利用LUMiSizer快速評估均質(zhì)工藝對燕麥穩(wěn)定性的影響

近年來谷物雜糧飲品迅速發(fā)展，受到越來越多消費(fèi)者的青睞，但是谷物雜糧飲品易出現(xiàn)分層、沉淀等不穩(wěn)定現(xiàn)象，影響其感官品質(zhì)。因此，在加工過程中提高漿液體系穩(wěn)定性非常重要。造成谷物雜糧飲品不穩(wěn)定的主要原因是谷物原料中含有較多的淀粉、蛋白質(zhì)等大顆粒物質(zhì)，Stocks定律認(rèn)為，流體粒子的沉降速度與粒子的半徑有關(guān)，粒子的半徑越小，沉降速度越小，體系的穩(wěn)定性越高。而高壓均質(zhì)正是一種有效降低顆粒粒徑的方法，谷物雜糧飲品通過高壓均質(zhì)后，不僅使得脂肪球和蛋白等顆粒細(xì)化，還使得糖、膠體等物質(zhì)分散的更加均勻。當(dāng)前采用均質(zhì)工藝提高飲品穩(wěn)定性的研究主要通過靜置分層高度和離心沉淀率等指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)[，但在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中靜置分層觀察耗時(shí)較長，離心沉淀率在評價(jià)粘度較高的飲品時(shí)存在較大的不準(zhǔn)確因素，采用一種耗時(shí)短、準(zhǔn)確性高的穩(wěn)定性評價(jià)方法是關(guān)鍵。因此，本論文針對酶解和調(diào)配后燕麥漿的穩(wěn)定性問題，利用LUMiSizer穩(wěn)定性分析儀研究了均質(zhì)壓力對漿液穩(wěn)定性的影響，為燕麥漿類產(chǎn)品的開發(fā)提供參考。

1.1材料  

優(yōu)選燕麥米 吉林普康有機(jī)農(nóng)業(yè)有限公司；α-淀粉酶 北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法  

1.2.1 燕麥漿的制備  

1.2.1.1 燕麥漿的制作

燕麥經(jīng)過清理和篩選，放入烘箱中150℃烘烤40min，期間不時(shí)翻動(dòng)以防烤焦。烘烤后燕麥呈金黃或黃褐色，伴有烘烤后*的燕麥香氣?？竞玫难帑湻湃肭逅薪?3～15h。將浸泡后的燕麥加12倍水放入組織搗碎機(jī)打漿，先低速20s，后高速60s；打漿后過200目篩。

1.2.1.2 酶解和調(diào)配

燕麥漿置于酶解罐中，加入0.50% α-淀粉酶、在70℃下酶解1.0h后加入0.30%復(fù)合膠體（瓜膠∶黃原膠∶結(jié)冷膠∶CMC=4∶5∶3∶3）在70℃下使膠體溶解并混合均勻。

1.2.1.3 均質(zhì)

調(diào)配后的燕麥漿液先用膠體磨膠2min，使膠體分散更均勻。固定均質(zhì)溫度50℃，在一定壓力下均質(zhì)一定次數(shù)后測定穩(wěn)定性和顆粒粒度。

1.2.2 穩(wěn)定性（Slope 值）指標(biāo)的測定

采用德國LUMiSizer穩(wěn)定性分析儀對不同酶解條件下得到的燕麥漿酶解液進(jìn)行穩(wěn)定性分析。儀器采用Stokes Law的離心加速方法和Lambert-Beer Law光學(xué)技術(shù)監(jiān)測樣品的穩(wěn)定性、全程分離步驟、沉降及懸浮并存的復(fù)雜分離行為[9]。軟件記錄儀器測定得到的樣品在離心作用下紅外透光率的變化并繪制譜線，計(jì)算光透過率積分（Integral Transmission，%）對時(shí)間（Time，h）的曲線的斜率Slope值。通過Slope值的大小比較樣品的穩(wěn)定性。Slope值越大，在一定的時(shí)間內(nèi)樣品的透光率變化越快，即樣品的移動(dòng)分層速度變化越快，樣品越不

穩(wěn)定；反之Slope數(shù)值越小，樣品越穩(wěn)定。檢測條件：溫度25℃，離心速度3500r/min，光散射系數(shù)1.00，每10s掃描一次，共掃描200次。

1.2.3 平均粒度的測定 使用Mastersizer2000E型激光粒度儀測定，測定過程采用濕法手動(dòng)測量：將燕麥漿樣品均勻分散在去離子水中，分散均勻的顆粒被激光束照射產(chǎn)生衍射，由于顆粒大小不同，產(chǎn)生的衍射角度不同，衍射光被檢測器收集后將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號送入計(jì)算機(jī)，反映為顆粒大小的分布。

2 結(jié)果與分析  

2.2 一次均質(zhì)壓力對燕麥漿穩(wěn)定性和粒度的影響  

2.2.1 一次均質(zhì)壓力對燕麥漿穩(wěn)定性的影響 將調(diào)配好的燕麥漿液分別在20、30、40、50MPa壓力下進(jìn)行一次均質(zhì)后進(jìn)行穩(wěn)定性分析。結(jié)果見圖1，從圖1中可看出，漿液主要呈現(xiàn)出沉降行為。均質(zhì)壓力20、30、40MPa之間光信號在離心監(jiān)測過程中變化不大，譜線變化范圍區(qū)別不大。均質(zhì)壓力為50MPa時(shí)沉降行為與其他三個(gè)較低的均質(zhì)壓力相比，譜線變化范圍

變窄，沉降速度慢，樣品較為穩(wěn)定。

圖1 穩(wěn)定性分析圖譜

Fig.1 The dispersion analysis chromatograms

注：其中a、b、c、d分別是一次均質(zhì)壓力為20、30、40、50MPa的樣品。

2.2.2 一次均質(zhì)壓力對燕麥漿粒度的影響 將調(diào)配好的燕麥漿分別在20、30、40、50MPa的壓力下進(jìn)行一次均質(zhì)，不同壓力下的粒徑分布見圖2。由圖2可看出，不同的均質(zhì)壓力條件下，粒徑的分布范圍沒有較大變化，都在0.2~300μm之間。但隨著均質(zhì)壓力的增加，分布在小粒徑范圍（0.2～20μm）的顆粒增多，漿液的平均粒徑降低。

圖2 粒徑分布圖

Fig.2 The particle size distribution

2.3 二次均質(zhì)壓力對燕麥漿穩(wěn)定性和粒度的影響

2.3.1 二次均質(zhì)壓力對燕麥漿穩(wěn)定性的影響 將在50MPa下進(jìn)行一次均質(zhì)后的燕麥漿液分別在20、30、40、50MPa壓力下二次均質(zhì)后進(jìn)行穩(wěn)定性分析。結(jié)果見圖3，從圖3中可看出，漿液進(jìn)行二次均質(zhì)后，穩(wěn)定性明顯提高。二次均質(zhì)壓力為20MPa和40MPa的樣品光信號在離心監(jiān)測過程中變化稍大，譜線變化范圍略寬，穩(wěn)定性稍差。30MPa和50MPa樣品稍穩(wěn)定。

圖3 穩(wěn)定性分析圖譜

Fig.3 The dispersion analysis chromatograms

注：其中a、b、c、d分別是二次均質(zhì)壓力為20、30、40、50MPa的樣品。

2.3.2 二次均質(zhì)壓力對燕麥漿粒度的影響 將燕麥漿在50MPa壓力下進(jìn)行第一次均質(zhì)后，再分別在20、30、40、50MPa的壓力下進(jìn)行第二次均質(zhì)，第二次不同壓力下均質(zhì)后的粒徑分布見圖4。從圖4中可以看出，顆粒粒徑主要分布在0.3～10μm范圍內(nèi)，10～300μm間有少量分布。第二次均質(zhì)的不同均質(zhì)壓力對漿液的粒徑分布影響較第一次均質(zhì)時(shí)小得多，20MPa的分布范圍稍寬，30、40、50MPa的分布范圍略窄，粒徑分布幾乎一致。

圖4 粒徑分布圖

Fig.4The particle size distribution

2.3.3 二次均質(zhì)壓力的選擇 將不同二次均質(zhì)壓力的穩(wěn)定性（Slope值）和粒徑數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，由結(jié)果可知，隨著均質(zhì)壓力的增加，粒徑逐漸減小，壓力達(dá)到40MPa后繼續(xù)增加，漿液中顆粒粒徑趨于平衡，不再繼續(xù)下降。隨著壓力的逐漸增加，漿液穩(wěn)定性的波動(dòng)較大，40MPa時(shí)的漿液穩(wěn)定性較差，30MPa和50MPa均質(zhì)的漿液穩(wěn)定性較好。因此，考慮到粒徑和穩(wěn)定性兩個(gè)因素，第二次均質(zhì)的壓力應(yīng)選擇在50MPa較為合適。

3 結(jié)論與討論

經(jīng)過2次均質(zhì)的漿液粒度較小，穩(wěn)定性最高。采用50MPa進(jìn)行兩次均質(zhì)的燕麥漿穩(wěn)定性高，顆粒粒度小。

本實(shí)驗(yàn)僅研究了均質(zhì)次數(shù)及壓力對燕麥漿穩(wěn)定性的影響。而在實(shí)際生產(chǎn)中溫度也對均質(zhì)效果以及原料中活性物質(zhì)的保留具有一定的影響。因此，均質(zhì)溫度的選擇和評價(jià)還需要進(jìn)一步的研究和探索。此外，不同的均質(zhì)壓力、次數(shù)和溫度以及均質(zhì)與酶解、酸等處理手段復(fù)合也都會(huì)對燕麥漿中蛋白等組分的功能特性和結(jié)構(gòu)變化產(chǎn)生較大影響。因此，均質(zhì)工藝與組分功能特性，結(jié)構(gòu)變化的機(jī)理研究需要更深入的探究。