加工工藝對(duì)糙米乳穩(wěn)定性及主要品質(zhì)的影響

安紅周 王莉芬 周豫飛 羅麗芳 黃 芮 史莉君

(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，鄭州 450001)

糙米皮層含豐富纖維，糙米直接食用時(shí)，被蒸煮時(shí)水分不易進(jìn)入糙米內(nèi)部，胚乳中淀粉不易糊化，這將造成蒸煮時(shí)間較長、口感粗糙，不易被人體所消化[1]。所以將其制造成易消化吸收的糙米乳，既可以充分利用糙米，又可以使其中的營養(yǎng)成分得到充分吸收。糙米乳保留了大量膳食纖維、γ-氨基丁酸、維生素B等營養(yǎng)成分，可以促進(jìn)腸道蠕動(dòng)，改善血液循環(huán)，調(diào)節(jié)新陳代謝等[2]。

國內(nèi)外學(xué)者對(duì)米乳飲料的研究已有較多的報(bào)道。以糯米為原料制得的菲律賓米酒Tapuy是經(jīng)浸泡、蒸煮、發(fā)酵制成發(fā)酵型飲料[3]。Cheryl等[4]以糙米為主料，利用α-淀粉酶酶解，再經(jīng)過β-淀粉酶或糖化酶酶解制得營養(yǎng)豐富、口感良好的低過敏性米乳飲料，在制作過程中將酶解代替發(fā)酵工藝，避免了因發(fā)酵而產(chǎn)生的不良酸味，且酶解后口感較溫和，甜度適中。劉濤等[5]以大米及糙米為主料，通過烘烤、蒸煮糊化、淀粉酶液化等工序處理制備營養(yǎng)米乳。

糙米乳懸浮液中顆粒的粒徑越大，流體的黏度越小，該分散體系的穩(wěn)定性越差，就越容易發(fā)生分層和沉淀；并且在糙米乳的分散體系中大分子淀粉回生、蛋白質(zhì)沉淀、脂肪上浮，都會(huì)導(dǎo)致飲品分層和沉淀現(xiàn)象的產(chǎn)生。在米乳飲料的制備工藝中，通常采用酶解的方式將大分子分解成小分子糖類，從而增加產(chǎn)品的穩(wěn)定性[6]。糙米乳的穩(wěn)定性是制約產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素，也是評(píng)價(jià)其貨架期的重要指標(biāo)，因此如何保障產(chǎn)品穩(wěn)定性是目前的關(guān)鍵問題。

膠體磨作為一種濕磨精細(xì)加工設(shè)備，物料可通過剪切、碾磨、高頻振動(dòng)而被粉碎[7]；高壓均質(zhì)則是將液體物料在高壓條件下，通過強(qiáng)烈的剪切、空穴、撞擊和渦旋作用而達(dá)到細(xì)化及均勻混合的目的[8]。本研究采用酶解與離心處理工藝對(duì)糙米乳進(jìn)行處理，同時(shí)為進(jìn)一步提高產(chǎn)品穩(wěn)定性，對(duì)膠體磨和均質(zhì)工藝參數(shù)進(jìn)行了探索，旨在為糙米乳的工業(yè)化生產(chǎn)提供參考。

1 材料與設(shè)備

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與試劑

粳糙米；α-淀粉酶4 000SG；糖化酶3 300BG；纖維素酶BG；蛋白酶5.0BG。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備

CLEXTRAL Ev025雙螺桿擠壓機(jī)；DJRMJG電加熱酶解罐；LWSX230×1000臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)；PB-10 pH計(jì)；WN-200萬能粉碎機(jī)；SYQ-280B高壓蒸汽滅菌鍋；VFMB-20立式食品攪拌機(jī)；JMS-50DX膠體磨；AH08-100高壓均質(zhì)機(jī)；LXJ-IIB低速大容量多管離心機(jī)；721G可見分光光度計(jì)；BT-9300H激光粒度分布儀。

2 方法

2.1 中試工藝

2.1.1 工藝流程

糙米→選料→粉碎→擠壓膨化→粉碎→α-淀粉酶酶解→糖化酶酶解→纖維素酶酶解→蛋白酶酶解→滅酶→離心→膠體磨或高壓均質(zhì)處理→滅菌→成品

2.1.2 操作要點(diǎn)

選料：選用無霉變、無發(fā)芽的糙米，用自來水淘洗后晾干待用。

粉碎：使用萬能粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，并過60目篩。

擠壓膨化：設(shè)置膨化參數(shù)為物料水分17%、機(jī)筒溫度135 ℃、主機(jī)轉(zhuǎn)速130 r/min，對(duì)粉碎后的物料進(jìn)行擠壓膨化。

粉碎：使用萬能粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，并過120目篩。

酶解與滅酶：膨化糙米依次經(jīng)過α-淀粉酶(液料比12∶1，酶解溫度50 ℃，pH 6.0，加酶量0.1%，酶解時(shí)間60 min)、糖化酶(酶解溫度55 ℃，pH 6.0，加酶量0.15%，酶解時(shí)間120 min)、纖維素酶(酶解溫度50 ℃，pH 5.0，加酶量0.1%，酶解時(shí)間100 min)、蛋白酶酶解(酶解溫度50 ℃，pH 6.5，加酶量0.18%，酶解時(shí)間90 min)，再于95 ℃水浴滅酶20 min。

離心：將酶解液從酶解罐泵至臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)中，選定主機(jī)頻率/副機(jī)頻率分別為35/32、38/35、43/40 Hz進(jìn)行糙米乳離心實(shí)驗(yàn)，收集離心液相。

膠體磨或高壓均質(zhì)處理：膠體磨處理1、3、6 min或在均質(zhì)壓力為10、20、30、40、50 MPa條件下處理糙米乳。

滅菌：采用高壓蒸汽滅菌鍋，于110 ℃下滅菌10 min。

2.2 靜置穩(wěn)定性的測定

參照郭潔麗等[9]的方法，略有修改。在25 mL的比色管中加入25 mL含0.1%脫氫乙酸鈉的糙米乳，4 ℃下靜置12 h后觀測其分層情況，下層沉淀的刻度與溶液總刻度的比值即表示靜置穩(wěn)定性。其比值越大則沉淀沉降速率越小，糙米乳體系越穩(wěn)定。

2.3 離心沉淀率的測定

參照郭潔麗等[9]和樊振江等[10]的方法，并稍作修改。在離心管中加入糙米乳5 mL，于4 500 r/min速度下離心20 min，棄去上清液，測定其沉淀率。其值越小，說明糙米乳的穩(wěn)定性越好。按公式計(jì)算：

(1)

式中：SR為離心沉淀率/%；m1為離心管的質(zhì)量/g；m2為離心管和糙米乳的總質(zhì)量/g；m3為離心管和沉淀的總質(zhì)量/g。

2.4 懸浮穩(wěn)定性的測定

參照潘伯良等[11]和周鵬[12]的實(shí)驗(yàn)方法，并稍作修改。將糙米乳稀釋20倍后于波長540 nm下測定吸光度，記為A前。取稀釋后的糙米乳于3 500 r/min離心10 min，測定上清液在波長540 nm下的吸光值，記為A后。懸浮穩(wěn)定性(R)為A后與A前的比值。R越大，說明飲品越穩(wěn)定。

2.5 總固形物的測定

按照QB/T 4221—2011 谷物類飲料進(jìn)行[13]。

2.6 粒徑以及粒度分布分析

使用BT-9300H型激光粒度分布儀測定糙米乳的粒徑(D50和D75)與粒徑分布[14]。

2.7 總膳食纖維的測定

按照GB 5009.88—2014進(jìn)行[15]。

2.8 糙米乳感官評(píng)價(jià)

挑選10名經(jīng)驗(yàn)豐富的感官評(píng)價(jià)人員，組成評(píng)價(jià)小組，參照張瑞莉[16]的感官評(píng)價(jià)方法制定糙米乳感官評(píng)分細(xì)則(見表1)；對(duì)糙米乳的色澤、滋味、氣味和狀態(tài)進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，得出最終糙米乳的感官評(píng)分。

2.9 糙米乳營養(yǎng)成分的測定

蛋白質(zhì)含量測定：按照GB 5009.5—2016方法進(jìn)行[17]；脂肪含量測定：按照GB 5009.6—2016中索氏抽提法進(jìn)行[18]；能量、碳水化合物及各成分的營養(yǎng)素參考值百分比(NRV%)：按照GB 28050—2011《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 預(yù)包裝食品營養(yǎng)標(biāo)簽通則》所示方法進(jìn)行計(jì)算[19]；鈉：按照GB 5009.91—2017《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中鉀、鈉的測定》進(jìn)行[20]。

2.10 數(shù)據(jù)處理方法

使用Excel軟件和SPSS20.0軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 酶解對(duì)穩(wěn)定性的影響

不同酶解階段糙米乳的靜置穩(wěn)定性與粒徑(D50)如圖1所示。

圖1不同酶解階段糙米乳的靜置穩(wěn)定性與粒徑變化

由圖1可知，膨化糙米依次經(jīng)過α-淀粉酶、糖化酶、纖維素酶、蛋白酶酶解后，其靜置穩(wěn)定性不斷提高，說明隨著酶解的不斷進(jìn)行，糙米乳的穩(wěn)定性得到改善，這可能是部分淀粉經(jīng)酶解后形成小分子糖類，避免了淀粉因老化而發(fā)生聚集，形成沉淀，且部分蛋白質(zhì)和纖維素等大分子物質(zhì)也降解為小分子，從而防止其沉淀產(chǎn)生[21]。糙米乳的粒徑也是隨著酶解的進(jìn)行，中位徑(D50)逐漸減小。據(jù)報(bào)道，蓮子淀粉經(jīng)酶解后，其飲料的離心沉淀率降低，穩(wěn)定性有所提高[22]；且經(jīng)淀粉酶酶解后制得的甘薯飲料穩(wěn)定性也顯著增強(qiáng)[23]，酶解有利于糙米乳穩(wěn)定性的提高。

3.2 離心工藝參數(shù)的確定

采用臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)對(duì)糙米乳進(jìn)行離心處理。物料經(jīng)進(jìn)料管進(jìn)入離心機(jī)內(nèi)，其轉(zhuǎn)鼓持續(xù)進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，并使物料受到極大的離心力作用，使不同密度的物料得以分離，密度大的固相顆粒沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，且不斷被旋轉(zhuǎn)葉片刮下并最終推出排渣口，液相則因不同密度分別從重液相出口和輕液相出口流出。由于糙米乳中脂肪含量較少，因此液相均從重液相出口流出。此工藝環(huán)節(jié)不僅能夠去除糙米乳中的部分大顆粒物質(zhì)，改善其穩(wěn)定性，還可充分利用該離心機(jī)大功率、大處理量的優(yōu)點(diǎn)。

表2 不同離心參數(shù)對(duì)糙米乳品質(zhì)的影響

由表2可知，在3種離心工藝參數(shù)中，當(dāng)主機(jī)頻率/副機(jī)頻率為35/32 Hz時(shí)，所得液相其固形物含量最高，之后依次為38/35 Hz和43/40 Hz。當(dāng)主機(jī)頻率/副機(jī)頻率為38/35 Hz時(shí)，糙米乳的靜置穩(wěn)定性與懸浮穩(wěn)定性均達(dá)到最高，這可能是在此參數(shù)下，離心機(jī)有效地去除了糙米乳中的大顆粒物質(zhì)，進(jìn)而提高糙米乳的穩(wěn)定性，其粒徑的變化(D50與D75均最小)也同樣證實(shí)了這一觀點(diǎn)。綜合考慮，在提高穩(wěn)定性的同時(shí)又要避免固形物含量過低，確定最佳的離心參數(shù)為主機(jī)頻率38 Hz，副機(jī)頻率35 Hz。

3.3 膠體磨處理對(duì)糙米乳穩(wěn)定性的影響

3.3.1 膠體磨處理對(duì)糙米乳粒徑的影響

通過控制膠體磨的處理時(shí)間，研究膠體磨處理對(duì)糙米乳粒徑的影響，結(jié)果如表3和圖2所示。隨著膠體磨處理時(shí)間的延長，糙米乳的粒徑逐漸減小，這與受到高速剪切和高頻振動(dòng)等機(jī)械力有關(guān)；當(dāng)處理時(shí)間為3～6 min時(shí)，D50不再減小，D75略有降低。由圖2可知，隨著膠體磨處理時(shí)間的延長，粒徑為0.510～2.500 μm的顆粒所占比例有所增加。

表3 膠體磨處理時(shí)間對(duì)糙米乳粒徑的影響

圖2 膠體磨處理時(shí)間對(duì)糙米乳粒徑分布的影響

3.3.2 膠體磨處理對(duì)糙米乳穩(wěn)定性的影響

圖3膠體磨處理時(shí)間對(duì)糙米乳穩(wěn)定性的影響

通過控制膠體磨的處理時(shí)間，研究膠體磨處理對(duì)糙米乳懸浮穩(wěn)定性與離心沉淀率的影響，結(jié)果如圖3所示。隨著處理時(shí)間的延長，糙米乳懸浮穩(wěn)定性逐漸增加，離心沉淀率逐漸降低；當(dāng)處理時(shí)間超過3 min后，糙米乳的懸浮穩(wěn)定性與離心沉淀率變化放緩。這說明糙米乳的穩(wěn)定性有所增加，其原因可能是膠體磨處理減小了糙米乳的粒徑，且處理時(shí)間超過3 min后，糙米乳的粒徑變化不大。根據(jù)斯托克斯定律，沉降速度與顆粒直徑的平方成正比，反映了蛋白質(zhì)乳濁體系的穩(wěn)定性，與蛋白質(zhì)構(gòu)象及疏水性等密切相關(guān)[24]。另有文獻(xiàn)報(bào)道，膠體磨處理后的燕麥飲料穩(wěn)定性有所提高[25]。可見，膠體磨處理可在一定程度上降低糙米乳粒度，并改善其穩(wěn)定性。

3.4 均質(zhì)工藝的確定

均質(zhì)壓力與均質(zhì)次數(shù)是影響均質(zhì)機(jī)均質(zhì)效果的重要指標(biāo)。在室溫下，將糙米乳經(jīng)過均質(zhì)機(jī)處理，研究不同均質(zhì)次數(shù)與均質(zhì)壓力對(duì)糙米乳粒徑和穩(wěn)定性的影響，從而確定均質(zhì)工藝參數(shù)。

3.4.1 均質(zhì)壓力對(duì)糙米乳粒徑的影響

不同均質(zhì)壓力下糙米乳的粒徑變化與分布如圖4和圖5所示。由圖4可知，隨著均質(zhì)壓力的增加，糙米乳的粒徑(D50和D75)呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。當(dāng)均質(zhì)壓力達(dá)到20 MPa時(shí)，糙米乳的粒徑D50和D75均達(dá)到最小。其原因可能是糙米乳進(jìn)入均質(zhì)機(jī)后，在高壓作用下受到強(qiáng)烈的剪切、撞擊，使其達(dá)到超微細(xì)化的效果[26]；而當(dāng)均質(zhì)壓力過大時(shí)，糙米乳中顆粒過于細(xì)化，導(dǎo)致分子之間布朗運(yùn)動(dòng)加劇，造成顆粒間發(fā)生團(tuán)聚，從而測定的粒徑反而有所增加[27]。李貴蕭[28]在研究均質(zhì)壓力對(duì)玉米淀粉粒徑分布影響時(shí)也發(fā)現(xiàn)了同樣的現(xiàn)象。

由圖5可知，糙米乳經(jīng)20 MPa的壓力均質(zhì)后，粒徑為0.510～2.500 μm的顆粒所占比例明顯高于經(jīng)膠體磨處理6 min后的糙米乳。

圖4均質(zhì)壓力對(duì)糙米乳粒徑的影響

圖520 MPa 1次均質(zhì)后糙米乳的粒徑分布

3.4.2 均質(zhì)壓力對(duì)糙米乳穩(wěn)定性的影響

不同均質(zhì)壓力下糙米乳的穩(wěn)定性如表4所示。隨著均質(zhì)壓力的增加，糙米乳的懸浮穩(wěn)定性呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，離心沉淀率則呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。當(dāng)均質(zhì)壓力達(dá)到20 MPa時(shí)，糙米乳的懸浮穩(wěn)定性與離心沉淀率均達(dá)到最佳。原因可能是在該壓力下糙米乳的粒徑最小，從而減小了顆粒的沉降速度，穩(wěn)定性最佳。糙米乳的最佳均質(zhì)壓力為20 MPa。

表4 均質(zhì)壓力對(duì)糙米乳穩(wěn)定性的影響

3.4.3 均質(zhì)條件的確定

均質(zhì)壓力與均質(zhì)次數(shù)不同，則均質(zhì)效果也不同。一般來講，均質(zhì)次數(shù)的增多有利于體系穩(wěn)定性的提高；研究表明當(dāng)均質(zhì)次數(shù)大于2次時(shí)，飲料粒徑不再發(fā)生顯著改變，且考慮到成本因素，一般多采用2次均質(zhì)處理[22,25,26 ]。因此，選擇將糙米乳進(jìn)行2次均質(zhì)，其穩(wěn)定性與粒徑如表5所示，其粒徑分布如圖6所示。

由表5可知，當(dāng)糙米乳于均質(zhì)壓力20 MPa下均質(zhì)2次時(shí)，其懸浮穩(wěn)定性最高，離心沉淀率、D50及D75均最小，穩(wěn)定性最佳。且糙米乳經(jīng)2次均質(zhì)后，其離心沉淀率均優(yōu)于同壓力下1次均質(zhì)，懸浮穩(wěn)定性也有不同程度的提高。由圖6可知，與均質(zhì)壓力20 MPa下均質(zhì)1次的糙米乳相比，在該均質(zhì)條件下，糙米乳中粒徑為0.510～2.500 μm的顆粒比例有所增加，且糙米乳的穩(wěn)定性處于最佳水平。因此，將膠體磨工藝與高壓均質(zhì)工藝進(jìn)行對(duì)比，最終確定最佳工藝條件為20 MPa下均質(zhì)2次，在此工藝條件下，糙米乳穩(wěn)定性最佳。

表5 不同均質(zhì)條件對(duì)糙米乳穩(wěn)定性和粒徑的影響

圖620 MPa 2次均質(zhì)后糙米乳粒徑分布

3.5 糙米乳品質(zhì)研究

3.5.1 理化指標(biāo)的測定

糙米乳成品的理化品質(zhì)如表6所示。糙米乳成品的總膳食纖維與總固形物指標(biāo)均符合QB/T 4221—2011 谷物類飲料的要求。

表6 糙米乳理化品質(zhì)

3.5.2 主要營養(yǎng)成分分析

糙米乳成品的主要營養(yǎng)成分及NRV%見表7。

表7 糙米乳主要營養(yǎng)成分及NRV%

3.5.3 感官品質(zhì)

對(duì)糙米乳成品進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，其結(jié)果如表8所示。經(jīng)酶解、離心、均質(zhì)處理等工藝后，糙米乳的組織狀態(tài)明顯改善，其成品感官總評(píng)分達(dá)到93分。

表8 糙米乳感官評(píng)分

4 結(jié)論

膨化糙米經(jīng)α-淀粉酶、糖化酶、纖維素酶及蛋白酶酶解后，將大分子分解成小分子糖類，糙米乳中粒徑(D50)逐漸減小，靜置穩(wěn)定性不斷提高。對(duì)糙米乳進(jìn)行離心處理，能夠去除糙米乳中大顆粒物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)固、液相的自動(dòng)與連續(xù)分離，提高糙米乳穩(wěn)定性。粒徑分析結(jié)果表明，膠體磨和均質(zhì)工藝處理可以改善糙米乳的穩(wěn)定性，且在20 MPa壓力下均質(zhì)2次，糙米乳的懸浮穩(wěn)定性與離心沉淀率均達(dá)到最佳。此外，糙米乳理化指標(biāo)符合QB/T 4221—2011《谷物類飲料》的要求，通過對(duì)其營養(yǎng)成分及感官評(píng)價(jià)分析，表明糙米乳滋味良好、營養(yǎng)全面。