葛英亮，王继伟，吉亚力，王雨薇
(1.哈尔滨学院工学院，黑龙江 哈尔滨 150086；2.哈尔滨师范大学管理学院，黑龙江 哈尔滨 150025)
超声波技术在玉米浆饮料生产中的应用
葛英亮1，王继伟1，吉亚力2，王雨薇1
(1.哈尔滨学院工学院，黑龙江 哈尔滨 150086；2.哈尔滨师范大学管理学院，黑龙江 哈尔滨 150025)
选用东北优质甜玉米，采用超声波破碎技术对普通玉米浆生产工艺进行改良。通过单因素和正交试验的方法，初步确定超声波破碎生产玉米浆饮料的工艺条件为破碎功率600W、破碎时间7s/次(共30次)、料水比1:3 (m/m)。比较采用超声波破碎工艺与普通破碎工艺得到的玉米浆产品，最终确定采用超声波破碎法生产玉米浆饮料的工艺，最优条件为玉米浆质量分数100%、超声波破碎料水比1:3(g/mL)、糊化温度90℃、糊化时间4min、稳定剂用量0.05%。制得的玉米浆饮料口感滑润、气味芳香、色泽微黄、营养丰富。
超声波；玉米浆；饮料；应用
玉米(Zea mays)又名玉蜀黍、珍珠米，古时也称“御麦”[1]是世界上分布最广泛的粮食作物之一，种植面积仅次于小麦和水稻。许多地区的人们都以玉米为主要的粮食[2]。玉米含有多种营养成分[3]，具有防癌[4]、降低胆固醇、解毒和辅助治疗胆囊炎、胆结石、黄疸型肝炎和糖尿病等作用[5-6]，被誉为“黄金食品”。玉米浆饮料作为一种新型粮食饮料具有玉米的营养价值[7]，也具备了易吸收和携带、风味独特的特点，逐渐为人们所接受。
近年来，超声波技术在食品加工领域备受关注[8]，超声波指的是频率在20kHz及以上的声波，能够在极短的时间内杀灭和破坏微生物[9]，还能够对食品产生诸如均质、催陈、裂解大分子物质等多种作用[10-13]，从而能更好地提高和完善食品品质，保持食品原有滋味和风味[14]。如采用超声波法对玉米浆进行二次破碎，可以减小玉米浆中物质的颗粒度，降低玉米浆饮料的糊化温度，增强玉米浆的稳定性、防止风味物质的挥发和损失，缩减玉米浆饮料生产工艺流程。如在超声波破碎玉米浆的同时保持一定温度，利用超声波和低温对玉米浆饮料进行协同杀菌，可以降低玉米浆饮料的灭菌要求，保证玉米浆的风味，防止营养损失，提高人体对玉米浆中营养物质的消化效率。因此，采用超声波破碎技术对普通玉米浆生产工艺进行改良，有利于降低生产对能耗的要求、保证玉米浆饮料风味，提高玉米浆饮料的适口性，提高玉米浆饮料的营养吸收率。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
速冻黏玉米 绿山川食品厂；白砂糖、柠檬酸、β-环糊精等。
1.2 仪器与设备
表1 超声波破碎法生产玉米浆饮料感官评审表Table1 Sensory evaluation of corn syrup beverage prepared by ultrasonic technology
JY92-Ⅱ超声波破碎机 宁波新芝生物科技股份有限公司；HZQ-X100A恒温摇床 上海一恒科学仪器有限公司；DL-718多乐多功能食物搅拌机 广州隆特电子有限公司；DJM-50L胶体磨 上海东华高压均质机厂；UV-2802型紫外-可见分光光度计 尤尼柯(上海)仪器有限公司；Orion818型pH测试仪 美国Orion Research公司。
1.3 方法
1.3.1 玉米浆饮料生产的一般工艺流程
选料→去苞衣、去须→清洗→灭酶→冷却→刮粒、取粒→打浆→过滤→混合调配→杀菌→罐装→成品
1.3.2 采用超声波破碎生产玉米浆饮料的工艺流程
选料→去苞衣、去须→清洗→灭酶→冷却→刮粒、取粒→打浆→超声波破碎(初步灭菌)→低温糊化→过滤(无菌)→调配→罐装→成品
1.3.3 超声波破碎生产玉米浆饮料的评分标准
选取感官评定人员20名，按照表1标准进行感官评分，评分所得值与沉淀程度的乘积为最终分值。
100mL量筒中注入100mL的玉米浆，恒温静置2h，计算沉淀高度与总溶液高度的比值即为沉淀程度。
1.3.4 超声波破碎生产玉米浆最佳工艺的选择
根据1.3.2节所设定的工艺流程，在相同条件下对玉米进行清洗、灭酶、打浆，并以超声波功率(100、200、300、400、500、600W)、超声时间(2、3、4、5、6、7s/次，30次)、不同料水比(1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7，g/mL)[15]，进行单因素试验，以感官检验及沉淀程度综合评分为指标，按因素水平表进行L9(33)的正交试验。
1.3.5 玉米浆饮料生产最佳糊化工艺的确定
采用正交试验的方法确定玉米浆饮料的糊化工艺，采用1.3.3节中获得的最优产品，分别选定稀释玉米浆质量分数(100%、90%、80%、70%、60%)、糊化温度(60、70、80、90、100℃)、糊化时间(2、3、4、5、6min)、稳定剂添加量(0.0125%、0.025%、0.05%、 0.075%、0.1%，m/m)为4个因素，进行单因素试验，然后以感官评分与沉淀系数为综合指标，建立因素水平表进行L9(34)正交试验。
2 结果与分析
2.1 超声波破碎生产玉米浆单因素试验
2.1.1 超声波破碎功率对玉米浆稳定性的影响
采用破碎时间5s/次(30次)与料水比1:3(g/mL)为试验条件，改变超声波的破碎功率进行单因素试验。
图1 超声波破碎功率对玉米浆稳定性的影响Fig.1 Effect of ultrasonic power on the stability of corn syrup beverage
由图1可知，随着超声波破碎功率的增加，颗粒粒度不断减小，玉米浆稳定性增强。但在超声功率为200W时，也出现一个较为稳定的状态，值得在今后的研究中进一步探讨。
2.1.2 超声波破碎时间对玉米浆稳定性的影响
图2 超声波破碎时间对玉米浆稳定性的影响Fig.2 Effect of ultrasonic treatment time on the stability of corn syrup beverage
由图2可知，超声波破碎时间在7s/次破碎30次时玉米浆的稳定性最好，品质和细腻度最佳。在超声波破碎时间3s/次破碎30次时，稳定性较好，但这只是一个过渡值，随着颗粒粒度的减小，浮力减小，黏度降低又会产生分层的现象。
2.1.3 料水比对玉米浆稳定性的影响
图3 料水比对玉米汁稳定性的影响Fig.3 Effect of material-liquid ratio on the stability of corn syrup beverage
由图3可知，料水质量比在1:3(g/mL)时玉米浆最稳定。当料水比为1:2时玉米浆中固形物的含量较大，体系发黏；随着水分含量增多，玉米浆黏度降低会产生分层的现象。
2.2 超声波破碎生产工艺正交试验
2.2.1 超声波破碎生产工艺的因素水平表
经单因素试验，确定超声波破碎正交试验因素水平表(表2)。
表2 超声波破碎处理玉米浆L9(33)正交试验因素水平表Table2 Factors and levels of orthogonal experiments for ultrasonic treatments
2.2.2 超声波破碎条件正交试验结果
超声波破碎玉米浆处理条件的L9(33)正交试验结果见表3。
由正交试验可知，料水比是影响超声波破碎工艺的主要因素。影响超声波破碎工艺因素的主次顺序为料水比＞破碎功率＞破碎时间，确定超声波破碎工艺的最优条件为破碎功率600W、破碎时间7s/次(30次)、料水比1:3(g/mL)。
表3 超声波破碎处理条件L9(33)正交试验设计及结果Table3 Results of orthogonal experiments for ultrasonic treatments
2.3 玉米浆饮料生产条件优化结果
2.3.1 玉米浆质量分数对沉淀程度的影响
采用2.2.2节最优工艺条件得到的玉米浆为原料进行单因素试验，考察玉米浆质量分数对沉淀程度的影响(图4)。
图4 玉米浆质量分数对玉米汁分层程度的影响Fig.4 Effect of corn juice concentration on the degree of precipitation of corn syrup beverage
随着玉米浆质量分数的增加(料水比1:3)玉米汁的沉淀程度明显减弱，可能是由于在较高质量分数和较细颗粒度时，能够形成较为稳定的胶体溶液的原因。
2.3.2 糊化温度对沉淀程度的影响
随着糊化温度的升高，沉淀程度出现先降低后升高的趋势，在温度升高的过程中，玉米淀粉被逐渐糊化，而形成较为稳定的溶液，温度进一步升高时，出现糊化过度，少量蛋白质发生变性，导致沉淀程度加剧(图5)。
图5 糊化温度对玉米汁沉淀程度的影响Fig.5 Effect of gelatinization temperature on the degree of precipitation of corn syrup beverage
2.3.3 糊化时间对沉淀程度的影响
糊化时间的延长，使得糊化程度由适当糊化而转变为过度糊化，液体黏度发生降低，导致沉淀程度加剧(图6)。
图6 糊化时间对玉米汁沉淀程度的影响Fig.6 Effect of gelatinization time on the degree of precipitation of corn syrup beverage
2.3.4 稳定剂添加对沉淀程度的影响
稳定剂的添加使得玉米汁的沉淀程度逐渐减弱，随着稳定剂的过量添加，导致溶液形成的动态稳定被打破，沉淀加剧(图7)。
图7 稳定剂用量对玉米汁沉淀程度的影响Fig.7 Effect of stabilizer amount on the degree of precipitation of corn syrup beverage
2.3.5 玉米浆饮料生产正交试验的因素水平表
通过单因素试验(图4～7)所得结果，每个因素选取最佳的3个水平，确定玉米浆饮料生产最佳工艺条件的正交试验因素，建立L9(34)正交试验因素水平表(表4)。
表4 玉米浆饮料生产最佳工艺L9(34)正交试验因素水平表Table4 Factors and levels of orthogonal experiments for optimizing the preparation processing of corn syrup beverage
2.3.6 玉米浆饮料生产最佳工艺的确定
表5 玉米浆饮料生产最佳工艺L9(34)正交试验表Table5 Results of orthogonal experiments for optimizing the preparation processing of corn syrup beverage
由正交试验结果(表5)可确定玉米浆饮料生产工艺的最优条件为玉米浆质量分数100%(超声波破碎料水质量比1:3)、糊化温度90℃、糊化时间4min、稳定剂用量0.05%。
3 结 论
在玉米浆饮料的生产中运用超声波破碎技术，确定超声波法生产玉米浆饮料的关键工艺及其参数：关键工艺为超声波破碎和糊化工艺，超声波破碎功率600W、破碎时间7s 1次(30次)、料水比1:3(g/mL)；糊化工艺为玉米浆质量分数100%、糊化温度90℃、糊化时间4min和稳定剂用量0.05%。
研究表明，超声波破碎技术应用在玉米浆饮料的生产中，可以降低玉米浆饮料生产中灭菌要求，减小玉米浆饮料中挥发类香气物质的散失，使得产品与已有生产方法生产的玉米浆饮料相比，内容物更均匀，颗粒更小、口感更细腻、香气更浓郁。本研究可为应用超声波法进行玉米浆饮料生产提供参考，因在工业化生产中大规模应用超声波技术还未广泛普及，本实验在小试状态下进行，可能存在部分不足之处，将在今后的工作中进一步研究解决。
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Application of Ultrasonic Technology in the Production of Corn Syrup Beverage
GE Ying-liang1，WANG Ji-wei1，JI Ya-li2，WANG Yu-wei1
(1. School of Technology, Harbin University, Harbin 150086, China；2. School of Management, Harbin Normal University, Harbin 150001, China)
The high-quality sweet corn from Northeast China was used as the raw material to prepare corn syrup beverage through ultrasonic technology. The optimal preparation processing parameters were crushing power of 600 W, crushing time of 7 s, crushing repeat time of 30, material-liquid ratio of 1:3, gelatinization temperature of 90 ℃, gelatinization time of 4 min and stabilizer amount of 0.05%. Compared with traditional processing, ultrasonic technology exhibited a better effect on tasteful, fragrant, and slightly yellowish and nutritious corn syrup beverage.
ultrasonic wave；corn syrup；beverage；application
TS275.4
B
1002-6630(2010)20-0504-05
2010-06-20
黑龙江省自然科学基金项目(C200945)
葛英亮(1979—)，男，讲师，硕士，研究方向为饮料工艺、食品生物技术。E-mail：geyingliang@126.com
