瓊脂的流變特性對飲用型酸奶穩(wěn)定性的影響

田 芬，歐 凱，高興華，王銀娟，李曉紅，吳偉都（杭州娃哈哈科技有限公司，浙江杭州310018）

瓊脂的流變特性對飲用型酸奶穩(wěn)定性的影響

田 芬，歐 凱*，高興華，王銀娟，李曉紅，吳偉都
（杭州娃哈哈科技有限公司，浙江杭州310018）

本文以瓊脂為研究對象，采用頻率掃描-粘彈性曲線來研究其流變特性，及其對飲用型酸奶穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明：添加瓊脂使樣品的粘彈性模量增大，瓊脂添加量0.08%的樣品彈性特征區(qū)域最寬（0～10 Hz），其他添加量0.04%、0.12%和0.16%樣品的彈性特征區(qū)域較窄（0～2 Hz），體系的粘彈性模量隨瓊脂添加量的增加而呈現(xiàn)增大趨勢，在低頻范圍內(nèi)，粘彈性模量由大到小依次為：0.16%＞0.12%＞0.08%＞0.04%＞0.00%。樣品的保溫結(jié)果與離心沉淀率結(jié)果一致，隨著瓊脂添加量的增大，樣品的離心沉淀率逐步降低，樣品狀態(tài)越趨于穩(wěn)定，在0.08%的瓊脂用量下離心沉淀率達(dá)到最低，樣品狀態(tài)達(dá)到最佳；繼續(xù)增加瓊脂用量，離心沉淀率呈快速上升趨勢，樣品狀態(tài)越趨于不穩(wěn)定，體系失穩(wěn)。表明：瓊脂添加量只在最適值時，才能使酸奶體系的穩(wěn)定性達(dá)到最佳，高于或低于最適值，體系均不穩(wěn)定。

瓊脂，頻率掃描，彈性模量，粘性模量，離心沉淀率，穩(wěn)定性，酸奶

瓊脂是從某些紅藻類中提取的一種極有價值的多糖，屬于半乳糖的硫酸酯，具有優(yōu)良的凝膠、增稠、穩(wěn)定性能，在食品、制藥、化工領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用［1］。瓊脂的流變特性及其凝膠特性與食品的品質(zhì)和工藝有著密切的關(guān)系，瓊脂的流變學(xué)特性對產(chǎn)品口感、穩(wěn)定性有著重要的影響［1］。飲用型酸奶是一種低粘性的酸奶，基本以發(fā)酵乳經(jīng)2次調(diào)配制成，因為粘稠度低，易出現(xiàn)沉淀，乳清析出等不良現(xiàn)象［2］，往往在加工中添加特定的穩(wěn)定劑或增稠劑以改善酸奶的粘稠度、質(zhì)構(gòu)狀態(tài)和口感等［3］。瓊脂用量對酸奶的表觀粘度有極顯著的影響，瓊脂屬于親水性膠體也可以通過氫鍵的形成阻止乳清析出［4］。改性瓊脂可明顯提高發(fā)酵酸豆乳的表觀粘度，但對提高凝膠強(qiáng)度沒有明顯作用，且用量稍高時產(chǎn)品易出現(xiàn)凝塊粗糙等問題［5］。研究證明瓊脂添加后，雖然可以有效地提高酸奶的黏度和產(chǎn)品的硬度，防止乳清析出，但添加瓊脂時不易混合均勻，瓊脂作為發(fā)酵型酸奶穩(wěn)定劑時，應(yīng)控制添加量或協(xié)同其他添加劑使用［6］。

綜上所述，國內(nèi)外對瓊脂在稠厚型酸奶中的應(yīng)用研究較多，但通過研究其流變特性來探討與飲用型酸奶（稀薄型酸奶）的穩(wěn)定性之間關(guān)系的文獻(xiàn)較少，本文以添加瓊脂的飲用型酸奶為研究對象，采用流變儀研究其流變特性，并觀察對飲用型酸奶穩(wěn)定性的影響。為瓊脂更好的改善飲用型酸奶的穩(wěn)定性和口感提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

瓊脂 市售食品級瓊脂；果膠 市售食品級果膠；菌種 市售菌種，科漢森普通酸奶發(fā)酵劑，以保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌為主；脫脂奶粉 Arla Foods；白砂糖 北京糖業(yè)有限公司。

AR-G2高級旋轉(zhuǎn)流變儀 美國TA儀器有限公司；pH計、分析天平（感量0.001 g） Mettler-Toledo；Silverson攪拌器 英國Silverson公司；離心機(jī) 德國Eppendorf公司；均質(zhì)機(jī)、UHT（超高溫殺菌） 德國APV公司；JN XMTE-8112水浴鍋 上海精宏實驗設(shè)備有限公司；培養(yǎng)箱、LRH-250保溫箱 上海一恒科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 飲用型酸奶的生產(chǎn)工藝

1.2.1.1 工藝流程 發(fā)酵：脫脂奶粉10%+蔗糖10%+凈化水40%→原料混合→50℃水化30 min→20 MPa均質(zhì)→95℃（5 min）加熱滅菌→冷卻→接種發(fā)酵劑（添加量0.08‰）→發(fā)酵（41～43℃，9 h）→冷卻至18℃左右→發(fā)酵基料［2，4］。

調(diào)配：上述發(fā)酵基料+果膠0.3%+瓊脂（0、0.04%、0.08%、0.12%、0.16%）+純凈水5%→原料混合→20 MPa均質(zhì)→UHT殺菌→灌裝［2，7］。

1.2.1.2 操作要點 A、混合時，攪拌器速度為3000 r/min，B、瓊脂溶解時溫度為80～84℃，溶好后冷卻至40℃左右待配料，C、二次配料順序：發(fā)酵基料與果膠混勻后，再添加瓊脂溶液，并控制料液最終溫度≤30℃。D、UHT殺菌條件：115～120℃3～5 s。E、產(chǎn)品終pH4.2～4.3。以上用量均為：w/w。

1.2.2 樣品的流變特性檢測 分別將樣品（瓊脂添加量依次為0%、0.04%、0.08%、0.12%、0.16%）進(jìn)行頻率掃描-粘彈性測試，掃描條件［8-9］：測試間距500 μm，測試溫度10℃，上樣后平衡5 min，應(yīng)變：15%，頻率掃描范圍0.01～100 Hz。平行實驗三次。

1.2.3 樣品的穩(wěn)定能力測試

1.2.3.1 離心沉淀率測定 以離心管取待測樣品10mL，并測定樣品質(zhì)量m0后。放入離心機(jī)，以3000 r/min離心25 min后，取出離心管，靜置10 min后，除去上清液，測殘余物的質(zhì)量m。每個樣品進(jìn)行3次平行測定，取平均值。計算離心沉淀率（WHC）。

1.2.3.2 樣品保溫觀察 將樣品放置在35℃的保溫箱中，保溫2個月后，觀察樣品穩(wěn)定性狀態(tài)，包括查看體系均勻程度、用游標(biāo)卡尺測量上層析水層、觀察底部沉淀狀態(tài)等指標(biāo)［11-12］。35℃與室溫較為接近，并屬于弱加速型的實驗條件，能真實的模擬產(chǎn)品在貨架期的貯藏情況［11］，放置2個月時，瓊脂高添加量的樣品已出現(xiàn)絮凝現(xiàn)象，若繼續(xù)延長時間貯藏，沒有現(xiàn)實意義，所以保溫觀察條件為35℃、2月。

1.2.4 統(tǒng)計學(xué)分析 數(shù)據(jù)統(tǒng)計學(xué)分析采用Origin 8.0。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同樣品的流變特性檢測結(jié)果

如圖1所示，不添加瓊脂的樣品0.00%的粘性模量G″高于彈性模量G′，以粘性特征為主。添加瓊脂0.04%的樣品，當(dāng)頻率≤2 Hz時，彈性模量G′高于粘性模量G″，以彈性特征為主，當(dāng)頻率＞2 Hz時，粘性模量G″高于彈性模量G′，以粘性特征為主；表明添加瓊脂使樣品的粘彈性增大，尤其彈性特征更明顯。瓊脂懸浮在較高蛋白濃度的酸乳體系中，在較高溫度下以無規(guī)線團(tuán)形式存在，在體系冷卻后，瓊脂分子與蛋白、果膠分子相互作用形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)［13-14］。在低頻范圍（0～2 Hz），該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的彈性特征明顯，隨著掃描頻率增大，彈性特征逐步被削弱，表征以粘性為主。

瓊脂添加量0.08%的樣品在頻率0～10 Hz區(qū)域中，彈性模量G′強(qiáng)于粘性模量G″，以彈性特征為主。瓊脂添加量0.12%、0.16%的樣品在頻率0～2 Hz區(qū)域，彈性模量優(yōu)于粘性模量，以彈性特征為主，當(dāng)頻率在2～10 Hz時，粘性模量G″高于彈性模量G′，以粘性特征為主。

瓊脂添加量0.08%樣品的彈性特征區(qū)域（0～10 Hz）均寬于0.04%、0.12%和0.16%的彈性特征區(qū)域（0～2 Hz），說明0.08%樣品的體系彈性特征在較寬范圍內(nèi)表現(xiàn)較為穩(wěn)定，樣品的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能承受較高頻率的破壞力，承受能力較強(qiáng)，說明該體系的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定。

0.04 %、0.12%和0.16%樣品的體系彈性特征區(qū)域均窄于0.08%的，表明0.04%、0.12%和0.16%樣品的體系彈性特征在較窄范圍內(nèi)表現(xiàn)穩(wěn)定，樣品的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能承受的高頻率破壞有限，承受能力較弱，若掃描頻率越來越高，體系的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的彈性特征逐步被削弱，被粘性特征所代替，體系越趨向于不穩(wěn)定。

數(shù)據(jù)顯示：體系的粘彈性模量隨瓊脂添加量的增加而呈現(xiàn)增大趨勢，說明瓊脂的流變特性會受到瓊脂的濃度影響；隨著瓊脂濃度的增大，瓊脂分子間相互纏結(jié)形成的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點隨之增多［13］，導(dǎo)致粘彈性明顯增加，影響其流變特性和凝膠特性［13，15］。粘性模量和彈性模量作為兩個獨(dú)立的指標(biāo)共同反應(yīng)樣品體系的穩(wěn)定程度，未加瓊脂時，體系以粘性特征為主，而添加瓊脂使體系形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，體系的彈性特征表現(xiàn)突出，粘性和彈性模量相輔相成，隨著瓊脂用量的提升，兩者均呈增高趨勢，樣品也逐步由稀薄型變向稠厚型。

2.2 瓊脂不同添加量的樣品粘彈性強(qiáng)弱對比

圖1 瓊脂不同添加量下的樣品粘彈性頻率掃描曲線Fig.1 Frequency scanning curves of viscoelasticity of different amounts of agar addition

如圖2所示，比較不同樣品的粘性模量G″，頻率≤5 Hz時，由大到小依次為：0.16%＞0.12%＞0.08% ＞0.04%＞0.00%。比較不同樣品的彈性模量G′，在頻率＜2 Hz時，由大到小趨勢依次為：0.16%＞0.12%＞0.08% ＞0.04%＞0.00%，表明瓊脂不同添加量的樣品粘性和彈性模量的強(qiáng)弱趨勢一致，共同反映體系的粘彈性狀態(tài)和三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而反應(yīng)樣品的穩(wěn)定性。隨著瓊脂添加量的增大，樣品的粘彈性呈現(xiàn)遞增趨勢。

圖2 瓊脂不同添加量的樣品粘彈性大小對比圖Fig.2 Viscoelasticity comparison of samples with adding different amounts of agar

在低頻掃描范圍0～2 Hz，0.12%和0.16%的彈性模量G′均強(qiáng)于0.08%的，當(dāng)頻率2～5 Hz時，樣品0.12% 和0.16%的彈性模量均出現(xiàn)增長變緩趨勢，并低于樣品0.08%的彈性趨勢；說明較高添加量的瓊脂使體系凝膠網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)度增高，體系的脆性增強(qiáng)，隨著掃描頻率的不斷增大，易受到高頻率掃描的剪切破壞［15］，導(dǎo)致體系的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)崩塌［13，15］，出現(xiàn)彈性模量增長變緩情況。

2.3 穩(wěn)定性結(jié)果

2.3.1 離心沉淀率結(jié)果 如圖3所示，隨著瓊脂添加量的增大，樣品的離心沉淀率逐步降低，在瓊脂0.08%的添加量下達(dá)到離心沉淀率最低，穩(wěn)定性最好；繼續(xù)增加瓊脂用量，離心沉淀率反而呈快速上升趨勢。表明添加瓊脂會對飲用型酸奶的沉淀率有改進(jìn)作用，但須控制其添加量，在該體系中，0.08%的添加量最佳，穩(wěn)定性最好。

圖3 瓊脂不同添加量的樣品離心沉淀率結(jié)果Fig.3 Precipitation rates of samples with adding different amounts of agar

瓊脂使該體系的粘彈性模量增加，在體系中形成了弱凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，阻止離心過程中蛋白質(zhì)的下沉［12］，減少了離心沉淀率，在添加量0.08%時，瓊脂使體系的粘彈性模量達(dá)到最佳值，尤其彈性模量在較寬掃描區(qū)域內(nèi)保持穩(wěn)定，形成的弱凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定，有效阻止了蛋白質(zhì)的下沉，使離心沉淀率達(dá)到最低值，但隨著瓊脂濃度的繼續(xù)提升，該體系的粘彈性模量達(dá)到較高水平，如濃度0.12%和0.16%使體系的彈性模量出現(xiàn)突增，使體系的凝膠強(qiáng)度增大，從弱凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變?yōu)檩^強(qiáng)的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)［12］，易使體系絮凝、凝膠［7，13］，導(dǎo)致離心沉淀率反而增大。

2.3.2 樣品保溫結(jié)果 由表1可知，隨著瓊脂添加量的增加，樣品的狀態(tài)越趨于穩(wěn)定，在添加量0.08%時，樣品狀態(tài)達(dá)到最佳，體系均勻，析水層最窄，底部沉淀最少；繼續(xù)增加瓊脂用量，樣品狀態(tài)越趨于不穩(wěn)定，上層出現(xiàn)較寬析水層，同時體系出現(xiàn)絮凝現(xiàn)象。

表1 不同瓊脂添加量的樣品保溫結(jié)果Table1 The stay results of samples with adding different amounts of agar

樣品的保溫結(jié)果與上述離心沉淀率結(jié)果一致，表明瓊脂對飲用型酸奶體系的穩(wěn)定性有改進(jìn)作用，但需控制其添加量，若低于最佳添加量，對體系的析水和沉淀問題改進(jìn)作用較小，若高于其添加量，對體系造成強(qiáng)凝膠破壞，反而加劇了體系的不穩(wěn)定、并發(fā)生絮凝現(xiàn)象。

瓊脂使體系的粘彈性模量增加，形成弱凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效阻止了蛋白質(zhì)的下沉，且將沉淀從致密性轉(zhuǎn)換成疏松狀態(tài)，三維網(wǎng)絡(luò)趨于穩(wěn)定，使游離出的水量減少［12］，上層析水層窄，當(dāng)瓊脂用量增大到一定水平，將體系的弱凝膠穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成強(qiáng)凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使其收縮力增強(qiáng)，游離出來的水量增多，析水層增厚，并出現(xiàn)大量可見的網(wǎng)絡(luò)絮狀物，體系失穩(wěn)。

3 結(jié)論

流變數(shù)據(jù)表明，添加瓊脂使樣品的粘彈性模量增大，添加量0.08%的樣品彈性特征區(qū)域最寬（0～10 Hz），添加量0.04%、0.12%和0.16%的樣品彈性特征區(qū)域較窄（0～2 Hz）；瓊脂不同添加量的樣品的粘性和彈性模量強(qiáng)弱趨勢一致，在低頻范圍內(nèi)，由大到小依次為：0.16%＞0.12%＞0.08%＞0.04%＞0.00%。

穩(wěn)定性數(shù)據(jù)表明，樣品的離心沉淀率與保溫結(jié)果一致，即在0.08%的瓊脂用量下樣品穩(wěn)定狀態(tài)達(dá)到最佳，離心沉淀率最少，析水層最窄，體系均勻；高于或低于該最適值，樣品的體系狀態(tài)均趨于不穩(wěn)定，伴有離心沉淀率較高、析水層較寬、體系絮凝現(xiàn)象等；添加瓊脂對飲用型酸奶的穩(wěn)定性有改進(jìn)作用，但須控制其添加量。

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The rheological properties of agar and their effects on stability of drinking yoghurt

TIAN Fen，OU Kai*，GAO Xing-hua，WANG Yin-juan，LI Xiao-hong，WU Wei-du
（Hangzhou Wahaha Technology Co.，Ltd.，Hangzhou 310018，China）

The agar as the research object was tested G″and G′by frequency scanning method，then was researched how it effected on the stability of drinking yoghurt.The results demonstrated that adding agar could remarkably increase the samples'G′/G″，specifically，0.08%agar addition of sample had a wider range（0～10 Hz）of elastic character than the other samples that had the narrow ranges 0～2 Hz.Different amounts of agar addition had the ordinal consistency of trends of G′and G″，from strong to weak，being 0.16%＞0.12%＞0.08%＞0.04%＞0.00%.Stay results of samples were the same as the results of precipitation rates，the sample states became better and precipitation rates got less when the amounts of agar addition increased gradually，and 0.08%agar addition was the best volume that made the sample get the most optimal stability，then sample states became worse and precipitation rates got more when the amounts of agar addition reached gradually to the limited level.In conclusion，adding the appropriate amount of agar into the drink yoghurt will perfectly stabilize the whole system，when the addition of the agar was more or less than this suitable amount，the system will be unstable.

agar；frequency scanning；G′；G″；precipitation rates；stability；yoghurt

TS201.7

A

1002-0306（2016）06-0160-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.06.024

2015－07－29

田芬（1987-），女，碩士，工程師，研究方向：乳品科學(xué)，E-mail：neautf@163.com。

歐凱（1973-），男，碩士，高級工程師，研究方向：食品科學(xué)與工程，E-mail：okai@wahaha.com.cn。

杭州市科技發(fā)展計劃項目農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)專項（20140432B105）。