板栗糊飲料流變學特性研究

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

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

板栗糊是以新鮮板栗為原料,經過去殼護色、磨漿調配、均質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,而且營養豐富,除含有糖類、蛋白質、脂肪外,還含有豐富的微量元素,同時還具有很強的保健治療作用,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,容易發霉、生蟲、發芽,板栗因貯藏方法不當造成了極大的浪費[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品單一、貯藏性差、容易產生沉淀[14-17]等問題。

板栗糊的短期貯藏穩定性是評價產品制備成功與否的關鍵因素。由于食品流變學與其穩定性、加工工藝有重要聯系,所以流變學特征作為衡量貯藏期間板栗飲料狀態和品質的重要參數,能為其產品研發和質量檢測提供重要參數[19-21]。

近年來國內對于板栗飲料的研究主要集中在加工工藝與其護色、穩定性[22]的研究,但是在產品的流變學特性方面研究較少。本實驗主要對自制板栗糊進行流變特性的研究,探究加入黃原膠[23]、卡拉膠[24]、CMC[25]和復合穩定劑[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、剪切應力、體系表觀黏度隨溫度變化范圍進行探究，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 珠海經濟特區飛利浦家庭電器有限公司;XFS-280手提式壓力蒸汽滅菌鍋 浙江新豐醫療器械有限公司;CS-700高速多功能粉碎機 武義海納電器有限公司;AD500S-H均質機 上海昂尼儀器儀表有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品制備 按照圖1工藝流程制得樣品板栗糊進行貯藏穩定性試驗。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Process flow chart

1.2.2 操作要點

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,趁熱去殼及內皮。

1.2.2.2 護色液配制 去皮后的栗仁立即放入由響應面預實驗所得的(0.025 g/100 mL EDTA-2Na+0.02 g/100 mL抗壞血酸+0.1 g/100 mL檸檬酸)護色液中護色。

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

1.2.2.4 調配 分別加入不同種類一定量的穩定劑,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)進行煮漿。

1.2.2.5 均質及灌裝滅菌 均質條件是70～80 ℃,第一次均質是20～25 MPa,第二次均質是25～36 MPa,均質兩次;滅菌采用高壓蒸汽滅菌,條件是115 ℃,滅菌15 min。

1.2.3 穩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指標變化情況,并觀察產品外觀。

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

用如表1所示的感官評定對不同穩定劑的板栗糊進行品質評定。

表1 感官評定Table 1 Sensory evaluation

選擇10位食品專業的同學(5男,5女),參照感官評定表進行評定,總分100分,按照色澤、組織狀態、口感、風味各占25分,對板栗糊進行評價,結果取其平均值。

1.2.5 板栗糊貯藏期流變特性

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

1.2.5.2 動態流變性質 在25 ℃下,測定加入復合穩定劑的板栗糊動態流變性質,固定振蕩應變在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 數據處理

文中對板栗糊耗能模量二次擬合運用SPSS Statistics V 17.0進行處理與分析,其余圖表數據處理均用Origin 85進行數據分析,作圖。

2 結果與分析

2.1 不同穩定劑對板栗糊飲料流變特性和感官評價的影響

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

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

如圖2所示,板栗糊復合黏度隨溫度的升高而下降,因穩定劑種類不同,復合黏度變化也有所不同,其中加入復合穩定劑的板栗糊復合黏度隨溫度升高而下降的趨勢更加平滑,加入CMC的板栗糊復合黏度變化趨勢下降幅度很大,出現大量沉淀,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,而加入復合穩定劑的板栗糊可能是通過復合穩定劑的相互作用與制約,使其復合黏度保持在一個穩定的狀態,不會隨著溫度的突變而導致體系復合黏度出現較大的變化。

2.1.2 貯藏中板栗糊不同穩定劑感官評價 將存放在不同狀態下加入不同穩定劑的板栗糊進行了感官評定,其結果如圖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

通過實驗與圖3可知,加入卡拉膠和CMC(羧甲基纖維素鈉)的板栗糊在口感、風味、色澤上與加入黃原膠和復合穩定劑的板栗糊沒有較大的差別,但在組織狀態上加入復合穩定劑的無明顯沉淀與分層,而加入其他膠體的會出現較明顯或輕微沉淀,使得其加入單一穩定劑的感官評分較低。就貯藏條件,在4 ℃冷藏條件下,因為溫度較低,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,組織狀態較細膩均勻。

2.2 板栗糊貯藏期流變特性

2.2.1 靜態流變性質 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力隨剪切速率變化的結果見圖4、圖5。

圖4 板栗糊常溫條件下50d貯藏時間靜態流變特性圖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貯藏時間靜態流變特性圖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 ℃常溫下其靜態流變特性的變化規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,其體系剪切應力隨剪切速率的增大先減小后增大,剪切應力范圍在4～12 Pa之間;

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

由圖5所示,板栗糊在4 ℃冷藏條件下其靜態流變特性的變化規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,剪切應力隨剪切速率變化規律與常溫相同,其范圍集中在4～15 Pa之間,在50 d貯藏時間內,黏度與剪切應力變化趨勢一致。

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 動態流變性質 在固定振蕩應變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″隨角頻率的變化結果見圖6。

圖6 板栗糊不同貯藏條件50d貯藏時間內動態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(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,25 ℃常溫下貯能模量基本保持在一個水平,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變化規律,對其進行二次擬合分析,分析其貯藏條件變化對板栗糊粘性的影響。

其板栗糊貯藏期內耗能模量在角頻率在0～100 rad/s范圍內呈現先增大再減小的變化趨勢,其變化曲線形狀近似拋物線。根據板栗糊耗能模量的變化測得的數據,進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。

用相關系數r和估計值的標準誤差SE對模型進行檢驗并對貯藏條件進行單因素方差分析,檢驗結果如表2所示。從表2中可以看出,板栗糊在不同貯藏時間下相關系數r>0.9,說明貯藏時間對板栗糊中耗能模量具有相關性,標準誤差SE在0.2左右,說明耗能模量的數據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 擬合系數及檢驗結果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,其貯能模量波動范圍是0～3 Pa之間,耗能模量波動范圍是0～0.8 Pa之間,波動范圍較小,而在4 ℃冷藏條件貯藏下,其貯能模量波動范圍是2～5 Pa之間,耗能模量波動范圍在0～1.2 Pa之間,波動范圍略大于常溫貯藏,這是因為其膠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增多,體系網絡結構更強,所以板栗糊表現出較大的粘彈性,但是膠體易受溫度的影響,由于貯藏溫度的不同,對其結構產生影響[33-34],所以可以通過數據判斷出25 ℃常溫貯藏對板栗糊體系的黏彈性影響較小。

3 結論

通過采用一定配方的穩定劑來增加體系粘稠度,從而保留淀粉營養成分而減少沉淀的方法制得的板栗糊口感細膩,組織狀態均勻,板栗味濃郁。流變學特性研究表明,添加復合穩定劑的板栗糊對溫度感應遲緩,穩定性良好。板栗糊是典型的假塑性流體,在較短貯藏時間內,其黏度有0.7～4.5 Pa·s的變化,粘性有0～1.2 Pa的波動,彈性有0～5 Pa的波動,冷藏貯藏各項指標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,具有良好的貯藏穩定性。