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应用显微技术分析加工工艺对豆奶品质的影响

作者:健鹰食品    文章来源:本站原创    更新时间:10-31 

王慧荣、万剑啸、艾初香

(上海健鹰食品科技研究所,上海201802)

摘要:通过应用显微镜分析豆奶加工过程中各加工工艺环节产品形态的变化,并结合离心、恒温箱放置观察方法,研究加工工艺要点均质压力对豆奶品质的影响,对比分析不同显微效果图产生的原因,从而验证了部分相关理论。显微镜在饮料中的应用为饮料生产研究提供了一种新的方法。

关键词:显微镜;豆奶;均质;稳定性

Application of microscopic technique for the analysis of processing technology on the quality of soybean milk

          Wang huirong wan jianxiao ai chuxiang

 Shanghai JAYI Food Institute,Shanghai 201802,China

Abstract: microscopy technique is used to analyse morphological changes of soy milk during processing. Meanwhile,study homogenization pressure on the quality of soy milk, compare with centrifugal, thermostat placed observation method. then It tries to analyze the reason for causing states of different method, and parts of the correlative theories are validated. .In a word, microscope provides a new method for the beverage production,research and enhancing the stability of the whole system.

Keywords: microscopy; soy milk; homogeneous; stability

 

0引言

目前,检测饮料品质以及稳定性的主要方法是离心试验和恒温箱放置观察实验[1];还有一些厂家用一束光源通过饮料以丁达尔现象观察实验。在离心试验中,通过观察饮料样品在强离心作用后的状态,确定饮料品质,这种方法比较简单,且能快速获得结果,但强作用力有时会对样品的某些状态变化产生附加影响,同时样品的成分、黏度等因素也会影响到离心效果,因此不能完全真实的反映样品的品质;在37℃恒温箱观察样品,来查看样品的品质以及保质期,该方法不具有时效性,同时,由于温度对饮料中各成分的影响并不是一致的,所以也不能准确的反映产品质量;第三种用了丁达尔现象观察实验,该方法会以主观因素转移,凭经验印象,变数太多,不能够很客观地反映产品质量,因而也不可靠;而且三种方法都是在做成成品之后才可以检测,假使出现质量问题,也必然造成很大的损失。此外,也有像红外垂直扫描、粒径分析、ZETA 电位测定等先进的分析方法[1,2,3],然而,分析设备的造价成本相对较高,实现所用饮料厂家通用有一定的难度。

本文将显微技术应用于豆奶饮料生产环节中,通过显微观察饮料生产各环节的状态,同时,将该方法与常用的离心试验、恒温破坏性试验作对比,验证对比,该方法的可行性和指导性,以便在生产中,确定生产饮料的品质以及生产饮料的稳定性。

1实验材料与方法

1.1试验原料

大豆、白砂糖、小苏打(均为市售);健鹰豆奶稳定剂RB4、豆奶香精、乙基麦芽酚(上海健鹰食品科技研究所)

1.2试验仪器设备

美的牌电磁炉,新芝牌XHF—D 型高速剪切混合乳化机;

SG260—A 型多功能打浆机,顺德市方胜电器实业有限公司;

胶体磨,上海光正泵阀制造有限公司;

均质机(3 kW,38 V,50 Hz),上海申鹿均质机有限公司;

高压杀菌釜,上海科劳机械设备有限公司;

DK—S22 型电热恒温水浴锅,上海精宏实验设备有限公司;

离心机,上海恒奇仪器仪表有限公司;

恒温箱,上海高低温试验箱机械设备厂;

XSP—9C 型显微镜,上海思龙科学仪器有限公司产品。

1.3试验配方

原  料  名  称
    

用量(%)

大豆
    

4.00

白砂糖
    

6.00

健鹰稳定剂RB4
    

0.25

健鹰豆奶香精
    

0.05

乙基麦芽酚
    

0.001

小苏打
    

适量

1.4工艺流程

大豆前处理→豆浆制备—

                                  →调配→定容→调香→均质

白砂糖+稳定剂+甜赛糖→加热溶解—

 

→灌装→杀菌(121℃,15min)→冷却成品

1.5 工艺操作要点

1.豆浆的制备:挑选粒大皮薄,粒重饱满,表皮无皱,有光泽的优质大豆为原料;将水烧沸,加入称量好的干大豆,保温在95℃左右5分钟,热烫灭酶;大豆浸涨后(约5-8小时),去皮,磨浆,过胶体磨,150目过滤,煮浆,备用;

2.糖和稳定剂的溶解:将糖与稳定剂干混合均匀后,逐渐加入85 ℃的热水充分溶解,以备配料;

3.混合调配:将豆浆加入已溶解好的稳定剂中,搅拌,使其混合均匀。

4.定容:加入香精、乙基麦芽酚调香,加纯净水定容,并搅拌均匀;

4.升温、均质:升温至70℃进行均质(低压均保持在5-8Mpa,高压在25-40Mpa)

5.杀菌:对灌装好的料液,进行121℃,15min杀菌。

1.6检验方法

1.6.1离心检验法

在离心管中,准确加入豆奶10ml,通过3000r/min,15min离心的破坏性实验,测定豆奶浮油的厚度;再弃去上部分溶液,称量底部沉淀重量,计算公式如下所示。

沉淀量(%)=沉淀物重量(g)/10ml豆奶重量(g)×100%

1.6.2恒温观察法

将杀菌后的豆奶饮料置于37℃恒温培养箱中静置保温,观察豆奶有无产气、凸盖、脂肪上浮、分层等现象的发生。脂肪上浮所需的时间越长则稳定性越好。大量的试验表明,37℃能保存两周,即表明该乳浊体系有很好的稳定性。

1.6.3显微镜观察

应用显微镜观察不同条件下,加工产品显微状态的变化。包括加工过程中各环节的微观结构(包括豆浆过滤前后、稳定剂的溶解、混料、均质、杀菌),和不同均质压力条件下,产品的显微结构变化。

2试验结果与分析

2.1豆浆处理前后的对比

    

图1豆浆未过滤时的显微效果图10×10
    

图2豆浆过滤煮浆后的显微效果图10×10

过滤的主要目的是将浆液中的纤维除去,使浆料微粒达到一定的细度,这样既更有利于产品的稳定性,又可获得浆液消毒杀菌的重要保证,因为颗粒小而均匀一致可促进消毒杀菌效果。

煮浆的作用之一是使蛋白质适度变性,为优质高产奠定基础。简单地说,不煮浆就做不出好的豆奶。任何一种蛋白质,在高温、紫外线照射等条件下,都会发生热变性。磨浆分离出来的豆奶是一种蛋白质水溶液,这种水溶液随着加热的条件而发生种种变化。首先,其粘度加大,结合力加强,使豆奶有独特的浓稠度和保水力,从而使豆奶有细腻感,柔滑、洁白光亮。其次是蛋白质分子内部结构上,由致密的状态变成疏松的状态,使有助于分解和消化的蛋白酶能够进入这些分子内部结构之中,使之易于被消化吸收(豆奶蛋白质消化率为98%以上)。

由图1,图2 对比很容易看出,过滤前豆浆溶液体系中的纤维状、颗粒状杂质分布极不均匀。通过150 目滤网过滤并煮浆之后,纤维状杂质消失,溶液稍显均匀状。这样,从微观上就可以清晰的看到豆浆结构的变化,同时也反映出过滤、煮浆,这两个生产工艺环节的明显作用,通过该环节的工艺处理,更有利于制成品的稳定,保证产品的质量。

2.2豆奶用稳定剂溶解效果图

    

图3稳定剂溶解的显微效果图10×10

在植物蛋白饮料里添加稳定剂,是为了提高饮料的粘度,防止蛋白质粒子因重力作用而沉淀;另外,稳定剂是一种亲水性的高分子化合物,可形成保护胶体,防止聚集沉淀。乳化剂分子内部既有亲水基团又有憎水基团,乳化剂加入到蛋白饮料中,其分子向着油水表面定向吸附,降低表面张力,从而防止脂肪上浮,达到稳定的效果。[4]

根据豆奶饮料的性质,常选用单甘酯和蔗糖酯为乳化剂,以羧甲基纤维素钠(CMC-Na)为稳定剂。

图3为糖与稳定剂干混合均匀后,逐渐加入85 ℃的热水充分溶解,肉眼观察溶解均匀后的显微效果图。观察该图,可以看到稳定剂溶解后,状态并不是很均匀、规律,状态较为粗糙,这可能是由于稳定剂溶解并不完全,部分乳化剂较难溶解所致,说明要想稳定剂起作用,只是简单的搅拌溶解是远不够的,肉眼看到的溶解,并不是充分的溶解。

2.3混料后的显微效果

    

图4 混料后的显微效果图10×10

由图4可以看出,当豆浆料液与稳定剂混合调配后,各自的显微状态及结构发生了明显改变,比较图3,混合后的浆料粗糙的状态特征已不明显,说明稳定剂与豆浆混合后,稳定剂的部分成分已与豆浆分子发生作用,改变了豆浆的非均相体系,使之形成了一个复杂的多相胶体体系。但是由于只是简单的混合,还达不到完全融合的体系。

2.4不同均质条件的豆奶显微效果

    

    

25mpa
    

30mpa
    

35mpa

    

    

25-35mpa
    

30-30mpa
    

35-25mpa

图5 不同均质条件下,豆奶的显微效果图10×4
            

豆浆属非均相体系,其中的脂肪部分以游离液滴的形式存在,部分脂肪液滴则被蛋白质膜所包覆成为乳化液滴,这些以不同形式存在的脂肪液滴作为分散相悬浮在由蛋白质及其他可溶性组分溶解于水构成的连续相中。脂肪液滴的疏水性极强,因此,如不进行适当的预处理, 豆浆或豆奶在放置过程中就会出现油水分离现象。

均质时,物料在高压下通过均质阀的狭缝,在剪切力、冲击力与孔穴效应的共同作用下形成细小液滴,非均相体系中油、水界面张力的存在使得形成的微小液滴具有非常高的表面能。因此,在微小液滴形成的同时,体系中存在的乳化剂就趋向于向油水界面迁移并在油滴表面吸附以降低界面张力和体系自由能,也就形成了稳定的乳状液。均质效果可用均质后乳状液中分散相液滴(胶粒)的粒径来描述。一般来说,胶粒的粒径小且分布窄则均质效果好。[4]

通过高压均质可以破碎豆浆中脂肪球和大豆球蛋白颗粒,赋予产品细腻的口感,均质是豆浆加工成为豆奶的关键条件,由于豆奶均质后的胶体颗粒数量急剧增加,胶粒更容易通过聚集产生不稳定作用,因此豆奶中必须添加乳化稳定剂防止沉淀发生。

从显微结构图中可以看到,均质之后的物料,颗粒更加微小,混合更加均匀;同时从图中也可以看到,不同均质条件,均质效果也不尽相同。首先,对于均质一次的料液来讲,随着均值压力的升高,产品结构更加细微均匀,均质效果提高,产品稳定性越好,但是随着压力超过30mPa,产品结构变化并不明显,反而有均质效果变差的趋势。这是由于,随着均值压力的升高,料液中的脂肪球微粒

其次,均质两次效果要好于均质一次。这可能是脂肪球团在第一次均质过程中被打碎,而此时尚未有足够的蛋白质或乳化剂吸咐于新生的表面形成稳定的脂肪微球,为了降低表面张力,这些脂肪球会团簇在一起分享乳化剂和蛋白质。通过第二次均质,适当的均质压力可以将这些团簇的脂肪微球进一步分开和分散,实现蛋白质或乳化在脂肪微球表面分得二次分配,从而提高了均质效率,改善了稳定性。

再有,部分均质两次效果不如均质一次,分析原因:当一次均质压力较大, 通过一次均质压力已形成了胶粒平均粒径较小的乳状液,而二次均质时一方面是巩固一次均质的结果,防止已形成的胶粒重新聚集;另一方面能将乳状液中少量较大料径的胶粒补充细化,使形成窄正态分布的胶体乳状液。若二次均质压力过高,一次均质时形成的小的胶粒被进一步细化的同时形成大量新的界面,如果体系中乳化剂的量不足以包覆所有新形成的界面就会使体系总的自由能增大,因而新形成的小胶粒受热力学作用就趋向于彼此结合形成大的胶粒以减少小体系自由能,总的结果反而使体积经大于1mm 的胶粒数量增加。

2.5杀菌前后的豆奶的显微效果图

    

    

杀菌前
    

杀菌后
    

杀菌一周后

 
    

 

图6 杀菌前后豆奶饮料显微效果图的变化(均质压力40mpa)
            

从上图可以看到,杀菌前豆奶的显微效果图并不是很均匀,但随着杀菌放着时间的延长,状态更趋向于均匀。这可能是由于杀菌前各成分还未完全的融合,杀菌作用在一定程度上促进了豆奶体系的稳定,且随杀菌放着时间的延长,状态更趋向于稳定。

2.6对比离心法和恒温放置法,考察不同均质压力对豆奶产品质量的影响

表1 不同均质压力对豆奶品质的影响

试验号
    

均质压力Mpa
    

离心法结果
    

恒温放置法结果

浮油%
    

沉淀%
    

状态描述

1
    

25
    

0.2
    

0.2
    

状态均匀,有少许浮油

2
    

30
    

0.2
    

0.2
    

状态均匀,有少许浮油

3
    

35
    

0.2
    

0.2
    

状态均匀,有少许浮油

4
    

25,35
    

0.15
    

0.2
    

状态均匀,基本无浮油沉淀

5
    

30,30;
    

0.2
    

0.3
    

状态均匀,有微量沉淀

6
    

35,25
    

0.15
    

0.2
    

状态均匀,基本无浮油沉淀

表1为豆奶制成成品后的离心法测定结果和成品在恒温箱防止一周后产品状态的描述。

从表中首先可以看到,离心法结果与恒温放置法结果基本一致。均质一次,不论压力大小,效果基本相同;除两次均质压力均为30Mpa的状态外,经过两次均质效果要好于一次均质。

同时,将表1的结果与图5的显微效果结果作对比,发现结果存在相同之处,但也有一定的差别。相同之处在于,均质两次效果要好于均质一次,均质两次效果不如均质一次的均为两次均质压力均为30Mpa的工艺条件。区别之处,对于均质一次的料液来讲,从显微效果图中可以看到,随着均值压力的升高,产品结构更加细微均匀,均质效果提高,但是随着压力超过30mPa,产品结构变化并不明显,反而有均质效果变差的趋势;对比其他方法,均质一次的区别并不是很明显。从而推测,对比离心法和恒温放置法,显微观察的方法具有一定的可依据性,同时,显微观察的方法可能在更微观的层面上获得比两者个精确的结果。

3结论与展望

(1) 通过显微镜观察到过滤前豆浆溶液体系中的纤维状、颗粒状杂质分布极不均匀。通过150 目滤网过滤并煮浆之后,纤维状杂质消失,溶液稍显均匀状。

(2)通过显微镜看到稳定剂溶解后,状态并不是很均匀、规律,状态较为粗糙;当豆浆料液与稳定剂混合调配后,各自的显微状态及结构发生了明显改变,混合后的浆料粗糙的状态特征已不明显。

(3) 应用显微镜观察,更好地验证了均质能够使料液更加细化混合均匀稳定的理论

(4)应用显微镜可以看到,不同均质条件,均质效果也不尽相同。对于均质一次的料液来讲,随着均值压力的升高,产品结构更加细微均匀,均质效果提高,产品稳定性越好,但是随着压力超过30mPa,产品结构变化并不明显,反而有均质效果变差的趋势;均质两次效果要好于均质一次,但也有部分均质两次效果不如均质一次。

(5)应用显微镜可以看到,高压灭菌更有利于豆奶状态的稳定。

(6)对比离心法和恒温放置法,显微观察的方法具有一定的可依据性,同时,显微观察的方法可能在更微观的层面上获得比两者个精确的结果。

在食品科学领域,显微镜主要是观察食品的微观结构,研究食品组分之间的相互作用和测定食品颗粒大小;随着显微镜的长足发展,将这一新兴技术与食品研究相联系有着重要的意义;在制作饮料未转化成成品之前进行检测,不仅更加准确和微观化,还可以起到防患未然的作用。

本研究仅仅对显微镜在豆奶中的应用进行了初步的探索,如果可以更加准确和微观化地深入研究,对产品和研发工作提出更高的理论支撑,必将具有开创性的价值。

参考文献

[1]周超进,何锦风,蒲彪.植物蛋白饮料稳定性影响因素和分析方法的研究[J]食品工业科技,2011, (1)377

[2]李津,贾新庄. 乳饮料体系稳定性快速分析方法研究[J].中国食品工业,2008,(9):46

[3]李向东,李娟.粒径分析法研究稳定剂对含乳饮料稳定性的影响[J].食品科学,2011,(13):58

[4]吴文龙,杨萍,方日明,杨洪.均质与乳化稳定剂对豆乳稳定性的影响[J].

粮油食品科技,2005,3(13):22

[5]钟芳,王璋,许时婴. 豆乳乳化条件的优化[J].中国乳品工业,2003,4(31):17
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