奇亞籽復合芝麻醬的穩定性及流變學特性研究

施夢嬌，孫漢巨，袁傳勛,2，金日生,2,，沈 陽，沈 源

（1.合肥工業大學食品與生物工程學院，安徽合肥 230601；2.合肥工業大學農產品生物化工教育部工程研究中心，安徽合肥 230601；3.安徽達園糧油有限公司，安徽宿州 234200）

芝麻為藥食同源作物，在我國的主產地為河南、安徽等[1]，因其脂肪、蛋白質、礦物質、抗氧化物質芝麻素和芝麻酚[2]等含量豐富，被稱作全能營養庫[3]。固態的芝麻變成流體狀態的醬后營養價值并未發生顯著變化，食用更加方便多樣[4]。但研磨造成芝麻細胞破裂使脂肪成連續相[5]，變性蛋白等高分子化合物結合成固相[6]，長時間靜置中受布朗運動和重力作用，易產生油醬分離和底層板結現象[7]，對芝麻醬的儲藏期和感官品質都造成負面影響。同時純芝麻醬脂肪含量高達58.9%[8]，食用過多易產生油膩感，也不符合現代社會低脂健康飲食的需求。奇亞籽食用歷史可追溯至公元前3500 年[9]，我國已批準其作為新食品原料使用[10]。奇亞籽提取物氨基酸組成接近FAO/WHO 的理想模式[11]；高膳食纖維使其具有一定吸油性，還可改善腸道健康，含有的多種抗氧化活性物質對W/O 型食品有高抗氧化性[12]，在食品工業有很大開發前景，因此選擇奇亞籽提取物來制備低脂型復合芝麻醬。

目前國內外對芝麻醬的穩定性多從兩方面解決：一是改善芝麻焙燒和研磨工藝；二是添加穩定劑。采用改善工藝的方式比較繁瑣且成本較高，因此目前多采取第二種方式。Al-Mahasneh 等[13]在芝麻醬中加入8%蒸餾單甘酯有效減少油分離，出油率降低了50%。Guneser 等[14]將乳化劑添加到芝麻醬中發現除改善油分離問題外，對樣品的品質特性幾乎無影響。周國磊等[15]將單甘酯與起酥油進行復配，可延緩芝麻醬分層三個月以上。現有研究已證實單甘酯具有很好的應用前景，但單一使用量較大，所以本文選擇復配使用乳化劑。目前關于新型芝麻醬制品的開發和品質特性的研究還不多，復合芝麻醬產品不僅能豐富芝麻醬種類，對于穩定性也能有所改善，Tounsi 等[16]發現芝麻油滴能被糖漿的長鏈牢牢保留，形成緊湊的網絡，可提高芝麻醬的乳化穩定性，所以開發復合穩定型芝麻醬具有很高的實用價值。

本研究主要使用芝麻原醬和奇亞籽提取物，通過控制產品配方及響應面優化制備工藝制備復合芝麻醬。高速離心下析出的油被認為是儲存過程中可分離的最大油量[17]，并且芝麻醬需要一定的硬度進行涂抹，因此本文用離心出油率和硬度作為評價指標。并對流變學特性進行測定，對食品加工儲運、質量控制和感官評價具有重要意義[18-19]，可為生產一種健康低脂的穩定型芝麻醬提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

芝麻原醬 安徽達園糧油有限公司；奇亞籽提取物 主要成分為脂肪30%、蛋白質23.5%、膳食纖維37.3%，陜西碩農生物科技有限公司；濃縮紅棗汁 65°Bx 原漿，山西樹德農業科技股份有限公司；果葡糖漿 醇源食品有限公司；單硬脂酸甘油酯（食品級）佳力士添加劑（海安）有限公司；蔗糖脂肪酸酯 SE-11（食品級），杭州瑞霖化工有限公司；純芝麻醬、穩定型芝麻醬 市售，北京某食品有限公司；其他試劑 均為分析純。

BSG-26 恒溫水浴鍋 上海一恒科學儀器有限公司；JJ-1A 數顯增力電動攪拌器 金壇區西城新瑞儀器廠；TA-XT plus 物性測試儀 英國Stable Micro Systems 公司；DHR-3 旋轉流變儀 美國TA 公司；RE52CS-1 旋轉蒸發器 上海亞榮生化儀器廠；TG16-WS 湘立離心機 湖南湘立科學儀器有限公司；DHG 型智能電熱鼓風干燥箱 上海成順儀器儀表有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 芝麻原醬基本組成成分測定 粗脂肪測定參考GB 5009.6-2016《食品中脂肪的測定》、粗蛋白測定參照GB 5009.5-2016《食品中蛋白質的測定》、水分測定參考GB 5009.3-2016 《食品中水分的測定》、總糖測定采用苯酚-硫酸法。

1.2.2 奇亞籽復合芝麻醬制備工藝流程 芝麻原醬→加入配料（紅棗汁6%、糖漿3%）→加入奇亞籽提取物→攪拌均勻并靜置30 min→加入單甘酯、蔗糖酯→水浴攪拌→5 ℃快速冷卻→奇亞籽復合芝麻醬樣品

1.2.3 奇亞籽提取物添加量對芝麻醬品質的影響取30 g 芝麻原醬，分別加入0、1%、3%、5%、7%、9%、11%的奇亞籽提取物，采用GB 5009.6-2016 中的索氏提取法對復合芝麻醬粗脂肪含量進行測定。并考察奇亞籽提取物添加量為1%、3%、5%、7%、9%時的離心出油率和感官評分，從而確定奇亞籽提取物的適宜添加量。

1.2.4 穩定性單因素實驗 復配乳化劑添加量對穩定性的影響：固定單甘酯與蔗糖酯復配比3:1、攪拌時間10 min，攪拌溫度70 ℃，分別在復配乳化劑添加量0、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%、2.0%時測定離心出油率和硬度。

單甘酯與蔗糖酯復配比對穩定性的影響：固定復配乳化劑添加量為1.2%，攪拌時間10 min，攪拌溫度70 ℃，分別在單甘酯與蔗糖酯的復配比4:1、3:1、2:1、1:1、1:2 時測定離心出油率和硬度。

攪拌溫度對穩定性的影響：固定復配乳化劑添加量1.2%、單甘酯與蔗糖酯復配比3:1、攪拌時間10 min，分別在攪拌溫度為50、60、70、80、90 ℃時測定離心出油率和硬度。

攪拌時間對穩定性的影響：固定復配乳化劑添加量1.2%、單甘酯與蔗糖酯復配比3:1、攪拌溫度70 ℃，分別在攪拌時間為5、10、15、20、25、30 min時測定離心出油率和硬度。

所有樣品攪拌完成后，均放置在冰箱5 ℃恒溫冷卻24 h，測離心出油率和硬度前取出，于25 ℃水浴2 h 后測定，并做三組平行。

1.2.5 響應面試驗設計方法 在單因素實驗的基礎上，選擇乳化劑添加量（A）、復配比（B）、攪拌溫度（C）、攪拌時間（D）4 個因素，以離心出油率為響應值，采用Box-Behnken 法進行響應面設計。利用Design-Expert 分析處理數據，各因素水平見表1。

表1 響應面試驗因素水平設計Table 1 Factors level table of response surface experiment

1.2.6 離心出油率的測定 參考王英丹等[20]方法，在10 mL 離心管內稱取定量樣品，置于臺式離心機中，25 ℃下5000 r/min 的轉速離心20 min。把取出后的離心管倒置約5 min，讓離心油瀝出，再稱取離心管及底部沉淀物總質量，每個樣品重復3 次。離心出油率根據析油的質量與樣品質量比值計算。

1.2.7 感官評價 感官評定選取經過專業培訓的10 名成員，依次對樣品的外觀形態、香味、色澤、口感4 個方面評分，為排除樣品間的影響，對每個樣品進行評估后凈水漱口去除口腔殘留。芝麻醬感官評分標準見表2。

表2 芝麻醬感官評價標準Table 2 Sensory evaluation standard of sesame paste

1.2.8 硬度的測定 使用 TA-XT Plus 物性測試儀，取30 g 待測樣品于50 mL 燒杯中，25 ℃水浴恒溫2 h 后進行測定。采用直徑為35 mm 的A/BE 探頭，用5 g 的觸發力下壓到芝麻醬中。測前、測中、測后速度分別為2、1、2 mm/s，下壓距離設定10 mm。硬度為下壓過程的峰值，每個樣品重復3 次取平均值。

1.2.9 流變性質測定 流動曲線：使用旋轉流變儀，取適量樣品置于直徑40 mm 平板，測量間隙1 mm，擦凈平板邊緣多余樣品，固定測量溫度25 ℃，剪切速率0.1～50 s-1，根據不同樣品的表觀黏度隨剪切速率的變化情況，判斷芝麻醬流體類型，并將曲線擬合為冪律方程[21]：

式中：σ為剪切應力，Pa；K 為稠度系數，Pa·sn；γ為剪切速率，s-1；n 為流動性特征指數。

溫度掃描：固定剪切速率12 s-1，溫度變化范圍0～37℃，模擬樣品在儲存過程中的溫度變化范圍，測定樣品表觀黏度隨溫度的變化情況。

1.3 數據處理

試驗獲得的數據取3 次重復試驗的平均值和標準偏差，用Excel、Origin 2021、Design-Expert 8.0.6軟件進行數據處理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 芝麻原醬基本成分檢測結果

如表3 所示，芝麻原醬中粗脂肪、粗蛋白含量較高，由于密度的差異，油脂上浮，蛋白質等固形物沉降在底部，在儲藏過程中體系處于不穩定狀態，易發生油醬分離現象。

表3 基本組成成分Table 3 Basic composition of sesame paste

2.2 奇亞籽提取物添加量對復合芝麻醬的影響

由圖1 可見，隨著奇亞籽提取物添加量的增加，芝麻醬的粗脂肪含量逐漸降低，這說明奇亞籽提取物可在一定范圍內降低脂肪含量，原因可能是提取物中含有豐富的奇亞籽纖維，具有一定的吸油性[22]。芝麻原醬的粗脂肪含量為56.4%，添加5%奇亞籽提取物后，粗脂肪的含量為50.3%，相對含量降低10.82%，當添加量超過5%后，粗脂肪含量下降緩慢，效果不明顯。這也與圖2 中離心出油率的趨勢一致，添加量較低時，大量的油脂超出奇亞籽提取物的最大吸收值，隨著奇亞籽提取物添加量的增加，可供吸附油的表面積增加[23]，吸附的油也越來越多，因此離心出油率不斷降低。當奇亞籽提取物含量超過5%時，此時對油脂的吸附趨近平衡，離心出油率下降趨勢減緩。而芝麻醬的感官評分隨著添加量的增加呈現先上升后下降的趨勢，添加量為5%時最高，添加過多導致芝麻醬過于黏稠，口感粗糙，因此感官評分大幅度降低。綜合考慮，選擇奇亞籽提取物添加量為5%最為適宜。

圖1 奇亞籽提取物添加量對復合芝麻醬粗脂肪含量的影響Fig.1 Effect of chia seed extract amount on crude fat content of compound sesame paste

圖2 奇亞籽提取物添加量對復合芝麻醬離心出油率和感官評分的影響Fig.2 Effects of chia seed extract amount on the centrifugal oil yield and sensory score of compound sesame paste

2.3 穩定性單因素實驗結果

2.3.1 復配乳化劑添加量對穩定性的影響 在芝麻醬中，單甘酯極性頭部是自由羥基可吸附極性的醬體顆粒，非極性尾部的長碳氫鏈伸入油中，形成W/O 的緩沖結構，使碰撞的顆粒不聚集，降低表面自由能，提高了兩相間的兼容性[24]。而蔗糖酯具有較好的表面活性，蔗糖部分是親水基，長鏈脂肪酸部分是親油基，還可穩定單甘酯的α-晶型[23]。因此采取復配的方式添加乳化劑。

從圖3 可以看出，隨著復配乳化劑添加量的增加，離心出油率不斷降低。這是因為乳化劑單甘酯通過弱氫鍵的作用在醬體內形成環狀結晶網絡[25]，添加量越多，晶體生長形成的結晶網絡更加密集，增加芝麻醬的流動阻力，從而阻止了液體油的流動；并且乳化劑在界面上的濃度越高，越能降低界面張力，宏觀表現即為離心出油率的降低。單甘酯在芝麻醬脂肪體系中起骨架作用[26]，因此硬度很大程度上受復配乳化劑中單甘酯含量的影響，添加量超過0.8%時，濃度越高形成凝膠網絡越強，硬度急劇增加。綜合離心出油率和硬度范圍，選擇乳化劑的添加量為0.8%～1.6%，此時的醬體有較易涂抹、延展的質地，同時保持油相的凝固狀態。

圖3 復配乳化劑添加量對復合芝麻醬離心出油率和硬度的影響Fig.3 Effects of compound emulsifier amount on the centrifugal oil yield and hardness of compound sesame paste

2.3.2 單甘酯與蔗糖酯復配比對穩定性的影響 由圖4 可知，單甘酯的穩定效果優于蔗糖酯，當復配比為3:1 時，芝麻醬離心出油率最低，為3.94%，這可能與復合乳化劑中的親水親油基團含量有關，此時各基團剛好能吸附界面的油相水相，達到了平衡狀態，提高芝麻醬的穩定性。當單甘酯的比重降低后，親油基團的含量隨之減少，不足以吸附油脂，部分自由浮動的油脂聚集，導致離心出油率升高[23]。而單甘酯對醬體的硬度影響明顯大于蔗糖酯，隨著比值的降低，芝麻醬的硬度也隨之降低，但是總體來看乳化劑復配比對硬度影響均在較適宜的范圍之內，綜合考慮選擇單甘酯與蔗糖酯的復配比為2:1～4:1。

圖4 乳化劑復配比對復合芝麻醬離心出油率和硬度的影響Fig.4 Effects of emulsifier compound ratio on the centrifugal oil yield and hardness of compound sesame paste

2.3.3 攪拌溫度對穩定性的影響 由圖5 可知，隨著攪拌溫度的升高，復合芝麻醬離心出油先減后增，硬度先增后減。攪拌溫度為50 ℃時，復配乳化劑單甘酯與蔗糖酯在醬體中的溶解度較小，離心出油率略有降低。當攪拌溫度為70 ℃時，復配乳化劑已完全溶解形成凝膠網絡結構，能夠阻截油的流動，此時的離心出油率達到最低值。溫度對芝麻醬的質構有很大影響，水浴攪拌使得復合芝麻醬處于不穩定的高能狀態，此時醬體黏度低，溫度升高后，分子間的劇烈運動容易使剛形成的乳化網狀結構被破壞[27]，醬體流動性大大加強，硬度下降。溫度過高還會導致芝麻醬內部的蛋白質等物質發生變性，影響已經形成的結構[28]，離心出油率隨之增大。適當的溫度能激發芝麻醬的香味，但溫度過高則會產生焦糊味，降低感官品質和營養價值。因此攪拌溫度范圍選擇60～80 ℃。

圖5 攪拌溫度對復合芝麻醬離心出油率和硬度的影響Fig.5 Effects of stirring temperature on the centrifugal oil yield and hardness of compound sesame paste

2.3.4 攪拌時間對穩定性的影響 從圖6 可以看出，隨著攪拌時間的延長，芝麻醬的離心出油率先減小再增大。這可能是因為攪拌時間過短，乳化劑分散緩慢，作用效果不明顯，凝膠網絡尚未形成。當攪拌時間為10 min 時，乳化劑分散均勻，形成結構比較穩定，攪拌時間過長，會導致部分蛋白質結構發生改變，已經形成的網絡結構又被破壞，束縛的油減少[28]，出油率相應增大。芝麻醬的硬度隨攪拌時間的增加呈先增后減趨勢，這是由芝麻醬剪切稀化的流變學性質決定的，隨著攪拌時間的增加，受到作用力破壞了空間網狀結構，減弱分子間的相互作用[29]，表現在質構上就是黏度、硬度的下降。因此選擇攪拌時間為5～15 min 比較合適。

圖6 攪拌時間對復合芝麻醬離心出油率和硬度的影響Fig.6 Effects of mixing time on the centrifugal oil yield and hardness of compound sesame paste

2.4 響應面分析和優化

2.4.1 響應面結果 在單因素實驗的結果上進行響應面優化，試驗結果見表4。

2.4.2 回歸模型與顯著性分析 對表4 數據進行二次多元回歸擬合，得到芝麻醬離心出油率預測值對乳化劑添加量（A）、復配比（B）、攪拌溫度（C）、攪拌時間（D）的二次多項回歸方程如下：

表4 響應面試驗結果Table 4 The design and result of response surface experiment

對上述響應面回歸模型進行方差分析，分析結果見表5 。

從表5 可以看出，模型P值＜0.0001，則模型極顯著，失擬項P=0.2014＞0.05，無顯著差異，表明擬合情況相對較好。擬合度R2=0.9965，表明該模型有99.65%的變化來源于自變量。R2Adj=0.9930 與R2pred=0.9818 合理一致，意味著該試驗方法可靠。響應值的變異系數C.V.=1.86%，證明該實驗的穩定性好。分析各個因素的顯著性水平差異可知，A、B、C、D、A2、B2、C2、D2項的影響極顯著（P＜0.01），BC 對結果影響顯著（P＜0.05），各因素對離心出油率的影響次序為乳化劑添加量（A）＞復配比（B）＞攪拌溫度（C）＞攪拌時間（D）。

表5 響應面回歸模型方差分析結果Table 5 The results of variance analysis for the regression model of response surface

2.4.3 響應面分析 根據二次多元回歸模型作曲線圖，代表性曲面如下圖所示。由圖7 可知，乳化劑復配比與攪拌溫度的等高線圖為橢圓形，說明兩兩交互作用對復合芝麻醬離心出油率影響較大。

圖7 交互作用的響應面曲線圖Fig.7 Response surface plots for the interactions

2.4.4 優化結果及驗證 通過軟件對試驗結果進行優化，當乳化劑添加量為1.6%，復配比為2.6:1，攪拌溫度為71 ℃，攪拌時間為9.5 min，此時芝麻醬離心出油率的最優預測值為2.59%。按此條件重復3 次試驗驗證，得到平均出油率為2.61%，與預測值非常接近，表明該模型優化的工藝參數具有可靠性。

2.5 流變學特性研究

2.5.1 復合芝麻醬流體類型的判斷 測定芝麻原醬與奇亞籽復合芝麻醬的流動曲線，觀察添加物對醬體流動性的改變情況，并選取市場上常見的兩個品牌的純芝麻醬與和添加乳化劑的穩定型芝麻醬進行對比，結果如圖8 所示。

由圖8 可知，隨著剪切速率的增大，芝麻原醬、復合芝麻醬、市售芝麻醬1、2 的表觀黏度均呈現減小趨勢，表現出剪切稀化的假塑性[30]。復合芝麻醬的黏度與市售穩定型芝麻醬相似，均高于純芝麻醬。剪切速率在0.1～2 s-1范圍時，兩個純芝麻醬樣品略微下降，而添加乳化劑的兩個樣品表觀黏度急劇下降，此后各芝麻醬樣品的黏度變化趨于平衡，差異不再明顯。

圖8 表觀黏度隨剪切速率的變化Fig.8 Apparent viscosity changes with shear rate

表6 為不同芝麻醬樣品的冪律方程參數，R2均大于0.9，擬合度良好，表明芝麻醬的流動行為服從冪律方程。四個樣品的流動性指數n 在0.30～0.83范圍內，均小于1，符合假塑性流體的特征，這也與流動曲線的剪切變稀趨勢一致。n 越偏離1 說明假塑性越強[31]，復合芝麻醬與市售芝麻醬2 的n 值均比純芝麻醬的值小，且稠度系數較大，說明添加乳化劑使醬體具有更堅硬的結構。

表6 不同芝麻醬冪律方程參數Table 6 Power law equation parameters of different sesame paste

2.5.2 溫度對不同芝麻醬流變學特性的影響 由圖9可以看出，所有芝麻醬樣品隨溫度的增加，表觀黏度均減小，這是因為溫度升高加劇分子間的運動，分子間距增大使鏈段更易于活動[28]。在0～10 ℃范圍內，黏度變化明顯。在同樣的溫度范圍內，添加了乳化劑的芝麻醬（復合芝麻醬、市售芝麻醬2）黏度高于未添加東西的芝麻醬（芝麻原醬、市售芝麻醬1），這是因為添加乳化劑后，形成的晶體網絡增大了醬體的流動阻力，造成黏度的增大。由溫度掃描結果可以得出，對照組市售芝麻醬2 在0～10 ℃范圍內黏度隨溫度升高明顯降低，表明溫度對醬體的影響極大，而本文制得的奇亞籽復合芝麻醬黏度在0～37 ℃溫度變化范圍內降低緩慢，說明在儲藏期間可以維持穩定的流變性質，且穩定性優于市售芝麻醬。

圖9 溫度對芝麻醬黏度的影響Fig.9 Effect of temperature on viscosity of sesame paste

2.6 感官評定

將不同芝麻醬進行比較分析，結果如圖10、圖11所示，從左到右依次是芝麻原醬、奇亞籽復合芝麻醬、市售芝麻醬1、市售芝麻醬2。兩個純芝麻醬樣品黏稠度小，難以成型，而市售穩定型芝麻醬黏稠度過大，難以攪動。奇亞籽復合芝麻醬黏稠度介于中間，既擁有一定的流動性，利于攪拌，也具備適當的硬度方便涂抹。由圖11 可知，在室溫下放置40 d 后，純芝麻醬樣品均析油嚴重，而奇亞籽復合芝麻醬僅出現少量的析油現象，證明了其具有良好的穩定性。

圖10 不同芝麻醬外觀比較Fig.10 Comparison of appearance of different sesame paste

圖11 不同芝麻醬室溫下儲藏40 d 后析油情況比較Fig.11 Comparison of oil evolution of different sesame sauces after storage for 40 days at room temperature

感官評分結果如表7 所示，不同芝麻醬在外觀形態、香味、色澤、口感方面均存在不同程度的差異，從數據上可以看出奇亞籽復合芝麻醬總分最高，其次是同樣為復合穩定型的芝麻醬2，除色澤評分略低外，其余指標都明顯高于純芝麻醬。純芝麻醬的口感較為苦澀，且放置一段時間后開始析油，嚴重影響了外觀形態。而本實驗所制得的奇亞籽復合芝麻醬既能減少脂肪含量，加入的糖漿和紅棗汁還可減少苦味，使醬體甜香醇厚，富有層次感[32]，且質地比市售芝麻醬2 流動性好，更加易于涂抹，方便食用。

表7 芝麻醬感官評分結果（分）Table 7 Sensory evaluation results of sesame paste (scores)

3 結論

本研究添加奇亞籽提取物這一新食品原料，降低了芝麻醬的粗脂肪含量，并通過響應面優化了復合芝麻醬的工藝條件，當乳化劑添加量為1.6%，單甘酯與蔗糖酯復配比為2.6:1，攪拌溫度為71 ℃，攪拌時間為9.5 min，此時制得的復合芝麻醬離心出油率僅為2.61%，改善了油醬分離問題，穩定性得到很大提高。復合芝麻醬口感醇香，不僅豐富了芝麻醬的種類，也為解決其他醬體儲藏過程中的分層現象提供了一定的參考。由醬體的流變實驗可知，制得的奇亞籽復合芝麻醬為假塑性流體，黏度隨溫度變化緩慢，可以在儲藏期間保持穩定的性質，為產品生產、儲運等提供理論依據。