不同类型亲水胶体对豆乳酸奶质构、流变学特性的影响

庞志花，曹金诺，郑羽萌，罗予婉，刘新旗*，肖林

1(北京食品营养与人类健康高精尖创新中心(北京工商大学)，北京，100048)2(山东龙力生物科技股份有限公司，山东 禹城，251200)

豆乳酸奶是新型的发酵豆制品，它是以豆乳为原料，经乳酸菌发酵而成的一种风味独特、营养丰富的功能性豆乳制品，具有与普通酸奶相同的改善肠道菌群等功能。同时对于牛乳过敏人群来说，豆乳酸奶可以成为很好的替代品。但是相较于牛乳，豆乳酸奶存在豆腥味、产酸不足、口感粗糙、乳清析出、凝乳不稳定等问题不被消费者接受，市场占有量比较低[1-3]。亲水胶体是目前酸奶中常用稳定剂，可以有效提高酸奶的持水性，改善酸奶的质地和口感[4-6]。不同的亲水胶体对酸奶理化性质的影响各不相同，研究表明明胶可以有效改善酸奶的持水力[5-6]；中性多糖瓜尔豆胶和刺槐豆胶会导致体系相分离，增大凝胶孔径，单独使用在酸奶中的稳定性作用不佳[7-9]。离子型多糖卡拉胶与酪蛋白会发生相互作用，较低浓度的κ卡拉胶会干扰乳凝胶的形成，造成凝胶强度下降[10]。目前大多的研究集中于牛乳酸奶体系，主要针对亲水胶体在其中的作用并优化其添加比例[11-12]，而在豆乳酸奶体系中的报道较少。

本研究以豆乳酸奶为原料，以中性多糖瓜尔豆胶、刺槐豆胶，弱离子型多糖黄原胶、强离子型多糖卡拉胶和蛋白类亲水胶体明胶为稳定剂，从持水性、质构特性、流变特性3个方面研究亲水胶体对豆乳酸奶的影响，为豆乳酸奶的品质提升提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

豆浆粉C40，龙王食品有限责任公司；乳糖，北京奥博星生物技术有限责任公司；发酵剂YFL-903(嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌混合发酵剂)，丹麦科汉森公司；瓜尔胶/刺槐豆胶/卡拉胶/黄原胶，阿泽雷斯国际贸易(上海)有限公司；牛骨明胶，嘉利达(辽源)明胶有限公司。

1.2 仪器与设备

HH系列数显恒温水浴锅，金坛市科析仪器有限公司；BSA224S电子天平，塞多利斯科学仪器(北京)有限公司；D-3L高压均质机，美国PhD科技有限公司；FE20 pH计，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；ALLEGRA X-15R离心机，美国贝克曼库尔特公司；EURO-ST 40 D S025电子搅拌器IKA； KQ-500DE数控超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司；ECO-70 雪花制冰机，上海领德仪器有限公司；MJ系列生化培养箱，上海一恒科学仪器有限公司；流变仪，德国哈克有限公司；Brookfield CT3质构仪，美国布鲁克菲尔德。

1.3 方法

1.3.1 豆乳酸奶的制备[4]

配制1%的稳定剂母液，搅拌至澄清(约2 h)，4 ℃保存备用。将豆浆粉(蛋白质含量为42.77%)、乳糖以10.6%、3%的添加量溶于水中，搅拌均匀；加入按比例稀释好的稳定剂；超声5 min，60 W；在压力15 000 kPa下均质；95 ℃水浴10 min；冷却至40 ℃，待接种。另取10 mL的牛奶，加入0.4 g发酵剂，40 ℃活化45 min，菌液备用。每100 g豆浆溶液接种1.6 mL菌液，混匀；40 ℃发酵4.5 h；冷却到4 ℃并冷藏后熟2 d；待测。其中稳定剂的添加质量分数如下：瓜尔豆胶0.01%、0.05%、0.1%，刺槐豆胶0.01%、0.05%、0.1%，卡拉胶0.01%、0.05%、0.1%，黄原胶0.001%、0.005%、0.01%，明胶0.25%、0.5%、1%。以不添加稳定剂的豆乳酸奶为空白组。独立重复上述步骤2次，分别作出3组平行。

1.3.2 持水力(WHC)的测定[5]

用离心管称取约10 g豆乳酸奶样品，4 ℃，1 000×g离心10 min，除去上清液，称沉淀物的质量。

(1)

1.3.3 豆乳酸奶质构特性的测定[5]

使用BROOKFIELD CT3质构仪(布鲁克菲尔德，美国)进行TPA质构分析，选用圆柱形TA5探头，测量长度70.0 mm，直径55.0 mm。目标值10.0 mm，测试速度0.5 mm/s。测定参数：硬度，弹性，黏性，内聚性。

1.3.2 豆乳酸奶流变性的测定[5]

使用德国HAAKE流变仪，CCB16 DIN型号转筒，CC16 DIN Ti型号转子。将样品轻轻搅拌5次，测试温度为4 ℃。首先，频率固定在1 Hz，对样品进行应变扫描，确定样品线性黏弹区，最终以应变为0.1%，进行0.1～10 Hz频率扫描；剪切扫描：剪切速率从0增大到100 s-1，然后从100 s-1减小至0。

2 结果与分析

2.1 不同类型的稳定剂对豆乳酸奶持水力(WHC)的影响

持水力(WHC)是表示酸奶离心后所能保留的水分，WHC的大小与稳定剂锁水的能力成正比，越高说明稳定剂能结合更多的水分子，产品乳清析出越少。由图1可以看出，未添加稳定剂的豆乳酸奶的持水力为95.9%，明胶的锁水能力最强，离子型多糖次之，中性多糖的锁水能力最弱。中性多糖瓜尔豆胶和刺槐豆胶各浓度的添加量均降低了豆乳酸奶的持水力。豆乳酸奶的持水力随着瓜尔豆胶添加量的增加而降低，造成这种现象的主要原因是瓜尔豆胶的添加使酸奶体系发生相分离，且这种特性随浓度的增加而增强[8]；牛骨明胶添加量为0.5%时，豆乳酸奶的持水力达到100%,研究表明明胶在低温下会发生分子间交联螺旋，以氢键的形式结合成三股螺旋，将水分子固定，所以可以有效提高酸奶的持水力[13]；而离子型多糖对豆乳酸奶的持水力没有显著影响。

图1 不同类型亲水胶体对豆乳酸奶持水力的影响
Fig.1 Effect of different types of hydrocolloids on the water
holding capacity of soymilk yogurt
注：图中不同小写字母表示存在显著性差异(P<0.05),下同

2.2 不同类型稳定剂对豆乳酸奶质构特性的影响

质构特性中，硬度是衡量酸奶品质的十分重要的指标。由图2-A可以看出，中性多糖以及弱离子型多糖黄原胶的添加对豆乳酸奶的硬度没有形成显著性影响，高质量分数的明胶(1%)以及中高质量分数的卡拉胶(≥0.05%)显著提高豆乳酸奶的硬度。

弹性是衡量样品去除外力后恢复到形变前条件下的高度或体积比率。由图2-B可以看出，除0.01%卡拉胶和0.01%黄原胶显著降低豆乳酸奶的弹性，各稳定剂对豆乳酸奶的弹性没有显著影响。

黏性是探头受力与时间所形成的负峰面积，反映了酸奶样品具有的黏着性。不同类型的稳定剂对豆乳酸奶的黏性影响与硬度的趋势相一致(图2-C)。

内聚性表示样品内部的黏合力。可以看出，高质量分数的明胶(1%)和卡拉胶(0.1%)显著提高了豆乳酸奶的内聚性，其他类型稳定剂对豆乳酸奶的内聚性没有显著性影响。

明胶与中性多糖在豆乳酸奶中的作用与其在牛乳酸奶的作用基本一致[10]。蛋白类亲水胶体明胶可以有效地增强蛋白凝胶网络密度，使硬度及黏度显著提升；中性多糖与蛋白主要发生离散相互作用，以耗散絮凝和聚合稳定的方式提高酸奶体系的稳定性，同时会发生体系的相分离，最终导致对豆乳酸奶体系的质构特性没有显著的作用[10]；强离子型多糖卡拉胶在豆乳酸奶中的作用与明胶更为接近。卡拉胶通过桥接絮凝区域，使空间稳固化；随浓度的增大，阴离子浓度增加，复合、离散相互作用增强，结构刚性增强，硬度显著增加[14-15]。

图2 不同类型亲水胶体对豆乳酸奶质构特性的影响
Fig.2 Effect of different types of hydrocolloids on the textural properties of soymilk yogurt

2.3 不同类型亲水胶体对豆乳酸奶流变学特性的影响

2.3.1 频率扫描

应用线性黏弹性理论，研究添加不同类型的亲水胶体的豆乳酸奶在小形变范围内的黏弹性质。弹性模量G′和黏性模量G″分别用来描述样品的类固体(弹性)特征和类流体(黏性)特征。图3为以添加不同质量分数明胶的豆乳酸奶为代表的结果。可以看出，所有样品的G′值都大于G″，表明所有的豆乳酸奶样品都是弹性成分占优势，样品表现出类固体的特征，添加其他类型亲水胶体的豆乳酸奶都具有类似的特征。

图3 明胶的添加对豆乳酸奶频率扫描中储存模量
(G′)与损耗模量(G″)的影响
Fig.3 Effect of gelatin on theG′andG″during frequency sweep

进一步比较频率为1 Hz时各样品的G′和G″，如表1所示。

表1 频率为1Hz时不同类型的亲水胶体对豆乳酸奶频率扫描中流变学参数的影响Table 1 Effect of different types of hydrocolloids on therheology parameters with frequency at 1 Hz duringfrequecy sweep

注：表中不同的小写字母表示差异显著(P<0.05)，且表中数据只进行纵向比较，不进行横向比较，且均为各亲水胶体与空白进行单独比较，不进行亲水胶体间的比较。

与空白相比较，中性多糖和弱离子型多糖黄原胶对豆乳酸奶的弹性模量和黏性模量没有显著性影响，可能说明其与酸奶中成分相互作用较弱[16]。明胶和强离子型多糖卡拉胶在高添加浓度时可以显著提高豆乳酸奶的黏弹性。损耗角的正切值(Loss tangentδ)表示G″与G′的比值，该值越大表明体系的黏性比例越大，流动性越强，反之弹性比例大[17]。可以看出，刺槐豆胶在中高比例的添加量会提高损耗角的正切值，增加酸奶体系的黏性特征，而明胶在1%的添加量时显著降低了损耗角正切值，增加了体系的弹性特征。这可能是由于中性多糖刺槐豆胶与大豆蛋白体系的不兼容导致相分离的加剧，从而使体系更趋向于流体特征；而明胶与大豆蛋白存在更好的兼容性，而且对体系的水分有很好的固定作用，从而加强了体系的凝胶结构，使其更趋向于固体特征[10]。

2.3.2 剪切扫描

以添加不同浓度明胶为代表表示豆乳酸奶的剪切应力随剪切速率的变化情况(图4)。

图4 明胶的添加对豆乳酸奶剪切扫描曲线的影响
Fig.4 Effect of gelatin on the flow curve of soymilk yogurt

可以看出，升速剪切时，剪切应力也随之增大，降速剪切时，剪切应力随之减小。在此流变曲线中，升速曲线和降速曲线并未重合，而是形成滞后环(触变环)，即出现滞后现象，说明各豆乳酸奶体系均为触变性流体。但添加不同淀粉类型的亲水胶体的酸奶滞后环的形状和大小有明显差别。

采用Herscel-Bulkley模型对剪切扫描的曲线进行拟合[18]，模型可由公式τ=τ0+kγn表示，其中τ表示剪切应力，τ0表示屈服应力，k表示稠度系数，γ表示剪切速率，n表示流动行为指数。所有样品的拟合相关系数都大于0.9(结果未显示于表中)，表明该模型可以很好的拟合酸奶流动曲线。结果如表2所示。中性多糖的添加可以显著降低豆乳酸奶的屈服应力，离子型多糖在较高添加浓度下也会显著降低豆乳酸奶的屈服应力，而明胶在高质量分数时可以显著提高样品的屈服应力。酸奶的屈服应力的大小与感官评价时的“软硬”关系密切，屈服应力较大则质硬，屈服应力小则质软。所以相较多糖类亲水胶体，蛋白类亲水胶体明胶的添加会增加豆乳酸奶的硬度。这可能与明胶在低温下能够形成特殊的三螺旋结构有关[19]；刺槐豆胶在较低质量分数，离子型多糖在较高质量分数下，以及明胶在高质量分数下均可以提高豆乳酸奶的稠度系数并降低流动行为指数，表明这些亲水胶体在一定的添加质量分数下可以增强豆乳酸奶的假塑性。另外，酸奶在50 s-1剪切速率下的表观黏度η50被证实能够很好地反映酸奶的感官黏度[5]。可以看出，所有的亲水胶体在任何添加质量分数下都可以显著提高豆乳酸奶的表观黏度。

表2 不同类型的亲水胶体对豆乳酸奶剪切扫描中流变学参数的影响Table 2 Effect of different types of hydrocolloids on the rheology parameters from flow curves of soymilk yogurt

注：表中不同的小写字母表示差异显著(P<0.05)，且表中数据只进行纵向比较，不进行横向比较，且均为各亲水胶体与空白进行单独比较，不进行亲水胶体间的比较。

3 结论

不同类型的亲水胶体由于作用机理的不同，对豆乳酸奶的质构和流变学特性的影响有显著的差别。总体来说，中性多糖对豆乳酸奶体系的作用较小，甚至会降低体系的持水性，对于凝胶的硬度、黏弹性等影响不大；弱离子型多糖黄原胶与中性多糖类似，但并没有降低体系的持水性；强离子型多糖卡拉胶在豆乳凝胶体系中的作用与明胶较为接近，高质量分数的添加量可以显著提高酸奶体系的硬度、黏弹性以及稠度系数；蛋白类胶体的牛骨明胶可以显著改善豆乳酸奶的持水力，在高质量分数下可以显著提高酸奶硬度，凝胶的黏弹性。本研究进一步为亲水胶体在豆乳酸奶中的应用提供了理论参考，课题研究人员将进一步对其感官品质以及亲水胶体的复配进行探究。