国内谷物浓浆饮料稳定性研究进展

李琪，李云龙，胡俊君，程哲，何永吉，李红梅

(山西农业大学 山西功能食品研究院，山西 太原，030000)

谷物作为中国传统的膳食来源，其胚乳中富含的淀粉、蛋白质等可为生命活动提供能量；胚芽中富含的Fe、Zn等矿物质、B族维生素、维生素E及不饱和脂肪酸等，有多种抗氧化功效；麸皮中含有的膳食纤维、酚酸等物质则提高了谷物的生理保健功效[1]。坚持食用谷物对控制糖尿病、心脑血管疾病等慢性病的发生有一定作用，同时有利于控制体质量[2]。早餐为人一天的生命活动提供约30%的能量，但是随着生活节奏不断加快，越来越多的人，尤其是学生、上班族等人群，对早餐极不重视，甚至有时不吃早餐。这将严重影响身体健康并引发一些慢性疾病。有研究显示[3]，长期不吃早餐的人患脂肪肝和胆结石的几率将大大增加。谷物浓浆是一种较为浓稠的饮品，通常作为代餐饮料出现，因其具有健康、方便、饱腹感强等特点，适宜作为早餐食用[4]。QB/T 4221—2011《谷物类饮料》中，按照总固形物和总膳食纤维含量的不同，将谷物类饮料(cereal be erage)分为谷物浓浆(cereal juice)和谷物饮料(cereal juice be erage)，通常要求谷物浓浆的总固形物不低于10 g/100 g(低糖和无糖产品不作要求)，总膳食纤维不低于0.3 g/100 g[5]。

谷物浓浆是一个不稳定的食品体系，该体系包括由淀粉、蛋白质等大分子形成的悬浊液、由油脂形成的乳浊液以及由糖、可溶性盐等形成的真溶液[6]。由于体系粒度较大、储藏条件变化等原因，谷物浓浆在货架期内易出现析水沉淀、脂肪上浮等现象，导致产品品质劣变，影响饮料风味及口感[7]。此外，在加工过程中，高温长时灭菌也会使蛋白质变性、聚集，并形成沉淀[8]。有效解决谷物浓浆的不稳定性问题，是保证其货架期内品质的重要方面。本文就此问题综述了影响谷物浓浆稳定性的因素及改善谷物浓浆稳定性的方法，展望了谷物浓浆的发展趋势，可为生产品质较高的谷物浓浆饮料及设计相应的加工工艺提供合理的参考依据。

1 谷物浓浆饮料的市场及研究现状

《产业结构调整指导目录》(2019年)提出，要鼓励谷物饮料等高附加价值植物饮料的开发生产与加工原料基地建设，这为谷物饮料的进一步发展提供了一定的政策支持，促进谷物综合利用价值和附加值的提升。

目前市场上的谷物浓浆产品主要有“谷粒谷力”系列谷物浓浆、“中绿粗粮王”系列谷物浓浆代餐饮料、“小岗本色”粗粮浓浆系列饮料等。这些产品多为豆类(红豆、绿豆、黑豆等)、核桃、花生等与燕麦复配而成的谷物浓浆。

近年来，国内关于谷物浓浆饮料的研究逐渐增多，主要集中在加工工艺及稳定性研究等方面。加工工艺方面，原料选择丰富，主要有糙米、大麦、青稞、荞麦、燕麦、藜麦、小米、绿豆等；工艺主要有清洗、烘烤、浸泡、磨浆、糊化、过滤、调配、均质、灭菌等，有的产品则采用发酵工艺制成具有独特风味和营养物质的谷物饮料产品[9]，有的则通过谷物发芽制成富含γ-氨基丁酸的浓浆饮料[10]，提高了产品的营养价值及保健价值。稳定性研究方面，大部分的研究集中在通过添加适量的增稠剂、乳化剂和磷酸盐等，使得饮料体系在一定的储存时间内保持稳定；有的研究则是利用原料本身经过加工后的性质保持饮料体系的稳定性[11]。

2 影响谷物浓浆稳定性的因素

2.1 原料

淀粉是谷物浓浆饮料固形物中含量最高的成分。人体可利用的淀粉是经糊化后的谷物淀粉，不同的谷物淀粉糊化后具有不同的特性[12]，而凝沉性对浓浆饮料的稳定性具有一定影响。直链淀粉含量是影响淀粉糊沉降的一个主要原因，其含量越高，淀粉糊越易发生沉降[13]。张杰等[14]比较了燕麦淀粉、小麦淀粉、玉米淀粉和土豆淀粉的凝沉性，发现4种淀粉中，燕麦淀粉的凝沉性最差，即形成凝胶的能力较差。周小理等[15]对比了苦荞淀粉、甜荞淀粉和大米淀粉、小麦淀粉、绿豆淀粉的凝沉性，发现与其他3种淀粉相比，2种荞麦淀粉糊化后于室温静置，48 h内无上清液析出，而其他3种淀粉在30 h均有上清液析出，说明荞麦淀粉糊化后不易沉降，凝沉稳定性优于小麦、大米和绿豆淀粉。各种谷物淀粉表现出不同的凝沉性，因此，选择合适的原料并合理搭配进行谷物浓浆饮料的加工是必要的。

另有研究显示[16]，燕麦中含有大量的β-葡聚糖。β-葡聚糖是一种黏性多糖，可作为增稠剂使用。在相同浓度时，其表观黏度高于羧甲基纤维素。同时，因其具有良好的热稳定性和剪切稀化特性，用作食品天然稳定剂的潜力巨大。刘先隆等[17]研究全谷物燕麦浓浆的复合酶解，对燕麦进行挤压膨化耦合α-淀粉酶前处理，随后采用中性蛋白酶和中温α-淀粉酶复合酶解的工艺条件，得到的燕麦浓浆饮料中可溶性β-葡聚糖含量最高。因此，当谷物浓浆中含有燕麦成分或添加燕麦β-葡聚糖时，其稳定性可得到一定的提高。

另一方面，脂肪也会影响谷物浓浆饮料的稳定性。若饮料中脂肪含量较高或未充分乳化，易出现脂肪上浮现象，使产品分层，因此，应注意合理选用、搭配原料，从而改善谷物浓浆的稳定性[18]。

荞麦淀粉糊化后具有良好的稳定性，燕麦因含有大量β-葡聚糖而能在饮料体系中形成较为稳定的结构，因此可考虑在谷物浓浆饮料中适当加入这2种原料，在稳定产品结构的同时，减少乳化剂、增稠剂的使用，更加突出浓浆产品的天然属性。

2.2 粒度

体系粒子粒径大小是影响谷物浓浆稳定性的重要因素。根据斯托克斯定律，球颗粒在流体中低速运动时，其运动速度与粒子半径平方成正比，即体系中粒子粒径越小，上浮或沉降速度越慢[19]。

均质是一种能够有效降低物料粒径的加工工艺，主要通过改变均质温度、压力和次数等参数来影响物料的粒径[20-22]。谷物浓浆中含有较多淀粉和不溶性纤维素，如果仅用胶体磨进行处理，难以达到饮料所需的细腻度，且在储存过程中更容易发生絮凝沉淀[23]。而物料在均质处理时，在挤压、强冲击和失压膨胀的三重作用下颗粒破碎，更加均匀地在液体中分散[24]，从而实现快速乳化[25]，得到更均一、口感更细腻的物料。理论上讲，乳化剂向油水界面迁移的速率随均质温度的升高而加快，乳化效果也越好，但饮料加工中物料多具热敏性，过高的加工温度会使蛋白质变性、生物活性物质失活，降低产品品质。谷物浓浆加工中均质温度通常为65～80 ℃[25-27]。一般情况下，谷物浓浆的稳定性与均质压力呈正相关。在谷物浓浆的加工过程中，常用的均质压力为15～40 MPa，且普遍采用分段均质[26-28]。涂清荣[27]在研究米乳饮料的稳定性时提出，2次均质对稳定性的提升优于单次均质，但如果2次均质压力过大时，稳定性反而下降，原因可能是过高的压力导致物料粒径过小，饮料体系的总界面积增大，自由能升高，体系开始趋向于不稳定。

此外，李娟等[29]采用高压微通道微粉碎处理糙米浓浆，通过在不同的操作压力(30、35、40和50 MPa)下分别粉碎1次、2次和3次发现，35 MPa粉碎2次是最经济且糙米粉碎粒径最小的操作条件，平均粒径约为24 μm。与干法粉碎(磨粉机)和湿法粉碎(胶体磨)相比，高压微通道微粉碎技术能够更为有效地降低体系粒径。

选用高效且经济的破碎技术是谷物浓浆加工的关键步骤，加工过程应尽量降低物料粒度，超高压均质及高压微通道微粉碎均是能够有效降低物料粒度并使物料均一的有效工艺，两者均需通过试验得到最优操作条件。许月[30]在研究红豆浓浆工艺时，采用2次均质的方法，均质温度为65～75 ℃，压力为25～30 MPa，使得红豆浓浆中淀粉、蛋白质、脂肪等大分子均匀细化，乳化剂、稳定剂与浆料充分融合，相互交联，最终得到较为稳定的红豆浓浆产品，无脂肪上浮、结块及分层现象。

2.3 乳化剂和增稠剂

乳化剂和增稠剂是饮料中常用来提高稳定性的食品添加剂。乳化剂主要能够改善油水两相之间的表面张力，形成均匀分散体或乳化体，而增稠剂可以提高食品的黏稠度或形成凝胶，并兼有乳化、稳定作用或使呈悬浮状态[31]。根据GB 2760—2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》的规定，食品中常用的乳化剂主要有单、双甘油脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯、改性大豆磷脂等，常用的增稠剂有瓜尔胶、海藻酸钠、β-环状糊精、黄原胶、卡拉胶等。但是单一使用乳化剂或增稠剂往往不能起到很好的稳定作用，需要对其进行复配，通过协同增效使其更好地发挥作用[23, 32]。

李婷等[33]在研究燕麦魔芋浓浆饮料的稳定性时提出，采用纤维素酶将魔芋多糖水解为魔芋葡甘低聚糖，解决了单独使用魔芋多糖时饮料黏度过大的问题；同时，单甘脂和蔗糖酯的添加几乎不影响燕麦浓浆的黏度和离心沉淀率。此外，该研究还通过对饮料体系的粒径和电位的研究指出，添加亲水胶体对燕麦魔芋浓浆饮料稳定性的影响主要体现在3个方面：(1)稳定剂的添加使得粒子间电位升高，斥力增大，减少了粒子间的聚集，从而减小了饮料体系的粒径，沉降速度降低，相应地增强了稳定性；(2)魔芋胶和卡拉胶形成的复合胶体的特殊结构有效降低了魔芋胶与其他物质聚集形成大分子的可能性，从而提高了稳定性；(3)魔芋胶水解产生的小分子糖可以防止淀粉回生导致的淀粉糊凝沉。由此可见，亲水胶体的添加通过改变浓浆饮料体系的粒径、电位及超微结构等来影响体系的稳定性。林小琴等[34]在研究黑芝麻浓浆饮料时，通过设计Plackett-Burman试验及Box-Behnken试验，以沉淀率和感官评分的综合评分为响应值，得出用于黑芝麻浓浆的最优稳定剂组合为蔗糖酯0.03%(质量分数)，蒸馏单硬脂酸甘油酯0.07%，黄原胶0.06%，此时黑芝麻浓浆综合评分最高，为99.06。这与李婷[33]得到的结果似乎是相悖的，但是从饮料主成分来看，相对燕麦，黑芝麻中的油脂更多，而蔗糖酯和单硬脂酸甘油酯均为乳化剂，更适用于油脂含量较高的黑芝麻浓浆，而燕麦浓浆中油脂含量较低，故使用乳化剂效果不明显。

因此，根据原料本身的特性，选用适当的乳化剂、增稠剂，通过试验确定复配比例及添加量，加入前应先在热水中不断搅拌溶解，必要时可采用剪切等方式使其充分溶于水，再将水溶液与其他物料混合均匀。张东凤等[8]以荞麦米、小麦、燕麦、大豆、花生仁为原料，分别对稳定剂及乳化剂设计正交试验，得到最优复合稳定剂和复合乳化剂，然后以复合稳定剂添加量、复合乳化剂添加量和均质压力为试验因素，以稳定系数为响应值设计正交试验，得到复合稳定剂和复合乳化剂分别添加0.014%和0.05%，75 ℃下分别以40和30 MPa均质2次，得到的谷物代餐饮料稳定性最高，稳定系数为99.96%。李娟等[29]在研究糙米浓浆时，通过对选定的4种稳定剂(海藻酸钠、明胶、黄原胶和羧甲基纤维素钠)设计单因素试验和正交试验得出，糙米浓浆中添加羧甲基纤维素钠0.05%、黄原胶0.15%时，体系的离心沉淀率最低，稳定性好。复配改良剂的使用能够有效改善谷物浓浆的稳定性，保持产品货架期内的品质。

2.4 磷酸盐

陈丹硕等[37]在研究青稞紫米谷物饮料时，使用六偏磷酸钠和三聚磷酸钠2种磷酸盐与蔗糖脂肪酸酯和结冷胶经正交试验得出，蔗糖脂肪酸酯对饮料稳定性的影响最大，三聚磷酸钠次之，六偏磷酸钠再次之，结冷胶最小,采用试验得出的最优抗老化剂配方时，产品稳定性可达10个月以上。凌梦硕[38]在研究苦荞麦芽—小米复合谷物饮料的稳定性时，除对传统的乳化剂和稳定剂进行筛选外，还对三聚磷酸钠、磷酸二氢钠、焦磷酸钠和六偏磷酸钠4种磷酸盐进行了试验。结果表明，该饮料中添加不大于0.04%的磷酸盐(除磷酸二氢钠外)时，饮料的稳定性都得到了一定的提高，且六偏磷酸钠稳定效果最好。

以上都是针对非浓浆型谷物饮料中应用磷酸盐的研究，其结果均表明适量的磷酸盐添加能够在一定程度上提高谷物饮料的稳定性，这些研究对磷酸盐在谷物浓浆中的应用提供了参考，而谷物浓浆相比于谷物饮料，淀粉含量和黏度都明显增大，这都给磷酸盐应用于谷物浓浆带来了一定的挑战，磷酸盐在谷物浓浆中的应用有待进一步研究。

3 展望

谷物浓浆饮料是一种适合作代餐饮料的谷物精深加工产品，有研究显示[39]，降低早餐血糖指数和血糖负荷可减轻餐后血糖反应，在目前健康饮食越来越受重视的趋势下，健康且满足不同人群需求的谷物浓浆饮料将受到更多关注。目前已有研究者[29]进行了糙米浓浆血糖生成指数(glycemic index,GI值)的测定工作，结果表明，糙米浓浆的GI值为40.28，属于低GI食品，适于需要控制血糖及体质量的人群食用。而粗粮普遍为中低GI食品[40]，将粗粮加工为谷物浓浆饮料不仅提高了其附加值，也为消费者提供了一个更加健康的膳食及代餐选择。在谷物浓浆饮料的开发过程中也应注重产品的健康性及适口性，如此才能被更多的消费者接受。