不同類型親水膠體對豆乳酸奶質構、流變學特性的影響

龐志花，曹金諾，鄭羽萌，羅予婉，劉新旗*，肖林

1(北京食品營養與人類健康高精尖創新中心(北京工商大學)，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酵豆制品，它是以豆乳為原料，經乳酸菌發酵而成的一種風味獨特、營養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。同時對于牛乳過敏人群來說，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、產酸不足、口感粗糙、乳清析出、凝乳不穩定等問題不被消費者接受，市場占有量比較低[1-3]。親水膠體是目前酸奶中常用穩定劑，可以有效提高酸奶的持水性，改善酸奶的質地和口感[4-6]。不同的親水膠體對酸奶理化性質的影響各不相同，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導致體系相分離，增大凝膠孔徑，單獨使用在酸奶中的穩定性作用不佳[7-9]。離子型多糖卡拉膠與酪蛋白會發生相互作用，較低濃度的κ卡拉膠會干擾乳凝膠的形成，造成凝膠強度下降[10]。目前大多的研究集中于牛乳酸奶體系，主要針對親水膠體在其中的作用并優化其添加比例[11-12]，而在豆乳酸奶體系中的報道較少。

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、強離子型多糖卡拉膠和蛋白類親水膠體明膠為穩定劑，從持水性、質構特性、流變特性3個方面研究親水膠體對豆乳酸奶的影響，為豆乳酸奶的品質提升提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

豆漿粉C40，龍王食品有限責任公司；乳糖，北京奧博星生物技術有限責任公司；發酵劑YFL-903(嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌混合發酵劑)，丹麥科漢森公司；瓜爾膠/刺槐豆膠/卡拉膠/黃原膠，阿澤雷斯國際貿易(上海)有限公司；牛骨明膠，嘉利達(遼源)明膠有限公司。

1.2 儀器與設備

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

1.3 方法

1.3.1 豆乳酸奶的制備[4]

配制1%的穩定劑母液，攪拌至澄清(約2 h)，4 ℃保存備用。將豆漿粉(蛋白質含量為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定劑；超聲5 min，60 W；在壓力15 000 kPa下均質；95 ℃水浴10 min；冷卻至40 ℃，待接種。另取10 mL的牛奶，加入0.4 g發酵劑，40 ℃活化45 min，菌液備用。每100 g豆漿溶液接種1.6 mL菌液，混勻；40 ℃發酵4.5 h；冷卻到4 ℃并冷藏后熟2 d；待測。其中穩定劑的添加質量分數如下：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%。以不添加穩定劑的豆乳酸奶為空白組。獨立重復上述步驟2次，分別作出3組平行。

1.3.2 持水力(WHC)的測定[5]

用離心管稱取約10 g豆乳酸奶樣品，4 ℃，1 000×g離心10 min，除去上清液，稱沉淀物的質量。

(1)

1.3.3 豆乳酸奶質構特性的測定[5]

使用BROOKFIELD CT3質構儀(布魯克菲爾德，美國)進行TPA質構分析，選用圓柱形TA5探頭，測量長度70.0 mm，直徑55.0 mm。目標值10.0 mm，測試速度0.5 mm/s。測定參數：硬度，彈性，黏性，內聚性。

1.3.2 豆乳酸奶流變性的測定[5]

使用德國HAAKE流變儀，CCB16 DIN型號轉筒，CC16 DIN Ti型號轉子。將樣品輕輕攪拌5次，測試溫度為4 ℃。首先，頻率固定在1 Hz，對樣品進行應變掃描，確定樣品線性黏彈區，最終以應變為0.1%，進行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 結果與分析

2.1 不同類型的穩定劑對豆乳酸奶持水力(WHC)的影響

持水力(WHC)是表示酸奶離心后所能保留的水分，WHC的大小與穩定劑鎖水的能力成正比，越高說明穩定劑能結合更多的水分子，產品乳清析出越少。由圖1可以看出，未添加穩定劑的豆乳酸奶的持水力為95.9%，明膠的鎖水能力最強，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，造成這種現象的主要原因是瓜爾豆膠的添加使酸奶體系發生相分離，且這種特性隨濃度的增加而增強[8]；牛骨明膠添加量為0.5%時，豆乳酸奶的持水力達到100%,研究表明明膠在低溫下會發生分子間交聯螺旋，以氫鍵的形式結合成三股螺旋，將水分子固定，所以可以有效提高酸奶的持水力[13]；而離子型多糖對豆乳酸奶的持水力沒有顯著影響。

圖1 不同類型親水膠體對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：圖中不同小寫字母表示存在顯著性差異(P<0.05),下同

2.2 不同類型穩定劑對豆乳酸奶質構特性的影響

質構特性中，硬度是衡量酸奶品質的十分重要的指標。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豆乳酸奶的硬度沒有形成顯著性影響，高質量分數的明膠(1%)以及中高質量分數的卡拉膠(≥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，各穩定劑對豆乳酸奶的彈性沒有顯著影響。

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

內聚性表示樣品內部的黏合力?？梢钥闯?，高質量分數的明膠(1%)和卡拉膠(0.1%)顯著提高了豆乳酸奶的內聚性，其他類型穩定劑對豆乳酸奶的內聚性沒有顯著性影響。

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]。蛋白類親水膠體明膠可以有效地增強蛋白凝膠網絡密度，使硬度及黏度顯著提升；中性多糖與蛋白主要發生離散相互作用，以耗散絮凝和聚合穩定的方式提高酸奶體系的穩定性，同時會發生體系的相分離，最終導致對豆乳酸奶體系的質構特性沒有顯著的作用[10]；強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通過橋接絮凝區域，使空間穩固化；隨濃度的增大，陰離子濃度增加，復合、離散相互作用增強，結構剛性增強，硬度顯著增加[14-15]。

圖2 不同類型親水膠體對豆乳酸奶質構特性的影響
Fig.2 Effect of different types of hydrocolloids on the textural properties of soymilk yogurt

2.3 不同類型親水膠體對豆乳酸奶流變學特性的影響

2.3.1 頻率掃描

應用線性黏彈性理論，研究添加不同類型的親水膠體的豆乳酸奶在小形變范圍內的黏彈性質。彈性模量G′和黏性模量G″分別用來描述樣品的類固體(彈性)特征和類流體(黏性)特征。圖3為以添加不同質量分數明膠的豆乳酸奶為代表的結果?？梢钥闯?，所有樣品的G′值都大于G″，表明所有的豆乳酸奶樣品都是彈性成分占優勢，樣品表現出類固體的特征，添加其他類型親水膠體的豆乳酸奶都具有類似的特征。

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

進一步比較頻率為1 Hz時各樣品的G′和G″，如表1所示。

表1 頻率為1Hz時不同類型的親水膠體對豆乳酸奶頻率掃描中流變學參數的影響Table 1 Effect of different types of hydrocolloids on therheology parameters with frequency at 1 Hz duringfrequecy sweep

注：表中不同的小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，且表中數據只進行縱向比較，不進行橫向比較，且均為各親水膠體與空白進行單獨比較，不進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豆乳酸奶的彈性模量和黏性模量沒有顯著性影響，可能說明其與酸奶中成分相互作用較弱[16]。明膠和強離子型多糖卡拉膠在高添加濃度時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，流動性越強，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，而且對體系的水分有很好的固定作用，從而加強了體系的凝膠結構，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力隨剪切速率的變化情況(圖4)。

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

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

采用Herscel-Bulkley模型對剪切掃描的曲線進行擬合[18]，模型可由公式τ=τ0+kγn表示，其中τ表示剪切應力，τ0表示屈服應力，k表示稠度系數，γ表示剪切速率，n表示流動行為指數。所有樣品的擬合相關系數都大于0.9(結果未顯示于表中)，表明該模型可以很好的擬合酸奶流動曲線。結果如表2所示。中性多糖的添加可以顯著降低豆乳酸奶的屈服應力，離子型多糖在較高添加濃度下也會顯著降低豆乳酸奶的屈服應力，而明膠在高質量分數時可以顯著提高樣品的屈服應力。酸奶的屈服應力的大小與感官評價時的“軟硬”關系密切，屈服應力較大則質硬，屈服應力小則質軟。所以相較多糖類親水膠體，蛋白類親水膠體明膠的添加會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構有關[19]；刺槐豆膠在較低質量分數，離子型多糖在較高質量分數下，以及明膠在高質量分數下均可以提高豆乳酸奶的稠度系數并降低流動行為指數，表明這些親水膠體在一定的添加質量分數下可以增強豆乳酸奶的假塑性。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量分數下都可以顯著提高豆乳酸奶的表觀黏度。

表2 不同類型的親水膠體對豆乳酸奶剪切掃描中流變學參數的影響Table 2 Effect of different types of hydrocolloids on the rheology parameters from flow curves of soymilk yogurt

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

3 結論

不同類型的親水膠體由于作用機理的不同，對豆乳酸奶的質構和流變學特性的影響有顯著的差別?？傮w來說，中性多糖對豆乳酸奶體系的作用較小，甚至會降低體系的持水性，對于凝膠的硬度、黏彈性等影響不大；弱離子型多糖黃原膠與中性多糖類似，但并沒有降低體系的持水性；強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，高質量分數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；蛋白類膠體的牛骨明膠可以顯著改善豆乳酸奶的持水力，在高質量分數下可以顯著提高酸奶硬度，凝膠的黏彈性。本研究進一步為親水膠體在豆乳酸奶中的應用提供了理論參考，課題研究人員將進一步對其感官品質以及親水膠體的復配進行探究。