贮藏期发酵剂对发酵乳流变特性的影响

白　英,张建丽,刘立杰,刘乃齐,萨仁高娃

(内蒙古农业大学食品科学与工程学院,内蒙古呼和浩特 010018)



贮藏期发酵剂对发酵乳流变特性的影响

白英,张建丽,刘立杰,刘乃齐,萨仁高娃

(内蒙古农业大学食品科学与工程学院,内蒙古呼和浩特 010018)

以六种不同发酵剂制备的发酵乳为研究对象,采用流变仪,对样品的表观粘度、滞后环面积、粘滞性及弹性模量等参数进行测定,分析研究贮藏期发酵剂对发酵乳流变特性的影响。结果表明:6种发酵乳均随剪切时间的延长而变稀,且属于粘弹性流体。贮存至18 d时,样品3和4表观粘度值较其余四种样品高,分别为0.202 Pa·s和0.229 Pa·s,而且在受力时的稳定性较好,滞后环面积分别为8340 (Pa·r)/min和4335 (Pa·r)/min。

发酵乳,发酵剂,粘度,触变性,剪切应力

理想的发酵乳是以半固体状态存在,质地均匀,但这种半固体状态及其凝胶强度极易受到机械运动的破坏[1],使发酵乳出现乳清析出、凝乳不结实等产品缺陷。乳清析出与其内部不稳定的网状结构有关,与凝乳的勃度、硬度等流变学特性有关[2-3]。研究已证明发酵乳呈现粘性是因为发酵剂菌株在发酵过程中产生了某种胞外多糖(简称 EPS)[4],这种胞外多糖对发酵乳的流变学特性和组织状态有很大的影响。较高的粘度可以抑制发酵乳凝胶破裂和乳清的析出[5],而且对发酵乳质构特性的影响主要通过凝固型发酵乳的持水力、内聚性、硬度、粘度等指标来反映[6]。Hess等[7]提出了产胞外多糖发酵乳的微观模型结构,其主要由酪蛋白微粒组成,脂肪小球镶嵌在凝胶形成的空腔中,在此空腔中充满了乳清和菌体细胞,在初始培养菌周围有EPS的外壳,菌体粘附在基质上,在生长过程中随着凝胶和EPS的不断产生而形成高交联度的网状结构。电子扫描显微技术研究表明,菌体细胞通过丝状的多糖与周围的蛋白质凝块相连形成复杂而稳定的网络结构。这种网络结构的形成有利于改善发酵乳的流变特性,减少酸奶乳清析出[8]。当发酵乳经适当搅拌后能较好的保持这种结构,随着搅拌速率加快(或剪切速率提高),由于菌体多糖和酪蛋白彼此之间结合强度不同,首先是酪蛋白颗粒之间的连接被破坏,其次是菌体和多糖之间的连接被破坏,最后酪蛋白之间通过多糖形成的网络结构被破坏。搅拌时,发酵乳的表观粘度下降,当搅拌速度减慢直至停止时,粘度升高。在实际应用中,由于咀嚼和吞噬赋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发酵乳制品的口感[9]。近年来大多数国产酸奶常见凝胶断裂、乳清析出等产品问题。解决酸乳质量问题的常用方法是添加脱脂乳粉、将乳蒸发浓缩或膜过滤,以及添加稳定剂等方法。但这些方法一定程度上提高了生产成本,而且会影响酸奶的风味。乳酸菌EPS的形成有利于改善发酵乳的流变特性,减少酸奶乳清析出,防止酸奶的脱水收缩。利用含有EPS的发酵剂可以提高发酵乳的粘度、稳定性和保水性,使产品具有良好的口感、质地和风味。本研究通过对6种不同发酵剂制备的发酵乳样品进行流变学特性测定(表观黏度、滞后环面积、粘滞性及弹性模量等参数),研究贮藏期不同发酵剂对发酵乳流变特性的影响,可用于指导今后发酵剂菌种的选择及实际生产,以达到保障和提高发酵乳质量的目的。

表1　发酵剂菌种组成

1　材料与方法

1.1材料与仪器

新鲜牛乳内蒙古农业大学教学牧场;直投式酸奶发酵剂(市售)共六种,菌种组成见表1。

Haake RS6000旋转流变仪Thermo Fisher公司;SX-500型高压蒸汽灭菌锅TONY公司;303-OA型培养箱天津市通利信达仪器厂。

1.2实验方法

1.2.1发酵酸奶的制备按0.05%的接种量将六种发酵剂分别接种至灭菌乳中,在42 ℃培养箱进行6～8 h的发酵,待其凝固后,放入4 ℃冰箱中冷藏,每隔24 h取样检测。

1.2.2表观粘度的测定使用Haake RS6000旋转流变仪,在恒温20 ℃条件下,参照王松松[10]的测定方法,对样品的表观粘度进行检测。

1.2.3触变特性检测在20 ℃条件下参照王松松[10]的测定方法,检测样品的触变性。

1.2.4应变(γ)与温度扫描检测采用王松松[10]的测定方法对样品进行应变(在20 ℃条件下)和温度扫描。

1.2.5数据处理采用SPSS11.5统计软件进行数据处理分析。

2　结果与分析

2.1样品表观粘度随时间的变化

表观粘度是发酵乳的流变学特性指标之一,通过测定表观粘度可以判断发酵乳凝乳情况,进而反映产品质地稳定性、发酵剂质量的优劣及加工工艺设计等,同时也有利于消费者对产品进行初步评价[11]。在相同条件下样品的表观粘度值能够在一定程度上反映样品内部组织结构的特性及变化。

从图1～图6可以看出,6种不同发酵乳的表观粘度都随剪切时间的延长而降低,并且6种样品的表观粘度最高值多出现在6、10或14 d,即随着贮藏时间的延长,粘度值呈缓慢增长的趋势,当上升到一定粘度值时又开始缓慢下降。引起发酵乳在冷藏过程中粘度下降的原因有两点:一是发酵乳本身具有一定的酸度,并且在贮藏期容易出现后酸化使酸度进一步提高,在高酸度情况下乳清易析出;二是菌株本身在低温下还具有一定的活力,能够继续分解蛋白质等物质,破坏酸奶的质构[12]。

图1　样品1表观粘度随剪切时间的变化曲线Fig.1　Change curves of apparent viscosity with shear time for the first fermented dairy products

图2　样品2表观粘度随剪切时间的变化曲线Fig.2　Change curves of apparent viscosity with shear time for the second fermented dairy products

图3　样品3表观粘度随剪切时间的变化曲线Fig.3　Change curves of apparent viscosity with shear time for the third fermented dairy products

图4　样品4表观粘度随剪切时间的变化曲线Fig.4　Change curves of apparent viscosity with shear time for the forth fermented dairy products

图5　样品5表观粘度随剪切时间的变化曲线Fig.5　Change curves of apparent viscosity with shear time for the fifth fermented dairy products

图6　样品6表观粘度随剪切时间的变化曲线Fig.6　Change curves of apparent viscosity with shear time for the sixth fermented dairy products

6种样品在贮藏期的表观粘度随时间变化的曲线形状不同,表明不同样品之间表观粘度特性差异较大。样品1的下降趋势最快而样品6的表观粘度随剪切时间的变化曲线下降幅度最小,说明样品1的稳定性较差而样品6的稳定性相对较好,但样品6的粘度值偏低。样品2和样品4的表观粘度值分别集中在0.06～0.13(Pa·s)和0.22～0.27(Pa·s)范围内,说明在贮藏期这两种样品相对比较稳定。保加利亚乳杆菌可产生大量风味前体物质和胞外多糖聚合物,提高发酵乳口感和质地[13]。嗜热链球菌能产生大量的高分子量多糖,显著提高发酵乳的粘度[11]。植物乳杆菌可以产生细菌素、乙醛、双乙酰、胞外多糖等,这些物质具有抑制杂菌生长、提高产品粘度和改善发酵乳风味的作用[12]。研究结果表明,加入植物乳杆菌的发酵乳酸化程度减弱,储存期间乳清析出率降低。而双歧杆菌的添加,它们的产酸能力低,需要更长的凝乳时间[14]。

2.2样品剪切应力随剪切速率的变化

发酵乳在受到升速剪切作用时,随着剪切速率的增加,发酵乳的剪切力逐渐升高;当剪切力达到最大值时,降速剪切,剪切力又随着剪切速率的降低而减小[15]。若体系在外切力作用下,其粘度随剪切时间的延长而下降,静止后又恢复,称为正触变性;反之,称为负触变性。当一个特定体系可先后出现正、负触变性特征,称之为复合触变性[14]。

发酵乳的升速和降速剪切变化曲线并不重合,形成触变环,出现滞后现象,符合触变性流体特征[16]。触变性是指某体系在机械作用下,其粘度或剪切应力随时间变化的一种流变现象[10]。由图7～图12可知,6种发酵乳样品都能形成形状相似的触变环(滞后环),说明此6种发酵乳都是触变性流体[17-18]。但每种样品每一天的触变环面积均不同,由此可知,在贮藏期这6种发酵乳组织结构的恢复能力有所变化。表2显示,样品2和样品3的滞后环面相对较大,说明这两种样品受到外力作用后,其粘度的变化幅度大,当外力撤去后,此体系需要较长的时间才能恢复到未经力作用的体系状态[19]。

图7　样品1剪切应力随剪切速率的变化曲线Fig.7　Curves of shear stress versus shear rate for the first fermented dairy products

图8　样品2剪切应力随剪切速率的变化曲线Fig.8　Curves of shear stress versus shear rate for the second fermented dairy products

另外,滞后环面积与总面积的比值,比值越小黏丝性越强。黏丝性反映样品内部组织结构彼此之间粘连能力的强弱[10]。从表2中黏丝性的结果来看,样品2和3的黏丝性相对较大,样品4和5的黏丝性较小,故样品2和3组织结构粘连能力较弱,恢复慢,样品4和5组织结构粘连能力较强,恢复快。

2.3应变扫描的变化情况

应变扫描可以模拟发酵乳在生产、储运及销售过程中所受到的外界的碰撞、挤压、摩擦等作用力,通过对样品进行应变扫描,有助于了解发酵乳的稳定性变化,进而避免实际生产中各种因素对发酵乳产生不良影响。

表2　6种发酵乳黏丝性结果

图9　样品3剪切应力随剪切速率的变化曲线Fig.9　Curves of shear stress versus shear rate for the third fermented dairy products

图10　样品4剪切应力随剪切速率的变化曲线Fig.10　Curves of shear stress versus shear rate for the forth fermented dairy products

图11　样品5剪切应力随剪切速率的变化曲线Fig.11　Curves of shear stress versus shear rate for the fifth fermented dairy products

图12　样品6剪切应力随剪切速率的变化曲线Fig.12　Curves of shear stress versus shear rate for the sixth fermented dairy products

由图13～图18可以看出,6种样品的初始弹性模量G′大于粘性模量G″,说明样品先呈现出固体特性,当应变达到0.021%～0.116% 范围内,样品的G″>G′,表现为流体特性,故发酵乳属于粘弹性流体。

图13　样品1应变扫描曲线Fig.13　Strain scanning curves of the first fermented dairy products

图14　样品2应变扫描曲线Fig.14　Strain scanning curves of the second fermented dairy products

图15　样品3应变扫描曲线Fig.15　Strain scanning curves of the third fermented dairy products

图16　样品4应变扫描曲线Fig.16　Strain scanning curves of the forth fermented dairy products

图17　样品5应变扫描曲线Fig.17　Strain scanning curves of the fifth fermented dairy products

图18　样品6应变扫描曲线Fig.18　Strain scanning curves of the sixth fermented dairy products

前5种样品的弹性模量G′和粘性模量G″均在第1 d出现突增,说明样品凝乳还不稳定。随着剪切应力的不断增强,当应变达到0.116%左右时,G″>G′,体系表现为以粘性特征为主,样品开始流动,显示流体特性。此外样品1和2的弹性模量和粘性模量相对较小,说明向这两个样品施力时它们的变形程度较大,易流动。相反,样品3和4的弹性模量与粘性模量最大,它们的稳定性较好。

2.4温度扫描的变化情况

发酵乳在生产、储运及销售过程很难保证恒定的低温环境,通过温度扫描可以了解到当温度发生变化时发酵乳制品组织状态的变化,为实际生产提供一定的理论依据。酸奶为非牛顿流体,其粘度值并非常数。粘性流体的粘度取决于流体性质、温度和压力大小。

由图19～图24可知,6种样品每一天的表观粘度都是随着温度的升高先增大,当温度达到13～14 ℃时开始下降。样品1和样品2的表观粘度随温度的变化曲线下降速率较慢,说明这两个样品对温度的耐受能力较好,另外样品2和样品6的表观粘度值较低(见图20、24),与2.1表观粘度随剪切时间的变化检测结果一致。而样品3、4和5的表观粘度随温度的变化曲线下降速率明显高于其他几个样品,说明样品3、4和5的稳定性较差,进而说明样品3、4和5所使用的发酵剂不能赋予产品理想的温度耐受力,但是样品4所使用的发酵剂可以使样品在表观粘度方面更突出(见图22)。

图19　样品1表观粘度随剪切温度的变化曲线Fig.19　Change curves of apparent viscosity with shear temperatrue for the first fermented dairy products

图20　样品2表观粘度随剪切温度的变化曲线Fig.20　Change curves of apparent viscosity with shear temperatrue for the second fermented dairy products

图21　样品3表观粘度随剪切温度的变化曲线Fig.21　Change curves of apparent viscosity with shear temperatrue for the third fermented dairy products

图22　样品4表观粘度随剪切温度的变化曲线Fig.22　Change curves of apparent viscosity with shear temperatrue for the forth fermented dairy products

图23　样品5表观粘度随剪切温度的变化曲线Fig.23　Change curves of apparent viscosity with shear temperatrue for the fifth fermented dairy products

图24　样品6表观粘度随剪切温度的变化曲线Fig.24　Change curves of apparent viscosity with shear temperatrue for the sixth fermented dairy products

3　结论

6种发酵乳都是随剪切时间延长而粘度降低的正触变性流体,样品3和4所使用的发酵剂可以使样品具有较高的表观粘度,麦芽糊精在一定程度上有助于提高样品粘度。在对发酵乳进行升速和降速剪切作用时,出现滞后现象,符合触变性流体特征,其中样品5所使用的发酵剂能够赋予发酵乳更好的结构恢复能力。发酵乳属于粘弹性流体。样品3和4的弹性模量与粘性模量相对较大,说明向这两个样品施力时它们的变形程度较小、不易流动,它们的稳定性较好。对温度的耐受能力较好的是样品1和2,但样品1的粘度值稍高于样品2。当温度超过14 ℃时6种发酵乳的表观粘度开始下降。

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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：乳品科学，E-mail：baiying77@sina.com。

TS252.1

A

1002-0306(2016)10-0179-07

10.13386/j.issn1002-0306.2016.10.028