板栗糊飲料流變學(xué)特性研究

王雪瑩,劉建學(xué),2,*,韓四海,2,李 璇,2,李佩艷,2,徐寶成,2,羅登林,2

(1.河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,河南洛陽 471023; 2.河南省食品原料工程技術(shù)研究中心,河南洛陽 471023)

板栗糊是以新鮮板栗為原料,經(jīng)過去殼護(hù)色、磨漿調(diào)配、均質(zhì)滅菌等工序制備得到的具有板栗濃郁香氣的濁汁飲料。板栗不僅味美可口,而且營養(yǎng)豐富,除含有糖類、蛋白質(zhì)、脂肪外,還含有豐富的微量元素,同時(shí)還具有很強(qiáng)的保健治療作用,板栗中所含的不飽和脂肪酸和多種維生素對冠心病、動(dòng)脈硬化等疾病有一定的療效[1-6]。但是板栗貯藏難度較大,容易發(fā)霉、生蟲、發(fā)芽,板栗因貯藏方法不當(dāng)造成了極大的浪費(fèi)[7-13]。為了解決這些問題,本文采用一定工藝制得板栗糊以解決板栗產(chǎn)品單一、貯藏性差、容易產(chǎn)生沉淀[14-17]等問題。

板栗糊的短期貯藏穩(wěn)定性是評價(jià)產(chǎn)品制備成功與否的關(guān)鍵因素。由于食品流變學(xué)與其穩(wěn)定性、加工工藝有重要聯(lián)系,所以流變學(xué)特征作為衡量貯藏期間板栗飲料狀態(tài)和品質(zhì)的重要參數(shù),能為其產(chǎn)品研發(fā)和質(zhì)量檢測提供重要參數(shù)[19-21]。

近年來國內(nèi)對于板栗飲料的研究主要集中在加工工藝與其護(hù)色、穩(wěn)定性[22]的研究,但是在產(chǎn)品的流變學(xué)特性方面研究較少。本實(shí)驗(yàn)主要對自制板栗糊進(jìn)行流變特性的研究,探究加入黃原膠[23]、卡拉膠[24]、CMC[25]和復(fù)合穩(wěn)定劑[26-27]的板栗糊在不同貯藏條件下,飲料體系在貯藏期間的流變特性，即對黏度變化范圍、剪切應(yīng)力、體系表觀黏度隨溫度變化范圍進(jìn)行探究，旨在延長板栗糊的貨架期,確定其最佳貯藏條件。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮板栗 河南洛陽大張超市;黃原膠 食品級,深圳市振芯嘉貿(mào)易有限公司;CMC(羧甲基纖維素鈉) 食品級,宏大生物科技有限公司;卡拉膠 食品級,滕州市博盛食品科技有限公司;抗壞血酸 食品級,江西省德興市百勤異VC鈉有限公司;檸檬酸 食品級,深圳市振芯嘉貿(mào)易有限公司;EDTA-2Na 食品級,浙江多味化工食品有限公司;單甘酯 食品級,佳力士添加劑(海安)有限公司;蔗糖酯 食品級,杭州瑞霖化工有限公司;白砂糖 食品級,廣州福正東海食品有限公司。

DHR-2流變儀 美國TA公司;HR2838榨汁機(jī) 珠海經(jīng)濟(jì)特區(qū)飛利浦家庭電器有限公司;XFS-280手提式壓力蒸汽滅菌鍋 浙江新豐醫(yī)療器械有限公司;CS-700高速多功能粉碎機(jī) 武義海納電器有限公司;AD500S-H均質(zhì)機(jī) 上海昂尼儀器儀表有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品制備 按照圖1工藝流程制得樣品板栗糊進(jìn)行貯藏穩(wěn)定性試驗(yàn)。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Process flow chart

1.2.2 操作要點(diǎn)

1.2.2.1 原料處理 選取新鮮飽滿、無病蟲危害的板栗果,用刀具在板栗殼手工劃口,于70～80 ℃水中煮制1.5～3 min,趁熱去殼及內(nèi)皮。

1.2.2.2 護(hù)色液配制 去皮后的栗仁立即放入由響應(yīng)面預(yù)實(shí)驗(yàn)所得的(0.025 g/100 mL EDTA-2Na+0.02 g/100 mL抗壞血酸+0.1 g/100 mL檸檬酸)護(hù)色液中護(hù)色。

1.2.2.3 破碎打漿及過濾 將板栗用粉碎機(jī)破碎[28-29],迅速加入護(hù)色劑(板栗∶護(hù)色劑=10∶1.3)再加入一定比例水(板栗∶水=1∶9)用榨汁機(jī)打磨成漿(2.5 min),再用八層紗布過濾。

1.2.2.4 調(diào)配 分別加入不同種類一定量的穩(wěn)定劑,再加入蔗糖酯(0.05 g/100 mL)、單甘酯(0.15 g/100 mL)和白砂糖(7.5 g/100 mL)進(jìn)行煮漿。

1.2.2.5 均質(zhì)及灌裝滅菌 均質(zhì)條件是70～80 ℃,第一次均質(zhì)是20～25 MPa,第二次均質(zhì)是25～36 MPa,均質(zhì)兩次;滅菌采用高壓蒸汽滅菌,條件是115 ℃,滅菌15 min。

1.2.3 穩(wěn)定劑對板栗糊飲料貯藏特性的影響 將過濾后所得板栗汁分為A、B、C、D四組:A組按照0.2 g/100 mL的比例加入黃原膠,B組按照0.15 g/100 mL的比例加入卡拉膠,C組按照0.25 g/100 mL的比例加入CMC(羧甲基纖維素鈉),D組則加入0.2 g/100 mL黃原膠+0.15 g/100 mL卡拉膠+0.25 g/100 mL CMC。按照上述要求制得板栗糊A組12瓶,B組12瓶,C組12瓶,D組26瓶,每瓶150 mL,分別放置在常溫25 ℃和冷藏4 ℃條件下貯藏50 d,每隔10 d分別測定板栗糊的各項(xiàng)指標(biāo)變化情況,并觀察產(chǎn)品外觀。

1.2.4 不同穩(wěn)定劑對板栗糊流變特性和感官的影響 采用流變儀進(jìn)行流變特性[31-32]的測定。本試驗(yàn)采用的是p40的平行板轉(zhuǎn)子來進(jìn)行試驗(yàn)測定。在固定振蕩應(yīng)變在3%條件下,測定A、B、C、D 4組樣品在4～40 ℃溫度變化范圍內(nèi)復(fù)合黏度的變化趨勢。

用如表1所示的感官評定對不同穩(wěn)定劑的板栗糊進(jìn)行品質(zhì)評定。

表1 感官評定Table 1 Sensory evaluation

選擇10位食品專業(yè)的同學(xué)(5男,5女),參照感官評定表進(jìn)行評定,總分100分,按照色澤、組織狀態(tài)、口感、風(fēng)味各占25分,對板栗糊進(jìn)行評價(jià),結(jié)果取其平均值。

1.2.5 板栗糊貯藏期流變特性

1.2.5.1 靜態(tài)流變性質(zhì) 將加入復(fù)合穩(wěn)定劑的板栗糊加入到流變儀平板上,將剪切速率設(shè)為變量,樣品的剪切速率變換范圍設(shè)定為2.0～200 s-1,在25 ℃下測量樣品表觀黏度和剪切應(yīng)力隨剪切速率的變化曲線。

1.2.5.2 動(dòng)態(tài)流變性質(zhì) 在25 ℃下,測定加入復(fù)合穩(wěn)定劑的板栗糊動(dòng)態(tài)流變性質(zhì),固定振蕩應(yīng)變在3%,角頻率范圍在0.1～100 Hz,測定樣品的貯能模量G′、耗能模量″隨角頻率的變化。

1.3 數(shù)據(jù)處理

文中對板栗糊耗能模量二次擬合運(yùn)用SPSS Statistics V 17.0進(jìn)行處理與分析,其余圖表數(shù)據(jù)處理均用Origin 85進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同穩(wěn)定劑對板栗糊飲料流變特性和感官評價(jià)的影響

2.1.1 溫度變化流變特性 在固定振蕩應(yīng)變在3%條件下,測定A、B、C、D 4組樣品在4～40 ℃下復(fù)合黏度的變化趨勢,其結(jié)果見圖2。

圖2 板栗糊復(fù)合黏度隨溫度變化圖Fig.2 Changes of chestnut paste composite viscosity with temperature

如圖2所示,板栗糊復(fù)合黏度隨溫度的升高而下降,因穩(wěn)定劑種類不同,復(fù)合黏度變化也有所不同,其中加入復(fù)合穩(wěn)定劑的板栗糊復(fù)合黏度隨溫度升高而下降的趨勢更加平滑,加入CMC的板栗糊復(fù)合黏度變化趨勢下降幅度很大,出現(xiàn)大量沉淀,而加入黃原膠和卡拉膠的板栗糊其變化趨勢較緩和。綜上所述,加入單一膠體的板栗糊體系對溫度變化較敏感,而加入復(fù)合穩(wěn)定劑的板栗糊可能是通過復(fù)合穩(wěn)定劑的相互作用與制約,使其復(fù)合黏度保持在一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài),不會(huì)隨著溫度的突變而導(dǎo)致體系復(fù)合黏度出現(xiàn)較大的變化。

2.1.2 貯藏中板栗糊不同穩(wěn)定劑感官評價(jià) 將存放在不同狀態(tài)下加入不同穩(wěn)定劑的板栗糊進(jìn)行了感官評定,其結(jié)果如圖3。

圖3 板栗糊不同貯藏條件下感官評分Fig.3 Sensory score of chestnut paste under different storage conditions

通過實(shí)驗(yàn)與圖3可知,加入卡拉膠和CMC(羧甲基纖維素鈉)的板栗糊在口感、風(fēng)味、色澤上與加入黃原膠和復(fù)合穩(wěn)定劑的板栗糊沒有較大的差別,但在組織狀態(tài)上加入復(fù)合穩(wěn)定劑的無明顯沉淀與分層,而加入其他膠體的會(huì)出現(xiàn)較明顯或輕微沉淀,使得其加入單一穩(wěn)定劑的感官評分較低。就貯藏條件,在4 ℃冷藏條件下,因?yàn)闇囟容^低,所以在膠體的作用下體系粘稠度較大,沉淀少于25 ℃常溫貯藏,組織狀態(tài)較細(xì)膩均勻。

2.2 板栗糊貯藏期流變特性

2.2.1 靜態(tài)流變性質(zhì) 在剪切速率變換范圍為2.0～200 s-1,測量25 ℃常溫和4 ℃冷藏條件下樣品黏度和剪切應(yīng)力隨剪切速率變化的結(jié)果見圖4、圖5。

圖4 板栗糊常溫條件下50d貯藏時(shí)間靜態(tài)流變特性圖Fig.4 Static rheological properties of chestnut paste at 50 d storage temperature under normal temperature conditions

圖5 板栗糊冷藏條件下50d貯藏時(shí)間靜態(tài)流變特性圖Fig.5 Static rheological properties of storage time of chestnut paste under refrigeration for 50 days

由圖4所示,板栗糊在25 ℃常溫下其靜態(tài)流變特性的變化規(guī)律是體系黏度隨著剪切速率升高而降低,黏度變化范圍集中在0.2～2.6 Pa·s之間,其體系剪切應(yīng)力隨剪切速率的增大先減小后增大,剪切應(yīng)力范圍在4～12 Pa之間;

在50 d貯藏時(shí)間內(nèi),黏度與剪切應(yīng)力變化趨勢一致,變化范圍較小,剪切應(yīng)力與剪切速率之間不呈直線關(guān)系,反應(yīng)出非牛頓特性,屬于假塑性流體[32]。

由圖5所示,板栗糊在4 ℃冷藏條件下其靜態(tài)流變特性的變化規(guī)律是體系黏度隨剪切速率升高而降低,黏度變化范圍在0.2～6.6 Pa·s之間,剪切應(yīng)力隨剪切速率變化規(guī)律與常溫相同,其范圍集中在4～15 Pa之間,在50 d貯藏時(shí)間內(nèi),黏度與剪切應(yīng)力變化趨勢一致。

綜上所述,板栗糊在常溫25 ℃與冷藏4 ℃條件下黏度,剪切應(yīng)力變化趨勢一致,但其范圍有所不同。25 ℃常溫下其黏度變化范圍在0.7 Pa·s左右,剪切應(yīng)力變化范圍在0.5 Pa左右,4 ℃冷藏下黏度變化范圍4.5 Pa·s左右,剪切應(yīng)力變化范圍在6.1 Pa左右,其原因可能是板栗糊中有膠體的存在,親水膠體發(fā)生水化作用后都具有增稠效果,可以獲得黏度較高的流體,但是黏度容易受溫度、pH、鹽離子的影響而發(fā)生改變,所以其膠體受溫度影響,冷藏條件下黏度變化范圍大于常溫[33]。

2.2.2 動(dòng)態(tài)流變性質(zhì) 在固定振蕩應(yīng)變3%,角頻率范圍0.1～100 Hz條件下,測定樣品在25 ℃常溫和4 ℃冷藏條件下貯能模量G′、耗能模量G″隨角頻率的變化結(jié)果見圖6。

圖6 板栗糊不同貯藏條件50d貯藏時(shí)間內(nèi)動(dòng)態(tài)模量及隨角頻率變化曲線圖Fig.6 Dynamic modulus and angular frequency variation curve of chestnut paste under different storage conditions for 50 days

圖6(a,c)所知,角頻率在恒定變化范圍內(nèi)(0～100 rad/s),其貯能模量隨角頻率的增加而增加,其范圍為0～15 Pa,在貯藏期50 d內(nèi),25 ℃常溫下貯能模量基本保持在一個(gè)水平,4 ℃冷藏下貯能模量有2～5 Pa的增加,貯能模量反映體系的彈性大小,說明貯藏條件對板栗糊彈性影響不大。耗能模量反映體系粘性大小,圖6(b,d)中耗能模量隨角頻率的變化符合二次函數(shù)變化規(guī)律,對其進(jìn)行二次擬合分析,分析其貯藏條件變化對板栗糊粘性的影響。

其板栗糊貯藏期內(nèi)耗能模量在角頻率在0～100 rad/s范圍內(nèi)呈現(xiàn)先增大再減小的變化趨勢,其變化曲線形狀近似拋物線。根據(jù)板栗糊耗能模量的變化測得的數(shù)據(jù),進(jìn)行了二次回歸模型的擬合研究,其模型為:

y=ax2+c

式中:y為耗能模量,Pa;x為角頻率,rad/s;a,c為擬合系數(shù)。

用相關(guān)系數(shù)r和估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)誤差SE對模型進(jìn)行檢驗(yàn)并對貯藏條件進(jìn)行單因素方差分析,檢驗(yàn)結(jié)果如表2所示。從表2中可以看出,板栗糊在不同貯藏時(shí)間下相關(guān)系數(shù)r>0.9,說明貯藏時(shí)間對板栗糊中耗能模量具有相關(guān)性,標(biāo)準(zhǔn)誤差SE在0.2左右,說明耗能模量的數(shù)據(jù)與建立的二次回歸方程離散程度較小,因此該回歸方程擬合度較高。單因素方差分析如表3所示。表3中兩種貯藏方式中的F值>F0.01(30,124),顯著性P<0.01,說明貯藏條件變化對板栗糊耗能模量影響極顯著。

表2 擬合系數(shù)及檢驗(yàn)結(jié)果Table 2 Fitting coefficient and test results

表3 貯藏條件單因素方差分析Table 3 One-way ANOVA of storage conditions

通過對比可知在25 ℃常溫貯藏條件下,其貯能模量波動(dòng)范圍是0～3 Pa之間,耗能模量波動(dòng)范圍是0～0.8 Pa之間,波動(dòng)范圍較小,而在4 ℃冷藏條件貯藏下,其貯能模量波動(dòng)范圍是2～5 Pa之間,耗能模量波動(dòng)范圍在0～1.2 Pa之間,波動(dòng)范圍略大于常溫貯藏,這是因?yàn)槠淠z體的加入使得板栗中的淀粉與膠體分子鏈段之間的纏繞點(diǎn)增多,體系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更強(qiáng),所以板栗糊表現(xiàn)出較大的粘彈性,但是膠體易受溫度的影響,由于貯藏溫度的不同,對其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響[33-34],所以可以通過數(shù)據(jù)判斷出25 ℃常溫貯藏對板栗糊體系的黏彈性影響較小。

3 結(jié)論

通過采用一定配方的穩(wěn)定劑來增加體系粘稠度,從而保留淀粉營養(yǎng)成分而減少沉淀的方法制得的板栗糊口感細(xì)膩,組織狀態(tài)均勻,板栗味濃郁。流變學(xué)特性研究表明,添加復(fù)合穩(wěn)定劑的板栗糊對溫度感應(yīng)遲緩,穩(wěn)定性良好。板栗糊是典型的假塑性流體,在較短貯藏時(shí)間內(nèi),其黏度有0.7～4.5 Pa·s的變化,粘性有0～1.2 Pa的波動(dòng),彈性有0～5 Pa的波動(dòng),冷藏貯藏各項(xiàng)指標(biāo)變化范圍約是常溫貯藏變化范圍的1.5～2倍左右,板栗糊常溫保存即可,具有良好的貯藏穩(wěn)定性。