利用有機凝膠制備穩定型花生醬工藝優化及其貯藏品質

劉日斌,劉曉萍,吳凌鶯,周彩霞

(韶關學院英東食品科學與工程學院,廣東韶關 512005)

花生醬,以花生仁為原料,主要經焙炒、脫紅衣、研磨等工序制成,其中脂肪含量超過40%?；ㄉu能夠提供高熱能,并含有豐富的蛋白質、維生素和礦物質等,其營養豐富、風味獨特,是很好的佐餐和調味食品[1]。其中花生的蛋白質中含有8種必需氨基酸,并且消化率超過96%,素有“綠色牛奶”之稱,是很好的蛋白質資源。我國近年對花生醬的消費不斷增加,其占我國食用花生消費總量的37%[2]。消費中發現,市場上的花生醬容易在存放售賣過程中,因產品體系中的固體顆粒和液體油滴在布朗運動和重力等影響下發生分層,普遍出現表面有油層析出、底部結餅硬化的現象(即油醬分離現象),極大地影響花生醬的食用口感和涂抹性能,成為花生醬生產企業亟需攻克的重要技術難題之一[3-4]。

目前國內對于提高花生醬的穩定性有一定的研究,主要研究方向在工藝的優化和穩定劑、增稠劑選擇配比的等方面。安昕等[5]通過向花生醬中添加8%的辛烯基琥珀酸淀粉鈉,發現其對花生醬的穩定性較好的影響。楊慶利和王云業等[6-7]利用我國目前開發出來的一種低氧精磨的方法對生產穩定型花生醬的工藝進行改進,用此工藝生產出的花生醬不但穩定性好、貨架期長,而且其花生醬口感非常細膩、涂抹性能較好。李凌峰等[8]采用響應面分析法研究發現,添加3%小麥纖維和0.41%復合乳化劑(復合乳化劑HLB值為7.08)得到的花生醬離心乳析率最低,為4.23%,但是香氣、色澤和組織狀態等感官評分略低于未添加符合乳化劑的花生醬。

有機凝膠是一種新型分子功能材料,具有類似于液體流變學特性的基本屬性,并能固定植物油或原油等疏水性液體成分,在構建超分子物質結構方面發揮著不可替代的作用,近年來在食品、藥品和化妝品上發展迅速[9]。有機凝膠因子可以通過自組裝或者結晶等方式捕集液體油形成多種形態的結構,繼而形成三維網絡結構,阻止了親脂性液體的流動,從而整個體系凝膠化[10]。凝膠油(oleogels)是由親脂性液體(一般為植物油)與少量(<10%)的小分子有機凝膠因子組成,是一種有機凝膠,是有機凝膠因子應用的良好體現[10-11]。目前研究和應用較多的有機凝膠因子主要有生物蠟及其酯類[12]、單甘酯[13]、卵磷脂和糖醇酯的混合物[14]等。蜂蠟是以后總復雜的有機化學物,主要由含C12-C36的一元線性醇和一些C18-C36羥基酸酯化而成的酯類,可以是一酯類、二酯類和三酯類[15]。蜂蠟是一種很好的凝膠因子,少量加入即可與油脂結合形成穩定的凝膠油,并在一定條件下對摻入到凝膠油中揮發性化合物能夠較好地保持香氣特性[15]。Artur等研究了不同蜂蠟濃度和油脂的類型對蜂蠟凝膠油流變特性的影響,發現蜂蠟濃度的增加會使有機凝膠油脂的儲存模量、損失模量和復數模量的增加,凝膠結晶結構與油相之間形成的網絡結構有較大關系[16]。Maryam等研究了蜂蠟芝麻油凝膠油在牛肉漢堡中動物脂肪代替的應用,結果表明凝膠油的酸價和熱力學性能受到蜂蠟含量的影響,但是酸價和過氧化值不隨蜂蠟含量的變化而變化[17]?？梢姺湎炞鳛槟z因子不僅在凝膠油流變特性方面還是在樣品儲藏方面都是很好的選擇。

本文旨在借鑒凝膠油的形成機理和蜂蠟作為凝膠因子在凝膠油形成過程中的優勢,在花生醬中嘗試添加少量蜂蠟,再通過一定條件使有機凝膠因子與花生醬中的脂肪形成一定的三維網絡結構,進而阻止醬料中花生油的流動,形成穩定性好、油醬不分離的穩定型花生醬。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

花生醬 沙縣恒益調味品有限責任公司;蜂蠟(醫藥級) 滄州森林蠟業有限公司;單硬脂酸甘油酯(99%) 柘城縣耕道貿易有限公司;聚甘油脂肪酸酯(食品級) 山東康勤生物科技有限公司;花生油(一級) 山東魯花集團有限公司;硫代硫酸鈉 天津市瑞金特化學品有限公司;無水碳酸鈉 天津市盛奧化學試劑有限公司。

800Y多功能粉碎機 鉑歐五金廠;TP-114電子天平 賽多利斯科學儀器有限公司;90-1衡溫磁力攪拌器 上海精科實業有限公司;LPR16-W臺式高速冷凍離心機 四川蜀科儀器有限公司;PYX-250S-A生化培養箱 KELI科力儀器;BCD-211D11S電冰箱 海信容聲冰箱有限公司;TMS-PRO質構儀 北京盈盛恒泰科技有限責任公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 穩定型花生醬的制備 準確稱取30.0 g花生醬于100 mL燒杯中,添加一定量的凝膠因子,放入設置一定溫度、攪拌速度為200 r/min的衡溫恒速磁力攪拌器上攪拌一定時間溶解,隨后在一定溫度下冷卻24 h,取出后置于25 ℃條件下衡溫2 h。

1.2.2 單因素實驗

1.2.2.1 不同凝膠因子對花生醬穩定性的影響 在準確稱取的30.0 g花生醬中分別添加不同凝膠因子:4%的蜂蠟、4%的單硬脂酸甘油酯、4%的聚甘油脂肪酸酯,在攪拌溫度90 ℃、攪拌速度200 r/min、攪拌時間40 min的條件下溶解,隨后在5 ℃冷卻24 h,取出后置于25 ℃條件下恒溫2 h后,考察不同凝膠因子對花生醬離心出油率和黏度值的影響。

1.2.2.2 不同攪拌時間對花生醬穩定性的影響 準確稱取30.0 g花生醬，在添加4%蜂蠟、攪拌溫度90 ℃、攪拌速度200 r/min條件下,設置不同攪拌時間20、30、40、50 min進行攪拌溶解，隨后在5 ℃冷卻24 h,取出后置于25 ℃條件下恒溫2 h后,考察攪拌時間對花生醬離心出油率和黏度值的影響。

1.2.2.3 不同蜂蠟添加量對花生醬穩定性的影響 在準確稱取的30.0 g花生醬中分別添加2%、4%、6%、8%蜂蠟,在攪拌溫度90 ℃、攪拌速度200 r/min、攪拌時間40 min的條件下溶解,隨后在5 ℃冷卻24 h,取出后置于25 ℃條件下恒溫2 h后,考察蜂蠟添加量對花生醬離心出油率和黏度值的影響。

1.2.2.4 不同攪拌溫度對花生醬穩定性的影響 將準確稱取的30.0 g花生醬和4%蜂蠟分別放置于攪拌溫度為75、80、85、90、95 ℃的恒溫恒速磁力攪拌器上，在攪拌速度為200 r/min的條件下攪拌40 min溶解,隨后在5 ℃冷卻24 h,取出后置于25 ℃條件下恒溫2 h后,考察攪拌溫度對花生醬離心出油率和黏度值的影響。

1.2.2.5 不同冷卻溫度對花生醬穩定性的影響 將準確稱取的30.0 g花生醬和4%蜂蠟在攪拌溫度90 ℃、攪拌速度200 r/min、攪拌時間40 min的條件下溶解,隨后分別在0、5、10和15 ℃條件下冷卻24 h,取出后置于25 ℃條件下恒溫2 h后,考察冷卻溫度對花生醬離心出油率和黏度值的影響。

1.2.3 正交試驗設計 在單因素實驗的基礎上,選用正交實驗優化穩定型花生醬的制備工藝條件,選取蜂蠟含量、加熱時間、冷卻溫度、加熱溫度為考察因素,以花生醬的離心出油率和黏度值為指標,采用L9(34)設計正交實驗,正交實驗因素水平表見表1,并做3次平行實驗,取平均值。

表1 正交實驗因素水平表Table 1 Orthogonal experimental factor level table

1.2.4 黏度值的測定 穩定型花生醬用質構儀進行黏稠液粘附性測試。質構儀參數為:球形探頭,回程距離50 mm,實驗前速度80 mm/min,實驗測試速度30 mm/min,回程速度30 mm/min,放置時間5 s,并做三次平行實驗,取其平均值[11]。

1.2.5 離心出油率測定 穩定型花生醬稱取約3.5 g左右(M1)于4 mL的離心管中,一起稱重(M2),將離心管樣品等質量對稱置于臺式高速冷凍離心機中離心,攪拌速度10000 r/min,溫度20 ℃下離心15 min。然后取出離心管,將其倒置在燒杯中,使析出的油完全瀝出,擦干凈離心管壁上殘存油脂,稱重(M3),并做三次平行實驗,取其平均值。通過計算離心后析出油脂重量與樣品總質量的比值表示離心出油率[18-19]。

離心出油率(%)=(M2-M3)/M1×100

式中:M2為離心管重量與花生醬重量之和,g;M3為管重量與花生醬重量之和減去析出油脂的重量,g；M1為花生醬重量,g。

1.2.6 儲藏穩定性的測定 通過酸價與過氧化值衡量花生醬的儲藏穩定性,采用最佳生產工藝制備花生醬,分裝好放置于25 ℃恒溫培養箱中,每隔一周取出測定離心出油率、酸價和過氧化值。

酸價的測定參考《GB 5009.229-2016食品安全國家標準 食品中酸價的測定》中的冷溶劑指示劑滴定法,做三次平行實驗,取其平均值;過氧化值的測定參考《GB 5009.227-2016食品安全國家標準 食品中過氧化值的測定》中的滴定法,做三次平行實驗,取其平均值。

2 結果與分析

2.1 不同凝膠因子對花生醬穩定性的影響

從圖1中可以看出,添加4%蜂蠟制備的花生醬離心出油率最少,為4.97%,添加單硬脂酸甘油脂和聚甘油脂肪酸酯的花生醬相對于未添加凝膠因子的花生醬離心出油率均下降五到六個百分點。從圖2中可見,未添加凝膠因子的花生醬黏度值較低,流動性較好,添加單硬脂酸甘油脂和聚甘油脂肪酸酯的花生醬黏度值較大、較硬,不易涂抹,而添加蜂蠟的花生醬黏度值一般,具有較好的涂抹性,因此選擇蜂蠟作為凝膠因子制備穩定型花生醬。

圖1 不同凝膠因子對花生醬離心出油率的影響Fig.1 Effects of different gel factors on the centrifugal oil rate of peanut butter

圖2 不同凝膠因子對花生醬黏度值的影響Fig.2 Effects of different gel factors on the viscosity value of peanut butter

2.2 不同攪拌時間對花生醬穩定性的影響

由圖3可知,攪拌時間對花生醬的離心出油率和黏度值的影響隨著加熱攪拌的時間延長,花生醬的離心出油率有所下降,而黏度值40 min的時候有所增加,并保持平穩。這可能是經20 min加熱攪拌和24 h的冷卻,大部分凝膠因子與花生醬中的油脂形成穩定的凝膠網絡結構,隨著攪拌時間的延長剩余的凝膠因子與油脂繼續形成凝膠網絡結構,離心出油率有所下降、黏度值少量提高。由圖3中的曲線變化范圍可以知道,攪拌時間對花生醬的離心出油率和黏度影響較小,同時綜合考慮長時間加熱攪拌能量消耗大等,因此選擇20、30、40 min作為正交試驗攪拌時間的考察范圍。鑒于離心出油率和黏度值的綜合考慮花生醬加熱攪拌40 min為最佳。

圖3 不同攪拌時間對花生醬穩定性的影響Fig.3 Effects of different mixing time on the stability of peanut butter

2.3 不同蜂蠟添加量對花生醬穩定性的影響

由圖4可知,當蜂蠟含量由2%增加到4%時,花生醬的離心出油率迅速下降,隨著蜂蠟含量的繼續增加離心出油率仍有緩慢下降的趨勢?；ㄉu的黏度值隨著蜂蠟含量的增加程快速上升趨勢,這是由于蜂蠟含量的增加,使得花生醬中的更多的油脂與其生產三維網狀結構,改變了油脂的流動性,使得花生醬黏度不斷增加[20]。綜合選擇4%的蜂蠟添加量為最佳。

圖4 蜂蠟添加量對花生醬穩定性的影響Fig.4 Effects of different beeswax levels on the stability of peanut butter

2.4 不同攪拌溫度對花生醬穩定性的影響

如圖5所示,隨著攪拌溫度的提高,花生醬的離心出油率不斷降低,當溫度達到85 ℃之后離心出油率趨于平穩,變化較小,90 ℃攪拌下離心出油率最低,這應該是在該溫度條件下,凝膠因子更易與油脂形成穩定的三維網絡結構,這與劉日斌等[19]之前研究的玉米油凝膠油脂制備溫度相一致。黏度值首先隨著溫度的提高而有較大的提高,這應該是溫度低凝膠網絡結構不易形成,游離狀的油脂較多,隨著溫度的提高到一定程度三維網絡結構較快形成,油脂固定較多[21],因此黏度值也隨著有所降低,到85 ℃后黏度值基本保持平衡,綜合考慮選擇90 ℃更有利于花生醬的穩定。

圖5 攪拌溫度對花生醬穩定性的影響Fig.5 Effects of different stirring temperatureon the stability of peanut butter

2.5 不同冷卻溫度對花生醬穩定性的影響

如圖6所示,冷卻溫度對花生醬的穩定性有一定的影響,隨著冷卻溫度的不斷提高花生醬離心出油率先下降后增大、黏度值主要呈下降趨勢。5 ℃條件下離心出油率最低?？赡軠囟冗^低條件下冷卻,體系溫度下降較快不利于形成細致的三維網狀結構,同時冷卻溫度過高不利于凝膠因子的結晶行為,液態油會從結晶網絡結構中析出[22-23],綜合考慮選擇5 ℃為最佳冷卻溫度。

圖6 冷卻溫度對花生醬穩定性的影響Fig.6 Effects of different cooling temperatures on the stability of peanut butter

2.6 正交試驗結果

由表2出油率極差R直觀分析,影響花生醬離心出油率的主次順序為:蜂蠟含量>加熱時間>冷卻溫度>攪拌溫度,離心出油率最優工藝條件組合為A3B3C2D2。由表2黏度值R直觀分析,影響花生醬黏度值的主次順序同樣為:蜂蠟含量>加熱時間>冷卻溫度>攪拌溫度,黏度值最低工藝條件組合為A1B1C3D2。在比較合適的出油率范圍內,適當降低花生醬的黏度值有利于口感和涂抹性的改善,因此需要調整3因素的水平。本文主要考慮解決油醬分離現象,因此出油率是首要的考察條件,在選擇較低出油率的同時,綜合考慮黏著性和涂抹性,最后確定穩定型花生醬的最優制備工藝條件為:蜂蠟含量5%,加熱時間40 min,冷卻溫度5 ℃,攪拌溫度90 ℃。

表2 正交試驗結果Table 2 Orthogonal test results

2.7 驗證實驗

以蜂蠟添加量5%,攪拌溫度90 ℃、加熱時間40 min,冷卻溫度5 ℃條件下進行驗證性實驗,得到花生醬的離心出油率為3.12%,黏度值為1.53 N,離心出油率最低,黏度值相當,不易分層。同時對市售某樣品進行離心出油率和黏度值測定,得到市售樣品的離心出油率為23.15%、黏度值為4.32 N。因此最優條件下制得的花生醬相對市場上部分花生醬其出油率低、涂抹性良好、口感純正,因此確定穩定型花生醬的最優工藝組合為:蜂蠟添加量5%,攪拌溫度90 ℃、加熱時間40 min,冷卻溫度5 ℃。

2.8 儲藏穩定性實驗

測定儲藏周數對花生醬離心出油率、酸價和過氧化值的影響,結果見圖7和圖8。

圖7 離心出油率隨著儲藏時間增加的變化Fig.7 Centrifugal oil yield changes with increasing storage time

圖8 酸價和過氧化值隨著儲藏時間增加的變化Fig.8 Changes in acid value and peroxide value with increasing storage time

如圖7可知,隨著儲藏時間的延長,花生醬的出油率有3.12%上升至4.55%,說明常溫長時間的儲藏對花生醬的凝膠結構有所影響,需要進一步優化工藝或者改善儲藏條件。由圖8可知酸價和過氧化值隨著時間的延長基本保持不變,這與Maryam Moghtadaei等[17]的研究相符,可知該產品的儲藏穩定性還是相對理想。

3 結論

在花生醬中添加蜂蠟制備出穩定型花生醬,通過單因素實驗和正交實驗優化可以得出影響花生醬出油率的主次順序為:蜂蠟含量>加熱時間>冷卻溫度>攪拌溫度,花生醬的最優生產工藝組合為:蜂蠟添加量為5%,攪拌溫度為90 ℃、加熱時間為40 min,冷卻溫度為5 ℃。在最優工藝條件下所得花生醬的離心出油率為3.12%、黏度值為1.53 N。在儲藏9周后離心出油率略有提高,酸價和過氧化值基本保持不變,穩定性較理想。相比于市售的花生醬,本實驗制備的花生醬解決了花生醬油醬分離問題,同時很好地改善了穩定性差的問題,并提高了花生醬的涂抹性,口感也優于市售花生醬的平均水平。