高压微射流对姜汁黑豆酸奶流变学特性的影响

谈文诗，李 理*

（华南理工大学 食品科学与工程学院，广东 广州 510640）

高压微射流对姜汁黑豆酸奶流变学特性的影响

谈文诗，李 理*

（华南理工大学 食品科学与工程学院，广东 广州 510640）

以生姜和黑豆为原料，利用瑞士乳杆菌（Lactobacillus helveticus）LH-B02、干酪乳杆菌（Lactobacillus casei）L casei-01、干酪乳杆菌NO1分别与嗜热链球菌ST3组合发酵制备姜汁黑豆酸奶样品，研究了高压微射处理对姜汁黑豆酸奶理化性质、流变学特性和微观结构的影响。结果表明，高压微射流均质能够明显提高酸奶的酸度和持水力，改善酸奶的流变学特性、黏弹性，并使剪切稀化特性明显增强，其中弹性模量、粘性模量及屈服应力t0明显提高，微观结构更加致密。其中以干酪乳杆菌NO1和嗜热链球菌ST3制备的姜汁黑豆酸奶总体可接受性最好（评分为8.54），酸度为83.88°T、持水力为86.66%、屈服应力t0为8.94 Pa、表观黏度η50值为0.26 Pa·s。

高压微射流均质；姜汁黑豆酸奶；流变特性；微观结构

大豆酸奶[1]是以大豆为原料磨制成豆浆经过乳酸菌发酵而形成的一种风味独特、营养丰富的类酸奶制品[2]。大豆[3]含有丰富的蛋白质、不饱和脂肪酸以及人体生理代谢过程中所需的卵磷脂、脑磷脂和大豆异黄酮等，其中黑豆[4]是一类高蛋白低脂肪大豆，且其种皮中含有多种色素和皂苷等活性成分，开发应用前景广阔。目前，黑豆酸奶存在风味不佳[5]、功能不显著等缺陷。

生姜[6]作为一种广泛使用的药食两用植物，不仅有独特的姜香和微辣的风味，还含有抗氧化物质等多种功能性成分[7]。按照中医理论学说，酸奶甘微寒，可补虚羸，而生姜则辛微温，可散寒暖胃，去痰下气。因此在黑豆酸奶中添加姜汁可谓配合巧妙。其中姜精油和姜辣素具有独特的气味和滋味，可以掩盖豆腥味并形成柔和的口感。

本实验应用高压微射流均质技术，使黑豆蛋白荷载并贮留姜汁中的挥发性成分。高压微射流均质不仅能对流体混合物料进行强烈剪切、高速撞击、高频振荡、使压力瞬时释放、产生膨爆和气穴等一系列综合作用[8-9]，从而产生很好的超微化，微乳化和均一化效果，还可以将生姜中的挥发性精油荷载到大豆蛋白微颗粒中，在改善产品质构的同时，有效地发挥姜汁的功能特性。

由于乳源乳酸菌在以大豆为原料的介质中生长不良，发酵后的酸度和活菌数都低于酸牛奶，直接影响了黑豆酸奶品质。为了提高黑豆酸奶品质，实验选择在豆浆中适应性强的嗜热链球菌[10]，分别与副干酪乳杆菌、干酪乳杆菌等益生菌组合成发酵剂，从而改善黑豆酸奶的风味和口感[11]，并增强其功能特性。本研究目的是高压微射处理对姜汁黑豆酸奶理化性质、流变学特性和微观结构的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

瑞士乳杆菌（Lactobacillus helveticus）LH-B02、干酪乳杆菌（Lactobacillus casei）L casei-01、混合菌种XPL-1：丹麦Chr-Hansen公司；嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）ST3（菌种保藏号为CGMCCNO.11943）：从混合菌种XPL-1发酵的豆浆中分离驯化；干酪乳杆菌（Lactobacillus casei）NO1（菌种保藏号为GDMCC NO.60137）：从泡菜中分离。

黑豆、生姜：市售；脱脂乳粉（蛋白含量约为32.7%）：新西兰Fonterra有限公司；菠萝蛋白酶（酶活500 000 U/g）：广西南宁庞博生物工程有限公司；其他试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

AL204-IC型电子天平、Seven Easy pH 计（S20）：瑞士梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；PXY-190S-A型生化培养箱：广东韶关科力仪器有限公司；LDZX-30KBS型立式压力蒸汽灭菌器：上海申安医疗器械厂；DHG-9146A型电热鼓风干燥箱：上海精宏实验设备有限公司；SZX超净工作台：吴江净化设备总厂；T25 digital ULTRA-TURRAX高速剪切均质机：德国IKA公司；M110-EH高压微射流纳米均质机：美国MFIC公司；CR22G高速冷冻离心机：日本日立公司；UV-2300紫外分光光度计：上海天美科学仪器有限公司；MARS型流变仪：德国Haake公司；LEO1530VP扫描电镜：德国Zeiss公司。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

（1）灭酶姜汁的制备：

1.3.2 发酵底物的制备

挑选颗粒饱满、无霉变的黑豆，去杂冲洗后在含0.5%NaHCO3（mg/L）的水中25℃浸泡14 h，以豆水比1∶8（W/V），85℃热水磨浆，过180目筛得到纯黑豆浆。按照豆浆：灭酶姜汁=9∶1（V/V）混合均匀，加入80 U/g大豆蛋白的菠萝蛋白酶，充分混合后，45℃保温5 min，煮沸，然后向豆浆中添加质量分数为5%蔗糖、1%葡萄糖，经过搅拌充分溶解。将黑豆浆分为两组，分别经过普通均质、100 MPa微射流处理后，100℃灭菌15 min，冷却。

1.3.3 接种

菌种活化：嗜热链球菌ST3和干酪乳杆菌NO1活化：配制黑豆浆培养基，于121℃灭菌15 min，冷却后分别接入5%甘油保藏菌种，充分摇匀后，37～42℃发酵至凝乳待用。菌株L casei-01、LH-B02活化：配制12%的脱脂乳培养基，经过115℃灭菌15 min，冷却后分别接入0.05 g/L冻干菌粉，37℃发酵至凝乳待用。

菌种驯化：配制黑豆浆培养基，于121℃灭菌15 min，接入活化好的菌种5%，充分摇匀后，发酵至凝乳，重复驯化两次直至菌种适应豆浆的发酵体系。

接种：在发酵底物中分别接入3%菌株ST3和3%菌株L casei-01，记为SYC（高压微射流均质样品记为mSYC）；在发酵底物中分别接入3%菌株ST3和3%菌株NO1，记为SYC-1（高压微射流均质样品记为mSYC-1）；在发酵底物中分别接入3%菌株ST3和3%菌株LH-B02，记为SYH（高压微射流均质样品记为mSYH）。

1.3.4 测定方法

pH值的测定：样品于4℃经过后熟后，拿出放至室温，用玻璃棒将样品搅拌均匀，用pH计测定样品的pH值，每次测定3个平行样品。

酸度值的测定：按GB 5413.34—2010《乳和乳制品酸度的测定》的方法进行。

持水力的测定[12]：取30 g接种后的发酵豆乳，在离心管（直径32 mm，高115 mm）中42℃发酵4 h后取出，4℃冷藏后24 h后，将样品在20℃条件下480g×离心10 min，去除乳清后称质量。持水力计算公式如下：

流变特性的测定[13]：采用小振幅频率扫描法测定发酵乳的流变特性。先将酸奶顺时针搅打10次，后逆时针搅打10次。选用直径40 mm的不锈钢平板探头，平板与底面的间隙为1 mm，测试温度控制在（25±0.5）℃。

首先，频率固定在1 Hz，从0～50%应变范围进行扫描，确定样品的恒定应变为0.5%。然后进行样品测试：剪切扫描，剪切速率从0增大至 500 s-1，然后从500 s-1减至0，扫描时间为360s；频率扫描，应变固定在0.5%，频率从0.1～10Hz进行扫描。每个样品测定重复两次。

扫描电镜[14]：轻轻将酸奶样品表层刮去后，从样品中间仔细切取3×3×2凝乳块，放入甲醛溶液中于4℃条件下固定4 h以上。固定后取出用磷酸缓冲液（pH7.2）清洗3次，每次3 min。清洗完毕后用体积分数50%、70%、80%、90%梯度乙醇溶液分别脱水10 min，最后用体积分数100%乙醇溶液脱水2次，每次10 min。脱水后用乙酸异戊酯置换2次，每次15 min，以上操作均在通风橱中进行。操作完毕后，采用CO2临界点干燥样品，后用铂金进行在样品表面镀上一层金膜，时间150 s。最后用扫描电镜观察，电压为20 kV。

感官评价[15]：邀请8位品评员在20℃环境中对样品的气味、外观、滋味、质构和总体可接受性打分，并对气味、外观、滋味、质构进行描述分析，感官评分标准见表1。

表1 姜汁黑豆酸奶感官评分标准Table 1 Sensory evaluation standards of ginger juice&black soybean yogurt

2 结果与分析

2.1 姜汁黑豆酸奶的pH值、酸度和持水力

普通均质和微射流处理对姜汁黑豆酸奶的pH值、酸度和持水力的影响见表2。

表2 普通均质和高压微射流处理对姜汁黑豆酸奶pH、酸度和持水力的影响Table 2 Effects of common homogeneity and high pressure microfluidization on pH,titratable acidity and water holding capacity of ginger juice&black soybean yogurt

由表2可知，高压微射流处理对姜汁黑豆酸奶的pH值、酸度和持水力都有显著的影响（P＜0.05）。其中高压微射流均质比普通均质的姜汁黑豆酸奶pH值降低、酸度升高，这可能是微射流处理破坏了大豆蛋白的高级结构，将聚合的多肽链打开，更有利于益生菌在发酵过程中降解多肽链，释放出游离氨基酸，促进乳酸菌生长，从而提高了姜汁黑豆酸奶的酸度。其中，样品mSYH酸度值最高（90.29±0.20°T），这与瑞士乳杆菌利用葡萄糖产酸能力较强有关。CIRON C等[16]认为，高压微射流均质使形成凝胶网状结构的蛋白质和脂肪颗粒减小，同时增加了颗粒数量，有利于强化酸奶凝胶网络结构，增强持水力。尹寿伟等[17]研究表明，微射流处理使豆类分离蛋白的立体结构变得松散，蛋白质分子有一定程度的解离和伸展，从而暴露出更多的基团。由于这些基团之间形成氢键、二硫键、疏水相互作用等弱健进一步强化了网状结构，因此姜汁黑豆酸奶的持水力明显提高。

2.2 姜汁黑豆酸奶的流变特性

2.2.1 频率扫描

弹性模量（杨氏模量）G′和粘性模量（损耗模量）G″为物体固有的物理量，G′表示物质单位变形所需要的力，可用来衡量样品弹性变形所需要力度，而G″表示在流体物质流动时产生的摩檫力，可用来衡量样品的粘性大小[18]。不同均质方式对三种组合发酵剂制备的姜汁黑豆酸奶频率扫描的影响见图1。

由图1可知，在0.1～10 Hz的频率扫描范围内，所测样品的G′值均高于G″，表示弹性模量占优势，而且所有样品G′和G″值都随扫描频率的增大而升高，说明样品都具有类固体特征。同一扫描频率下，G′和G″的值大小顺序依次为mSYC＞mSYC-1＞mSYH＞SYC＞SYC-1＞SYH。G′和G″与姜汁黑豆酸奶的凝胶网络结构有紧密联系，不同G′和G″值说明样品的凝胶网络结构不一样，高压微射流均质的姜汁黑豆酸奶样品的G′和G″值明显高于普通均质的样品，说明微射流处理的姜汁黑豆酸奶样品的蛋白凝胶网络结构中空隙更少、更加均匀细腻，这与前述持水力的结论是一致的。微射流处理可以将高分子蛋白和脂肪打散，形成分子结构更小数量更多的颗粒，从而有利于形成更加均匀紧凑的凝胶网络结构。另外，由于疏水作用也是形成蛋白凝胶网状组织结构的重要因素，微射流处理有助于蛋白质多肽链的展开，使球蛋白的疏水性基团充分暴露到分子表面，疏水基团的作用增强，从而增强凝胶强度。

2.2.2 剪切扫描

运用Hershel-Bulkley模型分析姜汁黑豆酸奶下行线的流变相关参数，结果见表3。

表3 姜汁黑豆酸奶的流变参数Table 3 Rheological parameters of ginger juice&black soybean yogurt

由于相关系数R值均＞0.995，说明该模型可以很好的拟合样品在剪切扫描时流变学特性。由表3可知，高压微射流处理与普通均质的姜汁黑豆酸奶样品在各种流变参数上都有显著差异（P＜0.05）。姜汁黑豆酸奶的屈服应力t0、稠度系数κ和在50 s-1的剪切速率下的表观黏度η50在高压微射流均质条件下明显增大，说明样品的柔韧性和黏度明显提高，姜汁黑豆酸奶口感更为黏滑柔软。进一步说明高压微射流均质条件下，姜汁黑豆酸奶中大分子颗粒减小，蛋白质分子伸展暴露更多化学健，从而形成更多作用力，有利于形成更稳定的蛋白质网状结构。

2.3 姜汁黑豆酸奶的微观结构

不同均质方式制备的姜汁黑豆酸奶样品在5 000倍下的电镜扫描图见图2。

图2 普通均质和高压微射流处理的姜汁黑豆酸奶扫描电镜图Fig.2 Scanning electron micrographs of ginger juice&black soybean yogurt at common homogeneity and highpressure microfluidization treatment

由图2清晰可见蛋白凝胶的三维网络结构，同时可以在网络空隙中观察到样品中的球菌和杆菌。由图2可知，普通均质的姜汁黑豆酸奶样品的凝胶网络结构较为疏松且空隙较大，而高压微射流均质的样品微观结构图中空隙更小、空穴数量更少、凝胶网络更为紧密。CIRON C I E等[19]研究表明，高压微射流均质能够减小样品中脂肪球体积，同时增加其数量。小体积脂肪球会以嵌入的方式与蛋白结合，而大体积的脂肪球是吸附在蛋白质表面，因而高压微射流均质的姜汁黑豆酸奶样品的微观结构更为紧凑，这与前述的持水力和流变学研究结果一致。

2.4 姜汁黑豆酸奶的感官评价分析

表4 姜汁黑豆酸奶的感官评价结果Table 4 Sensory evaluation results of ginger juice&black soybean yogurt

由表4可知，高压微射流均质的样品在气味、外观、滋味和质构上都有很大提高，可能是由于微射流处理使样品蛋白凝胶网络结构更为紧凑，因而质构上表现的更为爽滑细腻；另外，高压微射流均质提高了乳酸菌的发酵度，酸度值更高；此外，高压微射流均质能够更好地将姜精油包埋在黑豆酸奶中，在滋味和气味上姜香味也更为浓郁。姜汁黑豆酸奶mSYC-1的总体可接受性较高（8.54±0.13），可能是由于干酪乳杆菌1号是从泡菜中分离出来，长期的环境选择使其对植物原料发酵更好并产生更多的风味物质，从而丰富姜汁黑豆酸奶的滋味。

3 结论

高压微射流均质能够显著提高黑豆酸奶酸度值和持水力且能够改变姜汁黑豆酸奶的黏弹性流变特性，其中高压微射流均质样品mSYC-1、mSYC、mSYH的屈服应力、稠度系数和滞留面积等都有所增加，其凝胶体系更加柔软黏滑；高压微射流均质使黑豆酸奶的微观结构更加均匀，孔隙度更小。自行分离的干酪乳杆菌1号和嗜热链球菌ST3联合发酵的姜汁黑豆酸奶在感官特性方面有明显优势，总体可接受性为8.54，酸度为83.88°T、持水力为86.66%、屈服应力t0为8.94 Pa、表观黏度η50值为0.26 Pa·s。

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Effects of high-pressure microfluidization on rheological characteristics of ginger juice&black soybean yogurt

TAN Wenshi,LI Li*
(School of Food Science and Engineering,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China)

Ginger juice&black soybean yogurt was prepared by the fermentation ofLactobacillus helveticusLH-B02,Lactobacillus caseiL casei-01 andL.caseiNO1 combined withStreptococcus thermophilusST3.Effects of high-pressure microfluidization on physicochemical,rheological and microstructural properties of probiotic ginger juice-black soybean yogurt were studied.Results indicated that high-pressure microfluidization increased acid production,water holding capacity,and improved rheological properties of yogurt,and a stronger viscoelastic and shear-thinning properties,higher G',G''and yield stress,as well as a denser microstructure.Ginger juice&black soybean yogurt sample fermented by a combination of L.casei-NO1 andS.thermophilusST3 had the highest acceptability score(8.54),the titratable acidity value was 83.88°T,water holding capacity was 86.66%,yield stress(t0)was 8.94 Pa and apparent viscosity(η50)was 0.26 Pa·s,respectively.

high-pressure microfluidization;ginger juice&black soybean yogurt;rheological characteristics;microstructure

TS252.1

0254-5071（2017）10-0125-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.10.026

2017-07-24

广州市科技计划项目（201508020021）

谈文诗（1993-），女，硕士研究生，研究方向为食品科学。

*通讯作者：李 理（1965-），女，教授，博士，研究方向为蛋白质化学。