小麥纖維及復(fù)合乳化劑對(duì)花生醬穩(wěn)定性的影響

李凌峰，徐延良，王金來，史春娟，郇延軍，*

（1.江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無錫214122；2.日照盛康糧油工貿(mào)有限公司，山東日照276800；3.上海諾申食品貿(mào)易有限公司，上海200065）

花生醬是由去皮花生仁經(jīng)烘烤、碾磨加工而成的醬狀食品。由于花生富含維生素及礦物質(zhì)，尤其是含有豐富的不飽和脂肪酸[1]，因此花生醬素有“綠色牛乳”之稱。單純經(jīng)烘烤、碾磨出來的純花生醬具有良好的涂抹性，但由于醬體中油脂和固形物顆粒存在密度差異，又缺少乳化物質(zhì)，故長時(shí)間放置會(huì)導(dǎo)致油脂上浮、固形物聚集和沉降，從而出現(xiàn)嚴(yán)重的析油現(xiàn)象。不僅影響商品的美觀，而且離析出來的油脂，極易氧化酸敗[2-3]，影響花生醬的品質(zhì)。目前解決此問題的方法，是在花生醬中添加氫化油，達(dá)到對(duì)醬體的固化作用，從而提高其保質(zhì)期內(nèi)的品質(zhì)穩(wěn)定性。氫化油是食品生產(chǎn)過程中普遍使用的添加劑，由于氫化油中含有大量的反式脂肪酸，過多食用后會(huì)增加心腦血管疾病、糖尿病、記憶力衰退等風(fēng)險(xiǎn)，近年來受到世界各國的關(guān)注和限制；或者添加植物蛋白粉[4]等作為穩(wěn)定劑來降低體系中油脂、花生蛋白及花生醬顆粒的表面自由能，使固形物不再聚集來達(dá)到長期保持均勻穩(wěn)定的要求，但穩(wěn)定劑誘導(dǎo)的強(qiáng)排斥力導(dǎo)致花生醬固化作用過于明顯[5]，造成涂抹性不佳；或者僅從碾磨工藝入手，降低顆粒直徑來減緩沉降速度[6]，該方法效果并不明顯。此外，純花生醬由于脂肪含量高，存在過于油膩和長期食用會(huì)帶來肥胖等問題[7]。小麥纖維不僅對(duì)油脂有很強(qiáng)的吸附固定能力，同時(shí)具有改善腸道健康，降低膽固醇，減肥等作用[8]，而選擇合適的復(fù)合乳化劑的親水親油平衡值（HLB值）和用量，是提高乳化穩(wěn)定效果的關(guān)鍵[9-11]，鑒于如今消費(fèi)者對(duì)食物的要求越來越高，研制出能長期保持穩(wěn)定均勻，且具有良好涂抹性的花生醬產(chǎn)品意義非常重大。本文采用響應(yīng)面分析法對(duì)花生醬的穩(wěn)定性進(jìn)行優(yōu)化分析，旨在為花生醬產(chǎn)品的研制提供一定的科學(xué)依據(jù)。

表1 花生醬的基本配方Table 1 The basic formula of peanut butter

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

花生原漿 日照盛康糧油工貿(mào)有限公司；小麥纖維NWF-200 上海諾申食品貿(mào)易有限公司；分子蒸餾單甘脂 廣州品秀精細(xì)化工有限公司；蔗糖酯SE-11 杭州金鶴來食品添加劑有限公司；蔗糖 上海上棠食品有限公司；食鹽 江蘇井神鹽化股份有限公司；花生油 山東魯花集團(tuán)有限公司。

T18型基本型分散機(jī) 德國IKA公司；2-16PK型離心機(jī) 德國Sigma公司；AR-G2型流變儀 美國TA公司；冰箱 博西華家用電器有限公司；SPX型智能生化培養(yǎng)箱 南京實(shí)驗(yàn)儀器廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品制備工藝流程 花生原漿→加入小麥纖維→攪拌均勻并靜置1h→加入單甘酯→攪拌均勻→加入蔗糖酯、食鹽、蔗糖和水→攪拌均勻→勻漿5min→灌裝、封蓋→殺菌→冷卻→成品。

為使小麥纖維達(dá)到充分的油脂吸附飽和，加入小麥纖維攪拌均勻后需靜置1h。

單甘酯用少量熱花生油溶解好后加入到花生醬中，蔗糖酯則與食鹽、蔗糖一起加入到50℃溫水中溶解后加入到花生醬中。花生醬基本配方見表1。

1.2.2 不同HLB值復(fù)合乳化劑的制備 復(fù)合乳化劑的HLB值是所有乳化劑分子中各化學(xué)基團(tuán)的親水和親油性的加和，復(fù)合乳化劑的HLB值為各乳化劑HLB值的加權(quán)平均值[12-13]，可以通過下式計(jì)算：

HLBa，b=HLBa·A+HLBb·B，其中A、B為乳化劑的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)

分子蒸餾單甘酯（HLB值為3.8）和蔗糖酯SE-11（HLB值為11）兩種乳化劑按不同比例復(fù)配得到的復(fù)合乳化劑HLB值見表2。

表2 復(fù)合乳化劑各組分比例Table 2 The proportion of different component in compound emulsifier

1.2.3 單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法 研究小麥纖維對(duì)花生醬離心乳析率的影響時(shí)，保持復(fù)合乳化劑的HLB值為7，總用量為0.4%不變，分別在小麥纖維用量為2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%下測定其離心乳析率和粘度。

研究復(fù)合乳化劑HLB值對(duì)花生醬離心乳析率的影響時(shí)，保持小麥纖維用量為3%，復(fù)合乳化劑總用量為0.4%不變，分別在復(fù)合乳化劑的HLB值為6、7、8、9、10、11時(shí)測定其離心乳析率和粘度。

研究復(fù)合乳化劑總用量對(duì)花生醬離心乳析率的影響時(shí)，保持小麥纖維用量為3%，復(fù)合乳化劑HLB值為7不變，分別在復(fù)合乳化劑總用量為0.1%、0.18%、0.26%、0.34%、0.42%、0.5%下測定其離心乳析率和粘度。

1.2.4 離心乳析率的測定 取制備好的花生醬樣品，室溫下靜置24h，取10mL加入離心管中，采用3000r/min在25℃的條件下離心30min[14]，讀出油析的體積，每個(gè)樣平行測3次取平均值，利用下式計(jì)算離心乳析率。

離心乳析率（%）=析油體積（mL）/離心花生醬總體積（mL）×100

1.2.5 粘度的測定 取制備好的花生醬樣品，置于流變儀上，平板直徑為20mm，間隙1mm，設(shè)定溫度25℃，固定剪切速率為1s-1，測定花生醬的粘度，每個(gè)樣平行測3次取平均值。

1.2.6 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法 根據(jù)中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，選擇小麥纖維用量（X1）、乳化劑HLB值（X2）、復(fù)合乳化劑用量（X3）3個(gè)因素，以花生醬離心乳析率為響應(yīng)值，利用Design-Expert8.0軟件采用三個(gè)水平的響應(yīng)面分析法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理及模型建立[15-16]，各因素水平表見表3。

表3 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 3 The factors level table of response surface experiment

1.2.7 不同條件下儲(chǔ)存穩(wěn)定性的測定 利用響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)優(yōu)化出來的最佳參數(shù)，制備3份花生醬，分別于室溫、冰箱5℃及恒溫箱37℃放置[17]，分別于第0、10、20、30、40、50、60d觀察其是否有析油、析水、分層等不穩(wěn)定現(xiàn)象并測定其離心乳析率。

1.2.8 感官評(píng)定方法 感官評(píng)定小組由8位食品專業(yè)人員組成，評(píng)定前先進(jìn)行多次對(duì)花生醬品質(zhì)特性描述的一致認(rèn)定與培訓(xùn)。采用9分制對(duì)樣品的色澤、香氣、組織狀態(tài)、口感、涂抹性和總體可接受性6個(gè)方面進(jìn)行評(píng)分[18-19]，具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表4。每位成員單獨(dú)進(jìn)行各個(gè)指標(biāo)的評(píng)定，每個(gè)樣品評(píng)定前都用清水漱口，以排除上一個(gè)樣品的影響。

表4 花生醬的感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Table 4 The sensory evaluation criteria of peanut butter

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1.1 小麥纖維用量對(duì)花生醬穩(wěn)定效果的影響 小麥纖維在花生醬中能利用其具有較大比表面積的特點(diǎn)，以及其團(tuán)粒表面原子團(tuán)的化合價(jià)剩余力量所產(chǎn)生的吸附力，將花生醬中的油脂吸附于其顆粒中，并通過其自身在醬體中能均勻分布不易聚集的特性使油脂也均勻地分布于醬體中。

從圖1可以看出，隨著小麥纖維含量的增加，花生醬的離心乳析率不斷降低。在小麥纖維含量較低時(shí)，花生醬中的油脂含量大于小麥纖維對(duì)油脂的最高吸附閾值，導(dǎo)致部分油脂還未被小麥纖維吸附，處于可以自由流動(dòng)的狀態(tài)。隨著小麥纖維含量的增加，可用于吸附的表面積增加，對(duì)油脂的吸附量也增加，處于自由狀態(tài)的油脂減少，導(dǎo)致離心乳析率降低。當(dāng)小麥纖維含量超過3%時(shí)，其對(duì)油脂的吸附量接近平衡，花生醬的離心乳析率降低緩慢。粘度是評(píng)價(jià)涂抹性的一個(gè)重要指標(biāo)，粘度能有效反映涂抹性的好壞，由圖1可看出，超過3%的小麥纖維添加量使花生醬粘度增加，但小麥纖維用量大于4%時(shí)，導(dǎo)致醬體過于粘稠，不利于涂抹，因此，選取3%～4%為小麥纖維的較優(yōu)用量。

圖1 小麥纖維用量對(duì)花生醬離心乳析率及粘度的影響Fig.1 Effect of wheat fiber dosage on centrifugal creaming rate and viscosity of peanut butter

2.1.2 乳化劑HLB值對(duì)花生醬穩(wěn)定效果的影響 乳化劑能降低花生醬體系中油脂、固形物顆粒等各相的表面張力，減小各相相互間的排斥力，達(dá)到乳化穩(wěn)定的作用。適合在堅(jiān)果類醬制品中使用的乳化劑有多種，如單甘酯、蔗糖酯、大豆卵磷脂、Tween-20等。單甘酯在分散相中，能以α-晶型的水合物形式存在，α-晶型有利于提高乳化活性，能起到水包油（O/W）型乳化劑的作用。蔗糖酯的分子結(jié)構(gòu)中，親水部分蔗糖基占優(yōu)勢，具有水包油（O/W）型乳化劑的性能，而且蔗糖酯能穩(wěn)定單甘酯的α-晶型。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇分子蒸餾單甘酯和蔗糖酯SE-11復(fù)配作為花生醬的復(fù)合乳化劑。

從圖2可以看出，隨著復(fù)合乳化劑HLB值的升高，花生醬離心乳析率呈先下降后上升的趨勢，在HLB為7時(shí)達(dá)到最小值4.52%，在7～11的范圍內(nèi)又上升。這是由于HLB值升高，復(fù)合乳化劑的親水基團(tuán)相對(duì)于親油基團(tuán)所占比例增加，在HLB值為7左右時(shí)候，各基團(tuán)剛好能迅速吸附在油相和水相表面形成新的界面，降低了界面的張力，提高了花生醬體系的穩(wěn)定性，而隨著HLB值繼續(xù)增加，親油基團(tuán)比例越來越少，以至于不足以吸附在所有脂肪顆粒表面形成O/W體系，導(dǎo)致一部分油脂的聚集上浮，醬體的穩(wěn)定性降低，使離心乳析率呈升高趨勢。而粘度隨HLB值的變化不明顯，都在可接受范圍內(nèi)。因此，選取6～8為花生醬復(fù)合乳化劑的較優(yōu)HLB值。

圖2 復(fù)合乳化劑HLB值對(duì)花生醬離心乳析率及粘度的影響Fig.2 Effect of the HLB value of compound emulsifier on centrifugal creaming rate and viscosity of peanut butter

2.1.3 復(fù)合乳化劑用量對(duì)花生醬穩(wěn)定效果的影響 從圖3可以看出，花生醬的離心乳析率隨復(fù)合乳化劑用量的增加而降低，當(dāng)用量高于0.34%時(shí)，其降低趨勢不再明顯。其原因?yàn)椋弘S著乳化劑用量的增加，吸附在界面上的乳化劑基團(tuán)濃度增多，其降低界面張力的能力隨之增強(qiáng)，使得脂肪顆粒能均勻地分布在醬體中，互相之間不易聚集[20]，不利于形成能夠上浮的油脂層。當(dāng)復(fù)合乳化劑用量增加到0.34%以上時(shí)，其界面張力隨復(fù)合乳化劑用量增加的降低趨勢不再明顯，這可能是0.34%以上的復(fù)合乳化劑用量使乳化劑分子間形成了膠束，0.34%左右的濃度是臨界膠束濃度，當(dāng)復(fù)合乳化劑的用量達(dá)到臨界膠束濃度時(shí)，通過增加復(fù)合乳化劑用量來達(dá)到花生醬穩(wěn)定的方法不再合適。同樣也可以看出，在0.1%～0.5%的復(fù)合乳化劑的用量范圍內(nèi)，花生醬的粘度沒有顯著性變化，故選取0.26%～0.42%為花生醬復(fù)合乳化劑的較優(yōu)使用量。

圖3 復(fù)合乳化劑用量對(duì)花生醬離心乳析率及粘度的影響Fig.3 Effect of compound emulsifier dosage on centrifugal creaming rate and viscosity of peanut butter

2.2 響應(yīng)面法分析和優(yōu)化

2.2.1 響應(yīng)面的顯著性分析 在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取對(duì)花生醬離心乳析率有顯著影響的小麥纖維用量（X1）、乳化劑HLB值（X2）、復(fù)合乳化劑用量（X3）3個(gè)因素，采用響應(yīng)面分析法對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，利用Design-Expert8.0軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理及模型的建立，實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果見表5。

對(duì)表5的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多元回歸擬合，得到花生醬離心乳析率預(yù)測值對(duì)小麥纖維用量（X1），乳化劑HLB值（X2）和復(fù)合乳化劑用量（X3）的二次多項(xiàng)回歸方程如下：

Y=67.55-11.24X1-8.50X2-89.84X3+0.56X1X2+13.88X1X3+4.03X2X3+0.48X12+0.37X22+24.14X32

表5 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果Table 5 The design and result of response surface experiment

對(duì)上述響應(yīng)面回歸模型進(jìn)行方差分析，分析結(jié)果見表6。

從表6可以看出，模型方程的F值為56.94，Pr＞F值小于0.0001，由誤差引起的失擬項(xiàng)不顯著，說明上述回歸方程的因變量和全體自變量之間的線性關(guān)系顯著，用其來描述各因素與響應(yīng)值之間的關(guān)系是可靠的。回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)結(jié)果還表明，X1、X3、X1X2、X1X3、X2X3、X22項(xiàng)的影響極顯著，X12、X32的影響顯著，其余項(xiàng)則對(duì)花生醬離心乳析率無顯著影響。

2.2.2 最優(yōu)配方的確定及驗(yàn)證 圖4～圖6分別表示了小麥纖維用量和復(fù)合乳化劑HLB值、小麥纖維用量和復(fù)合乳化劑用量、復(fù)合乳化劑HLB值和復(fù)合乳化劑用量對(duì)花生醬離心乳析率的影響。

表6 響應(yīng)面回歸模型方差分析結(jié)果Table 6 The results of variance analysis for the regression model of response surface

圖4 小麥纖維用量和復(fù)合乳化劑HLB值對(duì)離心乳析率影響的響應(yīng)面曲線圖Fig.4 Response surface graph of the effect of the wheat fiber dosage and the HLB value of the compound emulsifier on the centrifugal creaming rate

圖5 小麥纖維用量和復(fù)合乳化劑用量對(duì)離心乳析率影響的響應(yīng)面曲線圖Fig.5 Responsesurfacegraphoftheeffectofthewheatfiberdosage and compound emulsifier dosage on the centrifugal creaming rate

圖6 復(fù)合乳化劑HLB值及其用量對(duì)離心乳析率影響的響應(yīng)面曲線圖Fig.6 Response surface graph of the effect of the HLB value and dosage of the compound emulsifier on the centrifugal creaming rate

由圖4～圖6的響應(yīng)面曲線圖可以看出，小麥纖維用量、復(fù)合乳化劑HLB值及其用量3個(gè)因素之間交互作用明顯。由圖4可以看出，當(dāng)復(fù)合乳化劑用量保持不變時(shí)，降低小麥纖維用量可以減小花生醬乳析率；而復(fù)合乳化劑HLB值對(duì)離心乳析率的影響呈拋物線狀，隨著復(fù)合乳化劑HLB值的增加，其離心乳析率先降低而后又升高。

由圖5可以看出，保持復(fù)合乳化劑HLB值不變，當(dāng)小麥纖維用量少時(shí)，復(fù)合乳化劑用量的增加使花生醬離心乳析率緩慢下降；而當(dāng)小麥纖維用量多時(shí)，復(fù)合乳化劑用量的增加使花生醬離心乳析率升高。當(dāng)復(fù)合乳化劑用量少時(shí)，花生醬的離心乳析率隨著小麥纖維用量的增加緩慢下降；當(dāng)復(fù)合乳化劑用量多時(shí)，則隨著小麥纖維用量的增加呈上升趨勢。

由圖6可以看出，在保持小麥纖維用量一定時(shí)，復(fù)合乳化劑HLB值的增加使花生醬離心乳析率呈先降低后升高的趨勢。

以花生醬離心乳析率最低為評(píng)價(jià)指標(biāo)，設(shè)定小麥纖維用量、復(fù)合乳化劑HLB值及復(fù)合乳化劑用量3個(gè)因素在各自水平所需范圍內(nèi)，利用軟件對(duì)響應(yīng)面結(jié)果進(jìn)行最優(yōu)化分析，得出花生醬的最優(yōu)參數(shù)如下：小麥纖維用量為3%，復(fù)合乳化劑HLB值為7.08，復(fù)合乳化劑用量為0.41%，即小麥纖維用量3%，分子蒸餾單甘脂用量0.22%，蔗糖酯SE-11用量0.19%。此時(shí)花生醬離心乳析率的預(yù)測值為4.12%。為檢驗(yàn)響應(yīng)面分析方法的可靠性，采用上述優(yōu)化參數(shù)重新制作花生醬樣品進(jìn)行離心實(shí)驗(yàn)，實(shí)際測得離心乳析率為4.23%，與預(yù)測值非常接近，這表明采用該模型優(yōu)化得到的工藝參數(shù)準(zhǔn)確可靠，可為實(shí)際操作提供指導(dǎo)。而未作任何優(yōu)化的純花生醬的離心乳析率為9.95%，可知響應(yīng)面優(yōu)化后的花生醬離心乳析率相比純花生醬下降了57.5%，很大程度上解決了花生醬的析油問題，提高了花生醬的穩(wěn)定性。

2.3 響應(yīng)面優(yōu)化后的花生醬與純花生醬的比較

2.3.1 不同條件下儲(chǔ)存穩(wěn)定性的比較 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)優(yōu)化后花生醬與純花生醬在不同儲(chǔ)存條件下儲(chǔ)存，以A表示優(yōu)化后花生醬，B表示純花生醬，其穩(wěn)定性觀察結(jié)果見表7，離心乳析率測定結(jié)果見圖7。

由表7可以看出，在0～10d時(shí)，優(yōu)化后花生醬與純花生醬的儲(chǔ)存穩(wěn)定性無明顯差異，均處于穩(wěn)定狀態(tài)；在20d時(shí)，置于恒溫箱中的純花生醬開始出現(xiàn)析油現(xiàn)象，而優(yōu)化后的花生醬未出現(xiàn)；在30d時(shí)，純花生醬的析油現(xiàn)象變得明顯，恒溫箱中的樣品析油量增加，室溫下的樣品也開始出現(xiàn)析油，而優(yōu)化后的花生醬只在恒溫箱中的樣品里出現(xiàn)極少量析油現(xiàn)象；在多于40d時(shí)，純花生醬的析油量迅速增加，開始出現(xiàn)較明顯的油醬分層現(xiàn)象，而優(yōu)化后的花生醬未出現(xiàn)油醬分層，只是在37℃保藏的樣品中有少量油脂上浮。圖7的結(jié)果同樣表明，在3種條件下儲(chǔ)存，優(yōu)化后的花生醬離心乳析率均低于純花生醬，這充分說明在花生醬體系中，油相和水相界面的穩(wěn)定性決定其儲(chǔ)存穩(wěn)定性。

表7 不同儲(chǔ)存條件下花生醬的穩(wěn)定性Table 7 The stability of peanut butter in different storage conditions

圖7 不同儲(chǔ)存條件下花生醬的離心乳析率Fig.7 The centrifugal creaming rate of peanut butter in different storage conditions

2.3.2 感官評(píng)定結(jié)果的比較 由圖8可知，與傳統(tǒng)的純花生醬相比，響應(yīng)面優(yōu)化后的花生醬在色澤、香氣和組織狀態(tài)上感官評(píng)分略低，但差距不大；而在口感、涂抹性和總體可接受性上，優(yōu)化后的花生醬則占明顯優(yōu)勢，尤其是口感上，雖然純花生醬口感細(xì)膩，有較好的粘稠度，但是存在一定的油膩感和不容易吞咽的感覺，優(yōu)化后的花生醬則沒有這些不好的口感；優(yōu)化后花生醬的總體可接受性也明顯優(yōu)于純花生醬。

圖8 花生醬的感官評(píng)定結(jié)果Fig.8 The sensory evaluation of peanut butter

3 結(jié)論

3.1 通過單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面分析法對(duì)花生醬的穩(wěn)定性工藝進(jìn)行了優(yōu)化，建立了二次多項(xiàng)數(shù)學(xué)模型并驗(yàn)證了其有效性。優(yōu)化所得最優(yōu)花生醬穩(wěn)定配方為：小麥纖維用量3%，復(fù)合乳化劑HLB值7.08，乳化劑用量0.41%，即小麥纖維用量3%，分子蒸餾單甘脂用量0.22%，蔗糖酯SE-11用量0.19%，在此條件下制備的花生醬離心乳析率為4.23%，與響應(yīng)面模型的預(yù)測值4.12%非常接近，該值與純花生醬相比下降了57.5%。將其與純花生醬在不同條件下作儲(chǔ)存穩(wěn)定性的比較，發(fā)現(xiàn)其儲(chǔ)存穩(wěn)定性均大大優(yōu)于純花生醬。

3.2 比較優(yōu)化后花生醬與純花生醬的各項(xiàng)感官指標(biāo)，結(jié)果表明：雖然優(yōu)化后的花生醬在色澤、香氣和組織狀態(tài)上感官評(píng)分略低，但在口感、涂抹性和總體可接受性方面占明顯優(yōu)勢，解決了純花生醬不易吞咽的缺陷，同時(shí)還提升了純花生醬的涂抹性。

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