高壓微射流對姜汁黑豆酸奶流變學特性的影響

談文詩，李 理*

（華南理工大學 食品科學與工程學院，廣東 廣州 510640）

高壓微射流對姜汁黑豆酸奶流變學特性的影響

談文詩，李 理*

（華南理工大學 食品科學與工程學院，廣東 廣州 510640）

以生姜和黑豆為原料，利用瑞士乳桿菌（Lactobacillus helveticus）LH-B02、干酪乳桿菌（Lactobacillus casei）L casei-01、干酪乳桿菌NO1分別與嗜熱鏈球菌ST3組合發(fā)酵制備姜汁黑豆酸奶樣品，研究了高壓微射處理對姜汁黑豆酸奶理化性質、流變學特性和微觀結構的影響。結果表明，高壓微射流均質能夠明顯提高酸奶的酸度和持水力，改善酸奶的流變學特性、黏彈性，并使剪切稀化特性明顯增強，其中彈性模量、粘性模量及屈服應力t0明顯提高，微觀結構更加致密。其中以干酪乳桿菌NO1和嗜熱鏈球菌ST3制備的姜汁黑豆酸奶總體可接受性最好（評分為8.54），酸度為83.88°T、持水力為86.66%、屈服應力t0為8.94 Pa、表觀黏度η50值為0.26 Pa·s。

高壓微射流均質；姜汁黑豆酸奶；流變特性；微觀結構

大豆酸奶[1]是以大豆為原料磨制成豆?jié){經過乳酸菌發(fā)酵而形成的一種風味獨特、營養(yǎng)豐富的類酸奶制品[2]。大豆[3]含有豐富的蛋白質、不飽和脂肪酸以及人體生理代謝過程中所需的卵磷脂、腦磷脂和大豆異黃酮等，其中黑豆[4]是一類高蛋白低脂肪大豆，且其種皮中含有多種色素和皂苷等活性成分，開發(fā)應用前景廣闊。目前，黑豆酸奶存在風味不佳[5]、功能不顯著等缺陷。

生姜[6]作為一種廣泛使用的藥食兩用植物，不僅有獨特的姜香和微辣的風味，還含有抗氧化物質等多種功能性成分[7]。按照中醫(yī)理論學說，酸奶甘微寒，可補虛羸，而生姜則辛微溫，可散寒暖胃，去痰下氣。因此在黑豆酸奶中添加姜汁可謂配合巧妙。其中姜精油和姜辣素具有獨特的氣味和滋味，可以掩蓋豆腥味并形成柔和的口感。

本實驗應用高壓微射流均質技術，使黑豆蛋白荷載并貯留姜汁中的揮發(fā)性成分。高壓微射流均質不僅能對流體混合物料進行強烈剪切、高速撞擊、高頻振蕩、使壓力瞬時釋放、產生膨爆和氣穴等一系列綜合作用[8-9]，從而產生很好的超微化，微乳化和均一化效果，還可以將生姜中的揮發(fā)性精油荷載到大豆蛋白微顆粒中，在改善產品質構的同時，有效地發(fā)揮姜汁的功能特性。

由于乳源乳酸菌在以大豆為原料的介質中生長不良，發(fā)酵后的酸度和活菌數(shù)都低于酸牛奶，直接影響了黑豆酸奶品質。為了提高黑豆酸奶品質，實驗選擇在豆?jié){中適應性強的嗜熱鏈球菌[10]，分別與副干酪乳桿菌、干酪乳桿菌等益生菌組合成發(fā)酵劑，從而改善黑豆酸奶的風味和口感[11]，并增強其功能特性。本研究目的是高壓微射處理對姜汁黑豆酸奶理化性質、流變學特性和微觀結構的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

瑞士乳桿菌（Lactobacillus helveticus）LH-B02、干酪乳桿菌（Lactobacillus casei）L casei-01、混合菌種XPL-1：丹麥Chr-Hansen公司；嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus）ST3（菌種保藏號為CGMCCNO.11943）：從混合菌種XPL-1發(fā)酵的豆?jié){中分離馴化；干酪乳桿菌（Lactobacillus casei）NO1（菌種保藏號為GDMCC NO.60137）：從泡菜中分離。

黑豆、生姜：市售；脫脂乳粉（蛋白含量約為32.7%）：新西蘭Fonterra有限公司；菠蘿蛋白酶（酶活500 000 U/g）：廣西南寧龐博生物工程有限公司；其他試劑均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

AL204-IC型電子天平、Seven Easy pH 計（S20）：瑞士梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；PXY-190S-A型生化培養(yǎng)箱：廣東韶關科力儀器有限公司；LDZX-30KBS型立式壓力蒸汽滅菌器：上海申安醫(yī)療器械廠；DHG-9146A型電熱鼓風干燥箱：上海精宏實驗設備有限公司；SZX超凈工作臺：吳江凈化設備總廠；T25 digital ULTRA-TURRAX高速剪切均質機：德國IKA公司；M110-EH高壓微射流納米均質機：美國MFIC公司；CR22G高速冷凍離心機：日本日立公司；UV-2300紫外分光光度計：上海天美科學儀器有限公司；MARS型流變儀：德國Haake公司；LEO1530VP掃描電鏡：德國Zeiss公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

（1）滅酶姜汁的制備：

1.3.2 發(fā)酵底物的制備

挑選顆粒飽滿、無霉變的黑豆，去雜沖洗后在含0.5%NaHCO3（mg/L）的水中25℃浸泡14 h，以豆水比1∶8（W/V），85℃熱水磨漿，過180目篩得到純黑豆?jié){。按照豆?jié){：滅酶姜汁=9∶1（V/V）混合均勻，加入80 U/g大豆蛋白的菠蘿蛋白酶，充分混合后，45℃保溫5 min，煮沸，然后向豆?jié){中添加質量分數(shù)為5%蔗糖、1%葡萄糖，經過攪拌充分溶解。將黑豆?jié){分為兩組，分別經過普通均質、100 MPa微射流處理后，100℃滅菌15 min，冷卻。

1.3.3 接種

菌種活化：嗜熱鏈球菌ST3和干酪乳桿菌NO1活化：配制黑豆?jié){培養(yǎng)基，于121℃滅菌15 min，冷卻后分別接入5%甘油保藏菌種，充分搖勻后，37～42℃發(fā)酵至凝乳待用。菌株L casei-01、LH-B02活化：配制12%的脫脂乳培養(yǎng)基，經過115℃滅菌15 min，冷卻后分別接入0.05 g/L凍干菌粉，37℃發(fā)酵至凝乳待用。

菌種馴化：配制黑豆?jié){培養(yǎng)基，于121℃滅菌15 min，接入活化好的菌種5%，充分搖勻后，發(fā)酵至凝乳，重復馴化兩次直至菌種適應豆?jié){的發(fā)酵體系。

接種：在發(fā)酵底物中分別接入3%菌株ST3和3%菌株L casei-01，記為SYC（高壓微射流均質樣品記為mSYC）；在發(fā)酵底物中分別接入3%菌株ST3和3%菌株NO1，記為SYC-1（高壓微射流均質樣品記為mSYC-1）；在發(fā)酵底物中分別接入3%菌株ST3和3%菌株LH-B02，記為SYH（高壓微射流均質樣品記為mSYH）。

1.3.4 測定方法

pH值的測定：樣品于4℃經過后熟后，拿出放至室溫，用玻璃棒將樣品攪拌均勻，用pH計測定樣品的pH值，每次測定3個平行樣品。

酸度值的測定：按GB 5413.34—2010《乳和乳制品酸度的測定》的方法進行。

持水力的測定[12]：取30 g接種后的發(fā)酵豆乳，在離心管（直徑32 mm，高115 mm）中42℃發(fā)酵4 h后取出，4℃冷藏后24 h后，將樣品在20℃條件下480g×離心10 min，去除乳清后稱質量。持水力計算公式如下：

流變特性的測定[13]：采用小振幅頻率掃描法測定發(fā)酵乳的流變特性。先將酸奶順時針攪打10次，后逆時針攪打10次。選用直徑40 mm的不銹鋼平板探頭，平板與底面的間隙為1 mm，測試溫度控制在（25±0.5）℃。

首先，頻率固定在1 Hz，從0～50%應變范圍進行掃描，確定樣品的恒定應變?yōu)?.5%。然后進行樣品測試：剪切掃描，剪切速率從0增大至 500 s-1，然后從500 s-1減至0，掃描時間為360s；頻率掃描，應變固定在0.5%，頻率從0.1～10Hz進行掃描。每個樣品測定重復兩次。

掃描電鏡[14]：輕輕將酸奶樣品表層刮去后，從樣品中間仔細切取3×3×2凝乳塊，放入甲醛溶液中于4℃條件下固定4 h以上。固定后取出用磷酸緩沖液（pH7.2）清洗3次，每次3 min。清洗完畢后用體積分數(shù)50%、70%、80%、90%梯度乙醇溶液分別脫水10 min，最后用體積分數(shù)100%乙醇溶液脫水2次，每次10 min。脫水后用乙酸異戊酯置換2次，每次15 min，以上操作均在通風櫥中進行。操作完畢后，采用CO2臨界點干燥樣品，后用鉑金進行在樣品表面鍍上一層金膜，時間150 s。最后用掃描電鏡觀察，電壓為20 kV。

感官評價[15]：邀請8位品評員在20℃環(huán)境中對樣品的氣味、外觀、滋味、質構和總體可接受性打分，并對氣味、外觀、滋味、質構進行描述分析，感官評分標準見表1。

表1 姜汁黑豆酸奶感官評分標準Table 1 Sensory evaluation standards of ginger juice&black soybean yogurt

2 結果與分析

2.1 姜汁黑豆酸奶的pH值、酸度和持水力

普通均質和微射流處理對姜汁黑豆酸奶的pH值、酸度和持水力的影響見表2。

表2 普通均質和高壓微射流處理對姜汁黑豆酸奶pH、酸度和持水力的影響Table 2 Effects of common homogeneity and high pressure microfluidization on pH,titratable acidity and water holding capacity of ginger juice&black soybean yogurt

由表2可知，高壓微射流處理對姜汁黑豆酸奶的pH值、酸度和持水力都有顯著的影響（P＜0.05）。其中高壓微射流均質比普通均質的姜汁黑豆酸奶pH值降低、酸度升高，這可能是微射流處理破壞了大豆蛋白的高級結構，將聚合的多肽鏈打開，更有利于益生菌在發(fā)酵過程中降解多肽鏈，釋放出游離氨基酸，促進乳酸菌生長，從而提高了姜汁黑豆酸奶的酸度。其中，樣品mSYH酸度值最高（90.29±0.20°T），這與瑞士乳桿菌利用葡萄糖產酸能力較強有關。CIRON C等[16]認為，高壓微射流均質使形成凝膠網狀結構的蛋白質和脂肪顆粒減小，同時增加了顆粒數(shù)量，有利于強化酸奶凝膠網絡結構，增強持水力。尹壽偉等[17]研究表明，微射流處理使豆類分離蛋白的立體結構變得松散，蛋白質分子有一定程度的解離和伸展，從而暴露出更多的基團。由于這些基團之間形成氫鍵、二硫鍵、疏水相互作用等弱健進一步強化了網狀結構，因此姜汁黑豆酸奶的持水力明顯提高。

2.2 姜汁黑豆酸奶的流變特性

2.2.1 頻率掃描

彈性模量（楊氏模量）G′和粘性模量（損耗模量）G″為物體固有的物理量，G′表示物質單位變形所需要的力，可用來衡量樣品彈性變形所需要力度，而G″表示在流體物質流動時產生的摩檫力，可用來衡量樣品的粘性大小[18]。不同均質方式對三種組合發(fā)酵劑制備的姜汁黑豆酸奶頻率掃描的影響見圖1。

由圖1可知，在0.1～10 Hz的頻率掃描范圍內，所測樣品的G′值均高于G″，表示彈性模量占優(yōu)勢，而且所有樣品G′和G″值都隨掃描頻率的增大而升高，說明樣品都具有類固體特征。同一掃描頻率下，G′和G″的值大小順序依次為mSYC＞mSYC-1＞mSYH＞SYC＞SYC-1＞SYH。G′和G″與姜汁黑豆酸奶的凝膠網絡結構有緊密聯(lián)系，不同G′和G″值說明樣品的凝膠網絡結構不一樣，高壓微射流均質的姜汁黑豆酸奶樣品的G′和G″值明顯高于普通均質的樣品，說明微射流處理的姜汁黑豆酸奶樣品的蛋白凝膠網絡結構中空隙更少、更加均勻細膩，這與前述持水力的結論是一致的。微射流處理可以將高分子蛋白和脂肪打散，形成分子結構更小數(shù)量更多的顆粒，從而有利于形成更加均勻緊湊的凝膠網絡結構。另外，由于疏水作用也是形成蛋白凝膠網狀組織結構的重要因素，微射流處理有助于蛋白質多肽鏈的展開，使球蛋白的疏水性基團充分暴露到分子表面，疏水基團的作用增強，從而增強凝膠強度。

2.2.2 剪切掃描

運用Hershel-Bulkley模型分析姜汁黑豆酸奶下行線的流變相關參數(shù)，結果見表3。

表3 姜汁黑豆酸奶的流變參數(shù)Table 3 Rheological parameters of ginger juice&black soybean yogurt

由于相關系數(shù)R值均＞0.995，說明該模型可以很好的擬合樣品在剪切掃描時流變學特性。由表3可知，高壓微射流處理與普通均質的姜汁黑豆酸奶樣品在各種流變參數(shù)上都有顯著差異（P＜0.05）。姜汁黑豆酸奶的屈服應力t0、稠度系數(shù)κ和在50 s-1的剪切速率下的表觀黏度η50在高壓微射流均質條件下明顯增大，說明樣品的柔韌性和黏度明顯提高，姜汁黑豆酸奶口感更為黏滑柔軟。進一步說明高壓微射流均質條件下，姜汁黑豆酸奶中大分子顆粒減小，蛋白質分子伸展暴露更多化學健，從而形成更多作用力，有利于形成更穩(wěn)定的蛋白質網狀結構。

2.3 姜汁黑豆酸奶的微觀結構

不同均質方式制備的姜汁黑豆酸奶樣品在5 000倍下的電鏡掃描圖見圖2。

圖2 普通均質和高壓微射流處理的姜汁黑豆酸奶掃描電鏡圖Fig.2 Scanning electron micrographs of ginger juice&black soybean yogurt at common homogeneity and highpressure microfluidization treatment

由圖2清晰可見蛋白凝膠的三維網絡結構，同時可以在網絡空隙中觀察到樣品中的球菌和桿菌。由圖2可知，普通均質的姜汁黑豆酸奶樣品的凝膠網絡結構較為疏松且空隙較大，而高壓微射流均質的樣品微觀結構圖中空隙更小、空穴數(shù)量更少、凝膠網絡更為緊密。CIRON C I E等[19]研究表明，高壓微射流均質能夠減小樣品中脂肪球體積，同時增加其數(shù)量。小體積脂肪球會以嵌入的方式與蛋白結合，而大體積的脂肪球是吸附在蛋白質表面，因而高壓微射流均質的姜汁黑豆酸奶樣品的微觀結構更為緊湊，這與前述的持水力和流變學研究結果一致。

2.4 姜汁黑豆酸奶的感官評價分析

表4 姜汁黑豆酸奶的感官評價結果Table 4 Sensory evaluation results of ginger juice&black soybean yogurt

由表4可知，高壓微射流均質的樣品在氣味、外觀、滋味和質構上都有很大提高，可能是由于微射流處理使樣品蛋白凝膠網絡結構更為緊湊，因而質構上表現(xiàn)的更為爽滑細膩；另外，高壓微射流均質提高了乳酸菌的發(fā)酵度，酸度值更高；此外，高壓微射流均質能夠更好地將姜精油包埋在黑豆酸奶中，在滋味和氣味上姜香味也更為濃郁。姜汁黑豆酸奶mSYC-1的總體可接受性較高（8.54±0.13），可能是由于干酪乳桿菌1號是從泡菜中分離出來，長期的環(huán)境選擇使其對植物原料發(fā)酵更好并產生更多的風味物質，從而豐富姜汁黑豆酸奶的滋味。

3 結論

高壓微射流均質能夠顯著提高黑豆酸奶酸度值和持水力且能夠改變姜汁黑豆酸奶的黏彈性流變特性，其中高壓微射流均質樣品mSYC-1、mSYC、mSYH的屈服應力、稠度系數(shù)和滯留面積等都有所增加，其凝膠體系更加柔軟黏滑；高壓微射流均質使黑豆酸奶的微觀結構更加均勻，孔隙度更小。自行分離的干酪乳桿菌1號和嗜熱鏈球菌ST3聯(lián)合發(fā)酵的姜汁黑豆酸奶在感官特性方面有明顯優(yōu)勢，總體可接受性為8.54，酸度為83.88°T、持水力為86.66%、屈服應力t0為8.94 Pa、表觀黏度η50值為0.26 Pa·s。

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Effects of high-pressure microfluidization on rheological characteristics of ginger juice&black soybean yogurt

TAN Wenshi,LI Li*
(School of Food Science and Engineering,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China)

Ginger juice&black soybean yogurt was prepared by the fermentation ofLactobacillus helveticusLH-B02,Lactobacillus caseiL casei-01 andL.caseiNO1 combined withStreptococcus thermophilusST3.Effects of high-pressure microfluidization on physicochemical,rheological and microstructural properties of probiotic ginger juice-black soybean yogurt were studied.Results indicated that high-pressure microfluidization increased acid production,water holding capacity,and improved rheological properties of yogurt,and a stronger viscoelastic and shear-thinning properties,higher G',G''and yield stress,as well as a denser microstructure.Ginger juice&black soybean yogurt sample fermented by a combination of L.casei-NO1 andS.thermophilusST3 had the highest acceptability score(8.54),the titratable acidity value was 83.88°T,water holding capacity was 86.66%,yield stress(t0)was 8.94 Pa and apparent viscosity(η50)was 0.26 Pa·s,respectively.

high-pressure microfluidization;ginger juice&black soybean yogurt;rheological characteristics;microstructure

TS252.1

0254-5071（2017）10-0125-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.10.026

2017-07-24

廣州市科技計劃項目（201508020021）

談文詩（1993-），女，碩士研究生，研究方向為食品科學。

*通訊作者：李 理（1965-），女，教授，博士，研究方向為蛋白質化學。