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(1.南昌大学食品科学与技术国家重点实验室,江西南昌 330047;2.江西齐云山食品有限公司,江西赣州 341000)

南酸枣(Choerospondiasaxillaris)又称醋酸枣、五眼果、山枣、广枣等,属于漆树科(Anacardiaceae)南酸枣属(ChoerospondiasBurtt et Hill)落叶大乔木,是主要生长在中国南部、印度和中南半岛等地的一种可食用的野生果实[1-3]。南酸枣的果实中富含多种营养成分包括果胶、纤维素、黄酮、原花青素、有机酸、蛋白质、微量矿物元素等,具有抗癌、抗心血管疾病、抗糖尿病、抗氧化、抗心律失常、抗血小板凝聚、保护心肌缺血、增强食欲、治疗便秘、增强免疫等功效[4-8]。因此,南酸枣果实具有非常广阔的应用价值与市场前景。迄今为止,南酸枣已被加工成各种各样的食品,包括南酸枣糕、南酸枣功能性饮料、南酸枣凝胶软糖等[9-13],其中南酸枣糕最为常见。南酸枣糕已经逐步成为一款酸甜可口的健康休闲食品,深受广大消费者的喜爱。

在南酸枣糕的制作过程中,除了受工艺参数(温度、水分、烘干时间、烘干温度等)的控制之外,南酸枣糕品质还取决于其主要原料成分(南酸枣肉、白砂糖)。南酸枣糕属于一种粘弹性果糕,其品质与其凝胶性能及质构物性息息相关。南酸枣肉中天然存在的果胶和纤维可能会在很大程度上影响着南酸枣糕的凝胶特性。本课题组前期研究发现南酸枣肉含有丰富的果胶,且果胶的半乳糖醛酸含量和酯化度分别在75%和60%左右[14]。张严磊等[15]报道了南酸枣肉中含有丰富的可溶性和不溶性膳食纤维。此外,南酸枣肉因其含有大量的有机酸成分,酸度较大,在将其制备成酸甜可口的南酸枣糕时往往需要加入甜味剂。在现有的南酸枣糕配方中南酸枣糕加入的主要是白砂糖(蔗糖低聚糖)。市场上除了蔗糖还具有较多其他低聚糖如麦芽糖、海藻糖、葡萄糖、果糖、乳糖、半乳糖等,这些低聚糖作为食品原料广泛运用在食品工业中[16],并且不同的低聚糖具有不同的生理功能[17-19]。

然而,目前关于南酸枣肉中存在的果胶、纤维素对南酸枣糕成型性的影响尚未见报道。本研究基于课题组前期的南酸枣糕配方和优化实验[20],得到了一个最佳的南酸枣糕配方。在此配方上,使用果胶酶和纤维素酶分别酶解掉南酸枣肉中的果胶和纤维素,并将不同酶解后的南酸枣肉和替换蔗糖的六种低聚糖分别按照配方制备南酸枣糕,采用质构仪对南酸枣糕的硬度、黏度等质构特征进行测定,来考察多糖与低聚糖对南酸枣糕成型性的影响。此外,还在原配方中分别加入外源性的果胶和纤维素,来进一步验证过果胶和纤维素对南酸枣糕成型性的影响,从而探究外源多糖对南酸枣糕质构及流变性质的影响。因此本研究通过探讨研究内源成分的果胶、纤维素及外源添加的果胶、纤维素、蔗糖、海藻糖、麦芽糖、葡萄糖、果糖、乳糖、半乳糖对南酸枣糕成型机理的影响,以期为制备品质更高、营养更好、风味更佳的南酸枣糕提供理论支撑和实践指导。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

南酸枣肉 江西齐云山食品有限公司;白砂糖 食品级,南昌科龙食品有限公司;大豆纤维素 食品级,河北百味生物科技有限公司;卡拉胶、海藻糖、麦芽糖、葡萄糖、果糖 食品级,河北格贝达生物科技有限公司;麦芽糖浆(80度) 食品级,江苏先卓食品科技有限公司;乳糖(98%)、半乳糖(99%) 分析级,北京索莱宝生物科技有限公司;果胶(L101,酯化度70%) 上海CPKelco有限公司;果胶酶(P116864,30 KU/g),纤维素酶(C109262,10 KU/g) 上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

TA-XT-Plus质构分析仪 英国Stable Micro System有限公司;Anton Paar MCR302流变分析仪 奥地利安东帕有限公司;DHG-9145A电热鼓风干燥箱 上海一恒仪器设备有限公司;C21-ST2106电磁炉 广东美的集团股份有限公司;WZ-100/110糖度计 北京友谊四方科技发展有限公司;AR224CN电子分析天平 上海奥豪斯国际贸易有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 不同白砂糖添加量制备南酸枣糕 工艺流程主要包括以下几个步骤:a预溶卡拉胶:将1 g卡拉胶溶解于20 g的蒸馏水中,充分搅拌备用。b制备糖浆:将20 g麦芽糖浆分别与25、30、35、40、45 g白砂糖混合,加入25 g蒸馏水,混匀。电磁炉加热麦芽糖浆-白砂糖混合物至沸腾制备糖浆,采用糖度计控制糖浆糖度大于70%。c制备南酸枣糕:将30 g南酸枣肉加入到热的糖浆(温度>80 ℃)中不断搅拌,加入预溶好的卡拉胶溶液,继续搅拌,待南酸枣糕浆形成软凝胶后,倒盘。d南酸枣糕成型:将冷却倒盘的南酸枣糕置于鼓风干燥箱中,于60 ℃下烘干24 h,得南酸枣糕。

1.2.2 不同酶解处理的南酸枣肉制备南酸枣糕 工艺流程主要包括以下几个步骤:a酶解南酸枣肉:取四个烧杯标号A组、B组、C组、D组。在4个烧杯中分别加入30 g南酸枣肉和30 g蒸馏水,并加入搅拌子,然后A组不加酶,作为对照组,B组加入0.05 g的纤维素酶,C组加入0.05 g果胶酶,D组加入0.05 g纤维素酶和0.05 g果胶酶,四组南酸枣肉样品于磁力搅拌50 ℃恒温水浴酶解2 h[21-22]。b预溶卡拉胶:同1.2.1。c制备糖浆:将20 g麦芽糖浆与35 g白砂糖混合,加入25 g蒸馏水,混匀。电磁炉加热麦芽糖浆-白砂糖混合物至沸腾制备糖浆,采用糖度计控制糖浆糖度大于70%。d制备南酸枣糕:将a中四组经酶解的南酸枣肉加入到热的糖浆(温度>80 ℃)中不断搅拌,加入预溶好的卡拉胶溶液,继续搅拌,待南酸枣糕浆形成软凝胶后,倒盘。e南酸枣糕成型:同1.2.1。

1.2.3 多糖添加及低聚糖等量替代白砂糖制备南酸枣糕 将1 g果胶和1 g纤维素分别加入到25 g蒸馏水中溶解,然后将其加入到20 g麦芽糖浆中,再加入35 g白砂糖制备糖浆,其中南酸枣肉中的纤维素和果胶均被酶解,其余步骤同1.2.1。

低聚糖等量替代白砂糖的南酸枣糕工艺流程:将与白砂糖等量的6种低聚糖(海藻糖、麦芽糖、葡萄糖、果糖、乳糖、半乳糖)35 g分别加入到20 g麦芽糖浆中,再加入25 g蒸馏水制备糖浆,其余步骤同1.2.1。

1.2.4 南酸枣糕质构性质的测定 根据Liu等[23]的方法,并稍作修改(测试探头、压缩速度)。将制备的南酸枣糕置于质构分析仪上,在室温下测定其质构特性。参数设置:测试探头P/0.5R,操作模式TPA分析,压缩速度0.5 mm/s,触发点负载5.0 g,测试距离10 mm,测定南酸枣的硬度、弹性、粘性等质构参数。

1.2.5 南酸枣糕凝胶的流变特性测定 采用Physica MCR 302流变仪测定南酸枣糕凝胶(1.2.2中d步骤的样品)的流变学特性,测定模式包括振幅应变扫描、频率扫描和稳态剪切扫描。

表1 不同白砂糖含量的南酸枣糕的质构特性Table 1 Texture characteristics of Choerospondias axillaris pastilles with different levels of saccharose

图1 纤维素酶和果胶酶处理的南酸枣肉和南酸枣糕的实物图Fig.1 Real products photoes of Choerospondias axillaris flesh and Choerospondias axillaris pastilles treated with cellulase and pectinase

注:同一列数据中的不同字母代表数据之间具有显著性差异(P<0.05);表3同。

取适量的南酸枣糕凝胶样品置于平行板测量系统(PP 50)的底板上,并且在测试前使样品在25 ℃下平衡2 min。两平行板的间距设为1 mm。底板的温度由珀尔帖效应系统控制。样品的表面涂上一层薄的甲基硅油防止水分的挥发。对于振幅应变测试,测试模式设为振荡模式,频率保持在 1 Hz。测定每个样品的储能模量随应变(0.01%～100%)的变化,确定样品的线性粘弹区[24]。根据Li等[25]的方法略作修改,采用频率扫描模式来确定储能模量值随着角速度ω(0.1～100 rad/s)的变化,样品测定时,温度保持在25 ℃。应变速率设为0.1%,保证所有样品的动态测试都在线性粘弹区内。根据Niu等[26]的方法,采用稳态剪切模式来测定样品的粘度值随着剪切速率在0.1～100 s-1的变化。在测试前,样品置于底板上在25 ℃条件下平衡2min。

1.3 数据处理

所有试验至少两次平行,试验数据以平均数±平均偏差表示,使用Origin 2018软件绘图,并采用SPSS 25.0软件确定样品测定平均值之间的显著性差异,显著性差异水平P<0.05。由于试验的样品量过多,各样品的损耗模量未列出。

2 结果与分析

2.1 白砂糖添加量对南酸枣糕质构特性的影响

由表1可得,白砂糖的添加量对南酸枣糕的质构特性有着显著性的影响(P<0.05)。随着白砂糖添加量的增加,南酸枣糕的硬度从1764.250降低到279.221,这表明过多的添加白砂糖会降低南酸枣糕的刚性,提高其柔软性。所有样品的弹性相差不大,白砂糖添加量为35 g的南酸枣糕其弹性略微高于其他四组,且其粘结性也最高。白砂糖添加量为25 g的南酸枣糕具有最好的粘合性。根据质构特性分析,白砂糖添加量为35 g的南酸枣糕具有相对较好的弹性、粘结性以及较软的硬度。对于一个高品质的南酸枣糕,应有较好的弹性、相对较低的硬度,故后续研究南酸枣糕的成型机理时均采用白砂糖添加量为35 g的工艺配方。

2.2 果胶和纤维素对南酸枣糕成型的影响

观察图1(左)可知,无酶处理的南酸枣肉(图1A)具有较好的形态质地,且流动性较差。纤维素酶解的南酸枣肉(图1B)与图1A相比差异不大。然而,果胶酶酶解的南酸枣肉(图1C)与图1A和图1B相比其流动性具有明显差异,其中图1C的南酸枣肉质量明显减少,从而导致大量被束缚的水从枣肉中流失出来(见图1C黄色箭头标识)。果胶酶是一种在适宜的条件下会单一作用于果胶的酶,并将果胶水解成半乳糖醛酸。Liang等[27]研究结果表明高酯化度果胶(DM>50%)能在酸性条件下形成凝胶。梁瑞红等[14]报道了南酸枣中果胶酯化度约为60%,且南酸枣肉中含有丰富的有机酸,南酸枣肉是一个酸性体系。因此,由于果胶被酶解,可以明显观察到未酶解南酸枣肉的凝胶性远远高于果胶酶解的南酸枣肉。纤维素酶和果胶酶共同处理的南酸枣肉(图1D)与图1C无明显差别。

由表2可得,只有未酶解的南酸枣肉制备的南酸枣糕(图1E)具有质构特性的触发值,另外三组(图1F、G、H)样品在质构仪上测定时,其测试探头无质量触发值。此外,纤维素酶解的南酸枣肉(图1B)与未酶解的南酸枣肉(图1A)虽无明显差异,然而其制备的南酸枣糕的质构特性具有明显差异,纤维素酶解的南酸枣肉制备的南酸枣糕无法测定其质构特性,不具有仪器触发性。由图1(右)可知,纤维素酶酶解南酸枣肉制备的南酸枣糕(图1F)其凝胶性能小于未酶解的南酸枣肉(图1E),其流动性较好,而未酶解的枣糕形成了稳定的凝胶结构,这表明南酸枣肉中的纤维素对南酸枣糕的成型起促进作用。对于果胶酶酶解的南酸枣肉制备的南酸枣糕(图1G)及两种酶共同酶解制备的南酸枣糕(图1H),两者的物理状态和糖浆相似,具有很好的流动性,没有形成凝胶。其次,图1F的凝胶性能相对较强于图1G,且二者都无法形成稳定南酸枣糕凝胶,这表明南酸枣糕中单独存在果胶或者纤维素都无法使南酸枣糕成型。综合以上结果,枣肉中存在的果胶和纤维素对南酸枣糕的成型都起着非常重要的作用,且果胶的成型作用大于纤维素。

表2 纤维素酶和果胶酶处理的南酸枣糕的质构特性Table 2 Texture characteristics of Choerospondias axillaris pastilles treated with cellulase and pectinase

注:NT(Not triggered):不触发。

2.3 果胶、纤维素和低聚糖对南酸枣糕凝胶流变行为的影响

2.3.1 振幅应变扫描的测定结果 振幅应变扫描不仅可以提供凝胶样品的储能模量值大小,而且还能确定样品的线性粘弹区(更宽的应变值对应更高的断裂模量),在这个区域中样品的模量值为恒定值[23]。由图2可知,在整个测量的应变范围内,所有样品的储能模量值都大于其各自相对应的损耗模量值,这说明所有样品都是凝胶。此外,所有样品的储能模量值都随着应变的增加呈现出先不变后减少的趋势,这说明所有样品都具有线性粘弹区(屈服点)。由图2数据可知,所有样品的线性粘弹区都在0.01%～0.398%。因此,后续实验的频率扫描试验的应变值在这个区域选取。此外,在最佳配方上(添加白砂糖),添加果胶会明显增加枣糕的模量值,提高其凝胶性能。这与果胶酶酶解南酸枣肉制备的南酸枣糕的成型性低于未酶解的南酸枣肉制备的南酸枣糕的结果互相验证。相比于最佳配方,添加纤维素并不能提高其凝胶性能,这表明外源的大豆膳食纤维对南酸枣糕的凝胶性能不起作用。这可能是由于不同来源的膳食纤维结构不同[28],其在凝胶性能方面体现不一致。与最佳配方相比,添加六种低聚糖(海藻糖、麦芽糖、葡萄糖、果糖、乳糖、半乳糖)的南酸枣糕凝胶的储能模量值都略低于添加白砂糖的南酸枣糕凝胶。添加麦芽糖、海藻糖和半乳糖的南酸枣糕具有最低的储能模量值。

图2 添加不同碳水化合物的 南酸枣糕凝胶的振幅应变扫描图Fig.2 Amplitude Strain sweeps of Choerospondias axillaris pastille gels with different carbohydrates

2.3.2 频率扫描的测定结果 样品凝胶的频率依赖性是由聚合物分子之间的相互作用决定的,频率扫描结果可为凝胶的结构特性提供有价值的信息[25]。已有研究表明由非共价键形成的凝胶的模量值与频率呈依赖性的,而由共价键形成的凝胶是弹性的并且其模量值与频率无关,根据频率斜率n,频率扫描可用于确定样品凝胶和共价凝胶之间的相似性[29]。由图3可得,在整个频率扫描范围内,添加果胶的南酸枣糕的模量值高于1000 Pa,明显高于添加白砂糖的样品。这说明果胶有助于南酸枣糕成型,与应变扫描的结果一致。而添加纤维素的样品略低于添加白糖的样品,其可能原因同振幅应变扫描分析相同,外源结构的纤维素对南酸枣糕的成型影响不大。此外,三者都具有频率依赖性。通过频率斜率n计算可得[29],添加纤维素(0.078)和白砂糖(0.076)的样品有相同的频率依赖性,而添加果胶的枣糕具有相对较低的频率依赖性(0.043)。这说明在南酸枣糕的制作过程中果胶的添加可能增强了分子间的共价交联,机理可能是果胶结构中的羰基与南酸枣中蛋白氨基发生美拉德反应。对于低聚糖,所有样品具有相同的频率依赖性,这表明添加的低聚糖可能对分子间的作用力类型影响不大。

图3 添加多糖和低聚糖的枣糕的频率扫描图(储能模量)Fig.3 Frequency sweeps of Choerospondias axillaris pastille with different polysaccharides and oligosaccharides(storage modulus)

Tanδ的值(阻尼因子)是指损耗模量与储能模量的比值,其提出了系统相对粘弹性的概念。有研究表明,tanδ>0.6的体系与弱凝胶行为有关,而tanδ<0.15的体系与弹性凝胶行为相关[30]。由图4可知,除了果胶,所有样品的Tanδ值随着频率的增加先降低后增加,当频率大于0.4 rad/s时,Tanδ大于0.3,且逐步增加到0.6左右,这表明随着频率的加快样品的凝胶行为越来越弱。对于果胶,其样品的Tanδ值随着频率的增加而减少,并在8 rad/s稳定在0.2左右。这说明添加果胶的南酸枣糕在高频下具有较好的相对粘弹性。

图4 添加多糖和低聚糖的枣糕的频率扫描图(阻尼因子)Fig.4 Frequency sweeps of Choerospondias axillaris pastille with polysaccharides and oligosaccharides(damping factor)

2.3.3 流体行为的测定结果 通过测量粘度随着剪切速率的变化来反映样品的流体行为,流体行为与聚合物分子间的相互作用有关,在研究粘弹性食品成分的流变性能方面起着至关重要的作用[31]。如图5所示,在整个测定的剪切速率范围内,所有样品的粘度随着剪切速率的增加而下降,表现出剪切变稀的行为,这说明所有样品都是非牛顿流体或假塑性流体[32]。此外,和其他流变结果一样,在整个测量的剪切速率范围内添加果胶的样品具有最高的粘度值。这表明果胶能够增加体系的内摩擦,减少凝胶的流动性。其他样品的粘度差异不大。

表3 添加多糖和低聚糖的枣糕的质构特性Table 3 Texture characteristics of pastilles with polysaccharides and oligosaccharides

图5 添加多糖和低聚糖的南酸枣糕凝胶的流动行为Fig.5 Flow behavior of Choerospondias axillaris pastille gels with polysaccharides and oligosaccharides

2.4 果胶、纤维素及低聚糖对南酸枣糕质构特性的影响

添加多糖和低聚糖的南酸枣糕的质构特性参数如表3所示。果胶的添加增加了原配方的硬度、粘结性以及咀嚼性,但弹性略微下降。纤维素的添加对南酸枣糕的质构特性影响较小,纤维素酶解的南酸枣肉制备的南酸枣糕无质构触发值,具有一定的成形性,枣糕的流变行为与最佳配方相差不大,这说明枣肉中存在的纤维素对南酸枣糕的成型具有一定的影响,而外源添加的纤维素对枣糕的成型性影响较小。可能原因是南酸枣肉中存在纤维素与大豆纤维具有不同结构及理化性质[28],从而对南酸枣糕凝胶成型影响不同。此外,纤维酶的水解作用会导致枣肉的纤维素降低产生低聚糖,这可能也会影响整个体系的凝胶性。这种差异还有待于进一步的研究。

上述的流变试验结果表明添加不同低聚糖的南酸枣糕的流变性差异不明显。但是,经过烘干脱水后,添加乳糖的枣糕的硬度和咀嚼性明显提高,弹性、粘合性和粘结性明显降低。此外,添加半乳糖的样品发粘,硬度没有触发值。添加其他糖类的南酸枣糕的质构特性没有显著差别(P>0.05)。这表明动物来源的低聚糖不适合用于制备南酸枣糕。从图6可以看出,添加乳糖的样品表面产生了厚实的白色块状,添加半乳糖的样品脱水收缩,表面产生了一层薄的白色层。可能的原因是添加乳糖与半乳糖的样品出现了返砂现象[33],因为乳糖的溶解度在常温下(20 ℃)下的溶解度为20 g/100 g[17],大约为蔗糖的三分之一。因此,在60 ℃烘干一天后,水分的蒸发导致乳糖与半乳糖的析出,从而形成了较硬的白色层。麦芽糖、海藻糖、果糖和葡萄糖的枣糕与原配方在色泽、流变行为及质构指标都相近,说明这四种低聚糖可以替代白砂糖在南酸枣糕中的应用。

图6 添加不同低聚糖制备的南酸枣糕实物图Fig.6 Real products photoes of Choerospondias axillaris pastilles treated with different oligosaccharides

3 结论

最佳白砂糖添加量的南酸枣糕配方为:30 g南酸枣肉、20 g麦芽糖浆、35 g白砂糖、25 g水、1 g卡拉胶。内源性的果胶和纤维素均有利于南酸枣糕的成型,且果胶的成型效果明显强于纤维素,外源性的果胶也能明显提高南酸枣糕的成型性,但外源性的纤维素对南酸枣糕的成型几乎没有影响。添加低聚糖制备的南酸枣糕均具有频率依赖性和线性粘弹区,且都是非牛顿流体。在高频率下,所有添加低聚糖样品的相对粘弹性随着频率的增加而降低。南酸枣糕经过烘干后,添加乳糖和半乳糖的南酸枣糕的外观明显发白且结块,而其他样品的质构特性相差不大,这表明除乳糖和半乳糖外其他四种低聚糖(海藻糖、麦芽糖、葡萄糖、果糖)都是很好的白砂糖替代品用于制备南酸枣糕。本研究可为制备品质更高、营养更好、风味更佳的南酸枣糕提供理论支撑和实践指导。