薛玉清,許丹虹,馮玉紅,李文強,姜胡兵,胡君榮,張 妍,楊忻怡,吳偉都,李言郡,2,成官哲,
(1.杭州娃哈哈集團有限公司,浙江杭州 310018;2.浙江省食品生物工程重點實驗室,浙江杭州 310018)
酸奶作為乳制品中不可或缺的板塊銷售量呈現(xiàn)逐年上升趨勢,其中常溫產(chǎn)品中的飲用型酸奶增長又最為顯著,飲用型酸奶由于無需冷藏,內(nèi)容多樣,口感順滑,營養(yǎng)豐富,越來越受消費者青睞[1-2]。隨著消費者健康意識的不斷提高,具有一些健康屬性的食材和元素也越來越受到消費者的喜愛,桑椹不僅富含多種活性蛋白、維生素、礦物質(zhì),而且花青素含量豐富,具有很強的抗氧化功效,因此備受廣大愛美、抗老人士的追捧[3-4]。鑒于此,開發(fā)一款營養(yǎng)健康的飲用型桑葚酸奶會有良好的市場前景。
桑葚中存在一些不溶性成分,且這些物質(zhì)的密度不同于體系分散介質(zhì)的密度難以均勻分散,因此在重力或機械外力的作用下,產(chǎn)品在加工過程或貨架期常會發(fā)生沉淀現(xiàn)象[5]。另外,牛乳中主要的蛋白質(zhì)酪蛋白是一種酸敏感性蛋白質(zhì),它在牛乳發(fā)酵酸化的過程中,酪蛋白膠束被不可逆破壞,進(jìn)而蛋白之間的斥力減弱,蛋白質(zhì)粒子彼此靠近,發(fā)生凝聚,出現(xiàn)絮狀物或沉淀[6-9]。根據(jù)斯托克斯定律可知,顆粒的沉降速度與顆粒大小、相密度差成正比、與液體黏度成反比[10-11]。為了保證桑葚酸奶的穩(wěn)定性,控制蛋白質(zhì)顆粒、不溶性成分的聚集、沉淀對提高酸奶品質(zhì)至關(guān)重要,所以,常需要在產(chǎn)品中添加穩(wěn)定劑。目前國內(nèi)外研究報道多使用淀粉、羧甲基纖維素鈉、果膠、PGA、結(jié)冷膠、瓊脂等膠體,通過提高產(chǎn)品黏度的方式來改善凝固性酸奶和攪拌型酸奶的穩(wěn)定性,但高黏體系對于使用超高溫瞬時殺菌(Ultra High Temperature,UHT)的飲用型酸奶來說比較局限:一方面由于UHT 殺菌時間較短,物料過于黏稠會嚴(yán)重影響熱交換效率,導(dǎo)致物料中心溫度低于殺菌溫度,對于營養(yǎng)豐富的奶制品,殺菌不徹底易滋生大量微生物;另一方面過于黏稠的物料會給輸送、灌裝等正常生產(chǎn)加工帶來障礙;另外過分黏稠的口感易被消費者誤認(rèn)為是大量添加劑所致,這與當(dāng)下倡導(dǎo)健康、標(biāo)簽清潔的大趨勢相背[12]。
為了解決上述問題,開展了穩(wěn)定劑選擇及合理復(fù)配、優(yōu)化UHT 殺菌方式的研究,以提高飲用型酸奶的整體穩(wěn)定性、改善酸奶質(zhì)地、優(yōu)化口感。PGA由于可溶于水形成粘稠膠體、可在pH3-4 條件下形成凝膠且不會產(chǎn)生沉淀、具有較強的抗鹽性、金屬離子穩(wěn)定性和良好的乳化穩(wěn)定性,加之優(yōu)良的風(fēng)味釋放性且能夠賦予食品天然質(zhì)地和順滑口感,因此被廣泛用于食品領(lǐng)域作增稠劑、穩(wěn)定劑、乳化劑、懸浮劑和成膜劑[13-16]。果膠是以柚子、柑橘、蘋果等果實的果皮為原料提取的天然食品添加劑,對人體無毒無害,具有很高的安全性[17-18]。另外,果膠屬于一種可溶性膳食纖維,具有預(yù)防糖尿病、降低膽固醇、預(yù)防肥胖、維持腸道健康等功能,因此備受人們的重視和青睞[19]。其中高酯果膠在pH 小于4.5 時可以同酪蛋白反應(yīng),有效防止蛋白凝聚,同時作為膠凝劑所形成的凝膠在結(jié)構(gòu)、外觀、色、香、味等感官方面均優(yōu)于其他食品凝膠,被廣泛應(yīng)用于酸奶中改善產(chǎn)品口感、提升品質(zhì)、提高產(chǎn)品穩(wěn)定性[20-23]。鑒于此,本文就構(gòu)建PGA 復(fù)配果膠的穩(wěn)定體系,優(yōu)化UHT 殺菌方式,對飲用型酸奶的整體穩(wěn)定性、改善酸奶質(zhì)地、口感展開了研究,旨在為UHT 殺菌方式下酸性顆粒類乳制品研發(fā)、穩(wěn)定體系構(gòu)建和產(chǎn)品品質(zhì)提升提供理論支持和依據(jù)。
脫脂奶粉 新西蘭恒天然集團;白砂糖 市售;桑葚 德昌川桑農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司(采摘地點是四川德昌大涼山;采摘時間是3~4 月份);果膠 美國斯比凱可商貿(mào)有限公司;PGA 美國國際香精香料公司;嗜熱鏈球菌S.thermophilus、保加利亞乳桿菌Lactobacillus bulgaricus丹尼斯克(中國)有限公司。
BSA124S 分析天平 上海梅特勒-托利多儀器有限公司;MBL25 高速剪切機 上楚業(yè)生物科技(上海)有限公司;SH-160 生化培養(yǎng)箱、TD5G 離心機金壇市盛藍(lán)儀器制造有限公司;APV-1 000 型均質(zhì)機 丹麥APV 公司;小型UHT 殺菌機 Armfield 設(shè)備有限公司;Mastersizer 3000 激光粒度分析儀 英國馬爾文儀器有限公司;LVDV-2T 黏度計 愛拓中國分公司;Lumisizer-651 羅姆(江蘇)儀器有限公司;Turbiscan 穩(wěn)定性分析儀 法國Formulaction 公司;MCR302 流變儀 安東帕(上海)商貿(mào)有限公司;雙道打漿機 山東中研魯科機械制造有限公司。
1.2.1 桑葚酸奶的工藝流程
1.2.1.1 發(fā)酵乳的制備 脫脂粉8%(m/m)→50 ℃溶解→殺菌(95 ℃,5 min)→冷卻至43 ℃→接種(嗜熱鏈球菌:保加利亞乳桿菌比例為2:1)→43 ℃恒溫靜置發(fā)酵5 h→冷藏(2~6 ℃)。
1.2.1.2 桑葚酸奶的調(diào)配 發(fā)酵乳攪拌破乳→均質(zhì)(一級壓力20 Bar/二級壓力5 Bar)→攪拌過程中加入溶解冷卻好的糖漿10%(m/m)→攪拌時加入溶解冷卻好的果膠和PGA 溶液1%(m/m)→攪拌時加入桑葚漿液10%(m/m)→調(diào)酸(pH 至4.2)→定容→均質(zhì)→UHT 殺菌→室溫儲藏。
1.2.2 操作要點
1.2.2.1 桑葚漿液制備 桑葚干果除雜后,先用10倍量常溫純水浸泡30 min,然后預(yù)煮到90 ℃保持5 min 軟化后剪切破碎,再將剪切混合物經(jīng)過雙道打漿機,最后過80 目篩網(wǎng)去籽獲得桑葚漿液。
1.2.2.2 穩(wěn)定劑膠體溶液的制備 剪切過程中將果膠緩慢加入到250 g/80 ℃的純水中,勻速剪切10 min;加入50 g 純水使溫度在50 ℃左右,緩慢加入PGA,繼續(xù)剪切10~15 min,保證膠體充分溶解,制成膠體溶液(1 L 成品溶膠水量約300 g)。
1.2.3 穩(wěn)定劑對桑葚酸奶穩(wěn)定性的影響 采用1.2.1所示的工藝制備桑葚酸奶,PGA 和高甲氧基果膠添加量分別為質(zhì)量分?jǐn)?shù):高甲氧基果膠0.3%、0.35%、0.4%、0.45%、0.5%,PGA0、0.05%、0.08%、0.1%、0.12%,室溫儲藏1 d 后進(jìn)行感官評價、離心沉淀率、粒徑、黏度、Zeta 電位、粘彈性、Lumisizer 穩(wěn)定性掃描、Turbiscan 掃描測定。
1.2.4 實驗指標(biāo)測定
1.2.4.1 桑葚酸奶感官評定 選定具有三年以上飲料開發(fā)經(jīng)驗的品嘗者40 人(男女各一半)作為感官鑒定小組,對添加不同濃度PGA 和果膠的桑葚酸奶樣品進(jìn)行外觀、口感、整體質(zhì)構(gòu)進(jìn)行品評,最后根據(jù)外觀、口感、整體質(zhì)構(gòu)進(jìn)行綜合評分,感官評分標(biāo)準(zhǔn)見表1。
表1 桑葚酸奶感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Standards for sensory evaluation of mulberry yoghurt
1.2.4.2 桑葚酸奶離心沉淀率測定 在離心管(50 mL)質(zhì)量m1中加入一定量桑葚酸奶樣品(質(zhì)量m),4000 r/min 下離心10 min,將上清液棄去得m2,計算離心沉淀率:離心沉淀率(%)=(m2-m1)/m×100。
1.2.4.3 桑葚酸奶粒徑測定 用馬爾文Mastersizer 3000 激光粒度分析儀,分別檢測添加不同濃度PGA和果膠的桑葚酸奶的粒徑[24]。測試條件為:25 ℃,1800 r/min。
1.2.4.4 桑葚酸奶黏度測定 分別檢測添加不同濃度PGA 和果膠的桑葚酸奶的黏度,設(shè)置黏度計溫度為25 ℃,60 r/min。
1.2.4.5 桑葚酸奶Zeta 電位測定 基于經(jīng)典動態(tài)光散射理論,用激光粒度儀Zeta potential 模式測定添加不同濃度PGA 和果膠的桑葚酸奶樣品的電位,平衡時間為120 s,每個樣品測定3 次取平均值。
1.2.4.6 桑葚酸奶彈性模量測定 對添加不同濃度PGA 和果膠的桑葚酸奶樣品,用流變儀進(jìn)行頻率掃描[25]。測試條件為:同心圓筒,間距100 μm,上樣后平衡5 min,應(yīng)變2%,溫度25 ℃,頻率掃描范圍0.1~10 Hz。
1.2.4.7 桑葚酸奶Lumisizer 穩(wěn)定性掃描 用Lumisizer 穩(wěn)定性分析儀檢測添加不同濃度PGA 和果膠的桑葚酸奶樣品的穩(wěn)定性,測試條件為:在25 ℃,4000 r/min 下5 s/條測試500 條譜線[26]。
1.2.4.8 桑葚酸奶Turbiscan 掃描測定 用Turbiscan Lab 穩(wěn)定分析儀對添加不同濃度PGA 和果膠的桑葚酸奶樣品進(jìn)行穩(wěn)定性分析,儀器參數(shù)設(shè)置:溫度為(25±0.5)℃;連續(xù)性掃描程序:每1 h 掃描1 次,連續(xù)掃描24 h[27]。
數(shù)據(jù)均是測量三次以均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示,采用SSPS 21.0 對均值進(jìn)行單因素ANOVA 分析和最小顯著差數(shù)法(LSD)多重比較,P<0.05 差異有統(tǒng)計學(xué)意義。采用Origin 8.5 進(jìn)行統(tǒng)計圖形的繪制。
具有電負(fù)性的果膠和PGA 可通過靜電作用吸附在酸化后帶正電的酪蛋白表面,從而使蛋白質(zhì)顆粒表面帶上均一分布的負(fù)電荷,通過負(fù)電排斥力使蛋白質(zhì)顆粒保持穩(wěn)定。被穩(wěn)定的酪蛋白微粒,在后期均質(zhì)、加熱殺菌過程中不會大量聚集成大顆粒,從而保證酸奶、酸乳飲料的整體狀態(tài)均勻而不發(fā)生質(zhì)量問題。但過量的果膠和PGA 非但對產(chǎn)品穩(wěn)定性不利,還會增加生產(chǎn)成本,并且厚重的膠感會影響產(chǎn)品口感,因此找到合適的果膠和PGA 添加量和最佳配比對成本控制、改善酸奶狀態(tài)、提升產(chǎn)品品質(zhì)非常重要。添加不同濃度果膠和PGA 的桑葚酸奶樣品,放置1 d 后,由感官鑒定小組進(jìn)行外觀、口感、整體質(zhì)構(gòu)評定,詳細(xì)評價情況見表2。由結(jié)果可知,18#、19#、22#、23#這4 個方案的桑葚酸奶評分高于90分,整體均勻、粘稠度適中、風(fēng)味飽滿柔和,沒有肉眼可見的析水和沉淀,因此對其進(jìn)行進(jìn)一步的指標(biāo)測定,加速評估貨架期的穩(wěn)定性情況。
表2 桑葚酸奶感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory score of mulberry yoghurt
分別測定18#、19#、22#、23# 4 個方案桑葚酸奶的離心沉淀率,由圖1 結(jié)果可知:當(dāng)PGA 用量為0.1%,果膠用量從0.4%增加到0.45%時,產(chǎn)品的離心沉淀率大幅度下降,說明增加果膠用量對降低產(chǎn)品沉淀量、提高產(chǎn)品整體穩(wěn)定性有較好的效果;當(dāng)果膠用量不變,PGA 用量從18#0.1%增加到23#0.12%時,產(chǎn)品的離心沉淀率反而大幅度增加,說明PGA的添加對桑葚酸奶沉淀量的減少具有負(fù)面作用,分析原因可能是PGA 和酪蛋白在該pH 條件下非最優(yōu)結(jié)合狀態(tài),過量的PGA 不僅不能更好的保護酪蛋白、防止酪蛋白聚集沉淀,反而會導(dǎo)致部分蛋白質(zhì)隨重力作用下沉,從而使產(chǎn)品沉淀量劇增。但由于PGA 的持水力、增稠性和對改善酸奶乳清析出的效果優(yōu)于果膠,因此適量的PGA 不僅可以提升酸奶的口感,而且可以預(yù)防酸奶乳清析出保障酸奶的狀態(tài)均一穩(wěn)定。綜上,確定桑葚酸奶中果膠添加量為0.45%、PGA 添加量為0.1%。
圖1 桑葚酸奶離心沉淀率Fig.1 Centrifugal sedimentation rate of mulberry yoghurt
產(chǎn)品的粒徑分布是影響顆粒物沉降的主要因素,正常情況下,顆粒物沉降速度與其粒子尺寸成正比,粒徑越小、分布越均勻,其沉降速度就越慢,產(chǎn)品穩(wěn)定性就相對越好。從圖2 粒徑分布圖和表3 粒徑數(shù)據(jù)可知,4 個方案桑葚酸奶的粒徑分布均非標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布,主要由于以下原因:桑葚打漿后雖然過篩去籽,但仍然存在一些尺寸不一的不可溶物質(zhì),它們會直接影響桑葚酸奶的粒徑分布;酸化后的酪蛋白由于毛發(fā)結(jié)構(gòu)塌陷出現(xiàn)不可逆的損壞,自身斥力下降,在產(chǎn)品加工過程中極易聚集成大顆粒,雖然有果膠和PGA 的保護,但在高溫加工條件下,保護性膠體和酪蛋白的氫鍵作用力減弱,導(dǎo)致保護性膠體從酪蛋白表面脫落,所以酪蛋白還是會不可避免的發(fā)生聚集,而聚集后尺寸不同的蛋白質(zhì)顆粒,也是導(dǎo)致粒徑分布不對稱的一大原因[23]。從結(jié)果可知,19#樣品粒徑分布圖相對來說拖尾少,整體粒徑小,說明19#方案的果膠和PGA 用量和配比對產(chǎn)品酪蛋白包裹性好,形成了相對較強而穩(wěn)定的排斥力,最終使產(chǎn)品穩(wěn)定性最優(yōu)。
圖2 桑葚酸奶粒徑分布Fig.2 Particle size distribution of mulberry yoghurt
表3 桑葚酸奶粒徑結(jié)果(μm)Table 3 Particle size results of mulberry yoghurt (μm)
分別測定18#、19#、22#、23# 4 個方案桑葚酸奶的黏度,結(jié)果如圖3 所示。由結(jié)果可知:當(dāng)果膠用量一定,增加PGA 的用量,體系粘度大幅增加;而固定PGA 用量,增加果膠用量時,體系黏度沒有明顯的變化規(guī)律,由此可知PGA 對產(chǎn)品黏度的影響較果膠大,主要由于PGA 分子量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于果膠分子量,而多糖的黏度跟分子量正相關(guān)。由于桑葚酸奶的穩(wěn)定體系沒有網(wǎng)絡(luò)懸浮結(jié)構(gòu),產(chǎn)品最終穩(wěn)定性和產(chǎn)品中顆粒尺寸和產(chǎn)品黏度密切相關(guān),所以,在感官評定較好的情況下,選擇黏度較高的方案對最終產(chǎn)品穩(wěn)定性較好。19#樣品雖然黏度較其他方案低,但19#樣品的整體粒徑較小,因此還要結(jié)合其他指標(biāo)來評估最優(yōu)的方案。
圖3 桑葚酸奶黏度結(jié)果Fig.3 Viscosity diagram of mulberry yoghurt
Zeta 電位是指帶電微粒表面剪切層的電位,由微粒表面電荷和周圍溶液環(huán)境條件共同決定,廣泛用于描述溶液微粒之間的靜電相互作用,是表征膠體分散系穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。Zeta 電位是對顆粒之間相互排斥或吸引力強度的度量,分散粒子越小、Zeta 電位絕對值越大,體系越穩(wěn)定。如表4 所示,19#方案桑葚酸奶的Zeta 電位絕對值最大,進(jìn)一步說明該方案果膠和PGA 用量和配比對產(chǎn)品酪蛋白包裹性好、形成了強而穩(wěn)定的排斥力。在穩(wěn)定劑種類、體系主要原輔料均相同的情況下,19#方案Zeta 電位絕對值最大、粒徑最小,說明19#方案桑葚酸奶的穩(wěn)定性最佳。
表4 桑葚酸奶Zeta 電位測定結(jié)果Table 4 Zeta potential of mulberry yoghurt
桑葚酸奶屬于流體,因此可以用流變學(xué)的粘彈性指標(biāo)表征體系的穩(wěn)定性。粘彈性不僅僅反應(yīng)產(chǎn)品體系的整體穩(wěn)定性,同時還能表征大分子多糖和產(chǎn)品中蛋白、纖維等成分的相互作用。彈性模量又稱為損耗模量(G’),它表示產(chǎn)品內(nèi)部化學(xué)鍵數(shù)目和鍵能大小,即可側(cè)面反映產(chǎn)品各組分相互作用后結(jié)構(gòu)的密度和強度。圖4 是各方案桑葚酸奶的頻率掃描圖,由圖可知:當(dāng)果膠用量一定,增加PGA 的用量,體系彈性模量大幅增加;而固定PGA 用量,增加果膠用量時,體系彈性模量也有所增加,但主要集中在高頻率掃描區(qū)間,低頻段的彈性模量并沒有明顯的變化。說明果膠對整個體系彈性模量沒有主導(dǎo)貢獻(xiàn)作用,主要起包裹酪蛋白形成靜電斥力從而穩(wěn)定蛋白的作用,而PGA 對體系彈性模量則影響較大,主要源于它自身分子結(jié)構(gòu),除了保護蛋白外,它還能和體系中的脂肪等其他組分作用、纏繞從而增加彈性模量。但對于追求口感清爽的飲用型酸奶而言,彈性模量也并非越大越好,結(jié)合其他指標(biāo)可知當(dāng)彈性模量過大,產(chǎn)品容易出現(xiàn)粘稠度太高、流動性差、整體口感厚重、膠感強等缺陷,反而影響產(chǎn)品品質(zhì)。19#方案具有典型的彈性模量,因此對桑葚酸奶體系穩(wěn)定有較好幫助;同時彈性模量又遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于22#、23#方案,說明在貨架期產(chǎn)品出現(xiàn)凝膠塊的風(fēng)險較低,屬于較優(yōu)方案。
圖4 桑葚酸奶頻率掃描結(jié)果Fig.4 Frequency scanning pictures of mulberry yoghurt
Lumisizer 穩(wěn)定性分析儀,是通過離心力的作用使飲料中的各組分在重力或離心力的作用下發(fā)生上浮或者沉淀,再利用光源照射,得到一個實時監(jiān)測的透光率圖譜,從而加速評估樣品在貨架期的沉降情況而推導(dǎo)出體系是否穩(wěn)定[28]。圖5 是桑葚酸奶的Lumisizer 測試結(jié)果。從Lumisizer 穩(wěn)定性分析儀檢測圖譜可以看出,隨著時間推移,所有方案的頂部透光率均增加,說明桑葚酸奶在離心力作用下固形物有下沉趨勢,頂部有輕微析水;相比而言,19#頂部透光率變化較小,析水程度較輕,說明19#方案穩(wěn)定性較好;另外各方案底部透光率均沒有明顯的變化,說明各方案懸浮效果較好,沒有明顯的沉淀;從不穩(wěn)定系數(shù)柱狀圖和體系穩(wěn)定性變化斜率曲線也均可知,19#方案穩(wěn)定性較好,因此可知添加0.45%果膠和0.1%PGA 對桑葚酸奶體系穩(wěn)定有較好的效果。
圖5 桑葚酸奶Lumisizer 檢測Fig.5 Lumisizer scan of mulberry yoghurt
Turbiscan 是基于多重光散射技術(shù)的穩(wěn)定性分析儀,它是根據(jù)反射物理模型和透射物理模型、背散射光的變化率可以反映體系的均一程度、顆粒大小和濃度,據(jù)此判斷體系的穩(wěn)定性,同一樣品不同曲線之間光強值變化越大表示體系越不穩(wěn)定[29-30]。Turbiscan圖譜左邊代表樣品底部,右邊代表樣品頂部;左邊曲線向上移動則說明背散射光增強樣品有沉淀,向下移動則代表水析;右邊頂部曲線向上則代表脂肪上??;向下移動則代表水析;曲線中間波動較大則說明體系有團聚、凝膠現(xiàn)象。由圖6Turbiscan 圖譜可知:18#、19#、22#、23#方案背散射光隨著時間推移整體下降,說明體系固形物整體下沉趨勢明顯;右側(cè)部分的背散射光強度隨著時間降低,說明頂部出現(xiàn)澄清;左側(cè)部分的背散射光強度隨著時間增加,說明底部出現(xiàn)沉淀。23#方案也是頂部出現(xiàn)上浮,并在下方有澄清及顆粒聚集現(xiàn)象,底部出現(xiàn)沉淀,中間部分背散射光強度變化較大,說明體系有明顯的顆粒聚集、凝膠現(xiàn)象,該現(xiàn)象跟2.6 過大的彈性模量易導(dǎo)致凝膠的結(jié)論一致;只有19#方案背散射光強度變化較小,穩(wěn)定性較好。
圖6 桑葚酸奶穩(wěn)定性掃描結(jié)果Fig.6 Stability scanning diagram of mulberry yoghurt
本文就PGA 和果膠在飲用型桑葚酸奶中的應(yīng)用展開了研究,通過考察不同濃度、配比的果膠和PGA 對桑葚酸奶外觀、口感、離心沉淀率、黏度、Zeta電位、彈性模量、Lumisize 穩(wěn)定性掃描分析、Turbiscan 掃描等的影響可以看出:當(dāng)果膠添加量為0.45%、PGA 添加量為0.1%時,飲用型桑椹酸奶感官評價較好、各指標(biāo)最優(yōu)、整體穩(wěn)定性好。通過該研究,將果膠和PGA 的復(fù)配穩(wěn)定方案推廣應(yīng)用到UHT 殺菌方式的酸性乳制品中,為提升產(chǎn)品整體穩(wěn)定性和品質(zhì)提供理論支持和依據(jù),同時對開發(fā)UHT 殺菌方式下顆粒類酸性乳制品提供思路和借鑒方法,對進(jìn)一步豐富乳制品品類有非常重要的價值,且具有廣闊的市場前景。