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利用LUMiSizer快速评估均质工艺对燕麦稳定性的影响

更新更新时间:2023-02-10      点击次数:860

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近年来谷物杂粮饮品迅速发展,受到越来越多消费者的青睐,但是谷物杂粮饮品易出现分层、沉淀等不稳定现象,影响其感官品质。因此,在加工过程中提高浆液体系稳定性非常重要。造成谷物杂粮饮品不稳定的主要原因是谷物原料中含有较多的淀粉、蛋白质等大颗粒物质,Stocks定律认为,流体粒子的沉降速度与粒子的半径有关,粒子的半径越小,沉降速度越小,体系的稳定性越高。而高压均质正是一种有效降低颗粒粒径的方法,谷物杂粮饮品通过高压均质后,不仅使得脂肪球和蛋白等颗粒细化,还使得糖、胶体等物质分散的更加均匀。当前采用均质工艺提高饮品稳定性的研究主要通过静置分层高度和离心沉淀率等指标进行评价[,但在实际实验中静置分层观察耗时较长,离心沉淀率在评价粘度较高的饮品时存在较大的不准确因素,采用一种耗时短、准确性高的稳定性评价方法是关键。因此,本论文针对酶解和调配后燕麦浆的稳定性问题,利用LUMiSizer稳定性分析仪研究了均质压力对浆液稳定性的影响,为燕麦浆类产品的开发提供参考。

1.1材料  

优选燕麦米 吉林普康有机农业有限公司;α-淀粉酶 北京奥博星生物技术有限责任公司。

1.2实验方法  

1.2.1 燕麦浆的制备  

1.2.1.1 燕麦浆的制作

燕麦经过清理和筛选,放入烘箱中150℃烘烤40min,期间不时翻动以防烤焦。烘烤后燕麦呈金黄或黄褐色,伴有烘烤后*的燕麦香气。烤好的燕麦放入清水中浸泡13~15h。将浸泡后的燕麦加12倍水放入组织捣碎机打浆,先低速20s,后高速60s;打浆后过200目筛。

1.2.1.2 酶解和调配

燕麦浆置于酶解罐中,加入0.50% α-淀粉酶、在70℃下酶解1.0h后加入0.30%复合胶体(瓜胶∶黄原胶∶结冷胶∶CMC=4∶5∶3∶3)在70℃下使胶体溶解并混合均匀。

1.2.1.3 均质

调配后的燕麦浆液先用胶体磨胶2min,使胶体分散更均匀。固定均质温度50℃,在一定压力下均质一定次数后测定稳定性和颗粒粒度。

1.2.2 稳定性(Slope 值)指标的测定

采用德国LUMiSizer稳定性分析仪对不同酶解条件下得到的燕麦浆酶解液进行稳定性分析。仪器采用Stokes Law的离心加速方法和Lambert-Beer Law光学技术监测样品的稳定性、全程分离步骤、沉降及悬浮并存的复杂分离行为[9]。软件记录仪器测定得到的样品在离心作用下红外透光率的变化并绘制谱线,计算光透过率积分(Integral Transmission,%)对时间(Time,h)的曲线的斜率Slope值。通过Slope值的大小比较样品的稳定性。Slope值越大,在一定的时间内样品的透光率变化越快,即样品的移动分层速度变化越快,样品越不

稳定;反之Slope数值越小,样品越稳定。检测条件:温度25℃,离心速度3500r/min,光散射系数1.00,每10s扫描一次,共扫描200次。

1.2.3 平均粒度的测定 使用Mastersizer2000E型激光粒度仪测定,测定过程采用湿法手动测量:将燕麦浆样品均匀分散在去离子水中,分散均匀的颗粒被激光束照射产生衍射,由于颗粒大小不同,产生的衍射角度不同,衍射光被检测器收集后将接收到的光信号转换成电信号送入计算机,反映为颗粒大小的分布。


2 结果与分析  

2.2 一次均质压力对燕麦浆稳定性和粒度的影响  

2.2.1 一次均质压力对燕麦浆稳定性的影响 将调配好的燕麦浆液分别在20、30、40、50MPa压力下进行一次均质后进行稳定性分析。结果见图1,从图1中可看出,浆液主要呈现出沉降行为。均质压力20、30、40MPa之间光信号在离心监测过程中变化不大,谱线变化范围区别不大。均质压力为50MPa时沉降行为与其他三个较低的均质压力相比,谱线变化范围

变窄,沉降速度慢,样品较为稳定。

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图1 稳定性分析图谱

Fig.1 The dispersion analysis chromatograms

注:其中a、b、c、d分别是一次均质压力为20、30、40、50MPa的样品。

       

2.2.2 一次均质压力对燕麦浆粒度的影响 将调配好的燕麦浆分别在20、30、40、50MPa的压力下进行一次均质,不同压力下的粒径分布见图2。由图2可看出,不同的均质压力条件下,粒径的分布范围没有较大变化,都在0.2~300μm之间。但随着均质压力的增加,分布在小粒径范围(0.2~20μm)的颗粒增多,浆液的平均粒径降低。

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图2 粒径分布图

Fig.2 The particle size distribution

       

2.3 二次均质压力对燕麦浆稳定性和粒度的影响

2.3.1 二次均质压力对燕麦浆稳定性的影响 将在50MPa下进行一次均质后的燕麦浆液分别在20、30、40、50MPa压力下二次均质后进行稳定性分析。结果见图3,从图3中可看出,浆液进行二次均质后,稳定性明显提高。二次均质压力为20MPa和40MPa的样品光信号在离心监测过程中变化稍大,谱线变化范围略宽,稳定性稍差。30MPa和50MPa样品稍稳定。

       

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图3 稳定性分析图谱

Fig.3 The dispersion analysis chromatograms

注:其中a、b、c、d分别是二次均质压力为20、30、40、50MPa的样品。


2.3.2 二次均质压力对燕麦浆粒度的影响 将燕麦浆在50MPa压力下进行第一次均质后,再分别在20、30、40、50MPa的压力下进行第二次均质,第二次不同压力下均质后的粒径分布见图4。从图4中可以看出,颗粒粒径主要分布在0.3~10μm范围内,10~300μm间有少量分布。第二次均质的不同均质压力对浆液的粒径分布影响较第一次均质时小得多,20MPa的分布范围稍宽,30、40、50MPa的分布范围略窄,粒径分布几乎一致。

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图4 粒径分布图

Fig.4The particle size distribution

2.3.3 二次均质压力的选择 将不同二次均质压力的稳定性(Slope值)和粒径数据进行相关性分析,由结果可知,随着均质压力的增加,粒径逐渐减小,压力达到40MPa后继续增加,浆液中颗粒粒径趋于平衡,不再继续下降。随着压力的逐渐增加,浆液稳定性的波动较大,40MPa时的浆液稳定性较差,30MPa和50MPa均质的浆液稳定性较好。因此,考虑到粒径和稳定性两个因素,第二次均质的压力应选择在50MPa较为合适。

       

       

3 结论与讨论

经过2次均质的浆液粒度较小,稳定性最高。采用50MPa进行两次均质的燕麦浆稳定性高,颗粒粒度小。

本实验仅研究了均质次数及压力对燕麦浆稳定性的影响。而在实际生产中温度也对均质效果以及原料中活性物质的保留具有一定的影响。因此,均质温度的选择和评价还需要进一步的研究和探索。此外,不同的均质压力、次数和温度以及均质与酶解、酸等处理手段复合也都会对燕麦浆中蛋白等组分的功能特性和结构变化产生较大影响。因此,均质工艺与组分功能特性,结构变化的机理研究需要更深入的探究。



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