國內谷物濃漿飲料穩定性研究進展

李琪，李云龍，胡俊君，程哲，何永吉，李紅梅

(山西農業大學 山西功能食品研究院，山西 太原，030000)

谷物作為中國傳統的膳食來源，其胚乳中富含的淀粉、蛋白質等可為生命活動提供能量；胚芽中富含的Fe、Zn等礦物質、B族維生素、維生素E及不飽和脂肪酸等，有多種抗氧化功效；麩皮中含有的膳食纖維、酚酸等物質則提高了谷物的生理保健功效[1]。堅持食用谷物對控制糖尿病、心腦血管疾病等慢性病的發生有一定作用，同時有利于控制體質量[2]。早餐為人一天的生命活動提供約30%的能量，但是隨著生活節奏不斷加快，越來越多的人，尤其是學生、上班族等人群，對早餐極不重視，甚至有時不吃早餐。這將嚴重影響身體健康并引發一些慢性疾病。有研究顯示[3]，長期不吃早餐的人患脂肪肝和膽結石的幾率將大大增加。谷物濃漿是一種較為濃稠的飲品，通常作為代餐飲料出現，因其具有健康、方便、飽腹感強等特點，適宜作為早餐食用[4]。QB/T 4221—2011《谷物類飲料》中，按照總固形物和總膳食纖維含量的不同，將谷物類飲料(cereal be erage)分為谷物濃漿(cereal juice)和谷物飲料(cereal juice be erage)，通常要求谷物濃漿的總固形物不低于10 g/100 g(低糖和無糖產品不作要求)，總膳食纖維不低于0.3 g/100 g[5]。

谷物濃漿是一個不穩定的食品體系，該體系包括由淀粉、蛋白質等大分子形成的懸濁液、由油脂形成的乳濁液以及由糖、可溶性鹽等形成的真溶液[6]。由于體系粒度較大、儲藏條件變化等原因，谷物濃漿在貨架期內易出現析水沉淀、脂肪上浮等現象，導致產品品質劣變，影響飲料風味及口感[7]。此外，在加工過程中，高溫長時滅菌也會使蛋白質變性、聚集，并形成沉淀[8]。有效解決谷物濃漿的不穩定性問題，是保證其貨架期內品質的重要方面。本文就此問題綜述了影響谷物濃漿穩定性的因素及改善谷物濃漿穩定性的方法，展望了谷物濃漿的發展趨勢，可為生產品質較高的谷物濃漿飲料及設計相應的加工工藝提供合理的參考依據。

1 谷物濃漿飲料的市場及研究現狀

《產業結構調整指導目錄》(2019年)提出，要鼓勵谷物飲料等高附加價值植物飲料的開發生產與加工原料基地建設，這為谷物飲料的進一步發展提供了一定的政策支持，促進谷物綜合利用價值和附加值的提升。

目前市場上的谷物濃漿產品主要有“谷粒谷力”系列谷物濃漿、“中綠粗糧王”系列谷物濃漿代餐飲料、“小崗本色”粗糧濃漿系列飲料等。這些產品多為豆類(紅豆、綠豆、黑豆等)、核桃、花生等與燕麥復配而成的谷物濃漿。

近年來，國內關于谷物濃漿飲料的研究逐漸增多，主要集中在加工工藝及穩定性研究等方面。加工工藝方面，原料選擇豐富，主要有糙米、大麥、青稞、蕎麥、燕麥、藜麥、小米、綠豆等；工藝主要有清洗、烘烤、浸泡、磨漿、糊化、過濾、調配、均質、滅菌等，有的產品則采用發酵工藝制成具有獨特風味和營養物質的谷物飲料產品[9]，有的則通過谷物發芽制成富含γ-氨基丁酸的濃漿飲料[10]，提高了產品的營養價值及保健價值。穩定性研究方面，大部分的研究集中在通過添加適量的增稠劑、乳化劑和磷酸鹽等，使得飲料體系在一定的儲存時間內保持穩定；有的研究則是利用原料本身經過加工后的性質保持飲料體系的穩定性[11]。

2 影響谷物濃漿穩定性的因素

2.1 原料

淀粉是谷物濃漿飲料固形物中含量最高的成分。人體可利用的淀粉是經糊化后的谷物淀粉，不同的谷物淀粉糊化后具有不同的特性[12]，而凝沉性對濃漿飲料的穩定性具有一定影響。直鏈淀粉含量是影響淀粉糊沉降的一個主要原因，其含量越高，淀粉糊越易發生沉降[13]。張杰等[14]比較了燕麥淀粉、小麥淀粉、玉米淀粉和土豆淀粉的凝沉性，發現4種淀粉中，燕麥淀粉的凝沉性最差，即形成凝膠的能力較差。周小理等[15]對比了苦蕎淀粉、甜蕎淀粉和大米淀粉、小麥淀粉、綠豆淀粉的凝沉性，發現與其他3種淀粉相比，2種蕎麥淀粉糊化后于室溫靜置，48 h內無上清液析出，而其他3種淀粉在30 h均有上清液析出，說明蕎麥淀粉糊化后不易沉降，凝沉穩定性優于小麥、大米和綠豆淀粉。各種谷物淀粉表現出不同的凝沉性，因此，選擇合適的原料并合理搭配進行谷物濃漿飲料的加工是必要的。

另有研究顯示[16]，燕麥中含有大量的β-葡聚糖。β-葡聚糖是一種黏性多糖，可作為增稠劑使用。在相同濃度時，其表觀黏度高于羧甲基纖維素。同時，因其具有良好的熱穩定性和剪切稀化特性，用作食品天然穩定劑的潛力巨大。劉先隆等[17]研究全谷物燕麥濃漿的復合酶解，對燕麥進行擠壓膨化耦合α-淀粉酶前處理，隨后采用中性蛋白酶和中溫α-淀粉酶復合酶解的工藝條件，得到的燕麥濃漿飲料中可溶性β-葡聚糖含量最高。因此，當谷物濃漿中含有燕麥成分或添加燕麥β-葡聚糖時，其穩定性可得到一定的提高。

另一方面，脂肪也會影響谷物濃漿飲料的穩定性。若飲料中脂肪含量較高或未充分乳化，易出現脂肪上浮現象，使產品分層，因此，應注意合理選用、搭配原料，從而改善谷物濃漿的穩定性[18]。

蕎麥淀粉糊化后具有良好的穩定性，燕麥因含有大量β-葡聚糖而能在飲料體系中形成較為穩定的結構，因此可考慮在谷物濃漿飲料中適當加入這2種原料，在穩定產品結構的同時，減少乳化劑、增稠劑的使用，更加突出濃漿產品的天然屬性。

2.2 粒度

體系粒子粒徑大小是影響谷物濃漿穩定性的重要因素。根據斯托克斯定律，球顆粒在流體中低速運動時，其運動速度與粒子半徑平方成正比，即體系中粒子粒徑越小，上浮或沉降速度越慢[19]。

均質是一種能夠有效降低物料粒徑的加工工藝，主要通過改變均質溫度、壓力和次數等參數來影響物料的粒徑[20-22]。谷物濃漿中含有較多淀粉和不溶性纖維素，如果僅用膠體磨進行處理，難以達到飲料所需的細膩度，且在儲存過程中更容易發生絮凝沉淀[23]。而物料在均質處理時，在擠壓、強沖擊和失壓膨脹的三重作用下顆粒破碎，更加均勻地在液體中分散[24]，從而實現快速乳化[25]，得到更均一、口感更細膩的物料。理論上講，乳化劑向油水界面遷移的速率隨均質溫度的升高而加快，乳化效果也越好，但飲料加工中物料多具熱敏性，過高的加工溫度會使蛋白質變性、生物活性物質失活，降低產品品質。谷物濃漿加工中均質溫度通常為65～80 ℃[25-27]。一般情況下，谷物濃漿的穩定性與均質壓力呈正相關。在谷物濃漿的加工過程中，常用的均質壓力為15～40 MPa，且普遍采用分段均質[26-28]。涂清榮[27]在研究米乳飲料的穩定性時提出，2次均質對穩定性的提升優于單次均質，但如果2次均質壓力過大時，穩定性反而下降，原因可能是過高的壓力導致物料粒徑過小，飲料體系的總界面積增大，自由能升高，體系開始趨向于不穩定。

此外，李娟等[29]采用高壓微通道微粉碎處理糙米濃漿，通過在不同的操作壓力(30、35、40和50 MPa)下分別粉碎1次、2次和3次發現，35 MPa粉碎2次是最經濟且糙米粉碎粒徑最小的操作條件，平均粒徑約為24 μm。與干法粉碎(磨粉機)和濕法粉碎(膠體磨)相比，高壓微通道微粉碎技術能夠更為有效地降低體系粒徑。

選用高效且經濟的破碎技術是谷物濃漿加工的關鍵步驟，加工過程應盡量降低物料粒度，超高壓均質及高壓微通道微粉碎均是能夠有效降低物料粒度并使物料均一的有效工藝，兩者均需通過試驗得到最優操作條件。許月[30]在研究紅豆濃漿工藝時，采用2次均質的方法，均質溫度為65～75 ℃，壓力為25～30 MPa，使得紅豆濃漿中淀粉、蛋白質、脂肪等大分子均勻細化，乳化劑、穩定劑與漿料充分融合，相互交聯，最終得到較為穩定的紅豆濃漿產品，無脂肪上浮、結塊及分層現象。

2.3 乳化劑和增稠劑

乳化劑和增稠劑是飲料中常用來提高穩定性的食品添加劑。乳化劑主要能夠改善油水兩相之間的表面張力，形成均勻分散體或乳化體，而增稠劑可以提高食品的黏稠度或形成凝膠，并兼有乳化、穩定作用或使呈懸浮狀態[31]。根據GB 2760—2014《食品安全國家標準 食品添加劑使用標準》的規定，食品中常用的乳化劑主要有單、雙甘油脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯、改性大豆磷脂等，常用的增稠劑有瓜爾膠、海藻酸鈉、β-環狀糊精、黃原膠、卡拉膠等。但是單一使用乳化劑或增稠劑往往不能起到很好的穩定作用，需要對其進行復配，通過協同增效使其更好地發揮作用[23, 32]。

李婷等[33]在研究燕麥魔芋濃漿飲料的穩定性時提出，采用纖維素酶將魔芋多糖水解為魔芋葡甘低聚糖，解決了單獨使用魔芋多糖時飲料黏度過大的問題；同時，單甘脂和蔗糖酯的添加幾乎不影響燕麥濃漿的黏度和離心沉淀率。此外，該研究還通過對飲料體系的粒徑和電位的研究指出，添加親水膠體對燕麥魔芋濃漿飲料穩定性的影響主要體現在3個方面：(1)穩定劑的添加使得粒子間電位升高，斥力增大，減少了粒子間的聚集，從而減小了飲料體系的粒徑，沉降速度降低，相應地增強了穩定性；(2)魔芋膠和卡拉膠形成的復合膠體的特殊結構有效降低了魔芋膠與其他物質聚集形成大分子的可能性，從而提高了穩定性；(3)魔芋膠水解產生的小分子糖可以防止淀粉回生導致的淀粉糊凝沉。由此可見，親水膠體的添加通過改變濃漿飲料體系的粒徑、電位及超微結構等來影響體系的穩定性。林小琴等[34]在研究黑芝麻濃漿飲料時，通過設計Plackett-Burman試驗及Box-Behnken試驗，以沉淀率和感官評分的綜合評分為響應值，得出用于黑芝麻濃漿的最優穩定劑組合為蔗糖酯0.03%(質量分數)，蒸餾單硬脂酸甘油酯0.07%，黃原膠0.06%，此時黑芝麻濃漿綜合評分最高，為99.06。這與李婷[33]得到的結果似乎是相悖的，但是從飲料主成分來看，相對燕麥，黑芝麻中的油脂更多，而蔗糖酯和單硬脂酸甘油酯均為乳化劑，更適用于油脂含量較高的黑芝麻濃漿，而燕麥濃漿中油脂含量較低，故使用乳化劑效果不明顯。

因此，根據原料本身的特性，選用適當的乳化劑、增稠劑，通過試驗確定復配比例及添加量，加入前應先在熱水中不斷攪拌溶解，必要時可采用剪切等方式使其充分溶于水，再將水溶液與其他物料混合均勻。張東鳳等[8]以蕎麥米、小麥、燕麥、大豆、花生仁為原料，分別對穩定劑及乳化劑設計正交試驗，得到最優復合穩定劑和復合乳化劑，然后以復合穩定劑添加量、復合乳化劑添加量和均質壓力為試驗因素，以穩定系數為響應值設計正交試驗，得到復合穩定劑和復合乳化劑分別添加0.014%和0.05%，75 ℃下分別以40和30 MPa均質2次，得到的谷物代餐飲料穩定性最高，穩定系數為99.96%。李娟等[29]在研究糙米濃漿時，通過對選定的4種穩定劑(海藻酸鈉、明膠、黃原膠和羧甲基纖維素鈉)設計單因素試驗和正交試驗得出，糙米濃漿中添加羧甲基纖維素鈉0.05%、黃原膠0.15%時，體系的離心沉淀率最低，穩定性好。復配改良劑的使用能夠有效改善谷物濃漿的穩定性，保持產品貨架期內的品質。

2.4 磷酸鹽

陳丹碩等[37]在研究青稞紫米谷物飲料時，使用六偏磷酸鈉和三聚磷酸鈉2種磷酸鹽與蔗糖脂肪酸酯和結冷膠經正交試驗得出，蔗糖脂肪酸酯對飲料穩定性的影響最大，三聚磷酸鈉次之，六偏磷酸鈉再次之，結冷膠最小,采用試驗得出的最優抗老化劑配方時，產品穩定性可達10個月以上。凌夢碩[38]在研究苦蕎麥芽—小米復合谷物飲料的穩定性時，除對傳統的乳化劑和穩定劑進行篩選外，還對三聚磷酸鈉、磷酸二氫鈉、焦磷酸鈉和六偏磷酸鈉4種磷酸鹽進行了試驗。結果表明，該飲料中添加不大于0.04%的磷酸鹽(除磷酸二氫鈉外)時，飲料的穩定性都得到了一定的提高，且六偏磷酸鈉穩定效果最好。

以上都是針對非濃漿型谷物飲料中應用磷酸鹽的研究，其結果均表明適量的磷酸鹽添加能夠在一定程度上提高谷物飲料的穩定性，這些研究對磷酸鹽在谷物濃漿中的應用提供了參考，而谷物濃漿相比于谷物飲料，淀粉含量和黏度都明顯增大，這都給磷酸鹽應用于谷物濃漿帶來了一定的挑戰，磷酸鹽在谷物濃漿中的應用有待進一步研究。

3 展望

谷物濃漿飲料是一種適合作代餐飲料的谷物精深加工產品，有研究顯示[39]，降低早餐血糖指數和血糖負荷可減輕餐后血糖反應，在目前健康飲食越來越受重視的趨勢下，健康且滿足不同人群需求的谷物濃漿飲料將受到更多關注。目前已有研究者[29]進行了糙米濃漿血糖生成指數(glycemic index,GI值)的測定工作，結果表明，糙米濃漿的GI值為40.28，屬于低GI食品，適于需要控制血糖及體質量的人群食用。而粗糧普遍為中低GI食品[40]，將粗糧加工為谷物濃漿飲料不僅提高了其附加值，也為消費者提供了一個更加健康的膳食及代餐選擇。在谷物濃漿飲料的開發過程中也應注重產品的健康性及適口性，如此才能被更多的消費者接受。