不同類(lèi)型親水膠體對(duì)豆乳酸奶質(zhì)構(gòu)、流變學(xué)特性的影響

龐志花，曹金諾，鄭羽萌，羅予婉，劉新旗*，肖林

1(北京食品營(yíng)養(yǎng)與人類(lèi)健康高精尖創(chuàng)新中心(北京工商大學(xué))，北京，100048)2(山東龍力生物科技股份有限公司，山東 禹城，251200)

豆乳酸奶是新型的發(fā)酵豆制品，它是以豆乳為原料，經(jīng)乳酸菌發(fā)酵而成的一種風(fēng)味獨(dú)特、營(yíng)養(yǎng)豐富的功能性豆乳制品，具有與普通酸奶相同的改善腸道菌群等功能。同時(shí)對(duì)于牛乳過(guò)敏人群來(lái)說(shuō)，豆乳酸奶可以成為很好的替代品。但是相較于牛乳，豆乳酸奶存在豆腥味、產(chǎn)酸不足、口感粗糙、乳清析出、凝乳不穩(wěn)定等問(wèn)題不被消費(fèi)者接受，市場(chǎng)占有量比較低[1-3]。親水膠體是目前酸奶中常用穩(wěn)定劑，可以有效提高酸奶的持水性，改善酸奶的質(zhì)地和口感[4-6]。不同的親水膠體對(duì)酸奶理化性質(zhì)的影響各不相同，研究表明明膠可以有效改善酸奶的持水力[5-6]；中性多糖瓜爾豆膠和刺槐豆膠會(huì)導(dǎo)致體系相分離，增大凝膠孔徑，單獨(dú)使用在酸奶中的穩(wěn)定性作用不佳[7-9]。離子型多糖卡拉膠與酪蛋白會(huì)發(fā)生相互作用，較低濃度的κ卡拉膠會(huì)干擾乳凝膠的形成，造成凝膠強(qiáng)度下降[10]。目前大多的研究集中于牛乳酸奶體系，主要針對(duì)親水膠體在其中的作用并優(yōu)化其添加比例[11-12]，而在豆乳酸奶體系中的報(bào)道較少。

本研究以豆乳酸奶為原料，以中性多糖瓜爾豆膠、刺槐豆膠，弱離子型多糖黃原膠、強(qiáng)離子型多糖卡拉膠和蛋白類(lèi)親水膠體明膠為穩(wěn)定劑，從持水性、質(zhì)構(gòu)特性、流變特性3個(gè)方面研究親水膠體對(duì)豆乳酸奶的影響，為豆乳酸奶的品質(zhì)提升提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

豆?jié){粉C40，龍王食品有限責(zé)任公司；乳糖，北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司；發(fā)酵劑YFL-903(嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌混合發(fā)酵劑)，丹麥科漢森公司；瓜爾膠/刺槐豆膠/卡拉膠/黃原膠，阿澤雷斯國(guó)際貿(mào)易(上海)有限公司；牛骨明膠，嘉利達(dá)(遼源)明膠有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

HH系列數(shù)顯恒溫水浴鍋，金壇市科析儀器有限公司；BSA224S電子天平，塞多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司；D-3L高壓均質(zhì)機(jī)，美國(guó)PhD科技有限公司；FE20 pH計(jì)，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；ALLEGRA X-15R離心機(jī)，美國(guó)貝克曼庫(kù)爾特公司；EURO-ST 40 D S025電子攪拌器IKA； KQ-500DE數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；ECO-70 雪花制冰機(jī)，上海領(lǐng)德儀器有限公司；MJ系列生化培養(yǎng)箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；流變儀，德國(guó)哈克有限公司；Brookfield CT3質(zhì)構(gòu)儀，美國(guó)布魯克菲爾德。

1.3 方法

1.3.1 豆乳酸奶的制備[4]

配制1%的穩(wěn)定劑母液，攪拌至澄清(約2 h)，4 ℃保存?zhèn)溆?。將豆?jié){粉(蛋白質(zhì)含量為42.77%)、乳糖以10.6%、3%的添加量溶于水中，攪拌均勻；加入按比例稀釋好的穩(wěn)定劑；超聲5 min，60 W；在壓力15 000 kPa下均質(zhì)；95 ℃水浴10 min；冷卻至40 ℃，待接種。另取10 mL的牛奶，加入0.4 g發(fā)酵劑，40 ℃活化45 min，菌液備用。每100 g豆?jié){溶液接種1.6 mL菌液，混勻；40 ℃發(fā)酵4.5 h；冷卻到4 ℃并冷藏后熟2 d；待測(cè)。其中穩(wěn)定劑的添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下：瓜爾豆膠0.01%、0.05%、0.1%，刺槐豆膠0.01%、0.05%、0.1%，卡拉膠0.01%、0.05%、0.1%，黃原膠0.001%、0.005%、0.01%，明膠0.25%、0.5%、1%。以不添加穩(wěn)定劑的豆乳酸奶為空白組。獨(dú)立重復(fù)上述步驟2次，分別作出3組平行。

1.3.2 持水力(WHC)的測(cè)定[5]

用離心管稱(chēng)取約10 g豆乳酸奶樣品，4 ℃，1 000×g離心10 min，除去上清液，稱(chēng)沉淀物的質(zhì)量。

(1)

1.3.3 豆乳酸奶質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定[5]

使用BROOKFIELD CT3質(zhì)構(gòu)儀(布魯克菲爾德，美國(guó))進(jìn)行TPA質(zhì)構(gòu)分析，選用圓柱形TA5探頭，測(cè)量長(zhǎng)度70.0 mm，直徑55.0 mm。目標(biāo)值10.0 mm，測(cè)試速度0.5 mm/s。測(cè)定參數(shù)：硬度，彈性，黏性，內(nèi)聚性。

1.3.2 豆乳酸奶流變性的測(cè)定[5]

使用德國(guó)HAAKE流變儀，CCB16 DIN型號(hào)轉(zhuǎn)筒，CC16 DIN Ti型號(hào)轉(zhuǎn)子。將樣品輕輕攪拌5次，測(cè)試溫度為4 ℃。首先，頻率固定在1 Hz，對(duì)樣品進(jìn)行應(yīng)變掃描，確定樣品線(xiàn)性黏彈區(qū)，最終以應(yīng)變?yōu)?.1%，進(jìn)行0.1～10 Hz頻率掃描；剪切掃描：剪切速率從0增大到100 s-1，然后從100 s-1減小至0。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同類(lèi)型的穩(wěn)定劑對(duì)豆乳酸奶持水力(WHC)的影響

持水力(WHC)是表示酸奶離心后所能保留的水分，WHC的大小與穩(wěn)定劑鎖水的能力成正比，越高說(shuō)明穩(wěn)定劑能結(jié)合更多的水分子，產(chǎn)品乳清析出越少。由圖1可以看出，未添加穩(wěn)定劑的豆乳酸奶的持水力為95.9%，明膠的鎖水能力最強(qiáng)，離子型多糖次之，中性多糖的鎖水能力最弱。中性多糖瓜爾豆膠和刺槐豆膠各濃度的添加量均降低了豆乳酸奶的持水力。豆乳酸奶的持水力隨著瓜爾豆膠添加量的增加而降低，造成這種現(xiàn)象的主要原因是瓜爾豆膠的添加使酸奶體系發(fā)生相分離，且這種特性隨濃度的增加而增強(qiáng)[8]；牛骨明膠添加量為0.5%時(shí)，豆乳酸奶的持水力達(dá)到100%,研究表明明膠在低溫下會(huì)發(fā)生分子間交聯(lián)螺旋，以氫鍵的形式結(jié)合成三股螺旋，將水分子固定，所以可以有效提高酸奶的持水力[13]；而離子型多糖對(duì)豆乳酸奶的持水力沒(méi)有顯著影響。

圖1 不同類(lèi)型親水膠體對(duì)豆乳酸奶持水力的影響
Fig.1 Effect of different types of hydrocolloids on the water
holding capacity of soymilk yogurt
注：圖中不同小寫(xiě)字母表示存在顯著性差異(P<0.05),下同

2.2 不同類(lèi)型穩(wěn)定劑對(duì)豆乳酸奶質(zhì)構(gòu)特性的影響

質(zhì)構(gòu)特性中，硬度是衡量酸奶品質(zhì)的十分重要的指標(biāo)。由圖2-A可以看出，中性多糖以及弱離子型多糖黃原膠的添加對(duì)豆乳酸奶的硬度沒(méi)有形成顯著性影響，高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的明膠(1%)以及中高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的卡拉膠(≥0.05%)顯著提高豆乳酸奶的硬度。

彈性是衡量樣品去除外力后恢復(fù)到形變前條件下的高度或體積比率。由圖2-B可以看出，除0.01%卡拉膠和0.01%黃原膠顯著降低豆乳酸奶的彈性，各穩(wěn)定劑對(duì)豆乳酸奶的彈性沒(méi)有顯著影響。

黏性是探頭受力與時(shí)間所形成的負(fù)峰面積，反映了酸奶樣品具有的黏著性。不同類(lèi)型的穩(wěn)定劑對(duì)豆乳酸奶的黏性影響與硬度的趨勢(shì)相一致(圖2-C)。

內(nèi)聚性表示樣品內(nèi)部的黏合力。可以看出，高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的明膠(1%)和卡拉膠(0.1%)顯著提高了豆乳酸奶的內(nèi)聚性，其他類(lèi)型穩(wěn)定劑對(duì)豆乳酸奶的內(nèi)聚性沒(méi)有顯著性影響。

明膠與中性多糖在豆乳酸奶中的作用與其在牛乳酸奶的作用基本一致[10]。蛋白類(lèi)親水膠體明膠可以有效地增強(qiáng)蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)密度，使硬度及黏度顯著提升；中性多糖與蛋白主要發(fā)生離散相互作用，以耗散絮凝和聚合穩(wěn)定的方式提高酸奶體系的穩(wěn)定性，同時(shí)會(huì)發(fā)生體系的相分離，最終導(dǎo)致對(duì)豆乳酸奶體系的質(zhì)構(gòu)特性沒(méi)有顯著的作用[10]；強(qiáng)離子型多糖卡拉膠在豆乳酸奶中的作用與明膠更為接近?？ɡz通過(guò)橋接絮凝區(qū)域，使空間穩(wěn)固化；隨濃度的增大，陰離子濃度增加，復(fù)合、離散相互作用增強(qiáng)，結(jié)構(gòu)剛性增強(qiáng)，硬度顯著增加[14-15]。

圖2 不同類(lèi)型親水膠體對(duì)豆乳酸奶質(zhì)構(gòu)特性的影響
Fig.2 Effect of different types of hydrocolloids on the textural properties of soymilk yogurt

2.3 不同類(lèi)型親水膠體對(duì)豆乳酸奶流變學(xué)特性的影響

2.3.1 頻率掃描

應(yīng)用線(xiàn)性黏彈性理論，研究添加不同類(lèi)型的親水膠體的豆乳酸奶在小形變范圍內(nèi)的黏彈性質(zhì)。彈性模量G′和黏性模量G″分別用來(lái)描述樣品的類(lèi)固體(彈性)特征和類(lèi)流體(黏性)特征。圖3為以添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)明膠的豆乳酸奶為代表的結(jié)果?？梢钥闯觯袠悠返腉′值都大于G″，表明所有的豆乳酸奶樣品都是彈性成分占優(yōu)勢(shì)，樣品表現(xiàn)出類(lèi)固體的特征，添加其他類(lèi)型親水膠體的豆乳酸奶都具有類(lèi)似的特征。

圖3 明膠的添加對(duì)豆乳酸奶頻率掃描中儲(chǔ)存模量
(G′)與損耗模量(G″)的影響
Fig.3 Effect of gelatin on theG′andG″during frequency sweep

進(jìn)一步比較頻率為1 Hz時(shí)各樣品的G′和G″，如表1所示。

表1 頻率為1Hz時(shí)不同類(lèi)型的親水膠體對(duì)豆乳酸奶頻率掃描中流變學(xué)參數(shù)的影響Table 1 Effect of different types of hydrocolloids on therheology parameters with frequency at 1 Hz duringfrequecy sweep

注：表中不同的小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)，且表中數(shù)據(jù)只進(jìn)行縱向比較，不進(jìn)行橫向比較，且均為各親水膠體與空白進(jìn)行單獨(dú)比較，不進(jìn)行親水膠體間的比較。

與空白相比較，中性多糖和弱離子型多糖黃原膠對(duì)豆乳酸奶的彈性模量和黏性模量沒(méi)有顯著性影響，可能說(shuō)明其與酸奶中成分相互作用較弱[16]。明膠和強(qiáng)離子型多糖卡拉膠在高添加濃度時(shí)可以顯著提高豆乳酸奶的黏彈性。損耗角的正切值(Loss tangentδ)表示G″與G′的比值，該值越大表明體系的黏性比例越大，流動(dòng)性越強(qiáng)，反之彈性比例大[17]?？梢钥闯?，刺槐豆膠在中高比例的添加量會(huì)提高損耗角的正切值，增加酸奶體系的黏性特征，而明膠在1%的添加量時(shí)顯著降低了損耗角正切值，增加了體系的彈性特征。這可能是由于中性多糖刺槐豆膠與大豆蛋白體系的不兼容導(dǎo)致相分離的加劇，從而使體系更趨向于流體特征；而明膠與大豆蛋白存在更好的兼容性，而且對(duì)體系的水分有很好的固定作用，從而加強(qiáng)了體系的凝膠結(jié)構(gòu)，使其更趨向于固體特征[10]。

2.3.2 剪切掃描

以添加不同濃度明膠為代表表示豆乳酸奶的剪切應(yīng)力隨剪切速率的變化情況(圖4)。

圖4 明膠的添加對(duì)豆乳酸奶剪切掃描曲線(xiàn)的影響
Fig.4 Effect of gelatin on the flow curve of soymilk yogurt

可以看出，升速剪切時(shí)，剪切應(yīng)力也隨之增大，降速剪切時(shí)，剪切應(yīng)力隨之減小。在此流變曲線(xiàn)中，升速曲線(xiàn)和降速曲線(xiàn)并未重合，而是形成滯后環(huán)(觸變環(huán))，即出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，說(shuō)明各豆乳酸奶體系均為觸變性流體。但添加不同淀粉類(lèi)型的親水膠體的酸奶滯后環(huán)的形狀和大小有明顯差別。

采用Herscel-Bulkley模型對(duì)剪切掃描的曲線(xiàn)進(jìn)行擬合[18]，模型可由公式τ=τ0+kγn表示，其中τ表示剪切應(yīng)力，τ0表示屈服應(yīng)力，k表示稠度系數(shù)，γ表示剪切速率，n表示流動(dòng)行為指數(shù)。所有樣品的擬合相關(guān)系數(shù)都大于0.9(結(jié)果未顯示于表中)，表明該模型可以很好的擬合酸奶流動(dòng)曲線(xiàn)。結(jié)果如表2所示。中性多糖的添加可以顯著降低豆乳酸奶的屈服應(yīng)力，離子型多糖在較高添加濃度下也會(huì)顯著降低豆乳酸奶的屈服應(yīng)力，而明膠在高質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)可以顯著提高樣品的屈服應(yīng)力。酸奶的屈服應(yīng)力的大小與感官評(píng)價(jià)時(shí)的“軟硬”關(guān)系密切，屈服應(yīng)力較大則質(zhì)硬，屈服應(yīng)力小則質(zhì)軟。所以相較多糖類(lèi)親水膠體，蛋白類(lèi)親水膠體明膠的添加會(huì)增加豆乳酸奶的硬度。這可能與明膠在低溫下能夠形成特殊的三螺旋結(jié)構(gòu)有關(guān)[19]；刺槐豆膠在較低質(zhì)量分?jǐn)?shù)，離子型多糖在較高質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，以及明膠在高質(zhì)量分?jǐn)?shù)下均可以提高豆乳酸奶的稠度系數(shù)并降低流動(dòng)行為指數(shù)，表明這些親水膠體在一定的添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)下可以增強(qiáng)豆乳酸奶的假塑性。另外，酸奶在50 s-1剪切速率下的表觀黏度η50被證實(shí)能夠很好地反映酸奶的感官黏度[5]?？梢钥闯?，所有的親水膠體在任何添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)下都可以顯著提高豆乳酸奶的表觀黏度。

表2 不同類(lèi)型的親水膠體對(duì)豆乳酸奶剪切掃描中流變學(xué)參數(shù)的影響Table 2 Effect of different types of hydrocolloids on the rheology parameters from flow curves of soymilk yogurt

注：表中不同的小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)，且表中數(shù)據(jù)只進(jìn)行縱向比較，不進(jìn)行橫向比較，且均為各親水膠體與空白進(jìn)行單獨(dú)比較，不進(jìn)行親水膠體間的比較。

3 結(jié)論

不同類(lèi)型的親水膠體由于作用機(jī)理的不同，對(duì)豆乳酸奶的質(zhì)構(gòu)和流變學(xué)特性的影響有顯著的差別。總體來(lái)說(shuō)，中性多糖對(duì)豆乳酸奶體系的作用較小，甚至?xí)档腕w系的持水性，對(duì)于凝膠的硬度、黏彈性等影響不大；弱離子型多糖黃原膠與中性多糖類(lèi)似，但并沒(méi)有降低體系的持水性；強(qiáng)離子型多糖卡拉膠在豆乳凝膠體系中的作用與明膠較為接近，高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的添加量可以顯著提高酸奶體系的硬度、黏彈性以及稠度系數(shù)；蛋白類(lèi)膠體的牛骨明膠可以顯著改善豆乳酸奶的持水力，在高質(zhì)量分?jǐn)?shù)下可以顯著提高酸奶硬度，凝膠的黏彈性。本研究進(jìn)一步為親水膠體在豆乳酸奶中的應(yīng)用提供了理論參考，課題研究人員將進(jìn)一步對(duì)其感官品質(zhì)以及親水膠體的復(fù)配進(jìn)行探究。