周啟萍，張兆云，袁翔，申紅梅，張志華，李霞，馬筱菡，楊富民*

1(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州，730070)；2(慶陽(yáng)質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)研究院，甘肅 慶陽(yáng)，745000) 3(臨夏州食品檢驗(yàn)檢測(cè)中心，甘肅 臨夏，731100)；4(甘肅和政八八啤特果集團(tuán)有限公司，甘肅 和政，731200)

啤特果(beer nut)，又稱酸巴梨、牙面包，系薔薇科梨屬秋子梨系統(tǒng)(PyrusussuriensisMaxim.)，主要生長(zhǎng)在甘肅臨夏回族自治州海撥2 400 m左右的太子山麓[1]。啤特果被譽(yù)為“甘肅十大名果”之一，采摘后需要后熟，變黑、變軟方可食用或榨汁。其栽植面積約1.82萬(wàn)hm2，是臨夏州的特色優(yōu)勢(shì)資源。國(guó)內(nèi)有關(guān)梨汁的研究主要集中在理化特性、澄清、脫色、褐變控制、發(fā)酵及復(fù)配飲料等方面，如曹雪慧等[2]為篩選制備非濃縮還原梨汁的加工品種，對(duì)遼西的花蓋梨、綏中白梨、晶白梨、錦豐梨、皇冠梨、水晶梨、雪花梨、酥梨梨汁的理化特性、褐變程度、穩(wěn)定性等指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)定，研究了不同梨品種對(duì)梨汁品質(zhì)的影響；黃瀅潔等[3]采用響應(yīng)面法優(yōu)化了復(fù)合乳酸菌發(fā)酵梨汁工藝。目前，有關(guān)啤特果的報(bào)道較少，主要集中在育苗、栽培管理、果汁飲料調(diào)配、基本營(yíng)養(yǎng)成分分析、總黃酮提取工藝、多糖提取以及抗氧化性等方面。如齊勇等[4]以啤特果為原材料，開展了啤特果汁飲料配方研究；王永剛等[1]對(duì)啤特果的基本營(yíng)養(yǎng)組成進(jìn)行了測(cè)定；張新軍等[5]通過正交試驗(yàn)優(yōu)化了啤特果中總黃酮的提取工藝；劉曉風(fēng)等[6]對(duì)啤特果多糖PTGP1的提取工藝及抗氧化性進(jìn)行了研究。

食品流變學(xué)通過測(cè)定流體的黏彈性、觸變性以及流體類型等，利用其流變參數(shù)之間定量信息化手段來(lái)解析食品的組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為控制食品品質(zhì)提供依據(jù)[7]。果汁在加工過程中溫度和可溶性固形物含量對(duì)其影響顯著，果汁的流變學(xué)特性研究對(duì)提高品質(zhì)和產(chǎn)品開發(fā)具有現(xiàn)實(shí)意義。目前，有關(guān)啤特果果汁流變學(xué)特性的研究尚未見報(bào)道。為進(jìn)一步拓展啤特果汁的利用途徑，本文對(duì)啤特果果汁的流體類型以及溫度和可溶性固形物對(duì)黏度的影響開展研究，旨在為啤特果新產(chǎn)品開發(fā)及質(zhì)量控制提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

啤特果果汁，2019年甘肅省臨夏州和政縣八八啤特果集團(tuán)有限公司。原汁可溶性固形物含量為8 °Brix，濃縮汁可溶性固形物含量分別為14、20、26和32 °Brix。

1.2 儀器與設(shè)備

HR-1 流變儀，美國(guó)TA儀器(沃特世科技(上海)有限公司)；TD-45數(shù)字折光儀，浙江托普儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 啤特果果汁加工工藝

啤特果果汁加工工藝如下：

啤特果→挑選→清洗→榨汁→過濾→啤特果原汁

1.3.2 靜態(tài)流變學(xué)測(cè)定

參考王新明等[8]的方法，稍作修改。選用直徑為40 mm不銹鋼平行板測(cè)量系統(tǒng)，平行板測(cè)定間距為1 mm，在流動(dòng)模式下設(shè)定剪切速率范圍為10～600 s-1，分別測(cè)定啤特果8 °Brix果汁在25、35、45、55和65 ℃不同溫度下剪切應(yīng)力(Pa)隨剪切速率(s-1)的變化。為了驗(yàn)證由圖直觀所得出的結(jié)論，采用冪律方程對(duì)啤特果果汁在不同溫度下的流變特性曲線進(jìn)行擬合[9-10]，方程如公式(1)所示：

τ=KDn

(1)

式中：τ為剪切應(yīng)力，Pa；K為黏度系數(shù)，Pa·s；D為剪切速率，s-1；n為流動(dòng)指數(shù)。

1.3.3 動(dòng)態(tài)流變學(xué)測(cè)定

1.3.3.1 頻率掃描的測(cè)定

參考CHO等[11]的方法，稍作修改。選用直徑為40 mm不銹鋼平行板測(cè)量系統(tǒng)，平行板測(cè)定間距為1 mm，在振蕩模式下設(shè)定應(yīng)變0.01%，測(cè)定啤特果8 °Brix果汁儲(chǔ)能模量G′和損耗模量G″在頻率為1～20 Hz 掃描范圍內(nèi)的變化。

1.3.3.2 溫度對(duì)啤特果果汁黏度的影響

參考周莉等[12]的方法，稍作修改。選用直徑為40 mm不銹鋼平行板測(cè)量系統(tǒng)，平行板測(cè)定間距為1 mm，設(shè)定剪切速率為10～600 s-1，分別測(cè)定啤特果8 °Brix果汁在25、35、45、55和65 ℃溫度梯度下黏度與剪切速率之間的變化。在剪切速率170 s-1下，測(cè)定黏度在剪切時(shí)間0～60 s的變化，同時(shí)在25～65 ℃測(cè)定溫度對(duì)啤特果果汁黏度的影響。

溫度與黏度之間的關(guān)系采用阿倫烏尼斯方程(Arrhenius)來(lái)描述[13-14]。參考王晴華等[15]的方法，通過Arrhenius方程分析溫度對(duì)黏度的影響，方程如公式(2)所示：

η=Ke-Ea/RT

(2)

式中：R為摩爾氣體常量[8.314 J/(mol·K)]；T為熱力學(xué)溫度，K；Ea為活化能，kJ/mol;K為常數(shù)。

1.3.3.3 可溶性固形物含量對(duì)啤特果果汁黏度的影響

選用直徑為40 mm不銹鋼平行板測(cè)量系統(tǒng)，平行板測(cè)定間距為1 mm，設(shè)定剪切速率范圍為10～600 s-1，分別測(cè)定可溶性固形物含量為8、14、20、26和32 °Brix的啤特果果汁在25 ℃的溫度條件下可溶性固形物含量與黏度之間的變化情況。

可溶性固形物含量(濃度)與黏度之間的關(guān)系用2種模型表示[16]，如公式(3)、(4)所示：

η=K(C)A

(3)

η=Kexp(AC)

(4)

式(3)、(4)中:A、K為常數(shù);C為濃度，單位為 °Brix。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理

用SPSS 24和Origin 2018處理數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析并繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 啤特果果汁流體類型

啤特果果汁流變特性曲線見圖1。

圖1 流變特性曲線Fig.1 Rheological characteristic curve

由圖1可以看出，啤特果果汁在25、35、45、55和65 ℃溫度條件下，剪切速率與剪切應(yīng)力呈非線性關(guān)系，剪切應(yīng)力隨剪切速率的增大而增大；但隨著溫度升高，剪切應(yīng)力增加幅度逐漸降低，各溫度條件下的流變特性曲線呈一條向上凸的曲線，符合假塑性流體的特征[17]。

通過冪律方程對(duì)啤特果果汁流變特性曲線進(jìn)行擬合，擬合參數(shù)及結(jié)果見表1。R2表示擬合精度，其值越高說(shuō)明擬合效果越好。

表1 啤特果果汁流體類型冪律方程擬合參數(shù)結(jié)果Table 1 Fitting parameters of power law equation for fluid type of Piteguo fruit juice

當(dāng)n>1時(shí)，對(duì)應(yīng)剪切稠化，流體為脹塑型流體，其曲線斜率減小黏度增加，曲線向下凹；0

2.2 頻率掃描

啤特果果汁頻率掃描見圖2。

圖2為不同溫度下啤特果果汁儲(chǔ)能模量G′和損耗模量G″的變化圖。由圖2可知，在1～20 Hz頻率范圍內(nèi)，隨著溫度升高，儲(chǔ)能模量G′和損耗模量G″呈下降趨勢(shì)，并且在不同溫度條件下，G′總高于G″，說(shuō)明啤特果果汁表現(xiàn)出固體彈性性質(zhì)[19]。同時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了啤特果果汁屬于非牛頓流體。

a-25 ℃；b-35 ℃；c-45 ℃；d-55 ℃；e-65 ℃圖2 不同溫度下啤特果果汁儲(chǔ)能模量G′、損耗模量G″的變化Fig.2 Changes of energy storage modulus G′and loss modulus G″of Piteguo fruit juice at different temperatures

2.3 溫度對(duì)啤特果果汁黏度的影響

將啤特果果汁分別在25、35、45、55和65 ℃不同條件下，以剪切速率為橫坐標(biāo)，黏度為縱坐標(biāo)，繪制其變化曲線，如圖3所示。

固定剪切速率為170 s-1，以剪切時(shí)間為橫坐標(biāo)，黏度為縱坐標(biāo)，繪制其變化曲線，如圖4所示。

圖3 不同溫度下剪切速率對(duì)啤特果果汁黏度的影響Fig.3 Effect of Shear rate on the viscosity of Piteguo fruit juice at different temperatures

圖4 不同溫度下剪切時(shí)間對(duì)啤特果果汁黏度的影響Fig.4 Effect of shearing time on the viscosity of Piteguo fruit juice at different temperatures

由圖3可知，啤特果果汁在25 ℃和35 ℃溫度條件下，黏度隨剪切速率的變化幅度較大，在45、55和65 ℃的溫度條件下，隨剪切速率的增加黏度降低幅度較小，當(dāng)剪切速率約為300 s-1時(shí)，不同溫度下的啤特果果汁隨剪切速率的增加黏度趨于穩(wěn)定。表明啤特果果汁隨剪切速率的增加而黏度降低，到達(dá)一定剪切速率則趨于平緩，呈現(xiàn)出剪切稀化現(xiàn)象。其原因是由于當(dāng)剪切速率突然增大，啤特果果汁分子結(jié)構(gòu)被破壞，分子間結(jié)合力變差，從而使黏度降低。而在同一剪切速率下，由于液體的黏溫特性導(dǎo)致溫度變化使液體內(nèi)聚力發(fā)生變化，溫度升高，黏度下降。

由圖4可知，相同剪切速率下，25 ℃溫度條件的啤特果果汁隨剪切時(shí)間的延長(zhǎng)黏度基本不變，但在35、45、55和65 ℃的溫度條件下，隨著剪切時(shí)間的延長(zhǎng)，黏度逐漸降低，但降低幅度較小。

圖5為不同溫度下啤特果果汁黏度變化關(guān)系曲線圖，表2為回歸分析結(jié)果。

圖5 不同溫度下啤特果果汁黏度變化Fig.5 Changes in viscosity of Piteguo fruit juice at different temperatures

表2 啤特果果汁的Arrhenius參數(shù)Table 2 Arrhenius parameters of Piteguo fruit juice

由圖5可見，隨著溫度的升高，啤特果果汁的黏度逐漸降低。由表2可知，回歸分析的相關(guān)性系數(shù)R2>0.99，表明Arrhenius方程能較好地反映溫度對(duì)黏度的影響。黏度是反映食品品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，因此，在工廠實(shí)際生產(chǎn)過程中，可以利用上述模型為啤特果果汁加工和貯藏提供理論數(shù)據(jù)[20-21]。

2.4 可溶性固形物含量對(duì)啤特果果汁黏度的影響

可溶性固形物含量與黏度關(guān)系曲線如圖6所示，回歸分析結(jié)果見表3。

圖6表明，黏度隨可溶性固形物含量的增加而增大；一定濃度條件下，溫度升高，黏度則降低。由表3可知，2種模型的R2均大于0.96，且在相同條件下，指數(shù)模型中的R2值高于冪指數(shù)模型中的R2，說(shuō)明指數(shù)模型能更好地反映啤特果果汁濃度與黏度之間的變化關(guān)系,這與IBARZ等[22]所研究的結(jié)果即指數(shù)型函數(shù)適于擬合果汁，冪函數(shù)更加適于擬合醬類食物一致。

圖6 可溶性固形物含量與黏度關(guān)系曲線Fig.6 Curve of relationship between soluble solid content and viscosity

表3 濃度與黏度2種模型回歸分析參數(shù)Table 3 Regression analysis parameters of two models of concentration and viscosity

3 討論

在液體食品中，黏度不僅是主要的感官結(jié)構(gòu)性質(zhì)，而且對(duì)食品的加工和保存起著重要的作用。影響食品黏度的主要因素有水分、溫度、可溶性固形物含量、物料的均質(zhì)程度以及組分等。流體的溫度-黏度關(guān)系在許多技術(shù)領(lǐng)域中起著重要的作用。溫度對(duì)液體食物在一定剪切速率下的牛頓黏度或表觀黏度的影響，可用Arrhenius方程來(lái)描述[23]，并已被大量研究所證實(shí)。隨著溫度升高，物料的分子能量增大，分子之間的聚合能力下降，因而使得有效容積率降低，黏度也因此下降[24]。王晴華等[15]通過此分析方法測(cè)定了雙孢菇果肉飲料流變特性，阮美娟等[25]研究了馬齒莧飲料的流變特性，AKBULUT等[26]研究了濃縮杜松果汁溫度對(duì)黏度的影響，王新明等[8]研究了在25、35、45和55 ℃條件下紅樹莓桑葚復(fù)合飲料流體類型，其流變特性曲線為過原點(diǎn)向上凸的曲線，曲線的擬合參數(shù)0

流變性和黏度研究有助于工廠在生產(chǎn)過程中對(duì)濃縮設(shè)備的選擇和生產(chǎn)工藝的確定。液體的黏度與自身溶劑含量多少有關(guān)，隨著溶劑增加，黏度降低，反之，隨著溶劑減少黏度增加。宋洪波等[27]測(cè)定柚子濃縮汁與清汁可溶性固形物含量和黏度之間的關(guān)系，陳奕文[28]研究了基于超高壓技術(shù)紅棗復(fù)合果肉飲料濃度對(duì)黏度的影響。本文通過研究啤特果果汁不同可溶性固形物含量條件下的黏度，發(fā)現(xiàn)隨著可溶性固形物含量增加黏度變大，與宋洪波等[27]研究報(bào)道一致。通過研究啤特果果汁黏度與溫度之間的關(guān)系和可溶性固形物含量對(duì)黏度的影響，發(fā)現(xiàn)不同溫度及不同可溶性固形物含量對(duì)其黏度影響不同，研究結(jié)果對(duì)未來(lái)啤特果口服液、濃縮汁、啤特果粉等產(chǎn)品的開發(fā)利用具有一定的指導(dǎo)意義。

5 結(jié)論

25、35、45、55和65 ℃溫度條件下，啤特果果汁具有剪切稀化和觸變性特征，其流變特性曲線符合冪律方程，屬于假塑性流體，儲(chǔ)能模量G′總大于損耗模量G″。黏度是反映食品品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，啤特果果汁黏度隨溫度增加而降低，隨可溶性固形物含量增加而變大。Arrhenius方程能較好地反映溫度對(duì)黏度的影響，η=Kexp(AC)模型能較好地反映可溶性固形物對(duì)黏度的影響，可利用其為啤特果果汁的加工和貯藏提供依據(jù)。