馬金花,馬紫荊,王曉雨,常晨光,黃文書,2*

1(新疆農(nóng)業(yè)大學 食品科學與藥學學院,新疆 烏魯木齊,830052) 2(新疆果品采后科學與技術(shù)重點實驗室,新疆 烏魯木齊,830052)

甜瓜屬于葫蘆科植物,是新疆的特產(chǎn)水果之一。甜瓜被人們稱為“瓜中之王”,是水果中的佳品[1],這是因為新疆具有獨特的氣候、地理、環(huán)境等優(yōu)勢,種植的甜瓜具有甘之如蜜、風味襲人、含糖量高等特點。甜瓜有很高的營養(yǎng)價值,例如在干物質(zhì)中含纖維素最高可達6.7%,糖分最高可達15.8%,維生素含量分別比西瓜、蘋果、杏高4～7、6、1.3倍,Fe含量是牛奶的18倍,是雞肉的2～3倍[2],還有果膠、蘋果酸、以及Ca、P等元素,這些成分對人的腸道消化有促進作用。研究表明,甜瓜汁還具有一定的抗菌效果[3]。

現(xiàn)在市面上主要是發(fā)酵型乳酸飲料、調(diào)配飲品,濃縮果汁等,這些加工領(lǐng)域在國內(nèi)外研究中取得了較多的成果,還有一些市售產(chǎn)品有甜瓜酸奶、果肉、果脯等[4],這些種類的甜瓜產(chǎn)品耐貯藏、顏色風味保留較好,但與非濃縮還原(not from concentrate,NFC)甜瓜汁相比在口感、營養(yǎng)物質(zhì)等方面還有一定差距。鮮榨果蔬汁能夠有效提高人體免疫力,例如可以提高人體內(nèi)的淋巴細胞[5]及巨噬細胞活性。一些研究表明非熱力加工技術(shù)即超高壓均質(zhì)技術(shù)對果汁中酵母菌[6-7]、引起果汁敗壞的真菌孢子[8]、和致病菌[9-11]等有明顯抑制或殺滅作用,在保障果蔬汁安全方面、營養(yǎng)方面有很大優(yōu)勢。

目前超高壓均質(zhì)技術(shù)已應用到化學[12]、生物、制藥等行業(yè)中,主要用于減小顆粒粒徑、提取代謝產(chǎn)物、破碎分散體等[11]。超高壓均質(zhì)處理能夠最大程度地保留食品原有的風味,不破壞食物的營養(yǎng)物質(zhì)與原始風味,保持了食物的生鮮特性[13]。鑒于甜瓜汁產(chǎn)品在市場上所占份額較小,探究如何將甜瓜進行進一步加工是目前刻不容緩的問題,超高壓均質(zhì)技術(shù)能使果汁的穩(wěn)定性更高,果汁顆粒大小會隨均質(zhì)壓力大小而產(chǎn)生變化,另外甜瓜最重要的品質(zhì)之一就是它獨特的香氣,但甜瓜汁屬于熱敏性果汁,傳統(tǒng)的熱處理會導致其香氣、口感、營養(yǎng)成分的損失,高溫處理會使甜瓜汁產(chǎn)生類似“南瓜蒸煮”味,而采用超高壓均質(zhì)技術(shù)可能是解決甜瓜汁加熱變味難題的有效方法。近年來根據(jù)消費者對于果汁喜好度的研究顯示,消費者們對于果汁的流變特性,如黏度、黏彈性、黏滑性等關(guān)注越來越多[14-15],果汁流變性指標與果汁口感、感官等食用品質(zhì)密切相關(guān),其變化特性對鮮榨果汁加工技術(shù)改進、創(chuàng)新具有重要的指導意義[16-17]。本文利用超高壓均質(zhì)技術(shù),經(jīng)超高壓均質(zhì)以不同的均質(zhì)壓力(20、60、100、140、180 MPa)、均質(zhì)次數(shù)(1、2、3次)、均質(zhì)溫度(25、35、45、55 ℃)處理后,采用流變儀分別檢測了這些指標,包括靜態(tài)流變黏度、動態(tài)頻率和溫度掃描,以掌握其NFC甜瓜汁的流變學特性,為NFC甜瓜汁的加工及創(chuàng)新提供了理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

選取品種為新鮮、成熟度良好的西州蜜25號甜瓜,產(chǎn)地新疆吐魯番,烏魯木齊市新北園春。

1.2 儀器與設備

JN-Mini Pro超高壓均質(zhì)機,廣東聚能納米生物科技有限公司;MCR92流變儀,奧地利Anton Paar公司的旋轉(zhuǎn)流變儀;篩網(wǎng)(20目),紹興市上虞張興紗篩廠;M450打漿機,中山市禧膳電器有限公司;JM-LB65膠體磨,溫州七星膠體磨機械制造有限公司;

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品制備

將新鮮西州蜜25號甜瓜清洗后,手工去皮去瓤,切成1.5 cm×1.5 cm瓜塊,用打漿機打漿(<30 s),過膠體磨后用20目篩網(wǎng)過濾,經(jīng)超高壓均質(zhì)處理后,在4 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 參數(shù)設定

本實驗設定超高壓均質(zhì)壓力為20、60、100、140、180 MPa;進料溫度為25、35、45、55 ℃;均質(zhì)次數(shù)為1、2、3次;2個對照：CK(未處理)、巴氏(經(jīng)巴氏殺菌)。

1.3.3 流變學性質(zhì)的測定

1.3.3.1 NFC甜瓜汁靜態(tài)流變學測定

NFC甜瓜汁的黏度曲線,采用流變儀,選取平板轉(zhuǎn)子(直徑49.983 mm,間隙1 mm),使用水循環(huán)系統(tǒng)控制測定溫度為(25±1) ℃。取 2.5 mL甜瓜汁汁置于夾具和平板轉(zhuǎn)子之間,在穩(wěn)態(tài)剪切模式下,設置剪切速率從0.01 s-1指數(shù)增加到 100 s-1,剪切黏度隨剪切速率的變化[18]。

1.3.3.2 NFC甜瓜汁動態(tài)流變頻率測定

采用流變儀,平板轉(zhuǎn)子,用水循環(huán)系統(tǒng)控制測定溫度為(25±1) ℃。在振蕩剪切模式下,應變振幅為1%,頻率由0.1 Hz增加到10 Hz,記錄儲能模量(G′)和損耗模量(G″)隨頻率的變化。

1.3.3.3 NFC甜瓜汁動態(tài)流變溫度測定

采用旋轉(zhuǎn)流變儀、平板轉(zhuǎn)子溫度由20 ℃增加到60 ℃。在振蕩剪切模式下,應變振幅為1%,頻率1 Hz,記錄G′和G″隨頻率的變化。

1.4 數(shù)據(jù)處理

本實驗采用Excel 2020、Origin 2019、SPSS 20.0軟件進行數(shù)據(jù)的分析和處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 NFC甜瓜汁靜態(tài)流變特性分析

如圖1所示為均質(zhì)壓力對NFC甜瓜汁黏度曲線圖。隨著剪切速率的不斷增加,剪切黏度逐漸減小,出現(xiàn)了剪切稀化的現(xiàn)象,這是典型的非牛頓流體,呈現(xiàn)假塑性行為[19-20],此結(jié)果與超高壓均質(zhì)處理后蘋果汁[21]、果汁模型[22]、哈密瓜汁[20]、菠蘿果肉果汁[23]的黏度變化趨勢一致。由圖1可知,當均質(zhì)溫度為25 ℃,均質(zhì)次數(shù)為1次,均質(zhì)壓力增大時,NFC甜瓜汁的黏度逐漸下降,這一結(jié)果跟尹琳琳[19]一致,這可能是因為隨著剪切速率的增大,NFC甜瓜汁中的果膠物質(zhì)受到破壞,使得黏度變小。AUGUSTO等[21]研究發(fā)現(xiàn),蘋果汁表觀黏度隨壓力(0～150 MPa)的升高逐漸升高,隨著處理壓力的增加,其破壞程度增大,可能是由于超高壓均質(zhì)處理使得更多大分子物質(zhì)溶出。

圖1 不同均質(zhì)壓力對NFC甜瓜汁黏度的影響

如圖2所示為不同的均質(zhì)溫度對NFC黏度的影響。由圖2可知,均質(zhì)壓力為140 MPa、均質(zhì)次數(shù)為1的條件下,隨著均質(zhì)溫度的不斷增加,NFC甜瓜汁的黏度不斷減小,即剪切稀化明顯,這是因為溫度的不斷升高加速了NFC甜瓜汁中大分子物質(zhì)果膠的溶出。經(jīng)巴氏殺菌的黏度比經(jīng)超高壓均質(zhì)過的要高,這可能是由于溫度的升高,體系中分子運動加劇,分子間距增大,分子間作用力減小,流動時的摩擦力減小,黏度降低[21],此結(jié)果與芒果汁黏度變化[24]一致。

圖2 不同均質(zhì)溫度對NFC甜瓜汁黏度的影響

圖3為不同均質(zhì)次數(shù)對NFC甜瓜汁黏度的影響。由圖3可知,當均質(zhì)溫度為25 ℃、均質(zhì)壓力為140 MPa時,隨著均質(zhì)次數(shù)的增加,NFC甜瓜汁的黏度大小為：140 MPa、25 ℃、1次>140 MPa、25 ℃、3次>140 MPa、25 ℃、2次,即先減小后增加,此結(jié)果與芒果汁[24]的黏度變化相反,這可能是因為NFC甜瓜汁在140 MPa高壓下均質(zhì)3次加速了果膠、蛋白質(zhì)分子等物質(zhì)溶出。

圖3 不同均質(zhì)次數(shù)對NFC甜瓜汁黏度的影響

2.2 NFC甜瓜汁頻率掃描動態(tài)流變學分析

動態(tài)流變儀是分析樣品的G′和G″的一種重要手段,可以分為溫度掃描和頻率掃描,頻率和溫度掃描就是通過改變振蕩頻率和溫度來分析物質(zhì)的彈性和黏性的情況,即G′和G″變化的一種測定方法[25]。

如圖4～圖6所示為超高壓均質(zhì)不同處理壓力、次數(shù)、溫度對NFC甜瓜汁頻率掃描中的G′和G″的變化,G′>G″表示體系屬于凝膠體系,G′G″,NFC甜瓜汁屬于弱凝膠體系;隨著頻率的增加,NFC甜瓜汁的G′和G″整體呈緩慢上升狀態(tài),該結(jié)果與蘿卜汁[18]、芒果汁[24]的G′和G″趨勢一致。與超高壓均質(zhì)處理過的NFC甜瓜汁相比,CK和巴氏的NFC甜瓜汁的G′和G″高于超高壓均質(zhì)處理過的,這可能是由于超高壓均質(zhì)破壞了NFC甜瓜汁中的分子結(jié)構(gòu),從而產(chǎn)生較弱的結(jié)合力,使黏度下降[18]。

a-儲能模量;b-損耗模量圖4 不同均質(zhì)壓力對NFC甜瓜汁的頻率掃描曲線

如圖4-a、圖4-b所示為不同均質(zhì)壓力對NFC甜瓜汁的頻率掃描曲線,當均質(zhì)溫度為25 ℃、均質(zhì)次數(shù)為1次時,隨著均質(zhì)壓力不斷增加,G′逐漸減小,G″逐漸增大,但始終小于G′,G′>G″,即彈性大于黏性;圖5-a、圖5-b為不同均質(zhì)次數(shù)對NFC甜瓜汁的頻率掃描曲線,當均質(zhì)壓力為140 MPa、均質(zhì)溫度是25 ℃,隨著均質(zhì)次數(shù)的增加,G′大小為：140 MPa、25 ℃、1次>140 MPa、25 ℃、3次>140 MPa、25 ℃、2次,G″與之相反,頻率在4 Hz時均質(zhì),均質(zhì)2次的NFC甜瓜汁的G″迅速上升,即：140 MPa、25 ℃、2次>140 MPa、25 ℃、1次>140 MPa、25 ℃、3次。圖6-a、圖6-b是不同的均質(zhì)溫度對NFC甜瓜汁的頻率掃描曲線,當均質(zhì)壓力為140 MPa、均質(zhì)次數(shù)為1次,隨著均質(zhì)溫度不斷增加,G′逐漸降低,G″逐漸升高,當均質(zhì)溫度為45、55 ℃時,G′幾乎一致,當頻率大于3 Hz時,均質(zhì)壓力為140 MPa、均質(zhì)次數(shù)為1次、均質(zhì)溫度分為45、55 ℃時,G″迅速增高,這可能是由于溫度的不斷升高,NFC甜瓜汁在熱處理過程中纖維鏈之間的顆粒發(fā)生“膨脹”引起的[28],綜上所述,隨著頻率的不斷增加,NFC甜瓜汁的G′和G″整體呈緩慢上升趨勢,巴氏跟CK的G′逐漸增加,G′始終大于G″,NFC甜瓜汁具有凝膠特性,說明動態(tài)頻率掃描會影響NFC甜瓜汁的流變。

2.3 NFC甜瓜汁溫度掃描動態(tài)流變學分析

如圖7～圖9所示為NFC甜瓜汁溫度掃描動態(tài)流變學曲線。掃描溫度為20～60 ℃,隨著掃描溫度的不斷升高,G′和G″也在逐漸升高,掃描溫度大于30 ℃時,上升幅度逐漸變大,且G′增加幅度大于G″,這可能是由于NFC甜瓜汁隨著掃描溫度的不斷升高,結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化,分子逐漸展開,分子動能增加,使得NFC甜瓜汁流動性增強,黏度降低[29]。如圖7-a、圖7-b所示為不同均質(zhì)壓力對NFC甜瓜汁的溫度掃描曲線,均質(zhì)溫度為25 ℃、均質(zhì)次數(shù)為1時,隨著均質(zhì)壓力的增大,NFC甜瓜汁的G′和G″不斷減小,均質(zhì)壓力在20 MPa時,G′和G″達到最大,均質(zhì)壓力在180 MPa時,G′和G″達到最小,均質(zhì)壓力越大,“弱凝膠”結(jié)構(gòu)越容易被破壞,G′和G″的降低表示NFC甜瓜汁的儲能模量(彈性)和損耗模量(黏性)降低,飲用時的口感逐漸偏向于清汁[30]。巴氏和CK相比,CK的G′和G″整體呈上升趨勢,與超高壓均質(zhì)處理過NFC甜瓜汁相比,巴氏跟CK的G′和G″呈上升趨勢,這與掃描頻率結(jié)果一致。圖8-a、圖8-b為不同均質(zhì)溫度對NFC甜瓜汁的溫度掃描曲線。當均質(zhì)壓力為140 MPa、均質(zhì)次數(shù)為1時,隨著均質(zhì)溫度的升高,G′和G″不斷減小,這可能是因為隨著溫度升高,NFC甜瓜汁的分子能量增大,分子之間的聚合能力下降,使得有效容積率降低,黏度也因此下降[31]。圖9-a、圖9-b為不同均質(zhì)次數(shù)對NFC甜瓜汁溫度掃描曲線。由圖可知,當均質(zhì)壓力為140 MPa、均質(zhì)溫度為25 ℃時,隨著均質(zhì)次數(shù)的增加,G′和G″逐漸減小。綜上所述,隨著掃描溫度的不斷升高,NFC甜瓜汁的G′和G″呈上升趨勢;且G′>G″,屬于弱凝膠特性,該結(jié)果與頻率掃描基本一致,但溫度掃描顯著提高了NFC甜瓜汁的G′和G″。

a-儲能模量;b-損耗模量圖7 不同均質(zhì)壓力對NFC甜瓜汁的溫度掃描曲線

3 結(jié)論

超高壓均質(zhì)處理可以改變NFC甜瓜汁的流變學性質(zhì)。NFC甜瓜汁屬于非牛頓流體,具有假塑性行為。由靜態(tài)黏度曲線得知,NFC甜瓜汁黏度隨著剪切速率的不斷增加而下降,呈現(xiàn)剪切變稀流變特性;其黏度隨著均質(zhì)壓力(20、60、100、140、180 MPa)、溫度(25、35、45、55 ℃)的增加而降低,隨均質(zhì)次數(shù)(1、2、3次)的增加,其黏度先減小后增大。由動態(tài)流變學結(jié)果可知,NFC甜瓜汁有弱凝膠特性(G′>G″)。在動態(tài)頻率掃描中,NFC甜瓜汁的G′和G″隨著頻率的增加呈緩慢上升趨勢;隨著均質(zhì)壓力、溫度的增加,G′逐漸減小,G″逐漸增大,隨著均質(zhì)次數(shù)的不斷增加,G′的大小為：140 MPa、25 ℃、1次>140 MPa、25 ℃、3次>140 MPa、25 ℃、2次,G″的大小為：140 MPa、25 ℃、2次>140 MPa、25 ℃、1次>140 MPa、25 ℃、3次。在動態(tài)溫度掃描中,在20～60 ℃范圍內(nèi)隨著掃描溫度的不斷增加,NFC甜瓜汁的G′和G″均呈上升趨勢;隨著均質(zhì)壓力、溫度、次數(shù)的不斷增加,G′和G″均減小,CK跟巴氏的G′和G″上升幅度較大,此結(jié)果與頻率掃描結(jié)果基本一致,但溫度掃描結(jié)果顯著提高了NFC甜瓜汁的G′和G″。

綜上所述,超高壓均質(zhì)壓力在20～180 MPa、均質(zhì)次數(shù)1～3次、溫度為25、35、45、55 ℃條件下可以有效改變NFC甜瓜汁的流變學特性,其流變特性會影響果汁的口感和感官,基于此,相信在未來隨著科技的不斷發(fā)展,超高壓均質(zhì)探究NFC甜瓜汁的其他品質(zhì)的影響,提高NFC甜瓜汁的營養(yǎng)價值,開發(fā)出不同口味的NFC甜瓜汁飲品,為NFC甜瓜汁的進一步創(chuàng)新與加工提供理論依據(jù),以滿足消費者需求。