王子宇,王智穎,2,羅港,2,雷愛玲,陳厚榮,張甫生*
1(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院,重慶,400715)2(西南大學(xué) 西塔學(xué)院,重慶,400715)
橙汁是世界上產(chǎn)量和銷量最大的果汁,截至2019年,我國橙汁的出口量為3 760 t,出口金額708.4萬美元。因此提升橙汁加工品質(zhì),提高產(chǎn)品競爭力,擁有廣闊的應(yīng)用前景[1]。根據(jù)近年來關(guān)于消費者對于果汁喜好度的研究,消費者們近年來越發(fā)關(guān)注果汁的流變特性,如黏度、黏彈性、黏滑性、口腔摩擦特性等內(nèi)容[2-3]。果蔬汁的流變特性是評價口感的重要指標(biāo),不同流變特性的果蔬汁在口感上存在明顯的差異[4]。然而目前對于橙汁口感方面的研究較少,因此越來越多的學(xué)者開始關(guān)注研究橙汁的口感問題。
高壓均質(zhì)(high pressure homogenization, HPH)是一種新興的非熱加工方式,常用于果蔬汁加工。在HPH處理過程中,果蔬汁通過均質(zhì)閥中狹窄的可調(diào)間隙而獲得高壓、高速,從而產(chǎn)生壓力梯度、剪切力、高速碰撞、空穴效應(yīng)等作用[5],從而降低果蔬汁中果膠等可溶性膳食纖維(soluble dietary fiber, SDF)的分子質(zhì)量(molecular weight,Mw),可用于改變果蔬汁的流變特性[6]。例如使用HPH處理冷凍濃縮橙汁,會導(dǎo)致其損耗模量(G″)、儲能模量(G′)和復(fù)合黏度(G*)降低,使得口感更加細膩[7]。測定HPH處理后番茄汁的蠕變和恢復(fù)性能,證明了HPH處理可以改變其黏性和彈性,口感大大改善[8]。此外,用Herschel Bulkley模型對胡蘿卜汁流動特性的擬合結(jié)果證明,HPH處理能顯著降低黏度系數(shù)K值和提高流動系數(shù)n值,使得表觀黏度更低,流動性更強[9]。但是這些研究很少將流變特性與口感相結(jié)合,也未從溶質(zhì)等微觀顆粒入手進一步分析流變特性改變的影響因素。
橙汁是一種主要由多糖形成的分散系,每100 mL的非濃縮還原橙汁中,含碳水化合物10.0 g,其中主要包括纖維素和SDF,另外約有蛋白質(zhì)0.5 g[10],而在粗濾等加工流程中可除去大部分木質(zhì)素、纖維素等不溶性多糖。以果膠為主的SDF的結(jié)構(gòu)變化是造成非濃縮還原橙汁流變特性改變的主要原因,且比蛋白質(zhì)對橙汁流變特性造成的影響更大[11]。本研究選用工業(yè)上常用來榨汁的愛媛38號果凍橙作為研究對象,進行0~100 MPa 的HPH處理,測定橙汁流動指數(shù)、表觀黏度、黏彈性、摩擦學(xué)等流變特性的變化,并通過研究橙汁中SDF的結(jié)構(gòu)改變研究其相互關(guān)系。以期改善橙汁的產(chǎn)品特性,使得不同條件下生產(chǎn)的橙汁能在口感上適用于不同消費者,為橙汁的加工生產(chǎn)和口感改善提供理論依據(jù)。
愛媛38號果凍橙,產(chǎn)自四川眉山;KBr(分析純)、丙酮,成都市科隆化學(xué)品有限公司;95%(體積分?jǐn)?shù))乙醇、三氯甲烷,重慶川東化工(集團)有限公司;甲醇(光譜純),上海阿拉丁生化科技股份有限公司。
WF-B2000榨汁機,永康市天歌電器有限公司;超高壓均質(zhì)機,寧波新芝生物科技股份有限公司;JM-LB80-1D膠體磨,溫州小杰機械公司;MCR302990000安東帕流變儀,奧地利安東帕(中國)有限公司;Zetasizer Nano ZS粒度分析儀,英國馬爾文儀器有限公司;Spectrum 100傅里葉紅外光譜儀,美國Perkin Elmer公司;Phenom Pro10102掃描電子顯微鏡,荷蘭Phenom World公司;Waters 2414凝膠色譜儀,沃特世科技(上海)有限公司;SHZ-D水循環(huán)式多用真空泵,河南省予華儀器有限公司;DHG-9140A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱,上海齊欣科學(xué)儀器有限公司;HH-ZK8數(shù)顯恒溫水浴鍋,鞏義市予化儀器有限責(zé)任公司;FA1004A電子分析天平,上海精天電子儀器有限公司。
1.3.1 橙汁的處理
新鮮橙子清洗去皮后,切分榨汁,粗濾后用膠體磨均化處理5 min,使橙汁的粒徑在10 μm以下。將均化好的橙汁進行HPH處理,進樣溫度控制25 ℃,均質(zhì)壓力選擇20、40、60、80、100 MPa。
1.3.2 流變特性的測定
使用安東帕流變儀測定橙汁的流變特性,選用CP 60-1錐板和BC 12.7探頭測定。設(shè)定參數(shù)如下[6-7, 12]:
設(shè)定剪切速率為對數(shù)變化規(guī)律,由0.1~100 rad/s,取點30個,每30 s取1次點,進行橙汁流體性質(zhì)和表觀黏度的測定。
先在1 s-1的頻率下進行振幅掃描,測得橙汁線性黏彈區(qū)在形變量γ為1%~7%。設(shè)定形變量γ為5%進行頻率掃描,剪切速率以對數(shù)變化規(guī)律從0.1~10 rad/s,一共取點20個,測定橙汁的儲能模量G′和損耗模量G″。
設(shè)定預(yù)剪切速率為1 rad/s,測定速率3 rad/s,溫度在4~50 ℃線性變化,升溫速率1 ℃/min,0.25 min取1個點,進行橙汁溫度掃描測定。
設(shè)定預(yù)剪切速率1 rad/s,恒定剪切速率5 rad/s,剪切時間300 s,每10 s取點1次。進行橙汁時間掃描測定。
設(shè)定測試恒定溫度T=25 ℃,恒定法向力FN=0.1 N,滑動速率Vs以對數(shù)變化規(guī)律從0.002~0.2 m/s,取點30個,每20 s取1個點。進行橙汁Striback曲線測定。
1.3.3 粒徑分布和Zeta電位的測定
使用Nano-激光納米粒度分析儀測定橙汁粒徑分布情況和Zeta電位。設(shè)定測定條件[13]:溶質(zhì)折射率為1.060,吸收率0.001,溶液折射率為1.33,溫度25 ℃,黏度0.887 2 mPa·s,介電常數(shù)為78.5,粒徑范圍為0.3 nm~10 μm。將橙汁稀釋100倍后,選擇PSD模式測定粒徑分布,選擇電位模式測定Zeta電位。
1.3.4 多糖溶質(zhì)的提取
量取50 mL的橙汁,加入95%(體積分?jǐn)?shù))乙醇150 mL,水浴煮沸20 min,冷卻后用G4沙芯漏斗(孔徑5~15 μm)過濾,不溶物用95%(體積分?jǐn)?shù))煮沸乙醇100 mL,及氯仿與甲醇混和液(體積比為1∶1)50 mL沖洗,再用丙酮沖洗,最后得到均一、白色粉末狀固體,于35 ℃烘箱中干燥至恒重,即得橙汁中大分子溶質(zhì)。其中大部分為果膠等膳食纖維[14]。
1.3.5 傅里葉紅外光譜(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)分析
采用KBr壓片法,取0.01 g干燥樣品,放入瑪瑙研缽中,加入1.00 g干燥的KBr,研磨混勻。取100 mg研磨后的粉末,抽氣加壓維持約3 min成片,之后放入紅外光譜儀中進行FTIR測定。設(shè)定掃描次數(shù)32次,分辨率4 cm-1,掃描范圍:400~4 000 cm-1[15]。
1.3.6 分子質(zhì)量(Mw)的測定
稱取溶質(zhì)混合物3 mg加入3 mL超純水中,靜置溶解3 h,過0.45 μm的水相濾膜,測樣。選取聚苯乙烯PS標(biāo)準(zhǔn)樣品,按照1 mg/mL配置成濃度梯度。設(shè)定流速為v=1 mL/min,單次進樣1 mL[16]。經(jīng)擬合,標(biāo)準(zhǔn)樣品的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為:。
1.3.7 掃描電鏡(scanning electron microscope,SEM)觀察
將干燥大分子溶質(zhì)磨成粉末狀,粘于銅臺上鍍金,送入電鏡觀察。SEM測試參數(shù)[17]:真空度10-2~10-3Torr,濺射電壓1.1~1.2 kV,鍍膜時間2~3 min。鍍膜后樣品放置10 min。
1.3.8 數(shù)據(jù)分析與處理
數(shù)據(jù)整理采用Microsoft 365;顯著性分析采用SPSS 22.0;數(shù)學(xué)模型擬合采用Matlab R2016a;圖片繪制采用Origin 8.6;所有樣品平行實驗3次,結(jié)果均采用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。P<0.05為差異顯著。
2.1.1 流體特性測定
橙汁的剪切應(yīng)力-剪切速率的關(guān)系可以反映其流體特性,采用Herschel Bulkley模型對不同壓力HPH處理后的橙汁流體特性進行擬合,結(jié)果見表1。從表1可以看出,在0~100 MPa內(nèi),橙汁呈現(xiàn)典型的假塑性,且隨著均質(zhì)壓力的提高,橙汁的流動系數(shù)n值逐漸升高,黏度系數(shù)K值呈現(xiàn)明顯的降低趨勢,假塑性明顯增強。較低的K值和較高的n值表示橙汁流動性更強,黏稠度更低,在口感上更有清汁的口感[18]。相比未處理組,20~60 MPa的HPH處理使得橙汁的n值有所升高,K值有所降低;n值升高率分別為:19.94%、41.01%、58.99%;K值降低率分別為:22.86%、34.29%、45.71%。而在80~100 MPa處理下,橙汁的n值的升高速率和K值的降低速率更快,n值分別升高63.48%、76.12%,K值分別降低68.57%、77.14%。這表明,80~100 MPa的HPH處理能更加顯著地改變橙汁的流變特性,使得橙汁更稀、黏度更小。屈服應(yīng)力σ0非常低,表明橙汁體系主要呈現(xiàn)為液體形態(tài),施加較小的力就可使體系產(chǎn)生形變。R2較大,表明擬合效果好。綜上,HPH處理能有效降低橙汁的黏度,增強其假塑性,讓橙汁更稀。20~60 MPa的HPH處理可以降低橙汁的黏度,更適合青年人的口感;而80~100 MPa的處理下,橙汁黏度更低,相比更符合兒童和老年人的口感需求。橙汁在HPH過程中,流體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變是因為SDF大分子物質(zhì)可在果汁中相互纏繞聯(lián)結(jié)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),并與水分子相互絡(luò)合,使得橙汁具有黏度[19]。而在HPH處理過程中,橙汁中的SDF大分子物質(zhì)被打碎越充分,平均分子質(zhì)量Mw逐漸降低,使得橙汁中舒展開的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)變小或被破壞[20],橙汁內(nèi)部構(gòu)造減弱,內(nèi)部分子結(jié)合而形成的阻力由于構(gòu)造破壞而減少,流動特性逐漸增強[4]。
表1 高壓均質(zhì)橙汁流體的類型Table 1 Determination of fluid types in orange juice treated by high pressure homogenization
2.1.2 表觀黏度測定
從圖1看出,隨著剪切速率的提高,橙汁黏度明顯降低,橙汁呈現(xiàn)典型的假塑性。在0~100 MPa范圍內(nèi),隨著均質(zhì)壓力的升高,橙汁的黏度逐漸降低。在0.1 s-1的剪切速率下,相比未處理組,20 MPa處理的橙汁黏度略微降低了5.4%。在40~60 MPa處理后,橙汁的黏度有較大幅度的下降,分別降低25.43% 和39.29%。加壓80~100 MPa后,橙汁黏度大幅降低,分別降低43.18%和74.06%。這是由于隨著均質(zhì)壓力的升高,橙汁中對黏度起決定性作用的SDF被打碎,平均分子質(zhì)量Mw降低,鏈長變短[21]。分子鏈的變短,降低了膳食纖維分子發(fā)生碰撞的幾率,減少了其形成大分子質(zhì)量物質(zhì)的聯(lián)結(jié)點,降低了共價鍵、疏水相互作用、氫鍵等作用,使得橙汁中的內(nèi)聚力降低[22],表現(xiàn)為橙汁的黏度降低。壓力越高,黏度降低越明顯??梢钥闯鲈?0~60 MPa處理下的橙汁,相比未處理橙汁具有更低的黏度,飲用時更加順滑;而在80~100 MPa處理下,橙汁黏度進一步降低,橙汁口感越稀。
圖1 表觀黏度測定Fig.1 Measurement of apparent viscosity
2.1.3 頻率掃描測定
由于在平行板1 μm的測定間隙內(nèi),部分SDF分子直徑大于此間隙,大分子物質(zhì)會在此區(qū)域內(nèi)伸展開,并結(jié)合成為一種“弱凝膠”的結(jié)構(gòu)[23]。由圖2可見,均質(zhì)壓力從0 MPa增至100 MPa,橙汁的G′和G″均呈現(xiàn)下降趨勢,tanδ=1的臨界膠凝點逐漸趨于低剪切速率。G′和G″所呈現(xiàn)的趨勢均為:未處理組>20 MPa>40 MPa>60 MPa>80 MPa>100 MPa,在低頻率剪切時,體系主要發(fā)生彈性形變,G′ 圖2 頻率掃描測定Fig.2 Measurement of frequency scanning 2.1.4 溫度掃描測定 從圖3可以看出,隨著HPH壓力的升高,橙汁的表觀黏度逐漸降低,同溫度下的黏度大小與表觀黏度、頻率掃描結(jié)果保持一致。同時可見,隨著溫度的升高,各組橙汁的表觀黏度均呈現(xiàn)下降的趨勢,在4~25 ℃,表觀黏度降低較快,25 ℃之后溫度降低較慢。這一方面與橙汁的密度有關(guān),低溫時橙汁密度ρ較大,隨著溫度升高,ρ逐漸降低,造成表觀黏度降低[25];另一方面,低溫時橙汁中SDF大分子物質(zhì)互相交纏連接,形成的體系較為穩(wěn)定,但隨著溫度升高,其結(jié)構(gòu)逐漸變化,分子舒展開來,且分子動能增加,使得橙汁流動性增強,黏度降低[26]。橙汁最佳入口溫度為8~12 ℃,測得10 ℃下橙汁的表觀黏度,在20~60 MPa的處理下分別降低29.4%、35.1%、44.9%,而在80~100 MPa處理后分別降低54.2%、61.3%,降低幅度明顯高于20~60 MPa處理組。這表明在10 ℃下飲用橙汁時,20~60 MPa處理的橙汁黏度有所降低,而在80~100 MPa的處理下橙汁更稀,更具清汁的口感。 圖3 溫度掃描測定Fig.3 Measurement of temperature scanning 2.1.5 時間掃描測定 圖4表明,在20~100 MPa內(nèi),隨著均質(zhì)壓力的升高,橙汁的黏度呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。在5 rad/s的恒定剪切速率下,橙汁黏度隨時間呈現(xiàn)先下降后上升最后保持穩(wěn)定的趨勢。橙汁黏度在大約160 s的剪切后達到穩(wěn)定,此穩(wěn)定黏度在20~60 MPa的HPH處理后有所降低,分別降低48.6%、53.3%、55.9%;而在80~100 MPa的處理后降低速率更快,分別降低64.0%、73.9%。這與橙汁的表觀黏度部分的的分析結(jié)果相同。 圖4 時間掃描測定Fig.4 Measurement of time scanning 在0~50 s,橙汁黏度略微下降,這是由于其中的SDF大分子物質(zhì)在平板間隙中形成的“弱凝膠”結(jié)構(gòu)被破壞,橙汁體系的黏度減小。但是在50~150 s,由于剪切速率恒定,膳食纖維分子又相互纏繞連結(jié),在1 mm 的平板上形成了一種弱凝膠的結(jié)構(gòu)。隨著時間的增加,恒定的剪切使得其發(fā)生碰撞的幾率上升,纏繞連結(jié)的分子變多,“弱凝膠”的強度增大,表現(xiàn)為表觀黏度上升。而150 s之后,表觀黏度趨穩(wěn),這可能是發(fā)生纏繞連結(jié)的分子與剪切破壞的分子達到了動態(tài)平衡。 2.1.6 Striback曲線測定 Striback曲線是關(guān)于流體的摩擦系數(shù)μ隨滑動速度變化的圖象,以0.002~0.2 m/s的滑動速度可以用來模擬橙汁在人體口腔中的摩擦變化情況,進一步反映其口腔摩擦學(xué)特性[8]。從圖5可以看出, 經(jīng)過20 MPa的HPH處理后,橙汁的摩擦系數(shù)μ值大幅降低,0.2 m/s時的摩擦系數(shù)μ值從0.74降低至0.11以下,且均質(zhì)壓力越大,μ值越低。相比未處理組, 20~60 MPa的HPH處理使得μ值降低且逐漸趨于平穩(wěn),分別降低85.1%、87.2%、88.1%;當(dāng)壓力達到80 MPa時,橙汁的μ值又大幅降低90.1%;而當(dāng)壓力達到100 MPa時,μ值降低幅度更大,達到了92.2%。由于橙汁的摩擦系數(shù)與黏度有密切的相關(guān)性,黏度越小的橙汁μ值越小,隨滑動速度增加的變化量也越小。這說明越高的壓力能更好地打碎橙汁中的溶質(zhì)顆粒,均質(zhì)越充分,橙汁溶質(zhì)顆粒越小,體系越穩(wěn)定,摩擦系數(shù)也越小。在飲用橙汁時,20~60 MPa的橙汁具有較低的摩擦系數(shù)μ值,與口腔的摩擦感大大降低,而80~100 MPa處理下的橙汁,μ值降低更多,口感更加細膩潤滑。 圖5 Striback曲線測定Fig.5 Measurement of Strriback curve of orange juice 同時可以看出,未經(jīng)HPH處理的橙汁,隨著滑動速度的提高,μ值呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢,而在0.04 m/s以后μ值逐漸趨于穩(wěn)定。這是由于在未經(jīng)過HPH處理時,橙汁中的顆粒較大,SDF使得橙汁的黏度較大,在滑動時形成的摩擦力較大,且顆粒與壓力面碰撞的幾率高,使得μ值較高。而在高于0.04 m/s的剪切速率后,顆粒碰撞對正壓力所起的貢獻較小,μ值趨于平穩(wěn)。而經(jīng)過HPH處理后的橙汁,由于顆粒較小,滑動速率對橙汁的μ值影響減小,μ值曲線一直較為平穩(wěn)。 2.2.1 橙汁粒徑分布與Zeta電位分析 HPH處理后的橙汁體系中SDF顆粒直徑,橙汁粒徑分布見圖6,所帶電荷和分子質(zhì)量的測定結(jié)果如表2所示。在0~100 MPa內(nèi),隨著均質(zhì)壓力的升高,橙汁的粒徑越來越小,且分布范圍越來越窄。未經(jīng)HPH處理時,橙汁的粒徑分布集中在3 000~9 000 nm,平均粒徑為5 275 nm。經(jīng)過20 MPa的HPH處理后,橙汁的粒徑分布范圍降低至500~4 000 nm,平均粒徑降低至1 223.33 nm。這是由于在HPH處理過程中,橙汁由于均質(zhì)機產(chǎn)生的剪切力、空穴效應(yīng)等作用,使得其中的膳食纖維大分子物質(zhì)基本單元的糖苷鍵、酯鍵等共價鍵斷裂,碳鏈變短[21],分子鏈長度降低,粒徑更小。同時,在40~60 MPa時,隨著均質(zhì)壓力的逐漸升高,橙汁的粒徑分布范圍逐漸偏窄,粒徑逐漸變低,這表明較高壓力處理后的橙汁更加均一穩(wěn)定。當(dāng)壓力在80~100 MPa時,粒徑降低的效果更為明顯。其中在100 MPa時,橙汁的粒徑范圍主要集中在200~900 nm,平均分子直徑為427.5 nm,相比未處理組降低91.9%,相比20 MPa處理降低65.1%。橙汁中SDF粒徑的降低,進一步說明了橙汁流動系數(shù)n值的升高以及黏度系數(shù)K值的降低,從而導(dǎo)致表觀黏度和模量的降低。 圖6 高壓均質(zhì)橙汁粒徑分布圖Fig.6 Figure of particle size distribution of HPH orange juice Zeta電位表示顆粒表面所帶電荷量,決定了橙汁的穩(wěn)定性,可以影響其流變特性。由表2可見,橙汁中的顆粒均帶負電荷。未處理組和20 MPa的HPH處理的橙汁電荷數(shù)沒有顯著性差異,均低于-15 mV,體系為不穩(wěn)定狀態(tài)。40 MPa處理能將顆粒電荷值升高11.5%,超過-15 mV,使原本處于不穩(wěn)定狀態(tài)的橙汁變成亞穩(wěn)定狀態(tài)。60 MPa處理后,電荷值顯著升高,升高了58.0%。而80~100 MPa的處理后,電荷值升高更快,分別為:65.9%和70.2%。這是由于高壓均質(zhì)打碎了橙汁中的SDF等大分子物質(zhì),使得分子數(shù)量增多,暴露出更多的帶電基團,如羧酸基團[27],使得電荷值升高,體系更加穩(wěn)定。 表2 高壓均質(zhì)處理對橙汁中溶質(zhì)顆粒的影響Table 2 Effect of high pressure homogenization on the dietary fiber and pectin molecular particles in orange juice 2.2.2Mw的測定 根據(jù)凝膠色譜分析原理,分子質(zhì)量較大的化合物出峰時間短。根據(jù)橙汁各成分的分子質(zhì)量范圍可以推斷,色譜圖第一個峰為纖維素,第二個峰為果膠等SDF。從圖7可以看出,在0~60 MPa,橙汁中的纖維素出峰時間相差不大,分布范圍基本保持不變,分子質(zhì)量降低沒有顯著性,說明60 MPa以下的HPH處理對纖維素結(jié)構(gòu)破壞作用不明顯。但是經(jīng)過80~100 MPa的處理后,纖維素的Mw相比未處理組降低有顯著性,分別降低1.45%和1.87%。但是粗濾后橙汁中纖維素含量較少,且Mw降低幅度非常低,因此可以認(rèn)為纖維素的變化對橙汁的流變特性影響不大。 圖7 高壓均質(zhì)橙汁溶質(zhì)分子質(zhì)量Mw分布圖Fig.7 Molecular weight distribution of the solute HPH orange juice 相比纖維素,HPH處理后果膠等可溶性膳食纖維的Mw降低非常明顯。隨著均質(zhì)壓力的升高,果膠等SDF出峰時間越來越長,這說明了HPH處理會顯著降低其Mw,且壓力越高Mw越小。經(jīng)20~60 MPa處理后果膠等SDF分子質(zhì)量Mw下降率分別為9.14%、22.74%、36.46%,而在80~100 MPa下Mw下降率分別為:41.29%、59.97%,明顯高于20~60 MPa。這可以說明正是果膠等SDF分子質(zhì)量的降低,造成了橙汁黏度和模量的降低,改變了流變特性。這是由于在高速流動、高壓剪切的HPH處理過程中,SDF分子被打碎,α-1,4-糖苷鍵斷裂,聚合度顯著降低,造成其Mw的下降[5]。越高的壓力處理后Mw越低。HPH處理對SDF分子原本形成的相互纏繞連結(jié)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了破壞,造成橙汁體系整體黏度和黏彈性的降低[11]。這也很好地解釋了橙汁表觀黏度和模量降低的趨勢。 2.2.3 FTIR分析 FTIR分析可用于對溶質(zhì)基團結(jié)構(gòu)進行定性和半定量分析。由圖8可知,未處理組和HPH處理組的紅外吸收峰形狀和位置無明顯變化,這說明HPH處理沒有產(chǎn)生新基團;但是在不同位置的吸收強度有所變化,說明一些基團的數(shù)量發(fā)生了改變。 圖8 高壓均質(zhì)橙汁溶質(zhì)FTIR分析Fig.8 Analysis of FTIR of solutes in orange juice treated by HPH HPH處理組的FTIR吸收峰在2 926 cm-1處的甲基基團的C—H不對稱伸縮振動峰減弱,1 369.25~1 419.16 cm-1處C—H面內(nèi)彎曲振動吸收帶、536.23~537.17 cm-1碳骨架的吸收峰的吸收率均有降低,說明其碳鏈變短[28];882 cm-1處β-糖苷鍵的特征吸收峰增強,說明破壞暴露了更多的糖苷鍵[29]。相比未處理組,20~60 MPa處理下,碳鏈變短,糖苷鍵變多,證明多糖分子鏈顯著變短;而在80~100 MPa處理下分子鏈變短更加明顯。 FTIR的測定結(jié)果證明了HPH處理能有效破壞SDF的結(jié)構(gòu),使其分子鏈變短、DM降低,從而影響了橙汁的流變特性。 2.2.4 SEM觀察 圖9為不同均質(zhì)壓力下橙汁中提取的溶質(zhì)在掃描電鏡下的顯微圖,其主要成分為果膠等SDF,展現(xiàn)了它們的形態(tài)和顆粒大小。從圖9可以看出,烘干提取所得的溶質(zhì)主要呈現(xiàn)團狀顆粒,且均質(zhì)壓力越大,顆粒越細。未處理組的團狀顆粒平均直徑為300~400 μm;在20~40 MPa處理下大于100 μm;在60 MPa 處理后略低于100 μm;而當(dāng)壓力達到80~100 MPa時,顆粒的平均直徑遠遠低于100 μm,其中在100 MPa下僅為20~50 μm,為未處理組的1/6~1/20。 這可能是由于HPH處理破壞了橙汁中SDF的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),破壞了其中的化學(xué)鍵,造成其Mw的降低,因而顆粒逐漸變小。橙汁中溶質(zhì)顆粒的SEM結(jié)構(gòu)圖,和Mw分析結(jié)果保持一致,這更加證明了均質(zhì)壓力的提高造成了溶質(zhì)粒徑的降低,從而影響了橙汁流變特性。 A-未處理 500×;B-20 MPa 500×;C-40 MPa 500×;D-60 MPa 500×;E-80 MPa 500×;F-100 MPa 500×圖9 不同均質(zhì)壓力下橙汁溶質(zhì)顆粒掃描電鏡觀察Fig.9 SEM micrographs on the solute of orange juice treated by different high pressure homogenization HPH處理能有效改變橙汁的流變特性,0~100 Pa內(nèi)隨著壓力的升高,橙汁的表觀黏度、模量以及摩擦系數(shù)等流變特性指標(biāo)有所降低。由橙汁粒徑、Zeta電位、分子質(zhì)量、FTIR以及SEM等指標(biāo)分析可知,由于HPH處理破壞了橙汁中SDF的結(jié)構(gòu),使得糖苷鍵斷裂、碳鏈變短,DM降低,導(dǎo)致Mw降低,溶質(zhì)粒徑減小,從而改變了橙汁的流變特性。 綜上,在20~60 MPa的處理下,橙汁的流變指標(biāo)有所降低,可能比較適合年輕人引用或是開發(fā)成運動飲料;而在80~100 MPa的壓力處理下,流變指標(biāo)降低更快,口感更加細膩潤滑,可能適合老年人或是嬰幼兒引用。基于此,今后隨著HPH設(shè)備的升級,可以探究更高的均質(zhì)壓力、進樣溫度、循環(huán)次數(shù)等因素對于橙汁流變特性的影響,同時HPH處理可以和酶、超聲、超高壓等非熱加工處理協(xié)同作用,開發(fā)出具有更多流變特性的橙汁,以滿足消費者需求。2.2 溶質(zhì)顆粒分析
3 結(jié)論