新型板栗饮料稳定性研究

万景瑞，张乐，王赵改，史冠莹，王晓敏，程菁菁，蒋鹏飞，赵丽丽

(河南省农业科学院，农副产品加工研究中心，河南 郑州，450008)

板栗(CastaneamollissimaBlume)俗称栗子、中国板栗，壳斗科栗属坚果类植物，中国已有几千年的栽培历史。在我国各地板栗种植都十分广泛，年产量 100万t，位居世界第一[1-3]。板栗营养丰富，淀粉含高达70%，含高达7%的蛋白质，能够为生命活动提供所需的能量[4]。此外，板栗中还含有大量的脂肪、粗纤维、VB1、铁和微量元素，其中VC和胡萝卜素的含量都高于一般干果[5-6]。中医学认为，板栗还有强健身体、促进消化等多种功效，被称为“肾之果”[7]。生鲜板栗在贮存、长途运输的过程中极容易发生腐烂、发霉等变质现象，采后损失严重[8-9]。因此，提高板栗的精深加工和综合利用能力，是延长板栗产业链、提高其经济附加值的有效途径。然而，我国农产品加工技术普遍较低，板栗加工业严重滞后，仍以生销为主，加工转化率仅为20%～30%，远低于发达国家的90%～95%[10]。主要集中在糖炒板栗、板栗糕等经过简单加工的产品[11-12]。板栗因淀粉含量很高，在板栗加工过程中容易发生回生、老化、沉淀等一些问题[13-14]，成为影响产品质量的难点。因此，如何有效解决板栗饮料的稳定性问题是当务之急。

针对板栗饮料的沉淀分层等稳定性问题，学者也已经做了相关的研究，如王尚玉等[15]采用2种稳定剂、均质压力和浓度进行搭配，来提高板栗乳饮料的稳定性。吴超平等[16]研究了不同的乳化剂和亲水性胶体对板栗浊汁类饮料的稳定性作用。刘丽莉等[17]采用CMC、黄原胶、糖浓度、板栗浆浓度来控制板栗饮料的稳定性。虽然提高了板栗饮料的稳定性，但是均质压力和板栗浆的浓度均不易控制，增加板栗饮料稳定的不确定性。到目前为止，仍未有提高板栗饮料稳定性的理想试剂。因此，需要进一步研究和开发不同的稳定剂和乳化剂来提高板栗饮料的稳定性。探索提高板栗饮料稳定性的优良材质，开发更深层次的板栗产品种类，符合人们对于饮料种类的多样化、营养化、绿色化等方面的需求。本实验研究了不同稳定剂对板栗饮料稳定性的影响，对新型板栗饮料开发及其深加工的进一步研究具有重要的意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

板栗为大板红品种，河北美客多食品有限公司提供；柠檬酸、谷胱甘肽、L-半胱氨酸、α-淀粉酶、黄原胶、羟甲基纤维素纳(Carboxymethylcellulose sodium, CMC)、单硬脂肪酸甘油酯、脂肪酸蔗糖酯、海藻酸丙二醇酯(propylene glycol alginate, PGA)，食品级，均由河南圣斯德实业有限公司提供。

1.2 仪器与设备

JG01型去壳机，新沂市精工机械设备厂；YP20002型电子天平，上海越平科学仪器有限公司；JYL-Y92破壁料理机，九阳股份有限公司；HHS电热恒温水浴锅，上海博讯实业有限公司医疗设备厂；C22-IM05电磁炉，浙江苏泊尔股份有限公司；H1850R台式高速冷冻离心机，湖南湘仪实验仪器开发有限公司；XHF-D高速分散器，宁波新芝生物科技股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 实验工艺流程

挑选→脱壳→去衣→清洗→切片→护色→漂洗→打浆→酶解→灭酶→加稳定剂→分散→初产品→稳定性测定

1.3.2 操作要点

(1)挑选：挑选无霉烂、无虫眼、形态均匀、饱满完整的板栗；

(2)脱壳：用板栗脱壳机去壳，手工去除附着在板栗表面的红衣，收集好脱壳板栗仁备用；

(5)切片：用不锈钢刀片将板栗仁切成5 mm左右的板栗片；

(6)护色：按照料液比1∶3(g∶mL)将板栗片置于护色液(柠檬酸8 g/L，L-半胱氨酸0.4 g/L，谷胱甘肽0.5 g/L，参照张乐等方法[18])中常温浸泡50 min，进行护色；

(7)漂洗：护色处理后，用清水洗板栗片2～3次；

(8)打浆：按照料液比1∶4(g∶mL)在破壁料理机中进行打浆处理；

(9)酶解：将板栗浆液转移至烧杯中，加入以添加量为3 g/L加入 α-淀粉酶混匀，然后转移至恒温水浴锅65 ℃，酶解1 h， 参照张乐等方法[19]；

(10)灭酶：将酶解后的板栗浆液，至于沸水浴中进行灭酶5 min；

(11)加稳定剂：将灭好酶的浆液分别移入不同烧杯中，加入稳定剂；用高速匀浆机混合均匀(条件设置为转速10 000 r/min，时间1 min)；

(12)稳定性测定：

取适当量的板栗浆液w，装入50 mL的离心管，以转速4 000 r/min，离心10 min，弃去上层清液，测定剩余质量w0。

(1)

式中：w0，剩余固形物的质量，g；w，所取板栗浆液的总质量，g。

1.3.3 稳定剂对板栗饮料稳定性影响单因素试验设计

1.3.3.1 黄原胶对板栗饮料稳定性的影响

分别取灭酶后的板栗浆液200 mL于6个烧杯中，第1个烧杯板栗浆不加稳定剂作为空白，另外5个烧杯中分别加入质量浓度为1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 g/L的黄原胶，然后用高速匀浆机混合均匀，研究不同浓度的黄原胶对板栗饮料稳定性的影响。

1.3.3.2 CMC对板栗饮料稳定性的影响

分别取灭酶后的板栗浆液200 mL于6个烧杯中，第1个烧杯板栗浆不加稳定剂作为空白，另外5个烧杯中分别加入质量浓度为1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 g/L的CMC，然后用高速匀浆机混合均匀，研究不同浓度的CMC对板栗饮料稳定性的影响。

1.3.3.3 单硬脂肪酸甘油酯对板栗饮料稳定性的影响

分别取灭酶后的板栗浆液200 mL于6个烧杯中，第1个烧杯板栗浆不加稳定剂作为空白，另外5个烧杯中分别加入质量浓度为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 g/L的单硬脂肪酸甘油酯，然后用高速匀浆机混合均匀，研究不同浓度的单硬脂肪酸甘油酯对板栗饮料稳定性的影响。

1.3.3.4 脂肪酸蔗糖酯对板栗饮料稳定性的影响

分别取灭酶后的板栗浆液200 mL于6个烧杯中，第1个烧杯板栗浆不加稳定剂作为空白，另外5个烧杯中分别加入质量浓度为1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 g/L的脂肪酸蔗糖酯，然后用高速匀浆机混合均匀，研究不同浓度的脂肪酸蔗糖酯对板栗饮料稳定性的影响。

1.3.3.5 PGA对板栗饮料稳定性的影响

分别取灭酶后的板栗浆液200 mL于6个烧杯中，第1个烧杯板栗浆不加稳定剂作为空白，另外5个烧杯中分别加入质量浓度为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 g/L的PGA，然后用高速匀浆机混合均匀，研究不同浓度的PGA对板栗饮料稳定性的影响。

1.3.4 稳定剂配比的优化实验设计

在单因素稳定剂对板栗饮料稳定性影响的实验基础上，选择黄原胶、CMC、PGA、单硬脂肪酸甘油酯为A、B、C、D四因素，设计L9(34)正交实验，对稳定剂的配比进行优化，选出稳定剂最佳配比以及各因子的主次顺序。正交实验因素及水平设计如表3所示：

表1 实验因素及水平Table 1 Experimental factors and levels

1.3.5 数据分析

采用Origin 8.0软件进行数据统计分析绘图，采用正交设计助手Π进行正交设计与方差分析。

2 结果与分析

2.1 单一稳定剂对稳定性影响的结果分析

2.1.1 黄原胶对板栗饮料稳定性的影响

不同浓度黄原胶对板栗饮料稳定性影响如图1所示，可知板栗饮料稳定性随着黄原胶质量浓度的增大，呈现先升高后降低趋势，质量浓度为1 g/L时，稳定性达到最高点，随后稳定性随着质量浓度的增大而减小。可能是在黄原胶质量浓度为1 g/L时，板栗饮料的持水力增加，黄原胶良好的增黏性和优良的流变学特性，能够使液体增稠和板栗颗粒呈悬浮状态，使板栗饮料经过离心后有较少量的沉淀物，对板栗饮料的稳定性最好[20]。

图1 不同质量浓度黄原胶对板栗饮料稳定性的影响Fig.1 Effect of different concentrations of xanthan gum on stability of chestnut beverage

2.1.2 CMC对板栗饮料稳定性的影响

不同质量浓度CMC对板栗饮料稳定性如图2所示，可知稳定性随着CMC质量浓度的增大，呈现先增大后降低趋势，浓度为3 g/L时，稳定性达到最高点，随后稳定性随着质量浓度的增大而减小。

图2 不同质量浓度羧甲基纤维素钠对板栗饮料稳定性的影响Fig.2 Effect of different concentrations of carboxymethyl cellulose sodium on stability of chestnut beverage

可能是在CMC质量浓度为3 g/L时，板栗饮料的持水力增加，CMC在板栗浆液中可稳定蛋白质，同时降低脂肪和水表面张力，促进脂肪充分乳化，起到增稠和稳定的作用，使板栗饮料经过离心后有较少量的沉淀物，对板栗饮料的稳定性最好[21]。

2.1.3 单硬脂肪酸甘油酯对板栗饮料稳定性的影响

不同浓度单硬脂肪酸甘油酯对板栗饮料稳定性如图3所示，可知稳定性随着单硬脂肪酸甘油酯质量浓度的增大，呈现先增大后降低趋势，当质量浓度为0.5 g/L 时，板栗饮料稳定性达到最高点，随后稳定性随着质量浓度的增大而减小。可能是在单硬脂肪酸甘油酯质量浓度为0.5 g/L时，板栗饮料的持水力增加，单硬脂肪酸甘油酯是一种多元醇型非离子型表面活性剂，它有良好的表面活性，能够与水发生一种复杂的相互作用，形成单甘脂-水体系的介晶相，因而使板栗饮料经过离心后有较少量的沉淀物，对板栗饮料的稳定性最好[22]。

图3 不同质量浓度单硬脂肪酸甘油酯对板栗饮料稳定性的影响Fig.3 Effect of different concentrations of monoglyceride on stability of chestnut beverage

2.1.4 脂肪酸蔗糖酯对板栗饮料稳定性的影响

不同浓度脂肪酸蔗糖酯对板栗饮料稳定性如图4所示。

图4 不同质量浓度脂肪酸蔗糖酯对板栗饮料稳定性的影响Fig.4 Effect of sucrose fattyacid esters with different concentrations on stability of chestnut beverage

由图4可知，稳定性随着脂肪酸蔗糖酯质量浓度的增大，呈现先增大后降低趋势，当质量浓度为1 g/L时，板栗饮料稳定性达到最高点，随后稳定性随着质量浓度的增大而减小。可能是脂肪酸蔗糖酯质量浓度为1 g/L时，脂肪酸蔗糖酯具有较高的表面活性，较低的临界约束浓度，能够降低表面张力，同时具有良好的乳化、亲水、分散增溶等性能，因而使板栗饮料经过离心后有较少量的沉淀物，对板栗饮料的稳定性最好[23-24]。

2.1.5 PGA对板栗饮料稳定性的影响

不同质量浓度PGA对板栗饮料稳定性如图5所示，由图5可知，稳定性随着PGA质量浓度的增大，呈现先增大后降低再增大的趋势，浓度为0.5 g/L时，稳定性达到最高点，随后稳定性随着质量浓度的增大而后减小。可能是在PGA质量浓度为0.5 g/L时，板栗饮料的乳化性增加，PGA能够与脂肪球和蛋白质结合，形成一些复合体，增加了饮料的黏稠性，同时PGA具有良好的增加稳定及乳化2种作用，因而使板栗饮料经过离心后有较少量的沉淀物，对板栗饮料的稳定性最好[25]。

图5 不同质量浓度海藻酸丙二醇酯对板栗饮料稳定性的影响Fig.5 Effect of different concentrations of propylene glycol alginate on stability of chestnut beverage

2.2 稳定剂配比对稳定性影响的优化实验结果分析

2.2.1 直观分析

稳定剂配比实验设计及其结果见表4，根据极差R值可知，板栗饮料稳定性的影响因子主次顺序依次为：A>C>B>D，即黄原胶对板栗饮料稳定性影响最大，其次是PGA、CMC和单硬脂肪酸甘油酯。根据实验结果和k值得到最佳稳定剂的复配比为：A1B3C3D1，即黄原胶的质量浓度1.0 g/L，CMC 4.0 g/L，PGA 2.0 g/L，单硬脂肪酸甘油酯1.0 g/L时护色效果最佳。

2.2.2 方差分析

对正交实验方差分析，结果见表5，可知方差分析和极差分析结果一致，即影响板栗饮料稳定性的因子主次顺序依次为：黄原胶> PGA > CMC >单硬脂肪酸甘油酯。在实验误差范围内，黄原胶对板栗饮料的稳定性有显著性影响(P<0.05)，CMC和PGA对稳定性的影响不显著(P>0.05)。

2.2.3 验证实验

按照稳定剂A1B3C3D1的最佳复配比，即黄原胶质量浓度1.0 g/L，CMC 4.0 g/L，PGA 2.0 g/L，单硬脂肪酸甘油酯1.0 g/L时对制备好的板栗饮料进行处理，稳定性达到71.107%，进一步验证了复配工艺可使板栗饮料稳定性提高。

表2 正交实验设计及结果Table 2 Orthogonal experiment design and result

表3 正交实验结果方差分析Table 3 Orthogonality analysis of variance test results

注：“*”表示P<0.05，有显著性差异。

3 结论与展望

本研究在单因素稳定剂基础上，选择黄原胶、CMC、PGA和单硬脂肪酸甘油酯进行配比优化实验，结果得到黄原胶、CMC、PGA、单硬脂肪酸甘油酯质量浓度分别为1.0、4.0、2.0、1.0 g/L进行复配时，对板栗饮料稳定性的效果最佳，验证实验中板栗饮料稳定性达到了71.107%。本实验为解决板栗饮料加工过程中的稳定性问题提供了理论依据，为解决板栗深加工产品的利用程度，对新型板栗饮料开发及其精深加工的进一步研究具有重要的意义。