板栗糊饮料流变学特性研究

王雪莹,刘建学,2,*,韩四海,2,李 璇,2,李佩艳,2,徐宝成,2,罗登林,2

(1.河南科技大学食品与生物工程学院,河南洛阳 471023; 2.河南省食品原料工程技术研究中心,河南洛阳 471023)

板栗糊是以新鲜板栗为原料,经过去壳护色、磨浆调配、均质灭菌等工序制备得到的具有板栗浓郁香气的浊汁饮料。板栗不仅味美可口,而且营养丰富,除含有糖类、蛋白质、脂肪外,还含有丰富的微量元素,同时还具有很强的保健治疗作用,板栗中所含的不饱和脂肪酸和多种维生素对冠心病、动脉硬化等疾病有一定的疗效[1-6]。但是板栗贮藏难度较大,容易发霉、生虫、发芽,板栗因贮藏方法不当造成了极大的浪费[7-13]。为了解决这些问题,本文采用一定工艺制得板栗糊以解决板栗产品单一、贮藏性差、容易产生沉淀[14-17]等问题。

板栗糊的短期贮藏稳定性是评价产品制备成功与否的关键因素。由于食品流变学与其稳定性、加工工艺有重要联系,所以流变学特征作为衡量贮藏期间板栗饮料状态和品质的重要参数,能为其产品研发和质量检测提供重要参数[19-21]。

近年来国内对于板栗饮料的研究主要集中在加工工艺与其护色、稳定性[22]的研究,但是在产品的流变学特性方面研究较少。本实验主要对自制板栗糊进行流变特性的研究,探究加入黄原胶[23]、卡拉胶[24]、CMC[25]和复合稳定剂[26-27]的板栗糊在不同贮藏条件下,饮料体系在贮藏期间的流变特性，即对黏度变化范围、剪切应力、体系表观黏度随温度变化范围进行探究，旨在延长板栗糊的货架期,确定其最佳贮藏条件。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜板栗 河南洛阳大张超市;黄原胶 食品级,深圳市振芯嘉贸易有限公司;CMC(羧甲基纤维素钠) 食品级,宏大生物科技有限公司;卡拉胶 食品级,滕州市博盛食品科技有限公司;抗坏血酸 食品级,江西省德兴市百勤异VC钠有限公司;柠檬酸 食品级,深圳市振芯嘉贸易有限公司;EDTA-2Na 食品级,浙江多味化工食品有限公司;单甘酯 食品级,佳力士添加剂(海安)有限公司;蔗糖酯 食品级,杭州瑞霖化工有限公司;白砂糖 食品级,广州福正东海食品有限公司。

DHR-2流变仪 美国TA公司;HR2838榨汁机 珠海经济特区飞利浦家庭电器有限公司;XFS-280手提式压力蒸汽灭菌锅 浙江新丰医疗器械有限公司;CS-700高速多功能粉碎机 武义海纳电器有限公司;AD500S-H均质机 上海昂尼仪器仪表有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品制备 按照图1工艺流程制得样品板栗糊进行贮藏稳定性试验。

图1 工艺流程图Fig.1 Process flow chart

1.2.2 操作要点

1.2.2.1 原料处理 选取新鲜饱满、无病虫危害的板栗果,用刀具在板栗壳手工划口,于70～80 ℃水中煮制1.5～3 min,趁热去壳及内皮。

1.2.2.2 护色液配制 去皮后的栗仁立即放入由响应面预实验所得的(0.025 g/100 mL EDTA-2Na+0.02 g/100 mL抗坏血酸+0.1 g/100 mL柠檬酸)护色液中护色。

1.2.2.3 破碎打浆及过滤 将板栗用粉碎机破碎[28-29],迅速加入护色剂(板栗∶护色剂=10∶1.3)再加入一定比例水(板栗∶水=1∶9)用榨汁机打磨成浆(2.5 min),再用八层纱布过滤。

1.2.2.4 调配 分别加入不同种类一定量的稳定剂,再加入蔗糖酯(0.05 g/100 mL)、单甘酯(0.15 g/100 mL)和白砂糖(7.5 g/100 mL)进行煮浆。

1.2.2.5 均质及灌装灭菌 均质条件是70～80 ℃,第一次均质是20～25 MPa,第二次均质是25～36 MPa,均质两次;灭菌采用高压蒸汽灭菌,条件是115 ℃,灭菌15 min。

1.2.3 稳定剂对板栗糊饮料贮藏特性的影响 将过滤后所得板栗汁分为A、B、C、D四组:A组按照0.2 g/100 mL的比例加入黄原胶,B组按照0.15 g/100 mL的比例加入卡拉胶,C组按照0.25 g/100 mL的比例加入CMC(羧甲基纤维素钠),D组则加入0.2 g/100 mL黄原胶+0.15 g/100 mL卡拉胶+0.25 g/100 mL CMC。按照上述要求制得板栗糊A组12瓶,B组12瓶,C组12瓶,D组26瓶,每瓶150 mL,分别放置在常温25 ℃和冷藏4 ℃条件下贮藏50 d,每隔10 d分别测定板栗糊的各项指标变化情况,并观察产品外观。

1.2.4 不同稳定剂对板栗糊流变特性和感官的影响 采用流变仪进行流变特性[31-32]的测定。本试验采用的是p40的平行板转子来进行试验测定。在固定振荡应变在3%条件下,测定A、B、C、D 4组样品在4～40 ℃温度变化范围内复合黏度的变化趋势。

用如表1所示的感官评定对不同稳定剂的板栗糊进行品质评定。

表1 感官评定Table 1 Sensory evaluation

选择10位食品专业的同学(5男,5女),参照感官评定表进行评定,总分100分,按照色泽、组织状态、口感、风味各占25分,对板栗糊进行评价,结果取其平均值。

1.2.5 板栗糊贮藏期流变特性

1.2.5.1 静态流变性质 将加入复合稳定剂的板栗糊加入到流变仪平板上,将剪切速率设为变量,样品的剪切速率变换范围设定为2.0～200 s-1,在25 ℃下测量样品表观黏度和剪切应力随剪切速率的变化曲线。

1.2.5.2 动态流变性质 在25 ℃下,测定加入复合稳定剂的板栗糊动态流变性质,固定振荡应变在3%,角频率范围在0.1～100 Hz,测定样品的贮能模量G′、耗能模量″随角频率的变化。

1.3 数据处理

文中对板栗糊耗能模量二次拟合运用SPSS Statistics V 17.0进行处理与分析,其余图表数据处理均用Origin 85进行数据分析,作图。

2 结果与分析

2.1 不同稳定剂对板栗糊饮料流变特性和感官评价的影响

2.1.1 温度变化流变特性 在固定振荡应变在3%条件下,测定A、B、C、D 4组样品在4～40 ℃下复合黏度的变化趋势,其结果见图2。

图2 板栗糊复合黏度随温度变化图Fig.2 Changes of chestnut paste composite viscosity with temperature

如图2所示,板栗糊复合黏度随温度的升高而下降,因稳定剂种类不同,复合黏度变化也有所不同,其中加入复合稳定剂的板栗糊复合黏度随温度升高而下降的趋势更加平滑,加入CMC的板栗糊复合黏度变化趋势下降幅度很大,出现大量沉淀,而加入黄原胶和卡拉胶的板栗糊其变化趋势较缓和。综上所述,加入单一胶体的板栗糊体系对温度变化较敏感,而加入复合稳定剂的板栗糊可能是通过复合稳定剂的相互作用与制约,使其复合黏度保持在一个稳定的状态,不会随着温度的突变而导致体系复合黏度出现较大的变化。

2.1.2 贮藏中板栗糊不同稳定剂感官评价 将存放在不同状态下加入不同稳定剂的板栗糊进行了感官评定,其结果如图3。

图3 板栗糊不同贮藏条件下感官评分Fig.3 Sensory score of chestnut paste under different storage conditions

通过实验与图3可知,加入卡拉胶和CMC(羧甲基纤维素钠)的板栗糊在口感、风味、色泽上与加入黄原胶和复合稳定剂的板栗糊没有较大的差别,但在组织状态上加入复合稳定剂的无明显沉淀与分层,而加入其他胶体的会出现较明显或轻微沉淀,使得其加入单一稳定剂的感官评分较低。就贮藏条件,在4 ℃冷藏条件下,因为温度较低,所以在胶体的作用下体系粘稠度较大,沉淀少于25 ℃常温贮藏,组织状态较细腻均匀。

2.2 板栗糊贮藏期流变特性

2.2.1 静态流变性质 在剪切速率变换范围为2.0～200 s-1,测量25 ℃常温和4 ℃冷藏条件下样品黏度和剪切应力随剪切速率变化的结果见图4、图5。

图4 板栗糊常温条件下50d贮藏时间静态流变特性图Fig.4 Static rheological properties of chestnut paste at 50 d storage temperature under normal temperature conditions

图5 板栗糊冷藏条件下50d贮藏时间静态流变特性图Fig.5 Static rheological properties of storage time of chestnut paste under refrigeration for 50 days

由图4所示,板栗糊在25 ℃常温下其静态流变特性的变化规律是体系黏度随着剪切速率升高而降低,黏度变化范围集中在0.2～2.6 Pa·s之间,其体系剪切应力随剪切速率的增大先减小后增大,剪切应力范围在4～12 Pa之间;

在50 d贮藏时间内,黏度与剪切应力变化趋势一致,变化范围较小,剪切应力与剪切速率之间不呈直线关系,反应出非牛顿特性,属于假塑性流体[32]。

由图5所示,板栗糊在4 ℃冷藏条件下其静态流变特性的变化规律是体系黏度随剪切速率升高而降低,黏度变化范围在0.2～6.6 Pa·s之间,剪切应力随剪切速率变化规律与常温相同,其范围集中在4～15 Pa之间,在50 d贮藏时间内,黏度与剪切应力变化趋势一致。

综上所述,板栗糊在常温25 ℃与冷藏4 ℃条件下黏度,剪切应力变化趋势一致,但其范围有所不同。25 ℃常温下其黏度变化范围在0.7 Pa·s左右,剪切应力变化范围在0.5 Pa左右,4 ℃冷藏下黏度变化范围4.5 Pa·s左右,剪切应力变化范围在6.1 Pa左右,其原因可能是板栗糊中有胶体的存在,亲水胶体发生水化作用后都具有增稠效果,可以获得黏度较高的流体,但是黏度容易受温度、pH、盐离子的影响而发生改变,所以其胶体受温度影响,冷藏条件下黏度变化范围大于常温[33]。

2.2.2 动态流变性质 在固定振荡应变3%,角频率范围0.1～100 Hz条件下,测定样品在25 ℃常温和4 ℃冷藏条件下贮能模量G′、耗能模量G″随角频率的变化结果见图6。

图6 板栗糊不同贮藏条件50d贮藏时间内动态模量及随角频率变化曲线图Fig.6 Dynamic modulus and angular frequency variation curve of chestnut paste under different storage conditions for 50 days

图6(a,c)所知,角频率在恒定变化范围内(0～100 rad/s),其贮能模量随角频率的增加而增加,其范围为0～15 Pa,在贮藏期50 d内,25 ℃常温下贮能模量基本保持在一个水平,4 ℃冷藏下贮能模量有2～5 Pa的增加,贮能模量反映体系的弹性大小,说明贮藏条件对板栗糊弹性影响不大。耗能模量反映体系粘性大小,图6(b,d)中耗能模量随角频率的变化符合二次函数变化规律,对其进行二次拟合分析,分析其贮藏条件变化对板栗糊粘性的影响。

其板栗糊贮藏期内耗能模量在角频率在0～100 rad/s范围内呈现先增大再减小的变化趋势,其变化曲线形状近似抛物线。根据板栗糊耗能模量的变化测得的数据,进行了二次回归模型的拟合研究,其模型为:

y=ax2+c

式中:y为耗能模量,Pa;x为角频率,rad/s;a,c为拟合系数。

用相关系数r和估计值的标准误差SE对模型进行检验并对贮藏条件进行单因素方差分析,检验结果如表2所示。从表2中可以看出,板栗糊在不同贮藏时间下相关系数r>0.9,说明贮藏时间对板栗糊中耗能模量具有相关性,标准误差SE在0.2左右,说明耗能模量的数据与建立的二次回归方程离散程度较小,因此该回归方程拟合度较高。单因素方差分析如表3所示。表3中两种贮藏方式中的F值>F0.01(30,124),显著性P<0.01,说明贮藏条件变化对板栗糊耗能模量影响极显著。

表2 拟合系数及检验结果Table 2 Fitting coefficient and test results

表3 贮藏条件单因素方差分析Table 3 One-way ANOVA of storage conditions

通过对比可知在25 ℃常温贮藏条件下,其贮能模量波动范围是0～3 Pa之间,耗能模量波动范围是0～0.8 Pa之间,波动范围较小,而在4 ℃冷藏条件贮藏下,其贮能模量波动范围是2～5 Pa之间,耗能模量波动范围在0～1.2 Pa之间,波动范围略大于常温贮藏,这是因为其胶体的加入使得板栗中的淀粉与胶体分子链段之间的缠绕点增多,体系网络结构更强,所以板栗糊表现出较大的粘弹性,但是胶体易受温度的影响,由于贮藏温度的不同,对其结构产生影响[33-34],所以可以通过数据判断出25 ℃常温贮藏对板栗糊体系的黏弹性影响较小。

3 结论

通过采用一定配方的稳定剂来增加体系粘稠度,从而保留淀粉营养成分而减少沉淀的方法制得的板栗糊口感细腻,组织状态均匀,板栗味浓郁。流变学特性研究表明,添加复合稳定剂的板栗糊对温度感应迟缓,稳定性良好。板栗糊是典型的假塑性流体,在较短贮藏时间内,其黏度有0.7～4.5 Pa·s的变化,粘性有0～1.2 Pa的波动,弹性有0～5 Pa的波动,冷藏贮藏各项指标变化范围约是常温贮藏变化范围的1.5～2倍左右,板栗糊常温保存即可,具有良好的贮藏稳定性。