搅打稀奶油是最早起源于美国的一种典型泡沫食品,是将包含油脂、乳化剂、增稠剂、亲水胶体等的O/W乳状液经机械搅打充气形成的一款产品,其中油脂是影响搅打稀奶油性质的关键成分[1-2]。搅打稀奶油可用于蛋糕和面包等烘焙食品及奶茶、咖啡等饮品,深受大众喜爱。植脂搅打奶油脂肪来源广泛价格低,但原料多为氢化植物油,含大量饱和反式脂肪酸,不利于人体健康。已有研究找寻可以替代氢化植物油的原料,包括菊糖、淀粉、大豆分离蛋白、改性豌豆蛋白、改性油脂、大豆酶解聚集体、大豆油体等[3-8],但大都为部分替代并非完全替代,因此寻找一种原料易得的同时成分健康的植脂奶油原料是当前亟待解决的问题。
油体是植物体贮存脂类的亚细胞器,也称油脂体或拟脂体,主要成分包括中性脂、磷脂和蛋白质,由于表面蛋白质和磷脂的存在,其理化性质稳定,可以作为乳化剂添加于酸奶、奶酪、饮料和冰淇淋等各种食品[9],具有可观的应用前景。花生油体富含中性脂,其组成主要为亚油酸、油酸、棕榈酸、硬脂酸、花生酸等,其中棕榈酸、硬脂酸、花生酸为饱和脂肪酸,油酸和亚油酸为不饱和脂肪酸,总不饱和脂肪酸约占77%[10],不饱和脂肪酸更有利于人体健康。花生油体中大约含有1%的磷脂,主要是磷脂酰胆碱和磷脂酰丝氨酸,还有少量的磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇,蛋白质主要包括油体蛋白、油体固醇蛋白和油体钙蛋白[11]。花生油体性质稳定且其组成成分和含量与人造奶油相似[12],相比于大豆油体无明显豆腥味而富有花生香气,相比于葵花籽油体色泽纯白更接近于奶油本色,同时花生油体可以很好地溶于水中形成均匀乳液,在奶油制作过程中不再需要均质可减少生产成本,因此本研究使用花生油体作为脂肪来源替代传统植脂搅打稀奶油中的氢化植物油,探究花生油体对搅打稀奶油打发特性、乳液特性及流变特性的影响,为花生油体在食品领域中的应用提供一定的依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
花生,商丘文聪商贸有限公司;白砂糖,上海枫未实业有限公司;花生蛋白粉,浙江多味生物科技有限公司;分子蒸馏单甘酯,万康生物科技有限公司;黄原胶,河南万邦化工科技有限公司;柠檬酸钠,山东齐鲁生物科技有限公司;香精,广州甄味匠生物科技有限公司。
1.2 仪器与设备
BLST4090-037打浆机,九阳股份有限公司;TDZ5-WS医用离心机,湘仪离心机仪器有限公司;ME104E/02电子天平,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;K9840自动凯氏定氮仪,山东海能科学仪器有限公司;T25高速分散机,德国IKA仪器设备有限公司;Soxtec8000全自动脂肪测定仪,FOSS福斯中国;MCR102模块化智能流变仪,奥地利Anton Paar股份有限公司;APV-2000高压均质机,德国APV公司;Mastersizer2000激光纳米粒度分析仪,英国马尔文公司。
1.3 实验方法
1.3.1 花生油体的提取
将花生仁置于130 ℃烘箱烘烤30 min,去除红衣,按照料液比1∶4(g∶mL)加入去离子水打浆3 min,四层脱脂棉纱布过滤得到生花生浆,室温下4 000 r/min离心40 min得到上层花生油体,用药匙取出备用。
1.3.2 花生油体成分测定
水分测定:直接干燥法,参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》;
脂肪测定:索氏抽提法,参照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》;
蛋白质测定:凯氏定氮法,参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》。
1.3.3 搅打稀奶油的制备
参照袁佩佩等[13]的稀奶油制备方法,将一定花生油体溶于去离子水中得到花生油体乳液待用,将花生蛋白粉、黄原胶、单甘酯、白砂糖、柠檬酸钠、香精混合均匀溶于70 ℃热水得到辅料溶液,将辅料溶液与花生油体乳液混合,使用高速分散机8 000 r/min高速剪切2 min,然后搅拌乳化30 min,将乳化好的乳状液进行65 ℃杀菌30 min,杀菌结束后迅速冷却置于4 ℃老化10 h即得花生油体搅打稀奶油产品。
1.3.4 奶油乳浊液表观黏度测定
本文中所有流变测试均采用安东帕模块化智能流变仪,选择PP 50转子,测试距离为1 mm,温度25 ℃。
奶油乳浊液表观黏度测定为控制速率模式,剪切速率为1～100 s-1,测试时长396 s,以对数取点的方式采集数据,采集数为17。
1.3.5 奶油搅打起泡率测定
搅打时选用家用电动打蛋器,采取低档(30 s)-高档(180 s)-低档(30 s)转速搅打,当奶油出现软尖峰时停止搅打。取同体积搅打前奶油乳浊液及搅打后奶油分别称量其质量,起泡率的计算如公式(1)所示:
(1)
式中:R1表示起泡率,%;m1表示同体积搅打前奶油乳浊液质量,g;m2表示同体积搅打后奶油质量,g。
1.3.6 奶油泡沫稳定性测定
取一定量搅打后奶油室温下置于铜丝网格放置2 h,收集析出水分质量,泡沫稳定性的计算如公式(2)所示:
(2)
式中:R2表示泡沫稳定性,%;m1表示收集的奶油析水质量,g;m2表示奶油初始质量,g。
1.3.7 奶油屈服应力测定
测定模式选择振荡模式,扫描频率为1 Hz,取点时间由设备控制,剪切应变为0.1%～100%对数变化,频率恒定为1 Hz,设置25个数据点,数据点密度为8。
1.3.8 奶油触变性测定
测试模式为控制速率模式,分为3个阶段:(1)剪切速率0.1～100 s-1对数变化,时间1～10 s对数变化,设置25个数据点,密度为8;(2)剪切速率恒定为100 s-1,时间1～10 s对数变化,设置10个数据点,密度为8;(3)剪切速率100～0.1 s-1对数变化,时间1～10 s对数变化,设置25个数据点,密度为8。
1.3.9 奶油黏弹性测定
测量模式为振荡模式,取点时间由设备控制,剪切应变恒定为1%,频率0.1～100 Hz对数变化,设置25个数据点,数据点密度为8。
1.3.10 奶油乳浊液的均质
调节高压均质机压力分别为20、30、40、50、60 MPa,将奶油乳浊液加入进料口,均质1次后于出料口收集奶油乳浊液。
1.3.11 奶油乳浊液粒径测定
将奶油乳浊液于超纯水中稀释1 000倍,在25 ℃下,用马尔文激光纳米粒度分析仪测定乳液的平均粒径。
2 结果与分析
2.1 花生油体基本成分
花生油体的基本成分如表1所示,所得花生油体脂肪含量为75.10%;水分含量为22.32%,由于本实验中的花生油体是在水相中通过低速离心提取的,所以水分含量不高;蛋白质含量为1.03%,说明花生油体吸附的外源蛋白质较少。本实验所得花生油体组成与康波[14]的3种提取方法所得结果相差不大,其3种提取方法中油体提取率最高为47.99%,本实验中花生油体的提取率最高为55.35%,同时不需要添加多种酶以及缓冲溶液,转速也较低可大大减少生产成本,是一种适合大量工业生产的提取方法。
表1 花生油体基本成分
Table 1 Standard of whipped cream sensory evaluation
基本成分含量(湿基)/%脂肪 75.10±1.41a水分 22.32±0.77b蛋白质 1.03±0.07c其他 1.54±0.58c
注:表中不同字母代表显著性差异(P<0.05)(下同)
2.2 花生油体添加量(质量分数,下同)对奶油性质的影响
2.2.1 乳浊液表观黏度
黏度主要与食品的加工特性、口感、风味等有密切关系。通常所说的黏度即表观黏度,也称动力黏度,主要表征流体的剪切应力随剪切速率的变化关系。流体分为牛顿流体和非牛顿流体,牛顿流体即剪切应力随剪切速率的变化呈线性变化,非牛顿流体即剪切应力随剪切速率的变化呈非线性变化。非牛顿流体包括假塑性流体、胀塑性流体和宾汉流体,流体黏度随着剪切速率或剪切应力增大而减小的为假塑性流体,反之则为胀塑性流体。
奶油乳浊液的流动特性与其物理稳定性息息相关,其表观黏度在一定程度上可以反映奶油在搅打过程中脂肪球的聚集以及在剪切条件下的易脆性,可以更好地表征乳状液的物理状态,乳状液黏度越高,体系阻力越大,脂肪球相互碰撞的几率越小,大大降低由于脂肪球聚集而引起分层失稳的概率[15],搅打前乳状液越稳定。搅打奶油需要搅打前保持稳定而搅打后去稳定,因此,通过测定搅打前乳状液的黏度大小可以判断奶油搅打前的稳定状态。花生油体添加量对奶油乳浊液表观黏度的影响如图1所示。所有样品的表观黏度随着剪切速率的增加而降低直至趋于平缓,说明搅打前奶油乳浊液为非牛顿流体中的假塑性流体。随着花生油体添加量的增加,所有样品的表观黏度呈现增加趋势,这可能是由于花生油体添加量的增加,体系内脂肪球数量会增加,脂肪球距离减小,不同脂肪球表面的蛋白质之间的相互作用增强导致。
图1 花生油体添加量对奶油乳浊液表观黏度的影响
Fig.1 Effect of peanut oil body addition on the apparent viscosity of whipped cream emulsion
2.2.2 起泡率及泡沫稳定性
起泡率可以反映奶油乳液包裹泡沫能力的强弱,泡沫稳定性可以反映奶油泡沫结构的稳固程度。奶油起泡过程主要是依靠搅打充气第二阶段,脂肪球界面蛋白被乳化剂快速吸附,脂肪球迅速聚结形成有一定网络结构的聚结体从而形成稳定泡沫[16],因此,奶油的起泡率是由体系中蛋白质浓度和脂肪聚结程度共同决定的[17]。
花生油体添加量对奶油起泡率以及泡沫稳定性的影响如图2所示。随着花生油体添加量的增加,起泡率呈现出先升高后降低的趋势,在33%添加量时达到最高为182.5%,当添加量在24%～33%时,起泡率持续提高,这可能是由于花生油体含量增加同时脂肪球数量增加,相应的脂肪球部分聚结形成的聚结体的数量也会增加,这会促进泡沫结构的形成。当添加量大于33%,在乳化剂添加量不变的情况下,脂肪球表面蛋白质有部分不能被乳化剂竞争吸附,从而影响脂肪球聚结,不利于搅打充气;同时花生油体含量升高奶油乳浊液表观黏度过高,会减缓气体进入乳浊液的速度,两种情况共同导致起泡率下降。
奶油的泡沫稳定性决定了奶油的抗塌陷能力的大小,即奶油结构的稳固程度;引起泡沫塌陷的原因主要包括气泡的聚合、气体的扩散以及泡沫的析水[18]。影响泡沫稳定性的因素除了奶油乳浊液的流变学特性和界面膜的黏弹性之外,还包括奶油体系中脂肪球的聚结程度。泡沫稳定性随着花生油体添加量提高基本呈现增加趋势,添加量大于27%时差异不显著,均达到92%以上,泡沫稳定性较好(图2)。
2.2.3 屈服应力
奶油作为涂抹食品应该具有较好的涂抹性及稳定性,而评价涂抹性好坏的指标就是屈服应力值。屈服应力值代表维持塑性流动所需的最小剪切应力,即反映裱花所需的最小力。应力值越小,则保持流动所需的力就越小,涂抹性越好。有研究对屈服应力和涂抹性的关系进行了总结:屈服应力为100～200 Pa,奶油较软适合涂抹;屈服应力为200～800 Pa,非常适合涂抹;应力值太小奶油呈流体,塑性差流动性太好无法涂抹成型,应力值太大则奶油太硬涂抹费力[19]。同时热稳定性较好的奶油其屈服应力值也较高,利于裱花后的产品保形。
图2 花生油体添加量对奶油起泡率及泡沫稳定性的影响
Fig.2 Effects of peanut oil body addition on foaming rate and foam stability of whipped cream 注:不同小写字母表示差异显著(P<0.05)(下同)
搅打奶油屈服应力随花生油体添加量的变化如图3所示。随着花生油体添加量的增加,屈服应力表现为先升高后降低,在33%添加量时达到最高265 Pa,非常适合涂抹,这可能是由于脂肪含量的增加能够促进脂肪的聚集形成稳固的结构,奶油热稳定性增强塑性提高,因而应力也随之提高;添加量继续增加应力反而降低,原因可能与奶油的起泡率有关,此时奶油起泡率降低,奶油体系内泡沫较少不足以形成稳固结构,奶油较软塑性较差,因而应力也较低。
图3 花生油体添加量对奶油屈服应力的影响
Fig.3 Effect of peanut oil body addition on yield stress of whipped cream
2.2.4 触变性
触变性是指样品剪切速率经过升高恒定降低过程中剪切应力的变化,在此过程中应力会形成一个上行曲线一个下行曲线,两条曲线形成滞后环,也叫触变环,其面积大小即为触变性的度量,表示破坏样品内部结构所需的能量[20]。若触变环面积大,则表明内部结构越难破坏,撤销外力后恢复到原有状态所需的时间长,对于裱花体系,触变环面积越小越有利于形成清晰的纹路,但触变环面积太小,也会影响口感。
不同花生油体添加量下的奶油触变环如图4所示,可以明显看到随着油体添加量的增加触变环面积表现为先增加后降低,在33%油体添加量时到达峰值776.73 Pa/s,与屈服应力变化相同,这与王良君等[21]研究一致,触变性和屈服应力值呈显著相关。不同花生油体添加量下奶油的静态流变拟合参数如表2所示,K是稠度系数,K值越大,增稠能力越强,n是流体指数,大小代表流体偏离牛顿流体的程度,R2是相关系数,R2>0.99说明拟合程度较好。由表2可知,上行曲线和下行曲线的K值随着花生油体添加量的提高表现为先增大后减小,与触变环面积变化一致,这说明体系内增稠能力即脂肪聚合程度在花生油体添加量为33%时达到最高,内部结构稳固,奶油结构稳定。
2.2.5 黏弹性
搅打奶油属于弹性成分占主体的黏弹性体系,频率扫描结果反映了搅打奶油对频率的黏弹性响应,同时也可以间接地模拟人类的咀嚼反映食品的口感。弹性模量(G′)反映了样品贮存能量的能力,黏性模量(G″)模量反映了样品释放能量的能力,损耗系数(tan δ)定义为G″和G′的比值,直接表征了样品的黏弹特性。理想弹性固体的δ为0°,理想黏性液体的δ为90°,黏弹体δ则处于0°～90°内,tan δ越小,弹性成分越占优势,体系表现出固体特征;tan δ越大,黏性成分越占优势,体系表现出液体特征[22]。
由图5可知,所有奶油体系均表现出典型的弹性网络流变行为,在整个频率测试范围内,随着振荡频率的增大,搅打奶油的G′普遍增加且始终大于G″,这可以解释为奶油体系中的大分子形成了更多的分子连接区,进而形成了更强的凝胶网络结构[23];同时随着花生油体添加量的增加,G′和G″均表现为先升高后降低,在24%～33%添加量范围模量逐渐升高,且增加幅度更明显,这表明高浓度花生油体的增稠作用促进了体系黏度的增加以及凝胶的形成;而36%花生油体添加量下的奶油体系G′及G″反而降低,说明此时奶油凝胶网络结构不如33%稳定,这与起泡率以及屈服应力结果一致。由图6可知,5种奶油的tan δ的值始终小于1,表明所有样品中的G′始终大于G″,表现出凝胶特征。当花生油体添加量为33%时,tan δ值始终低于其余4种奶油,表明此时的奶油体系中G′占比高,弹性成分占优势,奶油表现出固体特征,结构更稳固[24]。
a-24%;b-27%;c-30%;d-33%;e-36%
图4 不同花生油体添加量下奶油的触变环
Fig.4 Thixotropic ring of cream under different peanut oil body additions
表2 不同花生油体添加量下的静态流变拟合参数
Table 2 Static rheological fitting parameters of peanut oil body with different dosage
花生油体添加量/%上行曲线下行曲线稠度系数K/(Pa·sn)流体指数n相关系数R2稠度系数K/(Pa·sn)流体指数n相关系数R2触变环面积/(Pa·s-1)249.34±0.57fg0.428±0.002d0.996 07.59±0.52h0.462±0.003a0.995 5293.24±97.33d2711.28±0.09e0.417±0.005e0.996 48.51±0.10gh0.458±0.001ab0.993 9499.91±29.95c3014.37±0.13d0.384±0.006de0.997 110.18±0.46f0.441±0.009c0.994 3606.13±29.04b3323.54±0.71a0.397±0.001f0.998 717.33±0.86b0.449±0.006bc0.997 6776.73±65.75a3615.51±0.10c0.399±0.010f0.998 011.29±0.18e0.455±0.005ab0.995 4553.33±53.86bc
图5 花生油体添加量对奶油黏弹性的影响
Fig.5 Effect of peanut oil body addition on the viscoelasticity of whipped cream
2.3 均质对奶油乳浊液性质的影响
2.3.1 乳浊液粒径
粒径是评价乳状液性能最重要的指标之一,通常情况下粒径越小乳状液越稳定。均质压力对搅打稀奶油乳浊液粒径的影响如图7所示,随着均质压力的提高粒径逐渐减小,主要原理是高压均质会通过较强的机械剪切力将脂肪球剪切成粒径更小的脂肪球,这与孟宪霞[25]所研究的超高温瞬时灭菌搅打稀奶油的脂肪球粒径随着均质压力的增加而减小保持一致。均质可使体系中的表面活性剂或蛋白质迅速吸附于新形成的脂肪—水界面即脂肪球膜上,增加脂肪球比重,有效地防止上浮;同时使脂肪球的总表面积增大,均匀地分散在乳状液中,阻止了脂肪球的重新聚合而形成稳定的乳状液提高了产品的均一稳定性[26]。
图6 花生油体添加量对奶油损耗系数的影响
Fig.6 Effect of peanut oil body addition on the loss coefficient of whipping cream
2.3.2 乳浊液表观黏度
均质压力对搅打稀奶油乳浊液表观黏度的影响如图8所示,随着剪切速率的提高,所有样品的表观黏度先急剧下降后保持平缓,为典型的剪切变稀的非牛顿流体;在同一剪切速率下,随着均质压力的提高表观黏度逐渐减小,乳状液逐渐变稀,主要原因是均质压力越大,对奶油体系内脂肪球的分散作用越强,脂肪球之间均匀分散,同时蛋白质胶体之间的络合作用减弱,乳状液黏度降低。
图7 均质压力对搅打稀奶油乳状液粒径的影响
Fig.7 Effect of homogenization pressure on particle size of whipped cream emulsion
图8 均质压力对搅打稀奶油乳状液表观黏度的影响
Fig.8 Effect of homogenization pressure on apparent viscosity of whipped cream emulsion
2.3.3 奶油起泡率及泡沫稳定性
对均质后的奶油乳浊液进行老化、速冻、解冻、打发,结果发现均质后的奶油乳浊液无法起泡成型,可能是由于均质使得奶油乳浊液黏度过低无法包裹空气,另外脂肪球变得更小更稳定,搅打过程中脂肪不能从脂肪球中释放并聚结到空气周围形成泡沫骨架结构。赵谋明等[26]也发现,均质虽然可以使搅打稀奶油粒径减小提高乳状液稳定性,但均质后的奶油其起泡率明显降低,打发时间延长,搅打性能大大受损。
通过试验发现均质不适合花生油体搅打稀奶油的加工工艺,因此最终奶油的加工工艺确定为:花生油体乳液与辅料溶液混合、高速剪切、搅拌、杀菌、老化、速冻。
3 结论
花生油体是一种纯天然油体,富含多种营养物质及不饱和脂肪酸,与氢化植物油相比更有益于人体健康。本文采用花生油体替代氢化植物油制作植脂搅打稀奶油,测定不同花生油体添加量对搅打稀奶油的乳液性质、搅打性质和流变学特性的影响,确定花生油体在植脂搅打稀奶油中最适添加量为33%,此时奶油各种指标表现最佳。最适添加量下奶油起泡率为182.50%,泡沫稳定性为95.27%,屈服应力为265 Pa,触变环面积为776.73 Pa/s,弹性模量G′占比最高,损耗系数tan δ最小。测定均质后奶油乳浊液的粒径、黏度及搅打性质,发现均质后的奶油无法打发,均质不适于花生油体搅打稀奶油的加工工艺。本研究为新型植脂搅打稀奶油的制备加工及花生油体在食品中的应用提供了一定的理论参考。
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