酱油的主要成分冷冻分配规律

郑爽,朱新贵,曾小波

冷冻法浓缩技术是低温常压加工工艺,可减少物质中挥发性芳香成分的损失和酶、色素等热敏性成分的变化。在日本和西方国家,对冷冻浓缩的研究比较多,有用冷冻浓缩工艺制作速溶咖啡、橙汁的应用报道,浓缩咖啡时有效成分损失小于 1%[1]。在法国的一些葡萄酒厂,也用冷冻浓缩工艺提纯浓缩葡萄酒,以保护酒内的维生素及活性物质[2]。

国内张春娅等通过对葡萄酒进行冷冻分离试验,发现乙醇和还原糖易于通过冷冻法在液相中浓缩分离,可改善干白葡萄酒的品质[3]。詹晓北介绍了冷冻浓缩技术在啤酒工业中的应用,表明该技术可在除去冰晶的同时除去形成混浊的多酚、丹宁酸等物质,从而减少啤酒的贮存容积等[4]。随着社会对高档产品的需求量增加以及制冷设备可靠性提高和价格下降,冷冻工艺有着越来越广泛的应用。本试验主要研究在低温冷冻状态下酱油各项组分在冰相和液相的分配规律,为酱油成品的综合利用提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

精滤一级头抽,李锦记 (新会)食品有限公司。高低温试验箱,东莞市高天试验设备有限公司;数显双温度计 (HC-03),杭州洪昌科技有限公司 ;紫外可见分光光度仪(UV-1100),北京莱伯泰科有限公司;氨基酸自动滴定仪 (702S M),瑞士万通中国有限公司;氨基酸自动分析仪 (日立 855-350),天美科技有限公司;电导率仪 (DDSJ-308a),上海精密科学仪器有限公司;自动差示扫描量热仪 (DSC-60),岛津国际贸易 (上海)有限公司。

1.2 方法

1.2.1 酱油冷冻曲线的绘制

调节高低温试验箱于一定的温度,待温度恒定将1 000 g可溶性固形物为 35%,初温为 25℃的酱油置入其中。同时插双温度计探针于酱油几何中心处,每隔 1 min记录 1次温度。根据所得温度与时间数据绘出相应冻结曲线。由冻结曲线可确定样品的冰点,完全冻结温度与时间。

1.2.2 酱油各主要成分与物理特性的测定

将样品分别置于 -20.5,-22.5,-24.5,-26.5,-28.5℃冷冻 48 h后,把所得的冰和液相迅速分离并测定两相中各主要成分。

1.2.2.1 氨基酸态氮,总酸

自动电位滴定法测定。

1.2.2.2 还原糖

亚铁氰化钾快速法[5]。

1.2.2.3 盐分

AgNO3滴定法[5]。

1.2.2.4 氨基酸组成分析

准确称取 1 g样品定容至 100 mL,取样品稀释液 2 mL加入 2 mL磺基水杨酸和 1 mL,0.02 mol/L盐酸,沉淀 1h后离心取上清液进行氨基酸自动分析检测。

检测条件:日立 855-350型色谱柱;柱温:57℃;反应柱温:134℃;流速 0.1 mL/min。

1.2.2.5 冰点

电导率法测定。

1.2.2.6 低共熔点

自动差式热量扫描仪测定。

2 结果与分析

2.1 酱油温度与冻结率的关系

根据各冷冻温度下,冷冻 48h时所得到的酱油冰液相体积比,计算出冻结率并绘制温度与冻结率关系曲线,结果见图1。从图1可知,酱油在 -20.5℃时冻结率为 2.18%,随着温度的降低,冻结率逐渐增大,温度为 -29.5℃时,冻结率达到 95.3%。当温度降至 -30℃时,酱油完全冻结。

图1 不同冷冻温度对冻结率的影响

2.2 酱油冷冻曲线的绘制

将高低温试验箱调至 -30℃待温度恒定后,取1 000 g酱油同时将双温度计探针插入其几何中心位置进行冷冻测试,观察从室温至 -30℃过程中酱油的液体中心温度随时间变化的规律,结果如图2所示。

从图2可看出,酱油的冻结曲线经过以下阶段:(1)初始阶段即从初温到冰点 (A～C)。头抽从初始温度 20℃即A点开始降温,达到其过冷点 B点,由于冰晶开始形成,释放的相变潜热使头抽的温度迅速回升到冻结温度 C即头抽的冰点 -20.3℃。这时放出的是显热,与全都放出的热量比较,它的量很小。加之头抽温度与冷却介质的温差最大,故降温快,曲线较陡。

(2)冻结阶段 (C～D)。头抽中绝大部分水分在这个阶段结成冰,此阶段由于水分的冻结,在冷冻过程中头抽中的盐分等其他成分浓度不断提高,造成冰晶点降低,溶液温度下降。曲线呈下降趋势。此外冻结阶段由于冰体析出系统放出凝固潜热,这使得头抽的降温速度较之前变得缓慢。

(3)低共熔阶段 (D～E)。头抽于 D点达到低共熔温度即 -26.7℃,此时冰体和溶质一同析出,且两者具有固定的比列,溶液不仅与溶质平衡,而且与冰体也平衡。此后溶液的组成不再改变,故本阶段曲线呈现平台。

(4)终了阶段 (E～F)。此阶段头抽绝大部分变为固体,以较快的速率降温,达到最终温度 -30℃即F点,此时头抽全部为固体并与外界空气同温。并且可得头抽完全冻结时间为 4.3 h。

2.3 酱油主要成分在不同冷冻温度下的分配

试验通过调节高低温试验箱的冷媒温度为-20.5,-22.5,-24.5,-26.5,-28.5℃,将 1 000 g酱油置于各温度下冷冻 48 h。冷冻结束后迅速将冰液进行分离,测定两相中的主要成分浓度与质量 (图3～图6)。

图3 酱油还原糖于不同温度下在冰液相中分配

图4 酱油总酸于不同温度下在冰液相中分配

图5 酱油盐分于不同温度下在冰液相中分配

图6 酱油氨基酸态氮于不同温度下在冰液相中分配

从图3～图6中可以看出,从酱油中各成分在两相中的质量分配规律来说,总酸,盐分于液相中的质量随温度降低呈直线下降趋势,在冰相中则相反。并于 -27.5℃为转折点冰相中 2成分的质量逐渐大于液相中质量;总酸,盐分浓度随着温度降低而上升,-26.5℃时 2成分浓度在液相中达到最大值。

对于酱油中氨基酸态氮,还原糖成分在两相中的质量分配规律来说,随着温度的降低在液相中两者的质量迅速下降,在冰相中则相反。与总酸,盐分不同的是,还原糖以 -26.5℃为转折点在两相中的质量变化平缓,而氨基酸态氮 -28.5℃时分配在两相中的质量接近一致,最终 2成份在冰相中的质量小于液相中的质量。

从 2成分浓度变化规律来看,随着温度降低,氨基酸态氮,还原糖在两相中浓度呈上升趋势,并于-28.5℃时两成分浓度在冰液相中均达到最大值。此时液相氨基酸态氮的浓度达到 1.168 m/100 mL,相比原样增加了 31.59%,同时液相本身色泽红亮,酱香浓郁,口感良好。

2.3.1 酱油主要成分分配系数在不同温度下变化规律

在冷冻浓缩过程中,为了更好的表达浓缩效果及各成分分配规律,通常引入表观分配系数K,定义K其中cS,cL为特定时刻冰相和液相溶质的浓度,K=0～1,K值越小,冷冻浓缩过程的选择性越大,冷冻时溶质分配在液相中的就越多,浓缩效果就越好。反之,选择性越小。

图7 各组分分配系数 (K)随温度变化规律

图7 为酱油中主要组分还原糖,氨基酸态氮,盐分,总酸在同一冷冻时间下K值随温度变化的曲线图。从图7可看出,各成分分配系数K随温度的降低呈上升趋势。其中氨基酸态氮的K值相对比较小,说明其在液相中更易得到浓缩。

2.3.2 游离氨基酸在冰液中的分配

酱油中氨基酸态氮主要是由各种游离氨基酸组成,因此进一步研究在不同冷冻温度下各游离氨基酸于冰液相中的分配。将原样和 -24.5,-28.5℃下分离得到的液相和冰相 5个样品经氨基酸自动分析仪进行定量检测,同时计算各游离氨基酸在 -24.5,-28.5℃下,冷冻 48 h时K值。结果见表1所示。

从表1可看出,比较不同冷冻温度下得到的冰液相中氨基酸总量,-28.5℃冰液相中氨基酸总量分别大于 -24.5℃下两相中氨基酸总量。对于各游离氨基酸随温度变化的趋势来看,各游离氨基酸除半胱氨酸外在两相中的分配量均随温度的下降而上升,这一点跟氨基酸总量变化是一致的。

其次对比 2温度下的各氨基酸K值,-28.5℃下的K值相对小,说明 -28.5℃下更有利于游离氨基酸的浓缩。进一步比较 -28.5℃下各游离氨基酸的K值,谷氨酸,天冬氨酸,亮氨酸相比其他氨基酸K值较小,更容易在液相中得到浓缩。

3 结论

(1)通过绘制酱油冷冻曲线及温度与冻结率的关系曲线,分析得到初温 25℃,质量为 1 000 g,可溶性固形物含量为 35%酱油冷冻模型:冰点为-20.3℃,完全冻结温度为 -30℃,完全冻结时间为4.3 h。

表1 各样品中氨基酸分配量 mg/g

(2)酱油冷冻浓缩时,在冷冻温度 -20.5℃至 -28.5℃,冷冻时间为 48 h时,各主要成分在两相中的浓度均随着冷冻温度降低而上升,而于两相中的质量分配规律来说,在液相中呈线性下降,在冰相中则相反。

(3)酱油冷冻浓缩时,随着冷冻温度的降低,其主要质量衡量指标氨基酸态氮在液相中浓度有初始的 0.88 g/100 mL最终增加到 -28.5℃下 1.168 g/100 mL,相比原样增加了 31.59%。并且其表观分配系数K值相对小有利于在酱油中浓缩,进一步研究发现其组成游离氨基酸 Glu,Leu,Asp更容易得到浓缩。

[1] Thijissen H A C.Freeze concentration of liquid foods,freeze concentration of fruit juices[J]. Food Technol,1982,3(5):70-73.

[2] 刘凌 .冷冻浓缩技术的应用与研究简介[J].化学工业与工程,1999,16(3):152-157.

[3] 张春娅.葡萄酒冷冻浓缩技术的研究及应用[J].酿酒科技,2007,2(2):55-61.

[4] 廖晓北.冷冻浓缩技术在啤酒工业中的应用[J].冷饮与速冻食品工业,1996,1(3):14-16.

[5] ZB X 66035-1987,酿造酱油原料、半成品、副产品检验方法,氯化物测定法[S].

[6] 刘凌,宫协长人,液体食品的渐进冷冻分离[J],食品与发酵工业,1999,25(4):31-34.