火麻乳饮料制浆工艺的研究

陈聪颖，唐年初，赵晨伟，李微微

（江南大学食品学院，江苏无锡 214122）

火麻乳饮料制浆工艺的研究

陈聪颖，唐年初*，赵晨伟，李微微

（江南大学食品学院，江苏无锡 214122）

以火麻仁为原料，通过单因素和正交实验，对火麻乳饮料的浸泡工艺和磨浆工艺进行了研究。结果表明，烘烤温度70℃，时间10min，以30℃的水浸泡火麻仁1.5h，沥干后按m（火麻仁）∶m（水）=1∶12的比例用70℃的热水，调节pH为7.5，磨浆6min。火麻乳中蛋白质提取率可高达78.4492%，蛋白含量2.6639%。

巴马火麻仁，蛋白质，浸泡，磨浆，得率

火麻作为典型的医食同源作物在中国已有近3000年的历史［1］，期间一直作为食物配料、油料或者主食。它含有丰富的蛋白质和微量元素;其脂肪中90%为不饱和脂肪酸，拥有国际卫生组织推荐的最佳亚油酸/亚麻酸比例［2－3］，不仅对健康有益，而且赋予火麻以坚果的香味。在国外，火麻产品很多，如火麻饼干、火麻饮料、火麻糖果等。尤其是火麻饮料，已有多种系列成熟面世，如Living harvest的dream系列－hemp dream火麻乳;Dank公司的火麻能量饮; Swiss出品的火麻冰镇茶饮料等。火麻食品在国外受到热烈的追捧，尤其是素食主义者的青睐，其中火麻乳更是作为替代牛奶的新生代蛋白饮品，拥有广阔的市场。国内火麻产量虽大，但精加工比较落后，产品附加值低。因此，提高火麻的深加工水平，增加其附加值成为今后必须面对的问题。本文旨在研究蛋白质、固形物含量以及提取率均较高的火麻乳工艺路线和工艺参数，以期对工业生产有所指导和帮助。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

巴马火麻仁 购于巴马河池，属当年干果，脱壳备用;硫酸铜、硫酸钾、浓硫酸、无水乙醚 分析纯;质量分数40%的NaOH溶液，0.05mol/L的HCl溶液，20g/L的硼酸溶液，甲基红溴甲酚指示剂。

Pyris－1差式扫描量热仪 美国PerkinElmer公司;S212型恒速搅拌器 上海申顺生物科技有限公司;MJ－25BM02C美的搅拌机 美的集团有限公司; FA1004电子天平 上海精密科学仪器有限公司; GZX－DH·400－BS－Ⅱ电热恒温干燥箱 上海跃进医疗器械厂;HYP－1014十四孔硝化炉 上海纤检仪器有限公司;JM－L60－1改良型立式胶体磨 温州市七星乳品设备厂。

1.2 实验方法

1.2.1 火麻蛋白热稳定性质测定［4］火麻脱脂蛋白由索氏抽提获得。采用Pyris－1差式扫描量热法进行分析，测定火麻蛋白的变性温度，操作参数:初始温度30℃，终止温度120℃，升温速率10℃/m in，用标准铟校准，密封空铝盒作为参比。

1.2.2 火麻蛋白等电点p I测定 取一定量脱脂火麻仁，与水按1∶24比例混合，用1mol/L NaOH调pH至8.0，35℃搅拌提取40m in，4000 r/m in离心20m in，分别取等量上清液，用1mol/L HCl调节pH为3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7沉淀蛋白质，再次离心。计算沉淀率，沉淀率最大时所对应的pH为火麻蛋白的可能等电点。以此为中心，0.1梯度安排实验，同上述方法，计算精确p I。

1.2.3 蛋白质含量测定 原料火麻仁、火麻乳中的蛋白质含量用凯氏定氮法测定。

1.2.4 蛋白质提取率测定 以原料中的蛋白质含量为参比值，按下式计算提取率:

式中:PM:火麻乳中的蛋白质含量（g）;PR:火麻原料中的蛋白质含量（g，本实验测得 PR为33.49%）。

1.2.5 火麻浸泡液可溶性固形物测定 折光计法［5］。

1.2.6 火麻乳总固形物测定 真空干燥法［6］。

1.2.7 主要工艺流程 火麻仁→烘烤、去皮→浸泡→水洗沥干→粗磨→细磨→200目过滤除渣→火麻乳

1.2.7.1 烘烤 火麻仁挑选除杂，置于电热恒温干燥箱中，设置不同温度/时间，烘烤后立即冷却至室温。常温浸泡0.5h，沥干后加10倍水磨浆2m in，胶磨2次，制得火麻乳。对每一份样品打分:10分，风味非常好;8分，风味好;6分，风味一般;4分，风味较差;2分，烘烤味浓重。由相关人员进行评分，选出感官评定小组的得分在8～10分的样品测定其蛋白质含量。

1.2.7.2 浸泡 将烘烤后火麻仁在25～75℃（5℃递增）用去离子水浸泡0.5h，测定火麻仁在不同温度下浸泡液中固形物的含量变化。以1∶10料液比，室温磨浆2m in，胶磨2次，过200目筛后得火麻乳，测定其中蛋白质的提取率。

根据上一步实验选择最适当的浸泡温度，其他条件不变，改变浸泡时间0.5～3h（0.5h递增），测定火麻仁在不同时间浸泡液中可溶性固形物的含量变化及火麻乳蛋白质的提取率。

1.2.7.3 磨浆条件优化 称取6份同等质量的火麻仁，经上述烘烤浸泡优化工艺后沥干。使磨浆水温分别控制在40、50、60、70、80、90℃。调节pH 7.0，料液比为1∶10，搅拌机磨浆2m in，胶磨2次。过200目不锈钢筛，取滤液。测定其蛋白质提取率以及固形物含量。

称取5份同等质量的火麻仁，经上述烘烤浸泡优化工艺后沥干。用70℃的热水磨浆，其他条件同上。分别控制时间2、4、6、8、10m in。测定其蛋白质提取率以及固形物含量。

称取5份同等质量的火麻仁，经上述烘烤浸泡优化工艺后沥干。70℃热水，其他条件同上。分别控制料液比为1∶6、1∶8、1∶10、1∶12、1∶14，测定其蛋白质含量、蛋白提取率以及固形物含量。

称取6份同等质量的火麻仁，经上述烘烤浸泡优化工艺后沥干。70℃热水，其他条件同上。分别调节pH 6.0、6.5、7.0、7.5、8.0。测定其蛋白质提取率以及总固形物含量。

以综合指标为参考，采用四因素三水平正交实验优化磨浆工艺。

综合指标（%）=火麻乳蛋白质提取率（%）× 50%+火麻乳蛋白含量（%）×50%

2 结果与讨论

2.1 热稳定性

张维等人曾报道，工业火麻分离蛋白的变性温度是84.83℃，有较好的热稳定性。由图1可知，火麻仁蛋白的变性温度为62.44℃，低于上述报道的分离蛋白的变性温度，可能与测定所制备的火麻乳的固形物含量较低有关。汪立君等［7］人研究发现，样液固形物的质量分数与样品变性温度呈正相关关系。这为后续涉及温度的部分工艺提供参考数据。

图1 火麻仁蛋白的热稳定曲线Fig.1 Differential scanning calorimetric thermogram of hemp protein

2.2 等电点

由图2可看出，火麻仁蛋白的提取液经不同pH酸沉后，沉淀值呈现先上升后下降的趋势，在pH 4.5时达到最大值。以4.5为基础，梯度0.1安排pH 4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8对比实验，得出pH 4.6时有最大沉淀值，故pH 4.6为火麻蛋白等电点。后续磨浆水pH的选择将以此为参考。这一测定值对酸性植物蛋白饮料的调制也有指导意义。

图2 火麻仁蛋白的等电点Fig.2 Isoelectrice point of hemp protein

2.3 烘烤温度和时间对蛋白质含量的影响

由表1可知，烘烤温度在70～90℃时，制得的火麻乳具有火麻特有清香;低于70℃，火麻乳有生腥味;高于90℃，火麻乳颜色深，且有焦苦味，不受欢迎。选取风味得分较高的70、80、90℃进行蛋白质含量检测。

由图3可知，随着烘烤温度升高，时间延长，火麻乳中蛋白质含量逐渐下降。这是因为高温条件下，蛋白质变性沉淀，溶解度较天然状态时下降［8］。但火麻仁蛋白质中球蛋白的热变性绝大部分可逆，当其被快速加热至变性温度以上，接着又立即冷却至室温后，可以完全恢复其活性;此外完整的火麻仁球蛋白对热处理具有相对的稳定性，因为球蛋白位于被脂肪滴包裹的蛋白质糊粉粒中，这些蛋白质糊粉粒和周围的膜起到了隔热层的作用。故在相对低的烘烤温度下，烘烤时间越短，更有利于蛋白质复原、溶解。考虑火麻乳作为调配原液使用（最终产品定位为酸性植物蛋白饮料，蛋白含量＞1%），原液蛋白含量尽量大于2%，结合风味参数，选择烘烤温度70℃、时间10min。

表1 烘烤温度与烘烤时间对火麻乳风味的影响Table 1 Effect of roasting temperature and time on hemp milk flavor

图3 烘烤温度对火麻乳蛋白质含量的影响Fig.3 Effect of roasting temperature on hemp milk protein

2.4 浸泡温度、时间对火麻乳蛋白提取率及固形物的影响

2.4.1 浸泡温度对火麻乳蛋白质提取率及浸泡液固形物含量的影响 由图4可知，火麻乳的蛋白质提取率在30℃及60℃时均存在拐点。低于30℃，有效成分未被充分提取;30℃以上，随温度升高酶促反应加快，呼吸作用加强，消耗本身养分，有效成分随浸泡水流失，蛋白提取率下降;60℃时蛋白质分子解离，成为较小分子量蛋白质，溶解度升高，提取率略有升高;60℃以上，火麻仁蛋白质发生部分热变性，可溶性蛋白质变成不可溶性蛋白质，使溶解度降低。浸泡液中固形物随浸泡温度的升高而增加。40℃以下，浸泡温度升高，蛋白质吸水溶胀;超过40℃，可溶性蛋白开始溶出外溢;在60℃时，浸泡液固形物达到最大值，60℃以上，分解酶被钝化，所以浸泡液中固形物含量略微下降后基本不变。结合生产成本，选取30℃为浸泡温度。

图4 浸泡温度对火麻乳蛋白提取率及浸泡液固形物含量的影响Fig.4 Effect of soaking temperature on extraction of hemp milk protein and content of total solids in soaking solution

2.4.2 浸泡时间对火麻乳蛋白质提取率及浸泡液固形物含量的影响 由图5可知，一段时间内随着浸泡时间延长，火麻乳蛋白质提取率上升。这是因为低于1.5h，很多蛋白质难以形成水合物，致使可溶性蛋白提取较少;1.5h的浸泡使得蛋白质充分吸水溶胀达到最大吸水率，可溶性蛋白提取相应较多;再延长浸泡时间，吸水率呈下降趋势。这是因为达到浸泡平衡后，延长时间，部分可溶性蛋白质和糖类的溶出量增加［9］。浸泡液固形物在1.5h之内基本无变化，这是因为火麻仁处于主动地吸水状态，细胞成分基本完整，各类营养成分得以保留;1.5h之后，细胞吸水饱和，又细胞壁细胞膜受损，导致可溶性成分外溢至浸泡液中，使得浸泡液固形物含量上升。综合考虑，选择浸泡时间为1.5h。

图5 浸泡时间对火麻乳蛋白质提取率及浸泡液固形物含量的影响Fig.5 Effect of soaking time on extraction of hemp milk protein and content of total solids in soaking solution

综合以上，考虑工业生产成本等其他因素，选定浸泡温度为30℃，浸泡时间定为达到最大吸水率（1kg火麻仁∶2.8221kg水）的时间为1.5h。

2.5 磨浆工艺对火麻乳蛋白质提取率和固形物的影响

2.5.1 磨浆水温度对蛋白质提取率及固形物含量的影响 图6表明，40～60℃时火麻乳中蛋白质的提取率略有下降。这是因为在变性温度附近，蛋白质由于轻微变性导致溶解度下降。高于60℃后，蛋白提取率持续上升，在70℃时，火麻乳中蛋白质的溶出率达到最大值66.7478%。这是因为快速通过火麻仁蛋白质的变性温度，在受热并不过度的情况下，具有类似麻仁球蛋白的结构，非常紧密的蛋白质受热后会解体、展开，将以前掩藏的肽键和能提高束缚水能力的极性侧链暴露于表面，后者导致蛋白质溶解［10］。故提取率增加。继续增加磨浆水温，火麻乳中蛋白质的溶出率反而呈下降趋势。这可能是过高的温度使火麻仁蛋白质过度变性而滞留在滤渣中，从而导致蛋白质提取率下降。因为火麻仁中总糖含量不超过5%，影响总固形物含量的最大因素就是蛋白质含量，故固形物含量变化的整体趋势与蛋白质提取率一致。综合考虑，选取范围60～80℃。

2.5.2 磨浆时间对蛋白质提取率及固形物含量的影响 由图7可看出，磨浆时间为6m in时，蛋白质得率最高。2m in的磨浆时间太短，很多子叶碎片没有被充分地磨碎，使得蛋白质残留于滤渣中;随着磨浆时间的延长，子叶得以充分研磨，蛋白质被释放，提取率上升，至6m in时足以使火麻仁细胞壁充分打破，蛋白质充分被释放、回收;当磨浆时间继续增加时，蛋白提取率反而下降，因为火麻仁长时间受到强剪切力时，蛋白质有可能发生不可逆变性，反复的拉伸扭曲了α－螺旋结构，改变了蛋白质网络结构，这意味着原来可溶的部分蛋白质转变为不可溶的蛋白质［8］，随滤渣流失。固形物含量的变化趋势与蛋白质提取率一致。在6m in时达到最大值，这是由于此时蛋白质、糖类等有效物质最大限度的保留在火麻乳中;而后由于可溶性蛋白的减少使得固形物总量下降，故曲线呈下降趋势。综合考虑，选取时间范围为4～8min。

图6 磨浆水温对火麻乳蛋白质提取率及其固形物含量的影响Fig.6 Effect ofmilling temperature on the protein extractions and total solids contents of hemp milk

图7 磨浆时间对火麻乳蛋白质提取率及其固形物含量的影响Fig.7 Effect ofmilling time on the protein extractions and total solids contents of hemp milk

2.5.3 磨浆料液比对蛋白质含量、提取率以及固形物含量的影响 图8表明，随着磨浆水比重的增大，火麻乳中蛋白质的提取率起初呈迅速上升趋势，后逐渐平缓。这是因为火麻仁蛋白在水中溶解度不高，起初增大水量，可使得蛋白质溶出量增大。但达到一定值之后，由于原料蛋白含量限制，蛋白提取率不再增加。由于水的稀释，固形物浓度及蛋白浓度随着磨浆水的增加而减少。PAG建议模拟奶中应含有3.5%（w/w）的蛋白质，3.5%（w/w）的脂肪和5.0%（w/w）的碳水化合物［11］。而当料液比1∶14时，蛋白含量不足2%，这样的产品尽管蛋白提取率（原料利用率）较高，但不足以提供合适的营养成分。综合考虑，选取磨浆料液比范围1∶8～1∶12。

2.5.4 磨浆水pH对蛋白质提取率及固形物含量的影响 溶液pH的改变会影响两性分子蛋白质的表面带电情况，从而影响蛋白质与溶剂间的相互作用，使蛋白质的溶解性发生改变。由图10可知，随着磨浆水pH的增大，蛋白质提取率逐渐提高。但强碱条件不仅会增加碱液的用量，还可能会导致蛋白质中赖氨酸与丙氨酸或胱氨酸发生缩合反应［12］，影响蛋白品质。另碱性条件下易发生皂化反应，影响饮料口感。所以磨浆pH最大值只定位在pH 8.0。固形物含量趋势与蛋白质提取率大体一致。在 pH 6.5～7.5之间上升迅速，而在pH 7.5之后趋于平缓，上升幅度有限。这可能与蛋白质内部发生的缩合反应有关。综合考虑，选取pH的范围为7.0～8.0。

图8 磨浆料液比对火麻乳蛋白质提取率及其固形物含量的影响Fig.8 Effect of solid and water ratio on the protein extractions and total solids contents of hemp milk

图9 磨浆料液比对火麻乳蛋白质含量的影响Fig.9 Effect of solid and water ratio on the protein content of hemp milk

图10 磨浆pH对火麻乳蛋白质提取率及其固形物含量的影响Fig.10 Effect of pH on the protein extractions and total solids contents of hemp milk

2.5.5 磨浆工艺正交实验 根据单因素实验结果，选取磨浆温度、磨浆时间、磨浆料液比、磨浆水pH 4个因素，以火麻乳蛋白质提取率、蛋白质含量作为2个考察指标（二者各占50%），进行四因素三水平正交实验。正交实验的因素水平表见表2，实验方案及实验结果见表3。

表3 正交实验方案及结果Table 3 Results of orthogonal test onmilling conditions

表2 正交因素水平表Table 2 Factors and levels of orthogonal test on milling conditions

由表3可看出，各因素对提取效果的影响顺序为料液比＞磨浆时间＞pH＞磨浆水温，最佳组合为A2B2C3D2，即磨浆水温70℃，磨浆时间6m in，料液比1∶12，磨浆水的pH为7.5。在优化条件下测得的火麻乳蛋白质提取率达 78.4492%，乳中蛋白含量为2.6639%。

3 结论

提高火麻乳中蛋白质得率及固形物含量的最佳工艺参数为:烘烤温度70℃、时间10m in、浸泡温度30℃、时间1.5h、磨浆以m（火麻）∶m（水）=1∶12，用70℃热水磨浆6min，pH 7.5。火麻乳中蛋白质提取得率可达78.4492%，乳中蛋白含量2.6639%。产品呈乳白色，有光泽，浆液细腻，有火麻清香，品质较好。可以作为原液供后续调配使用。

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Study on m illing technology of hem pseed m ilk

CHEN Cong－ying，TANG Nian－chu*，ZHAO Chen－wei，LIW ei－wei
（College of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi214122，China）

The soaking and pulp ing p rocessing of hem pseed m ilk were stud ied using sing le fac tor and orthogonal experim ent.The op tim um technological cond itions were:roast time 10m in，roast tem perature 70℃，soak time 1.5h，soak tem perature 30℃，pulping time 6m in，pulping temperature 70℃，pulp ing pH 7.5，rate of hem pseed and water 1∶12，under this cond ition d issolution rate of hem pseed p rotein was 78.4492%，p rotein content of hem pseed m ilk was 2.6639%.

bam a hem pseed;p rotein;soak;pulp ing;yield

TS255.6

B

1002－0306（2012）06－0345－05

2011－06－10 *通讯联系人

陈聪颖（1986－），女，在读硕士研究生，主要从事油脂及植物蛋白方面的研究。