流變儀原位檢測(cè)技術(shù)在飲料網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

吳偉都, 朱 慧, 李文強(qiáng), 歐 凱, 王雅瓊, 李言郡, 舒志成

(杭州娃哈哈集團(tuán)有限公司研究院,浙江杭州 310018)

親水膠體作為一種懸浮劑,經(jīng)常被用在飲料生產(chǎn)中解決蛋白或其他顆粒沉淀問題,同時(shí)還能改善產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)[1-2]。不同飲料體系,需考慮使用不同的親水膠體以及膠體的用量[3-4]。如何評(píng)價(jià)增稠劑在飲料體系中所形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),并考察其穩(wěn)定化作用合適與否,需要借助一些手段對(duì)飲料進(jìn)行檢測(cè)。在評(píng)價(jià)手段上除了感官目視評(píng)定法之外,還可應(yīng)用離心機(jī)、穩(wěn)定性測(cè)試儀及流變儀等儀器研究飲料的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[5-7]。

目前,原包裝檢測(cè)-漿式轉(zhuǎn)子-旋轉(zhuǎn)流變儀聯(lián)合評(píng)價(jià)飲料體系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的方法在國內(nèi)外尚未見報(bào)道。原包裝與漿式轉(zhuǎn)子的應(yīng)用可盡可能減少上樣過程對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)造成的破壞。文章以清爽型乳酸菌飲品以例,考察較稀薄體系在室溫、37℃及55℃3種儲(chǔ)存環(huán)境飲料上下部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的差異性,根據(jù)彈性模量的大小判定是否存在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),以及儲(chǔ)存環(huán)境與儲(chǔ)存時(shí)間對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響。另外,以含有較多起懸浮作用的增稠劑及自身含有淀粉的紅豆薏米飲品為例,在考察彈性模量大小的基礎(chǔ)上,主要評(píng)價(jià)其彈性模量對(duì)頻率的依賴關(guān)系,以判定是否存在弱凝膠及弱凝膠形成的速率。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

材料：乳酸菌飲料、紅豆薏米飲料,實(shí)驗(yàn)室自制(生產(chǎn)工藝流程參考圖1、圖2)。

儀器：AR.G2型高級(jí)旋轉(zhuǎn)流變儀,美國TA公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品測(cè)試

圖1 乳酸菌飲料生產(chǎn)工藝流程Fig.1 Processing technology flow of lactic acid bacteria beverage

圖2 紅豆薏米飲料生產(chǎn)工藝流程Fig.2 Processing technology flow of protein beverage with red bean and coix seed

輕輕打開飲料瓶蓋子,對(duì)于瓶口較小的塑料瓶,則取剪紙刀一把,在飲料的頂部輕輕割出一個(gè)口子。將飲料平穩(wěn)地移到流變儀的Peltier板上,移動(dòng)漿式轉(zhuǎn)子,慢慢插入飲料中待檢測(cè)的部位,如上部、中部或下部。在流變儀中設(shè)置頻率掃描測(cè)試參數(shù),如預(yù)平衡為1 min,應(yīng)變值為1% ～10%(一般選擇10%,對(duì)于較強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的選擇1%),頻率掃描范圍為0.01 ～10 Hz。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理

對(duì)于一般的清爽型乳飲料,選擇彈性模量數(shù)值進(jìn)行比較;對(duì)于較強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的飲料,選擇彈性模量隨頻率變化的曲線斜率的大小進(jìn)行比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 彈性模量評(píng)價(jià)飲料網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

以乳酸菌飲品為例進(jìn)行實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)中以不加增稠劑為對(duì)照組,考察增稠劑(果膠)對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響,并研究添加增稠劑的飲品在室溫、37℃及55℃3個(gè)儲(chǔ)存溫度下網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的差異性,以及儲(chǔ)存時(shí)間引起的上下部在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上的差異性,結(jié)果見表1及圖3。

表1 清爽型乳酸菌飲品不同部位彈性模量的大小Tab.1 Elastic modulus of different parts of fresh type of lactic acid bacteria beverage mPa

由表1可知,添加了果膠的飲品存在一定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),而對(duì)照組由于不存在多糖,不形成任何的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),在數(shù)值上表現(xiàn)出負(fù)值。同時(shí),儲(chǔ)存溫度與儲(chǔ)存時(shí)間明顯使得上下部在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)弱上存在差異,在本實(shí)驗(yàn)中,彈性模量由大到小排序?yàn)橄虏?、上?室溫組、37℃組、55℃組。表明儲(chǔ)存溫度升高時(shí)在一定程度上破壞了多糖結(jié)構(gòu)或者使構(gòu)象結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變,從而破壞了部分網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),特別是55℃組,飲料上部已經(jīng)沒有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),彈性模量數(shù)值表現(xiàn)出負(fù)值;同時(shí),下部的彈性模量值與室溫組及37℃組相比較已出現(xiàn)明顯的降低。另外,對(duì)于清爽型乳酸菌飲品,由于口感的需要添加的果膠量較少,因此形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較弱,彈性模量數(shù)值較小,隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng),不足以長(zhǎng)期懸浮蛋白質(zhì),多糖保護(hù)的蛋白質(zhì)有出現(xiàn)下沉的趨勢(shì),因此,飲料下部的彈性模量值大于上部。

2.2 彈性模量曲線斜率的大小在飲料弱凝膠評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

圖3 乳酸菌飲品彈性模量隨頻率的變化曲線Fig.3 Frequency sweep curves of lactic acid bacteria beverage

以紅豆薏米飲品為例進(jìn)行實(shí)驗(yàn),該飲品使用的增稠劑主要為微晶纖維素鈉(MCC)與卡拉膠。由于MCC的使用量與弱凝膠的形成正相關(guān),加上儲(chǔ)存過程中紅豆淀粉出現(xiàn)回生,并且在回生過程中淀粉能通過氫鍵等作用力與MCC、多糖及蛋白質(zhì)形成更強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)作用,從而更加有利于弱凝膠甚至強(qiáng)凝膠的產(chǎn)生。本實(shí)驗(yàn)中以3批紅豆薏米飲品為例,通過彈性模量隨頻率變化的曲線的斜率大小考察弱凝膠(網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu))的差異性,以及研究?jī)?chǔ)存時(shí)間引起的上下部在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上的差異性,結(jié)果見表2及圖4。同時(shí),對(duì)試樣進(jìn)行慢慢傾倒,用肉眼觀察弱凝膠形成的程度,并將儀器測(cè)試結(jié)果與肉眼觀察結(jié)果進(jìn)行比較。

表2 紅豆薏米飲品不同部位彈性模量曲線的斜率Tab.2 Slopes of elastic modulus curves of different parts of protein beverage with red bean and coix seed mPa

圖4 紅豆薏米飲品彈性模量隨頻率的變化曲線Fig.4 Frequency sweep curves of protein beverage with red bean and coix seed

從傾倒時(shí)肉眼觀察來看,樣品1、樣品2及樣品3的弱凝膠程度分別描述為：嚴(yán)重、一般嚴(yán)重、輕微,區(qū)別于清爽型乳酸菌飲品,上部比下部弱凝膠程度更明顯,具體原因有待于進(jìn)一步研究探討。從表2可知,通過儀器手段得到的彈性模量曲線的斜率大小與肉眼觀察結(jié)果完全相吻合,曲線斜率越小也即曲線越平坦,弱凝膠程度越嚴(yán)重,當(dāng)斜率小于0.05時(shí)弱凝膠程度嚴(yán)重,0.05～0.09時(shí)弱凝膠程度一般嚴(yán)重,0.09～0.11時(shí)弱凝膠輕微。另外,同一批號(hào)樣品不同瓶在傾倒肉眼觀察時(shí)已無法區(qū)分,而通過儀器手段根據(jù)彈性模量曲線的斜率大小則能對(duì)同一弱凝膠程度進(jìn)行更加有效的細(xì)分。

2.3 彈性模量曲線斜率的大小在飲料弱凝膠形成的速率與程度上的應(yīng)用

為進(jìn)一步驗(yàn)證彈性模量隨頻率變化曲線的斜率用于表征紅豆薏米飲品弱凝膠形成的速率及程度的可行性,將上述3批原包裝測(cè)試后的樣品徹底攪勻后,均分至100 mL燒杯中,用保鮮膜封口,置于冰箱冷藏,定期取樣后原包裝(整個(gè)燒杯)進(jìn)行彈性模量曲線斜率的測(cè)定,同時(shí)結(jié)合傾倒時(shí)肉眼觀察與打分,結(jié)果見表3及圖5～圖7。

冷藏3 h后斜率均在0.17以上,樣品3甚至達(dá)到0.3,3個(gè)樣品均未產(chǎn)生弱凝膠,在后續(xù)的冷藏保溫過程中,凡是斜率在0.11以上的目視法觀察時(shí)均不具有弱凝膠特性,表明斜率大于0.11時(shí)樣品是不具有弱凝膠風(fēng)險(xiǎn)的。樣品1及樣品2在21 h后已重新出現(xiàn)弱凝膠現(xiàn)象,傾倒時(shí)打分兩者有差異,但不明顯,分別為1分、0.5分,同時(shí)對(duì)應(yīng)的斜率在0.09～0.1范圍內(nèi)存在差異;在45 h后,傾倒時(shí)打分兩者差異加大,分別為2.5分、0.5分,此時(shí)樣品1斜率在0.08～0.09,而樣品2斜率在0.09～0.1,表明不同層級(jí)的斜率所對(duì)應(yīng)的弱凝膠程度能明顯區(qū)分。在后續(xù)的繼續(xù)冷藏過程中,樣品2的斜率在0.09～0.1范圍內(nèi)呈下降趨勢(shì),但傾倒時(shí)打分均為0.5分,樣品1斜率在0.07～0.09范圍內(nèi)下降明顯,但傾倒時(shí)打分均為2.5分,表明傾倒時(shí)目視觀察法已經(jīng)不能有效區(qū)分所形成的弱凝膠程度,而彈性模量曲線的斜率卻能很好地表征弱凝膠形成的速率及程度。

表3 紅豆薏米飲品攪勻后彈性模量曲線斜率及傾倒肉眼觀察結(jié)果隨放置時(shí)間的變化Tab.3 Slopes of elastic modulus curves and results of visual observation of protein beverage with red bean and coix seed after being stirred

圖5 樣品1攪勻后彈性模量曲線隨時(shí)間的變化Fig.5 Effects of storage time on elastic modulus curve of sample 1 after being stirred

圖6 樣品2攪勻后彈性模量曲線隨時(shí)間的變化Fig.6 Effects of storage time on elastic modulus curve of sample 2 after being stirred

圖7 樣品3攪勻后彈性模量曲線隨時(shí)間的變化Fig.7 Effects of storage time on elastic modulus curve of sample 3 after being stirred

3 結(jié) 論

采用飲料原包裝檢測(cè)技術(shù)與漿式轉(zhuǎn)子可以最大程度地避免樣品上樣過程中對(duì)樣品結(jié)構(gòu)的破壞。應(yīng)用流變儀對(duì)飲料進(jìn)行頻率掃描,對(duì)于一般飲料體系可以通過彈性模量的大小評(píng)價(jià)其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)弱;對(duì)于具有較強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的飲料體系,在考察彈性模量大小的基礎(chǔ)上通過彈性模量對(duì)頻率的依賴關(guān)系的評(píng)價(jià),可以判定飲料體系是否出現(xiàn)弱凝膠或過強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象。

該檢測(cè)方法簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確,可以測(cè)定具有微弱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)甚至出現(xiàn)凝膠化的樣品,測(cè)定同一樣品不同部位的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強(qiáng)弱,也可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)弱進(jìn)行評(píng)價(jià)分級(jí)。因此,該方法可以廣泛應(yīng)用于飲料的研發(fā)與生產(chǎn),對(duì)配方工藝的改進(jìn)與完善上具有重要的指導(dǎo)意義。