百香果又称为西番莲,因其独特的风味广泛应用于果汁、果酱等加工领域。我国海南、云南、广西、福建等地已形成规模化种植基地,相关产业已成为当地农业经济的重要组成部分。然而,百香果加工过程中会产生大量的果皮副产物,其质量约占果实总重的55%。果胶是存在于植物细胞壁中的酸性杂多糖,百香果果皮中果胶含量丰富,对其进行精深加工对提升副产物附加值具有重要意义[1]。
蒸汽爆破(steam explosion,SE)是一种高效的原料预处理技术,通过高温高压蒸汽瞬间泄压产生的剪切力破坏植物原料的致密结构,从而促进活性物质溶出[2]。孙俊良等[3]采用SE辅助酸法提取苹果果胶,与传统酸法相比,得率提高了10.96%,且乳化性能显著增强。杨筱含等[4]将SE预处理应用于柑橘果胶的提取,与未SE预处理相比,适当的SE预处理能显著促进果胶溶出释放,且降低果胶的酯化度。酶法提取因条件温和、环境友好等优点被广泛用于果胶制备,研究中常将纤维素酶、半纤维素酶等多种酶复配使用[5]。然而,百香果果皮质地坚硬、结构致密,单一酶法难以有效破坏细胞壁,导致百香果果胶(passion fruit pectin,PFP)溶出率偏低[6]。将SE技术与酶法提取联用有利于提高酶解效率,SE预处理破坏细胞壁结构,使内部的果胶更容易扩散至溶剂中,不仅能显著提高果胶得率,还能通过改变果胶结构来改善其功能特性[7]。
近年来,低脂酸奶逐渐受到市场的广泛关注,但脂肪的缺失会导致酸奶凝胶强度降低、乳清易析出等问题[8]。果胶作为阴离子亲水性多糖,可有效提高酸奶的黏度、增强其稳定性[9]。其中,低酯果胶能与牛奶中的Ca2+交联形成“蛋盒模型”的凝胶网络,填充在低脂酸奶松散的蛋白凝胶结构中,增强其致密性[10]。目前市售低脂酸奶中常添加柑橘果胶(citrus pectin,CP)作为脂肪替代物以稳定产品品质,但优质CP的生产高度依赖进口,成本较高[9-10]。研究表明,PFP具有良好的流变特性,可抑制脱脂乳体系中蛋白质的聚集与沉淀,表明其在乳制品领域具有应用潜力[1,11]。但关于SE预处理辅助酶法提取的PFP对低脂酸奶品质的影响,目前尚未见相关研究报道。
本研究以百香果果皮为原料,经SE预处理后优化复合酶法提取PFP的工艺条件,比较PFP与CP的结构特征差异,并系统考察2种果胶对低脂搅拌型酸奶理化性质、流变特性、质构及挥发性风味的影响。本研究旨在明确SE预处理辅助酶法提取的PFP改善低脂酸奶品质的可行性,为百香果果皮的精深加工提供新的思路。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
紫皮百香果,购自市场;纤维素酶(50 U/mg)、半纤维素酶(20 U/mg)、咔唑、半乳糖醛酸,上海源叶生物科技有限公司;柑橘果胶(GENU LM-5 LS低酯果胶),美国CP Kelco公司;硝酸钠、浓硫酸,国药集团化学试剂有限公司;鼠李糖(rhamnose,Rha)、阿拉伯糖(arabinose,Ara)、半乳糖(galactose,Gal)、葡萄糖(glucose,Glc)、木糖(xylose,Xyl)、甘露糖(mannose,Man)、葡萄糖醛酸(glucuronic acid,GlcA)、半乳糖醛酸(galacturonic acid,GalA)、崩溃酶,美国Sigma公司;脱脂奶粉,内蒙古伊利实业集团股份有限公司;酸奶发酵剂,安琪酵母股份有限公司;其余试剂均为分析纯。
1.2 仪器与设备
蒸汽爆破设备,鹤壁正道生物能源有限公司;Sigma 300扫描电子显微镜,卡尔蔡司公司;752紫外可见分光光度计,上海光谱仪器有限公司;HPSEC-MALLS多角度激光散射仪,美国Wyatt有限公司;ICS-5000+离子色谱仪、Trace-ISQ系列气相色谱-质谱联用仪,美国Thermo Fisher公司;高速冷冻离心机,杭州得聚仪器设备有限公司;Discovery HR-3流变仪,美国TA公司;TA.XT Plus质构仪,英国Stable Micro Systems公司。
1.3 实验方法
1.3.1 百香果果胶的提取工艺
1.3.1.1 百香果果皮的蒸汽爆破预处理及微观结构
根据前期优化实验,考察了不同SE压强和维压时间对PFP得率和GalA含量的影响,SE预处理的最佳条件为0.3 MPa下维持90 s。蒸汽爆破设备预先加压,称取200.0 g干燥百香果果皮置于反应仓中,待压强升至0.3 MPa后维持90 s,随后瞬间减压完成爆破,收集爆破后的果皮于50 ℃烘箱干燥。将未处理与经SE预处理的果皮粉碎,过60目筛网,经乙醇浸泡搅拌后抽滤,收集滤渣并干燥,得到SE预处理前后的百香果果皮粉。将SE预处理前后的百香果果皮粉均匀分散于导电胶上,经喷金、抽真空处理后,放大2 000倍观察。
1.3.1.2 百香果果胶的酶法提取工艺
称取适量SE预处理后的百香果果皮粉,按料液比加入纯水并调节溶液pH为5.0,按底物干重(百香果果皮粉)加入一定酶活(U)的复合酶(纤维素酶∶半纤维素酶的酶活比=5∶3),在一定温度下搅拌一段时间后,沸水浴加热10 min灭酶。冷却至室温后离心,收集上清液,加入3倍体积无水乙醇进行醇沉,沉淀经无水乙醇洗涤2次后离心,收集沉淀于50 ℃烘箱干燥,即得PFP,得率按公式(1)计算:
得率
(1)
式中:m1,SE预处理后百香果果皮粉的质量,mg;m2,干燥后PFP的质量,mg。
1.3.1.3 单因素试验
称取一定量经SE预处理后的百香果果皮粉,通过单因素试验分别考察酶活(160、320、640、800、960 U)、料液比(1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50,g∶mL)、温度(30、40、50、60、70 ℃)、酶解时间(30、60、90、120、150 min)对PFP得率的影响。
1.3.1.4 响应面试验设计
在单因素试验结果基础上,选取酶活、料液比、温度3个对实验结果影响较大的因素,以PFP得率为响应值,进行响应面试验,各因素及水平编码如表1所示。
表1 响应面试验设计的因素水平表
Table 1 Codes and levels of factors in response surface design
水平因素A(酶活)/UB(料液比)(g∶mL)C(温度)/℃-16401∶204008001∶305019601∶4060
1.3.2 基本性质测定
参照硫酸-咔唑比色法[12],以半乳糖醛酸为标准品,测定果胶中的半乳糖醛酸含量。参照BU等[13]的滴定法,测定果胶的酯化度。
1.3.3 百香果果胶的结构特征
1.3.3.1 分子质量分布测定
采用高效体积排阻色谱串联多角度激光光散射器、示差折光检测器分析样品的重均分子质量[14]。色谱柱为OHpak SB-805HQ(8.0 mm×300 mm)与OHpak SB-803HQ(8.0 mm×300 mm)串联;流动相为0.1 mol/L NaNO3溶液;样品用流动相配制为1 mg/mL的溶液,经0.22 μm水相滤膜过滤后,进样100 μL;流速0.6 mL/min,柱温40 ℃;数据采用ASTRA软件收集与分析。
1.3.3.2 单糖组成测定
根据ZHANG等[15]的方法略作修改,干燥的样品用崩溃酶溶液35 ℃孵育36 h后,100 ℃灭酶20 min,酶解液用1 mol/L硫酸100 ℃水解1 h。将水解液稀释一定倍数,经0.22 μm水相滤膜过滤后待进样分析。用于定性和定量分析的标准品包括Rha、Ara、Gal、Glc、Xyl、Man、GlcA和GalA。采用高效阴离子交换色谱串联脉冲安培检测器测定样品的单糖组成。色谱柱为Carbo PacTMPA20分析柱(3 mm×150 mm),流动相及洗脱程序参照ZHANG等[15]的方法。
1.3.4 百香果果胶对酸奶品质的影响
1.3.4.1 酸奶的制备
参照KHUBBER等[16]的方法并稍作修改。将脱脂奶粉按1∶6(g∶mL)的比例调配成复原乳,在复原乳中加50 g/L的蔗糖,分别添加0、0.5、1、1.5、2 g/L的PFP与CP,充分混合均匀后,于85 ℃水浴加热15 min,冷却至42 ℃,加入2 g/L的酸奶发酵剂,于42 ℃恒温培养箱中发酵6 h,发酵结束后搅拌破乳,置于4 ℃冷藏后熟12 h。
1.3.4.2 pH测定
取后熟完成的酸奶样品,采用pH计直接测定其pH。
1.3.4.3 持水性与脱水收缩率测定
称量空离心管的质量,记m0;加入一定量的酸奶,称量质量,记m1;4 ℃下4 000 r/min离心10 min,收集上清液并称量其质量,记m2;称量离心管及沉淀的质量,记m3。酸奶的持水性按公式(2)计算,脱水收缩率按公式(3)计算:
持水性
(2)
脱水收缩率
(3)
式中,m0,离心管的质量,g;m1,酸奶样品的质量,g;m2,离心后上清液的质量,g;m3,离心后离心管和样品的质量,g。
1.3.4.4 酸奶的质构分析
采用质构仪对酸奶样品进行质构分析,选用A/BE-d35型圆柱形挤压探头,以2.0 mm/s对样品进行10 mm的穿透测试。触发力5 g,测前速度1.0 mm/s,测后速度10.0 mm/s,停留时间5 s,记录酸奶的硬度、稠度、黏聚性、黏性。
1.3.4.5 酸奶的流变特性测定
采用40 mm直径锥板夹具,设定样品与夹具的间隙为1 000 μm,在25 ℃下进行流变特性测试。在剪切速率0.1～100 s-1范围内,测定酸奶样品的表观黏度。固定应变1%(线性黏弹区间内),在频率0.1～100 rad/s范围内,测定酸奶的储能模量(G′)和损耗模量(G″),采用TRIOS软件进行数据采集与分析。
1.3.4.6 酸奶的挥发性风味物质测定
采用气相色谱-质谱联用仪对酸奶样品的挥发性风味物质进行定性与定量分析。在萃取瓶中加入5 g酸奶样品与2 g NaCl,添加10 μL仲辛醇内标溶液,密封后于50 ℃恒温水浴锅中平衡20 min,萃取吸附30 min,随后于250 ℃条件下解吸5 min。
上机分析:气相色谱与质谱的升温程序、质谱离子源温度等具体参数参照BAO等[17]的方法,各色谱峰与NIST 2017质谱数据库进行匹配。以仲辛醇的峰面积为参比,采用内标法计算各挥发性风味物质的相对含量。
1.3.4.7 酸奶的感官评价
10名经感官指数培训的志愿者(5男、5女)从色泽、气味、滋味、组织状态对空白组、添加PFP与CP组的酸奶进行感官评价,根据GB 19302—2025《食品安全国家标准 发酵乳》略有修改,感官评分标准如表2 所示。
表2 酸奶感官评价标准
Table 2 Sensory evaluation standards of yogurt
项目评分标准得分色泽均匀,呈乳白色,略带淡黄色,有光泽16～20色泽色泽均匀,呈淡黄色,有光泽11～15色泽不均匀,呈浅灰色或灰白色,无光泽 6～10色泽不均匀,有异常颜色,无光泽 0～5具有浓郁发酵酸乳气味,奶香浓郁,无异味16～20气味具有发酵酸乳气味,奶香较淡,无异味11～15发酵酸乳气味很淡,略带油脂氧化味 6～10无发酵酸乳气味,明显的异味 0～5酸甜比例恰当,无涩味,整体味感协调24～30滋味酸甜比例较协调,无涩味,整体味感较淡16～23偏酸或偏甜,略带涩味 8～15过酸或过甜,涩味明显 0～7组织细腻均匀,无乳清析出24～30组织组织基本均匀,轻微乳清析出16～23组织粗糙,较多乳清析出,偏稀 8～15有较大结块,过稀 0～7
1.4 数据处理
实验均三平行测定,结果呈现为“平均值±标准差”。数据统计分析采用SPSS 25.0软件(P<0.05,差异显著),图表通过Origin 2022 pro绘制。
2 结果与分析
2.1 SE预处理对百香果果皮微观结构的影响
未处理和经SE预处理的百香果果皮微观形貌如图1所示。未经SE预处理的百香果果皮呈现较大的片状结构,表面光滑平整(图1-a);经0.3 MPa、90 s SE预处理后,果皮表面粗糙,呈松散的碎块结构,并有细小的裂纹和孔洞(图1-b)。这一现象与TIAN等[18]报道的SE预处理米糠微观结构的变化一致。SE预处理时产生的机械力使果皮细胞壁破碎,有利于提取过程中溶质的溶出释放。
a-未SE预处理;b-0.3 MPa,90 s SE预处理(2 000×)
图1 SE预处理前后百香果果皮的扫描电镜图像
Fig.1 Scanning electron microscopy images of passion fruit peel before and after SE pretreatment
2.2 酶法提取单因素试验结果
考察了酶活、料液比、温度和酶解时间对PFP得率的影响。如图2-a所示,PFP得率随酶活的增加呈先升高后降低的趋势,在酶活为800 U时最高。这可能是因为适量的酶能充分水解细胞壁,促进果胶释放并分散在溶液体系中。而酶活过高时,会抑制酶对底物的酶解作用,反而影响PFP溶出[19]。
a-酶活;b-料液比;c-温度;d-酶解时间
图2 不同提取因素对PFP得率的影响
Fig.2 Effects of different extraction factors on the yield of PFP
注:不同字母表示差异显著(P<0.05)(下同)。
如图2-b所示,当料液比低于1∶30(g∶mL)时,PFP得率随料液比的增加而升高;继续增大料液比,得率逐渐下降。低料液比下体系黏度过高,会降低酶对果皮组织的水解效率;而料液比过高时,体系中底物与酶的浓度被稀释,导致两者的相互作用减弱[20]。
如图2-c所示,当温度低于50 ℃时,PFP得率随温度升高而增加;高于50 ℃后得率下降。这是由于温度较低时酶活性不足,反应不完全;温度过高时,酶活性受到影响,导致对细胞壁的水解程度低。
如图2-d所示,在酶解时间30～90 min内,PFP得率呈上升趋势,90 min后趋于平缓。当时间较短时,酶与底物反应不完全,PFP未充分溶出,得率较低;酶解时间延长至90 min后,PFP的溶出达到平衡,因此得率趋于稳定。
2.3 Box-Benhnken响应面试验结果
基于单因素试验的结果,酶解时间达到90 min后PFP得率趋于平缓。考虑工艺能耗和效率,后续试验固定酶解时间为90 min。选取酶活、料液比和酶解温度为变量,进行3因素3水平的响应面提取工艺优化试验,结果如表3所示。采用Design-Expert对表3试验数据进行多元二次回归拟合得到回归方程:Y=17.35+0.24A+0.38B+0.47C+0.12AB+0.57AC-0.05BC-1.6A2-0.50B2-0.99C2。通过方差分析,由表4可知,模型P值<0.01,极显著;失拟项P>0.05,不显著,表明回归模型拟合良好。模型的决定系数R2=0.980 9,调整决定系数R2=0.956 3,表明模型精确度符合要求。由F值可知,3个因素对得率影响的显著性依次为温度、料液比、酶活。各因素交互结果如图3所示,酶活与温度之间的交互作用显著。
a-酶活与料液比;b-酶活与温度;c-料液比与温度
图3 不同因素交互作用对PFP得率的影响
Fig.3 Effects of each factor interaction on the yield of PFP
表3 PFP响应面实验设计及结果
Table 3 Box-Benhnken experimental design and results of PFP
试验号A(酶活)/UB(料液比)(g∶mL)C(温度)/℃得率/%1800305017.502800406016.603640304014.544960304014.035640205014.776960306016.107800206016.048640306014.349640405015.4010800305016.9711800305017.3012800204015.0013960405015.9614800305017.2015800404015.7716960205014.8717800305017.77
表4 回归模型的方差分析
Table 4 Analysis of variance of the established regression model
来源平方和自由度均方F值P值显著性模型22.1692.4639.86<0.000 1∗∗A0.450 410.450 47.290.030 6∗B1.1711.1718.870.003 4∗∗C1.7511.7528.270.001 1∗∗AB0.05110.0510.825 30.393 8AC1.311.320.970.002 5∗∗BC0.011 410.011 40.184 10.680 8A210.78110.78174.51<0.000 1∗∗B21.0411.0416.900.004 5∗∗C24.1614.1667.42<0.000 1∗∗残差0.432 470.061 8失拟项0.064 430.021 50.233 40.869 1纯误差0.36840.092总和22.5916
注:“**”表示差异极显著(P<0.01),“*”表示差异显著(P<0.05)。
根据回归模型,预测得到最佳工艺参数为:酶活822.4 U、料液比1∶33.85、温度52.63 ℃,该条件下PFP得率的预测值为17.497%。为便于实验操作,将最优工艺参数调整为酶活800 U、料液比1∶34(g∶mL)、温度53 ℃,在此条件下进行验证实验,PFP的平均得率为17.41%,与预测值接近,表明该模型拟合方程能较好地预测实验结果。在该最佳工艺条件下,未经SE预处理的PFP平均得率为10.67%,显著低于SE预处理组,表明SE预处理有利于酶解反应充分进行,极大地提高了果胶的溶出率。
2.4 PFP的结构特征分析
在最佳工艺条件下制备了PFP,对其化学组成和分子质量进行分析,并与商业果胶CP进行比较。由表5可知,PFP的GalA含量(比色法)为82.87%,显著高于CP;与未SE预处理组PFP的68.61%相比,提升了14.26%,这归因于SE预处理能有效破坏百香果果皮的细胞壁,提高复合酶的酶解效率,使更多的果胶暴露并扩散至溶剂中[2]。2种果胶的酯化度均低于50%,均属于低酯果胶。其中PFP的酯化度为31.85%,显著低于酶法提取PFP(67.5%)和硝酸提取PFP(84.9%)[1,21],这可能与SE预处理的剧烈条件导致果胶分子的部分甲酯基脱除有关。PFP的重均分子质量(Mw)为130.8 kDa,与CP的153.30 kDa接近。提取方法对PFP的Mw影响显著,丁宁等[22]采用硝酸提取PFP的Mw为190.5 kDa,GUO等[23]采用超声辅助草酸铵制备得到PFP的Mw为207.9 kDa,本研究中未经SE处理组的Mw为188.0 kDa,均高于SE预处理后PFP的Mw,这可能是SE预处理过程中高温、高压等剧烈环境导致部分果胶分子链片段降解所致[24]。
表5 不同果胶样品的基本性质、分子质量及单糖组成
Table 5 Basic properties,molecular weight,and monosaccharide composition of pectin samples
指标PFPCP得率/%17.41±0.45—GalA/%(比色法)82.87±2.45a76.39±1.94b酯化度/%31.85±0.56a25.56±0.95b重均分子质量/kDa130.80±8.94153.30±5.65单糖组成/mol%Rha1.07±0.06b2.80±0.08aAra2.45±0.10a1.03±0.03bGal0.75±0.06b15.43±0.27aGlc1.49±0.08b0.89±0.60bXyl0.13±0.03b0.09±0.02bGalA94.10±0.15a79.77±0.30bHGa93.03±0.19a76.97±0.26bRG-Ib5.35±0.25b22.05±0.43aGalA/(Rha+Ara+Gal)22.03±1.07a4.14±0.07b(Gal+Ara)/Rha2.99±0.07b5.89±0.07a
注:不同字母表示差异显著(P<0.05);aHG(mol%)=GalA(mol%)-Rha(mol%);bRG-I(mol%)=2Rha(mol%)+Ara(mol%)+Gal(mol%)。
单糖组成结果显示,PFP与CP均由Rha、Ara、Gal、Glc、Xyl、GalA组成,但两者单糖摩尔百分比存在显著差异。其中,单糖组成分析测定PFP的GalA含量显著高于比色法的结果,CP的GalA含量也略高于比色法。造成差异的原因可能是比色法基于硫酸水解样品后与咔唑试剂的缩合反应显色,其结果换算为质量百分比;有研究表明,一步水解无法完全释放酸性多糖的GalA,而本研究中单糖组成分析采用的两步水解法可充分水解样品,能更全面地反映样品中GalA的含量,且结果换算为摩尔百分比[25]。因此,单糖组成分析所得的GalA含量结果高于硫酸-咔唑比色法。
PFP的同型半乳糖醛酸聚糖(HG)比例高达93.03%,而鼠李半乳糖醛酸聚糖-I(RG-I)比例仅为5.35%,表明PFP是典型的以半乳糖醛酸聚糖为线性主链的HG型果胶。丁宁等[22]酸法提取PFP的HG比例为74.3%,RG-I比例为18.04%,与之相比,本研究制备PFP的HG比例显著更高,而RG-I比例较低。这可能是因为SE预处理促使侧链断裂,从而富集得到高纯度、高线性度的果胶[4]。相比之下,CP的Gal和RG-I结构域的含量分别为15.43%和22.95%,显著高于PFP。GalA/(Rha+Ara+Gal)比值可表征果胶分子的线性程度,PFP的该值为22.03,显著高于CP的4.14;(Gal+Ara)/Rha比值可表示果胶侧链的分支度,PFP的该值低于CP,表明CP的RG-I区域及侧链分支程度更高[26]。综合上述分析,PFP是一种纯度较高、以HG结构为主链、侧链较少的果胶;CP则是由HG和一定比例的RG-I构成,其RG-I区域为分支度较高的半乳聚糖链。
2.5 PFP对酸奶pH、持水性和脱水收缩率的影响
酸奶的pH是评价酸奶发酵终点的重要指标,能反映乳酸菌的生长代谢情况。如图4-a所示,所有酸奶样品的pH值均维持在4.5～4.6,PFP与CP的添加并未引起pH的剧烈波动。但在相同添加量下,PFP与CP组酸奶的pH存在显著差异,其中CP组pH随添加量增加呈先降后升的趋势,而PFP组的pH相对稳定,这表明不同的果胶对乳酸菌的代谢活动有一定的影响[27]。
a-pH;b-持水性;c-脱水收缩率
图4 不同果胶添加量对酸奶理化性质的影响
Fig.4 Effects of various pectin dosages on the physicochemical properties of yogurt
注:不同字母表示差异显著(P<0.05)。
持水性和脱水收缩率是评价酸奶品质的重要指标,能反映酸奶中蛋白凝胶网络结构的稳定性。如图4-b和图4-c所示,与空白组相比,添加PFP和CP后低脂酸奶的持水性显著提升、脱水收缩率显著降低。这是因为2种果胶均为低酯果胶,可与牛奶中大量的Ca2+形成“蛋盒”交联结构;同时,果胶分子中富含游离羧基,在酸性条件下可与带正电荷的蛋白质吸附结合,增强蛋白凝胶网络的稳定性,从而提高持水能力,这与JIA等[27]研究结果一致。在0.5 g/L低添加量下,PFP组的持水性从49.21%提升至55.83%,显著高于CP组的52.63%;脱水收缩率从50.42%降低至44.04%,显著低于CP组的47.24%。这可能归因于PFP高线性的HG结构在低浓度下与Ca2+交联,有效填充蛋白凝胶孔隙。在1、1.5 g/L添加量下,PFP组的持水性、脱水收缩率与CP组无显著差异。当添加量增至2 g/L时,CP组的持水性达62.30%,显著高于PFP组的59.52%;脱水收缩率降至最低值37.52%,显著低于PFP组的40.32%。这可能是因为CP含有的RG-I结构域和支链多于PFP,其水合能力在较高浓度下发挥主导作用[10]。综合上述分析,在0.5 g/L低添加量下,PFP对酸奶持水性与脱水收缩率的改善效果显著优于CP。
2.6 PFP对酸奶质构和流变特性的影响
质构特性是评价酸奶品质的关键指标。如图5-a和图5-b所示,空白组酸奶的硬度、黏聚性、稠度与黏性均低于各PFP与CP添加组,表明果胶分子可通过静电吸附、Ca2+交联等作用,促进酪蛋白聚集体形成,从而改善低脂酸奶的质构特性[10]。在添加量为0.5～2 g/L时,PFP组的各质构指标随添加量增加整体呈先升高后降低的趋势。这是由于适量果胶能与酪蛋白结合,增强凝胶网络结构的稳定性;果胶添加过量时会导致体系电荷失衡,破坏凝胶结构,这与XU等[28]和KHUBBER等[16]研究结果一致。相比之下,CP组的各质构指标随添加量的增加呈现上升后趋于平缓的趋势,这可能与其RG-I区域一定比例的侧链结构有关,通过水合作用增强酸奶体系的凝胶强度[26]。在0.5 g/L添加量下,PFP组的硬度为59.41 g,显著高于CP组的52.72 g,而其他添加量下PFP与CP组的各质构指标均无显著性差异,这归因于PFP高线性HG结构在低浓度下与Ca2+高效的交联能力,能有效增强凝胶强度。上述分析表明,2种果胶均能显著改善低脂酸奶的质构特性,但其改善效果与果胶的结构特征有关。
a,b-PFP与CP酸奶的质构特性;c,d-PFP与CP酸奶的表观黏度;e,f-PFP与CP酸奶的动态频率扫描
图5 不同果胶添加量对酸奶质构和流变特性的影响
Fig.5 Effects of various pectin dosages on the textural and rheological properties of yogurt
注:不同字母表示差异显著(P<0.05)。
表观黏度和动态黏弹性能反映酸奶的质地特性及稳定性,果胶作为阴离子多糖,在调节酸奶流变学行为中发挥着关键作用。如图5-c和图5-d所示,所有酸奶样品的表观黏度随剪切速率增加而降低,表现为明显的剪切稀化现象,这是由于剪切力破坏了酸奶中的蛋白质凝胶网络结构[29]。与空白组相比,添加PFP和CP酸奶样品的表观黏度均有不同程度的增加,这表明果胶分子与酪蛋白相互作用形成稳固的凝胶结构和聚集颗粒,限制水分流动,从而提高体系黏度[30]。此外,酸奶的表观黏度还受果胶分子特性的影响,添加CP的酸奶初始表观黏度高于PFP,这可能归因于CP含有支链相对较多的RG-I结构域,赋予其较强的水合能力[8]。
频率扫描结果反映了酸奶储能模量(G′)和损耗模量(G″)的变化,G′代表酸奶的弹性,G″代表酸奶的黏性。如图5-e和图5-f所示,所有样品在测试频率范围内,G′均大于G″,表现为典型的黏弹性特征。添加PFP与CP的酸奶的G′值均高于空白组,这可能归因于果胶作为阴离子多糖,可通过静电相互作用与蛋白质结合,形成果胶-蛋白质复合凝胶[31]。此外,低酯果胶还能与Ca2+交联形成网络结构,增强蛋白凝胶结构的致密性,进而提升酸奶的黏弹特性[32]。CP组的G′值随其添加量增加而增大,而PFP组在1.5 g/L添加量时G′值最高,添加量增至2 g/L时下降。这可能是因为SE预处理后PFP的GalA含量较高,过量添加会导致游离羧基含量过高,体系电荷饱和,干扰蛋白质凝胶网络的形成,从而降低酸奶的黏弹性[27]。结合上述分析,PFP与CP均能显著改善低脂酸奶的流变学特性,PFP在适宜添加量下能提升酸奶的动态黏弹性。
2.7 PFP对酸奶挥发性风味物质及感官品质的影响
基于上述实验结果,在1.5 g/L添加量下PFP与CP对酸奶的持水性、脱水收缩率及质构特性的改善效果无显著差异,且对酸奶的流变学特性有较好的改善,因此选择该添加量分析2种果胶对低脂酸奶挥发性风味物质及感官品质的影响。
空白组及添加PFP、CP的酸奶挥发性风味成分如图6-a所示,共检测出25种挥发性风味物质,包括8种酸类、7种醇类、2种醛类、7种酮类和1种酯类。酸类、酮类、醇类为酸奶样品中的主要挥发性风味成分,这一结果与文献报道类似[33-34]。与空白组相比,添加2种果胶未显著改变酸奶中挥发性化合物的整体组成,但能调节各风味化合物的相对含量,促进特征风味物质的生成。
a-挥发性风味物质热图;b-感官评价雷达图
图6 不同果胶对酸奶挥发性风味物质及感官品质的影响
Fig.6 Effects of different pectin on volatile flavor compounds and sensory quality of yogurt
酸类化合物对酸奶的整体风味贡献显著,3个酸奶样品中,丁酸、己酸和辛酸为主要酸类成分,赋予酸奶典型的酸乳味和奶香味。添加PFP与CP后,丁酸含量上升,增强了奶油香气。辛酸能赋予酸奶发酵乳的特征香气,但其含量过高易产生不良风味,与空白组相比,实验组辛酸含量显著降低,说明添加果胶有助于减少酸奶中的不良风味[17]。
醇类的前体主要为多不饱和脂肪酸,这类物质的风味阈值较高,对酸奶整体风味的贡献相对较小。3个样品中共有的醇类物质为1-壬醇、2-丙基-1-庚醇、1-十二烷醇,主要赋予酸奶果香和油脂香。与空白组相比,PFP、CP添加组的2-丙基-1-庚醇含量均显著增加,表明果胶的添加促进了果香风味的形成。苯甲醇仅在PFP组中检测到,赋予酸奶独特的花香。
醛类物质的风味阈值低,低浓度下就能呈现出特征气味。具有果香和清香气味的乙醛仅在PFP、CP添加组中检出,表明添加果胶促进了乙醛生成,丰富了酸奶风味。PFP组酸奶中苯甲醛的含量显著高于空白和CP组,赋予酸奶独特的杏仁坚果香气[17]。
酮类物质主要源于不饱和脂肪酸的降解。3-羟基-2-丁酮在所有样品中均有较高的含量,是赋予酸奶特征发酵乳香气的关键物质。此外,还检测出2-庚酮、2-辛酮、2,3-丁二酮等具有奶香气味的风味物质。含有奇数碳原子的甲基酮有坚果奶油的香味,2-羟基-3-戊酮仅在添加PFP、CP组中检出,可赋予酸奶独特的坚果香气[17]。此外,在PFP组中还检出3-壬烯酸甲酯,丰富了果香层次。
样品聚类显示,CP组与PFP组先聚为一类,说明两样品间的风味物质组成高度相似。风味物质聚类显示,酮类、醛类等聚为一大类,挥发性脂肪酸类、醇类和部分酮类等聚为一类,这种聚类模式反映了不同风味物质的代谢来源差异。上述分析表明,PFP与CP均能有效改善低脂酸奶的风味。
以色泽、气味、滋味、组织和评价总分为指标,将空白组与添加PFP、CP的酸奶感官评价结果绘制成雷达图,结果如图6-b所示。在色泽方面,3组样品均为乳白色,带有光泽;在气味方面,添加PFP与CP组的发酵乳气味层次更丰富;在滋味方面,3组样品均无涩味,酸甜适中,表明添加PFP与CP未对酸奶滋味产生不良影响。在组织方面,添加PFP与CP的评分显著高于空白组,样品细腻均匀、黏度适宜。综合感官评价结果,添加PFP与CP组的感官总评分高于空白组,说明两者均能较好地保持酸奶原有的感官特性,且在组织状态方面有显著改善。
3 结论
本研究优化了SE预处理辅助酶法提取PFP的工艺,采用0.3 MPa,90 s的SE条件预处理百香果果皮后,在复合酶酶活800 U、料液比1∶34(g∶mL)、酶解温度53 ℃、酶解时间90 min的条件下,PFP得率达17.41%,较未预处理组提高6.74%。所制备的PFP是高度线性的HG型低酯果胶,其重均分子质量为130.8 kDa。PFP对低脂酸奶品质的改善效果与添加量相关,在低添加量下,PFP对酸奶持水性、脱水收缩率和硬度的改善效果显著优于商业果胶CP。此外,添加PFP能促进酸奶中醛类、酮类等特征风味物质形成,且感官总评分较高,未产生不良风味。综上,本研究结果表明,SE预处理辅助复合酶法制备的PFP可作为天然多糖稳定剂用于低脂酸奶的品质改良,为百香果果皮的高值化开发及PFP的商业化应用提供了理论依据。
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