黄 丽，黄素君，黄 澳，叶江平，罗忠国，罗舜菁

1.南昌市检验检测中心 (南昌 330012) 2.南昌大学食品科学与技术国家重点实验室 (南昌 330047) 3. 江西丹霞生物科技股份有限公司 (鹰潭 335001)

全谷物中含有丰富的维生素、膳食纤维、蛋白质等人体必需营养素[1]，对降低Ⅱ型糖尿病[2]、心血管疾病等慢性病的发病风险有益，开发全谷物食品具有广阔的市场前景和重要意义。

美国食品和药物管理局(FDA)将全谷物食品定义为配料中全谷物含量≥51%的食品，按照FDA及谷物浓浆定义，本研究产品是总固形物含量≥10%、谷物添加量≥4%、总膳食纤维含量≥0.3%的全谷物浓浆饮品。淀粉和膳食纤维是造成全谷物浓浆口感粗糙、稳定性差的主要原因。纤维物质粉碎难度大[3]，传统工艺中所用均质机工作压力一般低于40 MPa，造成粉碎细度不足，需渣浆分离处理，将大颗粒物质过滤去除，以减少粗糙口感和达到一定稳定性，导致营养流失严重。因此，高效粉碎技术是开发全谷物浓浆的关键。

动态高压微射流技术是一种新兴的物理改性及粉碎技术，将高速冲击、高频率振动、瞬时压降、强烈剪切、空化和超高压相结合[4]，实现高能量密度下的超微粉碎、乳化、均质，效果卓越。本研究所用装备是将湿法超微粉碎技术和动态高压微射流技术相结合，设计的可以适用于工业化生产的高压射流磨系统[5-6]， 为谷物浓浆饮品的工业化提供有力支持。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1材料与试剂

糙米、燕麦、黄豆、花生、核桃、芝麻、白砂糖,南昌市小儿郎实业有限公司；卡拉胶、黄原胶、CMC-Na、单甘脂、蔗糖酯，食品级，易轩生物科技有限公司。

1.1.2主要仪器设备

湿法粉碎机(XCFG-2018)，北京协同创新食品科技有限公司；高压射流磨(SPJ-500)，北京协同创新食品科技有限公司；煮浆机(JWL-200)，乐创商厨有限公司；超高温瞬时管道灭菌机(TW-PT-20T8)，上海沃迪公司；马尔文激光粒度仪(Mastersizer 3000)，英国马尔文仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1全谷物浓浆工艺流程

工艺流程：原料→清洗→烘烤→配伍→湿法粉碎→调配→高压射流磨细化→煮浆→灭菌灌装→成品

(1)烘烤：各原料烘烤温度及时间分别为糙米、燕麦、黄豆170 ℃烘烤20 min，花生120 ℃烘烤20 min，核桃150 ℃烘烤35 min，芝麻120 ℃烘烤15 min。

(2)配伍：将烘烤后的原料按一定配比混合，配比由配方优化结果确定。

(3)湿法粉碎：设定一级粉碎、二级粉碎频率50 Hz，进水泵频率38.5 Hz，进料泵频率14 Hz。

(4)调配：加入一定比例的稳定剂、白砂糖，稳定剂与白砂糖比例由稳定剂配方优化结果和配方优化结果确定。

(5)高压射流磨细化：设定处理压力和处理次数，由高压射流磨处理工艺优化结果确定。

(6)煮浆：100 ℃煮浆30 min。

(7)灭菌灌装：143 ℃灭菌15 s，同时在无菌室中灌装。

1.2.2配方优化

(1)谷物主料配方的确定

糙米、燕麦是全谷物的典型代表。将糙米与燕麦作为谷物主料复合配伍。预实验表明，纯糙米浆与纯燕麦浆浓度越高，风味越差。因此，选取糙米与燕麦总添加量为4%。设计糙米、燕麦添加量质量配比为3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3，见表1，加入920 g水，破壁机打浆，加入40 g白砂糖，制得约1 kg全谷物浓浆。以感官评分为指标，确定谷物主料配方。

表1 谷物主料配方的确定

(2)辅料配方的确定

黄豆、核桃、花生、芝麻营养价值高，具有特殊风味。将黄豆、核桃、花生、芝麻作为辅料复合配伍。设计正交试验因素水平表，见表2，按正交试验表配方并加入24 g糙米、16 g燕麦，加入900 g水，破壁机打浆，加入40 g白砂糖，制得约1 kg全谷物浓浆。以感官评分为指标，确定辅料配方。

(3)白砂糖添加量的确定

将白砂糖作为甜味剂配伍。将24 g糙米、16 g燕麦、8 g黄豆、5 g核桃、5 g花生、2 g芝麻倒入破壁机，加入900 g水，打浆，分别添加白砂糖38 g、40 g、42 g、44 g、46 g，制得约1 kg全谷物浓浆。以感官评分为指标，确定白砂糖用量。

表2 辅料配方正交试验因素水平表

1.2.3高压射流磨处理工艺优化

将240 g糙米、160 g燕麦、80 g黄豆、50 g核桃、50 g花生、20 g芝麻湿法粉碎，加白砂糖440 g，加水定容至10 kg。倒入高压射流磨进料筒中，分别设压力为0、30 MPa、60 MPa、90 MPa、120 MPa对物料处理1次，另设压力120 MPa分别处理0、1、2、3、4、5次，煮浆熟化，测量粒径大小。以粒径为指标，确定高压射流磨最佳处理压力和处理次数。

1.2.4稳定剂配方优化

(1)单因素实验设计

选定卡拉胶、黄原胶、CMC-Na为增稠剂，单甘脂、蔗糖酯为乳化剂。设计单因素试验：卡拉胶添加量0.02%、0.03%、0.04%、0.05%、0.06%；黄原胶添加量0.04%、0.06%、0.08%、0.10%、0.12%；CMC-Na添加量0.04%、0.06%、0.08%、0.10%、0.12%；单甘酯添加量0.04%、0.06%、0.08%、0.10%、0.12%；蔗糖酯添加量0.05%、0.06%、0.07%、0.08%、0.09%。将240 g糙米、160 g燕麦、80 g黄豆、50 g核桃、50 g花生、20 g芝麻湿法粉碎，加白砂糖440 g和单因素试验设计所述稳定剂，加水定容至10 kg。高压射流磨120 MPa处理1次，煮浆，测量样品的离心沉淀率。以离心沉淀率为指标，确定稳定剂用量范围。

(2)正交试验设计

基于单因素试验结果设计正交试验因素水平表，将240 g糙米、160 g燕麦、80 g黄豆、50 g核桃、50 g花生、20 g芝麻湿法粉碎，加白砂糖440 g和正交试验因素水平表中所述稳定剂，加水定容至10 kg。高压射流磨120 MPa处理1次，煮浆，测量样品的离心沉淀率。以离心沉淀率为指标，确定复合稳定剂最佳配方。

1.2.5产品质量检测

按照1.2.1所述流程制得全谷物浓浆成品，常温储藏12个月后，依据QB/T 4221—2011《谷物饮料类》检测成品。

1.2.6测定指标

(1)感官评价

选取10人作为评价员对样品进行感官评价，评价内容包括色泽、气味、口感(滋味、颗粒感、顺滑度)以及状态项，感官评分标准如表3所示。

表3 感官评价标准

(2)粒径的测定

设定参数为颗粒折射率1.590、吸收率0.001，分散剂为蒸馏水，分散剂折射率为1.330。取D[4,3]值为粒径指标。

(3)离心沉淀率的测定

空离心管称重，准确称取离心管和30 mL样品的质量，于4 000 r/min离心15 min。倒掉上清液，倒置10 min，准确称量离心管和沉淀质量，按公式(1)计算。

(1)

式中：SR为离心沉淀率，%；m0为离心管的质量，g；m1为离心管和样品的质量，g；m2为离心管和沉淀的质量，g。

2 结果与讨论

2.1 配方优化结果

2.1.1谷物主料配方结果

为了得到最佳风味全谷物浓浆，以一定配比将糙米与燕麦混合。糙米与燕麦配比对感官评分的影响如图1所示。随着糙米添加量的增加，感官评分呈现先升高后降低的趋势。当糙米与燕麦配比为6∶4，即谷物添加量为糙米24 g/kg、燕麦16 g/kg时，感官评分最高，此时样品有浓烈的谷物香气，且具有燕麦特有的清甜感。因此，燕麦与糙米的最适添加量为糙米2.4%、燕麦1.6%。

图1 糙米与燕麦配比对感官评分的影响

2.1.2辅料配方结果

只添加燕麦、糙米、白砂糖所制得的样品总体感官评分较低、滋味差，因此需要添加其他具有风味的辅料来改善风味。辅料配方正交实验结果如表4所示，根据表中的极差R分析结果得知，各辅料影响感官评分的主次顺序为B>A>D>C，即核桃>黄豆>芝麻>花生。由表5中K1、K2、K3值可知，全谷物浓浆的辅料最佳配方为：B2A3D1C2，黄豆8 g、核桃5 g、花生5 g、芝麻2 g，即黄豆0.8%、核桃0.5%、花生0.5%、芝麻0.2%。

表4 辅料配方正交实验结果

2.1.3白砂糖添加量的结果

白砂糖添加量对感官评分的影响如图2所示，随着白砂糖添加量的增加，感官评分呈现先上升后下降的趋势。添加量过低，饮料滋味道略微有些寡淡；在白砂糖添加量为44 g/kg时，甜度适中，综合评价最高；添加量过高，甜味重。因此白砂糖最佳添加量为44 g/kg，即白砂糖4.4%。

图2 白砂糖添加量对感官评分的影响

综上所述，该全谷物浓浆最佳配方为：糙米2.4%、燕麦1.6%、黄豆0.8%、核桃0.5%、花生0.5%、芝麻0.2%、白砂糖4.4%，在此配方下制备出的全谷物浓浆感官评分为92分，口感醇厚、香气浓郁、甜度适中、风味最佳。

2.2 高压射流磨处理工艺优化结果

2.2.1高压射流磨处理压力结果

粒径越小，上浮或沉降速度越慢，体系越稳定。高压射流磨处理压力对粒径的影响如图3所示。压力越大，粒径减小。全谷物浓浆被空化和对撞所产生的高度密集能量碰撞剪切，导致了大直径淀粉和膳食纤维颗粒的破碎，同时使蛋白质、脂质均一化，有效的降低了全谷物浓浆的总体粒径值。在120 MPa时，平均粒径可达17.0 μm。齐兵等[7]采用传统均质机处理压力40 MPa下成品粒径为72.84 μm；陈为凤[8]在压力30 MPa下均质大麦苗饮料，成品粒径为67.68 μm。表明高压射流磨粉碎技术能够更为有效地降低体系粒径，在工业生产上具有显著优势。

2.2.2高压射流磨处理次数结果

高压射流磨处理次数对全谷物浓浆粒径的影响如图4所示。在高压处理1次后，粒径值降低了49.4%，降幅最大。但在高压处理2次及以上时，粒径值只有小幅度的降低。高压射流磨处理次数1次，就能达到良好的粉碎效果。

2.3 稳定剂配方优化结果

2.3.1增稠剂配方结果

卡拉胶、黄原胶、CMC-Na对全谷物浓浆稳定性的影响如图5～图7所示。从图中可以看出，随着增稠剂添加量的增加，离心沉淀率先下降后增加，适量的增稠剂能提高全谷物浓浆稳定性。单因素试验结果表明，卡拉胶的添加量为0.04%时，离心沉淀率达到最低，为17.31%；黄原胶的添加量为0.10%时，离心沉淀率达到最低，为18.55%；CMC-Na的添加量为0.08%时，离心沉淀率达到最低，为9.43%。

图3 处理压力对全谷物浓浆粒径的影响

图4 处理次数对全谷物浓浆粒径的影响

由增稠剂单因素试验结果设计增稠剂正交试验因素水平表如表5所示，并得到正交试验结果如表6所示。由正交试验结果极差R值分析，各因素影响的主次顺序为C>B>A，即CMC-Na>黄原胶>卡拉胶，说明CMC-Na对全谷物浓浆稳定性影响最大，而卡拉胶对全谷物浓浆稳定性影响最小。从平均值K分析，全谷物浓浆饮品最佳复合增稠剂配方为A1B1C3，即卡拉胶0.03%、黄原胶0.08%、CMC-Na0.10%，卡拉胶∶黄原胶∶CMC-Na=3∶8∶10，总添加量为0.21%。

图5 卡拉胶对全谷物浓浆稳定性的影响

图6 黄原胶对全谷物浓浆稳定性的影响

图7 CMC-Na对全谷物浓浆稳定性的影响

表5 增稠剂正交试验因素水平表

2.3.2乳化剂配方结果

全谷物浓浆含有蛋白质及油脂，乳化剂可以改善其稳定性。两种乳化剂对全谷物浓浆稳定性的影响如图8和图9所示。随着乳化剂添加量的增加，离心沉淀率也呈现先下降后增加的趋势。单因素试验结果表明，单甘脂的添加量为0.10%时，离心沉淀率达到最低，为6.84%；蔗糖酯的添加量为0.07%时，离心沉淀率达到最低，为8.44%。

图8 单甘脂对全谷物浓浆稳定性的影响

图9 蔗糖酯对全谷物浓浆稳定性的影响

乳化剂全实验结果表明，全谷物浓浆最佳复合乳化剂配方为单甘脂0.11%、蔗糖酯0.06%，总添加量为0.17%，此时离心沉降率最低为6.65%。

表7 乳化剂实验结果

综上所述，该全谷物浓浆复合稳定剂最佳配方为：卡拉胶0.03%、黄原胶0.08%、CMC-Na 0.10%、单甘脂0.11%、蔗糖酯0.06%，稳定剂总添加量为0.38%。陈为凤[8]的均质制备大麦苗饮料的复配稳定剂总添加量为0.51%；梁淑霞[9]发酵制备燕麦乳的复合稳定剂总添加量为0.6%。对比传统生产工艺，高压射流磨工艺所制样品稳定剂添加量显著降低。经长期储藏实验表明，在此复合稳定剂的作用下，全谷物浓浆可以在静置12个月后仅产生轻微沉淀现象，稳定性高。

2.4 产品质量检测结果

上海华测品标检测技术有限公司出具的检测报告(报告编号：A2200358391101001C)显示该成品在常温储藏12个月后，具有产品应有的色泽、口味和香气，有少量沉淀现象。总固形物含量为10.2%、总膳食纤维含量为0.474%，未检出重金属及致病菌，菌落总数<10 CFU/mL。

3 结论

本研究通过工业化高压射流磨系统研制出一款口感优良、营养价值高、稳定剂添加量低的全组分全谷物浓浆。以感官评分、粒径、离心沉淀率为指标，得出全谷物浓浆最佳配方为糙米2.4%、燕麦1.6%、黄豆0.8%、核桃0.5%、花生0.5%、芝麻0.2%、白砂糖4.4%；复合稳定剂最佳配方为卡拉胶0.03%、黄原胶0.08%、CMC-Na 0.10%、单甘脂0.11%、蔗糖酯0.06%，总添加量为0.38%；高压射流磨120 MPa压力处理1次，平均粒径可达17 μm，细化效果显著。最终全谷物浓浆成品总固形物含量为10.2%、总膳食纤维含量0.474%，口感醇厚、甜度适中、风味最佳，静置12个月后仅产生轻微沉淀现象，符合QB/T 4221—2011《谷物饮料类》标准要求。