傅禮瑋,曾茂茂,何志勇,秦 昉,陳 潔

(江南大學(xué)食品學(xué)院，食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇無(wú)錫 214122)

攪打稀奶油是一種多用途的產(chǎn)品,它除了作為頂飾用來(lái)裝飾生日蛋糕等糕點(diǎn)外,還可廣泛應(yīng)用于糖果和烘焙產(chǎn)品中[1]。目前市場(chǎng)上除了天然奶油外,植脂人造稀奶油也被廣泛使用。植物基攪打稀奶油是一種以植物脂肪、玉米糖漿等為主要原料,添加乳化劑、增稠劑、香精等加工而成的一種奶油仿制品[2]。天然稀奶油和植脂人造稀奶油都屬于一類經(jīng)歷攪打過(guò)程后可最終形成充氣的泡沫結(jié)構(gòu)的攪打乳狀液,攪打完后產(chǎn)生的泡沫結(jié)構(gòu)決定了奶油最終的質(zhì)量性能[3]。在攪打稀奶油中加入乳化劑會(huì)使攪打稀奶油成為穩(wěn)定的乳狀液,并可以提高稀奶油的充氣速度和膨脹率,促進(jìn)脂肪部分凝聚形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)成為攪打稀奶油的骨架,使氣泡保持更加穩(wěn)定。

隨著人們生活水平的提高和消費(fèi)觀念的改變,植物基攪打稀奶油越來(lái)越成為消費(fèi)者的選擇[4]。大豆油體作為大豆的重要脂肪儲(chǔ)存球形的細(xì)胞器[5],是由三酰甘油酯(TAG)(干重的94%～98%)為核心,被單層磷脂(0.6%～2%)所包裹的特殊結(jié)構(gòu),其含有的蛋白質(zhì)含量為0.6%～4%。大豆油體與稀奶油類似,是一種天然的預(yù)乳化油,分散在水介質(zhì)中時(shí)可以形成天然穩(wěn)定的乳液體系。通常將豆?jié){高速離心后,可以得到大豆油體,其水分含量為45%～55%,油脂含量為30%～35%,具體油脂含量取決于加工條件。鑒于大豆油體具有良好的乳化特性,大豆油體的應(yīng)用得到了越來(lái)越多的關(guān)注和研究。目前,關(guān)于大豆油體的應(yīng)用研究主要集中于新型乳液食品[6],比如冰淇凌、千島醬等。大豆油體還在化妝品[7]和藥物[8]中也有所應(yīng)用,比如護(hù)膚膏、治療劑等。目前幾乎沒(méi)有大豆油體應(yīng)用于攪打稀奶油的報(bào)道,所以本研究以大豆油體為原料制備高性能的攪打稀奶油。

盡管大豆油體具有與天然稀奶油類似的組成,但由于大豆油體中固體脂肪含量不足,難以直接作為攪打稀奶油使用?；诖?本研究以大豆油體為主要原料,配以椰子油,將油脂中固體脂肪含量調(diào)整到適合于攪打稀奶油體系,研究乳化劑(大豆皂苷、大豆卵磷脂、大豆多糖、吐溫80)對(duì)大豆基攪打奶油的物理性質(zhì)的影響,為制造天然大豆基攪打稀奶油提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

大豆(東深7號(hào)) 東北大豆研究所;吐溫80 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;大豆皂苷 西安通澤生物科技有限公司;大豆卵磷脂 蘇州福萊德生物科技有限公司;大豆多糖 平頂山金晶生物科技股份有限公司;椰子油、天然稀奶油(油脂含量34%) 無(wú)錫本地超市;其他化學(xué)品均為分析純;去離子水 用于制備所有試劑和樣品。

Zetasizer nano ZS型激光粒度分析儀 英國(guó)馬爾文儀器有限公司;HAAKE MARSⅢ型流變儀 賽默飛世爾科技(中國(guó))有限公司;RW20型懸臂式機(jī)械攪拌器 蘇州賽恩斯儀器有限公司;AH-BASIC型高壓均質(zhì)機(jī) 樂(lè)榮恩科技有限公司;GL-10MD型大容量高速冷凍離心機(jī) 湘儀離心機(jī)儀器有限公司;JJ-2型組織搗碎機(jī) 方科儀器(常州)有限公司;DDQ-A40A1型家用電動(dòng)打奶油機(jī) 北京京東世紀(jì)貿(mào)易有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 大豆油體的制備 根據(jù)Chen等[9]的方法,略作修改。在25 ℃下,將大豆在去離子水1∶5 g/mL中浸泡12 h,將浸泡過(guò)的大豆加入3倍體積去離子水后用攪拌機(jī)(800 r/min,1 min)研磨。將勻漿通過(guò)兩層紗布過(guò)濾,得到大豆水提取物(生豆?jié){)。將生豆?jié){在75 ℃下加熱30 min,加入20%(w/w)的蔗糖,4 ℃離心(6500 r/min,30 min)處理得到上層漂浮部分即為大豆油體。

1.2.2 大豆基攪打稀奶油乳狀液的制備

1.2.2.1 基本配方 大豆油體28%,氫化椰子油20%,去離子水35%,白砂糖15%,乳化劑(大豆皂苷、大豆卵磷脂、大豆多糖、吐溫80)2%,將不加大豆乳化劑的大豆基攪打稀奶油和天然稀奶油作為對(duì)照。

1.2.2.2 工藝流程 攪打大豆基稀奶油的制備流程[10]如圖1:將實(shí)驗(yàn)材料分為水相和油相兩大部分,水相包括大豆油體、水、白砂糖,油相包括氫化椰子油、不同乳化劑(大豆皂苷、大豆卵磷脂、大豆多糖、吐溫80)。在70 ℃下,分別將水相完全溶解,并將油相充分分散,攪拌狀態(tài)下將水相緩慢加入到油相中,在該溫度下對(duì)乳液進(jìn)行熱處理60 min,然后在30 MPa均質(zhì)壓力下均質(zhì)30 s,再將均質(zhì)后的乳液降溫至15 ℃,并于4 ℃下老化4 h,迅速冷凍至-18 ℃,冷凍24 h以上。攪打前將乳液于4 ℃解凍24 h。

圖1 大豆基攪打稀奶油的制備工藝流程Fig.1 Preparation process of soy whipped cream

1.2.3 粒度分布測(cè)定 采用激光粒度儀測(cè)定大豆基攪打稀奶油和天然稀奶油的粒徑分布和ζ-電位[11]。稱取一定量的乳狀液,用去離子水作為分散相,以1∶1000 (v/v)進(jìn)行稀釋后進(jìn)行測(cè)量。其中樣品折射率和吸收率分別設(shè)為1.590和0.001,連續(xù)相的折射率為1.330[12],測(cè)試溫度25 ℃。粒度分析處理結(jié)果以樣品的顆粒密度比(%)表示。每個(gè)樣品測(cè)試三次,以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。

1.2.4 流變學(xué)測(cè)定 采用HAAKE MARSⅢ型流變儀測(cè)定大豆基攪打稀奶油的表觀黏度[13]和頻率掃描[14],測(cè)試溫度20 ℃,分別選用C35 2 °Ti L錐板和PP35Ti的平板進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量表觀粘度時(shí),剪切速率從0.015 s-1線性增加到100 s-1;測(cè)量頻率掃描時(shí),頻率范圍從1.0 Hz增加到10.0 Hz。所有試驗(yàn)重復(fù)三次,并取平均值做為最終測(cè)定結(jié)果。

1.2.5 物理穩(wěn)定性測(cè)定 采取與文獻(xiàn)[15]一樣的方法,來(lái)評(píng)估大豆基攪打稀奶油和天然稀奶油的物理穩(wěn)定性。將10 mL的樣品置于密封的試管中并儲(chǔ)存在4 ℃下,觀察大豆基攪打稀奶油和天然稀奶油在半個(gè)月內(nèi)的沉浮現(xiàn)象。

1.2.6 攪打膨脹率測(cè)定 將500 g凍結(jié)的大豆基攪打稀奶油置于4 ℃冷藏柜下解凍24 h后,將液體狀的大豆基攪打稀奶油乳狀液倒入冷卻了的攪拌缸內(nèi),用家用電動(dòng)打奶油機(jī)以160 r/min的速度進(jìn)行攪打,當(dāng)奶油形成堅(jiān)挺的泡沫并具有柔軟的長(zhǎng)釘狀時(shí)停止攪打[13,16]。通過(guò)用攪打好的奶油填充到一定體積的方法來(lái)計(jì)算膨脹率。具體計(jì)算公式如下:

式中:M1是具有一定體積的未攪打奶油的質(zhì)量(g),M2是具有相同體積的攪打奶油的質(zhì)量(g)。

1.2.7 泡沫穩(wěn)定性測(cè)定 采取與文獻(xiàn)[17]一樣的方法,稱取一定量攪打好的奶油放在漏斗上,然后將漏斗置于25 ℃的培養(yǎng)箱中3 h。使用公式計(jì)算泡沫穩(wěn)定性:

1.3 數(shù)據(jù)處理

每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次,最后結(jié)果以均值±標(biāo)準(zhǔn)方差(mean±SD)表示。采用SPSS 20.0軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果在p<0.05水平上進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 大豆基攪打稀奶油乳狀液的粒徑

粒徑分布是測(cè)量乳狀液穩(wěn)定性最有效的指標(biāo)之一。圖2表示了不同乳化劑對(duì)大豆基稀奶油乳狀液的粒徑分布的影響。從圖中可以看出,由于乳化劑種類的不同,會(huì)導(dǎo)致大豆基稀奶油乳狀液不同的粒徑分布。根據(jù)Leong等[18]結(jié)果分析,粒徑分布受界面張力的影響,主要取決于界面膜的組成和性質(zhì)。而在乳化過(guò)程中,不同的乳化劑吸附在脂肪上的程度不同,導(dǎo)致了脂肪液滴的界面膜的組成、性質(zhì)以及界面張力的不同,最終會(huì)導(dǎo)致脂肪粒徑分布的不同。

圖2 不同乳化劑對(duì)大豆基攪打稀奶油的粒徑分布的影響Fig.2 Effects of different emulsifiers on the droplet-size distributions of the soy whipped cream

由圖2可見(jiàn),不添加乳化劑的大豆基稀奶油乳狀最大百分比液粒徑分布集中在712 nm左右,分布均勻。添加大豆多糖的大豆基稀奶油乳狀液粒徑分布比不添加乳化劑的大,密度的集中在955 nm左右。分析原因可能是大豆多糖降低了界面張力,吸附到脂肪球表面的蛋白質(zhì)層上,所以造成脂肪球粒徑的增加[14]。添加大豆卵磷脂、大豆皂苷和吐溫80的大豆基稀奶油乳狀液粒徑分布出現(xiàn)變小的趨勢(shì),乳狀液粒徑分布曲線向左移?？赡艿脑蛟谟诩尤氲娜榛瘎⒅厩虮砻娴牟糠值鞍踪|(zhì)取代下來(lái),并有效地降低了界面張力,增強(qiáng)了脂肪球的穩(wěn)定性,使脂肪球重新聚結(jié)的幾率降低,因此粒徑變小。尤其特別的是添加大豆皂苷的大豆基稀奶油乳狀液,粒徑分布范圍較寬,最大百分比密度的粒徑主要集中在459 nm左右。添加吐溫80的大豆基稀奶油乳狀液的粒徑分布與天然稀奶油接近,為之后兩者有相同的膨脹率做了很好的解釋[19]。

2.2 大豆基攪打稀奶油乳狀液的ζ電位

ζ-電位是評(píng)估攪打奶油乳液周圍表面電荷密度變化的有效方法[20],反映了體系中的界面動(dòng)電勢(shì),ζ-電位的絕對(duì)值越高,表明體系的穩(wěn)定性越高,這是由于液滴間的強(qiáng)靜電斥力能阻止其聚集[21]。

圖3表示了不同乳化劑對(duì)大豆基稀奶油乳狀液ζ-電位的影響。從圖3中可以看出,添加大豆卵磷脂的大豆基稀奶油乳狀液ζ-電位與天然稀奶油無(wú)顯著性差別,ζ-電位在-34 mV左右。添加大豆多糖和吐溫80的大豆基稀奶油乳狀液ζ-電位與不添加乳化劑的無(wú)顯著性差別,ζ-電位在-31 mV左右。特別的是添加大豆皂苷的大豆基攪打稀奶油的ζ-電位絕對(duì)值比加其他乳化劑的小,ζ-電位在-20 mV左右。這種現(xiàn)象可能的原因是帶正電荷的大豆皂苷分子可以吸附到油體蛋白表面,形成乳化界面的二級(jí)結(jié)構(gòu),從而導(dǎo)致靜電相互作用減少,所以添加大豆皂苷的大豆基攪打稀奶油的電位絕對(duì)值比其他乳化劑的小[22]。

圖3 不同乳化劑對(duì)大豆基攪打稀奶油的ζ-電位的影響Fig.3 Effects of different emulsifiers on the ζ-potential of the soy whipped cream注：不同小寫字母代表差異顯著,p<0.05。

2.3 大豆基攪打稀奶油乳狀液的粘度

黏度是鑒別攪打奶油的整體口感的重要指標(biāo)。圖4表示了不同乳化劑對(duì)大豆基稀奶油乳狀液表觀黏度的影響。如圖4所示,所有樣品的表觀黏度都隨著剪切速率的增加而降低,表明各個(gè)樣品均為剪切變稀流體[23]。宏觀表現(xiàn)也類似,樣品在靜置條件基本呈現(xiàn)弱凝膠狀態(tài),隨著攪打速率的提高,流動(dòng)性迅速增加。攪打稀奶油的表觀黏度隨著剪切速率增大而變稀的原因可能在于,乳液分子在布朗運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的隨機(jī)化作用小于分子間順著流動(dòng)方向的排列作用,還可能是因?yàn)槿橐壕酆衔锏睦p繞鏈狀分子結(jié)構(gòu)被拉直以及解纏繞,所以降低了粘度。

圖4 不同乳化劑對(duì)大豆基攪打稀奶油的表觀黏度的影響Fig.4 Effects of different emulsifiers on the apparent viscosity of the soy whipped cream

對(duì)于固定的剪切速率,不加乳化劑的大豆基攪打稀奶油的黏度最小,而添加吐溫80的大豆基攪打稀奶油的黏度比加其他乳化劑的小,其次是天然稀奶油。添加大豆乳化劑的大豆基攪打稀奶油有較大的粘度。這種現(xiàn)象的原因可能在于,加入大豆乳化劑后,乳化劑分布于脂肪球表面,脂肪球之間的距離減小,導(dǎo)致相互作用增強(qiáng),從而使得乳濁液黏度升高。而添加吐溫80后的大豆基攪打稀奶油,脂肪球的相互作用沒(méi)有添加大豆乳化劑的強(qiáng),所以乳狀液粘度不如大豆乳化劑[19]。

2.4 大豆基攪打稀奶油乳狀液的粘彈性

頻率掃描研究了攪打奶油的粘彈性效應(yīng),同時(shí)也可以間接地模擬人類的咀嚼[24-25]。圖5表示了不同乳化劑大豆基稀奶油乳狀液進(jìn)行頻率掃描后的結(jié)果。圖5中結(jié)果可以看出,所有樣品的彈性模量(G′)值高于黏性模量(G″),而且兩者都是頻率依賴的,呈現(xiàn)出弱凝膠特征。弱凝膠體系是具有一定屈服應(yīng)力的塑性非牛頓流體,具有一定的黏彈性,且在其成膠過(guò)程中G′和G″基本呈上升的趨勢(shì)[26]。此結(jié)果與之前研究的奶油結(jié)果一致[27]。

圖5 不同乳化劑對(duì)大豆基攪打稀奶油模量的影響Fig.5 Effects of different emulsifiers on the modulus of the soy whipped cream

觀察圖5發(fā)現(xiàn),添加大豆多糖和大豆卵磷脂的大豆基攪打稀奶油的彈性模量G′和黏性模量G″均遠(yuǎn)高于天然稀奶油,而添加大豆皂苷和未添加乳化劑的體系則遠(yuǎn)低于天然稀奶油;雖然添加了吐溫80的體系的彈性模量G′低于天然稀奶油,但黏性模量G″接近天然稀奶油。分析原因可能是因?yàn)轶w系的彈性和黏性與體系的黏度有一定的關(guān)系,高膨脹率的體系可能需要適中的彈性與黏性。

2.5 大豆基攪打稀奶油乳狀液的穩(wěn)定性

為考察不同乳化劑制備的大豆基攪打稀奶油乳狀液的穩(wěn)定性,觀察大豆基攪打稀奶油在4 ℃下儲(chǔ)存半個(gè)月后的穩(wěn)定狀態(tài)。從圖6可以發(fā)現(xiàn)大豆基攪打稀奶油盡管顏色略有差別,但穩(wěn)定都很好。尤其可以發(fā)現(xiàn)添加大豆皂苷的大豆基攪打稀奶油乳狀液偏棕色,原因在于大豆皂苷本身的顏色所導(dǎo)致的。

圖6 不同乳化劑對(duì)大豆基攪打稀奶油的乳狀液穩(wěn)定性的影響Fig.6 Effects of different emulsifiers on the emulsion stability of the soy whipped cream

本研究用的主體是大豆油體,據(jù)之前的研究發(fā)現(xiàn)[28],油體可耐高溫,也可耐受強(qiáng)酸強(qiáng)堿,而且無(wú)論是在干燥種子的細(xì)胞內(nèi)還是在離體環(huán)境中,甚至是經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的放置,油體之間一般都不發(fā)生聚合,還能保持原有的穩(wěn)定性。添加乳化劑后,更加可以降低界面張力和減少形成乳狀液所需要的能量,使之形成更加均勻穩(wěn)定的分散體系。所以所有添加乳化劑的大豆基稀奶油的乳狀液都具有良好的穩(wěn)定性。

2.6 大豆基攪打稀奶油的攪打起泡性和泡沫穩(wěn)定性

圖7表示了不同乳化劑對(duì)大豆基稀奶油的攪打起泡性和泡沫穩(wěn)定性的影響。據(jù)文獻(xiàn)分析[29],攪打稀奶油的攪打起泡性主要是由于乳狀液中過(guò)剩的蛋白質(zhì)濃度和脂肪部分聚結(jié)速度共同作用的結(jié)果。而泡沫穩(wěn)定性需要合適的脂肪聚結(jié)率,脂肪部分聚結(jié)率太高,在外界環(huán)境溫度影響下,容易刺破氣泡界面膜;而脂肪部分聚結(jié)率太低會(huì)導(dǎo)致泡沫結(jié)構(gòu)的骨架太脆弱影響泡沫穩(wěn)定性。

圖7 不同乳化劑對(duì)大豆基攪打稀奶油的攪打起泡性和泡沫穩(wěn)定性的影響Fig.7 The effect of different emulsifiers on the whipping rate and foaming stability of the soy whipped cream注：不同大寫字母代表不同乳化劑膨脹率差異顯著,p<0.05;不同小寫字母代表不同乳化劑泡沫穩(wěn)定性差異顯著，p<0.05。

從圖7中可以看出,乳化劑的添加可以增加大豆基攪打稀奶油的攪打膨脹率,其中吐溫80的效果最好,膨脹率達(dá)到了和天然稀奶油一樣的程度。可能的原因在于,吐溫的乳化效果比其他乳化劑好,在攪打過(guò)程更加有效替代大豆油體蛋白在油滴表面的分布,進(jìn)而有效地降低了界面膜的穩(wěn)定性,形成有助于泡沫的脂肪聚集體[30]。但是從泡沫穩(wěn)定性看,添加大豆多糖的大豆基攪打稀奶油的泡沫穩(wěn)定性比其他乳化劑好。這主要是由于大豆多糖的添加會(huì)增加有效脂肪球的數(shù)量,使氣泡表面附著的部分聚集脂肪球增加,所以可以形成足夠堅(jiān)固的脂肪骨架來(lái)支撐氣泡膜,因此泡沫的穩(wěn)定性會(huì)提高。原因也可能在于添加大豆多糖的大豆基攪打稀奶油粘度大,堅(jiān)韌性和抗干擾能力的提高,攪打膨脹后不容易消泡。所以認(rèn)為,乳狀液的黏度也和膨脹率和泡沫穩(wěn)定性有直接的關(guān)系,黏度太低,會(huì)導(dǎo)致攪打稀奶油后的持泡能力不夠,而黏度太高,則空氣難以充入體系內(nèi),使膨脹率增大[31]。該結(jié)果與2.3表觀黏度變化一致。

3 結(jié)論

考察了四種乳化劑(大豆皂苷、大豆卵磷脂、大豆多糖、吐溫80)對(duì)大豆基攪打稀奶油的乳狀液的特性和攪打特性的影響。本研究結(jié)果表明,大豆油體作為攪打稀奶油的主體成分是可行的。

研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加大豆多糖的大豆基稀奶油乳狀液粒徑分布比不添加乳化劑的大，而添加大豆卵磷脂、大豆皂苷和吐溫80的大豆基稀奶油乳狀液粒徑分布較小。除大豆皂苷外，添加其他乳化劑的大豆基攪打稀奶油的ζ-電位絕對(duì)值較大，說(shuō)明體系較穩(wěn)定。從貯藏穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)也可以看出所有添加乳化劑的大豆基攪打稀奶油乳狀液都具有較好的穩(wěn)定性。對(duì)于大豆乳化劑(大豆皂苷、大豆卵磷脂、大豆多糖)，雖然可以增加攪打稀奶油的膨脹率，但是與吐溫80相比增加較少。添加吐溫80的大豆基攪打稀奶油具有最好的攪打起泡性。這種現(xiàn)象可能與乳化劑吸附到脂肪球表面的速度和含量有關(guān)。添加大豆卵磷脂和大豆多糖的大豆基攪打稀奶油雖然攪打起泡性不高，但具有較大的粘度以及較好的攪打穩(wěn)定性。觀察乳狀液穩(wěn)定性可以看出，加乳化劑的大豆基攪打稀奶油都具有良好的穩(wěn)定性。

所以未來(lái)如果要生產(chǎn)全天然的大豆基攪打稀奶油,還需要進(jìn)一步篩選天然乳化劑和乳化穩(wěn)定劑,使體系既有良好的存放穩(wěn)定性,同時(shí)有具有良好的攪打起泡性。