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        明膠基乳液的流變學(xué)特性及其對煎炸食品的應(yīng)用

        2022-09-01 08:01:50胡露丹張宇昊王洪霞
        食品科學(xué) 2022年16期

        胡露丹,杜 杰,彭 林,周 揚(yáng),馬 良,張宇昊,2,王洪霞,2,*

        (1.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院,重慶 400715;2.西南大學(xué) 發(fā)光與實(shí)時分析化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400715)

        明膠是膠原蛋白的水解產(chǎn)物且來源廣泛,可應(yīng)用于各領(lǐng)域,目前食品和飲料生產(chǎn)中所用明膠主要來源包括豬、牛、魚、兔等動物。它是一種重要的天然兩親性大分子,具有優(yōu)異的表面活性,可以作為乳化劑提高乳液的穩(wěn)定性。乳液是由至少不相容的兩相(通常為油相和水相)組成的熱力學(xué)不穩(wěn)定的膠體體系,其中一相以液滴形式分散在另一相中。目前已經(jīng)有一定研究對明膠基乳液的性能(黏度、屈服性、穩(wěn)定性)和應(yīng)用進(jìn)行了探索。在食品領(lǐng)域,明膠基乳液可以用于飲料制備、咖啡奶精(促使?jié)櫥⑤p盈,替代牛奶)、3D打印食品等,甚至可以應(yīng)用于藥品、化妝品行業(yè)。但明膠基乳液作為“固態(tài)油”的應(yīng)用鮮見報道。

        食用油作為一種生活必需品包含豐富的營養(yǎng)物質(zhì),是人體內(nèi)重要營養(yǎng)物質(zhì)來源之一。隨著人民生活水平的提高及生活節(jié)奏加快,速食食品蓬勃發(fā)展,煎炸速食也受到關(guān)注,對食用油品質(zhì)及其便利性需求逐年提高。用于煎炸后的食用油不宜回收二次使用,造成一定程度上的浪費(fèi);針對這一問題,本研究提出一種明膠基乳液“固態(tài)油”的設(shè)想,以大豆油為油相、明膠溶液為水相,在高速均質(zhì)分散器的作用下,研制具有一定穩(wěn)定性的明膠基乳液“固態(tài)油”,并用以替代食用油煎炸手抓餅。該“固態(tài)油”的明膠溶液水相可以方便乳液黏附(通過明膠與淀粉見通過氫鍵等作用)在手抓餅表面,能夠與手抓餅同時包裝(作為速食食品的創(chuàng)新售賣點(diǎn)),方便手抓餅的直接取用和直接煎炸,以期在控制油使用量的同時,提升速食的便利性。

        1 材料與方法

        1.1 材料與試劑

        明膠(A型,~300 g Bloom) 西格瑪奧德里奇(上海)貿(mào)易有限公司;殼寡糖(分子質(zhì)量800~1 000 Da) 南通飛宇生物科技有限公司;大豆油九三糧油工業(yè)集團(tuán)有限公司;手抓餅 潮香村食品科技有限公司;純水由自來水經(jīng)純水機(jī)制備。

        1.2 儀器與設(shè)備

        JA3003B型電子天平 上海精天電子儀器有限公司;HH-4數(shù)顯恒溫攪拌水浴鍋 上海新諾儀器設(shè)備有限公司;XHF-D高速分散器 寧波新芝有限公司;UltraScan PRO測色儀 美國Hunter Lab公司;MCR302型流變儀 奧地利安東帕公司;TA質(zhì)構(gòu)儀 上海保圣實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司。

        1.3 方法

        1.3.1 乳液的制備

        明膠溶液制備:將明膠加入純水中,在常溫下靜置60 min使明膠吸水溶脹,加熱攪拌均勻得到2 g/100 mL明膠溶液;在玻璃瓶中先后加入3.75 mL的大豆油、1.25 mL 2 g/100 mL明膠溶液,利用均質(zhì)分散器以15 000 r/min速率分散1 min,得到明膠基乳液。根據(jù)乳液中明膠添加量0.475、0.480、0.485、0.490 g/100 mL,將乳液樣品分為標(biāo)為GLCOE1、GLCOE2、GLCOE3和GLCOE4。

        1.3.2 CIE Lab測試

        利用Ultra Scan PRO色差儀對乳液樣品進(jìn)行色差測定,測定記錄、、值,重復(fù)3 次實(shí)驗(yàn),結(jié)果取平均值。

        1.3.3 流變特性的測定

        使用安東帕流變儀探究乳液的流變性,PP-25平板(直徑25 mm),BC12.7探頭,間距1 mm。

        速率掃描:在25 ℃條件下,利用剪切應(yīng)力0.01~100 Pa探究乳液的屈服行為,利用Herschel-Bulkley模型(式(1))判斷乳液的流體特性。

        式中:為剪切應(yīng)力/Pa;為稠度系數(shù)/(Pa·s);為剪切速率/s;為流體行為指數(shù);為屈服應(yīng)力/Pa。

        速率掃描:在25 ℃條件下,利用剪切速率0.1~100 s探究乳液黏度行為,同時用Power-law模型(式(2))對黏度數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。

        式中:為表觀黏度/(Pa·s);為剪切速率/s;為稠度系數(shù)/(Pa·s);為流體行為指數(shù)。

        振幅掃描:在25 ℃條件下,通過頻率1 Hz、剪切應(yīng)變0.1%~1 000%探究乳液的線性黏彈性區(qū)域(linear viscoelastic region,LVER)。

        頻率掃描:在25 ℃條件下,通過在上述LVER范圍內(nèi),在頻率1~10 Hz范圍內(nèi)對探究乳液的頻率依賴性。

        溫度掃描:在測試過程中,利用硅油覆蓋樣品以防止測試時溶劑蒸發(fā)。通過頻率1 Hz、應(yīng)變1%、增溫(0~100 ℃,5 ℃/min)對乳液進(jìn)行溫度掃描,隨后在100 ℃保持30 s;然后以5 ℃/min速率(100~0 ℃)進(jìn)行降溫溫度掃描,最后在0 ℃保持30 s。記錄4 個階段的儲能模量’和損耗模量’’。

        3 階段觸變性測試(3 interval thixotropy test,3ITT):在25 ℃條件下,乳液先在1 s的恒定剪切速率下預(yù)剪切20 s。隨后,第1階段,通過剪切速率1 s對乳液剪切60 s;第2階段,利用剪切速率200 s對乳液剪切5 s;第3階段,采用剪切速率1 s對乳液剪切120 s。

        1.3.4 熒光正置顯微鏡觀察

        取適量乳液平鋪在干凈載玻片上,蓋上蓋玻片后,放置于熒光正置顯微鏡上,在10 倍目鏡,10 倍物鏡條件下,觀察乳液滴分布情況并拍照。隨后用粒徑分布計算軟件Nano Measurer對得到的液滴圖片隨機(jī)取樣(400 個點(diǎn)),得到乳液的粒徑分布情況,并作圖。

        1.3.5 手抓餅感官評分

        取5 g乳液樣品和5 g大豆油,分別均勻涂覆在手抓餅表面,低溫(-18 ℃)貯藏15 d后,取樣放置于煎鍋中直接煎炸相同時間,并對手抓餅進(jìn)行感官品質(zhì)評定,挑選10 人為評定小組對兩類成品進(jìn)行評分,取平均值為最終感官評定得分。評分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

        表1 手抓餅感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Criteria for sensory evaluation of Chinese scallion pancake

        1.3.6 手抓餅質(zhì)構(gòu)特性測定

        測定煎炸后手抓餅的質(zhì)構(gòu)特性,包括硬度、彈性、黏聚性、咀嚼性、回復(fù)性。測定條件為質(zhì)地剖面分析(texture profile analysis,TPA)壓縮模式,平底柱形P/50探頭(直徑50 mm的圓柱狀平頭探頭),測前速率2.0 mm/s,測試速率1 mm/s,測后速率2.0 mm/s,壓縮比40%,觸發(fā)力5.0 g,2 次壓縮時間間隔5 s。每組樣品至少重復(fù)測量3 次,結(jié)果取平均值。

        1.4 數(shù)據(jù)分析

        2 結(jié)果與分析

        2.1 色差分析

        在CIE Lab色差體系中,代表亮度,代表紅綠度(正值代表顏色偏紅,負(fù)值代表顏色偏綠),代表黃藍(lán)度(正值代表顏色偏黃,負(fù)值代表顏色偏藍(lán))。如圖1所示,隨著明膠含量增加,值和值呈現(xiàn)下降趨勢,值呈現(xiàn)上升趨勢,樣品也越偏近乳白色。

        圖1 乳液a值、b值和L值Fig. 1 a, b and L values of emulsions

        2.2 乳液的流變表征分析

        2.2.1 剪切掃描

        對明膠基乳液進(jìn)行剪切掃描得到剪切應(yīng)力-剪切速率曲線(圖2),曲線符合Herschel-Bulkley模型,擬合結(jié)果見表2。乳液均呈現(xiàn)為典型的假塑性流體(<1),且隨著明膠添加量的增加,乳液的流體行為指數(shù)逐漸降低,稠度系數(shù)呈明顯的上升趨勢,乳液的假塑性增強(qiáng)。屈服應(yīng)力隨著明膠含量的增加而呈現(xiàn)增大趨勢,可能是明膠含量增加有助于乳液體系大分子鏈的形成,形成更為緊密穩(wěn)定的三維結(jié)構(gòu),所以需要更大的屈服應(yīng)力才能使得乳液發(fā)生流變變形。乳液作為“固態(tài)油”時,在加工或者使用過程中,外界所施加的力應(yīng)超過(尤其是機(jī)械化工作臺連續(xù)加工、涂覆),才能有效拿取、涂抹、鋪平或者使之變形。

        圖2 乳液的剪切應(yīng)力-剪切速率關(guān)系曲線Fig. 2 Shear stress-shear rate relationship curves of emulsions

        表2 乳液的Herschel-Bulkley模型模擬參數(shù)Table 2 Herschel-Bulkley model parameters of gelatin-based emulsions

        2.2.2 速率掃描

        為探究不同明膠添加量乳液黏度隨剪切速率的變化情況,對乳液進(jìn)行速率掃描。如圖3所示,當(dāng)剪切速率由0.1 s增加至100 s時,樣品的表觀黏度隨著剪切速率的增加而降低,驗(yàn)證了2.2.1節(jié)中的假塑性流體。所有樣品都表現(xiàn)出剪切稀化現(xiàn)象。明膠是大分子的膠體粒子,在靜止或低剪切速率下以布朗力為主,隨著剪切速率的增大,流層之間的剪應(yīng)力增大,這時明膠分子滾動旋轉(zhuǎn)、收縮伸展,鏈狀分子間的相互纏結(jié)作用減弱,明膠基乳液的黏度降低;其次隨著流動速率的增加,混溶體系內(nèi)分子作用力減弱,明膠大分子的流動方向由無序向有序發(fā)生轉(zhuǎn)變,流動方向趨于一致,黏度降低。另一方面,在相同剪切速率下,當(dāng)明膠添加量增加,明膠分子間相互纏結(jié)加深,黏度較高(GLCOE4的黏度總體最高)。該“固態(tài)油”乳液具有剪切變稀的性質(zhì),當(dāng)外界對其施加剪切力時,其黏度隨之降低,有利于“固態(tài)油”在手抓餅表面順利、均勻地涂覆。

        圖3 不同剪切速率下乳液黏度Fig. 3 Viscosity of emulsions at different shear rates

        冪律模型擬合黏度曲線結(jié)果見表3。稠度系數(shù)值隨著明膠添加量的增大而增大,流體行為指數(shù)值隨明膠添加量的增大總體呈現(xiàn)降低趨勢,這可能因?yàn)槊髂z含量增加,明膠分子內(nèi)摩擦作用增大,從而使得相應(yīng)的乳液整體黏度升高,與2.2.1節(jié)結(jié)果一致。

        表3 乳液的Power-law模型模擬參數(shù)Table 3 Power-law model parameters of emulsions

        2.2.3 振幅掃描

        利用振幅掃描確定乳液LVER,如圖4a所示,在低應(yīng)變振幅下(應(yīng)變<10%),’大于’’,結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出一定的彈性、剛性;隨著應(yīng)變幅度進(jìn)一步增大,當(dāng)應(yīng)變超過20%時,’和’’均開始下降,’大于’’,呈現(xiàn)流體特征??梢源_定,GLCOE1、GLCOE2、GLCOE3和GLCOE4的LVER寬度分別為4.1%、4.8%、5.3%和6.4%;在LVER范圍內(nèi),隨著明膠添加量的增加,’和’’增加,GLCOE4的’和’’均最高。在隨后的振蕩測試中,應(yīng)變設(shè)置均處于LVER內(nèi)。

        圖4 乳液應(yīng)變掃描和頻率掃描曲線Fig. 4 Strain sweep and frequency sweep curves of emulsions

        2.2.4 頻率掃描

        如圖4b所示,在1~10 rad/s的振蕩頻率范圍內(nèi),’均高于’’,表明乳液在不同頻率影響下相對保持穩(wěn)定,以彈性行為為主,且頻率依賴性較低。在頻率掃描過程中,隨著明膠添加量增加,乳液的’和’’較高,尤其是GLCOE4的模量最高,可能是明膠大分子含量高,形成致密三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),使整個體系更加穩(wěn)定。“固態(tài)油”乳液具有高穩(wěn)定性結(jié)構(gòu),有利于在實(shí)際應(yīng)用中的運(yùn)輸和儲存。

        2.2.5 溫度掃描

        利用溫度掃描探究溫度對乳液的穩(wěn)定性影響,其結(jié)果曲線如圖5所示。圖5a、b分別展示了乳液升溫和降溫過程中’和’’隨溫度變化的規(guī)律。溫度從0 ℃升高至100 ℃,’和’’降低;同時,隨著溫度從100 ℃降低至0 ℃,’和’’恢復(fù)增加;在升溫和降溫過程中,乳液的’均大于’’,說明在該溫度范圍內(nèi),乳液的結(jié)構(gòu)均比較穩(wěn)定,在該溫度范圍內(nèi)沒有出現(xiàn)固態(tài)-液態(tài)的轉(zhuǎn)變,乳液主要呈現(xiàn)彈性行為,其熱穩(wěn)定性好。值得注意的是,在40 ℃左右,不論是升溫還是降溫,乳液的模量均發(fā)生較大的變化。

        圖5c、d分別表示乳液在0 ℃和100 ℃條件下’和’’情況,隨著時間的延長,乳液模量幾乎沒有變化,說明在0 ℃和100 ℃條件下乳液網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)均保持穩(wěn)定。明膠含量越高,’和’’也越高;高溫時’和’’均分別低于低溫,可能是高溫增加了分子之間碰撞的可能性,流動性增加,模量因此較低。結(jié)果可知當(dāng)該乳液作為“固態(tài)油”時,溫度會對其施加較大的影響;低溫情況下,’較高,因此該“固態(tài)油”適合低溫貯藏。

        圖5 乳液溫度掃描模量曲線Fig. 5 Storage (G’) and loss (G’’) moduli of emulsions as a function of sweep time under different temperature conditions

        2.2.6 3ITT測試

        利用3ITT測試探究明膠基乳液的觸變性,如圖6a所示,第1階段(1 s)乳液黏度較高;第2階段,剪切速率增大為200 s,高剪切減少明膠分子間纏結(jié),促使乳液黏度迅速降低;第3階段,剪切速率回到1 s,乳液黏度立即恢復(fù)到一定程度(表4)。如圖6b所示,GLCOE4的恢復(fù)率最高,達(dá)69.6%,乳液易恢復(fù)到高黏度,觸變性最好。當(dāng)乳液作為“固態(tài)油”涂覆在手抓餅表面后,黏度迅速恢復(fù),不易流動并保持形狀,利于隨后包裝和貯存。

        圖6 乳液3ITT測試曲線和恢復(fù)率Fig. 6 3ITT test curves and recovery rates of emulsions

        表4 不同明膠添加量乳液在1 s-1和200 s-1剪切速率下的黏度Table 4 Viscosity of emulsions added with different gelatin concentrations at shear rates of 1 and 200 s-1

        2.3 熒光正置顯微鏡觀察結(jié)果

        利用熒光正置顯微鏡觀察明膠基乳液的微觀形貌,由圖7可以看出,不同明膠添加量制備的乳液具有不同的液滴尺寸分布。隨著明膠添加量增大,乳液的液滴粒徑降低,穩(wěn)定性增加;乳液液滴粒徑分布情況如圖8所示,可以看出GLCOE4液滴尺寸分布均勻,粒徑較小的液滴占比最高。

        圖7 乳液的光學(xué)顯微鏡圖Fig. 7 Optical microscopic images of emulsions

        圖8 乳液的粒徑分布圖Fig. 8 Particle size distribution of emulsions

        2.4 乳液“固態(tài)油”在手抓餅中的應(yīng)用

        2.4.1 手抓餅煎炸效果對比

        由上述流變學(xué)結(jié)果和光學(xué)顯微鏡結(jié)果可知,GLCOE4具有較高黏度、彈性結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性,更有利于均勻的涂覆在手抓餅表面,方便儲藏、拿取,因此其被選擇用于煎炸實(shí)驗(yàn)。

        圖9a、b分別展示了用食用油和乳液“固態(tài)油”涂覆在手抓餅表面狀態(tài),隨后低溫冷藏(-18 ℃),圖9c、d分別展示了冷藏結(jié)束并常溫靜止5 min后的狀態(tài)??梢钥闯觯秤糜陀捎谀厅c(diǎn)高,手抓餅表面的食用油較快解凍且具有流動性,不利于消費(fèi)者拿??;而乳液“固態(tài)油”本身黏度較高、穩(wěn)定性,即使手抓餅從冰箱取出來放置一段時間,手抓餅表面仍然是“固態(tài)油”狀態(tài),相對來說拿取和貯存較為方便。圖9e、f分別表示表面涂覆食用油和乳液“固態(tài)油”的手抓餅油煎炸效果圖,可以看出兩者外觀接近,呈現(xiàn)金酥脆外表;另一方面,涂覆乳液“固態(tài)油”手抓餅的煎炸效果較佳,外層起酥明顯,有更濃的焦香味??赡苁且?yàn)椤肮虘B(tài)油”有利于面粉制品的起酥作用,明膠在高溫下發(fā)生焦化反應(yīng),使香味更濃郁。

        圖9 手抓餅涂覆兩種油煎炸前后對比圖Fig. 9 Comparison of cooked pancakes coated with soybean oil and gelatin-based emulsion

        2.4.2 質(zhì)構(gòu)特性分析

        利用TPA質(zhì)構(gòu)分析方法,對涂覆有大豆油和“固態(tài)油”手抓餅煎后的效果進(jìn)行定性分析,比較兩者的脆值、彈性、黏聚性、咀嚼性、回復(fù)性。從表5可以看出,煎炸后,對比之下,涂覆有“固態(tài)油”手抓餅的脆值、彈咀嚼性能有所改善,彈性、黏聚性、回復(fù)性相差不大。通過顯著性差異分析,同樣可以得出脆值=0<0.05,咀嚼性的=0.037<0.05,即使用“固態(tài)油”煎炸對手抓餅的脆值、咀嚼性有顯著影響,而其彈性、黏聚性和回復(fù)性兩者之間不存在顯著性差異。說明“固態(tài)油”在一定程度上可以改善手抓餅煎炸后的口感,利于制作出酥脆可口的手抓餅。

        表5 涂覆有大豆油和“固態(tài)油”手抓餅煎炸后的質(zhì)構(gòu)特性Table 5 Texture characteristics of cooked pancakes coated with soybean oil and gelatin-based emulsion

        2.4.3 感官評分

        對兩種煎炸后的手抓餅進(jìn)行感官評定,從表6可以看出,使用“固態(tài)油”煎炸的手抓餅韌性、黏彈性、香氣獲得較高評分,通過差異顯著性分析,同樣可以得出,韌性的=0.049<0.05、黏彈性的=0.025<0.05、香氣的=0.040<0.05,即“固態(tài)油”對手抓餅的韌性、黏彈性、香氣具有顯著影響,一定程度上可以使其口感更加酥脆,香氣更加濃郁,提升食欲。這一結(jié)果與2.4.2節(jié)質(zhì)構(gòu)特性分析結(jié)果吻合,說明乳液“固態(tài)油”可以替代常用的大豆油類食用油,在食物生產(chǎn)時涂覆手抓餅表面,并直接包裝為速食產(chǎn)品。該類“固態(tài)油”也可以用于其他速食煎炸食品涂覆包裝中;需食用時,從冰箱取出涂覆有“固體油”的速食煎炸食品,直接并放入鍋中進(jìn)行煎炸等操作,方便省力。

        表6 涂覆有大豆油和“固態(tài)油”手抓餅的煎炸感官評分Table 6 Sensory evaluation scores of cooked pancakes coated with soybean oil and gelatin-based emulsion

        3 結(jié) 論

        以明膠為乳化劑水相、大豆油為油相制備明膠基乳液,并探究不同明膠添加量對乳液流變學(xué)特性的影響,利用光學(xué)顯微鏡進(jìn)一步探究驗(yàn)證穩(wěn)定性,并探究乳液作為“固態(tài)油”在速食煎炸食品中應(yīng)用潛力。CIELab測試表明明膠含量對乳液、、值具有一定影響。流變測試結(jié)果表明,乳液表現(xiàn)出明顯的假塑性流體特征,具有剪切稀化行為;明膠在體系中的含量增高,乳液黏度較高、’增加,乳液彈性較高、體系結(jié)構(gòu)較強(qiáng);明膠含量增高也會改善乳液的溫度依賴性、觸變性(恢復(fù)率達(dá)69.6%),穩(wěn)定性較好(尤其是GLCOE4),在作為“固態(tài)油”使用時具有易拿取、涂抹、涂覆穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。光學(xué)顯微鏡觀察結(jié)果表明,明膠含量越高,液滴直徑小、液滴分布均勻,證明了GLCOE4乳液的高穩(wěn)定性。綜上,GLCOE4適宜用作“固態(tài)油”應(yīng)用于煎炸食物中,且對煎炸后的手抓餅脆性、咀嚼性有顯著影響,更容易做出酥脆可口的手抓餅;明膠的加入可以使其呈現(xiàn)更濃郁的焦香味,增加食欲。

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