集團。

1.2 儀器設備

RM-TD 301型去皮機，廣東佛山市順德區韓泰電器有限公司；DJ-300型切分機，河北邢臺市鼎佳機械制造廠；JP-450型多功能粉碎機，浙江永康市久品電器有限公司；高壓微通道粉碎設備，上海住本環境科技有限公司；PT-20C-R管板式組合式超高溫殺菌機，日本Powerpoint International公司；WFZ UV-2000型紫外可見光分光光度計，上海尤尼柯儀器有限公司。BT-9300ST激光粒度分析儀，丹東百特儀器有限公司；UltraScan Pro-1166高精度分光測色儀，美國Hunterlab公司；Avanti J-26XP型高效離心機，美國貝克曼庫爾特有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 全藕汁制備

1.3.1.1 預處理

將新鮮蓮藕洗凈并進行去壞處理。然后用切分機將蓮藕切成5 mm×5 mm×5 mm左右的藕丁。

1.3.1.2 護色

稱取藕丁1 kg直接倒入提前配好并煮沸的2 kg無硫護色液中一起煮沸10 min進行漂燙滅酶。其中，無硫護色液選取檸檬酸、抗壞血酸和半胱氨酸，并進行護色單因素實驗和正交試驗，以亮度值L*值來評價護色液的護色效果。

1.3.1.3 打漿和調味

將護色好的藕丁連同在護色液中加入8%的白砂糖進行糖酸比調配，并用打漿機以1 200 r/min粉碎2 min[5]。

1.3.1.4 高壓微通道粉碎

藕漿經高壓微通道粉碎設備進行微細粉碎。分別選取粉碎壓力為30、40、50、60 MPa，粉碎次數分別為1、2、3次，研究高壓微通道粉碎壓力和粉碎次數對全藕汁粒徑的影響。

1.3.2 全藕汁粒徑測定

將全藕汁樣品逐滴加入激光粒度分布儀樣品池中,直至儀器顯示遮光度范圍在15%～25%，由系統給出粒子的平均粒徑分布。激光功率為75 MW，每個樣品重復3次[6]。

1.3.3 全藕汁色澤測定

全藕汁色差測量使用高精度分光測色儀進行測定。儀器經黑白板校準后，將全藕汁導入封口袋中測定樣品亮度值L*。每個樣品平行測定8次后取平均值[7]。

1.3.4 全藕汁穩定性實驗

使用多種穩定劑(黃原膠、卡拉膠、果膠、阿拉伯膠、海藻酸鈉和羧甲基纖維素鈉)對全藕汁進行穩定化處理，以穩定系數和離心沉淀率為指標評價穩定效果，通過方差分析，確定最優穩定劑添加配比。

1.3.4.1 穩定系數的測定

將30 mL全藕汁樣品置于離心管中，5 000 r/min離心15 min。離心后靜置10 min，吸取上清液，在420 nm波長處測定吸光度值，離心后的吸光度值(A1)與離心前的吸光度值(A0)的比值即穩定系數。穩定系數越大，表明全藕汁的穩定性越好。穩定系數計算如公式(1)所示[8]：

(1)

1.3.4.2 離心沉淀率的測定

將30 mL藕汁樣品置于離心管中，5 000 r/min離心15 min。離心后靜置10 min，除去上清液，測量殘余物質量，并按公式(2)計算離心沉淀率[9]。懸浮沉淀物越多，即沉淀率越高，表明產品越不穩定。

(2)

1.3.5 數據統計與分析

采用Origin 9.0軟件對數據進行圖形處理；采用SPSS 20.0和Excel軟件對數據進行顯著性分析，P<0.01為極顯著差異，P<0.05為顯著差異。

百分比覆蓋中,k值的上限不再受限于關鍵區所覆蓋的節點數,因此算法的結束條件也不再受限于關鍵區覆蓋的節點數,本算法的結束條件為最佳染色體400代內沒有變化。

2 結果與討論

2.1 全藕汁無硫護色實驗

2.1.1 全藕汁無硫護色單因素實驗

檸檬酸可降低體系pH值，降低氧氣溶解度，且其中的羰基與多酚氧化酶中的銅離子可產生比較強的螯合作用，因此可抑制多酚氧化酶的活性，進而起到護色的效果[10]；抗壞血酸具有強還原性，可抑制酚類物質氧化成醌類物質，起到抑制褐變的作用[11]。半胱氨酸可與多酚氧化酶活性中心的銅離子結合，從而抑制酶的活力，達到抑制褐變的效果[12]。由圖1-a可知，隨著檸檬酸添加量的增加(0、0.5%、1.0%)，全藕汁的亮度值升高；當檸檬酸添加量增加至1.0%時，全藕汁亮度值L*升高不顯著(P>0.05)。因此，單純采用檸檬酸護色，其添加量為0.5%時，有較好的護色效果。且隨著護色時間的延長，全藕汁的亮度值L*逐漸增大；護色時間超過20 min，全藕汁亮度值L*雖仍逐漸升高，但升高不顯著(P>0.05)。綜上，當檸檬酸濃度為0.5%，護色時間為10 min，即可達到較好的護色效果。此外，當抗壞血酸濃度為0.5%，護色時間為10 min(圖1-b)，當半胱氨酸濃度為0.05%，護色時間為10 min(圖1-c)，即可達到較好的護色效果。

2.1.2 全藕汁無硫護色正交試驗

基于單因素實驗結果，全藕汁無硫護色液正交試驗因素水平及其護色實驗結果分別如表1和表2所示[13]。

表1 全藕汁無硫護色液正交試驗因素水平表Table 1 Orthogonal experimental factors of whole lotusroot juice anti-browning without sulfur

a-檸檬酸；b-抗壞血酸；c-半胱氨酸圖1 全藕汁無硫護色單因素實驗Fig.1 Single factor experiment of whole lotus-root juice sulfur-free anti-browning

表2 全藕汁無硫護色正交試驗方案與結果Table 2 Orthogonal experiment design and results ofwhole lotus root juice anti-browning without sulfur

對全藕汁無硫護色正交試驗進行因素極差分析可得(表3)，影響全藕汁無硫護色效果的主次因素為C>A>B，全藕汁無硫護色最優方案為A3B3C3。即當全藕汁無硫護色劑選擇0.6%檸檬酸、0.6%抗壞血酸和0.06%半胱氨酸復配時，護色時間為10 min，所得的全藕汁亮度值最高，L*值為91.6。

表3 全藕汁無硫護色正交試驗因素極差分析Table 3 Rang analysis of orthogonal experimental ofwhole lotus root juice anti-browning without sulfur

2.2 高壓微通道粉碎壓力和次數對全藕汁平均粒徑的影響

利用高壓微通道粉碎技術對蓮藕進行粉碎，其處理壓力和次數對全藕汁平均粒徑的影響如表4所示。

表4 高壓微通道粉碎壓力和次數對全藕汁平均粒徑的影響Table 4 Effects of pressure and cycles of high-pressuremicrochannel on mean particle size of whole lotusroot juice

注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

隨著高壓微通道粉碎壓力和次數的提高，粉碎程度增加，物料汁平均粒徑逐漸減小[14]。當高壓微通道粉碎壓力為60 MPa時，且處理次數為2次時，全藕汁平均粒徑為10.46 μm，處理次數為3次時，雖全藕汁的平均粒徑降至10 μm以下(9.53 μm)，但較處理2次的全藕汁平均粒徑差異不顯著(P>0.05)。因此，綜合考慮高壓微通道粉碎設備的能耗以及全藕汁產品品質要求，高壓微通道粉碎壓力在60 MPa下處理2次，全藕汁既可達到較細的粉碎粒徑。

2.3 不同復合穩定劑對全藕汁穩定性的影響

2.3.1 全藕汁穩定性單因素實驗

通過選取離心沉淀率和穩定性系數為考察全藕汁穩定性優劣的指標，分別選取0.1%黃原膠、卡拉膠、果膠、阿拉伯膠、羧甲基纖維素鈉(CMC-Na)和海藻酸鈉進行全藕汁穩定性單因素實驗。實驗結果如表5所示，添加有0.1%黃原膠和CMC-Na的全藕汁離心沉淀率小于未添加穩定劑的對照組，說明0.1%黃原膠和CMC-Na減少了全藕汁的沉淀，提高了全藕汁的懸浮穩定性。此外，添加0.1%黃原膠、果膠和CMC-Na全藕汁的穩定系數顯著高于未添加穩定劑的對照組，表明0.1%的黃原膠、果膠和CMC-Na可以有效提高全藕汁的懸浮穩定性。有大量研究表明，黃原膠、果膠和CMC-Na通過體系黏度，并形成水化層阻礙粒子間的相互聚集等來提高果蔬汁以及飲料的懸浮穩定性[15-19]。綜上，選取黃原膠、果膠和CMC-Na三種穩定劑進行全藕汁穩定性正交試驗。

表5 不同穩定劑對全藕汁穩定性影響單因素實驗Table 5 Single factor experiment of effects of differentstabilizer on whole lotus root juice

2.3.2 全藕汁穩定性正交試驗

根據單因素實驗結果，選擇黃原膠、CMC-Na、果膠進行復配[17]。選擇3因素4水平L16(34)正交表進行正交試驗設計，因素水平表如表6所示。

表6 全藕汁穩定性正交試驗因素水平表Table 6 Orthogonal experimental factors of whole lotusroot juice stabilization

從表7可知，影響全藕汁穩定系數的因素主次順序為：黃原膠>果膠>CMC-Na。最優的全藕汁復配穩定劑組合為黃原膠4CMC-Na4果膠1，即當黃原膠的添加量為0.12%、CMC-Na為0.12%和0.04%果膠時，全藕汁的穩定系數為0.874，懸浮穩定性最好。

表7 極差分析表Table 7 Range analysis

續表7

處理號黃原膠CMC-Na果膠空列1空列2穩定系數7234120.6728243210.7049313420.75310324310.75711331240.76112342130.79613414230.82114423140.72615432410.81116441320.874穩定系數K12.167 2.749 2.864 2.717 2.795 K22.734 2.776 2.846 2.873 2.886 K33.067 2.819 2.758 2.858 2.898 K43.232 2.856 2.732 2.752 2.621 k10.542 0.687 0.716 0.679 0.699 k20.684 0.694 0.712 0.718 0.722 k30.767 0.705 0.690 0.715 0.725 k40.808 0.714 0.683 0.688 0.655 R0.266 0.027 0.033 0.039 0.069因素主次黃原膠>果膠>CMC-Na最佳組合黃原膠4 CMC-Na4果膠1

3 結論

全藕汁可保留蓮藕全部的風味和營養價值，經高壓微通道粉碎技術對蓮藕纖維進行超微粉碎，并采用無硫護色劑對蓮藕進行護色，不僅提高了產品的口感，還解決了蓮藕易褐變的問題，提高了產品的安全性。微通道超微粉碎技術，粉碎效率高、能耗低，特別適用于富含膳食纖維物料的粉碎，突破了傳統粉碎方式的局限，有利用工業化生產使用。此外，采用親水膠體穩定化技術，進一步提高了富含膳食纖維飲品的穩定性。