復配穩定劑影響杧果酸奶流變性質的機理研究

吳小艷 劉忠義 劉文星 李希宇 付滿 馬啟昱

摘? 要：為了改善攪拌型杧果酸奶流動輸送及貯運過程中的穩定性問題，研究了由海藻酸丙二醇酯（PGA）、乙酰化二淀粉己二酸酯（ADA）、瓜爾豆膠組成的復配穩定劑對攪拌型杧果酸奶流變特性的影響機理。使用L9（34）正交表優化了3種穩定劑的配比，測定了杧果酸奶的感官分值、持水力、流變性質，并觀察其微觀結構。結果表明：杧果酸奶是一種假塑性流體。當PGA、ADA及瓜爾豆膠的添加質量比為0.03%+0.2%+0.008%時，能最大程度的改善杧果酸奶的品質，且不影響其發酵進程。其感官分值為76.3分，較空白組高出了9.3分;持水力達到了75.57%，較空白組高出了16.17%;滯后面積較空白組減少了272 Pa/s，剪切復原性得到了較大程度的改善;表觀粘度較空白組降低了80.8 mPa·s，更為適口;粘度系數K和流動指數n都有所下降，更利于產品的輸送。掃描電鏡圖顯示，添加復配穩定劑后，瓜爾豆膠、變性淀粉與蛋白質形成規則的網絡結構，穩定了杧果酸奶的凝乳結構，因此改變了杧果酸奶的感官品質及流變學性質。復配穩定劑能有效改善杧果酸奶的穩定性，這為攪拌型熱帶亞熱帶水果酸奶的后續研究提供理論和數據基礎。

關鍵詞：杧果酸奶;復配穩定劑;持水性;流變性質;凝乳結構

中圖分類號：S667.7; TS252.54? ? ? 文獻標識碼：A

Abstract： In order to improve the stability of the stirred mango yoghurt during its fluid transportation， storage and transportation， the influence mechanism of stabilizer blend of propylene glycol alginate （PGA）， acetylated distarch adipate （ADA） and guar gum on the rheological properties of the stirred mango yoghurt was investigated. The sensory score， water holding capacity （WHC） and rheological properties of the yogurt containing three stabilizers at varying blending ratios were determined using an L9 （34） orthogonal array. The results showed that mango yogurt was a kind of pseudoplastic fluid. Adding PGA， ADA and guar gum at a quality ratio of 0.03% + 0.2% + 0.008% optimally， yogurt quality was improved， and the fermentation process of the yogurt was not affected. After adding optimal quality ratio mixing stabilizer， the sensory score of yogurt was 76.3 points， which was 9.3 points higher than that of the blank group. And the WHC of yogurt reached 75.57%， which was 16.17% higher than that of the blank group. The hysteresis area of the yogurt was reduced by 272 Pa/s compared with the blank group， the shear recovery was improved at a large extent. The apparent viscosity of the yogurt was 80.8 mPa·s lower than that of the blank group， and this maked the mango yogurt more palatable. Both viscosity coefficient K and the flow index n decreased， which was more conducive to product transportation. The scanning electron micrograph indicated that guar gum， modified starch and protein combine to form a network structure after adding stabilizer blend. This stabilized the curd structure of the mango yogurt， and improved the sensory quality and rheological properties of the mango yogurt. The stability of mango yoghurt could be improved by the stabilizer blend， which would provide theoretical and data basis for the follow-up study of the stirred tropical and subtropical fruit yoghurt.

Keywords： mango yogurt; stabilizer blend; water holding capacity; rheological properties; curd texture

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.01.031

近年來，口感清新、健康營養的食品很受消費者青睞[1]，由益生菌發酵所得的產品非常契合這一消費理念，尤其是具有獨特風味的水果酸奶[2-3]及水果酵素[4]，成為中國發展最為迅速的飲品之一。

很多水果如紅棗、草莓、黃桃等都能在風味和營養上與酸奶相互匹配[2]。同樣，杧果、菠蘿等熱帶亞熱帶水果具有獨特的香氣和香甜口感，與酸奶獨特的風味能完美融合，并富含維生素、礦物質、果膠等，在營養素方面也能與酸奶互補。然而，水果的加入會在一定程度上破壞酸奶的結構穩定性，因而需引入合適的穩定劑，以維持水果酸奶的穩定性，保持其良好的口感。

穩定劑具有保水性、提高酸奶粘度和改善口感等基本功能[5-7]，鑒于攪拌型酸奶的特性，需要選擇耐酸、能抵抗一定的機械作用且高分散的穩定劑[5]。盡管有眾多的穩定劑可供選擇，但目前的研究表明，PGA[6]、ADA[7]和瓜爾豆膠[8]更適合用于攪拌型水果酸奶的生產。將親水性膠體與淀粉復配使用，可發揮協同作用，起到提高酸奶穩定性、降低穩定劑用量、提高酸奶品質和簡化加工工藝等作用[6， 9]。

本研究以杧果酸奶為研究對象，選擇海藻酸丙二醇酯（PGA）、乙酰化二淀粉己二酸酯（ADA）、及瓜爾豆膠進行復配，用于杧果酸奶的加工以提高其穩定性，通過正交試驗，以感官分值和持水力作為指標，確定三者的最適配比，測定杧果酸奶的流變特性和微觀結構以期確定復配型穩定劑對杧果酸奶感官品質及流變特性的影響，并揭示產生這種影響的機理，為水果酸奶的產品開發和品質監控提供一定參考依據。

1? 材料與方法

1.1? 材料

1.1.1? 材料與試劑? 安佳全脂、脫脂奶粉，恒天然集團;白砂糖，華坊城食品有限公司;杧果醬，北京迪富瑞農業有限公司;酸奶發酵劑（主要有嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌組成），北京川秀國際貿易有限公司;PGA，青島明月海洋科技有限公司;ADA、瓜爾豆膠，河南萬邦實業有限公司。其他試劑均為分析純。

1.1.2? 儀器與設備? Thermo HAAKE MARS 60流變儀，廣東精譜實業有限公司;DL-6M冷凍離心機，湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司;ZD-2自動電位滴定儀，上海康儀儀器有限公司;DY-901S均質儀，上海多源機械設備有限公司;MYP11-2磁力攪拌器，上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司;CLT-1A磁力攪拌電熱套，韓西儀器科技有限公司;SPX-250B-D振蕩培養箱，上海博遠實業有限公司;BAS224S電子天平，賽多利斯科技有限公司;MIRA3 TESCAN顯微鏡，北京亞科晨旭科技有限公司。

1.2? 方法

1.2.1? 工藝流程? 將奶粉和水按質量比1∶8混合溶解，質量分數8%的白砂糖和適量穩定劑混合后加熱溶解，待穩定劑完全溶解后再加入復原乳中，在60 MPa下均質10 min后倒入圓底燒瓶中，在95 ℃下滅菌5 min后，倒入燒杯冷卻到45 ℃左右，加入5%的杧果醬，再添加1%酸奶發酵劑攪拌均勻后密封，置于43 ℃下發酵10 h后取出，待冷卻至室溫后，在1000 r/min下攪拌5 min，密封后置于4 ℃冰箱中后熟（24 h），發酵完成。工藝流程如圖1所示。

1.2.2? 單因素試驗? 依據國家標準和相關文獻[5-8]，以感官分值和持水力為評價指標，分別在0.01%～ 0.3%、0.1%～1%、0.01%～0.5%范圍內，篩選出PGA、ADA及瓜爾豆膠的最適用量。采用流變儀測定最適單一穩定劑用量時酸奶的流變特征值，并通過掃描電鏡觀察微觀結構。

1.2.3? 正交試驗? 依據單因素試驗的結果，以酸奶的感官分值、持水力和流變性作為評價指標，將PGA、ADA及瓜爾豆膠各自最適用量的10%、20%、30%按照L9（34）正交表進行復配試驗。同時，對正交試驗各試驗樣品，測定其滴定酸度、pH、流變特征值，并觀察最優組的微觀結構。

1.2.4? 滴定酸度和pH的測定? 杧果酸奶的滴定酸度參考GB 5009.239—2016《食品安全國家標準 食品酸度的測定》中發酵乳酸度的測定方法，樣品的pH用ZD-2自動電位滴定儀直接測定，測定時間與滴定酸度同步。

1.2.5? 持水力的測定? 參考Guzmán-González的方法[10]，取酸奶10 g左右，于離心管中稱重，離心管質量記為m1，加入酸奶后質量記為m2，室溫下3000 r/min離心30 min，棄上清液，離心管倒置1 min后立即稱重，質量為m3，計算持水力（Water holding capacity，WHC）。持水力計算公式為：

1.2.6? 流變學性質的測定? 動力學粘度測試中剪切速率（shear rate/s?1）線性變化：恒定測試溫度為4 ℃，測表觀粘度及剪切應力隨剪切速率的變化;待測剪切速率范圍：0.1～100 s?1，上升曲線剪切速率從0.1 s?1上升到100 s?1，然后下降曲線從100 s?1下降到0.1 s?1，剪切速率上升和下降所需的時間都為3 min[11]。

1.2.7? 微觀結構的觀察? 參考Cui等[12]與Liu等[13]的方法，將貯藏期1 d（酸奶后熟結束）的酸奶樣品均勻薄涂在培養皿內壁上，在液氮中冷凍后迅速放入真空冷凍干燥機中進行干燥處理，然后采用離子濺射方法鍍金，進行掃描電鏡（SEM）制片，最后在10 kV電壓和放大6000×的倍率下進行觀察和采集圖像。

1.2.8? 感官評價? ?酸奶發酵成熟后，邀請10位食品專業的師生經感官培訓后，組成評鑒小組，

采用“雙盲”的方法計分，對產品的色澤、口感、滋味和氣味、組織狀態等進行評價計分，感官評價標準參考RHB 103—2004《酸牛乳感官質量評鑒細則》和GB 12313—90《感官分析方法 風味剖面檢驗》制定，具體見表1。

1.3? 數據處理

所有試驗均做3個平行。采用SPSS 17.0軟進行數據統計分析，運用方差分析法（analysis of variance，ANOVA）進行顯著性分析，顯著水平值為P<0.05。采用Origin 8.0軟件繪圖。

2? 結果與分析

2.1? 穩定劑對酸奶感官分值和持水力的影響

感官分值是反應食品整體品質的重要指標;持水力是反映酸奶凝膠體系穩定性的一個重要參數。以杧果酸奶的持水力和感官分值為綜合指標，探尋PGA、ADA及瓜爾豆膠作為單一穩定劑在酸奶中的最適用量，結果見圖2。由圖2可知，杧果酸奶的持水力總體上都隨PGA、ADA和瓜爾豆膠的添加量呈正相關變化，而感官分值則是都隨單一穩定劑添加量增加呈先上升后下降趨勢。這主要是因為持水力過低，酸奶口感稀薄，而持水力過高，易產生糊口感且砂礫感明顯，從而導致感官分值下降。當PGA添加量為 0.10%時，或ADA添加量在1.0%時，或瓜爾豆膠添加量在0.04%時，杧果酸奶的感官分值達到峰值。這些結果與其他酸奶產品的研究結果[6-8]基本一致。綜合考慮感官持水力和感官分值，最終確定PGA、ADA及瓜爾豆膠的最適用量分別為0.10%、1.0%和0.04%。

以不添加任何穩定劑的杧果酸奶做空白對照，各單一穩定劑最佳用量時，酸奶的持水力、感官分值和產品缺陷歸納于表2。表2表明，PGA、ADA、瓜爾豆膠能分別改善酸奶的粘度、持水力和色澤，但各自缺陷明顯，而將三者復配有可能彌補各穩定劑單獨使用的缺陷。

PGA、ADA和瓜爾豆膠復配的正交試驗結果列于表3，3種穩定劑對杧果酸奶持水力和感官分值的影響順序皆為PGA>ADA>瓜爾豆膠，最優組合為A3B2C2，即5號樣品，直觀分析和因素分析得出同一個結果，此時杧果酸奶的感官分值和持水力最高，感官分值為76.3分，較空白組高出了9.3分，而持水力更是達到了75.57%，高出了空白組16.17%，說明復配穩定劑的添加對杧果酸奶感官分值和持水力有明顯提高作用。對照表2可知，三者復配后有效地彌補了三者單一使用時各自固有的缺陷，從而整體改善了杧果酸奶的感官品質。有研究[14]表明，瓜爾豆膠質量分數低于0.04%時，隨著瓜爾豆膠用量的增加，乳濁液的穩定性逐漸增加，當其質量分數高于0.04%時，液滴發生排斥絮凝，體系的穩定性急劇下降，變性淀粉能一定程度上彌補瓜爾豆膠的不足。

2.2? pH與滴定酸度

作為衡量酸奶品質的一個重要指標，酸度也能一定程度上反應酸奶的發酵進程[15]。由表4可知，添加ADA、瓜爾豆膠、PGA及三者復配而成的穩定劑，對杧果酸奶的pH和滴定酸度都無顯著性影響，即對酸奶的發酵過程影響甚微。趙曉麗等[16]的研究也表明在適宜添加量的情況下，穩定劑對發酵劑的產酸規律影響較弱。

2.3? 流變性質

圖3A、圖3B分別顯示了剪切速率對3種最佳用量單一穩定劑、正交組復配穩定劑杧果酸奶剪切應力的影響規律，當剪切速率在0.1～20 s?1緩慢變化時，其剪切應力迅速增大，之后隨著剪切速率的增大緩慢上升，當剪切速率下降時，剪切應力也相應地減小，但升速曲線與降速曲線并不重合，而是形成了觸變環。剪切應力曲線說明杧果酸奶屬于非牛頓流體[3， 9]。

圖4A、圖4B分別顯示了剪切速率對3種最佳用量單一穩定劑以及復配穩定劑正交組杧果酸奶表觀粘度的影響規律。當剪切速率緩慢增加時，其粘度急速下降，當剪切速率增大到50 s?1時，絕大部分正交組樣品的粘度基本降到400～ 500 mPa·s，之后隨著剪切速率的增大，粘度繼續緩慢減小。粘度隨剪切速率的增加而減小，表明攪拌型酸奶屬于假塑性流體，流體的剪切變稀有利于攪拌、均質、泵輸送等生產過程的進行[9]。而當剪切力停止后粘度可恢復，能使杧果酸奶具有良好的穩定性，且剪切變稀也有利于產品風味的釋放[17]。

杧果酸奶供試樣品的部分流變特征值歸納于表5。由滯后面積的大小可區分各樣品的剪切復原性，空白組的滯后面積為309.7 Pa/s，而分別添加了0.10%PGA、1.0%ADA和0.04%瓜爾豆膠的樣品，其滯后面積均較空白組顯著增大，這主要是因為添加最優量的單一穩定劑后，樣品粘度和緊密程度顯著增大，導致攪拌后恢復原狀態需要的時間增長。正交組中，第2、3、4、5、6、8組的恢復力較空白組得到一定改善，以第5組為最佳，其滯后面積為235.3 Pa/s，較空白組減少了74.4 Pa/s;而第1、7、9組的恢復力較差，甚至不如空白組，這可能是由復配穩定劑的過量或不足引起的，復配穩定劑過量會和添加最優量單一穩定劑導致相似的結果，粘度和緊密程度較大，?復原所需時間增長;復配穩定劑不足時，低濃度瓜爾豆膠的添加會使酸奶體系發生相分離，且這種特性隨濃度的增加而增強，從而造成酪蛋白膠束排斥絮凝，酸奶結構受到破壞[11， 18-19]。

由表5剪切速率在50 s?1的表觀粘度可以分析各產品的適口度，添加最優量單一穩定劑的樣品，粘度顯著高于400 mPa·s，口感過于粘稠，正交組第3、4、5、6、8組樣品在50 s?1的剪切速率下，粘度在400 mPa·s左右，以第5、8組最為接近，是較為適口的粘度，這一結果與感官分值可以相互驗證，也與李全陽等[20]的研究結果較為一致。

表5中粘度系數K和流變指數n可區分各流體的流動狀態，K值和n值越小，流體流動越快速，生產中產品的輸送將更便利，也更利于食用時吞咽。從粘度系數K值可知升速剪切時，單一穩定劑最優量和正交1、2、4、6、9組流體較空白組粘稠，流動更為困難，而正交3、5、7、8組流動性較空白組得到改善。降速剪切時除了正交1組，其余皆優于空白組，以單一穩定劑最優量和正交5、8組最優，這可能與樣品的粘度及其凝乳組織結構緊密相關。從流變指數n值可以發現空白組和正交組無顯著性差異，而單一穩定劑最優量與空白組和正交組差別明顯，這主要是因為其表觀粘度大，升速剪切時對組織結構的破壞相較其他組而言更為明顯，而降速剪切時樣品要恢復原組織結構所需的時間也更長。綜合各組流體的剪切復原性、適口度和流動性，流變性質最優組合為第5組，與持水力和感官評價得出的結果一致。

2.4? 微觀結構

空白、單因素及復配穩定劑最優樣品的掃描電鏡圖譜見圖5。從圖5中可以很明顯地看出各樣品間的差異，不添加任何穩定劑的空白組具有典型酪蛋白隨機凝集的凝乳結構[12， 21]，其結構不太規則，穩定性較差;添加1.0%ADA、0.10%PGA的樣品凝聚性非常的強，無支鏈或支鏈極粗且短，空隙稀少，酸奶的粘度和持水力方面得到了提高，但口感必然受到影響;而添加了0.04%瓜爾豆膠的樣品形成了較好的網狀結構，其粘度和持水力自然獲得提高，但同樣存在支鏈粗且短的問題，結構不夠穩定;復配穩定劑最優樣品的微觀結構顯著優于空白組和任何單一穩定劑，呈一種纖維網狀立體結構，網狀纖維中間形成無數有規則的空隙，空隙呈有規則的六棱形，這樣結構的凝乳相比不規則的酪蛋白隨機凝集體凝乳、不規則的瓜爾豆膠蛋白質結合體凝乳、以及ADA和PGA的緊密凝集體凝乳更加柔軟，且在剪切或者震動后更容易恢復，這就使得杧果酸奶粘度略有降低，而持水力大幅增加，結構穩定性獲得大幅度提高，口感得以改善。復配穩定劑最優組的酸奶樣品的微觀結構符合“均勻穩定的酸奶凝乳網絡結構”的特征[12， 21]。

3? 討論

PGA、ADA和瓜爾豆膠能分別改善杧果酸奶的粘度、持水力和色澤，按0.03%+0.2%+0.008%的質量比復配時，能大幅度改善杧果酸奶的品質。有研究指出，單一穩定劑應用于酸奶生產時，各自存在某些固有的缺陷[5-6， 14， 22]，但通過不同穩定劑的復配，可以基本消除穩定劑單一使用時各自的缺陷[22， 14]。本研究發現PGA、ADA和瓜爾豆膠進行合適的搭配后，能消除其單獨使用時各自的缺陷。且3種穩定劑復配使用時，并不改變杧果酸奶的發酵進程，郭清泉等[15]以及趙曉麗等[16]使用其他不同穩定劑加工非水果酸奶時，也得到一致結論。

酸奶是一種復雜的流體[2-3]，測定酸奶的流變學特性有助于酸奶產品的鑒別、質量控制、設計等[23]。表觀粘度和觸變性是發酵乳的流變學特性指標[3]，通過測定表觀粘度和滯后面積（觸變環形成的閉合回路面積）可以判斷發酵酸奶凝乳情況，進而反映產品質地穩定性，也有利于對產品進行初步評價[24-25]。趙紅玲等[11]和吳偉都等[26]發現攪拌型酸奶具有時間觸變性，是一種正觸變性流體，Muliawan等[27]對攪拌型酸奶的剪切稀釋現象進行了研究，發現Herchel-Buckley粘塑性流變模型足以描述其流變學特性。本文發現杧果酸奶與攪拌型非水果酸奶具有相似的流變學特性，同時也說明果醬的加入并不會改變酸奶的凝乳結構。

由于咀嚼和吞噬賦予食物一定的剪切速度（30～50 s?1），故在此條件下測得的流變學特性值應該能客觀反映產品的口感優劣程度，與感官評價結果具有關聯性。李全陽等[20]和Kurtzman等[25]通過對攪拌型酸奶流變學特性的研究都認為，酸奶的表觀粘度值大約為400 mPa·s時，可得到消費者較高的評價。本研究同樣發現杧果酸奶的表觀粘度值大約在400 mPa·s附近時，其感官品質更加優良。

有一些研究通過掃描電鏡圖譜較深入探討了穩定劑穩定酸奶凝乳結構的機理，發現多糖與酪蛋白的相互作用是穩定酸奶凝乳結構的關鍵[12， 21]。本文在此基礎上，通過掃描電鏡圖譜進一步證明了PGA、ADA和瓜爾豆膠按最優比例復配并適量添加時，杧果酸奶形成了穩定的有規則的凝乳結構，且這是酸奶流變性質、持水力及感官品質得以改善的基礎。

綜上所述，由PGA、ADA和瓜爾豆膠復配的穩定劑適合于杧果酸奶的生產，添加適量PGA、ADA和瓜爾豆膠復配穩定劑的杧果酸奶屬于假塑性流體，且能形成有規則的穩定的凝乳結構，其品質因此得以改善;其持水力和流變性質，可以客觀地反映酸奶的品質，和酸奶的感官評價結果可以相互印證。

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責任編輯：崔麗虹