（食品科学专业论文）可可饮料及其稳定性研究.pdf

摘要 摘要 可可饮料是当今世界上三大嗜好饮料之一，用可可粉生产可可风味饮料已经有相当长 的历史了，但是可可粉很容易出现沉淀，货架期比较短。制备得到可可粉之后，通过特殊 的酶处理工艺能够破坏可可粉的细胞结构，特别是可可粉细胞壁结构中的纤维素、半纤维 素和果胶质等难溶物质，同时也能降解不溶的高分子物质：蛋白质和淀粉。也能一定程度 的降低可可粉的粒径，增加可溶性物质的溶出，提高可可饮料的稳定性。 本文分别用淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶、木聚糖酶对可可粉进行酶解，发现淀粉酶、 纤维素酶对可可粉有较强的作用，蛋白酶对可可粉几乎没有作用，木聚糖酶和纤维素酶、 淀粉酶协同作用才有效果。通过正交实验得到酶解的最佳工艺是：在可可粉的天然口h 下， 加入o 5 ( w w ) 的淀粉酶，2 ( w 舳) 的纤维素酶，0 2 ( w ) 的木聚糖酶，在5 0 作用4 h 。 用纤维素酶、淀粉酶和木聚糖酶对其进行作用后，其成分、超微结构和带电性质都发 生了变化。酶解后可溶性成分增加，增加的部分主要来自于多糖水解生成的单糖、寡糖、糊 精和溶解到水相中的多酚；但是相对分子质量在3 0 0 0 0 上下的物质的比例没有发生很大变 化：淀粉、蛋白质和细胞壁材的含量减少；颗粒变小，但是出现了部分聚集：酶解后由于 果胶的暴露，使得可可粉的z e t a 电位由2 0 7 m v 上升到- 2 8 0 8 m v 。 经过酶解的可可粉虽然稳定性有所改善，但是沉淀仍然存在，需要添加稳定剂来进一 步改善。微晶纤维素( m c c ) 能将固体颗粒固定到其形成的网络状结构中，从而能很好地 稳定饮料体系中的可可粉。羧甲基纤维素( c m c ) 、黄原胶和海藻酸钠三种胶与m c c 都有 协同作用。通过正交试验确定稳定剂的配方是o - 3 m c c + 0 0 3 c m c + 0 0 1 黄原胶。 单一的乳化剂对饮料的乳化稳定性作用不是很好，分子蒸馏单甘酯和蔗糖酯复配的 h l b 值为5 的复合乳化剂能很好地控制油脂上浮，确定添加量为o 0 6 。前处理采用均质 具有重要的意义，随着均质压强的增加酶解的效果会增加，且能提高最终饮料的稳定性， 确定均质条件是6 0m p a 均质3 次。罐装前的均质条件是：7 0 ，2 5 m p a ，2 0 m p a 。 将对照和添加了稳定剂和乳化剂的饮料分别在常温、4 和4 0 下贮存，发现总体上 对照比成品的稳定性的降低要大，两者的可溶性固形物含量和还原糖的含量都是先增加后 降低，而酚类含量总体呈下降趋势。高温以及常温对饮料的浊度、可溶性固形物的影响较 大；对沉淀率、悬浊稳定性、酚类的影响较小；对还原糖含量影响不明显。 由于银杏和百合在中国具有很大的产量，所以将银杏汁以及百合汁分别和可可饮料进 行复配，可以制备成具有丰富营养、一定保健功能的独特风昧的饮料。本章采用模糊综合 评价的方法对采用3 3 正交实验确定的不同复配方案的可可百合复配饮料以及可可银杏复 配饮料进行感官评定，综合考虑与此相对应的不同复配体系的稳定性，最终确定可可百合 饮料的复配方案为：l 奶粉+ 8 白糖+ 6 0 百合汁：可可银杏饮料的复配方案是：2 奶粉 + 8 白糖+ 1 j 的银杏汁。 关键词：可可粉，酶解，稳定性，复配饮料 a b s n a c t a b s t r a c t c o c o ab e v e r a g e 、v a so n eo fm r c em 勾o rb e v e r a g e s ，a n di th a da l o n gh j s t o r yb u tt l l ec o c o a p o w d e r sw e r ee a s yt op r e c i p i t a t e ，w h j c hm a d et l l es b e l fl i f eo ft 】1 eb e v e r a g et o os h o n s p e c i c i a l e n z y m e sc o u l db el l s e dt od e s 订o yt h ec e l ls t m c t u r e ，e s p e c i a l yt h ec e l l u l o s e ，h e m i c e l l i l l o s e ，p e c t i n a 1 1 ds oo nw i l i c hw e r ei n s o l u b l ei i lt l l ec e l lw a l l - a n dp r o t e i na i l ds t a r c h ，w h i c hw e r em a j o ri n 1 e c e l la n dh a r dt os o l u b l e ，、v o u l da i s ob eh y d r o l y z e d a 船rt l l ee 竭，i i l a t i c 订e 咖e n t ，m ep a m c l e s i z ew o u l dd e c 薅够e ，t l l es o l u b i em a t e r i a lw o u l di n c r e a s e ，w 扯c hw o u i di i l h a n c et l l es 诅b i i i t 、ro f t l l ec o c o ap o w d e rb e v e r a g e i nt 1 1 i sr e s e a r c h ，锄y l a s ea i l dc e l l u l a s ew e r ef o u n dt oh a v ea i le f f i c i e n tr e a c t i o no nt 1 1 e c o c o ap o w d e rw h e r e a ss e v e r a lp r o t e a s e sh a dn or e a c t i o no ni t m o r e o v e r ，t l l ep e n t o s a n a s ec o u l d h a v eb e t t e re f f 宅c ti f l l s e dt o g e l l l e r 诵mm e 锄y l 越ea 1 1 d 也ec e i l l l l a s e i i lt l l i sr e s e a r c h ，t h eo p t 曲a l c o n d i t i o i l sw e r ef o u n da sf o l l o 、v s ：锄y l a s e e 】，【s 】= o 5 ( v 帆力，c e l l u l o s a s e e 】【s 】= 2 ( 聃，w ) a 1 1 dp e n t o s a i l a s e e 【s 】2o 2 ( d 谢t 1 1h y d r o l y s i st e m p e 瑚t u r ek e p ta t5 0 d i l r m g4 ha tt 1 1 e n a t i l 豫ip ho f t t l ec o c o a p o w d e l a 俞e rt 1 1 et r e 釉e n to ft 1 1 e 啪y l a s e ， c e l l u l a s ea i l d p e n t o s a n a s e ， t 量l e c o m p o s i t i o n ， m i c r o s t n j c t u r e 蛐dt h ec h a r g e si nt h ec o c o ap a n i c l e so c c u r r e d t h es o l u b l ec o m p o s i t i o nc o n t e n t i n c r e a s e d ；a i l dt i l es t a r c h ，p r o t e i na r l d 也ec e i l 、a l lm a t e r i a l ( c w m ) c o m e n td e c r e a s e d a tm e s 锄et i m e ，m ep a r t i c l es i z ed e c r e a s e d ，b u tp a r to ft l l e ma g g r e g a t e d m o r c o v e rt l l ep e c t 证w 船 e x p o s e da f t e rt h ee n z y m 撕cp r o c e s s ，w h i c hm a d e 也ez e t ap o t e 胡a 1o f t l l ep a n i c l e si n c r e a s e 台o m 一2 0 7 m vt 0 2 8 0 8 my t h ee i 啪a t i c 仃e a 恤e n tc o u l di m p r o v et l l e s t a b i l i t ) ro fm ec o c o ap o 、d e rb e v e r a g e ，b u t c o u l dn o ts o l v ei tc o m p l e t e ly m i c m c r y s t a l l i n ec e l l l l i o s e ( m c c ) w 够f o u n dt ob e l eb e s t s 诅b i l i z e r w h e r et l l ec a r b o x 皿e m y lc e l l u l o s e ( c m c ) ，x a n t h a l l 目】i na i l ds o d i 啪a l g i n a t ec o u l d c o o p e m t e 、 r i t l li t a n dt i ：屺o p t i m a ld o s a g eo fi tw 船o 3 m c c ，0 0 3 c m ca 1 1 d0 0 l x a l l m a ng u r n i tw a sf 0 吼dm a tt h es i n g l ee m i l l s i f i e rw a sn o ta se 伍c i e ma sm em i x e de m u l s i f i e r a r mt l i e m o s ts u i t a b l ee m u l s i f i e rw a st h em i x n 】r eo f p v - 1a n ds u c m s ef a t t ya c i de s t e r s ( s f a e ) 州m l b 5 ；t 1 1 ed o s a g eo f “w a s0 0 6 t h eh o m o g c n i z a t i o nb e f b r ct l l ee i l z y m a t i c 们锄e n tw 孙 i m p o r t a i l t ，i t 、v o u l di m p r o v e 也ee 伍c i e n c yo fm ee n z y m a t i ct r e a 衄e n ta n dt l l es t a b i l i t yo ft h e b e v e r a g e ，t t l eo p t i l l l a lc o i l d i t i o n 、a s6 0m p af o rt l l r e et i m e s a n dm ef i n a lh o m o g e n z a t i o n c o n d i t i o nw a sc h o o s e da t2 5 m p 眈o m p a 、v i t l lt l l et e m p e r a t i l r e7 0 d i l r i n gt l l es t o r a g ep e r i o d ，i tw a sf o l l i l dt l l a tt l l ec o n t m ls 锄p l ew 鹪n o t s t a b l e 舔m ef i n a l p r o d u c t s ；w h i l et 1 1 ec o n t e mo f t h es o l u b l em a t e r i a la 1 1 dm er e d u c i n gs u g a ri n c r e 勰e df i s ta t l dt h e n d e c r e 硒e d ，t l l ec o n t e n to ft h ep h e n o ld e c r e a s e dm o s t l y h i g ht e m p e m t i l r ea n dr o o m - t e m p e 阳m r e c h a n g e dt h et i l r b i d n e s sa n dt h es o l d b l em a t e r i a ld | i a m a t i c l y ，b u tl i m ei i l n u e n c eo nt l l er a t eo f d e p o s i t i o n ，s t a b i l i t ) ，o f t h es u s p e i l d e dm a t e r i a l ，t l l ep h e n o la 1 1 dm er e d u c i n gs u g 札 f o rm eh u g ey i e l do ft 1 1 e 百n 眯oa i l dl i l yi nc h i i l a ，i tc o u l db el l s e dt oi i l i x e d 晰mt l l ec o c o a p o w d e rs e p a r a t e l yt op r o d u c eo n ek i n do fn u 砸t i o n a l ，h e a l t h yb e v e r a g e f u z z ym a 也e m a t i c s 吣 l l s e dt oe v a l u a t et l l e i rs e i l s o r yq u a l i t i e s ，a n db e s tc o n d i 吐o no ft l l e c o c o a - 1 1 yb e v e r a g ew 髂： l m i i l 【p o w d e r 8 s l l g 叶6 0 l i l yj 山c e ，龇l d t l l e c o c o a _ g i i l g k ob e v e m g ew a s ：2 m i i l 【 i i a b s t r a c t p o w d e 什8 s u g a 什10 g i n g k oju i c e k e yw o r d s ：c o c o ap o w d e r ，e m 可m a t i ct r a t i n e n t ，s t a b i l i 吼m i x e db e v e r a g e i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 本人为获得江南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：盈霆矍 日期：2 年月严日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规 定：江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名：匿鏖笙导师签名：圣豳 日期：& 卯石年g 月产日 第一章绪论 1 1 立题背景和意义 1 1 1 可可以及可可粉 第一章绪论 可可是世界上重要的热带经济作物，即是当今世界三大嗜好性饮料之一，也是巧克力 的重要原料，更是各种甜食品、焙烤食品和小吃食品的香料成分。随着食品结构和消费习 惯的变化，全世界对于可可的需求量日益增加。 1 1 1 1 可可的种类 常绿小乔木，高4 1 0 米，叶长椭圆形，长2 0 3 0 厘米，嫩叶下垂，带红色。花着生 在树干上或粗枝上，故称茎花植物，终年开花结实，而5 1 月为盛花期，花的直径约18 毫米，有粉红色的萼片和淡黄色的花瓣各5 片，雄蕊5 枚并与退化雄蕊互生。果为核果， 长椭圆形，有纵沟纹，成熟时橙黄色或浅红色，每果有种子2 0 5 0 个，种子扁圆柱形。 经过发酵和干燥后的种子称为可可豆( c o c o ab e a n ) ，一株可可树每年约可收获干可可豆 8 6 0 1 2 6 0 9 。可可树种植5 8 年开始结果，1 2 年后进入旺盛期，生长寿命一般5 0 年，长 的可达百年，是一种多年生经济作物。可可豆的收获量差异较大，最低产量每亩约为2 0 0 k ， 有良好管理的可达7 0 0 l o o o k g ，最高产量可达3 0 0 0 k l 。 可可为典型的热带植物，适宜生长于高温多雨和湿度大的环境，要求年平均温度为 2 4 2 8 ：低于15 时，生长受影响。世界上主要可可产区的年平均温度都在2 5 以上， 温度的变化幅度也很小i lj 。 由于自然条件的限制，可可只能在适宜的自然环境下种植、生长和收获，这些地区主 要分布在赤道两侧，即南北纬2 0 度以内，尤其是在1 0 度以内最为合适。大部分是在非洲， 尤其集中在西非洲，以加纳、尼日利亚、科特迪瓦、喀麦隆的产量最高。其次分布在拉丁 美洲，以巴西、厄瓜多尔、多米尼加、墨西哥、委内瑞拉产量高。近年来亚洲的可可增产 也较快，其中以印度尼西亚、马来西亚产量较大。我国5 0 年代在海南岛引种过可可、种植 表明海南岛西部的自然条件适宜可可生长j 。 表1 1 世界可可豆的分布和产量( 19 9 0 年) 江南大学硕士学位论文 委内瑞拉、特立尼达和多 巴哥、牙买加等 根据果实的外形、大小、色泽、香气和滋味，一般将可可分为三个主要的类型： 1 克里安洛可可( c r i o l l oc a c a o ) ：果实成熟时有红色的，也有黄色的，果实外皮薄，容 易切割，籽粒饱满，新鲜子叶为白色或淡紫色，但是果实的保存较难。可可豆具有极好的 香味，有香可可豆之称。产地分布在中美洲和南美洲，亚洲少数地区种植，产量较低 2 5 可马仲尼恩一一福拉斯蒂罗可可( a m a z o n i a nf o r a s t e r oc o c o a ) ：该可可果实成熟时 呈黄色，果实外皮厚，常有一层木质素，难以切割，表面凹凸不平。新鲜子叶深紫色，也 有呈黑色。主要以巴西可可为代表，还包括西非可可、厄瓜多尔可可。 3 特立尼泰里安可可( t r i n j t a r i oc o c o a ) ：也是一种香型可可。 特立尼泰里安可可的种植较少，克里安洛可可过去种植较多，现在产量有所降低。由 于这二类可可豆都是香味型的，是优质的巧克力和可可的生产原料，因此价格也相当昂贵。 今世界应用最多的是第二类福拉斯蒂罗可可，产量高，售价低，是比较通用型的可可【2 j 。 1 1 1 2 可可的生产工艺 可可在成为商品之前一般要经过发酵处理，未经过发酵的可可豆不但香味和风味低劣， 而且组织结构发育不够完全，缺少脆性，果肉呈蓝灰色。 可可豆的发酵一般采用堆积法实施。发酵期则视豆的品种而异，一般薄皮豆的发酵期 短些，最短为2 3 天。西非和巴西的可可豆皮厚，发酵期一般需要5 7 天。发酵过程中 的温度变化要控制得当，起初的三天，发酵温度控制在3 8 以上；到最后的三天，发酵温 度上升到5 0 5 1 【2 】。可可豆的发酵过程是一个相当复杂的生物化学过程，通过果肉中的 多种酵母，细菌和霉菌参与微生物活动，同时果肉本身的还原酶，转换酶，麦芽糖酶，淀 粉酶，蛋白酶共同参与了发酵作用。经过发酵处理后可可果实的子叶部分分离，色素细胞 破裂，可可碱和鞣质含量下降；果胶含量增加，蛋白质酶解成可溶性的含氮物质。产生了 乙醇，乙酸，乳酸，风味前体，小肽，自由氨基酸以及降解的还原糖。 经过发酵的可可豆还要经过干燥，一般将可可豆露天堆放或装入浅盘内，利用日光直 接干燥；或者装盘送入烘房干燥。可可豆的干燥是个物理过程，但是也伴随着部分化学变 化，干燥第一步使水分降低抑制霉菌生长。第二步是丹宁氧化期，如果干燥太快，丹宁等 物质不能完全氧化，将会影响可可豆的香味质量，所以通常的日光干燥可可豆香味较好。 可可豆干燥的第三部是快速除去更多的水分达到贮存要求。经过干燥后，可可豆水分大量 减少，蛋白质、脂肪以及碳水化合物的含量都增加了，丹宁质和可可碱有部分损失，咖啡 碱和色素有很明显的降低【2 j 。 经过储藏运输以及清除杂物后，接下来烘烤工艺，烘烤是可可生产过程中的一个十分 第一章绪论 烘烤的强度因不同的产品而定。在烘烤过程中最主要的是通过m a i l l a r d 反应产生了可可特 有的香味，同时烘烤还改变了可可豆中的多糖，蛋白质，多酚以及mai llard 产物 间的相互作用，从而生成了不溶性的物质。经过烘烤后葡萄糖和果糖的浓度降低了，而非还 原性糖，蔗糖，蜜三糖，水苏糖，毛芯花糖却没有多大的变化，果胶和半纤维素没有变化。 除去部分可可脂得到了可可饼，再将可可饼磨碎得到可可粉。按其加工方法的不同分 为天然粉和碱化粉，天然可可粉的p h 值为5 4 5 7 ，而碱化粉p h 值为6 8 一一7 2 ，可可 粉具有浓烈的香味，不需要添加香料直接用于巧克力和饮料的生产。 1 1 1 3 可可粉的营养价值 可可粉是一种营养丰富的食品，不但含有高热量的脂肪，还含有丰富的蛋白质和碳水 化合物。可可粉还含有定量的生物碱、可可碱和咖啡碱，它们具有扩张血管、促进人体 血液循环的功能，食用可可制品对人体健康很有益的。同时可可粉中含有相当多的多酚类 物质，多酚类的三种主要的成分是：儿茶酚( 3 7 ) ，花色素( 4 ) ，原花色素( 5 8 ) 。 由于多酚类对于健康的有利作用，它已经成为了研究的焦点。据报道，他们具有抗癌变，抗 动脉粥样硬化，抗血栓，抗过敏，免疫调节，抗微生物以及止痛的作用【5 】。同时可可中含 有较多的钾、镁、磷等矿物质，钾、镁对于人体具有极为重要的生理作用，如调节渗透压、 酸碱和水分的平衡等，缓和因食盐摄取过多引起的高血压，降低患血性心脏疾病的危险性 等作用【6 】0 1 1 1 4 可可粉的风味 可可风味共包含了4 0 0 多种风味物质，然而没有一种可以称为可可的风味特征化合物， 就如香草里的香草醛、柠檬中的柠檬醛和薄荷中的薄荷醉一样。虽然异戊醛、异丁醛和苯 甲醛都是形成可可风味的重要化合物，但是它们仍不能代表可可的风味特征。可可中大部 份风味物质都是在将可可豆加工后才产生的，而其中大多数都是美拉德反应的产物。 美拉德反应是一种复杂的糖氨基褐变反应，其产物母体为糖、醛或氨基酸等化台 物。因此，生产可可风味的第一步就是将可可豆发酵。诱发蛋白质水解、碳水比合物水解、 需氧及厌氧发酵和氧化等反应，从而生成可进行美拉德反应的产物母体。在发酵过程中。 可可豆的水份含量会达到3 0 至6 0 ，但随后又必须进行干燥，将水份减至约6 左右；目的 是减少挥发性风味物质的损失和提高以后在炒豆过程中吡嗪( p y r a z i n e ) 的产量。不过，一 部份风味物质还是会在这个干燥工序中损失，而可可豆的深棕色亦在此时因氧化而生成。 炒豆是催发美拉德反应的重要工序。一般会先将可可豆研碎，然后在l l o 至1 3 0 的温度下 进行。在这种条件下，挥发性的有机酸会进一步蒸发走，而斯特雷克尔降解 ( s t r e c k e d e g r a d a l i o n ) 、脱水、聚合作用和美拉德反应等都会发生，令可可的风味轮廓变 成充满花香味、酯味、焦糖及果仁味和酸涩的典型可可气味的面貌。在滋味方面，非挥发 性的成份如多酚和部分有机酸等会产生涩味，而咖啡碱和可可碱等则使之带苦。至于可可 那怡人的后苦味则是小部分因热生成的二羰哌嗪( d i k e t o p i p e r a z i n e s ) 与可可碱产生化合 堡里查兰堡主兰堡望苎 物的结果。在炒豆工序后，将可可豆液化，然后把可可脂分离，就可以获得可可粉。制作 可可粉时，一般都会进行碱化，将炒可可豆中的有机酸中和，藉以改善风味和使之具有深 红棕色的优质可可外观【7 1 。 1 1 1 5 可可粉的应用 可可的应用范围非常广泛，例如，在乳制品中，可用以制造巧克力奶、巧克力布丁、 巧克力木斯和巧克力味的冰棋淋等；在脂肪类产品中，主要用以制造巧克力和混合涂料： 在水糖及水脂肪糖复合制品中，可以制成巧克力糖浆、巧克力糊、巧克力糖 浆的表面装饰物和撒巧克力糖粉等；此外，亦可应用于焙烤产品、糖果及干混合或速溶产 品中。 在食品中应用时，除了采用不同的可可粉之外，更可将可可粉与其他物科预混合使用。 1 与奶粉混合主要在牛奶巧克力复合物制造中应用。 2 与奶粉及糖混合这种混合物同样可以应用于牛奶巧克力复合物的制造中，亦可直接 作为速溶粉末在市场上销售，消费者可将之冲溶于奶中，制成巧克力奶饮料饮用。 3 与速溶糖混合消费者同样可将这种混合粉末混入奶中，制成可口的巧克力奶饮品。 4 与强化卵磷脂混合与强化卵磷脂混合，可改进粉末的润湿性，从而加快溶解速度， 并防止结块。这种特性在速溶产品的应用中，尤为重要1 8 】。 1 1 2 可可饮料的品种 1 1 2 1 我国饮料产业的发展现状 近年来，由于人们饮料消费观念的改变，消费者逐渐减少含酒精饮料消费，同时不断 增加对软饮料的需求，更有一些发达国家消费者追求天然、绿色、健康饮食，使得世界软 饮料市场迅速扩大。国外软饮料工业发展与我国不同。产品结构大致可分为三类：第一类 以发展碳酸饮料为主，如英国、美国和墨西哥等：第二类以瓶装矿泉水为主，如德国、法 国和意大利等：第三类以茶饮料为主，如日本。果汁饮料大致处于这些国家饮料消费的第 二或第三位【9 j ，传统饮料依然占据市场的很大部分。随着饮料工业的发展，包括运动饮料、 茶饮料、功能性饮料等新型饮料被不断引入饮料行业，因为新型饮料迎合了消费者崇尚天 然、健康的心理，这类饮料需求增长速度最快【l o 】 中国饮料工业是我国食品工业中起步较晚、发展较快的行业，自1 9 8 2 年饮料被列入国 家计划管理产品开始。我国饮料工业有了长足的发展，二十年中中国饮料产量每年平均以 2 1 1 的速度快速增长【1 2 j 。1 9 8 2 年全国饮料产量为2 8 8 万吨，人均消费量不足0 3 公斤， 1 9 9 3 年饮料产量不足5 0 0 万吨，人均消费量为4 4 公斤，至2 0 0 2 年全国饮料产量达2 0 2 5 万吨，人均消费量为1 5 8 公斤【l “，即在二十年的时间里，我国饮料人均消费水平增长了 5 2 倍。 与十年前相比，中国饮料品种结构已彻底改变了碳酸饮料以6 0 的比例长时间一枝独 秀的绝对优势，现在碳酸饮料、饮用水、茶饮料和果蔬汁四大品种以8 9 的比例主导饮料 4 第一章绪论 业。目前我国最大的饮料品种是瓶装饮用水，与日本、香港的情况接近。果蔬汁饮料摆脱 近二十年发展缓慢的状况开始快速增长，2 0 0 2 年市场份额超过1 0 ，比上年增长4 5 ，成 为各种饮料中增长最快的品种2 9 1 。从饮料结构上看，当今世界已把“健康、营养、安全、 可口”作为发展主流，十分重视饮料新品种的研究与开发，各种以健康、方便、新颖和趣 味为主题的饮料新品发展迅速1 们。而我国饮料品种结构单调，与世界饮料发展总体水平差 距很大。 i 1 2 2 可可饮料的种类 可可饮料是可可粉的一种重要的产品，具有相当长的历史，是当今世界上三大嗜好饮 料之一，主要可可饮料的种类有 1 可可风味饮料：用浸提等方法提取可可风味物质，添加到饮料中制取的可可风味饮 料。 2 可可乳饮料：部分可可粉与大部分的乳制得的可可奶。可可奶是乳饮料的一种，其 概念是含奶3 0 以上，并加入适量可可粉和蔗糖等物质，经配料有效消毒制成，具有相应 风味的液体奶产品。可可奶主要原料是由牛奶、可可粉和白糖三种成分组成。 3 可可粉固体饮料：主要是将可可粉和糖类等物质混合，通过一定的工艺得到润湿性 提高的可可粉，用热水冲调即可以得到可饮用的可可饮料。 而含有大部分可可粉的具有一定货架期的饮料却很少。 1 1 3 可可饮料中存在的主要问题 一：沉淀 原因：( 1 ) 可可粉的粒径较大，在重力的作用下会发生物理性的沉淀 ( 2 ) 经过焙烤后可可中的成分发生了复杂的化学变化，得到的可可粉的润 湿性差，在水相中不能稳定的存在。 ( 3 ) 高温灭菌过程中会出现热沉淀，因为可可饮料是中性饮料，需要高温热 处理，在热处理过程中，可可饮料中的成分会发生反应，出现热絮凝等现象，破坏了原有 饮料的稳定性 二：油月旨上浮 原因：可可粉中含有可可脂，在可可饮料的加工过程中，可可脂从可可粉中渗透出来， 灭菌过程会加剧可可脂的溶出，冷却后会凝集成白色的固体浮于液面。即使在以上处理过 程中可可脂没有上浮，在可可饮料的储存过程中，乳状液的破坏也会导致可可脂的再次上 浮。 传统的解决可可沉淀和油脂上浮的方法是加入牛奶，稳定剂，润湿翘，乳化剂，增稠剂 等，或者是提取可可粉中的风味物质加入到饮料中。生产出来的可可饮料乳的添加量多， 而可可粉较少，当可可粉含量较高时饮料很容易出现沉淀，加入太多的增稠剂则会影响可 可饮料的口感，且太多的乳化剂，润湿剂等的加入增加了可可饮料的成本。 江南大学硕士学位论文 1 2 本课题的研究内容 本实验是希望通过酶解、物理、化学等方法的综合运用降低可可的沉淀以及添加合适 的乳化剂解决油脂上浮问题，以达到提高可可饮料稳定性的目的。 1 用酸性淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶、木聚糖酶对可可粉进行处理，用以增加饮料体 系中的可溶性固形物的含量以及减小可可粉粒子的大小，最终确定最佳的酶的配比和最佳 的添加量。 2 对酶解后的可可粉的性质进行研究，研究酶解对可可粉的成分、超微结构、带电性 质的影响。 3 添加不同的稳定剂，研究不同稳定剂对饮料稳定性的影响，最终确定最佳的稳定剂 类型以及添加量。 4 研究不同的乳化剂、不同的均质条件对可可饮料稳定性的影响。 5 研究贮存过程中，可可饮料的变化。 6 研究可可粉分别与百合汁、银杏汁复配的最佳口味和最佳稳定性的饮料配方。 6 第二章可可饮科酶解工艺及酶解前后可可粉体系变化的研究 第二章可可饮料酶解工艺及酶解前后可可粉体系变化的研究 2 1 前言 酶法处理在食品工业中有着广泛的运用。酶在饮料制品中的作用方式多种多样，既可 以是内源酶的自发作用，如在茶叶和可可制品中，也可以是在酿造和水果汁工业中通过添 加具有高度专一性的商业酶来控制【h 】。在果蔬汁加工工艺中，果胶酶和纤维素酶的加入能 够大大提高果汁的得率，据资料报道，酶法液化可使苹果和梨的浸出率达到9 0 9 “9 5 【l ”。 用可可粉生产可可风味饮料已经有相当长的历史了，但是可可粉很容易出现沉淀，饮 料的货架期比较短。制各得到可可粉之后，通过特殊的酶处理工艺能够破坏可可粉的细胞 结构，特别是可可粉细胞壁结构中的纤维素、半纤维素和果胶质等难溶物质，同时也能降 解不溶的高分子物质：蛋白质和淀粉。经过酶解处理后能够一定程度的降低可可粉的粒径， 增加可溶性物质的溶出，提高可可饮料的稳定性。 2 2 材料和方法 2 2 1 材料和仪器 2 2 1 1 实验材料 可可粉 纤维素酶( q 2 1 ) 木聚糖酶( m o n ob g ) 酸性淀粉酶( f u n g a m y l2 5 0 0b g ) 风味蛋白酶5 0 0 m g 水解蛋白酶a l c a j a s e2 4 f g a s l 3 9 8 中性蛋白酶 酸性蛋白酶 2 2 1 2 实验仪器 7 2 2 型光栅分光光度计 5 0 l 型超级恒温器 p h s 一2 型酸度计 、v z s 1 型阿贝折光仪 箱式电阻炉 w 8 0 a 旋涡混合器 酶反应器 马来西亚可可局提供 无锡杰能科酶制剂厂提供 n o v o 公司提供 无锡杰能科酶制剂厂提供 诺维信生物技术有限公司提供 诺维信生物技术有限公司提供 无锡杰能科 诺维信生物技术有限公司提供 上海精密科学仪器有限公司 上海实验仪器厂 上海第二分析仪器厂 上海实验仪器厂 上海实验仪器总厂 上海医药大学仪器厂 自制 江南大学硕士学位论文 c i u ( d 一2 8 0 不锈钢电热手提消毒器 h y d r o2 0 0 0 m u 粒度仪 d p m 1 z e t a 电位测定仪 l g j 1 0 冷冻干燥机 g l 2 0 b 冷冻离心机 扫描电子显微镜 a 西l e n t1 1 0 0 型高效液相色谱仪 z x9 8 一l 型旋转蒸发仪 2 2 2 实验方法 上海申安医疗器械厂 英国马尔文仪器公司提供 上海市计量局实验工厂 北京四环科学仪器厂 上海安亭科学仪器厂 日本日立公司 安捷伦科技有限公司 上海有机化学研究所 2 2 2 1 水分测定 直接干燥法【1 4 】； 2 2 2 2 脂肪含量的测定 索氏抽提法f 1 4 1 2 2 2 3 蛋白质含量的测定 微量凯氏定氮法f 1 4 】，其中氮换算成蛋白质的系数是6 2 负 2 2 2 4 还原糖的测定 3 ，5 一二硝基水杨酸比色法【1 4 】 2 2 2 5 淀粉含量的测定 酶水解法1 1 4 】 2 2 2 6 可溶性固形物 阿贝折光法【1 5 】； 2 2 2 7 游离氨基酸的测定 采用t n b s 法：取2 i r 正水解液，加入到含有i o m l1 s d s 的试管中，在7 5 水浴中 保温1 5 m i i l ，并不时震荡试管，然后用s d s 稀释到所需的浓度，取此稀释液0 1 m l ，加2 n l l o 2 1 2 5 m o l l ，p h 8 2 0 的磷酸盐缓冲溶液和l m l0 1 的1 n b s 溶液，放入5 0 的恒温水浴 锅，用黑布蒙起反应l h 后，加4 m lo 1 m o l ，l 的盐酸终止反应，室温放置3 0 i i l i n ，3 4 0 n m 比 色。 2 2 2 8 粒径分布 采用h y d r o2 0 0 0 m u 激光粒径分布测定仪测定。将不同酶解处理的可可样品加入到 以水为介质的准各池中，稀释后样品被泵入测定室中。激光束照射，测定范围 0 0 2 睢2 0 0 0 0 0 0 肿，测定数据用m t e r s i z e r2 0 0 0 软件进行分析。 2 2 2 9 酶解前后可可粉体系变化的测定 ( 1 ) 样品的处理 酶解前的样品直接用原料可可粉；酶解后的产品需要进行冷冻干燥，然后用中药粉碎 机粉碎。 ( 2 ) 油脂的测定 r 第二章可可饮科酶解工艺及酶解前后可可粉体系变化的研究 取1 0 9 干燥的样品加入到1 ：l 甲醇：三氯甲烷的1 5 0 m l 的溶液中，在4 搅拌2 h ， 在6 0 0 0 g 离心1 5 m i n ，倾出清液，重复一次，合并清液，将清液干燥得到油脂【1 6 】。 ( 3 ) 可溶性物质的测定 将上面得到的残渣用1 5 0 m l 的水在室温下搅拌提取2 h ，提取两次，合并提取液，浓 缩并冷冻干燥，然后测定水分含量，计算出干物质f 1 6 1 。 ( 4 ) 蛋白质的测定 将上面得到的不溶物加入到1 5 0 m l2 ：l ：l ( w v v ) 苯酚：乙酸：水( p a w ) 的溶液 中，在室温下搅拌过夜，离心，再用1 5 0 m l 提取3 h ( 室温下) ，将p a w 溶解的部分进行 透析，将透析产物冷冻干燥，然后测定水分含量，计算出干物质【1 6 】。 ( 5 ) 淀粉的测定 将p a w 不溶的部分加入到1 5 0 m l1 0 0 d m s o ( 二甲亚砜) 中室温下搅拌5 h ，将清液倾 出，再用1 5 0 m l 9 5 的d m s 0 搅拌过夜，透析然后冷冻干燥，再测定水分含量，计算出干 物质1 1 6 j 。 砸) 细胞壁材的分析 将d m s o 不溶解的部分在4 的水中透析，再冷冻干燥。称取1 9 的c w m ( 细胞壁 材) 溶解在1 0 0 m l o 0 5 m c d t a ( 环乙二胺四乙酸) o 0 5 m n a 2 c o3 ( 含有2 0 m m n a b h 4 ) ， 在室温下搅拌3 h ，7 0 0 0 g 离心得到清液，残渣用5 0 m l 水洗，将所有的清液混合，调节 d h 到5 o 。再进行透析，然后冷冻干燥，再测定干物质含量：残渣再次加入到1 0 0 m l 4 m k o h ( 含有2 0 m mn a b h 4 ) ，室温下搅拌2 h ，离心将上层清液用乙酸调节到中性再进行透析， 冷冻干燥，再测定干物质含量：将残渣也进行透析，冷冻干燥，再测定干物质含量【l 6 1 。 ( 7 ) 水溶性物质中寡糖和单糖的分析 称取2 9 可溶性物质加入到2 0 m l 的水中，在1 0 0 0 m l 的水中透析，重复两次，分离出 低分子量的单糖和寡糖，将水溶液合并，浓缩，冷冻干燥，用h p l c 分析【1 6 】。 2 2 2 1 0z e t a 电位的测定 采用d p m 1 z e t a 电位测定仪对样品中悬浮颗粒的z e t a 电位进行测定。将样品适当稀 释，然后分别测定其中1 0 个微粒在正反方向移动一格( 8 0 “m ) 的时间，共计2 0 次。测定 时工作电压为3 8 v 。温度为2 8 ，并从仪器附表中查出与温度有关的常数k t ( 1 2 8 5 ) ，仪 器常数为2 o o o 。 z e 诅电位计算：号= 兰掣 u 其中：u = s 。n t 式中： 悬浮颗粒z e t a 电位( m v ) ；k 。与温度有关的常数： l a 仪器常数； u 电泳速率( 弘m s ) ： u 工作电压( v ) ： s格子长度，8 0 岬： n 测定的次数； t 测定的时间( s ) 2 2 2 1 1 超微结构的测定 样品在4 下放置5 天后用5 戊二醛固定，然后再依次进行磷酸缓冲液漂洗，1 锇酸 9 江南大学硕士学位论文 固定，乙醇梯度脱水，二氧化碳临晃点干燥后用扫描电镜双察，加速电压：2 0 k v 。 2 3 结果和讨论 2 3 1 可可饮料酶解工艺的研究 2 3 1 1 原料的成分 本试验使用的可可粉未经过碱化处理，p h 为5 5 左右。对其进行成分分析，主要成分 如表2 1 所示。 表2 1 可可粉的主要成分( 俐f w ) 2 3 1 2 淀粉酶的作用 可可粉中含有相当多的淀粉，淀粉在饮料储藏中易形成沉淀。在焙炒过程中部分淀粉 与蛋白质、美拉德反应产物、多酚共同作用，生成了一种与木质素性质类似的复杂的不溶 的物质【1 6 1 。本研究期望通过酶的作用破坏该物质的结构，提高可溶性，同时防止由淀粉引 起的沉淀的产生，以及增加饮料中可溶性固形物的含量。 为了得到好的酶解效果，需要将淀粉糊化，通过图2 1 发现8 8 4 6 6 是淀粉的糊化峰， 糊化从5 8 0 9 l 开始到1 1 8 4 6 5 结束。 l ： l 7 0 ； i 锄 耋蟑 4” ”t p o 1 ”1 ”1 ”9 图2 1d s c 测定可可粉的糊化温度 知道了糊化温度范围后，还需要确定热处理的强度。热处理的理想效果是在保证淀粉 充分糊化的同时，定程度的破坏可可粉的结构，从而有利于酶的作用。可可粉结构的破坏 可以用料液中可溶性固形物含量的变化作为指标。本试验采用的方法是将料液( 可可粉：水= 1 ：7 ) 在不同的条件下进行处理，测定料液中可溶性固形物的变化。 l o 第二章可可饮料酶解工艺及酶解前后可可粉体系变化的研究 表2 2 不同热处理强度对料液中可溶性固形物含量的影响 热处理强度 可溶性固形物含量( w w ) 未热处理 8 5 3 0 m i n 8 5 6 0 m i n 1 0 0 1 5 m i n 1 0 0 6 0 m i n 1 1 5 1 0 m i n 1 1 5 3 0 m i n 3 2 3 8 3 8 4 5 4 7 4 6 5 4 由表2 2 发现8 5 加热3 0 m i n 和6 0 m i n 料液中可溶性固形物含量变化不是很明显，淀 粉没有充分糊化。而1 1 5 加热1 0 m i l l 和3 0 m i n 后，虽然可可粉糊化比较充分，但是可可粉 中含有一定量的脂肪酸，高温下发生了氧化。且有不良风味产生。面l o o 处理，可可粉中 的物质溶出较多，结构破坏程度较高，没有不良风味产生，考虑到1 5 i i l i n 和6 0 m i n 处理后溶出 的可溶性固形物差不多，选择热处理强度为1 0 0 1 5 m i n 。 淀粉酶的作用过程如下： 可可粉和水按照1 ：7 混合一微沸l5 m i n 一加入酸性淀粉酶反应 淀粉酶酶解的最适p h 是5 5 ，温度是6 0 ，考虑到工艺中还要加入纤维素酶，该酶对 可可粉粒径减小具有重要作用，所以将温度选择为纤维素酶的最适温度：5 0 ，实验发现 淀粉酶在此温度下仍然有很好的作用。所以最终确定淀粉酶作用的p h 是可可的天然 p h 5 4 5 ，温度为5 0 ，考虑到生产的成本，反应