周小悅，姚麗娜，陶文初，賁東旭，趙芳芳，薛玉清，李言郡，舒志成

（杭州娃哈哈集團有限公司食品科學(xué)研究院，浙江杭州 310018）

板栗，俗稱栗子，以其獨特的風(fēng)味、品質(zhì)和營養(yǎng)而享譽全球[1]。板栗的主要產(chǎn)區(qū)及消費區(qū)域分布在亞洲、美國和歐洲，其中，中國是最大的產(chǎn)地之一[2?3]。板栗果仁中碳水化合物含量為62%～70.1%、蛋白質(zhì)7.2%～10.7%、脂類5%～7.4%。此外，板栗中還含有八種氨基酸及豐富的胡蘿卜素、硫胺素、核黃素、煙酸、泛酸、生物素、生育酚等多種維生素，富含Ca、Fe、P、K、Mg、Zn等礦質(zhì)元素[4]。板栗不僅食用價值高，還有健脾補腎之功能，并可預(yù)防和治療高血壓、骨質(zhì)疏松，提高免疫力，因此有“干果之王”的美稱[5?6]。

以板栗制作飲料產(chǎn)品有助于拓展板栗資源的應(yīng)用范圍，對延伸板栗產(chǎn)業(yè)鏈具有極其重要的促進意義[7]。但其高淀粉含量，且天然板栗淀粉存在的水溶性差、粘度高、易凝結(jié)等諸多缺陷，直接影響了板栗飲料的穩(wěn)定性[8]。吳超平[9]研究了4種乳化劑（蔗糖酯、單甘酯、聚甘油酯、PGA）和4種親水性膠體（黃原膠、CMC-Na、卡拉膠、瓜爾豆膠）對板栗濁汁類飲料的穩(wěn)定性作用，以持水力、風(fēng)味和靜置1個月的狀態(tài)作為考察指標(biāo)，確定了CMC-Na、卡拉膠、聚甘油酯和PGA的較優(yōu)復(fù)配方案。萬景瑞等[10]研究了黃原膠、羧甲基纖維素鈉、單硬脂肪酸甘油酯、脂肪酸蔗糖酯、海藻酸丙二醇酯等穩(wěn)定劑和乳化劑對新型板栗飲料穩(wěn)定性的影響，但僅憑離心沉淀率大小作為穩(wěn)定性評定的唯一標(biāo)準略顯片面，缺乏對穩(wěn)定體系的全面評估。由于板栗漿濃度的差異及加工過程中的不定因素，穩(wěn)定性問題得不到根本的解決，需要進一步研究和開發(fā)不同的穩(wěn)定體系來提高板栗飲料的穩(wěn)定性。本文以MCC復(fù)配瓊脂構(gòu)建懸浮體系，通過粒徑、粘度、流變、Turbiscan穩(wěn)定性分析，探討該體系中MCC含量對板栗漿懸濁液的穩(wěn)定性影響。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

微晶纖維素GP 3282 杜邦（上海）實業(yè)有限公司；瓊脂Q50 上海瓊澤生物科技有限公司；板栗醬煙臺加寶食品有限公司；椰子油 中糧集團有限公司；單硬脂酸甘油酯、雙乙酰酒石酸單雙甘油酯（DATEM） 丹尼斯克（中國）有限公司；小蘇打 桐柏博源新型化工有限公司；乳酸鏈球菌素（Nissin）洛陽奇泓生物科技有限公司；中溫α-淀粉酶BAN 480L（標(biāo)準活性為480 KNU/g） 諾維信（中國）生物技術(shù)有限公司。

高剪切混合乳化分散機L5M Silverson公司；水浴鍋DK-S24 上海三發(fā)科學(xué)儀器有限公司；均質(zhì)機NS2002H 德國GEA公司；高壓滅菌鍋Sanyo 3020 日本三洋集團；MCR302流變儀 奧地利安東帕公司；Zen 2600 Zeta電位儀、Mastersizer 2000激光粒度分析儀 英國馬爾文儀器公司；Turbiscan Lab分散穩(wěn)定性分析儀 法國Formulaction公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 酶解板栗濃漿的制備 按3 L、10 g/L板栗懸濁液目標(biāo)樣品準備，稱取30 g板栗醬，加入120 g熱水（70 ℃左右即可）中，5000 r/min剪切10 min，經(jīng)25/5 MPa均質(zhì)后，加入0.01 g的α-淀粉酶攪拌均勻，置于70 ℃的水浴鍋中酶解20 min，酶解后的板栗漿液經(jīng)過沸水浴5 min完成滅酶，留存?zhèn)溆?。酶解參照萬景瑞等[10]的方法。

1.2.2 乳化液制備 按3 L目標(biāo)樣品準備：稱取2.7 g單甘酯、4.2 g DATEM和0.9 g小蘇打，加入500 mL 70 ℃的熱水，3500 r/min剪切5 min，加入45 g椰子油，繼續(xù)剪切15 min，經(jīng)25/5 MPa均質(zhì)后，留存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.3 板栗乳液制備 將酶解板栗漿液和乳化液混合，加入1.5 g Nissin，3500 r/min剪切5 min后，均分成6份備用。

1.2.4 膠體分散液制備 按瓊脂含量0.4 g/L，MCC含量分別為2.0、2.2、2.4、2.8、3.0 g/L的目標(biāo)樣品各500 mL制備膠體分散液。為排除溶膠過程產(chǎn)生的差異，分別配制MCC分散液和瓊脂分散液，并按用量比例稱取、混合。

稱取15 g MCC，加入735 g 80 ℃熱水，5000 r/min剪切分散20 min，配制為2%濃度MCC分散液，根據(jù)不同方案用量分別稱取50、55、60、70、75 g各1份備用。

稱取1.2 g瓊脂，加入200 g 80 ℃熱水中，5000r/min剪切分散20 min后均勻分成6份備用。

1.2.5 板栗漿懸濁液的制備及保溫實驗 分別取1份板栗乳液、1份MCC分散液、1份瓊脂分散液，混合并定容到500 mL，3500 r/min剪切5 min后，灌入血清瓶中，高壓滅菌鍋125 ℃殺菌5 min，得到目標(biāo)樣品5份，其中板栗醬含量均為10 g/L，瓊脂含量均為0.4 g/L，MCC含量分別為2.0、2.2、2.4、2.8、3.0 g/L，其余配料含量均一致。樣品用于檢測及37 ℃保溫和檢測。其中，初始樣品進行粒徑、Zeta電位、粘度、流變和Turbiscan穩(wěn)定性檢測，37 ℃保溫1周后樣品進行粒徑和粘度檢測，37 ℃保溫2周后進行粒徑檢測。

1.2.6 指標(biāo)測定

1.2.6.1 粒徑檢測 采用激光粒度分析儀對樣品的粒徑進行檢測，檢測條件為：溫度25 ℃，泵速2200 r/min，顆粒折射率為1.52，顆粒吸收率為0.1，分散劑為水，分散劑折射率為2.3。

1.2.6.2 Zeta電位檢測 采用Zeta電位儀進行電位分析。吸取樣品加于樣品池中，設(shè)置測試溫度為25 ℃，讀取Zeta電位值。

1.2.6.3 粘度及流變檢測 采用流變儀測定乳液的粘度及儲能模量G'和損耗模量G''。取適量樣品放置于樣品池，使其均勻分布，以防產(chǎn)生氣泡，在溫度為25 ℃條件下，設(shè)置剪切速率從0.1到100 rad/min，測定乳液的粘度；然后取適量樣品放置在樣品池中，在25 ℃條件下掃描樣品在0.05～10 Hz頻率范圍的儲能模量G'和損耗模量G''。

1.2.6.4 Turbiscan穩(wěn)定性檢測 采用分散穩(wěn)定性分析儀，測量各樣品在不同時間的透射光和背散射光強度，分析體系中粒子的運動以及得到各樣品體系穩(wěn)定性指數(shù)（TurbiScan stability index，TSI）的變化。儀器參數(shù)設(shè)置：溫度為25±0.5 ℃，連續(xù)性掃描程序為每1 h掃描一次，連續(xù)掃描24 h。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有檢測數(shù)據(jù)為重復(fù)三次取平均值所得結(jié)果，采用Origin 8.5進行數(shù)據(jù)處理、方差分析和制圖，P<0.05為顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 板栗漿懸濁液的粒徑分析

由圖1可知，初始懸濁液平均粒徑隨著MCC含量的增加而減小，當(dāng)MCC含量從2.0 g/L增加到3.0 g/L時，體系粒徑（d（0.9））從37.35 μm降低到20.17 μm；加速保溫實驗（37 ℃）1周及2周后，不同MCC用量的懸濁液粒徑均有所增大，說明體系內(nèi)蛋白質(zhì)、淀粉分子間發(fā)生了不同程度的聚集，使粒徑增大[11]。但粒徑隨著MCC含量的增加先增大再減小，是因為MCC在溶液中能夠通過氫鍵與水形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可有效防止體系中顆粒物的聚集。MCC含量較低時，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無法形成，隨著MCC含量升高，體系形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸增強，體系內(nèi)分子間保持相對穩(wěn)定而不易聚集[12]。

圖1 板栗漿懸濁液平均粒徑（d（0.9））Fig.1 Particle size distribution (d(0.9)) of chestnut suspension

在37 ℃保溫1周后，MCC用量為2.0 g/L時，粒徑無顯著變化（P>0.05），MCC用量在2.2～2.8 g/L范圍內(nèi)時，粒徑均增大約40%，當(dāng)MCC用量達到3.0 g/L時，粒徑增大達60%以上，此時MCC用量為2.8 g/L時體系粒徑最小，為32.18 μm。在37 ℃環(huán)境下繼續(xù)保溫至2周后，MCC用量為2.0 g/L時，體系粒徑也有較明顯的增大（約20%），在MCC用量為2.2～3.0 g/L時體系粒徑也有不同程度的增大，此時MCC用量為2.4 g/L時體系粒徑最小，為40.13 μm。相比于37 ℃保溫1周后的體系粒徑，結(jié)果表明，MCC用量為2.8 g/L時粒徑增大最明顯（約26%），而MCC用量為2.4 g/L時體系粒徑則基本保持不變。

上述結(jié)果表明，在短時間內(nèi)MCC用量小，體系粒徑變化較小，但隨著時間的增加，MCC用量在2.4 g/L時體系粒徑更加穩(wěn)定。綜合體系粒徑大小以及粒徑在加速保溫過程中的穩(wěn)定性，從斯托克斯方程來看，當(dāng)MCC用量為2.4 g/L時，MCC-瓊脂復(fù)合膠體對板栗漿體系的懸浮穩(wěn)定性最好。

2.2 板栗漿懸濁液的ζ電位分析

Zeta電位常用作討論體系穩(wěn)定性的依據(jù)，當(dāng)Zeta電位的絕對值較小時，體系內(nèi)顆粒之間的排斥力較少，顆粒間容易絮凝并形成沉淀[13]。一般認為，當(dāng)ζ電位的絕對值超過30 mV時，系統(tǒng)是穩(wěn)定的[14]。從圖2檢測結(jié)果來看MCC用量在2.0～3.0 g/L范圍內(nèi)時，板栗漿懸濁液ζ電位先增大后減小，但其絕對值均小于30 mV，體系存在不穩(wěn)定風(fēng)險。當(dāng)MCC用量為2.4 g/L時，ζ電位達到最大值（?25.6 mV），懸浮顆粒間的靜電斥力最強，可阻止顆粒聚集，體系穩(wěn)定性相對最強[15?16]。

圖2 板栗漿懸濁液的ζ電位Fig.2 ζ potential of chestnut suspension

2.3 板栗漿懸濁液的流變學(xué)特性

流變學(xué)特征是表征體系形態(tài)和穩(wěn)定特性的重要參數(shù)，體系粘度高可降低微粒的沉降速率，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性[17]。從圖3a可以看出，不同MCC用量條件下，板栗漿懸濁液殺菌前表觀粘度隨剪切速率的增大而減小，呈現(xiàn)剪切變稀的現(xiàn)象，說明各懸濁液都屬于假塑性非牛頓流體[18]。當(dāng)剪切速率大于10 min–1，體系粘度不隨剪切速率的變化而變化。體系粘度隨著MCC用量的增加先增大后減小，MCC含量為2.0 g/L時粘度最小，2.8 g/L時粘度最大。造成該結(jié)果的原因，一方面是MCC的增加所產(chǎn)生的位阻效應(yīng)阻礙了體系中瓊脂分子以及板栗淀粉鏈等的流動，使體系粘度增大[19]。另一方面是MCC分子間以及MCC與板栗淀粉、瓊脂分子間通過氫鍵相互作用形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，體系結(jié)構(gòu)性增強、流動性減弱，表現(xiàn)為表觀粘度增大[20?21]。而當(dāng)MCC含量增加至3.0 g/L粘度下降的原因可能是過量的MCC包裹板栗淀粉顆粒，使直鏈淀粉溶出減少[22]。

板栗漿懸濁液殺菌后及經(jīng)37 ℃保溫1周后，粘度隨剪切速率及MCC用量變化的規(guī)律與最初基本相同，但不同MCC用量下的體系粘度均有不同程度的降低或增加（見圖3b～圖3d）。

圖3 不同剪切速率下板栗漿懸濁液粘度的變化Fig.3 Variation of the viscosity of chestnut suspension under different shear rates

從圖3b可以看出，MCC含量為2.2 g/L時體系粘度最小，MCC含量在2.8 g/L時體系粘度最大。但隨著剪切速率增大，MCC含量為2.8 g/L時的體系粘度下降速率高于MCC含量為3.0 g/L，其抗剪切能力略低于MCC含量為3.0 g/L的體系。對比殺菌前后粘度，MCC含量為2.0 g/L，體系粘度變化率在0.07、0.1以及1 min–1剪切速率時都最小，其次是MCC含量為2.4 g/L的體系（圖3c），表明體系結(jié)構(gòu)性相對較強，耐高溫環(huán)境破壞能力更強。而MCC含量在2.2及3.0 g/L時，體系粘度在殺菌后顯著降低（P<0.05），表明這兩種MCC含量下體系不耐高溫，在通常的乳品飲料殺菌過程中體系結(jié)構(gòu)被破壞程度較高。

加速破壞試驗可以在較短的時間了解食品飲料的物理、化學(xué)和生物學(xué)方面的變化，從而預(yù)估體系在長時間內(nèi)的穩(wěn)定性。板栗漿懸濁液經(jīng)37 ℃保溫1周后體系粘度變化如圖3d所示。MCC含量為2.2 g/L時，體系粘度顯著增大（P<0.05），體系中大分子如板栗淀粉等可能與膠體以及膠體與膠體之間發(fā)生聚集，導(dǎo)致體系出現(xiàn)弱凝膠的現(xiàn)象。MCC含量為2.4和2.8 g/L時，體系粘度變化率最低，表現(xiàn)出相對較好的穩(wěn)定性。

從粘度試驗結(jié)果可以看出，當(dāng)MCC含量為2.4和2.8 g/L時，板栗漿懸濁液體系具有較高的粘度，對于體系內(nèi)的懸浮顆粒等可以起到良好的懸浮穩(wěn)定作用，且體系內(nèi)膠體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)性較強，耐破壞性較好。

動態(tài)流變學(xué)特性用于描述板栗懸濁液的粘彈性。儲能模量G'代表樣品彈性性能的大小，而損耗模量G''代表粘性性能的大小[23]。從圖4中可以看出，G''隨著頻率的增大都逐漸增大，而G'隨著頻率的變化則根據(jù)MCC用量不同出現(xiàn)不同的趨勢。

圖4 板栗漿懸濁液儲能模量（G'）和損耗模量（G"）曲線Fig.4 Curve of energy storage modulus (G') and loss modulus(G") of chestnut suspension

MCC含量為2.0和2.2 g/L時，G''始終大于G'，體系主要表現(xiàn)出粘性行為[24]。MCC含量為2.4和2.8 g/L時，G'在中低頻段大于G''，在高頻段則小于G''，兩者出現(xiàn)交叉點，表明體系發(fā)生了從彈性行為到粘性行為的流變轉(zhuǎn)變[25]。MCC含量為3.0 g/L時，在 中 低 頻 段（0.05～1 Hz）G''與G'無 顯 著 性 差 異（P>0.05），而在高頻段G''則顯著大于G'（P<0.05）。

G'與G''大小隨MCC含量的變化而有所不同。在中低頻段（0.05～2 Hz），G'與G''隨MCC濃度的增加先增大后減小，當(dāng)體系中MCC含量高于2.2 g/L時，體系G'顯著增大（P<0.05），而后隨著MCC繼續(xù)增大，G'先增大后減小，可能MCC的加入抑制了板栗淀粉與瓊脂分子所形成懸濁液的彈性性能。研究表明[26]直鏈淀粉之間的相互作用是淀粉凝膠彈性性能的基礎(chǔ)，而當(dāng)MCC濃度足夠高時，MCC可將板栗淀粉顆粒包裹，抑制板栗淀粉中直鏈淀粉釋放在溶液中。另一方面，MCC與板栗淀粉鏈之間形成氫鍵，一定程度上減少了板栗淀粉鏈間的相互作用，從而抑制了淀粉與瓊脂形成彈性溶膠，體系整體彈性性能下降。

研究表明，溶液具有彈性是因為體系內(nèi)部形成了由大量的分子間或顆粒間鍵合力組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而限制了體積元位置的變化，使得溶液具有固體的彈性特征[27]。因此，圖4中G'隨著MCC添加量的增多而增大，表明體系內(nèi)MCC、板栗淀粉分子以及瓊脂分子鏈間纏結(jié)點增多，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)性增強。在較低頻率的應(yīng)變作用下，分子鏈間纏結(jié)點破壞基本可以重建，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以保持不變，G'有所增大。而在較高頻率的應(yīng)變作用下，分子鏈纏結(jié)點或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被破壞的速度大于其重建的速度，導(dǎo)致體系彈性急劇減小（G'出現(xiàn)拐點）直至失去彈性，或體系出現(xiàn)從彈性行為到粘性行為的流變轉(zhuǎn)變（G'與G''出現(xiàn)交點）。當(dāng)MCC含量為2.0、2.2、2.8和3.0 g/L時，G'均出現(xiàn)拐點，最終失去彈性，體系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)崩塌。當(dāng)MCC含量為2.4 g/L時，G'未出現(xiàn)拐點，但在4.01 Hz處體系出現(xiàn)從彈性行為到粘性行為的轉(zhuǎn)變，體系部分網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被破壞。

對比MCC含量為2.4～3.0 g/L范圍內(nèi)體系G'與G''交點處的頻率大小（表1），發(fā)現(xiàn)隨著MCC用量增加，交點頻率向低頻偏移，表明體系結(jié)構(gòu)性逐漸減弱，抗破壞能力下降，顆粒懸浮穩(wěn)定性下降。從飲料體系的貨架期穩(wěn)定性方面考慮，MCC用量為2.4 g/L可以使體系具有良好的懸浮穩(wěn)定性。

表1 體系G'出現(xiàn)拐點以及與G"出現(xiàn)交點時對應(yīng)的頻率Table 1 Frequency of the inflection point of G' and the intersection point of G' and G"

2.4 板栗漿懸濁液的背散射光光譜分析

圖5a～圖5e為不同MCC含量的樣品經(jīng)掃描24 h后背散射光光強變化（ΔBS）沿測試室高度的曲線。對比不同時間的ΔBS曲線，各樣品中體系整體顆粒粒徑都有所增大，出現(xiàn)較低程度的顆粒聚集，其中MCC含量為2.4 g/L的體系顆粒發(fā)生聚集的趨勢最小，而MCC含量為2.8及3.0 g/L的體系顆粒發(fā)生聚集的趨勢則較大，該結(jié)果與粒徑檢測結(jié)果一致。MCC含量為2.0 g/L時，樣品頂部ΔBS隨時間逐漸減?。ń^對值逐漸增大），而底部ΔBS變化較小，表明體系顆粒雖然出現(xiàn)了聚集，并有下沉的趨勢，但沉降速率較低。而當(dāng)MCC含量開始增加到2.4 g/L時，樣品底部ΔBS隨時間先增大后減小，體系開始出現(xiàn)上浮及沉淀現(xiàn)象。當(dāng)MCC繼續(xù)增加至3.0 g/L后，樣品底部ΔBS變化較小，但頂部ΔBS隨時間逐漸變化較明顯，體系出現(xiàn)較為明顯的上浮現(xiàn)象[28]。

圖5 MCC含量對板栗漿懸濁液背散射光強的影響Fig.5 Influence of MCC concentrations on the backscattering of chestnut suspension

TSI為體系穩(wěn)定性指數(shù)，可量化衡量分散體系的不穩(wěn)定性。一般而言，TSI值越大，體系穩(wěn)定性越差，反之TSI值越小，體系穩(wěn)定性則相對越好[29]。在TSI-時間曲線中，斜率越低，則樣品的穩(wěn)定性越好，反之則越差[30]。從圖6a中結(jié)果可知，MCC含量為2.0 g/L時，體系TSI值最小，在檢測時間內(nèi)TSI值隨著時間增加不斷增大。MCC含量為2.2和3.0 g/L的體系在前期TSI值相當(dāng)且較大，在10 h后兩者TSI值都趨于穩(wěn)定，但MCC含量為2.2 g/L的體系更快達到平穩(wěn)，此時TSI值也相對更小。MCC含量為2.8 g/L的體系在前期的TSI值和2.4 g/L的體系相當(dāng)，隨后則很快趨于穩(wěn)定，而MCC含量為2.4 g/L的體系TSI增大速率雖然有所降低，但仍然保持持續(xù)增大的趨勢，在檢測時間內(nèi)未達到平穩(wěn)值。如圖6b，樣品經(jīng)37 ℃保溫1周后的TSI值都有所增大，且曲線趨勢也有所變化。在所檢測時間范圍內(nèi)，只有MCC含量為3.0 g/L的體系TSI值在一定時間后會趨于穩(wěn)定，而其他樣品TSI值都隨時間的增加而增大。其中MCC含量為2.4 g/L的體系TSI曲線斜率最小，其次是2.0及2.2 g/L的體系，3.0 g/L的體系TSI曲線斜率最大。

圖6 MCC含量對板栗漿懸濁液TSI值變化的影響Fig.6 Influence of MCC concentrations on the TSI value of chestnut suspension

綜合分析，雖然MCC含量為2.0 g/L的體系的TSI值在檢測時間范圍內(nèi)最小，但由于持續(xù)保持增長，其長期穩(wěn)定性相對于MCC含量為2.8 g/L的體系更差，且經(jīng)過加速保溫實驗后其穩(wěn)定性相對于2.4 g/L的體系更差?？紤]到體系的長期穩(wěn)定性，MCC含量為2.4或2.8 g/L時更好。

3 結(jié)論

本文通過粒徑、粘度、流變、Turbiscan穩(wěn)定性分析等多種手段對比了MCC-瓊脂懸浮體系中，瓊脂含量固定為0.4 g/L，MCC含量在2.0、2.2、2.4、2.8和3.0 g/L時對板栗漿懸濁液穩(wěn)定性的影響。當(dāng)MCC在2.4 g/L時，體系具有適中大小的平均粒徑、最大的ζ電位絕對值、較高的表觀粘度和較小的TSI值，且流變學(xué)特性表現(xiàn)出較好的抗破壞能力。經(jīng)保溫加速實驗表明，MCC在2.4 g/L時體系的粒徑和粘度變化率較低，TSI曲線斜率最小，推測其在長期儲存過程中可能表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性。綜上所述，將10 g/L板栗醬含量的配方作為目標(biāo)，瓊脂含量為0.4 g/L時，以2.4 g/L的MCC復(fù)配構(gòu)建MCC-瓊脂懸浮體系，可對板栗漿懸濁液起到較好的穩(wěn)定作用。