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    南瓜濃縮汁的流變性質

    發布日期:2015-05-10 14:02:51
    南瓜濃縮汁
    南瓜是一種常見的蔬菜,世界上都有栽培,在我 國的分布很廣,各地都普遍栽種。南瓜營養豐富,含 有多種維生素、礦物質、膳食纖維、類胡蘿卜素等, 還具有一定的生理功能和很大的藥用價值。中醫認為南 瓜“味甘、性溫、咯寒、入脾、胃經”,有健身 益氣、消炎止痛、解毒殺蟲之功效?,F代醫學研究發 現,南瓜中的一些有效成分能促進胰島素的分泌*對 糖尿病、高血壓及肝、腎疾病有一定療效。南瓜濃縮汁中的類胡蘿卜素,以P-胡蘿卜素居多。作為維生素A元, 0 -胡蘿卜素除了能預防眼病外,還具有養顏和促進兒 童生長發育,預防紫外線對機體造成的損傷,防癌,增強機體免疫力的功能[|~51。
     
    近年來,人們對新鮮果蔬加工產品的需求量日益增 加,果蔬汁是果蔬加工的重要產品,因營養豐富,味 道鮮美,易于吸收而備受青睞,果汁、蔬菜汁、復 合果蔬汁已成為國內外發展最快的飲料。通過對食品流 變性質的研究,可以了解食品的組成、內部結構、分 子形態等,為產品配方、工藝設計、設備選型、質 量評定等提供參數。隨著食品工業的發展,食品流變 學的研究愈來愈廣泛,國內外對果汁、蜂蜜,乳制品 流變特性的研究比較多,有關蔬菜汁流變特性的研究報 道很少,而且大多是研究澄清汁的粘度隨溫度和濃度的變化【6叫4]。
     
    為了便于貯存與運輸,常常將果蔬汁進行濃縮, 而且國際市場上交易的果蔬汁多為果蔬濃縮汁。濃縮汁 的流變性質,直接與產品貯存穩定性和產品質量有關, 也為工藝設計和設備選型提供參數,因此研究南瓜混汁 經濃縮后的品質、流變性質及其與貯存穩定性間關系具 有十分重要的意義。本文主要研究了混濁型南瓜濃縮汁 的流變性質,濃縮至不同濃度和添加不同親水膠體對南 瓜濃縮汁流變性質的影響,同時也研究南瓜濃縮汁流變 性質與其貯存穩定性的關系。
     
    1材料與方法1.1材料與設備南瓜:購自本地市場;瓜爾膠:上海凱惠(SK)食 品添加劑公司;黃原膠:山東濟南中軒生物制品公司; CMC: FH9,上海勵誠添加劑公司。
     
    濃縮設備:ZX98-1型真空旋轉蒸發器;RNLG 01- 1000型單效外循環列管式真空蒸發器。
     
    1.2南瓜混汁的品質的測定pH:用320-S型pH計測定。'可溶性固形物含量(Soluble Solid content, SS):用 WZS- I型阿貝折光儀測定。
     
    總固形物含量(Total Solid, TS):用重量法測定。 褐變指數:5ml樣品,加等量95%乙醇,振蕩, 800g離心20min,經濾紙過濾得到上清液,在420nm處 測OD值。
     
    色澤:用WSC-S型測色色差計測定。其中:L* 表示明度,L*值越大明度越大;a*表示有色物質的紅 綠偏向,正值越大偏向紅色的程度越大,負值越大偏 向綠色的程度越大;b*表示有色物質的黃藍偏向,正 值越大偏向黃色的程度越大,負值越大偏向藍色的程度 越大;Hue為色調角(Huewan-^t^/a*)),其值越低顏色 越佳;Chroma為彩度(Chroma=(a*W2)1/2),其值越大顏 色越佳[151。
     
    1.3南瓜濃縮汁的流變性質的測定采用AR1000型流變儀(英國TA公司),選擇直徑為 40mm、不銹鋼平行板測量系統。
     
    1.3.1靜態流變性質觸變性的測定:平行板間距為1mm, 20°C下測定 南瓜濃縮汁的剪切應力隨剪切速率的變化,剪切速率從 1/s增大到200/s,再從200/s減小到1/s,完成一次循環。
     
    假塑性的測定:平行板間距為1mm, 20°C、剪切 速率為1?200/s,測定南瓜濃縮汁的剪切應力隨剪切速 率的變化,并進行Power Law模型擬合。
     
    1.3.2動態流變性質平行板間距為1mm, 20°C下在線性粘彈區范圍內, 固定一振蕩應力,測定南瓜濃縮汁的貯能模量G’和損耗 模量G"隨振蕩頻率的變化,振蕩頻率的變化范圍為0.1? 10Hz〇
     
    1.3.3靜態屈服應力平行板間距為0.5mm, 20°C下,固定剪切速率為 0.04/s,測定南瓜濃縮汁的剪切應力隨時間的變化。
     
    1.4南瓜濃縮汁的制備南瓜一去皮去籽一切片一浸泡一清洗一熱燙一磨碎 —酶解一滅酶一離心一南瓜原汁一調配一均質一脫氣一 濃縮一南瓜濃縮汁一加水調配一均質一脫氣一南瓜還原 汁新鮮南瓜經前處理后制成南瓜漿,采用復合酶系液 化技術從南瓜漿制得南瓜混汁[16],將親水膠體與糖拌勻 后緩慢加入南瓜混汁中,可得到穩定的產品。直接由 酶解得到的南瓜混汁稱為南瓜原汁。其中樣品a是不添 加親水膠體的南瓜混汁;樣品b是添加0.03%瓜爾膠和 0.02%黃原膠的南瓜混汁;樣品c是添加0.05%CMC的 南瓜混汁;樣品d是添加0.07%CMC的南瓜混汁;樣 品e是添加0.06%CMC的南瓜混汁。樣品a、b、c采 用真空旋轉蒸發器在45°C下,濃縮至不同濃度(如SS為 47° Brix的樣品a表示為a47);樣品d先采用單效外循 環列管式真空蒸發器在70°C濃縮至42° Brk,再用真空 旋轉蒸發器在70°C下濃縮至約60° Brix;樣品e用單效外 循環列管式真空蒸發器在60°C濃縮至約60° Brix。將由 南瓜濃縮汁加水調配至原汁濃度的南瓜混汁稱為南瓜還 原汁。
     
    2結果與討論2.1不同濃度和濃縮條件對南瓜濃縮汁品質的影響 表1的結果表明,南瓜混汁經濃縮至不同的濃度, 其pH基本保持不變,但是添加不同的親水膠體對pH略 有影響。復配膠(瓜爾膠和黃原膠)的添加使pH略微上 升,而添加陰離子多糖CMC使pH略微下降。對色澤 而言,不同親水膠體的影響趨勢基本相同,隨著濃度 的增加,南瓜濃縮汁的明度值下降較多,即南瓜濃縮 汁的色澤隨濃度的增加而變暗,紅度值、黃度值、色 調角值和彩度值均隨濃度的上升而略有下降。色澤的變 化可能是因為濃縮效應使南瓜濃縮汁中的有色物質濃度、 增加,并在濃縮過程中有色物質發生了一些變化,如 發生類胡蘿卜素的氧化分解,褐變反應等。
     
    表2的結果表明,濃縮后南瓜混汁的褐變指數有所 增加,這可能是因為在濃縮過程中,南瓜混汁中的糖 類物質和蛋白質發生了美拉德反應使得褐變指數增加。 這說明不同的濃縮條件對南瓜混汁的色澤也有一定的影表1不同濃度的南瓜濃縮汁的品質Table 1 The qualities of pumpkin juice concentrate with different SSSS(° Brix)濃縮汁的色澤The color of juice concentrate懺口Sample原汁Original juice濃縮汁Juice concentrateTS(%)pH明度L*紅度a*黃度b*色調角Hue彩度Chromaa478.748.04.7334.4827.1538.0854.5246.77a558.756.0—4.7130.1526.9135.9553.2044.91a638.763.469.324.6927,9026.8436.2153.4645.08b478.846.6—5.1032.7427.4038.1454.4047.04b558.856.0-5.0729.8326.8636.2653.4645.14b638.863.569,865.0928,2326.5735.3253.0744.20c478.847.5-4.6131.9927.0038.6455.0747.14c558.855.3—4.6329.4327.2439.1055.1647.65c638.863.870.614.64294226.2034.8853.1143.63表2不同濃縮條件對南瓜濃縮汁色澤的影響Table 2The effect of concentrated conditions on the color of pumpkin juice concentrateSS(° Brix)褐變指數Browning index濃縮汁的色澤The color of juice concentrate樣口口原汁濃縮汁原汁還原汁明度紅度 黃度色調角.彩度Original juice Juice concentrate Original juiceSingle strength juiceL*a* b*HueChromad606.059.80.5760.66831.1829.00 36.0751.2246.29e606.158.70.5550.61129.5629.72 35.2049.8446.071200 1000 800 ^ 600?400 200 i 0? a55,1-200 l/s *a55,200-1 1/s ob55,l-200 1/s ■ b55,200-1 1/s ? c55,1-200 1/s x c55,200-1 1/s02550 75 100 125 150 175 200Shear rate( 1/s)
     
    圖147°Brix南瓜濃縮汁的剪切應力隨剪切速率的變化Fig.1 The shear stress change of 47° Brix pumpkin juice concentrate with shear rateShear rate( 1/s)
     
    圖255° Brix的南瓜濃縮汁的剪切應力隨剪切速率的變化Fig.2 The shear stress change of 55° Brix pumpkin juice concentrate with shear rate響。比較樣品d60和樣品e60的濃縮條件,前者的濃縮 溫度比后者高,但是前者采用了兩步濃縮,雖然第一 步耗費時間很短但第二步耗費時間較長,使得總的濃縮 時間比后者長,所以褐變指數增大的幅度比后者大??蓤D363° Brix南瓜濃縮汁的剪切應力隨剪切速率的變化Fig.3 The shear stress change of 63° Brix pumpkin juice concentrate with shear rate見,濃縮時間越長,濃縮溫度越高對南瓜混汁的色澤 越不利。
     
    2.2南瓜濃縮汁的流變性質2.2.1 南瓜濃縮汁的靜態流變性質由圖4?6可以看出,不添加膠和添加復配膠的樣 品在SS為47° Brix和55° Brix時,都沒有觸變環,而當 濃度增加到63° Brix時則出現了較'小的觸變環。加CMC 的樣品在SS為47°Brix時,無觸變環,隨著濃度的 增加,觸變環面積逐漸變大。觸變環的出現說明樣 品的粘度不能瞬間恢復,即有一定的時間依賴性, 南瓜濃縮汁從與時間無關的流體轉變成與時間有關的 流體。
     
    靜態流變性質(圖1?3)表明,南瓜濃縮汁是一種非 牛頓流體,它的流變性質與濃度和所加親水膠體的性質表3不同濃度南瓜濃縮汁的Power Law模型參數Table 3 The Power Law model of pumpkin juice concentrate with different concentrations樣品Sample稠度指數 K(Pa. sn)The consistency index流動指數(n) The flow behaviour indexr2 The correlative coefficienta470.41190.88210.9996b470.59090.86161c472.2170.76031a551.2990.86880.9998b552.7700.79930.9997有關。隨著剪切速率的增加,南瓜濃縮汁的粘度在一 定濃度范圍內逐漸降低,表現出剪切變稀的假塑性,并 且流動曲線符合Power Law模型〇 =K( Y)°各樣品的 稠度指數K、流動指數n值如表3所示,相關系數r2值 表明實驗數據與模型擬合地很好。當南瓜混汁濃縮到一 定的濃度時,南瓜濃縮汁的流變性質會發生變化,由 與時間無關轉變成與時間有關,由假塑體系轉變為觸變 體系。
     
    這種變化與南瓜濃縮汁的微觀結構有關。南瓜濃縮 汁是一種懸浮分散體系,體系中含有很多小顆粒如細 胞、細胞團、細胞碎片等以及很多大分子物質如果膠、 蛋白質等。當體系的濃度較低時,小顆粒和大分子物 質作為分散相懸浮在含有糖等小分子的水溶液(分散介質) 中,在較小的剪切速率時,由于布郎運動分散相顆粒 和大分子物質隨機分布,因此產生較大的流動阻力,體 系呈現出較高的粘度;而當剪切速率增大時,分散的顆 粒和大分子物質趨向于定向排列,使得流動阻力減小, 粘度顯著降低;一旦剪切停止,分散相的顆粒和大分子 物質的運動立即又恢復隨機分布。但當南瓜混汁濃縮到 一定濃度時,體系產生了滯后環,這是因為隨著濃度 的增加,分散相所占的體積分數增大了,而分散介質 的體積分數減少了,體系中的顆粒間會相互聚集,大 分子間相互作用,體系中形成了松散聚集的結構,因 此當剪切速率從小變大時,這松散聚集的結構被打破, 而當剪切速率停止時,由剪切作用破壞的結構重新恢復 需要一定的時間,從而產生觸變環。
     
    2.2.2 南瓜濃縮汁的動態流變性質圖2的結果表明,在所采用的振蕩頻率下,無論 是添加膠或不添加膠,樣品的損耗模量G”和貯能模量 G’都隨濃度的增加而增加,并且損耗模量G"都大于貯 能模量G',這說明南瓜濃縮汁屬于粘性流體。
     
    2.2.3南瓜濃縮汁的靜態屈服應力和貯存穩定性SS為47° Brix的南瓜濃縮汁不存在屈服應力,而SS 增加至55°Brix和63°Brix都存在屈服應力,而且濃度越 大,其屈服應力值越大(圖7?9與表4)。屈服應力的存 在意味著南瓜濃縮汁的大分子物質相互作用和顆粒相互 聚集形成了一種弱的三維網狀結構,破壞這種結構需要35 7863534So w o o 5^32(sssausJBMISSo Q o o 5^32〇
     
    表4南瓜濃縮汁的靜態屈服應力和時間Table 4 The static yield stress and time of pumpkin juice concentrate樣品Sample時間(s) Time靜態屈服應力(Pa) Static yield stressa5545.03.571a63105.051.93b5575.022.78b63105.164.13c5560,036.30c63135.187.330100200300400500600Time(s)
     
    圖8 添加0. 03%瓜爾膠和0. 02%黃原膠的南瓜濃縮汁的靜 態屈服應力Fig.8 The static yield stress of pumpkin juices concen?trate with 0.03% guar and 0.02% xanthan gums克服屈服應力,而且隨著濃度的增加,物質間的相互 作用越強,破壞網狀結構所需克服的屈服應力也就越 大,而且打破結構所需的時間越長。由于測定屈服應 力的剪切速率只有0.04/s,這意味著樣品基本上接近于 靜態,可以模擬貯存過程中靜止放置的條件,正因為 濃度大于55° Brix的南瓜濃縮汁存在三維網狀結構,使 得南瓜濃縮汁中的顆粒不僅相互間有聚集作用,而且顆 粒還與大分子相互作用無法自由運動,因而在貯存期間 具有良好的混濁穩定性。
     
    3 小結南瓜濃縮汁的流變性質與濃度(47?63° Brix)和添加不同親水膠體(CMC、黃原膠和瓜爾膠)的性質有關。較 低濃度的南瓜濃縮汁是假塑性流體,具有剪切變稀的特 性,流動曲線符合Power Law模型;而較高濃度的南 瓜濃縮汁轉變為觸變性流體。動態流變性質的測定結果 進一步表明,不同濃度和添加不同親水膠體的南瓜濃縮 汁的損耗模量G"都大于貯能模量G’,粘度很大的南瓜 濃縮汁仍是一種典型的粘性流體。濃度大于55° Brix的 南瓜濃縮汁都具有靜態屈服應力且隨濃度的增加而增 大。南瓜濃縮汁具有良好的貯存穩定性歸因于兩個因 素,一是南瓜濃縮汁具有高的粘度,增加了體系中物 質的運動阻力:二是體系中的大分子物質間和懸浮顆粒 間形成了弱的三維網狀結構,這兩個因素都使南瓜濃縮 汁在貯存期間內具有良好的混濁穩定性。
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