貯藏期發(fā)酵劑對發(fā)酵乳流變特性的影響

白　英,張建麗,劉立杰,劉乃齊,薩仁高娃

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院,內(nèi)蒙古呼和浩特 010018)

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貯藏期發(fā)酵劑對發(fā)酵乳流變特性的影響

白英,張建麗,劉立杰,劉乃齊,薩仁高娃

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院,內(nèi)蒙古呼和浩特 010018)

以六種不同發(fā)酵劑制備的發(fā)酵乳為研究對象,采用流變儀,對樣品的表觀粘度、滯后環(huán)面積、粘滯性及彈性模量等參數(shù)進行測定,分析研究貯藏期發(fā)酵劑對發(fā)酵乳流變特性的影響。結(jié)果表明:6種發(fā)酵乳均隨剪切時間的延長而變稀,且屬于粘彈性流體。貯存至18 d時,樣品3和4表觀粘度值較其余四種樣品高,分別為0.202 Pa·s和0.229 Pa·s,而且在受力時的穩(wěn)定性較好,滯后環(huán)面積分別為8340 (Pa·r)/min和4335 (Pa·r)/min。

發(fā)酵乳,發(fā)酵劑,粘度,觸變性,剪切應力

理想的發(fā)酵乳是以半固體狀態(tài)存在,質(zhì)地均勻,但這種半固體狀態(tài)及其凝膠強度極易受到機械運動的破壞[1],使發(fā)酵乳出現(xiàn)乳清析出、凝乳不結(jié)實等產(chǎn)品缺陷。乳清析出與其內(nèi)部不穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構有關,與凝乳的勃度、硬度等流變學特性有關[2-3]。研究已證明發(fā)酵乳呈現(xiàn)粘性是因為發(fā)酵劑菌株在發(fā)酵過程中產(chǎn)生了某種胞外多糖(簡稱 EPS)[4],這種胞外多糖對發(fā)酵乳的流變學特性和組織狀態(tài)有很大的影響。較高的粘度可以抑制發(fā)酵乳凝膠破裂和乳清的析出[5],而且對發(fā)酵乳質(zhì)構特性的影響主要通過凝固型發(fā)酵乳的持水力、內(nèi)聚性、硬度、粘度等指標來反映[6]。Hess等[7]提出了產(chǎn)胞外多糖發(fā)酵乳的微觀模型結(jié)構,其主要由酪蛋白微粒組成,脂肪小球鑲嵌在凝膠形成的空腔中,在此空腔中充滿了乳清和菌體細胞,在初始培養(yǎng)菌周圍有EPS的外殼,菌體粘附在基質(zhì)上,在生長過程中隨著凝膠和EPS的不斷產(chǎn)生而形成高交聯(lián)度的網(wǎng)狀結(jié)構。電子掃描顯微技術研究表明,菌體細胞通過絲狀的多糖與周圍的蛋白質(zhì)凝塊相連形成復雜而穩(wěn)定的網(wǎng)絡結(jié)構。這種網(wǎng)絡結(jié)構的形成有利于改善發(fā)酵乳的流變特性,減少酸奶乳清析出[8]。當發(fā)酵乳經(jīng)適當攪拌后能較好的保持這種結(jié)構,隨著攪拌速率加快(或剪切速率提高),由于菌體多糖和酪蛋白彼此之間結(jié)合強度不同,首先是酪蛋白顆粒之間的連接被破壞,其次是菌體和多糖之間的連接被破壞,最后酪蛋白之間通過多糖形成的網(wǎng)絡結(jié)構被破壞。攪拌時,發(fā)酵乳的表觀粘度下降,當攪拌速度減慢直至停止時,粘度升高。在實際應用中,由于咀嚼和吞噬賦予食物一定的剪切速度(30～50 s-1),因此胞外多糖的存在有利于改善發(fā)酵乳制品的口感[9]。近年來大多數(shù)國產(chǎn)酸奶常見凝膠斷裂、乳清析出等產(chǎn)品問題。解決酸乳質(zhì)量問題的常用方法是添加脫脂乳粉、將乳蒸發(fā)濃縮或膜過濾,以及添加穩(wěn)定劑等方法。但這些方法一定程度上提高了生產(chǎn)成本,而且會影響酸奶的風味。乳酸菌EPS的形成有利于改善發(fā)酵乳的流變特性,減少酸奶乳清析出,防止酸奶的脫水收縮。利用含有EPS的發(fā)酵劑可以提高發(fā)酵乳的粘度、穩(wěn)定性和保水性,使產(chǎn)品具有良好的口感、質(zhì)地和風味。本研究通過對6種不同發(fā)酵劑制備的發(fā)酵乳樣品進行流變學特性測定(表觀黏度、滯后環(huán)面積、粘滯性及彈性模量等參數(shù)),研究貯藏期不同發(fā)酵劑對發(fā)酵乳流變特性的影響,可用于指導今后發(fā)酵劑菌種的選擇及實際生產(chǎn),以達到保障和提高發(fā)酵乳質(zhì)量的目的。

表1　發(fā)酵劑菌種組成

1　材料與方法

1.1材料與儀器

新鮮牛乳內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學教學牧場;直投式酸奶發(fā)酵劑(市售)共六種,菌種組成見表1。

Haake RS6000旋轉(zhuǎn)流變儀Thermo Fisher公司;SX-500型高壓蒸汽滅菌鍋TONY公司;303-OA型培養(yǎng)箱天津市通利信達儀器廠。

1.2實驗方法

1.2.1發(fā)酵酸奶的制備按0.05%的接種量將六種發(fā)酵劑分別接種至滅菌乳中,在42 ℃培養(yǎng)箱進行6～8 h的發(fā)酵,待其凝固后,放入4 ℃冰箱中冷藏,每隔24 h取樣檢測。

1.2.2表觀粘度的測定使用Haake RS6000旋轉(zhuǎn)流變儀,在恒溫20 ℃條件下,參照王松松[10]的測定方法,對樣品的表觀粘度進行檢測。

1.2.3觸變特性檢測在20 ℃條件下參照王松松[10]的測定方法,檢測樣品的觸變性。

1.2.4應變(γ)與溫度掃描檢測采用王松松[10]的測定方法對樣品進行應變(在20 ℃條件下)和溫度掃描。

1.2.5數(shù)據(jù)處理采用SPSS11.5統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理分析。

2　結(jié)果與分析

2.1樣品表觀粘度隨時間的變化

表觀粘度是發(fā)酵乳的流變學特性指標之一,通過測定表觀粘度可以判斷發(fā)酵乳凝乳情況,進而反映產(chǎn)品質(zhì)地穩(wěn)定性、發(fā)酵劑質(zhì)量的優(yōu)劣及加工工藝設計等,同時也有利于消費者對產(chǎn)品進行初步評價[11]。在相同條件下樣品的表觀粘度值能夠在一定程度上反映樣品內(nèi)部組織結(jié)構的特性及變化。

從圖1～圖6可以看出,6種不同發(fā)酵乳的表觀粘度都隨剪切時間的延長而降低,并且6種樣品的表觀粘度最高值多出現(xiàn)在6、10或14 d,即隨著貯藏時間的延長,粘度值呈緩慢增長的趨勢,當上升到一定粘度值時又開始緩慢下降。引起發(fā)酵乳在冷藏過程中粘度下降的原因有兩點:一是發(fā)酵乳本身具有一定的酸度,并且在貯藏期容易出現(xiàn)后酸化使酸度進一步提高,在高酸度情況下乳清易析出;二是菌株本身在低溫下還具有一定的活力,能夠繼續(xù)分解蛋白質(zhì)等物質(zhì),破壞酸奶的質(zhì)構[12]。

圖1　樣品1表觀粘度隨剪切時間的變化曲線Fig.1　Change curves of apparent viscosity with shear time for the first fermented dairy products

圖2　樣品2表觀粘度隨剪切時間的變化曲線Fig.2　Change curves of apparent viscosity with shear time for the second fermented dairy products

圖3　樣品3表觀粘度隨剪切時間的變化曲線Fig.3　Change curves of apparent viscosity with shear time for the third fermented dairy products

圖4　樣品4表觀粘度隨剪切時間的變化曲線Fig.4　Change curves of apparent viscosity with shear time for the forth fermented dairy products

圖5　樣品5表觀粘度隨剪切時間的變化曲線Fig.5　Change curves of apparent viscosity with shear time for the fifth fermented dairy products

圖6　樣品6表觀粘度隨剪切時間的變化曲線Fig.6　Change curves of apparent viscosity with shear time for the sixth fermented dairy products

6種樣品在貯藏期的表觀粘度隨時間變化的曲線形狀不同,表明不同樣品之間表觀粘度特性差異較大。樣品1的下降趨勢最快而樣品6的表觀粘度隨剪切時間的變化曲線下降幅度最小,說明樣品1的穩(wěn)定性較差而樣品6的穩(wěn)定性相對較好,但樣品6的粘度值偏低。樣品2和樣品4的表觀粘度值分別集中在0.06～0.13(Pa·s)和0.22～0.27(Pa·s)范圍內(nèi),說明在貯藏期這兩種樣品相對比較穩(wěn)定。保加利亞乳桿菌可產(chǎn)生大量風味前體物質(zhì)和胞外多糖聚合物,提高發(fā)酵乳口感和質(zhì)地[13]。嗜熱鏈球菌能產(chǎn)生大量的高分子量多糖,顯著提高發(fā)酵乳的粘度[11]。植物乳桿菌可以產(chǎn)生細菌素、乙醛、雙乙酰、胞外多糖等,這些物質(zhì)具有抑制雜菌生長、提高產(chǎn)品粘度和改善發(fā)酵乳風味的作用[12]。研究結(jié)果表明,加入植物乳桿菌的發(fā)酵乳酸化程度減弱,儲存期間乳清析出率降低。而雙歧桿菌的添加,它們的產(chǎn)酸能力低,需要更長的凝乳時間[14]。

2.2樣品剪切應力隨剪切速率的變化

發(fā)酵乳在受到升速剪切作用時,隨著剪切速率的增加,發(fā)酵乳的剪切力逐漸升高;當剪切力達到最大值時,降速剪切,剪切力又隨著剪切速率的降低而減小[15]。若體系在外切力作用下,其粘度隨剪切時間的延長而下降,靜止后又恢復,稱為正觸變性;反之,稱為負觸變性。當一個特定體系可先后出現(xiàn)正、負觸變性特征,稱之為復合觸變性[14]。

發(fā)酵乳的升速和降速剪切變化曲線并不重合,形成觸變環(huán),出現(xiàn)滯后現(xiàn)象,符合觸變性流體特征[16]。觸變性是指某體系在機械作用下,其粘度或剪切應力隨時間變化的一種流變現(xiàn)象[10]。由圖7～圖12可知,6種發(fā)酵乳樣品都能形成形狀相似的觸變環(huán)(滯后環(huán)),說明此6種發(fā)酵乳都是觸變性流體[17-18]。但每種樣品每一天的觸變環(huán)面積均不同,由此可知,在貯藏期這6種發(fā)酵乳組織結(jié)構的恢復能力有所變化。表2顯示,樣品2和樣品3的滯后環(huán)面相對較大,說明這兩種樣品受到外力作用后,其粘度的變化幅度大,當外力撤去后,此體系需要較長的時間才能恢復到未經(jīng)力作用的體系狀態(tài)[19]。

圖7　樣品1剪切應力隨剪切速率的變化曲線Fig.7　Curves of shear stress versus shear rate for the first fermented dairy products

圖8　樣品2剪切應力隨剪切速率的變化曲線Fig.8　Curves of shear stress versus shear rate for the second fermented dairy products

另外,滯后環(huán)面積與總面積的比值,比值越小黏絲性越強。黏絲性反映樣品內(nèi)部組織結(jié)構彼此之間粘連能力的強弱[10]。從表2中黏絲性的結(jié)果來看,樣品2和3的黏絲性相對較大,樣品4和5的黏絲性較小,故樣品2和3組織結(jié)構粘連能力較弱,恢復慢,樣品4和5組織結(jié)構粘連能力較強,恢復快。

2.3應變掃描的變化情況

應變掃描可以模擬發(fā)酵乳在生產(chǎn)、儲運及銷售過程中所受到的外界的碰撞、擠壓、摩擦等作用力,通過對樣品進行應變掃描,有助于了解發(fā)酵乳的穩(wěn)定性變化,進而避免實際生產(chǎn)中各種因素對發(fā)酵乳產(chǎn)生不良影響。

表2　6種發(fā)酵乳黏絲性結(jié)果

圖9　樣品3剪切應力隨剪切速率的變化曲線Fig.9　Curves of shear stress versus shear rate for the third fermented dairy products

圖10　樣品4剪切應力隨剪切速率的變化曲線Fig.10　Curves of shear stress versus shear rate for the forth fermented dairy products

圖11　樣品5剪切應力隨剪切速率的變化曲線Fig.11　Curves of shear stress versus shear rate for the fifth fermented dairy products

圖12　樣品6剪切應力隨剪切速率的變化曲線Fig.12　Curves of shear stress versus shear rate for the sixth fermented dairy products

由圖13～圖18可以看出,6種樣品的初始彈性模量G′大于粘性模量G″,說明樣品先呈現(xiàn)出固體特性,當應變達到0.021%～0.116% 范圍內(nèi),樣品的G″>G′,表現(xiàn)為流體特性,故發(fā)酵乳屬于粘彈性流體。

圖13　樣品1應變掃描曲線Fig.13　Strain scanning curves of the first fermented dairy products

圖14　樣品2應變掃描曲線Fig.14　Strain scanning curves of the second fermented dairy products

圖15　樣品3應變掃描曲線Fig.15　Strain scanning curves of the third fermented dairy products

圖16　樣品4應變掃描曲線Fig.16　Strain scanning curves of the forth fermented dairy products

圖17　樣品5應變掃描曲線Fig.17　Strain scanning curves of the fifth fermented dairy products

圖18　樣品6應變掃描曲線Fig.18　Strain scanning curves of the sixth fermented dairy products

前5種樣品的彈性模量G′和粘性模量G″均在第1 d出現(xiàn)突增,說明樣品凝乳還不穩(wěn)定。隨著剪切應力的不斷增強,當應變達到0.116%左右時,G″>G′,體系表現(xiàn)為以粘性特征為主,樣品開始流動,顯示流體特性。此外樣品1和2的彈性模量和粘性模量相對較小,說明向這兩個樣品施力時它們的變形程度較大,易流動。相反,樣品3和4的彈性模量與粘性模量最大,它們的穩(wěn)定性較好。

2.4溫度掃描的變化情況

發(fā)酵乳在生產(chǎn)、儲運及銷售過程很難保證恒定的低溫環(huán)境,通過溫度掃描可以了解到當溫度發(fā)生變化時發(fā)酵乳制品組織狀態(tài)的變化,為實際生產(chǎn)提供一定的理論依據(jù)。酸奶為非牛頓流體,其粘度值并非常數(shù)。粘性流體的粘度取決于流體性質(zhì)、溫度和壓力大小。

由圖19～圖24可知,6種樣品每一天的表觀粘度都是隨著溫度的升高先增大,當溫度達到13～14 ℃時開始下降。樣品1和樣品2的表觀粘度隨溫度的變化曲線下降速率較慢,說明這兩個樣品對溫度的耐受能力較好,另外樣品2和樣品6的表觀粘度值較低(見圖20、24),與2.1表觀粘度隨剪切時間的變化檢測結(jié)果一致。而樣品3、4和5的表觀粘度隨溫度的變化曲線下降速率明顯高于其他幾個樣品,說明樣品3、4和5的穩(wěn)定性較差,進而說明樣品3、4和5所使用的發(fā)酵劑不能賦予產(chǎn)品理想的溫度耐受力,但是樣品4所使用的發(fā)酵劑可以使樣品在表觀粘度方面更突出(見圖22)。

圖19　樣品1表觀粘度隨剪切溫度的變化曲線Fig.19　Change curves of apparent viscosity with shear temperatrue for the first fermented dairy products

圖20　樣品2表觀粘度隨剪切溫度的變化曲線Fig.20　Change curves of apparent viscosity with shear temperatrue for the second fermented dairy products

圖21　樣品3表觀粘度隨剪切溫度的變化曲線Fig.21　Change curves of apparent viscosity with shear temperatrue for the third fermented dairy products

圖22　樣品4表觀粘度隨剪切溫度的變化曲線Fig.22　Change curves of apparent viscosity with shear temperatrue for the forth fermented dairy products

圖23　樣品5表觀粘度隨剪切溫度的變化曲線Fig.23　Change curves of apparent viscosity with shear temperatrue for the fifth fermented dairy products

圖24　樣品6表觀粘度隨剪切溫度的變化曲線Fig.24　Change curves of apparent viscosity with shear temperatrue for the sixth fermented dairy products

3　結(jié)論

6種發(fā)酵乳都是隨剪切時間延長而粘度降低的正觸變性流體,樣品3和4所使用的發(fā)酵劑可以使樣品具有較高的表觀粘度,麥芽糊精在一定程度上有助于提高樣品粘度。在對發(fā)酵乳進行升速和降速剪切作用時,出現(xiàn)滯后現(xiàn)象,符合觸變性流體特征,其中樣品5所使用的發(fā)酵劑能夠賦予發(fā)酵乳更好的結(jié)構恢復能力。發(fā)酵乳屬于粘彈性流體。樣品3和4的彈性模量與粘性模量相對較大,說明向這兩個樣品施力時它們的變形程度較小、不易流動,它們的穩(wěn)定性較好。對溫度的耐受能力較好的是樣品1和2,但樣品1的粘度值稍高于樣品2。當溫度超過14 ℃時6種發(fā)酵乳的表觀粘度開始下降。

[1]乙引,張顯強,唐金剛,等.木瓜蛋白酶的純化和性質(zhì)[J].貴州師范大學學報,2002,20(1):11-14.

[2]Lucey J A,M Tamehana,H Singly,et al.A comparison of the formation,rheologieal properties and microstructuer of acid skim milk gels made with bacterial cultures or glucono-delta-lactone[J].Food Res Int,1998,31(2):147-155.

[3]Lucey J A.Formation and Physical Properties of Milk Protein Gels.[J].Dairy Sci,2002,85:281-294.

[4]Patricia Ruas-Madiedo,JeroenHugenholtz,PieternelaZoon.Anoverviewofthe functionality of expolysaccharides produced by lactic acid bacteria[J]. International Dairy Journal,2002(12):163-171.

[5]霍艷榮.產(chǎn)粘乳酸菌對酸奶品質(zhì)的影響[J].食品研究與開發(fā),2003,24(6):123-126.

[6]潘道東,吳玲.高產(chǎn)胞外多糖(EPS)乳酸菌菌株的篩選與鑒定[J].食品科學,2007,28(3):171-174.

[7]HESS S J,ROBERTS R F,ZIEGLER G R. Rheological properties of nonfat yogurt stabilized using Lactobacillus delbrueckii ssp. Bulgaricus producing exopolysaccharide or using commercial stabilizer systems[J].J Dairy Sci,1997,80:252-263.

[8]KLEEREBEZEM M,VAN KRANENBURG R,TUINIER R,et al.Exopolysaccharides produced by Lactococcus lactis:From genetic engineering to improved rheological properties[J]. Antonie Van Leeuwenhoek,1999,76:357-365.

[9]DUBOC P,MOLLET B. Applications of exopolysaccharides in dairy industry[J]. Int Dairy J,2001(11):759-768.

[10]王松松,陳慶森.3 種發(fā)酵乳制品流變性質(zhì)的比較與分析[J].食品科學,2011,32(19):7-11

[11]KEALY T. Application of liquid and solid rheological technologies to the textural characterisation of semi-solid foods[J]. Food Research International,2006,39(3):265-276.

[12]李勇,董翠芳,歐國兵.攪拌型酸奶流變學特性及粘彈性的分析與探討[J].乳品加工,2009(1):46-50.

[13]GIPSY T M,GUSTAVO V,BARBOSA C. Rheology for the food industry[J]. Journal of Food Engineering,2005,67(1/2):147-156.

[14]張旺倩.牛羊乳基質(zhì)中嗜酸乳桿菌和雙歧桿菌增菌發(fā)酵差異性及發(fā)酵產(chǎn)物功能性評價[D].楊凌:西北農(nóng)林科技大學,2012.

[15]田芬,粘靖祺,霍貴成.嗜酸乳桿菌和雙歧桿菌發(fā)酵乳的流變特性研究[J].食品科學,2011,33(5):155-159.

[16]KULKARNI C,BELSARE N,LELE A. Studies on shrikhand rheology[J]. Journal of Food Engineering,2006,74(2):169-177.

[17]BENEZECH T,MAINGONNAT J F. Characterization of the rheologi-cal properties of yogurt:a review[J]. Journal of Food Engineering,1994,21:447-472.

[18]LORENZI L D,PRICL S,TORRIANO G. Rheological

behavior of low-fat and full-fat stirred yogurt[J]. International Dairy Journal,1995(5):661-671.

[19]趙紅玲,李全陽,趙正濤,等.攪拌型酸奶流變學特性的研究[J].乳業(yè)科學與技術,2009,32(4):159-163.

Effect of culture on the rheological properties of fermented milk during refrigeration

BAI Ying,ZHANG Jian-li,LIU Li-jie,LIU Nai-qi,SAREN Gao-wa

(College of Food Science And Engineering,Inner Mongolia Agricultural University,Hohhot 010018,China)

In order to study the rheological properties of fermented milk during the storage period,a rheometer was used to measure the apparent viscosity,hysteresis loop area,viscosity and elasticity modulus of samples fermented by six different cultures. The results showed that all six kinds of fermented milk became thinner with shear time lengthened and were viscoelastic fluid. Sample 3 and 4 not only had higher apparent viscosity also better stability on 18th day. The apparent viscosity were 0.202 and 0.229 Pa(s,respectively,and hysteresis loop area were 8340 and 4335 (Pa·r)/min.

fermented milk;culture;viscosity;thixotropy;shear stress

2015-10-27

白英(1968-)，女，博士，副教授，研究方向：乳品科學，E-mail：baiying77@sina.com。

TS252.1

A

1002-0306(2016)10-0179-07

10.13386/j.issn1002-0306.2016.10.028