中性甜玉米饮料增稠剂的筛选及稳定性研究

程媛 刘忠义 吴继军 余元善 徐玉娟 肖更生

摘 要 以pH中性的甜玉米饮料为研究对象，通过单因素实验筛选出中性条件下稳定性作用显著、高温耐热的亲水胶体，对其进行正交试验分析，并对优化的甜玉米饮料增稠剂配方进行验证试验；同时，研究其黏度、贮藏稳定性和流变学特性，采用模糊数学法对产品质量进行感官指标综合评价。结果表明：玉米原汁含量20%的中性甜玉米饮料稳定剂的最佳配方为黄原胶 ∶ 海藻酸钠 ∶ 魔芋胶=0.03‰ ∶ 0.01‰ ∶ 0.06‰，离心沉淀率为3.50%，黏度为27.20 mPa·s；通过此配方生产产品，可以极大地减少增稠剂用量、降低生产成本，从而提高产品的商品性、经济性；最终产品体系均一，适口性好，具有独特的甜玉米风味。

关键词 甜玉米饮料；亲水胶体；正交试验；中性

中图分类号 TS201.1 文献标识码 A

Screening and Stability of Neutral Sweet Corn Beverage Thickener

CHENG Yuan， LIU Zhongyi*， WU Jijun， YU Yuanshan， XU Yujuan， XIAO Gengsheng

1 College of Chemical Engineering， Xiangtan University， Xiangtan， Hunan 411105， China

2 Sericultural & Agri-Food Research Institute， Guangdong Academy of Agricultural Sciences /

Key Laboratory of Functional Foods， Ministry of Agriculture / Guangdong Key Laboratory of

Agricultural Products Processing， Guangzhou， Guangdong 510610， China

Abstract Sweet corn beverage that consists of solid particles suspended is an unstable colloidal suspension. In this work， a study was undertaken on the statically layered rate and formulation of the beverage. Meanwhile， the viscosity and rheological properties were described. Sensory evaluation on the quality of sweet maize beverage was conducted by applying fuzzy mathematics method. The colloids with stable stability， neutral stability and heat resistance under acidic conditions were screened out using a single factor experiment and an orthogonal test. In conclusion， a blend stabilizer consisting of xanthan， sodium alginate and konjac gum in ratio of 0.03‰ ∶ 0.01‰ ∶ 0.06‰ was taken as the juice stabilizer which had the lowest serum separation and highest viscosity during storage compared with the juice containing other stabilizers. Moreover， sensory evaluation demonstrated that the beverage received the highest score in terms of color， mouth feel， homogeneity and overall quality.

Key words Sweet corn beverage； hydrophilic colloids； orthogonal test； neutral

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.08.028

甜玉米因其風味独特、含有类胡萝卜素、维生素、多酚及膳食纤维等多种营养成分，近年来深受广大消费者青睐。广东省是国内最先生产甜玉米的省份，2014年种植面积达22.0万hm2，其种植面积占全国种植面积的66%以上，占全世界种植面积的14%左右[1]。随着种植面积和产量的不断增加，以甜玉米为原料开发了系列加工产品如甜玉米罐头[2-3]、速冻玉米粒[4]、鲜榨甜玉米浆[5]和甜玉米饮料[6]等。

甜玉米饮料作为新型饮品将营养与时尚相结合，满足现代人快节奏的生活、营养和心理需求[7]，更受广大消费者的欢迎。目前主要是在餐饮店将其打浆榨汁后直接饮用，商品化的保质期较长的甜玉米饮品则较少。该产品主要技术难点为饮料呈pH中性，对加工生产环境要求较高，处理不当容易因产气胀罐或滋生平盖菌而出现酸败现象，这要求采用高温杀菌工艺才能使其长期保存；而采取此工艺时，由于甜玉米富含蛋白质、淀粉、纤维素等大分子物质，杀菌后这些成分在重力作用下易发生沉降[8]，所以经过杀菌的甜玉米饮料在贮藏过程中易出现析水分层、聚结和絮凝沉淀现象[9]，致使产品感官品质降低。目前已有学者就不同稳定剂对单一或复合玉米饮料及产品品质的影响做过一些研究工作[10-13]，但对复合稳定剂作用的pH条件及杀菌前后其性能变化方面的研究却报道较少。因此，本研究对多种亲水胶体的热稳定性进行了研究，以期筛选出中性条件下稳定性作用显著、高温耐热的亲水胶体，在此基础上进行稳定剂复配实验，利用不同亲水胶体间的协同作用增效，以减少其用量，降低成本，提高产品商品性。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 材料与试剂 供试甜玉米品种为粤甜3号，由广东省农科院作物研究所提供，福临门白砂糖购于超市；卡拉胶、纯胶、瓜尔豆胶、刺槐豆胶、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠（CMC）、藻酸丙二醇酯（PGA）、魔芋粉（食品级）购自汕头市捷成生物科技有限公司；黄原胶、琼脂、麦芽糊精、明胶、蔗糖酯、海藻酸钠（食品级）购自丹尼斯克（中国）有限公司；柠檬酸（分析纯）购自天津市瑞金特化学品有限公司；柠檬酸钠（分析纯）购自天津市恒兴化学试剂有限公司；其他试剂为国产分析纯。

1.1.2 仪器与设备 DV1MLVTJ0型黏度计（美国Brookfield公司）；LDZX-30KBS立式压力蒸汽灭菌器（上海博迅实业有限公司医疗设备厂）；TGL-16G台式离心机（上海安亭科学仪器厂）；AR1500EX流变仪（美国电讯仪器公司）；B25型均质机（广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所）。

1.2 方法

1.2.1 甜玉米饮料生产工艺 采摘乳熟期的甜玉米穗，此时期甜玉米营养物质累积丰富，其含糖量大于25%[14]，水分含量可达70%，适口性好，风味也最佳；预煮软化组织，提高出汁率，并使酶失活，防止打浆时变色[15]；打浆后粗滤；调配时以蔗糖做物理分散剂，防止胶体结块，按生产标准使用软化水，制成20%的甜玉米饮料，总可溶性固形物含量为10.44 Brix。pH值控制在6.0～7.0；采用高温杀菌，将80 ℃均质后的玉米汁饮料装入瓶内，封盖灭菌，杀菌公式为10′～15′～20′∕121 ℃。

工艺流程：原料验收→剥苞叶去丝→脱粒→ 预煮→打浆→粗滤→细滤调配→均质灌装→高温灭菌→冷却→成品

1.2.2 单一亲水胶体黏度特性研究 在20%甜玉米体系中分别添加18种亲水胶体：黄原胶、CMC、PGA、结冷胶、卡拉胶、海藻酸钠、纯胶、聚丙烯酸钠、单甘脂、蔗糖酯、魔芋胶、琼脂、明胶、预糊化淀粉、麦芽糊精、瓜尔豆胶、刺槐豆胶、低酯果胶，测定121 ℃高压杀菌前后的黏度值。

1.2.3 亲水胶体添加量对饮料稳定性的影响 选用黄原胶、海藻酸钠、魔芋胶、纯胶、琼脂等5种较为理想的稳定剂，分别以相应浓度单独加入20%甜玉米饮料中，测定高压杀菌后样品的黏度。

1.2.4 稳定剂配方优化试验 以市售甜玉米饮料谷粒谷力的黏度值29.60 mPa·s为标准，结合单因素实验结果及胶体间的协同作用，以黏度、离心沉淀率等作为考察指标，确定杀菌后达到该黏度的各类稳定剂的适宜用量。L9（33）正交试验的因素水平见表1。

1.2.5 饮料体系黏度测定 于室温静置24 h后，使用DV1MLVTJ0型数字显示黏度计，测定100 r/min、62号转子、25 ℃条件下3 min内平均黏度。

1.2.6 饮料贮藏稳定性测定 取甜玉米饮料10 g，以4 000 r/min离心15 min，按下式计算离心沉淀率[16]；样品静置一周后观察，测定析出水层的体积（Vw）和样品总体积（Vs），以Vw/Vs来表示自然析水率，值越小稳定性越好。

1.2.7 流变学特性 对9种含稳定剂配方的20%玉米汁饮料体系进行流变性质测定，通过评估低剪切速率下的剪切应力值及黏度值的变化来预测体系稳定情况[17-18]。使用AR1500EX流变仪和60 mm平行板进行流变性测定，温度为25 ℃，剪切速率范围为0.1-100 s-1。

1.2.8 感官评价分析 采用模糊数学法[19]对甜玉米产品的质量进行感官评价。设定甜玉米饮料的指标论域为U，U=（色泽，滋味，口腔中延迟的感觉，组织形态），规定对应的权数值如下：A=（0.1，0.4，0.2，0.3）；采用等级标度法，设评语论域为B，B=（Ⅳ，Ⅲ，Ⅱ，Ⅰ），由5名男性和5名女性组成感官评价小组进行评分。感官评定等级标准见表2。

1.3 数据处理

所有数据均重复3次，数据结果以平均值±标准差表示，采用统计软件SPSS 20.0进行方差与显著性分析，显著性水平取0.05；使用Origin 8.0软件制图。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 18种稳定剂杀菌前后黏度变化 往饮料中添加0.1%的稳定剂，其他含量一定，分析检测同一用量的稳定剂杀菌前后的黏度值，试验结果如图1所示。

高温灭菌过程，温度上升，分子运动速率加快，聚合结构被拆散，液体流动阻力减小，使胶体黏度整体下降。海藻酸钠是一种亲水性聚合物，相对分子质量较大，分子链也较长，高分子链形成无规则线团[20]，流体阻力增加，呈较高黏度，高温杀菌使其结构被破坏，黏度也随之降低；魔芋胶增稠效果好，无胶凝性，热降解幅度小；黄原胶良好的耐热性可能是由于分子带电荷，侧链反向缠绕纤维素主链，形成类似棒状的一级钢性结构[21]，同时分子间靠氢键作用形成双链螺旋的二级立体结构，双链螺旋结构赋予了分子很好的刚性，这固有的分子构象可以抵制高温破坏；果肉混浊汁中的大顆粒带负电荷[22]，故选取中性和负电性胶体作为甜玉米饮料的稳定剂，结合不同增稠剂间的协同增效作用，参考各类文献[17，20，23]，经过多次试验，最终选择黄原胶、海藻酸钠和魔芋胶作为下一步实验的增稠剂，以确定提高饮料稳定性的配方。

2.1.2 亲水胶体添加量对饮料黏度的影响 由图2可知，随胶体用量的增加，体系黏度整体呈上升趋势。当胶体添加量为0.09%时，魔芋胶和海藻酸钠体系黏度值分别为8.40、6.70 mPa·s，黄原胶体系黏度值达18.00 mPa·s，黏度值比前者的2倍还多。纯胶和琼脂用量小于0.1%时，黏度值随用量逐渐增加；当用量大于0.1%时，黏度值趋于稳定。同等用量，黄原胶、琼脂、纯胶黏度值增幅明显，但因其协同作用微弱，考虑到黄原胶、海藻酸钠和魔芋胶间良好的协同作用，因此选择黄原胶、海藻酸钠和魔芋胶组成复合型增稠剂。

2.2 正交试验

2.2.1 正交试验结果 根据正交表L9（34），进行正交试验设计，实验结果见表3、表4、表5。从极差R值可以看出，各因素对黏度的重要性依次为C>B>A，即魔芋胶>海藻酸钠>黄原胶；对离心沉淀率结果的重要性依次为A>C>B，即黄原胶>魔芋胶>海藻酸钠。由P值可以看出，魔芋胶含量对复配体系黏度有显著影响，黄原胶和海藻酸钠用量次之；黄原胶和海藻酸钠含量对离心沉淀率影响较大，魔芋胶含量影响较小。因此亲水胶体的最佳复合条件为A3B1C3，即黄原胶 ∶ 海藻酸钠 ∶ 魔芋胶=0.03% ∶ 0.01% ∶ 0.06%。它们之间强大的协同作用一方面可能是由于黄原胶自身所带负电荷间相斥，使分子内无法形成氢键，分子链较为舒展[20]，因而，易于与海藻酸钠和魔芋胶分子间相互作用形成氢键，通过氢键与水作用，使胶体大分子分散在液相体系中；另一方面，高分子链彼此间容易发生缠结，缠结点增加，流动单元变大，结合形成凝胶，使复配体系黏度极速增大。

2.2.2 正交试验组流变特性 图3、图4表明，1、4、6、7号样品的剪切应力随剪切速率的增加而增大，但增幅逐渐减小，呈胀塑性流体的特性[23]；与剪切应力相反，隨剪切速率增加，体系粘度整体逐渐减小，呈现剪切稀化现象。这种胶类，当受到咀嚼的剪切作用时，其黏度降低，用其做增稠剂时，在饮料咽下过程中没有过分粘稠感，因此不会出现糊口感觉。屈服应力是剪切速率趋向0时的剪切应力，可以用来描述体系脱水收缩的情况，屈服应力越大，体系越稳定[24]；3号样品屈服应力是1、6、7、8、9号样品的10～20倍；在同等剪切速率下，其黏度值最大，这与离心沉淀率结果一致。未添加稳定剂的对照样品，剪切之初，应力值增加，当剪切速率为20～45 s-1时，应力值略增，之后其剪切应力随剪切速率呈不规则变化，可能是因为施加剪切速率之初，果肉粒子间的非弹性碰撞导致体系本身表观粘度升高，即剪切应力增加的幅度变大，此后粒子受到较大的剪切速率作用，原来粒子间缠结的分子结构被打散，缠结点减少，表观粘度降低，且其屈服应力小于整个正交试验体系，表明大分子悬浮物质更容易与浆液分离。

2.2.3 复合稳定剂的验证试验 稳定剂可以增大连续相的黏度，阻止分散粒子的碰撞和聚集，达到稳定体系的目的。但是黏度太大会影响饮料的品质，给人以不真实的感觉，且过多的增稠剂易产生饱腹感。综合考虑工艺步骤、经济性和产品目标，将正交试验最优组A3B1C3添加量缩小10倍作处理组a，即黄原胶 ∶ 海藻酸钠 ∶ 魔芋胶=0.03‰ ∶ 0.01‰ ∶ 0.06‰，同时以不添加亲水胶体为对照组b，以市售玉米饮料作为对照组c进行验证试验。结果表明，处理组a与市售玉米饮料（对照组c）黏度相近（表6），但却可以很好地维持贮藏期内的稳定性，其于37 ℃恒温贮藏15 d没有出现分层现象；市售不透明包装玉米饮料（对照组c），放置数小时即出现明显分层，而对照组b 24 h后出现分层。

2.2.4 产品照片 图5为添加黄原胶 ∶ 海藻酸钠 ∶ 魔芋胶=0.03‰ ∶ 0.01‰ ∶ 0.06‰制作的产品，于37 ℃放置15 d，未出现析水分层现象。

2.3 产品感官评价

以黄原胶 ∶ 海藻酸钠 ∶ 魔芋胶=0.03‰ ∶ 0.01‰ ∶ 0.06‰为最佳配方制成最终产品，对其进行感官指标综合评定（表7，图6），其结果表示为C=A*R。

模糊判断矩阵R=0.2 0.3 0.4 0.10.1 0.3 0.5 0.10.2 0.3 0.4 0.1 0 0.5 0.4 0.1

C=A*R=（0.1，0.4，0.2，0.3）

0.2 0.3 0.4 0.10.1 0.3 0.5 0.10.2 0.3 0.4 0.1 0 0.5 0.4 0.1=（0.2 0.3 0.4 0.1）

将归一化后的结果向量与评语论域相比较，C中峰值为0.4，出现在第三位，对应评语论域中的等级Ⅱ，因此该产品综合评价级别是81～90分。评语论域与C值的模糊关系曲线见图7。

3 讨论

目前国内外甜玉米产业发展迅速，其营养价值丰富且经济利益可观，但消费不理想，关键问题还在于解决产品在货架期的稳定性。市售甜玉米饮料多为不透明包装，是因为甜玉米饮料在生产过程中和货架存放期内容易出现凝胶结块、析水分层等现象，严重影响产品质量，制约消费者的选购。本研究针对这一制约甜玉米饮料规模化生产的主要问题进行相关研究，以期为甜玉米饮料的开发提供理论依据。王蔚瑜等[13]研究出的甜玉米饮料最佳稳定剂组合为CMC 0.61 g/L，瓜尔豆胶0.30 g/L，结冷胶0.20 g/L，离心沉淀率最小达0.60%，与其研究结果作比，本研究配方极大地降低了稳定剂使用量，具有较为可观的经济效益。

在食品的质量评价中，感官指标体现出对食品享受性和可食用性的要求，往往是描述和判断产品质量最直观的指标[25]，也是受主观因素影响最大的指标，这使评价结果存在很大的局限性，从而影响其准确性。本研究在进行口感评价时运用的模糊数学法[19]能够比较准确地反映消费者的喜好程度，避免了定性描述和专家评分的缺陷，可获得较为客观的结果。

研究中尚未解决的问题：因玉米饮料是蛋白质、淀粉等大分子物质组成的多相高粒度悬浮体系，根据牛顿粘性定律和斯托克斯公式，饮料体系黏度受粒度分布、温度、分散颗粒表面性质及粒子密度差等诸多因素影响。因此，不能简单地应用爱因斯坦公式、Brinkman表达式计算浓度对黏度的影响，进一步深入研究需要建立两者相互关系的回归模型，使因子与因子、因子与结果间的关系函数化。通过不同增稠剂浓度与黏度值之间的关系明确函数关系式，确立单位亲水胶体对黏度的贡献值，同时比较亲水胶体理论黏度与实测黏度值的大小，从而确定亲水胶体间协同作用的显著性，以便对实验结果进行系统优化。

通过单因素试验筛选出pH中性的稳定及高温耐热的3组胶体：黄原胶、海藻酸钠、魔芋胶；利用3因素3水平正交试验对甜玉米饮料的亲水胶体复合配方的稳定性进行了优化筛选，确定黄原胶 ∶ 海藻酸钠 ∶ 魔芋胶=0.03% ∶ 0.01% ∶ 0.06%时，离心沉淀率的最小值为0.40%，最大黏度值为2336 mPa·s；以正交试验最优组进行验证试验，得产品复合稳定剂最佳配方为黄原胶 ∶ 海藻酸钠 ∶ 魔芋胶=0.03‰ ∶ 0.01‰ ∶ 0.06‰，离心沉淀率为3.5%，黏度为27.20 mPa·s；用模糊数学评价法对产品进行感官指标综合评定，最终评定产品属于第Ⅱ等级，可接受性良好。

参考文献

[1] 甘阳英， 万 忠， 刘蔚楠， 等. 2014年广东甜玉米产业发展形势与对策建议[J]. 广东农业科学， 2015（11）： 11-15.

[2] Flora L F， Wiley R C. Influence of cultivar， process， maturity， and planting date on the dimethyl sulfide and hydrogen sulfide levels in sweet corn[J]. Journal of Agricultural & Food Chemistry， 1974， 22（5）： 816-819.

[3] Chang Y L， Mccoon P E， Lebowitz J M. Vitamin A value of sweet corn[J]. Journal of Agricultural & Food Chemistry， 1981， 29（29）： 1 294-1 295.

[4] 蔡大勇. 速凍甜玉米加工技术研究[J]. 乡村科技， 2015（20）： 16.

[5] Osorio-Cadavid E， Chaves-López C， Tofalo R， et al. Detection and identification of wild yeasts in Champús， a fermented Colombian maize beverage[J]. Food Microbiology， 2008， 25（6）： 771-777.

[6] Supavititpatana P， Wirjantoro T I， Apichartsrangkoon A， et al. Addition of gelatin enhanced gelation of corn-milk yogurt[J]. Food Chemistry， 2008， 106（1）： 211-216.

[7] 王长锋， 蔡 超， 李春园. 谷物饮料的工艺及稳定性影响因素浅析[C]//第十四届中国国际食品添加剂和配料展览会学术论文集. 北京： 《中国食品添加剂》杂志社， 2010： 3.

[8] Dahdouh L， Wisniewski C， Ricci J， et al. Rheological study of orange juices for a better knowledge of their suspended solids interactions at low and high concentration[J]. Journal of Food Engineering， 2016， 174： 15-20.

[9] Liu S， Sun C， Xue Y， et al. Impact of pH， freeze-thaw and thermal sterilization on physicochemical stability of walnut beverage emulsion[J]. Food Chemistry， 2016， 196： 475-485.

[10] 岳 春. 玉米饮料稳定性的探讨[J]. 食品科学， 2007， 28（4）： 368-370.

[11] 刘 娟， 史晓媛， 李雪娇， 等. 果肉型甜玉米复合浆饮料配方及稳定性研究[J]. 食品工业科技， 2012， 33（11）： 218-221， 225.

[12] 高愿军， 李少华， 周婧琦， 等. 几种稳定剂对玉米饮料稳定性的效应研究[J]. 食品科技， 2012， 37（7）： 244-247.

[13] 王蔚瑜， 周雪松， 马桥康， 等. 甜玉米饮料稳定性的研究[J]. 中国食品添加剂， 2016（1）： 109-113.

[14] Singh I， Langyan S， Yadava P. Sweet corn and corn-based sweeteners[J]. Sugar Tech， 2014， 16（2）： 144-149.

[15] Collins J K， Biles C L， Wann E V， et al. Flavor qualities of frozen sweetcorn are affected by genotype and blanching[J]. Journal of the Science of Food & Agriculture， 1996， 72（4）： 425-429.

[16] Kiros E， Seifu E， Bultosa G， et al. Effect of carrot juice and stabilizer on the physicochemical and microbiological properties of yoghurt[J]. LWT-Food Science and Technology， 2016， 69： 191-196.

[17] 张雅媛. 玉米淀粉与亲水性胶体协效性和作用机理的研究[D]. 无锡： 江南大學， 2012： 80.

[18] Lv R， Kong Q， Mou H， et al. Effect of guar gum on stability and physical properties of orange juice[J]. International Journal of Biological Macromolecules， 2017， 98： 565-574.

[19] 霍 红. 模糊数学在食品感官评价质量控制方法中的应用[C]//中国食品科技学会， 教育部轻工与食品教学指导委员会， 浙江工商大学， 浙江省食品学会. 食品感官科学前沿与发展——首届中国食品感官科学学术研讨会暨《食品感官科学》课程建设研讨会论文集. 2006： 4.

[20] 赵 阳， 徐澎聪， 陈海华， 等. 海藻酸钠对不同直链淀粉含量的玉米淀粉物化性质的影响[J]. 现代食品科技， 2014， 30（7）： 103-109.

[21] 吴 乐， 徐同台， 韩 斅， 等. 黄原胶高温稳定性的影响因素[J]. 钻井液与完井液， 2011， 28（6）： 77-80.

[22] 王素雅， 王 璋. Pectinex SMASH在香蕉汁澄清过程中的作用[J]. 无锡轻工大学学报， 2003， 22（5）： 46-52.

[23] 赵正涛， 王秀菊， 安 鑫， 等. 黄原胶流变学特性及其协效性研究[J]. 中国食品添加剂， 2009（6）： 76-81.

[24] Mondal S， Cassano A， Conidi C， et al. Modeling of gel layer transport during ultrafiltration of fruit juice with non-Newtonian fluid rheology[J]. Food and Bioproducts Processing， 2016， 100： 72-84.

[25] 赵 镭， 刘 文， 汪厚银. 食品感官评价指标体系建立的一般原则与方法[J]. 中国食品学报， 2008， 8（3）： 121-124.