基于高压微通道粉碎技术的全藕汁制备及其稳定性研究

莲藕富含碳水化合物、蛋白质、维生素、矿物质和膳食纤维等，具有润肠通便和止渴去热等功效，为药食同源食品。但因其含水量较高难于贮藏，易发生褐变腐烂。因此，寻求一种莲藕深加工技术及开发相关产品迫在眉睫。目前，市场上主要以莲藕汁和鲜食莲藕片为主，莲藕汁多为用压榨法制备的清汁饮料，压榨过程中产生30%～40%的藕渣大多作废弃处理，藕渣中80%的膳食纤维被浪费[1]。

莲藕中富含多酚等抗氧化物质，因此在加工过程中极易发生褐变，影响莲藕汁产品品质[2]。目前，国内莲藕生产加工中多用含SO2的护色剂(如亚硫酸盐)护色[3]。虽然含硫护色剂护色效果较好，但产品中会有SO2的残留，甚至超标，这不仅严重影响莲藕及其藕制品的风味和口感，而且存在食品安全隐患[3]。因此，开发无硫护色剂配方以保证食品安全尤为重要。

与传统的压榨、磨浆、均质和胶体碾磨等湿法加工技术相比，微射流技术的先进性主要表现在：(1)其超细的粉碎效果，超越了传统湿法粉碎粒度一个数量等级；(2)高密度能量聚焦方式，使产生的能耗大幅下降；(3)粉碎、均质、乳化一步完成，简化了传统工艺过程；(4)闭路的工艺过程，阻隔了环境污染的可能；5)连续流的设备构成，提高了工艺过程的安全稳定性。该技术的推广应用，可以大幅提升食品工业的工艺水平、简化工艺流程、提高生产效率、降低生产能耗[4]。

本研究采用高压微通道粉碎技术，对整颗莲藕进行微粉碎，进而制备全藕汁产品。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

新鲜莲藕、食品级柠檬酸、白砂糖和纯净水均购于本地超市。黄原胶、果胶、阿拉伯胶等,CP Kelco公司；海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、抗坏血酸和半胱氨酸,上海国药集团。

1.2 仪器设备

RM-TD 301型去皮机，广东佛山市顺德区韩泰电器有限公司；DJ-300型切分机，河北邢台市鼎佳机械制造厂；JP-450型多功能粉碎机，浙江永康市久品电器有限公司；高压微通道粉碎设备，上海住本环境科技有限公司；PT-20C-R管板式组合式超高温杀菌机，日本Powerpoint International公司；WFZ UV-2000型紫外可见光分光光度计，上海尤尼柯仪器有限公司。BT-9300ST激光粒度分析仪，丹东百特仪器有限公司；UltraScan Pro-1166高精度分光测色仪，美国Hunterlab公司；Avanti J-26XP型高效离心机，美国贝克曼库尔特有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 全藕汁制备

将新鲜莲藕洗净并进行去坏处理。然后用切分机将莲藕切成5 mm×5 mm×5 mm左右的藕丁。

称取藕丁1 kg直接倒入提前配好并煮沸的2 kg无硫护色液中一起煮沸10 min进行漂烫灭酶。其中，无硫护色液选取柠檬酸、抗坏血酸和半胱氨酸，并进行护色单因素实验和正交试验，以亮度值L*值来评价护色液的护色效果。

1.3.1.3 打浆和调味

将护色好的藕丁连同在护色液中加入8%的白砂糖进行糖酸比调配，并用打浆机以1 200 r/min粉碎2 min[5]。

1.3.1.4 高压微通道粉碎

藕浆经高压微通道粉碎设备进行微细粉碎。分别选取粉碎压力为30、40、50、60 MPa，粉碎次数分别为1、2、3次，研究高压微通道粉碎压力和粉碎次数对全藕汁粒径的影响。

1.3.2 全藕汁粒径测定

将全藕汁样品逐滴加入激光粒度分布仪样品池中,直至仪器显示遮光度范围在15%～25%，由系统给出粒子的平均粒径分布。激光功率为75 MW，每个样品重复3次[6]。

1.3.3 全藕汁色泽测定

全藕汁色差测量使用高精度分光测色仪进行测定。仪器经黑白板校准后，将全藕汁导入封口袋中测定样品亮度值L*。每个样品平行测定8次后取平均值[7]。

1.3.4 全藕汁稳定性实验

使用多种稳定剂(黄原胶、卡拉胶、果胶、阿拉伯胶、海藻酸钠和羧甲基纤维素钠)对全藕汁进行稳定化处理，以稳定系数和离心沉淀率为指标评价稳定效果，通过方差分析，确定最优稳定剂添加配比。

1.3.4.1 稳定系数的测定

将30 mL全藕汁样品置于离心管中，5 000 r/min离心15 min。离心后静置10 min，吸取上清液，在420 nm波长处测定吸光度值，离心后的吸光度值(A1)与离心前的吸光度值(A0)的比值即稳定系数。稳定系数越大，表明全藕汁的稳定性越好。稳定系数计算如公式(1)所示[8]：

1.3.4.2 离心沉淀率的测定

将30 mL藕汁样品置于离心管中，5 000 r/min离心15 min。离心后静置10 min，除去上清液，测量残余物质量，并按公式(2)计算离心沉淀率[9]。悬浮沉淀物越多，即沉淀率越高，表明产品越不稳定。

1.3.5 数据统计与分析

采用Origin 9.0软件对数据进行图形处理；采用SPSS 20.0和Excel软件对数据进行显著性分析，P<0.01为极显著差异，P<0.05为显著差异。

2 结果与讨论

2.1 全藕汁无硫护色实验

2.1.1 全藕汁无硫护色单因素实验

柠檬酸可降低体系pH值，降低氧气溶解度，且其中的羰基与多酚氧化酶中的铜离子可产生比较强的螯合作用，因此可抑制多酚氧化酶的活性，进而起到护色的效果[10]；抗坏血酸具有强还原性，可抑制酚类物质氧化成醌类物质，起到抑制褐变的作用[11]。半胱氨酸可与多酚氧化酶活性中心的铜离子结合，从而抑制酶的活力，达到抑制褐变的效果[12]。由图1-a可知，随着柠檬酸添加量的增加(0、0.5%、1.0%)，全藕汁的亮度值升高；当柠檬酸添加量增加至1.0%时，全藕汁亮度值L*升高不显著(P>0.05)。因此，单纯采用柠檬酸护色，其添加量为0.5%时，有较好的护色效果。且随着护色时间的延长，全藕汁的亮度值L*逐渐增大；护色时间超过20 min，全藕汁亮度值L*虽仍逐渐升高，但升高不显著(P>0.05)。综上，当柠檬酸浓度为0.5%，护色时间为10 min，即可达到较好的护色效果。此外，当抗坏血酸浓度为0.5%，护色时间为10 min(图1-b)，当半胱氨酸浓度为0.05%，护色时间为10 min(图1-c)，即可达到较好的护色效果。

2.1.2 全藕汁无硫护色正交试验

基于单因素实验结果，全藕汁无硫护色液正交试验因素水平及其护色实验结果分别如表1和表2所示[13]。

对全藕汁无硫护色正交试验进行因素极差分析可得(表3)，影响全藕汁无硫护色效果的主次因素为C>A>B，全藕汁无硫护色最优方案为A3B3C3。即当全藕汁无硫护色剂选择0.6%柠檬酸、0.6%抗坏血酸和0.06%半胱氨酸复配时，护色时间为10 min，所得的全藕汁亮度值最高，L*值为91.6。

2.2 高压微通道粉碎压力和次数对全藕汁平均粒径的影响

利用高压微通道粉碎技术对莲藕进行粉碎，其处理压力和次数对全藕汁平均粒径的影响如表4所示。

随着高压微通道粉碎压力和次数的提高，粉碎程度增加，物料汁平均粒径逐渐减小[14]。当高压微通道粉碎压力为60 MPa时，且处理次数为2次时，全藕汁平均粒径为10.46 μm，处理次数为3次时，虽全藕汁的平均粒径降至10 μm以下(9.53 μm)，但较处理2次的全藕汁平均粒径差异不显著(P>0.05)。因此，综合考虑高压微通道粉碎设备的能耗以及全藕汁产品品质要求，高压微通道粉碎压力在60 MPa下处理2次，全藕汁既可达到较细的粉碎粒径。

2.3 不同复合稳定剂对全藕汁稳定性的影响

考虑到全藕汁中含有大量的膳食纤维，如果不添加稳定剂，体系在长时间贮藏过程中会产生絮凝和沉淀。因此，针对全藕汁体系，选取6种最为常见的稳定剂进行筛选并进行复配实验，确定稳定剂配方。

2.3.1 全藕汁稳定性单因素实验

通过选取离心沉淀率和稳定性系数为考察全藕汁稳定性优劣的指标，分别选取0.1%黄原胶、卡拉胶、果胶、阿拉伯胶、羧甲基纤维素钠(CMC-Na)和海藻酸钠进行全藕汁稳定性单因素实验。实验结果如表5所示，添加有0.1%黄原胶和CMC-Na的全藕汁离心沉淀率小于未添加稳定剂的对照组，说明0.1%黄原胶和CMC-Na减少了全藕汁的沉淀，提高了全藕汁的悬浮稳定性。此外，添加0.1%黄原胶、果胶和CMC-Na全藕汁的稳定系数显著高于未添加稳定剂的对照组，表明0.1%的黄原胶、果胶和CMC-Na可以有效提高全藕汁的悬浮稳定性。有大量研究表明，黄原胶、果胶和CMC-Na通过体系黏度，并形成水化层阻碍粒子间的相互聚集等来提高果蔬汁以及饮料的悬浮稳定性[15-19]。综上，选取黄原胶、果胶和CMC-Na三种稳定剂进行全藕汁稳定性正交试验。

2.3.2 全藕汁稳定性正交试验

根据单因素实验结果，选择黄原胶、CMC-Na、果胶进行复配[17]。选择3因素4水平L16(34)正交表进行正交试验设计，因素水平表如表6所示。

从表7可知，影响全藕汁稳定系数的因素主次顺序为：黄原胶>果胶>CMC-Na。最优的全藕汁复配稳定剂组合为黄原胶4CMC-Na4果胶1，即当黄原胶的添加量为0.12%、CMC-Na为0.12%和0.04%果胶时，全藕汁的稳定系数为0.874，悬浮稳定性最好。

3 结论

全藕汁可保留莲藕全部的风味和营养价值，经高压微通道粉碎技术对莲藕纤维进行超微粉碎，并采用无硫护色剂对莲藕进行护色，不仅提高了产品的口感，还解决了莲藕易褐变的问题，提高了产品的安全性。微通道超微粉碎技术，粉碎效率高、能耗低，特别适用于富含膳食纤维物料的粉碎，突破了传统粉碎方式的局限，有利用工业化生产使用。此外，采用亲水胶体稳定化技术，进一步提高了富含膳食纤维饮品的稳定性。

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