花生酱是备受欢迎的花生加工产品,在花生类食品中占比接近四成[1],不仅风味香浓醇厚,而且营养丰富,在水饺、面包、面条等餐饮食品中应用广泛,近年来消费量稳步增长。花生酱富含油酸和亚油酸,对人体心血管系统具有一定的保护作用,有助于调节血脂水平,同时还能起到稳定血压的作用[2]。但花生酱中的脂肪酸多为单不饱和脂肪酸,二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid,EPA,C20:5n-3)、二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid,DHA,C22:6n-3)等多不饱和脂肪酸含量不足。目前对花生酱的研究大多围绕其稳定或风味进行,对花生酱营养强化产品的研究相对较少。
鱼油富含ω-3多不饱和脂肪酸,具有重要的健康功效。其中DHA和EPA在抗氧化、抗肿瘤和预防心血管疾病等方面发挥重要作用。每天适量摄入一些n-3多不饱和脂肪酸对健康有益,DHA+EPA的最佳摄入量为0.25 g/d[3]。然而多不饱和脂肪酸含有多个双键,受到加热或光刺激易发生氧化反应,生成小分子醛、酮类、羧酸等脂质氧化产物,产生不可接受的异味,还具有诱发炎症、心血管疾病和癌症等严重疾病的风险[4]。鱼油的鱼腥味和氧化稳定性较差的缺陷严重限制其在普通食品中的应用。而通过微胶囊技术可将鱼油制备成鱼油微胶囊,有效隔绝氧化因子,避免有害脂质氧化产物生成。相较于其他微胶囊制备工艺,复合凝聚法是基于2种带有相反电荷的聚合物以静电作用相互交联,制成复合型壁材的微胶囊的一种方法。复合凝聚法的反应条件温和,相关研究报告较多,目前绝大多数研究仍集中于微胶囊制备与性能表征,将复合凝聚法制得的鱼油微胶囊作为营养强化剂添加到调味料中的研究报道较少。
随着国民经济的持续增长和居民消费能力的增强,人们对调味料对追求渐渐从“美味”转变为“健康”与“高营养价值”。我国大众膳食中ω-3优质油脂的摄入量普遍偏低,健康大数据不容乐观[5],有营养专家提出研发推广大众消费的ω-3营养强化食品是提高公众ω-3摄入水平的有效途径。因此,本研究以金枪鱼油为芯材,通过复合凝聚法制备金枪鱼油微胶囊,并将其作为营养强化剂添加至花生酱产品中,分析营养强化花生酱的感官和理化品质,为开发功能性花生酱产品及其推广应用提供参考依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
花生酱,常州新食饮生物科技有限公司;金枪鱼油,澳大利亚Nu-MEGA公司,实验前于-35 ℃冰箱保存;猪皮明胶(A型,～300 g bloom),德国Sigma-Aldrich有限公司;其他试剂均为分析纯。
1.2 仪器与设备
3-30KS台式高速冷冻离心机,德国Sigma离心机有限公司;CR8专业版分光色差仪,深圳市三恩时科技有限公司;TM S-Pro物性分析质构仪,美国FTC公司;PEN 3电子鼻,北京盈盛恒泰科技有限责任公司;HAAKE MARS Ⅲ模块化高级流变仪,赛默飞世尔科技有限公司;Mrtrohm 74油脂氧化稳定性测试仪,瑞士万通公司。
1.3 实验方法
1.3.1 鱼油微胶囊的制备
参考汤夕瑶等[6]方法并作部分修改。称取12 g明胶和150 g超纯水于烧杯中,置于50 ℃水浴锅中泡发12 h。将泡发好的明胶溶液置于搅拌器中以1 200 r/min 预乳化5 min,期间将20 g鱼油逐滴滴入明胶溶液。预乳化结束后进入乳化阶段。在冰浴的条件下20 000 r/min乳化一定时间后得到O/W乳液。向烧杯中加入50 g超纯水和112.5 g的质量分数为0.53%的六偏磷酸钠溶液,同时启动搅拌器1 200 r/min搅拌。将乳液的pH值调节至4.62左右,启动匀速程序控温系统。最后将制备好的含有微胶囊的混合液置于100 mL离心管中,在10 000 r/min、5 ℃离心10 min,去除上清液,得到湿微胶囊(含水量约为78%,质量分数),并将其置于0 ℃的环境中储存。
1.3.2 花生酱样品制备
首先准确称取20 g花生酱(不含其他配料)于烧杯中,加入质量分数为50%(以花生酱总质量为基准,下同)湿微胶囊或质量分数为7.5%液态金枪鱼油,充分搅拌混合均匀(混合至样品颜色分布均匀)。同时设置空白对照组,空白组不添加微胶囊或鱼油,其余处理均与微胶囊组、鱼油组相同。
1.3.3 不同花生酱的感官评价
参考刘玉兰等[7]的方法进行感官评价,感官评价标准如表1所示。试验中共有5个评定项,满分设为100分。组织10名经过培训且味觉灵敏的食品专业学生组成评价小组,男女人数占比均为50%。每个小组成员单独评定各个指标,为了避免受到上一个样品残留的滋味影响,评定小组成员在评定样品之前需要先用清水漱口,并记录各感官评定小组成员的评价结果,结果取平均值并以雷达图呈现。
表1 ω-3 营养强化花生酱感官评价标准
Table 1 Sensory evaluation standard for ω-3 nutrition fortified peanut butter
项目评价标准分值范围/分色泽色泽呈棕黄色,无黑点出现,有光泽14～20色泽呈黄色,有少量黑点,光泽度不够7～13色泽呈过浅或过深的黄色,无光泽0～6香味花生香味浓郁,无鱼腥味14～20花生香味较浓郁,有少许鱼腥味7～13有少许花生香味,鱼腥味较重0～6组织状态流动性好,涂抹顺畅14～20流动性较好,有少量结块,涂抹性一般7～13流动性不好,过稀或过稠,涂抹不均匀0～6口感口感细腻,甜、咸度适中,黏稠感较好14～20口感较细腻,轻微厚重感和颗粒感,口融性较好7～13口感粗糙且厚重,颗粒感较重,难以下咽0～6总体可接受性总体感觉较好,可接受程度高14～20总体感觉一般,可接受程度一般7～13总体感觉较差,难以接受0～6
1.3.4 不同花生酱的色泽分析
色差仪使用前需进行预热与校正,减少误差的产生。称取花生酱10 g平铺于培养皿内,色差仪贴紧样品平铺的样品表面,选取中心及边缘4个方位(上、下、左、右)共5个点位进行检测,得到样品的亮度值(L*)、红绿度值(a*)、黄蓝度值(b*),结果以5个点位的平均值表示[8]。
1.3.5 不同花生酱的质构分析
将样品盛入培养皿内,用质构仪测定3组花生酱的质构特性。测定条件:运行模式TPA,探头为P36,测前速度3.0 mm/s,测试速度1.0 mm/s,下降距离10 mm,测后速度5.0 mm/s[9]。
1.3.6 不同花生酱的流变特性
1.3.6.1 表观黏度与剪切速率的关系
使用高级流变仪测定样品的剪切速率与表观黏度之间的关系。具体测定参数如下:稳态剪切程序,测试温度为25 ℃,35 mm、2°椎板,间距1 000 μm,剪切速率从0.01 s-1增加100 s-1,再从100 s-1降低到0.01 s-1。
1.3.6.2 温度对表观黏度的影响
使用高级流变仪测定温度对样品的表观黏度的影响。测定参数如下:35 mm平板,测试温度为25～60 ℃,升温速率7 ℃/min,剪切速率10 s-1。
1.3.7 不同花生酱的离心乳析率测定
参考刘日斌等[10]方法进行测定。取5 g左右的花生酱样品并置于50 mL的离心管中,花生酱质量记为m1。离心管和花生酱的总质量记为m2。接着把质量相等的离心管样品放入离心机中10 000 r/min、20 ℃离心15 min。离心结束后立刻将离心管取出并倒置,待油完全倒出后,将残留在离心管管壁的油擦去,称重并记质量为m3。离心乳析率计算如公式(1)所示:
离心乳析率
(1)
1.3.8 不同花生酱的氧化稳定性
称取约2 g的花生酱样品,将其置于油脂氧化稳定性测试仪中,对样品进行诱导氧化,测定其氧化诱导时间[11]。具体参数如下:加热温度100 ℃,气流速率20 L/h。本试验用样品的氧化诱导时间代表样品的氧化稳定性指数。
1.3.9 不同花生酱的风味分析
电子鼻的各传感器的性能描述见表2。测定参数:检测时间60 s,清洗时间60 s,准备时间5 s,每组样品平行测定3次[12]。
表2 电子鼻传感器性能描述
Table 2 Performance of electronic nose sensor
阵列序号传感器名称性能描述1号W1C芳香成分,苯类2号W5S灵敏度大,对氮氧化物很敏感3号W3C芳香成分灵敏,氨类4号W6S主要对氢化合物有选择性5号W5C短链烷烃芳香成分6号W1S对甲基类灵敏7号W1W对硫化物灵敏8号W2S对醇类、醛酮类灵敏9号W2W对芳香成分、有机硫化物灵敏10号W3S对长链烷烃类灵敏
1.4 数据处理
除感官评价外,以上实验均平行测定3次。用 Excel 2019软件对初始数据进行整理;用SPSS 26.0对数据进行单因素ANOVA方差分析,多重比较选用最小显著差数法,显著性水平设为0.05(P<0.05代表差异显著,P>0.05则代表差异不显著)。试验测定结果以用“平均值±标准差”的形式呈现;用Origin 2021软件进行作图。
2 结果与分析
2.1 不同花生酱的感官评价
良好的感官品质是消费者选购花生酱的重要依据之一[13]。3组花生酱样品的外观见图1。如图2所示,3组花生酱表现出明显的接受度差异,空白组因其纯粹的花生香气在香味方面获得最高评分,而鱼油组由于游离鱼油腥味物质的直接释放导致其香味和总体可接受性显著降低。微胶囊组因壁材的物理阻隔作用,有效抑制了鱼腥味的逸散,使其风味接受度优于鱼油组。在组织状态方面,微胶囊固体颗粒的增加导致体系流动性略低于鱼油组。然而微胶囊组在总体可接受性上的综合表现仍显著优于鱼油组,这表明微胶囊化通过风味控释,在保证ω-3营养强化的同时实现了感官品质的优化平衡。
a-微胶囊组;b-鱼油组;c-空白组
图1 不同花生酱的外观图
Fig.1 The appearance of different peanut butter
图2 花生酱的感官评价得分
Fig.2 Results of sensory evaluation of peanut butter
2.2 不同花生酱的色泽分析
花生酱的外观是消费者在选购时的重要感官评价指标之一,色泽会影响产品的吸引力和市场接受度[14]。如表3所示,总体来说,3组花生酱在色泽上差别不大,其中微胶囊组酱体L*值、a*值和b*值均为最高,呈现较为明亮、偏黄的色泽。这可能是由于加入的湿微胶囊的颜色为白色,导致花生酱整体的亮度值升高。尽管3组间的色度值存在差异,但总体色度变化范围处于消费者可接受的花生酱色泽范畴内,说明鱼油微胶囊的添加虽改变了色泽参数,但未对产品外观品质产生负面影响。
表3 花生酱的色度值
Table 3 Color parameters of peanut butter
组别L∗a∗b∗微胶囊组48.96±1.40a7.44±0.94a16.14±3.50a鱼油组48.30±1.82a6.25±0.96a13.02±2.34a空白组45.21±2.24b7.14±1.03a15.16±3.15a
注:不同小写字母代表有显著性差异(P<0.05)(下同)。
2.3 不同花生酱的质构分析
质构特性是决定花生酱品质及影响消费者对花生酱的喜爱程度的关键因素之一[15]。在花生酱的质构特性中,主要分析的是硬度、黏性、凝聚性和咀嚼性4个指标。如果花生酱的硬度低于100 g,花生酱的流动性较强,不适应涂抹。如果花生酱的硬度超过550 g,花生酱的黏稠性较强,导致其口感不佳并且难以用于涂抹[16]。花生酱的黏性指其与上回探头的作用力,黏性可直接影响消费者在食用时的口感体验;凝聚性指酱体内部分子的结合程度,可体现其体系的稳定性;咀嚼性反映的是将花生酱充分嚼碎至可吞咽状态所需消耗的能量[17]。
如表4所示,微胶囊组呈现出适中的硬度(608.50 g)和咀嚼性(1.15 N),同时具有最高的黏性[-15.04 (g·s)]和凝聚性(0.06),表明微胶囊壁材与花生酱基质形成了稳定的复合结构,分子间相互作用力增强,有助于提高花生酱体系内部结构的稳定性。而鱼油组因游离鱼油的塑化作用导致硬度(376.80 g)和咀嚼性(0.61 N)显著降低,体系内聚力减弱,流动性增强,适宜涂抹,但体系稳定性下降。空白组则因天然花生体系的致密网络结构表现出最高硬度(765.87 g)和咀嚼性(2.04 N),在实际应用中口感不佳且难以用于涂抹。因此,鱼油微胶囊的添加优化了花生酱的质构特性,并使花生酱体系内部结构更稳定。
表4 花生酱的质构特性
Table 4 Textural properties of peanut butter
组别硬度/g黏性/(g·s)凝聚性咀嚼性/N微胶囊组608.50±234.19a-15.04±3.17a0.06±0.01a1.15±0.05a鱼油组376.80±150.07b-14.26±0.51a0.04±0.01a0.61±0.44b空白组765.87±144.20a-13.85±0.43a0.05±0.01a2.04±0.71a
2.4 不同花生酱的流变特性
2.4.1 表观黏度与剪切速率的关系
当剪切速率从0 s-1增加至100 s-1,再从100 s-1降低至0 s-1时,样品的表观黏度出现滞后现象,样品表现出触变性。触变性是指样品随着剪切应力(速率)的增加,内部结构遭到破坏,当停止作用力后,样品不能及时恢复到原来的结构,导致在一样的剪切速率下出现黏度差异,进而出现一个触变环。根据文献报道,样品的触变环面积与其流变学特性有较大的相关性,面积越大,其流变学稳定性越差,其内部结构被破坏后恢复回原结构所需时间就越长[16]。由图3可知,所有组别的花生酱均表现出剪切稀化行为和触变特性,其表观黏度随剪切速率的增加而显著下降,且在剪切速率回落过程中出现明显的滞后现象,形成触变环。其中鱼油组具有最低的初始表观黏度和最大的触变环面积,表明其内部结构较弱,在剪切作用下更易发生不可逆破坏,流变学稳定性最差[18]。相比之下,微胶囊组表现出较高的初始黏度和较小的触变环面积,可能是微胶囊壁材与花生酱基质形成的复合网络结构具有更强的机械强度和结构恢复能力[19]。微胶囊的添加虽在一定程度上降低了花生酱常温下的流动性,但有效提升了体系的流变学稳定性和抗剪切能力,可有效抑制花生酱储存过程中的相分离现象。
a-微胶囊组;b-鱼油组;c-空白组
图3 花生酱的表观黏度与剪切速率的关系
Fig.3 Relationship between apparent viscosity and shear rate of peanut butter
2.4.2 温度对表观黏度的影响
图4中温度对表观黏度的影响曲线显示,整体上看,随着温度从25 ℃升高至60 ℃,所有组别的花生酱样品表观黏度均呈现显著下降趋势,这主要源于流体受热膨胀,分子间流动性增强、相互作用力减弱,导致黏度下降[16]。鱼油组表观黏度下降曲线最为平缓,说明游离鱼油的添加显著降低了体系的内聚能密度,其较低的界面张力和分子极性使其在热作用下更易发生定向流动,从而体现出更优的热稳定性和涂抹适用性。相比之下,微胶囊组与空白组的黏度在高温区间(40～60 ℃)下降速率显著减缓,这可能由于微胶囊壁材在升温过程中发生结构重组与分子链舒展,增强了体系内部摩擦阻力与空间位阻效应,部分抵消了因热运动导致的黏度下降,而空白组中花生蛋白与天然油脂形成的稳定网络结构也表现出类似的热抵抗行为[20]。综合下降的平缓趋势和起始表观黏度来看,鱼油组的涂抹性可能优于其余2组。
图4 花生酱的表观黏度与温度的关系
Fig.4 Relationship between apparent viscosity and temperature of peanut butter
2.5 不同花生酱的离心乳析率的测定
油酱分离是影响花生酱货架期的因素之一[21]。这是由重力的作用与体系内分子的布朗运动导致的。这些游离析出的油脂暴露后易被氧化,导致油脂酸败,甚至产生一些对人体有害的物质,进而会影响花生酱的感官特性和品质。因此离心乳析率是评价花生酱稳定性的常用指标之一[22]。图5中离心乳析率数据显示,微胶囊组、鱼油组和空白组的乳析率分别为8.45%、10.83%、8.11%,鱼油组显著高于其余2组(P<0.05),说明未包埋的鱼油因与花生酱基质相容性较差、界面张力较大,导致油脂易于迁移和聚集,并在离心作用下加速析出。而微胶囊组因鱼油被复合凝聚物有效包封,形成了稳定的固-液界面结构,改善了鱼油在体系中的分散均匀性,抑制油脂的迁移与析出,使其离心乳析率与空白组无显著差异,从而显著改善了花生酱在贮藏过程中的结构稳定性。
图5 花生酱的离心乳析率
Fig.5 Oil separation rate of peanut butter under centrifugation
注:不同小写字母表示不同处理之间存在显著差异(P<0.05)(下同)。
2.6 不同花生酱的氧化稳定性
由于花生酱中富含高不饱和脂肪酸,其贮藏稳定性是消费者选购时的关注点之一。图6为3组花生酱样品的氧化诱导时间曲线图,总体上看,3组样品的电导率均随时间推移逐渐呈现上升的趋势,这与花生酱体系中物质的氧化分解产生带电粒子有关。空白组、微胶囊组和鱼油组的氧化诱导时间分别为34.46、32.77、30.11 h,其中鱼油组的氧化稳定性显著低于其余2组(P<0.05),而微胶囊组虽略低于空白组,但仍显著高于鱼油组(P<0.05)。这种差异主要归因于微胶囊的复合壁材对鱼油的包埋效果,有效阻隔了O2、光照等外界环境因素,延缓了多不饱和脂肪酸的氧化进程。而直接添加的鱼油缺乏壁材保护,直接暴露在花生酱体系中,额外增加的DHA和EPA等多不饱和脂肪酸更易发生自动氧化反应,生成氢过氧化物并进一步分解为醛、酮等挥发性异味物质,导致体系稳定性下降[23]。这一结果与XUAN等[24]报道的类似,微胶囊壁材致密的结构会减少与O2之间的接触表面积,从而抑制O2扩散并增强其稳定性,这也进一步体现了功能性油脂微胶囊化在提高食品基质氧化稳定性方面的应用潜力。
图6 花生酱的氧化稳定性
Fig.6 Oxidative stability index of peanut butter
2.7 不同花生酱的风味分析
电子鼻检测是一种新型风味检测手段,电子鼻系统通过模仿人类的嗅觉感知来测定样品的风味物质。相较于其他方法,电子鼻检测具有分析速度快、检测结果客观、重复性好等优点[25]。在电子鼻风味分析中(图7-a),3组样品的挥发性风味特征呈现显著差异,其中W5S(对氮氧化物敏感)和W6S(对氢化合物有选择性)传感器的响应值差异最为突出,这种差异的原因可能是微胶囊和鱼油的添加掩埋了部分原有的花生香气。同时根据检测数据绘制了主成分分析(principal components analysis,PCA)图。PCA能够将电子鼻检测系统中多个传感器的响应值转化为低维空间中的综合变量。累计方差贡献率之和越大,表明多指标的信息越能够被主成分更好地反映出来[25]。PCA结果显示,PC1与PC2的累计方差贡献率达87.6%,有效区分了3组样品的风味轮廓,鱼油组因游离鱼油的腥味及其中多不饱和脂肪酸的氧化产物(如己醛、壬醛等),导致其风味轨迹显著偏离。而微胶囊组由于明胶-磷酸盐复合壁材的物理阻隔作用,有效抑制了鱼油挥发性异味物质的释放,使其风味特征更接近空白组。然而微胶囊在加工过程中仍会因界面渗透和机械损伤释放少量鱼油异味,导致其风味轨迹虽与鱼油组分离但仍未与空白组完全重合。因此,微胶囊化可通过控释机制缓解风味冲突,但仍无法彻底消除鱼油添加对花生酱基质原有香气体系的干扰。
a-不同花生酱电子鼻雷达图;b-PCA图
图7 电子鼻雷达图和PCA图
Fig.7 Radar plot and PCA of electronic nose data
3 结论与展望
本研究系统评估了添加鱼油及鱼油微胶囊对花生酱品质特性的影响。在色泽方面,微胶囊组和鱼油组无显著差异;在质构特性方面,相较于其余2组,微胶囊组硬度和咀嚼性适中,黏性和凝聚性略高,在贮存时更不易油酱分离;在流变特性方面,鱼油组可能有更适宜的涂抹性。但在离心乳析率和氧化稳定性方面,微胶囊组均显著优于鱼油组。因此,综合各指标来看,在花生酱中添加鱼油微胶囊比直接添加鱼油更有效提升花生酱的综合稳定性。
本研究为营养强化型花生酱的配方优化与产品开发提供了理论依据和技术支持。未来研究重点可围绕以下3个方面展开:a)优化产品感官与物理特性,重点改善微胶囊强化花生酱的口味接受度与涂抹性能,提升消费者体验;b)评估产品稳定性与生物利用度,开展货架期预测研究,并通过体外模拟消化模型评价鱼油在消化过程中的释放效率和生物可利用性;c)开发复合营养配方,探究鱼油微胶囊与膳食纤维、益生菌等功能成分的相容性与协同作用,推动复合型营养强化配方研发。
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