几种常用天然食品胶对山药混汁稳定性的影响:
几种常用天然食品胶对山药混汁稳定性的影响,本研究以河南焦作武陟出产的怀山药为原料，根据一定的工艺加工成山药混汁，然后添 加不同的天然食品胶，研究其对山药混汁乳化稳定性和悬浮稳定性的影响，分别进行单因素 试验找出显著影响的胶体然后进行复配优化，从而找出对山药混汁稳定性影响最为显著的复 配组合。最终目的旨在提高山药混汁的稳定性，主要研究内容如下：
1.以均质前后一定时间内吸光度的比值作为山药混汁乳化稳定性的评价指标，分别测定褐藻 酸钠、瓜尔豆胶、果胶、黄原胶对山药混汁乳化稳定性的影响，根据测定结果，褐藻酸钠、 瓜尔豆胶、果胶三种单体稳定剂对山药混汁的乳化稳定性影响有规律且较为显著，所以对这 三种胶体进行复配试验，找出的最佳稳定剂复配结果：褐藻酸钠0.14%、瓜尔豆胶0.04%、 果胶0.14%。
2.以山药混汁品离心前后的浊度差作为山药混汁悬浮稳定性的评价指标；分别测定褐藻酸 钠、瓜尔豆胶、果胶、黄原胶对山药混汁悬浮稳定性的影响，根据测定结果，褐藻酸钠、瓜 尔豆胶、果胶三种单体稳定剂对山药混汁的悬浮稳定性影响有规律且较为显著，所以对这三 种胶体进行复配试验，找出的最佳稳定剂复配结果：褐藻酸钠0.17%，瓜尔豆胶0.10%，果 胶 0.17%。
结果表明：在山药混汁中加入天然食品胶能够提高山药混汁的稳定性，有利于山药混汁 的贮藏，不同的天然食品胶的合理搭配使用能取得比单一胶体更好的稳定效果。由于乳化稳 定性是指蛋白质维持油水混合状态不分离的乳化特性对外界条件的抗应变能力（mm)，所 以在纯的山药混汁中对山药混汁稳定性影响最为显著的是山药混汁的悬浮稳定性，因此褐藻 酸钠、瓜尔豆胶、果胶三种胶体的用量配方分别为褐藻酸钠0.17%，瓜尔豆胶0.10%，果胶
0.17%，在此条件下能显著提高山药混汁的悬浮稳定性，从而延长山药混汁的贮藏期。 关键词：山药山药混汁乳化稳定性悬浮稳定性天然食品胶
1文献综述
1.1山药简介 1.1.1山药的形态结构
山药（Korean yam)，原名薯蓣，又称怀山药、淮山药、土薯、山薯、玉延、薯药、玉 宇等，是薯蓣科多年生宿根蔓草植物薯蓣属的块茎，全世界共有10属650种，中国有薯 蓣属Dioscorea1属，约80种。略呈圆柱形，弯曲而稍扁，长15〜30cm，直径1.5〜6cm， 表面黄白色或淡黄色，有纵沟，纵皱纹及须根痕，偶有浅棕色外皮残留。体重，质坚实，不 易折断，断面白色，粉性，气微，味淡、微酸，嚼之发黏。
1.1.2山药的资源分布
山药广布于全球的温带和热带地区，中国是山药的原产地之一，山药在我国已有几千年 的历史，我国自夏、商起就开始种植山药，明清以来逐渐形成地道药材。我国山药根据产地 大体可分为：怀山药(Dioscorea opposita pol-ysaccharide，DOPS，主产地：江苏、浙江、河 南等)、黄山药(Dioscorea panthainet Prain et Burkill，主产地：云南、贵州、四川、湖南等)、 广山药(Dioscorea persimilisP1ainet Burk，主产地：广西等) 。
1.1.3山药的医学价值
在中国，山药很早就被作为药材使用。经现代医学研究发现，山药高糖、无脂肪、富含 淀粉、皂甙、胆碱、果胶、多巴胺、粘液质、糖蛋白、维生素、纤维素、硒、磷、钙、铁、 多酚氧化酶和人体所需的多种氨基酸等20多种营养和保健成分。中医认为山药具有补中益 气，健脾和胃，益肺止泻，补肾固精等功效；经现代药理研究，发现山药多糖为山药的主要 活性成分，具有降低血糖、防止高血脂、调整胃肠功能、调节免疫功能、抗衰老的作用。山 药中的尿囊素(allantom)具有抗刺激物、麻醉镇痛、促进上皮生长、消炎抑菌等作用[3]。采用 EB病毒早期抗原(EBV-EA)对91种食用植物防癌、抗癌性检验发现，山药等5种蔬菜具有 强抑制活性，即使在低浓度下也呈现出强抑制活性[4]。药用山药以种植于河南省北部、山西 省中南部的怀山药为代表，药用和滋补价值最高，李时珍在《本草纲目》中将其功能概括为 “益肾气、健脾胃、止泄痢，化痰涎，润皮毛，，5个主要方面[5]。
1.2山药产品的开发现状
在我国，食用山药已经有3000多年的历史，近年来，随着对山药的成分和保健功能的 研究进展，逐渐开发出一系列的山药产品，主要分为以新鲜山药为原料制成的山药饮料、以 新鲜怀山药为原料制成的怀山药酸奶，以新鲜怀山药为原料制成的山药果冻、以怀山药为原 料制成的保健食品（怀山药粉皮、怀山药方便面、怀山药冲剂等)，自然美山药胶原系列抗 衰老产品等。
1.3山药混汁开发的意义和存在的问题 1.3.1果蔬汁饮料的现状和发展前景
在我国食品工业中，果蔬汁产业起步较晚、起点低但发展迅速。自从2002年中国饮料 进入第四个阶段一果汁饮料阶段后，在2002年中国果汁饮料总产量213万吨，同比增长 45.84%，实现销售收入90.15亿元，同比增长13.15%，增长势头超过其他饮料产品。而且 2007年到2010年，中国大陆市场果汁饮料一直维持25%左右增长速度，2010年果汁饮料 产量同比增长17.71%，达到1762万吨。中国虽人口众多，果汁饮料的消费量却较低，人均 年消费量还不到1公斤，是世界平均水平的1/10,是发达国家平均水平的1/40。世界人均 果汁饮料消费量已达7公斤，如果按世界平均消费量计算，中国果汁饮料的市场容量应为 9590万吨，这表明，果汁饮料在中国仍有巨大的发展空间。国际市场方面，到2020年，全 球果汁及碳酸饮料将增至73000万吨。据此推断，未来中国果汁行业的发展空间非常广阔， 与此同时也具备了非常好的投资优势[6]。
1.3.2混浊型果蔬汁饮料在生产和贮藏中存在的问题
混浊果蔬汁饮料中成分复杂，不仅含有果肉微粒形成的悬浮液，而且还有果胶、蛋白质 等形成的胶体溶液，此外还有糖和盐等形成的真溶液，甚至还有脂类物质形成的乳浊液[7]。 这些成分不仅使混浊型果蔬汁饮料具有很好的感官品质，而且还提供了丰富得营养，受到广 大消费者的欢迎，但也因此使得这个复杂的体系极易产生分层、沉淀、析水等不稳定现象[8]。
1.3.2.1乳化稳定性
乳化性是指将油和水互不相容的两相混合在一起形成乳状液的能力。蛋白质由于同时含 有亲水和亲油的两亲结构，具有一定的乳化性[9]。乳化性包括乳化活性和乳化稳定性两个方 面，乳化活性是指蛋白质在促进油水混合时，单位质量（g)的蛋白质能够稳定的油水界面 的面积（m2);乳化稳定性是指蛋白质维持油水混合状态不分离的乳化特性对外界条件的抗 应变能力（min) [10]。
令K=At/A。，则当时间差一定时，K与ESI成正比关系。为了避免计算时AA出现为0 及负值，我们引进吸光度值比（K)来描述乳化稳定性，易知两者成正相关，这里K=At/A。。
1.3.2.2悬浮稳定性
现代果蔬汁生产中，果蔬汁分层、沉淀一直是果蔬汁生产中的技术难题。通常来说，引 起果蔬混汁混浊状态丧失的原因很多，包括生物的、化学的、物理的原因等。但总体来说混 浊型果蔬饮料的果蔬混浊悬浮物的下沉速度遵循斯托克斯定律
V=2gr2(pi —p2)/9n
V—沉降速度P1—悬浮颗粒密度
g—重力加速度P2—分散介质的密度
r一悬浮物颗粒半径n—分散介质粘度
沉降速度与分散介质与悬浮物之间的密度差成正比，几种常用天然食品胶对山药混汁稳定性的影响而天然的果汁与悬浮物的密度(P1) 差很大，因此可以通过加入其它的成分来增加分散介质的密度(P2)，从而减少分散介质与悬 浮物之间的密度差。另外，沉降速度与饮料微粒半径的平方成正比，粒子愈大，沉降速度愈 快，反之愈慢。而通过均质与酶解打断长链分支结构，使聚合度下降，粘度降低，果胶等物 质的相对分子量减小，从而使颗粒直径降低，颗粒与饮料相对密度差变小，最终使果肉颗粒 沉降速率降低。因此我们可以根据这些方面来提高混浊型果汁饮料的悬浮稳定性。 1.3.3山药混汁的制备
山药在生产加工的过程中容易发生褐变，从而引起山药色泽、风味、营养成分的变化， 使产品质量下降。山药的褐变一般都由酶促反应、美拉德反应或抗坏血酸的氧化作用引起。 酶促反应导致的褐变非常迅速，甚至在极短的时间内便可发生。山药中与酶促褐变密切相关 的酶主要是多酚氧化酶(PPO)和过氧化物酶(POD)[11]。许多学者认为，PPO是主要的酶促褐 变大多数果蔬的酶；但Chilaka等人认为，POD在山药褐变上也起着重要作用[12]。山药中酚 类物质含量是影响褐变率的一个重要因素，酚类物质含量越高，山药在加工过程中越易褐变
[13]。因此，防褐护色是决定山药加工产品品质的关键步骤[14-18]。
此外，果蔬汁生产中广泛应用各种酶制剂，对于改善果蔬汁的品质有着明显的作用[19-27]。 对于山药来说，新鲜山药中淀粉在固形物中所占比例很大，利用此类高淀粉质果实制作的饮 料工艺难度较大，易发生分层与沉淀的现象，所以利用耐高温a-淀粉酶对淀粉进行水解以 减小分散颗粒直径[28]。根据多篇文献[29-37]对混汁饮料稳定性的研究可知，添加天然食品胶
4
以提高分散介质密度和粘度对于果蔬混汁的稳定性有重要的影响，可使最终产品组织状态均 匀、口感爽滑自然，因此，对于山药混汁，加入天然食品胶以提高其稳定性也有着明显的意 义。
筛选山药
清洗
A
TT
去皮切片
调配
所以综合以上两点，结合文献中山药类饮料的加工工艺[38-48],从而确定山药混汁的生 产工艺为：
TT
护色
离心
A
TT
洗涤
煮沸
A
TT
煮沸㈡加水磨浆㈡升温糊化㈡酶解
1.4食品胶简介
食品胶（Food gums)通常是指能溶于水并在一定条件下充分水化形成粘稠、滑腻的溶 液或胶体的大分子物质。它在食品工业中由于用量少，效果明显而被广泛的应用，可被用作 增稠剂，稳定剂，悬浮剂，增粘剂等。目前，世界允许使用的食品胶品种约60余种，我国 允许使用的约有40种。
目前在果汁饮料中常用的稳定剂主要有果胶、羧甲基纤维素钠、黄原胶、褐藻酸钠，瓜 尔豆胶、卡拉胶、变性淀粉、大豆多糖体、结冷胶。一般来说几种胶体复配使用能够取得比 单一胶体更好的效果。本文选用的几种胶体如下：
(1)褐藻酸钠
褐藻酸钠(Alginate sodium)是从褐藻中分离出的一种重要化合物，具有广泛的应用价 值。其分子量在3万2-20万左右，是由1, 4聚-p-D-甘露糖醛酸和a-L-古罗糖醛酸组成的一 种线型聚合物，是褐藻酸衍生物中的一种，所以有时也称褐藻酸钠为海带胶和褐藻胶。一般 为白色或淡黄色粉末，无臭、无昧，不溶于乙醇、乙醚、氯仿和酸(pH<5.4)，溶于水成粘稠 状胶体。
5
褐藻酸钠低热无毒，易膨化，柔韧度高，添加到食品中具有凝固、增稠、乳化、悬浮、 稳定和防止食品干燥的作用。而最主要的作用是凝胶化，即形成可以食用的凝胶体，近于固 体，以保持成型的形状。在果蔬汁（浆）饮料中国标规定按生产需要适量使用。
(2)瓜尔豆胶
瓜尔豆胶(Guargum)主要成分是分子量为5万-80万的配糖键结合的半乳甘露聚糖，即 由半乳糖和甘露糖(1:2)组成的高分子量水解胶体多糖类。白色至淡黄褐色粉末。能分散在热 或冷水中形成粘稠液。1%水溶液粘度约为4-5Pa_s，为天然胶中粘度最高者。添加少量四硼 酸钠则转变成凝胶。水溶液为中性，粘度随pH值的变化而变化，pH值6〜8粘度最高，pH10 以上则迅速降低，pH值6〜3.5内随pH值降低，pH值3.5以下粘度又增大。
在饮料中瓜尔豆胶是通过糖苷键结合的胶体多糖，并且无臭无味，能分散在热水或冷水 中形成粘稠液，用于饮料中有增稠和稳定作用，可防止制品分层、沉淀，并使产品富有良好 的滑腻口感，添加量为0.05%-0.5%。
(3)果胶
果胶(Pectin)是一组聚半乳糖醛酸。在适宜条件下其溶液能形成凝胶和部分发生甲氧基 化（甲酯化，也就是形成甲醇酯），其主要成分是部分甲酯化的a(l,4)-D-聚半乳糖醛酸。残 留的羧基单元以游离酸的形式存在或形成铵、钾钠和钙等盐。它通常为白色至淡黄色粉末， 稍带酸味，具有水溶性，工业上即可分离，其分子量约5万-30万。其根据甲酯化程度不同 可分为高脂果胶和低酯果胶，酯化度(DE值)大于50%的果胶为高酯果胶，酯化度(DE值) 小于50%的果胶为低酯果胶。
高脂果胶在果汁饮料中主要起稳定、增稠作用，可延长制品的保存期，具有天然水果 风味，添加量一般为0.1%-0.3%。低酯果胶在粒粒橙及带果肉型饮料中可起到起稳定作用， 可解决粒粒橙及含果肉悬浮饮料的分层、粘壁问题，使果肉均匀分布在饮料中，且口感较好。
(4)黄原胶
黄原胶(Xanthangum)又称黄胶、汉生胶，黄单胞多糖，几种常用天然食品胶对山药混汁稳定性的影响是一种由假黄单胞菌属发酵产 生的单孢多糖，由甘蓝黑腐病野油菜黄单胞菌以碳水化合物为主要原料，经好氧发酵生物工 程技术，切断1,6-糖苷键，打开支链后，在按1,4-键合成直链组成的一种酸性胞外杂多糖。 1952年由美国农业部伊利诺斯州皮奥里尔北部研究所分离得到的甘蓝黑腐病黄单胞菌，并 使甘蓝提取物转化为水溶性的酸性胞外杂多糖而得到。
黄原胶是目前国际上集增稠、悬浮、乳化、稳定于于一体，性能最优越的生物胶。黄原 胶在水中能快速溶解，有很好的水溶性，特别在冷水中也能溶解。但由于它有极强的亲水性， 如果直接加入水而搅拌不充分，外层吸水膨胀成胶团，会阻止水分进入里层，从而影响作用
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的发挥，因此必须注意正确使用（应该把黄原胶干粉或与盐、糖等干粉辅料拌匀后缓慢加入 正在搅拌的水里，制成溶液使用）。
黄原胶具有较高的粘度，较大的热稳定性和耐酸性，其水溶液在静态或低的剪切作用下 具有高粘度，在高剪切作用下表现为粘度急剧下降，但分子结构不变。黄原胶的水溶液在 10-80°C之间粘度几乎没有变化，即使低浓度的水溶液在广阔的温度范围内仍然显示出稳定 的高粘度。黄原胶溶液对酸碱十分稳定，在pH为5-10之间叫其粘度不受影响，在pH小于 4和大于11时粘度有轻微的变化。在pH3-11范围内，粘度最大值和最小值相差不到10%。 所以说黄原胶是一种广泛应用的胶体，在果汁饮料中的用量一般为0.1%-0.3%。
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2引言
2.1立题的目的和意义
山药具有很好的保健作用和医疗价值，随着山药的营养价值、药用价值及抗病机理逐步 被发现和证实，山药系列产品愈来愈受到广大消费者的青睐，山药汁饮料应运而生，但由于 果蔬汁饮料容易发生沉淀的问题，使得山药汁饮料一直得不到有效的开发，因此，研究一种 或一组食品胶，通过添加此种胶体稳定剂增大饮料分散介质粘度，使最终产品组织状态均匀、 口感爽滑自然，减少甚至杜绝饮料储存过程中沉淀的产生，对山药汁饮料产业的发展意义重 大。
2.2本课题研究的主要内容
本课题以一种确定的山药混汁的生产工艺，研究几种天然食品胶对山药混汁稳定性的影 响，主要包括乳化稳定性和悬浮稳定性两个方面，以希能够找出对山药混汁稳定性影响最为 显著的复配胶体，提高山药混汁的稳定性，减少储存过程中沉淀的产生。主要研究内容如下:
(1)几种常用天然食品胶对山药混汁乳化稳定性的影响：主要包括单一天然食品胶对山药 混汁乳化稳定性的影响和复合天然食品胶对山药混汁乳化稳定性的影响。
(2)几种常用天然食品胶对山药混汁悬浮稳定性的影响：主要包括单一天然食品胶对山药 混汁悬浮稳定性的影响和复合天然食品胶对山药混汁悬浮稳定性的影响。
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3几种常用天然食品胶对山药混汁乳化稳定性的影响
目前，山药混汁的制备还没有一个统一的方法，所以我们结合文献和实际条件选取了一 种相对合适的制作方法。然后选取几种常用天然食品胶分别测定对山药混汁乳化稳定性的影 响，找出其中影响显著的胶体进行复配试验，从而找出对山药混汁乳化稳定性影响最为显著 的复合稳定剂。对于乳化稳定性的测定，目前基本上都以Perace和Kinsella的方法为基础然 后根据测定的情况进行改进，本试验乳化稳定性的测定方法也是以其为基础进行改进而来， 以此来测定山药混汁的乳化稳定性。
3.1单一天然食品胶对山药混汁乳化稳定性的影响 3.1.1材料与设备
3.1.1.1材料与试剂
怀 褐 瓜 果 黄 a-淀 抗 柠
3.1.1.2
去皮刀、案板、锅等 JA6102电子天平 FA2004A分析天平 LBC--197火烈鸟电磁炉 MT--250PP018榨汁搅拌机 HH-501数显超级恒温水浴锅 Anake TDL-5-A台式离心机 O/L T01-1999 胶体磨
山药：市场售焦作温县武陟怀山药 藻酸钠：SY11—77烟台协力海洋生物制品有限公司 尔豆胶：SY11—79烟台协力海洋生物制品有限公司 胶：SY11—79烟台协力海洋生物制品有限公司 原胶：SY11—79烟台协力海洋生物制品有限公司 粉酶：北京恒泰拓达科技有限公司 坏血酸：天津市凯通化学试剂有限公司 檬酸：天津市大茂化学试剂厂 仪器与设备
果蔬工艺实验室 上海精天电子仪器有限公司 上海精天电子仪器有限公司 本羚电子 Midea美的
金坛市杰瑞尔电器有限公司 上海安亭科学仪器厂 廊坊通用机械有限公司
T6新世纪紫外可见分光光度计
3.1.2方法 3.1.2.1山药混汁的制备
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筛选山药—清洗—去皮切片—护色—洗涤—煮沸—加水磨浆—升温糊化—酶解—煮沸 4离心4调配4胶磨4山药混汁
选择成熟适中，无霉腐、无病虫害和机械损伤的新鲜山药做原料，洗去原料表面泥沙和 杂物。用刀去皮，将去皮后的山药切成1cm厚的薄片。将切好的山药迅速放入0.2%抗坏血 酸与0.4%柠檬酸中护色45min，山药护色以后，将护色液倒去，用蒸馏水将山药清洗2〜3 遍。然后将山药加水煮沸6min，进行灭酶处理，再按鲜山药与水1:3的比例加水，放入榨 汁机中打浆，山药浆在80°C下加热10mln左右，使淀粉糊化。糊化后冷却至65-70°C加入 0.005°%耐高温a-淀粉酶进行酶解40mln，然后煮沸6mln灭酶，然后将山药浆以2000r/mln 离心3min，除掉杂质，保留上清液。在上清液中加入适量水对其稀释，使其具有良好的外 观和风味，据资料显示山药含量在15%左右口感最佳，此时可加入稳定剂，将调配后的浆 液进行胶体磨，达到均质匀化的目的，所得即为山药混汁。
3.1.2.2乳化稳定性的测定
乳化稳定性的测定方法参照Perace和Kmsella[49]的方法和一些文献[50-53]进行改进。
分别在均质后0mln、10mln取样，取5mL待测样品用蒸馏水稀释至20mL,测定在239nm 处的吸光值，以未加胶体的且用蒸馏水同等倍数稀释的山药混汁为空白。以10min和0min 的吸光度比值为指标。
3.1.3结果与分析
将褐藻酸钠、瓜尔豆胶、黄原胶、果胶分别在浓度0〜0.3% (相对于山药混汁的质量， 也就是“固-液”质量百分数）内，以梯度为0.05%进行单因素试验，测定其对山药混汁乳化 稳定性的影响。进行单因素试验时，每次取15ml山药浆液，每组做三组平行试验。
3.1.3.1褐藻酸纳对山药混汁乳化稳定性的影响
10
由图1可知，褐藻酸钠的最佳添加量为0.2% (K值最大），当褐藻酸钠的添加量小于
0.2%时，山药混汁的乳化稳定性随着添加量的增加而缓慢提高，当褐藻酸钠的添加量大于 0.25%时，山药混汁的乳化稳定性随着添加量的增加而大幅降低。
3.1.3.2瓜尔豆胶对山药混汁乳化稳定性的影响
00.050.10. 150.20.250.3
质量分数/%
图2瓜尔豆胶对山药混汁乳化稳定性的影响 Fig.2 Effect of guar gum on the Emulsion Stability of Yam juice
由图2可知，瓜尔豆胶的最佳添加量为0.05% (K值最大），当瓜尔豆胶的添加量小于 0.05%时，山药混汁的乳化稳定性随着添加量的增加而逐渐提高，当瓜尔豆胶的添加量大 于0.05%时，山药混汁的乳化稳定性随着添加量的增加而缓慢降低。而当瓜尔豆胶的添加 量达到0.15%时，开始出现大块絮凝不溶现象。
由图3可知，果胶的最佳添加量为0.2% (K值最大），当果胶的添加量小于0.2%时，
11
山药混汁的乳化稳定性随着添加量的增加而缓慢提高，当果胶的添加量大于0.25%时，山 药混汁的乳化稳定性随着添加量的增加而稍有降低。
0.15
0.20.250.3
00.050.1
3.1.3.4黄原胶对山药混汁乳化稳定性的影响
质量分数/%
图4黄原胶对山药混汁乳化稳定性的影响 Fig.4 Effect of xanthan on the Emulsion Stability of Yam juice
由图4可知，黄原胶的最佳添加量为0.15%〜0.25% (K值最大），当黄原胶的添加量 小于0.15%时，山药混汁的乳化稳定性随着添加量的增加而显著提高，当黄原胶的添加量 大于0.25%时，山药混汁的乳化稳定性随着添加量的增加而大幅降低。
3.1.4结论
通过以上四种单一胶体的对比，可以发现添加黄原胶的山药混汁其曲线较为平稳，几种常用天然食品胶对山药混汁稳定性的影响且最 大K值小于其它三种胶体；并且黄原胶用法较为特殊，不宜选用。而瓜尔豆胶粘性较大， 用很少的量即能达到较好的效果；褐藻酸钠和果胶都对体系稳定性有较好作用，因此将褐藻 酸钠、瓜尔豆胶和果胶列入稳定剂复配研究之列。
3.2复合天然食品胶对山药混汁乳化稳定性的影响
3.2.1稳定剂复配试验设计
根据单因素试验结果，选褐藻酸钠、瓜尔豆胶和果胶进行响应面设计实验，进行三因素 三水平的实验设计，因素水平见表1。
表1因素水平表
Tab.1 factor and level used in the design
因素 编码 梯度水平
褐藻酸钠A0.140.170.20
瓜尔豆胶B0.040.070.10
果胶C0.140.170.20
12
按照Box-Behnken试验方案设计的复配试验结果见表2.
表2复配结果
Tab.2 result of the formulation
试验号A:褐藻酸钠（％)B:瓜尔豆胶（°/〇)C:果胶（％)K值
10.140.040.200.972
20.170.040.200.983
30.140.070.200.993
40.170.070.201.034
50.140.100.141.042
60.170.100.141.050
70.140.100.171.035
80.170.100.171.060
90.200.040.141.027
100.200.070.141.037
110.200.040.171.028
120.200.070.171.070
130.200.100.201.074
140.200.100.201.072
150.200.100.201.074
3.2.2方差分析
将所得的实验数据采用Design Expert 7.1.2 Trial软件进行多元回归拟合，得到以吸光度 比(K)为目标函数的二次回归方程：褐藻酸钠(A)、瓜尔豆胶(B)和果胶(C)的二次多项回归方 程：
K=+1.61870-3.00086A-6.18791B+0.43260C+25.33102AB+34.36106AC+28.97099BC-14.0
5474A2-21.95303B2-27.29554C2
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表3方差分析 Tab.3 ANOVAAnalysis
方差来源平方和自由度均方F值大于F的概率
A-褐藻酸钠1.269E-00511.269E-0050.520.5045
B-瓜尔豆胶2.397E-00712.397E-0079.754E-0030.9252
C-果胶5.216E-00415.216E-00421.230.0058
AB3.352E-00413.352E-00413.640.0141
AC6.278E-00416.278E-00425.550.0039
BC4.315E-00414.315E-00417.560.0086
A21.865E-00411.865E-0047.590.0401
B24.629E-00414.629E-00418.840.0074
C27.080E-00417.080E-00428.810.0030
Cor Total0.01514
从表3可以看出，一次项中C对响应值影响极显著（P<0.01)，二次项B2、C2对响应 值影响极显著，A2对响应值影响显著（0.01<P<0.05)，交互项中AC、BC对响应值影响极 显著，AB对响应值影响显著。
3.2.3响应面分析
响应面法图形是响应值Y对自变量A, B，C构成的一个三维空间图及在二维平面上的 等高曲线图，可以直观的反映各自变量对响应值的影响，并且从图上可以形象的看出最佳参 数以及各参数之间的相互作用，交互效应显著的因素对稳定性影响的曲面及等高线图如下：
果胶0.17%用量条件下，瓜尔豆胶用量一定的情况下，山药混汁的乳化稳定性随着褐藻 酸钠用量的增加呈逐渐减弱的趋势，褐藻酸钠用量一定的情况下，山药混汁的乳化稳定性随 着瓜尔豆胶用量的增加呈缓慢减弱的趋势。原因可能是胶体用量过高，使混汁体系出现凝胶， 使稳定性变差。
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图6褐藻酸钠、果胶对乳化稳定性的曲面及等高线图（瓜尔豆胶0.07%)
瓜尔豆胶0.07%用量条件下，果胶用量一定的情况下，山药混汁的乳化稳定性随着褐藻 酸钠用量的增加呈缓慢减弱的趋势，褐藻酸钠用量一定的情况下，山药混汁的乳化稳定性随 着果胶用量的增加呈快速减弱的趋势。
褐藻酸钠0.17%用量条件下，果胶用量一定的情况下，山药混汁的乳化稳定性随着瓜尔 豆胶用量的增加呈快速减弱的趋势，瓜尔豆胶用量一定的情况下，山药混汁的乳化稳定性随 着果胶用量的增加呈缓慢减弱的趋势。
3.2.4复配稳定剂优化
根据Design Expert 7.1.2 Trial软件分析得出稳定剂复配优化结果如表4所示:
表4稳定剂复配优化后各因素最佳用量
Tab.4 Optimized dosage of stabilizers5 combination
因素最低用量 (%)最高用量 ( %)优化值 ( %)
A (褐藻酸钠）0.140.200.14
B (瓜尔豆胶）0.040.100.04
C (果 胶）0.140.200.14
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在选定的各个因素的水平范围内，优化的稳定剂复配的最佳用量为：褐藻酸钠0.14%、 瓜尔豆胶0.04%、果胶0.14%。
3.2.5验证试验
以响应面试验优化得到的各胶体用量进行山药混汁乳化稳定性稳定性试验，重复试验3 次，得到的样品经测定所得K值平均值为1.14175,与预测值1.14183较为接近。优化结果 得到验证。
3.3结论
通过褐藻酸钠、瓜尔豆胶、果胶、黄原胶这四种天然食品胶对山药混汁乳化稳定性的测 定可得出对山药混汁乳化稳定性影响显著的单一胶体是褐藻酸钠、瓜尔豆胶和果胶，然后对 这三种胶体进行复配试验得出的最佳稳定剂复配配方为褐藻酸钠0.14%、瓜尔豆胶0.04%、 果胶0.14%。这说明天然食品胶对提高山药混汁的乳化稳定性有一定的帮助，而且应用复合 胶体稳定剂能够取得比单一胶体稳定剂更好的稳定效果，但对于单一的山药混汁来说，由于 乳化稳定性是指蛋白质维持油水混合状态不分离的乳化特性对外界条件的抗应变能力 (mm)，所以乳化稳定性对山药混汁的稳定性的影响相对较低，但这对于我们进一步研究 山药的混合饮料有一定的启示作用。
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4几种常用天然食品胶对山药混汁悬淳稳定性的影响
混浊饮料的分层、沉淀问题对商品的性能起着重要的作用，一般不经稳定性处理的果蔬 汁很容易产生分层、沉淀的问题，影响其感官品质。因此本章对此问题使用不同的天然食品 胶对山药混汁进行处理，看其对山药混汁悬浮稳定性的影响效果。然后选出影响最显著的进 行复配优化，从而找出最佳的复合稳定剂，提高山药混汁的悬浮稳定性。
4.1单一天然食品胶对山药混汁悬浮稳定性的影响
4.1.1材料与设备
4.1.1.1材料与试剂
怀山药：市场售焦作温县武陟怀山药 褐藻酸钠：SY11—77烟台协力海洋生物制品有限公司 瓜尔豆胶：SY11—79烟台协力海洋生物制品有限公司
果
胶：SY11—79烟台协力海洋生物制品有限公司
黄原胶：SY11—79烟台协力海洋生物制品有限公司 a-淀粉酶：北京恒泰拓达科技有限公司 抗坏血酸：天津市凯通化学试剂有限公司 柠檬酸：天津市大茂化学试剂厂 4.1.1.2仪器与设备
果蔬工艺实验室 上海精天电子仪器有限公司 上海精天电子仪器有限公司 本羚电子 Midea美的
金坛市杰瑞尔电器有限公司 上海安亭科学仪器厂 廊坊通用机械有限公司
去皮刀、案板、锅等 JA6102电子天平 FA2004A分析天平 LBC--197火烈鸟电磁炉 MT--250PP018榨汁搅拌机 HH-501数显超级恒温水浴锅
Anake TDL-5-A台式离心机
O/L T01-1999 胶体磨
HI93703—11微电脑多用途浊度测定仪北京哈纳科仪科技有限公司
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4.1.2.1山药混汁的制备
筛选山药—清洗—去皮切片—护色—洗涤—煮沸—加水磨浆—升温糊化—酶解—煮沸 —离心—调配—胶磨—山药混汁
选择成熟适中，无霉腐、无病虫害和机械损伤的新鲜山药做原料，洗去原料表面泥沙和 杂物。用刀去皮，将去皮后的山药切成1cm厚的薄片。将切好的山药迅速放入0.2%抗坏血 酸与0.4%柠檬酸中护色45min，山药护色以后，将护色液倒去，用蒸馏水将山药清洗2〜3 遍。然后将山药加水煮沸6min，几种常用天然食品胶对山药混汁稳定性的影响进行灭酶处理，再按鲜山药与水1:3的比例加水，放入榨 汁机中打浆，山药浆在80°C下加热10mln左右，使淀粉糊化。糊化后冷却至65—70°C加入 0.005°%耐高温a-淀粉酶进行酶解40mln，然后煮沸6mln灭酶，然后将山药浆以2000r/mln 离心3min，除掉杂质，保留上清液。在上清液中加入适量水对其稀释，使其具有良好的外 观和风味，据资料显示山药含量在15%左右口感最佳，此时可加入稳定剂，将调配后的浆 液进行胶体磨，达到均质匀化的目的，所得即为山药混汁。
4.1.2.2悬浮稳定性的测定
悬浮稳定性代表在一定离心力作用下的混浊度，可以表征在贮存过程中体系的混浊稳定 性[54]，因此结合其它文献[55-60]，确定悬浮稳定性的测定方法是用HI93703—11微电脑多用 途浊度测定仪测定离心（5000r/mln，10mln)前后的浊度，以离心前后样品的浊度差作为评 价指标。具体测定方法如下：
浊度的测定：
准备：按ON/OFF键将仪器打开，仪器先选进行自检并显示全部符号，当LCD现实“----” 仪器准备好测量。
校准：同时按下ALT和CAL键，“CAL”符号显示3秒钟，然后进入校准模式，同时显 示“0.00cl’’提醒用户插入0.00FTU的校准比色皿。将0.00FTU标准液的比色皿插入仪器中， 按下CAL键“SIP”和“cl”开始闪烁。大约30秒后，仪器将显示10.00提醒用户插入10.00FTU 的标准液比色皿。将10.00FTU标准比色皿插入仪器中，按下CAL键，“SIP”和“cl”开始闪 烁。大约30秒，仪器将显示500.00提醒用户插入500.00FTU的标准液比色皿。将500.00FTU 标准液的比色皿插入仪器中，按下CAL键“SIP”和“cl”开始闪烁。大约30秒后，仪器将显示 “-----”表示校准完毕，可进行测量。
测量：按ON/OFF键打开仪器，进行测量状态。将完全搅拌均匀的样品倒入干净的比 色皿内，距瓶口 0.5cm，将比色皿放入测量槽口对齐卡紧。按下READ, LCD显示“SIP”并 闪烁，大约20秒后，浊度值会显示出来。
瓜尔豆胶浓度增加而减小，0.1°%的用量离心前后的浊度差为2.47FTU，离心后有稍许絮凝现 象，可能是呈现弱凝胶现象，此时样品粘度与口感良好，在可接受范围内。胶体浓度继续增 加，0.1%以上时浊度差呈现增大趋势，且样品变粘，口感浓稠，不易接受。
00.050.10.150.20.250.30.35
浓度（％)
图10黄原股浓度对离心丽后山药混汁浊度差的影响 Fig.10 Effect of concentration of xanthan gum on the turbidity disparity of the yam beverage and the centrifugal
yam beverage
黄原胶浓度对山药混汁浊度差的影响起伏不大，维持在2.88FTU以上，说明黄原胶作 为稳定剂效果不好，而且黄原胶粘度较大，口感粘稠，不适用作饮料稳定剂。
图11果胶浓度对离心前后山药混汁浊度差的影响 Fig.11 Effect of concentration of pectin on the turbidity disparity of the yam beverage and the centrifugal yam
beverage
通过浊度差变化曲线可以看出，果胶浓度在0〜0.2%范围内，离心前后的浊度差随果胶 浓度增加而减小，0.2%的用量离心前后的浊度差为2.77FTU，离心后有稍许絮凝现象，此时 样品粘度与口感良好，在可接受范围内。胶体浓度继续增加时浊度差呈现增大趋势，且样品 变粘，口感不适。
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通过以上四种单一胶体的对比，可以发现添加黄原胶的山药混汁其曲线较为平稳，并且 黄原胶用法特殊，不宜选用。而瓜尔豆胶粘性较大，用很少的量即能达到较好的效果；褐藻 酸钠和果胶都对体系稳定性有较好作用，因此将褐藻酸钠、瓜尔豆胶和果胶列入稳定剂复配 研究之列。
4.2复合天然食品胶对山药混汁悬浮稳定性的影响 4.2.1稳定剂复配实验设计
根据单因素试验结果，选褐藻酸钠、瓜尔豆胶和果胶进行响应面设计实验，进行三因素 三水平的实验设计，因素水平见表5。
表5因素水平表
Table 5 factor and leval used in the experimental design
因素 编码 梯度水平
褐藻酸钠A0.140.170.20
瓜尔豆胶B0.020.060.10
果胶C0.140.170.20
按照Box-Behnken试验方案设计的复配试验结果见表6.
表6复配结果
Tab.6 result of the formulation
试验号A:褐藻酸钠（％)B:瓜尔豆胶（°/〇)C:果胶（％)浊度差（FTU)
10.140.020.200.22
20.170.020.200.29
30.140.060.200.22
40.170.060.200.07
50.140.100.140.04
60.170.100.140.72
70.140.100.170.06
80.170.100.170.43
90.200.020.140.94
100.200.060.140.42
110.200.020.170.39
120.200.060.170.54
130.200.100.200.01
140.200.100.200.00
150.200.100.200.00
160.200.100.200.00
170.200.100.200.01
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将所得的实验数据采用Design Expert 7.1.2 Trial软件进行多元回归拟合，得到以浊度差 (T)为目标函数的二次回归方程：褐藻酸钠(A)、瓜尔豆胶(B)和果胶(C)的二次多项回归方程:
T=-9.99084 + 103.20536A-43.83448B+47.58659C-260.38314A2+37.04741B2- 124.36782C2 + 108.04598AB-123.75479AC+101.43678BC
表7方差分析
Table7ANOVAAnalysis
方差来源平方和自由度均方F值大于F的概率
Model1.11090.1205.2300.0201
A0.12010.1204.9700.0611
B0.04410.0441.8400.2173
C0.06110.0612.5900.1518
AB0.01210.0120.5100.4987
AC0.02410.0241.0100.3473
BC0.11010.1104.7400.0659
A24.312E-00314.312E-0030.1800.6824
B20.22010.2209.2400.0188
C20.49010.49020.6200.0027
剩余（Residual)0.17070.024
失拟（Lack of Fit)0.17030.0551840.280<0.0001
纯误差（Pure Error)1.200E-00443.000E-005
总和（Total)1.28016
从表7中可以看出，二次项中B2对响应值显著（0.01<P<0.05)，几种常用天然食品胶对山药混汁稳定性的影响二次项中C2对响应值 影响极显著（P<0.01)。
4.2.3响应面分析
响应面法图形是响应值Y对自变量A，B，C构成的一个三维空间图及在二维平面上的 等高曲线图，可以直观的反映各自变量对响应值的影响，并且从图上可以形象的看出最佳参 数以及各参数之间的相互作用，交互效应显著的因素对稳定性影响的曲面及等高线图如下：
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图12褐藻酸钠、瓜尔豆胶对稳定性影响的曲面及等高线图（果胶2.00，即0.2%) Fig12 Surface and contour line of the effect of sodium alginate and guar gum on stability
在果胶0.2%用量条件下，褐藻酸钠用量一定时，山药混汁稳定性随瓜尔豆胶用量的增 加呈现先增强后减弱的趋势，瓜尔豆胶用量一定时，山药混汁稳定性随着褐藻酸钠用量的增 加呈逐渐减弱的趋势。
图13瓜尔豆胶、果胶对稳定性影响的曲面及等高线图（褐藻酸钠2.00，即0.2%) Fig13 Surface and contour line of the effect of guar gum and pectin on stability
在褐藻酸钠在0.2%用量条件下，瓜尔豆胶用量一定时，山药混汁稳定性随果胶用量的 增加呈现先增强后减弱的趋势，果胶用量一定时，山药混汁稳定性随着瓜尔豆胶用量的增加 呈现先增强后减弱的趋势。
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在瓜尔豆胶在0.1%用量条件下，褐藻酸钠用量一定时，山药混汁稳定性随果胶用量的 增加呈现先增强后减弱的趋势，果胶用量一定时，山药混汁稳定性随着褐藻酸钠用量的增加 呈现逐渐减弱的趋势。
4.2.4复配稳定剂优化
根据Design Expert 7.1.2 Trial软件分析得出稳定剂复配优化结果如表8所示：
表8稳定剂复配优化后各因素最佳用量
Table8 Optimized dosage of stabilizers’ combination
因素最低用量 (%)最高用量 ( %)优化值 ( %)
A (褐藻酸钠）0.140.200.17
B (瓜尔豆胶）0.020.100.10
C (果 胶）0.140.200.17
在选定的各个因素的水平范围内，优化的稳定剂复配的最佳用量为：褐藻酸钠0.17%， 瓜尔豆胶0.10%，果胶0.17%。
4.2.5验证试验
以响应面试验优化得到的各胶体用量进行山药混汁悬浮稳定性稳定性试验，重复试验3
次，试验测其浊度差，得到的样品经测定所得的浊度差平均值为0.39,与预测值0.44相差
不大，优化结果得到验证。
4.3结论
通过褐藻酸钠、瓜尔豆胶、果胶、黄原胶这四种天然食品胶对山药混汁悬浮稳定性的测 定可得出对山药混汁悬浮稳定性影响显著的单一胶体是褐藻酸钠、瓜尔豆胶和果胶，然后对
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这三种胶体进行复配试验得出的最佳稳定剂复配配方为褐藻酸钠0.17%，瓜尔豆胶0.10%， 果胶0.17%。研究表明天然食品胶对山药混汁的悬浮稳定性有显著影响，而且复合胶体稳定 剂的作用效果更为显著，而且，悬浮稳定性作为影响山药混汁稳定性的主要因素，提高其稳 定性就能显著提高山药混汁的稳定性，从而延长山药混汁的贮藏期，提高山药混汁的口感， 从而使其能更好的走上市场。
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5结论与讨论
本研究以河南焦作武陟出产的怀山药为原料，根据一定的工艺加工成山药混汁，几种常用天然食品胶对山药混汁稳定性的影响然后添 加不同的天然食品胶，研究其对山药混汁乳化稳定性和悬浮稳定性的影响，分别进行单因素 试验找出显著影响的胶体然后进行复配优化，从而找出对山药混汁稳定性影响最为显著的复 配组合。最终目的旨在提高山药混汁的稳定性，主要结论如下：
1.以均质前后一定时间内吸光度的比值作为山药混汁乳化稳定性的评价指标，分别测定褐藻 酸钠、瓜尔豆胶、果胶、黄原胶对山药混汁乳化稳定性的影响，根据测定结果，褐藻酸钠、 瓜尔豆胶、果胶三种单体稳定剂对山药混汁的乳化稳定性影响有规律且较为显著，所以对这 三种胶体进行复配试验，找出的最佳稳定剂复配结果：褐藻酸钠0.14%、瓜尔豆胶0.04%、 果胶0.14%。
2.以山药混汁品离心前后的浊度差作为山药混汁悬浮稳定性的评价指标；分别测定褐藻酸 钠、瓜尔豆胶、果胶、黄原胶对山药混汁悬浮稳定性的影响，根据测定结果，褐藻酸钠、瓜 尔豆胶、果胶三种单体稳定剂对山药混汁的悬浮稳定性影响有规律且较为显著，所以对这三 种胶体进行复配试验，找出的最佳稳定剂复配结果：褐藻酸钠0.17%，瓜尔豆胶0.10%，果 胶 0.17%。
5.2讨论
本文对添加胶体后对山药混汁中山药活性成分的影响没有研究，另外本文的研究都是 在常温的条件下测定其对山药混汁稳定性的影响，没有对特殊贮藏条件（如低温）下对山药 混汁稳定性的影响进行研究。
本文推荐企业：山东东达生物化工有限公司（http://www.sddasw.com/)，是专业的瓜尔胶和瓜尔豆胶生产厂家，专业生产瓜尔胶和瓜尔豆胶。拥有雄厚的技术力量，先进的生产工艺和设备。山东东达生物化工有限公司全体员工为海内外用户提供高技术,高性能，高质量的瓜尔胶和瓜尔豆胶产品。热忱欢迎国内外广大客户合作共赢。