玉米薏米复合饮料的制备及其稳定性研究

林志荣，朱智强

（1.中华全国供销合作总社管理干部学院，北京 100032；2.中国供销冷链物流有限公司，北京 100052）

薏米亦称薏苡仁，是植物薏苡的果实，富含多种氨基酸、黄酮和多酚化合物，总抗氧化能力指数很高。薏米气味甘香，多食可除湿利尿，当今药理学研究表明，薏米还具有抗肿瘤、增强免疫力等作用[1-3]。玉米是仅次于水稻和小麦的一种重要谷物，富含多种营养物质，不含胆固醇，对软化血管和降低心肌梗塞发病率等效果显著。目前由于市场需求猛增，复合饮料如雨后春笋，纯天然、高原料含量的功能性饮料很受欢迎[4-5]。本产品以薏米和玉米为原料，制作了一种风味独特的谷物饮料，使人们从吃谷物变成喝谷物，消费者不仅能方便快捷地“喝”到美味的谷物，同时还能祛湿排毒、降低血脂、提高身体免疫力。

目前，市场上的谷物饮料品种较少，一般以大米、大豆、玉米等为原料制作，而以薏米为原料鲜有报到。为丰富谷物饮料市场，本文以玉米和薏米为原料，通过单因素和正交试验，研究了玉米薏米复合饮料的最优生产工艺；通过离心沉淀率，考察了复配增稠剂对产品稳定性的影响，同时也对其流变特性进行了研究，以期为玉米薏米复合饮料的工艺化生产提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜的甜玉米，江甜088，市售；干薏米，小薏米，市售；一级白砂糖，食品级，市售；纯净水，实验室自制。

食用柠檬酸、羧甲基纤维素钠、黄原胶、海藻酸钠、琼脂粉，重庆力宏精细化工有限公司；α-淀粉酶，试剂纯，酶活力1 000 U/g，河南安锐生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

JYL-CO12 型九阳多功能榨汁机，九阳股份有限公司；BXM-30R 型立式压力蒸汽灭菌器，上海博讯实业有限公司；FW-200 型粉碎机，天津市泰斯特仪器有限公司；RX-5000α 型Atago 数字型台式全自动折光仪，上海沪粤明科学仪器有限公司；JA10003 型电子分析天平，力辰科技有限公司；GYB60-6S 高压均质机，上海东华高压均质机厂；KDC-1044 离心机，科大创新股份有限公司；AR1000 型流变仪，美国TA 公司。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

玉米薏米复合饮料制备工艺流程见图1。

图1 玉米薏米复合饮料制备工艺流程Fig.1 Preparation process of corn and coix seed compound beverage

1.3.2 操作要点

（1）玉米汁的制备

将新鲜甜玉米粒与水以1∶4（g/mL）的料水比混合，利用打浆机将甜玉米粒破碎打浆，经过滤得到玉米汁[6-7]。

（2）薏米汁的制备

挑选颗粒饱满、无虫蛀的干薏米，洗净，放入60 ℃的烘箱中干燥30 min，冷却备用；薏米粒用粉碎机粉碎，过80 目筛得到薏米粉[8-9]；以1∶10（g/mL）的料水比将薏米粉调制成浆，于90 ℃水浴锅中糊化，待浆体冷却至65 ℃时，加入400 U/gɑ-淀粉酶水解4.5 h，至酶解液遇碘不变色为止[10-12]；将酶解好的薏米浆升温至90 ℃灭酶10 min，冷却后经4 000 r/min 离心12 min，取上清液，得到薏米汁。

（3）增稠剂的制备

将增稠剂与部分白砂糖混合，缓慢加入70～80℃水中，匀速搅拌保证增稠剂充分溶解，制成胶溶液，现配现用。

（4）饮料的调配、均质和杀菌

按照一定的配比，在玉米薏米混合汁中依次加入增稠剂、酸味剂和甜味剂，边加热边搅拌，使其混合均匀。为得到口感细腻、组织状态良好的产品，将调配好的复合饮料在60 ℃进行两次均质，第1 次均质压力为40 MPa，第2 次均质压力为30 MPa。均质后的饮料在121 ℃下灭菌10 min，冷却得到成品[13-15]。

1.3.3 单因素试验设计

根据前期试验，设置玉米汁和薏米汁体积比分别为4∶6、5∶5、6∶4、7∶3 和8∶2，混合汁的添加量分别为40%、50%、60%、70%和80%，白砂糖添加量分别为3%、4%、5%、6%和7%，柠檬酸添加量分别为0.01%、0.02%、0.03%、0.04%和0.05%，以复合饮料的感官评分为考察指标，进行单因素试验。

1.3.4 正交试验设计

在单因素试验的基础上，确定影响玉米薏米复合饮料品质的主要因素为玉米汁和薏米汁的体积比（A）、混合汁添加量（B）、白砂糖添加量（C）和柠檬酸添加量（D），采用L9(34)进行正交试验，通过感官评分选出最佳配方，试验设计的因素和水平见表1。

表1 复合饮料正交试验因素和水平Table 1 Factors and levels of orthogonality test on compound beverage

1.3.5 饮料增稠剂的确定

（1）增稠剂的选择

选用海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、琼脂和黄原胶这4种单体胶作为增稠剂，在饮料调配阶段分别加入0.2%，均质后放置12 h，观察产品的稳定性[16-18]。

（2）复配增稠剂配方的确定

以黄原胶、琼脂和海藻酸钠3 种单体胶作为复配增稠剂，采用琼脂∶黄原胶∶海藻酸钠比例分别为1∶1∶1、2∶3∶1、2∶1∶3 和3∶2∶1 进行试验，复配增稠剂的添加总量为0.2%，均质后于25 ℃放置一个星期，观察产品的稳定性。

（3）复配增稠剂用量的选择

通过预实验，确定琼脂∶黄原胶∶海藻酸钠质量配比为3∶2∶1，复配增稠剂添加量设置为0、0.08%、0.12%、0.16%和0.20%，测定离心沉淀率，确定复配增稠剂最佳用量。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 离心沉淀率的测定

称量离心管的质量m1，称取30.00 g 饮料样品，放入离心机中，在4 200 r/min 下离心20 min，将离心管中上清液倒出，并称其质量m2，按照式（1）计算离心沉淀率。离心沉淀率越小，说明饮料稳定性越好。

式中，m1为离心管的质量，g；m2为离心管和沉淀物的总质量，g。

1.4.2 流变学性质的测定

对制得的玉米薏米复合饮料进行流变学性质测定。平板间距1 mm，剪切速率0～200 s-1，测定25 ℃下饮料的表观黏度与剪切应力随剪切速率的变化曲线，采用Power-Law方程见式（2），对剪切应力随剪切速率变化的流变曲线进行模型拟合[19-21]。

式中，τ为剪切应力，Pa；K为稠度系数，Pa·sn；γ为剪切速率，s-1；n为流动特征指数。

1.4.3 感官评价

随机挑选10 位经过培训品评员，对复合饮料的气味、色泽、口感滋味和组织状态4 个方面进行感官评定，满分为100 分，结果取平均值。感官评分标准如表2 所示。

表2 复合饮料的感官评分标准Table 2 Sensory evaluation standard of compound beverage

1.4.4 理化指标的测定

可溶性固形物含量的测定：参照GB/T 12143—2008《饮料通用分析方法》折光仪测定法[22]。

还原糖的测定：参照GB/T 5009.7—2016《食品中还原糖的测定》[23]。

总酸的测定：参照GB/T 12456—2021 食品安全国家标准《食品中总酸的测定》[24]。

1.5 数据处理

数据采用Origin 8.1 软件进行统计分析，计算标准误差并制图，实验数据以“均值±标准差”形式表示。通过正交助手ⅡV 3.1 软件对饮料配方进行优化。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 玉米汁和薏米汁的体积比对复合饮料感官品质的影响

从图2 可以看出，随着玉米汁和薏米汁体积比的增加，感官评分呈先增加后降低的趋势，当体积比为6∶4时，复合饮料的感官评分最大，此时玉米和薏米的香气浓郁协调，口感绵软醇和。当薏米汁所占比例过大时，饮料薏米味过重，口感不够绵软；当玉米汁所占比例过大时，浓郁的玉米气味完全覆盖了薏米的清香，复合饮料独特的风味不突出，导致感官评分降低。故最佳的玉米汁和薏米汁体积比为6∶4。

图2 玉米汁和薏米汁体积比对复合饮料感官品质的影响Fig.2 Effect of the ratio of corn juice to coix seed juice on the sensory quality of compound beverage

2.1.2 混合汁添加量对复合饮料感官品质的影响

图3 显示随着混合汁添加量的增加，感官评分呈先增加后降低的趋势，当混合汁添加量为60%时，饮料口感协调，风味突出，感官评分最高。这是由于混合汁添加量较低时，饮料浓度过稀，滋味寡淡。随着混合汁添加量的增大，饮料色泽变深，玉米薏米特有的清香味越来越突出。继续添加玉米薏米混合汁，饮料浓度过大，口感黏腻，且水溶性多糖等有机物不能较多地溶出，造成资源浪费，故混合汁最佳添加量为60%。

图3 混合汁添加量对复合饮料感官品质的影响Fig.3 Effect of the amount of mixed juice added on the sensory quality of compound beverage

2.1.3 白砂糖添加量对复合饮料感官品质的影响

从图4 可以看出，随着白砂糖添加量的增加，感官评分呈先增加后降低的趋势。当白砂糖添加量为5%时，复合饮料酸甜可口，感官评分最高。白砂糖添加量过低时，饮料的甜味不明显、滋味寡淡。白砂糖添加量过高，饮料口感过于甜腻。故白砂糖最佳添加量为5%。

图4 白砂糖添加量对复合饮料感官品质的影响Fig.4 Effect of the amount of sugar added on sensory quality of compound beverage

2.1.4 柠檬酸添加量对复合饮料感官品质的影响

从图5 可以看出，随着柠檬酸添加量的增加，感官评分呈先增加后降低趋势。当柠檬酸添加量为0.03%时，复合饮料甜酸比合适，且能与谷物特有的滋味协调融合，感官评分达到最大值。当柠檬酸添加量过低时，饮料的酸味不明显，风味不突出。当柠檬酸添加量过高时，饮料过酸，不能与谷物的风味协调，影响口感，故柠檬酸的最佳添加量为0.03%。

图5 柠檬酸添加量对复合饮料感官品质的影响Fig.5 Effect of the amount of citric acid added on the sensory quality of products

2.2 正交试验

在单因素试验的基础上，确定影响玉米薏米复合饮料品质的主要因素为玉米汁和薏米汁体积比（A）、混合汁添加量（B）、白砂糖添加量（C）和柠檬酸添加量（D）4个因素，采用L9(34)进行正交试验，通过感官评分选出最佳配方，结果见表3。

表3 复合饮料正交试验结果Table 3 Orthogonal test results of compound beverage

从表3 中可以看出，影响感官评价的因素从大到小依次为玉米汁和薏米汁体积比、混合汁添加量、白砂糖添加量、柠檬酸添加量。最优组合是A2B2C3D1，经验证试验，该组合下得到的复合饮料的感官评分为90.09，均优于其他组合，即玉米汁与薏米汁体积比6∶4，混合汁添加量60%，白砂糖添加量6%，柠檬酸添加量0.02%。

2.3 增稠剂的确定

2.3.1 不同增稠剂对复合饮料稳定性的影响

由表4 可知，添加羧甲基纤维素钠的饮料沉淀较多，分层明显，不适合作为玉米薏米复合饮料的增稠剂。添加黄原胶、琼脂或海藻酸钠的饮料沉淀较少，稳定性较好，但其增稠效果还不能达到饮料稳定性要求，因此试验选择黄原胶、琼脂和海藻酸钠作为复配增稠剂，利用其协同增效作用提高饮料的稳定性。

表4 不同增稠剂对复合饮料稳定性的影响Table 4 Effect of different thickeners on stability of compound beverage

2.3.2 不同比例复配增稠剂对复合饮料稳定性的影响

采用琼脂∶黄原胶∶海藻酸钠比例分别为1∶1∶1、2∶3∶1、2∶1∶3 和3∶2∶1 进行玉米薏米饮料增稠剂复配实验，一周后观察产品的稳定性情况。结果显示添加琼脂、黄原胶和海藻酸钠比例为3∶2∶1 的样品无沉淀出现，而添加比例为1∶1∶1、2∶3∶1 和2∶1∶3 的样品均有少量或微量沉淀出现，因此选定三种单体胶的最佳配比为3∶2∶1。

2.3.3 复配增稠剂添加量对复合饮料离心沉淀率的影响

确定增稠剂配比为琼脂∶黄原胶∶海藻酸钠为3∶2∶1，测定不同浓度的复配增稠剂对玉米薏米饮料离心沉淀率的影响，结果如图6 所示。

图6 增稠剂浓度对复合饮料沉淀率的影响Fig.6 Effect of the concentration of thickeners on precipitation rate of compound beverage

从图6 可以看出，样品中不添加增稠剂时，沉淀率较高，体系不稳定。随着复配增稠剂添加量的增加，样品离心沉淀率逐渐降低；在添加量达到0.16%时，离心沉淀率接近最低值。这是由于饮料体系中增稠剂与水发生水合作用，形成网格结构，分散颗粒，减缓颗粒的聚结、上浮与下沉[25]。继续增加复配增稠剂浓度，样品离心沉淀率无明显变化，但样品过于黏稠、流动性差，口感较黏腻。因此，选择0.16%作为复合增稠剂的最适添加量。

2.4 玉米薏米复合饮料流变性分析

由图7 知，饮料表观黏度随剪切速率增加而降低，呈剪切稀化现象，可能是由于在高剪切速率下饮料分子内、分子间的相互作用力被破坏[25-26]。当剪切速率较小时，结构破坏较小，流体黏度较大，而随着剪切速率的增大，大分子结构被破坏的程度逐渐增加，导致黏度降低。剪切应力随剪切速率的增加而增大，但增幅逐渐减小。

图7 25 ℃玉米薏米复合饮料的剪切速率与黏度、剪切应力的流变曲线Fig.7 Rheological curve of shear rate,viscosity and shear stress of corn and coix seed beverage at 25 ℃

通过Power-Law方程对玉米薏米复合饮料流变特性曲线进行拟合，拟合参数及结果见表5。由表5 可知，方程的相关系数R2＞0.990，曲线与拟合方程的相关性较高。饮料流动指数0＜n＜1，曲线上凸，表明25 ℃下饮料体系为非牛顿假塑性流体，具有剪切稀化特点。

表5 饮料流体类型Power-Law 方程拟合参数Table 5 Fitting parameters of Power-Law equation for fluid type of beverage

2.5 产品质量指标

感官指标：玉米薏米复合饮料颜色呈米黄色，有玉米和薏米特有的清香，且香气协调浓郁；饮料口感顺滑，滋味甜中带酸；外观稳定均一，无沉降物。

理化指标：可溶性固形物含量18.53%，还原糖含量0.95%，总酸0.26 g/100 mL。

微生物指标：细菌总数≤100 CFU/mL，大肠杆菌≤5 MPN/100 mL，致病菌没有检出。

3 结论

通过单因素和正交试验确定了玉米薏米复合饮料最佳配方为玉米汁与薏米汁体积比6∶4、混合汁添加量60%、白砂糖添加量6%、柠檬酸添加量0.02%；复配增稠剂的最佳配比为琼脂∶黄原胶∶海藻酸钠=3∶2∶1，最适添加量为0.16%。研制得到的玉米薏米复合饮料为非牛顿假塑性流体，呈剪切稀化现象；饮料颜色为米黄色、口感顺滑、甜中带酸，外观稳定均一，有玉米薏米独特的香气；可溶性固形物含量18.53%，还原糖含量0.95%，总酸0.26 g/100 mL。