不同工藝對芝麻醬穩(wěn)定性及流變學(xué)特性的影響

檀靜，汪學(xué)德*，李曉明，曾國展

(1.河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，鄭州 450001；2.鄭州四維糧油工程技術(shù)有限公司，鄭州 450001；3.河南駐馬店頂志油脂有限公司，河南 駐馬店 463000)

芝麻醬是一種膠體懸浮液，主要由芝麻油和親水性的固體懸浮物構(gòu)成。在生產(chǎn)芝麻醬的加工工藝中，經(jīng)過篩選、清洗、炒籽和揚煙等過程，然后將預(yù)處理過的芝麻種子研磨成醬狀。芝麻醬含有較多的脂肪、蛋白質(zhì)、氨基酸和礦物質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)。芝麻醬是一種固液不穩(wěn)定懸浮體系，液相是芝麻油，固相主要是變性的蛋白等物質(zhì)。由于固相親水性要大于親油性，所以芝麻醬會出現(xiàn)析油現(xiàn)象，為解決這一難題，國內(nèi)大多采取添加乳化劑等方式來改進芝麻醬的膠體穩(wěn)定性[1]。但是隨著消費者食品安全意識的加強，很多人比較抵觸。國外有相關(guān)研究報道芝麻醬膠體的穩(wěn)定性和粒徑有一定的關(guān)系，采用物理的方法來降低芝麻醬的析油程度[2-4]。但是這些文獻并沒有研究不同的設(shè)備是否會對芝麻醬的粒徑和芝麻醬的體系穩(wěn)定性有著重要的影響。本研究以芝麻為原料，對石磨、膠體磨、介質(zhì)磨這3種不同的工藝制得的芝麻醬進行品質(zhì)對比分析，以期為生產(chǎn)不同需求的高品質(zhì)芝麻醬提供參考。由于制作工藝需要不斷地改善提高，研究芝麻醬粒徑大小、溫度等因素對其油醬的穩(wěn)定性以及流變學(xué)特性是非常重要的。很多消費者反映，帶皮芝麻醬口感有些苦澀，可能是由于芝麻皮中含有大量的草酸和不利于人體消化吸收的粗纖維，而且草酸又會與鈣結(jié)合影響人體對鈣的吸收[5]。因此，本文又對脫皮芝麻醬和帶皮芝麻醬進行了品質(zhì)對比。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 原料和試劑

白芝麻：購自駐馬店頂志食品有限公司，分別采用膠體磨、石磨和介質(zhì)磨制得芝麻醬油樣。

試劑：氫氧化鈉、無水乙醇、硫代硫酸鈉、淀粉、氫氧化鉀、百里酚酞、冰乙酸、鹽酸、異辛烷、碘化鉀飽和溶液、石油醚、三氯甲烷，均為分析純；甲醇、正己烷、正庚烷，均為一級色譜純。

1.1.2 儀器

Kjeltec 8400型全自動凱氏定氮儀，F(xiàn)ibertec 2010型全自動纖維測定儀 丹麥FOSS公司；電加熱轉(zhuǎn)爐(電炒鍋) 鄭州企鵝糧油機械有限公司； SHZ-D(Ⅲ)循環(huán)水式真空泵，DF-101S集熱式磁力攪拌器 鞏義市予華儀器有限公司；JM-L80膠體磨 溫州市龍灣華威機械廠；SM40-50型小磨油石磨 鄭州惠真石磨小磨油公司；食品專用超細研磨介質(zhì)磨 北京協(xié)同創(chuàng)新研究院；高效液相色譜儀 日本島津公司； HAAKE MARS 60流變儀 德國Thermo Fisher Scientific公司；BT-9300H型激光粒度分布儀 丹東市百特儀器有限公司；Agilent 6890氣相色譜儀 美國安捷倫公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 芝麻醬主要指標測定

上海市原水通水切換期間正值流域枯水期，同時也是太湖水資源供需矛盾相對突出的時段。2010年11月中旬，太湖水位雖略高于多年平均水位，但如果通過太浦河長時間、大流量向下游黃浦江供水，必將加快太湖水位下降趨勢，從而影響太湖周邊地區(qū)用水和太湖水環(huán)境。根據(jù)多年降雨和太湖水位變化情況預(yù)測，如果不同期開展引江濟太應(yīng)急調(diào)水，加大引水入湖力度，太湖水位將大幅度降低。同時，實施引江濟太應(yīng)急調(diào)水雖然可以有效補充太湖水量，減緩太湖水位下降，但開啟常熟水利樞紐泵站長時間、大流量引水，相關(guān)水利工程配合運用，水量水質(zhì)監(jiān)測同步開展，還需要研究落實有關(guān)經(jīng)費渠道。

水分及揮發(fā)物的測定：按照GB/T 5528-2008；粗脂肪的測定：按照GB/T 5512-2008；粗蛋白含量的測定：按照GB/T 14489.2-2008；灰分的測定：按照GB/T 5009.4-2003；粗纖維的測定：按照GB/T 5515-2008。

1.2.2 粒度分布測量

采用激光散射分析器對不同的芝麻醬樣品的顆粒粒徑分布進行了測定。為了使樣品分散均勻，芝麻醬用乳化劑來稀釋。通過計算，樣品累積的中位徑、體積平均徑和面積平均徑等數(shù)據(jù)都可以獲得。如果沒有另外說明，那么給出的中位徑即為粒徑的有效直徑。每個樣品進行3次粒度分析，取其平均值。

1.2.3 油醬體系穩(wěn)定性測量

分別在6支5 mL的離心管里裝入(5±0.1) g新鮮配制的樣品，然后以離心速率為4000 r/min，離心30 min[6]。使用下面的公式來測定樣品油醬體系的穩(wěn)定性：

ES=(A-A1/A)×100%。

式中：ES為芝麻醬的穩(wěn)定性，%；A為樣品的質(zhì)量，g；A1為離心所得上清油的質(zhì)量，g。

芝麻油的脂肪酸組成分析依據(jù)GB/T 17376-2008；將芝麻醬用乙醚浸泡3 h，然后離心得到上清液，再將經(jīng)過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)得到的芝麻油進行甲酯制備。

氣相色譜條件:FID檢測器， ID-BP×70 SGE石英毛細管柱(100 m×0.25 mm)，柱溫180 ℃，檢測器230 ℃， H2流速47 mL/min，空氣流速400 mL/min，載氣流速1 mL/min。

1.2.5 HPLC測定芝麻醬中芝麻素、芝麻林素、芝麻酚含量

采用高效液相色譜儀和紫外檢測器進行檢測，色譜條件：色譜柱：Sunfire C18(250 mm×4.6 mm，5 μm)；柱溫：30 ℃；流動相(V/V)：甲醇∶水為70∶30；流速：0.8 mL/min；檢測波長：芝麻素、芝麻林素為287 nm，芝麻酚為293 nm；進樣量：10 μL。

1.2.6 HPLC 測定芝麻油中VE含量

高效液相色譜法測定條件：檢測器：RF-10AXL 熒光檢測器；色譜柱：大連依利特 NH2柱(250 mm×42.6 mm，5 μm)；流動相(V/V)：正己烷∶異丙醇為99∶1；流速：1.0 mL/min；柱溫：40 ℃；柱壓：20 kPa；激發(fā)波長：298 nm；發(fā)射波長：325 nm；進樣量：5 μL。

1.2.7 流變學(xué)特性的分析

流變學(xué)特性使用HAAKE MARS 60流變儀來測量。在不同的條件下，對樣品進行測量。根據(jù)在不同的溫度、轉(zhuǎn)速等條件下，探索芝麻醬與表觀黏度之間的對應(yīng)關(guān)系，主要對芝麻醬的流變學(xué)特性進行研究。

2 結(jié)果與討論

2.1 原料芝麻組成成分

表1 不同預(yù)處理芝麻醬的組成成分Table 1 The composition of sesame paste with different pretreatments %

由表1可知，無論是脫皮芝麻還是帶皮芝麻，芝麻原料的水分及揮發(fā)物含量都高于芝麻醬，差別高達5.36%?？赡苁怯捎谥谱髦ヂ獒u的過程中芝麻經(jīng)過炒籽，使得水分及揮發(fā)物含量減少。相比而言，芝麻醬的粗蛋白和粗脂肪等其他組分的含量普遍高于芝麻原料，但是相差不大?？梢?，芝麻醬具有豐富的營養(yǎng)價值。芝麻醬和脫皮芝麻醬相比，粗纖維和草酸含量大大降低，分別降低了約2.65%和0.97%，對芝麻醬的口感也有很大的影響。脫皮芝麻醬和帶皮芝麻粗蛋白含量相差不大，但是粗脂肪含量提高了約6%，可見芝麻脫皮后可以提高含油率。

2.2 不同工藝制得芝麻醬的指標

表2 粒徑分布參數(shù)Table 2 The distribution parameters of particle size

由表2可知，通過介質(zhì)磨、膠體磨和石磨這3種工藝得到的芝麻醬，用激光散射分析器來進行測定，發(fā)現(xiàn)粒度差別較大。本實驗主要采用中位徑來區(qū)分本次研究中的多種樣品。可以看出，介質(zhì)磨的中粒徑最小為4.21 μm，而石磨的中位徑最大，達到了6.60 μm。油醬體系的穩(wěn)定性也是介質(zhì)磨最穩(wěn)定，達到了88.37%，比石磨的穩(wěn)定性高4.81%。所以芝麻醬穩(wěn)定性與粒徑有一定的關(guān)系，許多國外的文章也有相關(guān)的論證[7]。還可以看出，介質(zhì)磨制得的脫皮芝麻醬穩(wěn)定性最好，高達90.14%。在同種工藝下，脫皮的芝麻醬比帶皮的芝麻醬中位徑小，穩(wěn)定性也是脫皮芝麻醬較強。

2.3 芝麻油脂肪酸成分分析

表3 脂肪酸組成Table 3 The composition of fatty acid %

由表3可知，這3種工藝所制得的芝麻醬，測定經(jīng)過石油醚提取得到的芝麻油，發(fā)現(xiàn)脂肪酸組成成分差別不大，但是含量會有差異。相比其他2種工藝，石磨這種工藝所得到的飽和脂肪酸偏高，除了亞麻酸偏低，為0.22%。石磨是傳統(tǒng)工藝，延續(xù)至今，許多工廠仍然在使用這種方法。介質(zhì)磨的亞油酸含量較高，達到49.49%，比其他2種工藝高出約3%。芝麻醬提取油中的各種脂肪酸含量均在國標范圍之內(nèi)，而且不飽和脂肪酸高達 85%以上，其中主要是油酸和亞油酸，所以芝麻醬還是一種非常優(yōu)質(zhì)的保健食品[8]。

2.4 芝麻油抗氧化成分及效果分析

表4 芝麻中的抗氧化物質(zhì)Table 4 The antioxidant substances in sesame mg/100 g

由表4 可知，3種不同工藝制得的芝麻醬中的芝麻素、芝麻林素以及芝麻酚含量相差不大。但是VE含量差別很大，保留率由大到小是石磨>介質(zhì)磨>膠體磨，說明在制作芝麻醬的加工過程中，隨著溫度升高，高溫時間的延長，VE這種活性物質(zhì)容易受熱分解[9]。尤其是在使用膠體磨制作芝麻醬的工藝過程中，受熱最嚴重，所以抗氧化物質(zhì)損失較多。石磨是VE含量保留最多的，幾乎是膠體磨含量的2倍，達到了42.32 mg/100 g。同種工藝的芝麻醬和脫皮芝麻醬的抗氧化物質(zhì)的含量做對比，發(fā)現(xiàn)芝麻皮可能在高溫焙炒過程中對木酚素有一定的保護作用。又有文獻表明芝麻皮中的芝麻素、芝麻林素含量約為籽粒中的10%。在炒制過程中兩者含量會有所減少，但會有芝麻酚產(chǎn)生[10]。

2.5 不同工藝的芝麻醬析油狀況

表5 芝麻醬的析油狀況Table 5 The oil absorption condition of sesame paste

注：1為醬體穩(wěn)定；2為極少量油脂上浮；3為少量油脂上?。?為油脂上浮現(xiàn)象明顯，油醬分離；5為嚴重的油醬分層。

不同工藝磨制的芝麻醬，在相同的條件下，通過觀察發(fā)現(xiàn)析油狀況有所差別。在放置20天時，石磨磨制的芝麻醬開始出現(xiàn)極少量油脂上浮，而膠體磨和介質(zhì)磨還沒有出現(xiàn)這種現(xiàn)象。等到30天時，膠體磨也出現(xiàn)極少量油脂上浮。在達到40天時，介質(zhì)磨開始出現(xiàn)油脂上浮，相比石磨將近減少了20天。多于40天時，芝麻醬析油量迅速增加，開始出現(xiàn)較明顯的油醬分層現(xiàn)象。等到70天以后，介質(zhì)磨磨制的芝麻醬只是出現(xiàn)少量油脂上浮，而膠體磨和石磨則出現(xiàn)了嚴重的油醬分層現(xiàn)象。這說明不同的加工工藝對芝麻醬體系出現(xiàn)分層現(xiàn)象有很大的影響[11]。

2.6 流變性質(zhì)

2.6.1 不同工藝對帶皮芝麻醬的影響

圖1 不同工藝帶皮芝麻醬的表觀黏度Fig.1 The apparent viscosity of unpeeled sesame paste with different process

圖2 不同工藝帶皮芝麻醬的剪切應(yīng)力Fig.2 The shear stress of unpeeled sesame paste with different process

通過測定不同工藝磨制的芝麻醬的表觀黏度，得到芝麻醬的流變曲線。由圖1可知，剪切速率越高，芝麻醬的黏度出現(xiàn)逐漸降低的趨勢。芝麻醬在剪切速率變化時表現(xiàn)出不同黏度變化規(guī)律可以反映其自身結(jié)構(gòu)。3種樣品均表現(xiàn)出剪切變稀的假塑性，被稱作假塑性流體。一般假塑性流體表觀黏度與剪切速率的關(guān)系符合擬合的冪律方程[12]，其方程為:

η=Kγn-1(0<γ<1)。

式中：η為表觀黏度，γ為剪切速率，K為稠度系數(shù)，n為冪律指數(shù)。

表6 不同工藝芝麻醬表觀黏度的稠度系數(shù)和冪律指數(shù)Table 6 The apparent viscosity coefficient and power-law exponent of sesame paste with different process

注：1為介質(zhì)磨；3為膠體磨；5為石磨；2為介質(zhì)磨脫皮；4為膠體磨脫皮；6為石磨脫皮。

非牛頓流體的黏度被稱作表觀黏度，它是剪切速率的函數(shù)。由表6可知，帶皮芝麻醬的稠度系數(shù)K值介于6.57～15.42 Pa·s之間；流動特性指數(shù)n范圍是0.49～0.69。由稠度系數(shù)可知，粒徑較大的樣品稠度系數(shù)較高。在不同的粒度條件下，粒徑大的表現(xiàn)出較高的一致性?？赡苁怯捎谳^大的粒徑通常會導(dǎo)致黏度增加，容易形成界面膜。在黏度方面，粒徑大小以及分布對相對黏度有顯著的影響，這是由于各樣品粒徑大小的不同所造成的。

2.6.2 溫度對帶皮芝麻醬的影響

圖3 溫度對表觀黏度的影響Fig.3 Effect of temperature on apparent viscosity

圖4 溫度對剪切應(yīng)力的影響Fig.4 Effect of temperature on shear stress

由圖3可知，溫度對芝麻醬的黏度影響很大。隨著溫度的升高，芝麻醬的黏度逐漸出現(xiàn)降低的趨勢。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是溫度升高，芝麻醬分子的布朗運動加劇，分子流動阻力降低，因而導(dǎo)致黏度下降，分別在5，25，40 ℃下進行樣品流動曲線的測定。5 ℃指的是冬天的溫度，25 ℃指的是春、夏的常溫，40 ℃指的是夏天的溫度。觀察在春、夏、秋、冬的環(huán)境下芝麻醬的黏度變化，這對總結(jié)芝麻醬在不同季節(jié)的貨架期有很大的幫助。經(jīng)過曲線擬合，樣品的流動指數(shù)n的范圍是0.38～0.61，芝麻醬的稠度系數(shù)K值的范圍是9.53～10.16 Pa·s；當剪切速率一定時，芝麻醬的表觀黏度隨著溫度上升而下降，剪切稀釋的現(xiàn)象比較顯著[13]。

表7 不同溫度下芝麻醬表觀黏度的稠度系數(shù)和冪律指數(shù)Table 7 The apparent viscosity coefficient and power-law exponent of sesame paste at different temperatures

3 結(jié)論

不同的工藝對芝麻醬的理化指標具有一定的影響，尤其在粒度和穩(wěn)定性方面。介質(zhì)磨的粒度最小，達到3.87 μm。相比膠體磨和石磨，介質(zhì)磨磨制的芝麻醬穩(wěn)定性也最好，達到90.14%。相比石磨，介質(zhì)磨開始出現(xiàn)油脂上浮將近減少了20天。脂肪酸組成和木質(zhì)素含量相差不大，石磨磨制的芝麻醬VE含量最高。

相比普通芝麻醬，脫皮芝麻醬粗纖維含量低，草酸含量低，這些物質(zhì)都不利于人體消化吸收。而粗脂肪含量較高，粗蛋白差別不大，所以是一種值得開發(fā)的新型芝麻醬。

不同工藝的芝麻醬流變學(xué)特征也不相同。不同的粒徑對芝麻醬的黏度影響很大，粒徑越小，黏度越小。反之，黏度越大。實驗得出介質(zhì)磨的黏度較低，石磨的黏度最高。溫度的不同對芝麻醬的黏度影響較為明顯，溫度越高，黏度越低。

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