玉米添加物对椰奶贮藏稳定性的影响

陈竟豪，涂金金，苏 晗，陈映彤，曾绍校，郑宝东，卢 旭

（福建农林大学食品科学学院，福建省特种淀粉品质科学与加工技术重点实验室，中爱国际合作食品物质学与结构设计研究中心，福建 福州 350002）

椰子作为备受欢迎的一种热带水果已被广泛用于制作不同类型的食品，机械力榨取成熟椰子的胚乳得到的天然乳液称为椰奶，椰奶是一种品质优良且具有较好滋养功效的植物蛋白型饮料。在我国椰汁是椰子的主要加工产品，据统计约有25%的椰子用作椰汁生产。近年来植物蛋白型饮料备受消费者青睐，在饮料行业中的占比日益升高[1]，植物蛋白饮料属于软饮料体系，仅占饮料市场规模的10%[2]。由于原料受地域、季节或运输条件的限制，天然或加工后的椰奶原料易出现产品品质及风味不稳定现象，进而影响产品品质。此外天然椰奶中脂肪含量较高，在贮藏过程中易出现脂肪层上浮、蛋白质絮凝、沉淀和酸败变质等现象，这些因素都制约了椰奶产业的发展。

谷物饮料是指以谷物为主要原料加工制得的饮料产品，谷物主要包括玉米、大米、薏米、大麦、小麦等粗粮。玉米属粗粮中的保健佳品，粗粮类饮料作为饮料家族的新种类，不仅能够充分保留谷物中对人体有益的营养成分，且食用方便快捷。目前相关产品如花生牛奶、五谷杂粮、椰奶、豆奶等产品风靡市场，销量一直保持高速增长态势。在椰汁中加入可食用玉米粒可丰富椰汁类饮料产品种类，并使其多元化。玉米粒干基淀粉质量分数高达71%～74%[3]，且玉米淀粉具有较低的糊化温度和易回生的特性，在水溶液中较难分散成均一稳定的体系[4]。同时高淀粉质饮料容易形成典型的热力学不稳定体系状态，在生产及货架期易发生分层、结块和沉淀等现象，严重影响了谷物饮料的品质。

目前已有部分学者对淀粉质谷物饮料的稳定性开展研究，一般采用胶体磨或高压均质机对谷物进行破碎，再通过乳化剂、亲水胶体等使颗粒沉淀速率降低、延缓老化和蛋白质凝聚等，如山药混浊汁[5]；或者采用酶解法分解原料中的淀粉以提高淀粉谷物饮料的稳定性，如甘薯饮料[6]；同时采用离心沉淀速率、浑浊程度作为指标进行评价[7-8]，目前鲜见完整谷物颗粒及其淀粉对天然乳液产品贮藏稳定性影响及其之间联系的相关研究报道。

因此，本研究将完整玉米颗粒与相同玉米颗粒溶出淀粉质量浓度下不同直链淀粉含量的玉米淀粉加入椰奶作为原料基底，通过正交试验获得最优稳定性复配乳化剂的配方，并在此条件下研究玉米颗粒及其淀粉对椰奶制品在环境中较冷和较热条件下贮藏后的产品品质变化，以阐明贮藏后玉米及其淀粉对椰奶体系稳定性的影响和机制，旨在为谷物类饮料产品的开发提供理论指导和依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

佳乐椰浆购于印度尼西亚PT. PULAU SAMBU GUN TUNG公司。

蔗糖脂肪酸酯 杭州瑞霖化工有限公司；单硬脂酸甘油酯 广州市佳力士食品有限公司；双乙酰酒石酸单双甘油酯 北京诚实人食品商贸有限公司；卡拉胶 河南思远生物科技有限公司；碳酸氢钠山东海化集团小苏打厂；柠檬酸钠 潍坊英轩实业有限公司；酪朊酸钠 新疆伊犁特克斯县科瑞乳品开发有限公司；白砂糖 厦门古龙食品有限公司；异抗坏血酸钠 江西省德兴市百勤异VC钠有限公司；乙二胺四乙酸（ethylene diamine tetraacetic acid，EDTA）广州市安心生物制品有限公司；玉米粒（玉米手工脱粒） 福州永辉超市；普通玉米淀粉 新乡良润全谷物食品有限公司；蜡质玉米淀粉 河北骊骅淀粉股份有限公司；固体碘、碘化钾、盐酸、甲醛 厦门海标科技有限公司。

1.2 仪器与设备

MS3000+LV激光粒度仪 英国马尔文仪器有限公司；LUMiFuge111稳定性分析仪 德国罗姆仪器有限公司；90plus Zeta电位及激光粒度分析仪 美国布鲁克海文仪器公司；T10高速分散机 德国IKA公司；GI54TW高压灭菌锅 美国Zealway公司；CS-200精密色差仪 杭州彩谱科技有限公司；MCR301 Rheoplus型流变仪 奥地利安东帕有限公司。

1.3 方法

1.3.1 椰奶复合体系制备

样品类型分为4 组：1）不添加玉米粒及淀粉的纯椰奶（CM组）；2）添加玉米粒的椰奶（MK组）；3）添加普通玉米淀粉的椰奶（MS组）；4）添加蜡质玉米淀粉的椰奶（WCS组）。

制作工艺采用商业化的椰奶配方，每1 L水加入7 g蔗糖、0.038 g碳酸氢钠、0.05 g柠檬酸钠、0.05 g异抗坏血酸钠、0.025 g EDTA和60 mL超高温瞬时灭菌椰浆，再向椰浆中加入一定量的复配乳化剂，添加量如表1所示（4 组样品的最优稳定性配方以较低澄清指数为指标，通过响应面法优化复合乳化剂配比得到，具体优化过程未列出）；玉米粒和玉米淀粉营养成分见表2（具体测定方法参考文献[9-10]，测得MK组椰奶中可溶性淀粉的析出量为3.956 g/L，以此为依据作为MS和WCS组玉米淀粉的添加量），经高速搅抖机13 500 r/min混合3 min制成水包油型椰奶乳液饮料。于80 mL蓝口瓶中装罐密封后，115 ℃高压灭菌20 min，冷却后进行后续测定。

如表2所示，使用的玉米粒和普通玉米淀粉的直链淀粉质量分数相近，而蜡质玉米淀粉直链淀粉质量分数最小，其主要成分为支链淀粉。玉米粒的脂质、蛋白质、水分、灰分质量分数均高于两种玉米淀粉。

表 1 各组椰奶最优稳定性下的复合稳定剂及添加物配方Table 1 Optimal composite stabilizer and additive formulations for the stability of coconut milk emlusion from each group

表 2 玉米粒和玉米淀粉的营养组成Table 2 Nutritional compositions of maize grains and starch

1.3.2 贮藏实验

以纯椰奶为对照，将样品分别放置在4 ℃冰箱与40 ℃恒温箱中贮藏50 d，测定贮藏结束后椰奶饮料的稳定性、电位、粒径分布各指标，以探究玉米粒及不同玉米淀粉对椰奶饮料体系贮藏的影响。

1.3.3 指标测定

1.3.3.1 稳定性测定

采用稳定性分析仪进行样品分析。将425 μL的椰奶转移至矩形样品管容器，用发射近红外波长（880 nm）光束样品在25 ℃下以2 320×g离心，并且以扫描速率为60 s/次对样品细胞进行扫描1 h。使用SepView 4.1软件包绘制积分透射光随时间延长的位置变化曲线[11]。

1.3.3.2 流变学特性测定

用平行板（直径60 mm、间隙1 mm）旋转流变仪对椰奶的静态流变性能进行检测。在CR（控制剪切率）模式下进行稳态剪切实验，对25 ℃下剪切速率（γ）范围在0.001～100 s-1测试300 s，使用表面带有沟槽的平行板，间隙为1.0 mm[12]。

1.3.3.3 椰奶粒径分布测定

使用配备有湿样分散单元的激光粒度分析仪测定粒径[13]。在0.01～3 500 μm的动态范围测定其光学性质，相关参数设定为：油相（橄榄油）折射率为1.549，吸收率为0.001，水相折射率为1.330。在分析之前，将所有样品充分摇动以确保样品均匀性。在进样口样品以2 000 r/min在蒸馏水中分散，直到获得8%～25%的遮蔽度，同时获得8%～15%的偏振光强微分散射，以D[4,3]表征体积平均粒径。

1.3.3.4 ζ电位测定

采用基于激光多普勒测速的90plus Zeta电位及激光粒度分析仪测定椰奶颗粒的ζ电位。将1 mL样品加入样品池进行ζ电位测定。所有的实验在25 ℃进行，每组样品平行测定3 次[14]。

1.3.3.5 玉米淀粉质量浓度的测定

根据谢跃生等[15]的方法测定玉米粒椰汁饮料中玉米淀粉质量浓度。碘溶液的配制：称取0.2 g固体碘和0.4 g碘化钾于250 mL烧杯中溶解，溶解后移至500 mL容量瓶中，加入10 mL 0.1 mol/L盐酸溶液，蒸馏水定容，制成0.4 g/L的碘溶液。玉米淀粉标准液的配制：称取0.5 g玉米淀粉至500 mL烧杯中，倒入300 mL蒸馏水并加热溶解3 min，待冷却后转移至500 mL容量瓶中，添加1 mL甲醛，补充蒸馏水至刻度线，制成0.1 g/L玉米淀粉标准溶液。标准曲线的测定：分别于100 mL容量瓶中，加入5 mL碘溶液进行显色，用蒸馏水稀释至刻度摇匀，用1 cm比色皿在波长550～640 nm间测定吸收曲线，记录最大吸收波长。在最大吸收波长处测各标准玉米淀粉溶液的吸光度，用于绘制玉米淀粉标准曲线。

椰奶中玉米淀粉质量浓度测定：吸取4 mL含玉米粒椰奶饮料于500 mL容量瓶中并定容，随后从500 mL中吸取10 mL于100 mL容量瓶中，加入5 mL 0.4 g/L的碘溶液显色，并加蒸馏水至刻度线定容，上下颠倒摇匀。用1 cm的比色皿在最大吸收波长处测定吸光度，取0.1 g/L玉米淀粉标准溶液0、2、4、6、8、10 mL按上述方法绘制标准曲线，根据玉米淀粉标准曲线计算椰奶饮料中玉米淀粉质量浓度，并以玉米粒椰奶中淀粉析出量确定响应面优化试验加入玉米淀粉和蜡质玉米淀粉的量。

1.3.3.6 微生物菌落总数和大肠菌群数的测定

大肠菌群总数依据GB 4789.3—2010《食品安全国家标准 食品微生物学检验 大肠菌群计数》[16]进行测定。

微生物菌落总数依据 GB 4789.2—2010《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》[17]进行测定。

1.3.3.7 色差测定

采用CS-200色差仪进行色差测量，使用仪器标准化程序进行白度校准。将样品置于玻璃皿中测量其L*、a*、b*值。L*、a*和b*值分别表示亮度、绿色（-）到红色（+）轴上的色度和蓝色（-）到黄色（+）轴上的色度。

1.3.3.8 感官评定

评定标准见表3。进行3 次平行实验，各项指标满分为20 分，总分为100 分，计算各产品最终得分[18-19]。

表 3 椰奶感官评分标准Table 3 Criteria for sensory evaluation of coconut milk emulsions

感官评定小组由20 人组成，首先对评定人员进行1 h的简单培训，培训内容为各椰奶产品品质评定标准。每个样品取100 mL，置于无味的纸杯中，送到不同的感官评定室。感官评定员从表观稳定性、爽口度、气味、色泽和整体可接受性对产品进行评定。

1.4 数据处理与分析

利用SPSS软件处理数据，显著性分析采用Duncan’s检验，采用Origin软件作图。

2 结果与分析

2.1 玉米粒及不同种玉米淀粉对椰奶不同温度贮藏稳定性的影响

图 1 不同温度下贮藏的不同玉米添加物椰奶饮料透射率变化Fig. 1 Transmission of coconut milk emulsions with different maize additives at different storage temperatures

如图1所示，不同椰奶在4、40 ℃ 贮藏50 d后，样品在离心过程中透射率在时间和空间上同时产生变化，40 ℃下贮藏的4 个椰奶样品透射率整体均低于4 ℃下贮藏的4 个椰奶样品，间接说明椰奶在低温贮藏下体系更稳定，较少出现析水分层情况；高温贮藏后椰奶饮料体系中颗粒的脂肪上浮和蛋白沉淀情况较低温贮藏后更为明显，与王妮妮等[20]的结果相似。

2.2 不同温度贮藏后玉米椰奶的流变学特性

如图2所示，对于4 ℃与40 ℃条件下贮藏的4 种样品，表观黏度均随着剪切速率的增大而减小，且减小趋势逐渐变缓，属于剪切稀化现象。4 种样品具有相近的表观黏度，贮藏温度对含玉米添加物的不同椰奶体系的表观黏度影响较小，纯椰奶在高、低温贮藏后表观黏度变化均不明显（图2A）。由图2B可知，玉米粒椰奶在4 ℃条件下贮藏的表观黏度高于40 ℃贮藏，但差异较小。由图2C、D可知，在40 ℃贮藏条件下含普通玉米淀粉和蜡质玉米淀粉椰奶体系表观黏度比4 ℃贮藏更高，与含玉米粒的椰奶相反。这可能是由于玉米粒在高温灭菌热作用下先溶出线型直链淀粉分子，支链淀粉最后溶出。而灭菌冷却后在贮藏时直链淀粉的溶出需要较高温度，高温贮藏过程中再次溶出的淀粉与玉米粒和椰奶体系中溶出的蛋白质和脂肪相互作用形成复合物，导致玉米粒椰奶体系在高温下黏度降低[21]；普通玉米淀粉与蜡质玉米淀粉椰奶体系可能由于直链淀粉含量较少，导致高温下淀粉之间的多相转变以及线性聚合物链之间大分子的缠绕引起黏度及剪切应力提高，而在低温下直链与支链淀粉会缓慢回生形成复合物，导致体系表观黏度有所降低。因此，低温贮藏有助于提高纯椰奶和玉米粒椰奶的表观黏度，高温贮藏有助于提高普通玉米淀粉和蜡质玉米淀粉椰奶黏度。

图 2 不同添加物椰奶在不同温度下贮藏后的表观黏度Fig. 2 Apparent viscosity of coconut milk emulsions with different maize additives after storage at different temperatures

由图3可知，4 种椰奶样品的剪切应力均随剪切速率的增大而增大，剪切应力与剪切速率之间为非直线关系，这可能是在剪切条件下液滴网络消除或乳液连续相呈剪切诱导排列的非牛顿行为[22]。贮藏后的4 种样品均具有剪切变稀的假塑性流体特征。含玉米粒的椰奶具有较高的剪切应力，而普通玉米淀粉椰奶样品与蜡质玉米淀粉具有相近的剪切应力。含玉米粒椰奶在高温贮藏下剪切应力较大，而含玉米淀粉的两组样品在低温贮藏下体系剪切应力较大。这可能是玉米粒在高压灭菌过程中，淀粉颗粒爆裂，在高温贮藏下首先析出直链淀粉[23]。而由于淀粉分子空间结构影响，直链淀粉比支链淀粉与溶剂分子形成氢键的能力强，且结合后的体系结构更加稳定，使椰奶体系的流动性降低，剪切应力增大[24-25]。与含普通玉米淀粉和蜡质玉米淀粉的椰奶体系相比，玉米粒由于存在更多的脂质和蛋白质，高温杀菌会导致玉米胚乳在糊化时膨胀并促进种皮分裂[26]，容易促使内部脂肪溶出，形成油-水结构，而脂肪由于油-水层分层结构容易吸附成团，增强体系的网络结构，使玉米粒的剪切稀化作用大于普通玉米淀粉体系[27]。

2.3 不同温度贮藏后玉米椰奶的粒径分布

图 4 不同温度贮藏后椰奶的粒径分布Fig. 4 Particle size distribution of coconut milk emulsions before and after storage at different temperatures

由图4可知，经低温贮藏后，4 种椰奶样品粒径分布较均匀，都呈现单峰分布且主要集中在1～100 nm，而高温贮藏后，粒径分布范围几乎与低温一致，峰主要为双峰分布。在40 ℃环境下贮藏50 d后可观察到4 种椰奶样品最大体积峰向右略微平移，同时峰往小粒径方向延伸。由图4A可知，40 ℃贮藏后的纯椰奶体系有小粒径颗粒出现，这可能是由于在高温贮藏过程中纯椰奶中形成了变性蛋白凝结后产生的小粒径白色颗粒固体[28]。由图4B～D可知，由于玉米粒、普通及蜡质玉米淀粉都可能在椰奶体系中引入难溶颗粒，因此在高温贮藏过程中，颗粒不断聚集，产生大粒径的颗粒物质[29]，从而影响椰奶体系的贮藏稳定性。此外，含玉米粒淀粉以及普通玉米淀粉的椰奶体系最大体积峰位于10 nm处，而纯椰奶和含蜡质玉米淀粉体系最大体积峰则在大于10 nm处出现。同时，在40 ℃贮藏后含有玉米添加物的3 组样品粒径分布最大峰向后移，说明其粒径相较于4 ℃时更大。这可能是由于玉米添加物的3 组样品中含有的淀粉、蛋白质或脂质在高温下发生聚合，使椰奶体系颗粒向大粒径方向聚集，这两者有可能增加三维网络结构和复合物的形成，进而降低椰奶的稳定性。

表 4 不同温度贮藏后不同玉米添加物椰奶样品的体积平均粒径Table 4 Volume average particle size of coconut milk samples with different maize additives at different storage temperatures

不同贮藏温度下含不同玉米添加物椰奶样品的体积平均粒径D[4,3]见表4。体积平均粒径D[4,3]表示絮凝的液滴或固体聚集体的平均尺寸。体系粒径越小，沉淀速度越慢，其稳定性相对更好[30]。由表4可知，与低温相比，高温贮藏明显增加了添加玉米粒、普通玉米淀粉、蜡质玉米淀粉的椰奶样品的平均粒径，这可能是高温下，淀粉颗粒覆盖在液滴表面在界面上形成致密堆积层，从而形成更大粒径[31]。此外，温度升高会使饮料体系中淀粉与蛋白质等大分子物质的运动速率变快，导致液滴表面被淀粉覆盖的概率增加，从而降低悬浮微粒间的聚集速率，造成饮料体系平均粒径的增加。

2.4 不同温度贮藏后椰奶ζ电位检测结果

油滴表面的静电斥力决定油滴之间的作用力大小，从而影响液滴聚合难易程度[32]。当椰奶体系中的蛋白质吸附到脂肪油滴表面时，使油滴表面具有与吸附蛋白质相同电荷，引起ζ电位的绝对值变化。ζ电位绝对值越高，说明静电斥力越强，能减少体系粒子发生靠近和聚集[33-34]。

表 5 不同温度贮藏后不同玉米添加物椰奶样品的ζ电位Table 5 ζ Potential of coconut milk samples with different maize additives at different storage temperatures

由表5可知，4 种样品在低温贮藏下的ζ电位绝对值高于高温贮藏。纯椰奶体系ζ电位绝对值在4 ℃下最高，在40 ℃下ζ电位绝对值最小。加入玉米添加物或升温后会造成体系电位的绝对值降低，产生这种变化的原因可能是：1）淀粉颗粒表面蛋白在加热后从亲水性变为疏水性导致的电位升高，使得淀粉的疏水性得以改善[35]；2）椰奶中吸附和未吸附蛋白质与多糖成分之间的静电相互作用会引起电位变化[36]。含玉米添加物的椰奶体系的ζ电位在高温贮藏后相对于低温贮藏电位的绝对值降低，这可能与低温贮藏时淀粉对蛋白质表面形成包裹有关，而高温贮藏后椰奶中玉米粒的蛋白质部分水解，导致带电核颗粒的暴露，从而进一步降低电位水平。其中含玉米粒椰奶高温与低温之间电位变化幅度较小，可能是由于玉米粒中蛋白质含量较高，在贮藏过程中蛋白质所带电荷使椰奶体系产生缓冲效应。

2.5 不同温度贮藏后含玉米粒椰奶的淀粉质量浓度

为进一步探究导致含玉米粒椰奶在高温贮藏后黏度降低的原因，分别对冷藏与高温贮藏后的含玉米粒椰奶进行淀粉质量浓度检测。含玉米粒椰奶在不同温度条件下，其析出的玉米淀粉量也有所不同。贮藏前含玉米粒椰奶的玉米淀粉质量浓度为（3.934±0.239）g/L，而在4 ℃和40 ℃环境下贮藏50 d后，玉米淀粉质量浓度分别升高至（3.956±0.193）g/L和（5.204±0.382）g/L。40 ℃贮藏条件下玉米淀粉质量浓度明显增加，高温贮藏环境会导致玉米粒在椰奶体系中溶出更多的玉米淀粉，增大玉米淀粉/水的比例；而玉米淀粉在长时高温作用下运动速度加快[37]，可能与玉米蛋白相互作用聚集形成复合物，从而降低了椰奶体系的黏度。

2.6 不同温度贮藏后椰奶微生物数量的变化

椰奶是弱酸性饮料，pH值通常在6～7之间，若贮藏时间过长或贮藏条件不当则易有微生物滋生。4 种椰奶在4 ℃与40 ℃条件下贮藏50 d后，其大肠菌群数量与菌落总数始终为0 CFU/g，这表明经115 ℃高压灭菌20 min，纯椰奶、玉米粒椰奶、玉米淀粉椰奶和蜡质玉米淀粉椰奶都能达到无菌状态，并且4 ℃与40 ℃贮藏过程中不会有微生物因素影响椰奶的稳定性。

2.7 不同贮藏温度对椰奶色差的影响

表 6 在不同温度条件下贮藏后椰奶色差值Table 6 Color parameters of coconut milk samples after storage at different temperatures

由表6可知，贮藏结束后，与4 ℃贮藏组相比，40 ℃各组椰奶a*、b*值更大，L*值更小。因此高温贮藏会导致椰奶体亮度降低，色泽偏黄；而低温贮藏能够保持椰奶亮度，使色泽较好。40 ℃贮藏后体系的明亮度显著降低，尤以玉米粒椰奶组下降最为显著。其原因可能是玉米粒的加入，导致在贮藏过程中发生玉米粒中的色素迁移，产生色差变化；而玉米淀粉组和蜡质玉米淀粉组可能由于类胡萝卜素的氧化和游离酚类物质含量增加，引起了非酶促褐变。

2.8 贮藏温度对椰奶感官评定的影响

图 5 含不同玉米添加物椰奶在不同温度贮藏50 d后感官评定结果Fig. 5 Sensory evaluation of coconut milk samples with different additives after storage at different temperatures for 50 days

由图5可知，纯椰奶、玉米淀粉椰奶、蜡质玉米淀粉椰奶分别在4 ℃与40 ℃贮藏50 d后其在表观稳定性、爽口度、气味、色泽、整体可接受性的得分略有降低，且40 ℃贮藏条件相比4 ℃贮藏条件获得的感官评分较低，但差异不明显。玉米粒椰奶在4 ℃贮藏50 d后其色泽得分与贮藏前得分相同，爽口度、气味、整体可接受性得分高于贮藏前得分，表观稳定性得分低于贮藏前样品得分。玉米粒椰奶在40 ℃条件下贮藏50 d后，其各项指标得分明显低于4 ℃条件下贮藏后及未贮藏样品的感官评定得分。表明玉米粒椰奶适合低温贮藏，高温贮藏会降低其感官品质，这可能是椰奶产品色泽与黏度变化所致。

3 结 论

4 ℃（低温）贮藏环境相比40 ℃（高温）能提高含玉米添加物椰奶的贮藏稳定性。流变学测试结果表明，含玉米添加物的椰奶体系属于剪切稀化现象，低温贮藏有助于提高纯椰奶和玉米粒椰奶的表观黏度，高温贮藏有助于提高普通玉米淀粉和蜡质玉米淀粉椰奶黏度；椰奶粒径分布测定结果表明，低温贮藏条件下玉米椰奶体系分布均匀，而在高温环境下，含有玉米添加物的椰奶体系产生大粒径的颗粒物质；ζ电位测定结果表明，与低温贮藏相比，高温贮藏会导致椰奶体系ζ电位绝对值降低，玉米粒椰奶降低程度较低。4 种椰奶体系大肠菌群数量及菌落总数都未发生增长；与高温贮藏相比，低温贮藏有利于保持椰奶亮度和提高玉米粒椰奶的感官评定得分。