银耳五谷乳饮料生产工艺优化及其贮藏流变特性

邹岩，樊红秀，高妮娜，张艳荣*

（1.吉林农业大学食品科学与工程学院，吉林 长春 130118；2.农业农村部食用菌加工技术集成科研基地，吉林 长春 130118；3.吉林省粮食精深加工与高效利用工程研究中心，吉林 长春130118）

银耳，又名雪耳、白木耳，富含多糖、蛋白质、维生素等生物活性成分[1]，被誉为“食用菌之王”[2]。现代医学研究表明，这些活性成分具有抗肿瘤[3]、抗氧化[4]、降血压[5]、降血脂[6]、提高机体免疫力[7]等多种功效，可清除体内自由基[8]，诱导体内产生抗体和干扰素[9]，近年来受到广泛关注。

随着生活水平的不断提高，人们越来越注意膳食搭配及营养均衡。谷物是人体补充能量最好的基础食物，但目前谷物的食用方法较为单一，口感粗糙、不宜消化吸收，胃肠功能较弱者在进食一些谷物后会出现消化不良等症状[10]。针对谷物不容易消化的特点，对谷物精深加工及利用进行研究成为近几年关注的热点。因此，谷物食品的开发具有重要意义。

谷物乳饮料是一种由淀粉、蛋白质、脂肪、膳食纤维、维生素和矿物质等成分组成的复合型乳饮料。谷物饮料作为饮料行业的新宠，既符合中国人传统的饮食习惯，也能满足当前人们的营养补给需求，并具有代餐功能。谷物乳饮料成分复杂，各种成分相互影响，加之生产过程中的灭菌工艺，致使产品很容易在贮藏时出现油水分离分层、蛋白质凝絮等现象，这些问题严重影响了产品的品质及其在市场上的推广。因此，需要研究谷物乳饮料的最佳贮藏温度来确保产品的口感。目前，将果蔬及谷物应用于乳饮料的研究较为常见，但将食用菌与谷物结合应用于乳饮料的研究却鲜有报道。

挤压膨化技术是集混合、搅拌、加热、蒸煮、杀菌、膨化及成型为一体，能够实现一系列单元同时并连续操作的现代加工技术[11]。相比谷类传统食品加工方法，挤压技术具有操作简单、生产效率高和生产成本低等优点。挤压膨化过程中，高压、高温、高剪切力使谷物中的淀粉糊化、脂肪含量降低、蛋白质降解，提高谷物的消化吸收率[12-15]，是改善谷类营养品质的一种有效途径。

本研究将银耳粉、五谷粉经挤压膨化处理后，以银耳五谷膨化粉和乳粉为主要原料，以白砂糖、复配稳定剂为辅料，确定银耳五谷乳饮料的最优生产工艺参数。通过流变仪和粒度分析仪测定银耳五谷乳饮料在4、25、37 ℃温度下贮藏7 d的流变学特性和粒度分布变化，同时进行保质期实验，最终确定最佳贮藏温度，为促进食用菌、谷类和乳类食品的开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

银耳、糯米、荞麦、燕麦、玉米、红豆（均为优级食品原料）市售；乳粉内蒙古欧世蒙牛乳制品有限责任公司；白砂糖太古糖业（中国）有限公司；黄原胶安徽宇宁生物科技有限公司；羧甲基纤维素（carboxy methyl cellulose，CMC）（食品级）连云港友进食品添加剂开发有限公司。

1.2 仪器与设备

JC-60单螺杆挤压机长春盛达食品工业研究所；Q-500B高速多功能粉碎机长春冰都电器有限公司；EX-224电子天平（万分之一）奥豪斯仪器（上海）有限公司；101-2E电热鼓风干燥箱上海实验仪器有限公司；LDZM立式压力蒸汽灭菌器上海申安医疗器械厂；SW-CJ-1C双人单面净化工作台苏州净化设备公司；GYB 40-10S高压均质机上海东华均质机厂；Mastersizer 3000激光粒度仪英国马尔文仪器有限公司；DHR-3流变仪美国TA公司；CT15RT台式高速冷冻离心机上海天美科学仪器有限公司；GHP-9080隔水式培养箱上海一恒科学仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 银耳五谷乳饮料生产工艺及操作要点

操作要点：1）银耳五谷膨化粉的制备：将糯米、玉米、荞麦、燕麦、红豆、银耳粉碎，过120 目筛，混合粉配方设计要求参照《中国食物与营养发展纲要（2014—2020年）》中各原料营养素摄入量、各原辅料基本成分特征及联合国粮农组织/世界卫生组织（United Nations Food Agriculture Organization/World Health Organization，FAO/WHO）规定的氨基酸组成标准模式，采用氨基酸比值系数法计算混合粉中氨基酸的组成，银耳粉和谷物粉（除糯米粉外）添加量不得超过20%以上，提高银耳五谷粉的必需氨基酸指数，并且使银耳五谷粉的氨基酸组成接近FAO/WHO标准模式；依此制定的银耳五谷粉配方为糯米粉添加量81%、玉米粉6%、荞麦粉4%、燕麦粉3%、红豆粉4%、银耳粉2%；将原料粉过120目筛并按照配方进行称取，混合均匀，通过单螺杆挤压机，在一段挤出温度150 ℃、二段挤出温度110 ℃、物料粉水分含量40%、进料量30 kg/h条件下进行挤压膨化处理，并低温烘干或自然干燥，直至水分含量降低至10%左右，干燥完成后粉碎，并过相应目数的筛（80 目（0.180 mm）、120目（0.120 mm）、160目（0.096 mm）、200目（0.075 mm）、240目（0.061 mm）），得到不同粒度的银耳五谷膨化粉；2）加水调配：将白砂糖、乳粉、复配稳定剂混合均匀，以银耳五谷乳饮料总量为基准，加水定容，缓慢加入银耳五谷膨化粉不断搅拌直至混匀；3）均质：将调配好的银耳五谷乳饮料倒入均质机中，均质5 min；4）灌装、密封：在无菌条件下，将银耳五谷乳饮料装入玻璃瓶中，密封；5）杀菌、冷却、成品：将密封好的银耳五谷乳饮料放入高压灭菌锅内进行灭菌（温度121 ℃、时间20 min），冷却至室温后制成成品。

1.3.2 单因素试验设计

根据前期预实验，确定白砂糖添加量为8%，乳粉添加量为3%，复配稳定剂种类及比例为CMC、黄原胶质量比1∶2。设置银耳五谷膨化粉添加量分别为3%、4%、5%、6%、7%，银耳五谷膨化粉所用筛网目数分别为80、120、160、200、240目，复配稳定剂添加量分别为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，以银耳五谷乳饮料的感官评分和稳定性为考察指标，进行单因素试验。

1.3.3 正交试验设计

在单因素试验的基础上，分别以银耳五谷膨化粉添加量（A）、筛网目数（B）、复配稳定剂添加量（C）为试验因素，采用L9（34）正交试验对银耳五谷乳饮料配方进行优化。

表1 L 9（34）因素与水平Table 1Codd level of independent variables used for L 9 (34）orthogonal array desig

1.3.4 稳定性测定

参考Schkoda[16]、殷露琴[17]、Oztuk[18]等的方法，并加以改进。取银耳五谷乳饮料样品15 mL置于离心管中，测量其均匀状态下的高度（h1，cm），将离心管置于离心机中1 500 r/min离心5 min，取出并测量离心后仍保持均匀状态的高度（h2，cm）。银耳五谷乳饮料稳定性按式（1）计算。

1.3.5 感官评价

由10 人组成感官评定小组，对银耳五谷乳饮料进行感官评分，满分为100 分，评定内容包括色泽（20 分）、香气（30 分）、口感（30 分）和组织形态（20 分）4 个方面[19]，感官评分标准如表2所示。

表2 银耳五谷乳饮料感官评分标准Table 2 Criteria for sensory evaluation of milk beverage supplemented with Tremella and five grains

1.3.6 流变学特性测定

对4、25、37 ℃条件下贮藏7 d的银耳五谷乳饮料与未贮藏的银耳五谷乳饮料进行流变学特性测定。测定参数：平行板夹具30 mm，样品间隙1 mm，应变0.1%，上样体积2.0 mL。

1.3.6.1 静态流变性

将4、25、37 ℃条件下贮藏7 d的银耳五谷乳饮料与未贮藏银耳五谷乳饮料加到流变仪平板上，在剪切速率1～1000 s-1范围内，得到剪切应力和黏度随剪切速率的变化曲线（剪切应力、黏度由流变仪Trios软件直接得到）。并通过幂律方程[20-21]进行拟合，确定乳饮料流变类型，幂律方程如式（2）所示。

式中：τ为剪切应力/Pa；D为剪切速率/s-1；n为流态特性指数；K为黏度系数/（Pa·s）；

1.3.6.2 动态流变性

测定4、25、37 ℃条件下贮藏7 d的银耳五谷乳饮料与未贮藏的银耳五谷乳饮料储能模量（G’）及损耗模量（G’）随频率（0.1～20.0 Hz）的变化情况，研究不同贮藏温度下银耳五谷乳饮料动态流变性的变化趋势。

1.3.7 粒径分布测定

参考Celia等[22]的方法，使用激光粒度分析仪对4、25、37 ℃条件下贮藏7 d的银耳五谷乳饮料与未贮藏的银耳五谷乳饮料进行平均粒径和粒径分布分析，测试条件：连续相（水）的相对折射率为1.330，将银耳五谷乳饮料滴加到循环水（3 000 r/min）中，使银耳五谷乳饮料与水混合均匀，当遮光率达到8%～12%时进行测定，重复3 次。

1.3.8 银耳五谷乳饮料的品质鉴定和保质期实验

对所研制的银耳五谷乳饮料从感官评价、微生物指标、保质期等方面进行检测，保证产品符合食品安全生产要求。

参考赵丰丽[23]、林标声[24]等的方法，并加以改进。将银耳五谷乳饮料样品分别存放于温度为4、25、37 ℃的3 个恒温箱中，每个温度的恒温箱放3 组（每组75 个）银耳五谷乳饮料样品，4 ℃贮藏的银耳五谷乳饮料作为标准对照样品（即冷藏样品），25 ℃贮藏的银耳五谷乳饮料作为模拟常规货架样品，37 ℃贮藏的银耳五谷乳饮料作为环境破坏性样品。每3 d检测1 次，对37 ℃条件下贮藏的银耳五谷乳饮料样品进行检测，并与4 ℃贮藏的银耳五谷乳饮料样品进行比较，当37 ℃贮藏的银耳五谷乳饮料与4 ℃贮藏的银耳五谷乳饮料出现较大差异或不能被接受的差异时停止实验，此时贮藏时间的3 倍即为银耳五谷乳饮料产品37 ℃条件下贮藏的大致保质期；当25 ℃条件下贮藏的银耳五谷乳饮料与4 ℃贮藏的银耳五谷乳饮料出现较大差异或不能被接受的差异时停止实验，此时的贮藏时间可作为银耳五谷乳饮料产品25 ℃条件下贮藏的实际保质期。

1.4 数据处理

所有实验重复3 次，测定结果以平均值±标准差表示，利用Origin 7.5软件进行数据处理及绘图，利用SPSS 17.0软件对数据进行幂律拟合、差异显著性分析和方差分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

图1 银耳五谷膨化粉添加量对乳饮料感官评分及稳定性的影响Fig. 1Effects of addition of the extrudate on sensory evaluation and stability of milk beverage

由图1可知，随着银耳五谷膨化粉添加量的不断增加，银耳五谷膨化粉的风味越来越浓，乳饮料的感官评分越来越高，当银耳五谷膨化粉添加量为5%时感官评分最高，且稳定性也比较高，此时，乳饮料具有银耳五谷膨化粉的特殊香气，色泽均匀，之后继续添加银耳五谷膨化粉，乳饮料体系对银耳五谷颗粒料的包裹能力降低，乳饮料会出现沉淀[25]，稳定性随之下降，组织状态不均匀，风味及口感不佳，感官评分降低，影响银耳五谷乳饮料品质。

图2 银耳五谷膨化粉所用筛网目数对乳饮料感官评分及稳定性的影响Fig. 2Effect of sieve mesh size on sensory evaluation and stability of milk beverage

由图2可知，随着银耳五谷膨化粉所用筛网目数的增加，银耳五谷乳饮料的稳定性和感官评分均呈现先增大后趋于稳定的趋势。根据沉降定律可知，颗粒粒径越小，乳饮料就越稳定[26]，当筛网目数为160 目时，乳饮料色泽均匀一致、口感柔和、组织均匀、无分层现象；当筛网目数大于160 目时，乳饮料稳定性、感官评分变化趋于平缓，为了避免造成不必要的能源消耗，银耳五谷膨化粉粒度应在合适范围内。

图3 复配稳定剂添加量对乳饮料感官评分及稳定性的影响Fig. 3 Effect of addition of the composite stabilizer on sensory evaluation and stability of milk beverage

稳定剂是维持饮料稳定性的重要因素，也是影响饮料组织状态发生分层、沉淀等现象的关键。很多研究发现，复配稳定剂比单一稳定剂具有更好的稳定效果[27]。本研究选用质量比为1∶2的CMC和黄原胶作为复配稳定剂。由图3可知，随着复配稳定剂添加量的增加，银耳五谷乳饮料感官评分随之增加，当复配稳定剂添加量为0.3%时，感官评分达90.4 分。复配稳定剂可使分散介质黏度增加，防止液滴发生合并，并且使乳饮料中的颗粒沉降速率减小、降低分子间的凝聚，从而使乳饮料中的分散粒子稳定，使银耳五谷乳饮料的稳定性提高。复配稳定剂添加量为0.3%时，银耳五谷乳饮料口感柔和细腻、无分层；当复配稳定剂添加量超过0.3%时，银耳五谷乳饮料的感官评分呈下降趋势，这是由于复合稳定剂添加量过大时，虽然产品稳定性增强，但口感过于黏稠[28]，增加了原料成本。

2.2 正交试验结果与分析

表3 银耳五谷乳饮料配方优化正交试验设计及结果Table 3 Orthogonal array design with experimental results

由表3可知，影响银耳五谷乳饮料感官评分的因素顺序为A＞B＞C，即银耳五谷膨化粉添加量＞筛网目数＞复配稳定剂添加量，银耳五谷膨化粉添加量为主要影响因素。银耳五谷乳饮料的最佳配方为A2B3C3，即银耳五谷膨化粉添加量5%、筛网目数200目、复配稳定剂添加量0.4%，该组不在试验组，故进行验证实验，测得A2B3C3配方银耳五谷乳饮料的感官评分为（90.73±0.36） 分，稳定性为（92.56±0.05）%。

影响银耳五谷乳饮料稳定性的因素顺序为A＞B＞C，即银耳五谷膨化粉添加量＞筛网目数＞复配稳定剂添加量，银耳五谷膨化粉添加量为主要影响因素。银耳五谷乳饮料的最佳配方为A2B2C3，即银耳五谷膨化粉添加量5%、筛网目数160目、复配稳定剂添加量0.4%，此时银耳五谷乳饮料的感官评分为（90.14±0.32） 分，稳定性为（92.27±0.07）%。

由表4可知，银耳五谷膨化粉添加量、筛网目数和复配稳定剂添加量对银耳五谷乳饮料感官评分及稳定性均具有极显著影响（P＜0.01）。F值大小顺序为A＞B＞C，与正交表R相对应，因此结果具有较高可信度。将组合A2B3C3与A2B2C3进行对比，并综合产品成本，减少能源消耗，最终确定A2B2C3为产品最终配方，即银耳五谷膨化粉添加量5%、筛网目数160 目、复配稳定剂添加量0.4%。

表4 正交试验方差分析Table 4 Analysis of variance for the effect of various factors on sensory evaluation and stability of milk beverage

2.3 银耳五谷乳饮料的流变学特性分析

2.3.1 银耳五谷乳饮料静态流变性分析

图4 不同温度下贮藏7 d银耳五谷乳饮料剪切应力随剪切速率变化曲线Fig. 4Shear stress versus shear rate curves of fresh and stored milk beverage

图5 不同温度下贮藏7 d银耳五谷乳饮料黏度随剪切速率的变化曲线Fig. 5 Viscosity versus shear rate curves of fresh and stored milk beverage

由图4～5可知，在1～1 000 s-1剪切速率范围内，银耳五谷乳饮料剪切应力随着剪切速率的增加呈上升趋势，表现出剪切变稀的假塑性流体特性，而黏度随剪切速率的增加逐渐减小，呈现屈服假塑性流体特性。与未贮藏的银耳五谷乳饮料相比，在相同的剪切速率下，贮藏7 d银耳五谷乳饮料的剪切应力和黏度随着贮藏温度的增加而降低，这是由于温度升高导致银耳五谷乳饮料体系中各分子间的能量增大，分子间结合的机率降低，从而使有效容积率降低，黏度下降[29]，另一方面，温度升高使得银耳五谷乳饮料中亲水胶体的构象遭到破坏[30]，使得剪切应力及黏度降低。

表5 不同温度下贮藏7 d银耳五谷乳饮料的流变特性参数值Table 5 Rheological properties of fresh and stored milk beverage

由表5可知，方程相关系数R2＞0.99，说明方程拟合精确度高、效果好。通过幂律方程的计算得到银耳五谷乳饮料流变曲线各参数值，其中K为黏度系数，K越大，液体越黏稠，n为流态特性指数，n＜1为假塑性流体。随着贮藏温度增加，K减小，说明贮藏温度越高，银耳五谷乳饮料越不易剪切稀化，溶液黏度越小。

2.3.2 银耳五谷乳饮料动态流变性分析

图6 不同温度下贮藏7 d银耳五谷乳饮料G’随频率的变化曲线Fig. 6 G’ versus frequency curves of fresh and stored milk beverage

图7 不同温度下贮藏7 d银耳五谷乳饮料G’’随频率的变化曲线Fig. 7G’’ versus frequency curves of fresh and stored milk beverage

由图6～7可知，银耳五谷乳饮料G’、G’随着频率的增加而上升，表现为弱凝胶动态流变学特性[31]。频率为0.1～4.0 Hz时，银耳五谷乳饮料G’小于G’，频率为4.0～20.0 Hz时，银耳五谷乳饮料G’大于G’，这是由于频率的增加会破坏分子间化学键，并且在短时间内不能恢复，使得G’大于G’[32]。此外，在相同的频率下，银耳五谷乳饮料的G’、G’随贮藏温度的增加而降低，这是由于银耳五谷乳饮料中的蛋白质、淀粉等生物大分子物质之间的作用力随着温度增加而降低，并且阻碍了分子间网状结构的形成，使得G’和G’随温度的增加而降低。结合感官分析发现，G’和G’的增加会使银耳五谷乳饮料的口感醇厚、质地细腻，因此为保持银耳五谷乳饮料良好的口感，贮藏温度应为4 ℃。

2.4 银耳五谷乳饮料的粒径分布

图8 不同温度下贮藏7 d银耳五谷乳饮料的粒径分布Fig. 8 Particle size distribution of fresh and stored milk beverages

由图8可知，未贮藏和4、25、37 ℃贮藏7 d后银耳五谷乳饮料的粒径分布均表现为单峰分布，随着贮藏温度的升高，银耳五谷乳饮料粒径分布的最大体积峰逐渐向右平移，这说明银耳五谷乳饮料中的颗粒具有相似的直径，因此银耳五谷乳饮料具有稳定结构[33]。乳饮料体系中的悬浮颗粒在贮藏过程中不断聚集，且贮藏温度越高，颗粒聚集的速度越快，因此银耳五谷乳饮料体系最大体积峰随着贮藏温度的升高逐渐向右平移[34]。

表6 不同温度下贮藏7 d银耳五谷乳饮料平均粒径测定结果Table 6 Average particle size of fresh and stored milk beverage

由表6可知，与未贮藏的银耳五谷乳饮料相比，贮藏后银耳五谷乳饮料的D[4,3]、D[3,2]、D（90）均有所增加，且随着贮藏温度的增加，乳饮料体系的中位粒径越大。这主要是由于贮藏温度升高会加速乳饮料体系中蛋白质和淀粉等大分子物质的运动速率，加快悬浮微粒之间的聚集，造成饮料体系平均粒径的增加。

2.5 银耳五谷乳饮料的品质鉴定和保质期实验结果

37 ℃贮藏温度下，银耳五谷乳饮料贮藏第30天时可见絮状沉淀，30 d内各项质量指标稳定，因此银耳五谷乳饮料37 ℃贮藏温度下的保质期约为90 d。25 ℃贮藏温度下，银耳五谷乳饮料贮藏第90天时可见絮状沉淀，90 d内各项质量指标稳定，因此银耳五谷乳饮料25 ℃贮藏温度下的实际保质期为90 d。4 ℃贮藏温度下，银耳五谷乳饮料贮藏第180天时可见絮状沉淀，180 d内各项质量指标稳定，即4 ℃贮藏温度条件下银耳五谷乳饮料的保质期为180 d。

在4、25、37 ℃贮藏温度下的保质期内，银耳五谷乳饮料呈乳白色，色泽均匀、有光泽、口感醇厚、质地细腻、具有乳香和银耳五谷独特的香气，风味协调。微生物学检验结果表明，在银耳五谷乳饮料贮藏期间，其细菌总数≤100 CFU/mL，大肠杆菌数≤3 CFU/100 mL，并且无致病菌检出，符合食品安全生产要求。由此可知，银耳五谷乳饮料在常温下贮藏的保质期为90 d，在4 ℃冷藏条件下的保质期为180 d。

3 结论

以银耳五谷膨化粉和乳粉为主要原料研制银耳五谷乳饮料，在单因素试验的基础上，通过正交试验优化银耳五谷乳饮料配方。最终确定银耳五谷膨化粉添加量为5%、所用筛网目数160目、复配稳定剂添加量0.4%，在此条件下生产的银耳五谷乳饮料感官评分为（90.14±0.32） 分，稳定性为（92.27±0.07）%。通过流变仪、粒度分析仪测定银耳五谷乳饮料4、25、37 ℃温度下贮藏7 d过程中的流变学特性和粒度分布变化，结果表明：与未贮藏银耳五谷乳饮料相比，4、25、37 ℃温度下贮藏7 d的银耳五谷乳饮料静态流变性表现为假塑性流体特性，动态流变性表现为弱凝胶特性；贮藏温度为4 ℃时，银耳五谷乳饮料的黏度系数、粒度分布等均接近于未贮藏的银耳五谷乳饮料。

常温贮藏条件下，银耳五谷乳饮料的保质期为90 d，4 ℃贮藏条件下为180 d，为保持银耳五谷乳饮料良好的口感及较长的保质期，建议冷藏保存，并进行冷链销售。本研究不仅充分利用了食用菌和谷类资源，而且大大提高了食用菌和谷类的附加值，同时增加了乳饮料种类，为乳类食品的开发提供了参考。