《International Journal of Dairy Technology》：Flaxseed mucilage as a natural thickener in a chocolate whey beverage
亚麻籽胶作为天然增稠剂在巧克力乳清饮料中的应用：从技术特性到感官评价的综合研究
引言
乳清是干酪生产过程中凝乳酶凝集后产生的副产品，富含蛋白质、乳糖、脂肪、维生素和矿物质，但在一些国家常被利用不足或不当处置，对环境造成负面影响。以乳清为基础的饮料需至少含有51%的乳基，并可添加糖、谷物、水果、甜味剂、增稠剂和调味剂等非乳成分。巧克力乳清饮料因其能提供矿物质、维生素、蛋白质和碳水化合物的良好平衡，尤其受到儿童、青少年和运动员的欢迎，有助于肌肉恢复且食用便利。增稠剂常被添加到乳清饮料中以改善物理性质，如粘度和口感。其中，羧甲基纤维素（CMC）是市场上应用最广泛的增稠剂之一，具有成本低、有效性高等技术优势。然而，近年研究表明CMC可能影响小鼠的社会焦虑行为并诱发肥胖和代谢异常。因此，寻找天然替代品成为趋势。
植物胶，一种从种子或某些茎中提取的水溶性多糖，因其增稠、乳化和胶凝特性而被用作亲水胶体。亚麻籽胶作为一种植物胶，因其无毒、低刺激性、成本效益高而备受关注。亚麻籽含有约8%的胶质，具有优异的水分吸收性、溶解度、膨胀能力和高粘度，使其成为食品应用中极具前景的增稠剂。此外，摄入亚麻籽胶已被证明可增加粪便脂肪排泄，并降低糖尿病患者的血液胆固醇和葡萄糖水平。本研究旨在评估亚麻籽胶作为传统增稠剂替代品在巧克力乳清饮料中的潜力，并探究其配方对饮料理化、流变和感官特性的影响。
材料与方法
材料
本研究所用的亚麻籽、巴氏杀菌乳、糖、巧克力粉以及CMC均购自巴西当地市场。干酪乳清则由当地一家乳品工业公司捐赠。
亚麻籽胶的提取与成分分析
亚麻籽胶从完整种子中提取，种子首先经过冲洗以去除表面颗粒。提取采用1:13的种子-水比例，在80 ± 2°C温度下搅拌1小时。水悬浮液通过粗棉布过滤与种子分离，随后进行冷冻干燥。干燥的亚麻籽胶样品储存于25 ± 2°C以备后续分析及用于乳清饮料。采用微量凯氏定氮法测定冻干胶中的蛋白质含量，采用索氏提取法分析脂肪含量。灰分和干物质含量通过重量法进行评估。
亚麻籽胶的技术特性
溶解度：根据文献方法评估，将25毫克亚麻籽胶样品与2毫升蒸馏水混合，在25 ± 2°C下轻轻摇晃10分钟，然后以3000 × g离心15分钟。收集上清液并在105°C烘箱中干燥至恒重。溶解度以克每100克胶质表示。
水吸收容量（WAC）和油吸收容量（OAC）：采用改良方法测定。对于WAC，将1克亚麻籽胶样品与10毫升蒸馏水混合，搅拌1分钟后静置30分钟，再以3000 × g离心30分钟。倾倒上清液后称重含沉淀的离心管。WAC表示为每克干样品吸收的水量。OAC的测定采用类似方法，0.5克胶质样品与6毫升玉米油混合，OAC计算为每克胶质样品吸收的油量。
添加亚麻籽胶的乳清饮料的制备与表征
根据巴西法规，饮料的乳基由等比例的巴氏杀菌乳和干酪乳清组成。添加糖（5克/100毫升）和巧克力粉（3克/100毫升）。制备了四种巧克力乳清饮料（CWB）配方：
- 1.
对照饮料（CB）：不加增稠剂的CWB。
- 2.
含CMC饮料（BCMC）：含有0.1克/100毫升CMC的CWB。
- 3.
含亚麻籽胶饮料（BFM）：含有0.6克/100毫升亚麻籽胶的CWB。
- 4.
含CMC和亚麻籽胶饮料（BCMCFM）：含有0.1克/100毫升CMC和0.6克/100毫升亚麻籽胶的CWB。
所有成分混合后，在实验室规模下于65°C巴氏杀菌30分钟。样品在5 ± 1°C下储存24小时。
理化分析
样品在分析前冷藏并均质。使用玻璃电极pH计测量pH值。可滴定酸度依据AOAC方法测定，以每100克乳清饮料中乳酸百分比表示。采用重量法测定灰分和水分含量，采用格伯法测定脂肪含量，采用微量凯氏定氮法测定蛋白质含量。
使用色差计测量饮料的颜色坐标（L， a， b）。基于测量的颜色坐标计算总色差（ΔE）。ΔE*值越高，表明颜色差异越大。
流变学参数
使用配备同心圆筒几何体（CC25）的旋转流变仪进行流变学测量，并用水浴控温保持样品温度为7 ± 2°C。通过施加0至500 s-1的受控剪切速率获得流动曲线，包括上行和下行模式。每个斜坡记录60秒，测量之间有2分钟平衡期以确保样品稳定。所有实验进行三次以保证可重复性。使用Origin 8.0软件进行数据拟合，流动曲线拟合至幂律模型：σ = k·γ?n，其中σ是剪切应力（mPa），γ?是剪切速率（s-1），k是稠度指数（mPa·s），n是流动行为指数（无量纲）。计算上行和下行流动曲线之间的面积差以确定触变面积（At）。
感官分析
在获得巴西伦理委员会批准后进行了消费者接受度测试。共有100名随机选择的消费者（年龄18-55岁）参与了评估。已知对牛奶过敏或乳糖不耐受者被排除在外。
使用结构化的9点享乐量表（1 = '极度不喜欢'，9 = '极度喜欢'）评估整体喜好度、颜色、风味和稠度。此外，采用9厘米非结构化线性享乐量表评估感知的棕色强度和稠度强度。样品在5 ± 1°C下用标有随机三位数编码的15毫升塑料杯提供。提供水和面包用于品尝样品间的口腔清洁。
使用5点结构化量表评估购买意向（1 = '肯定不会购买'，5 = '肯定会购买'）。总体接受度得分计算为所有评估属性得分的总和。
统计分析
所有实验进行三次。使用R软件分析数据。对参数数据应用方差分析（ANOVA），对非参数数据采用Friedman检验或Kruskal-Wallis检验。显著性差异设定为P < 0.05。事后比较采用Nemenyi检验进行。
结果与讨论
亚麻籽胶的组成
亚麻籽胶的得率为8.37%（重量比）。其水分和灰分含量分别为3.59 ± 0.23%和11.36 ± 0.16%，而冻干材料含有4.35 ± 0.18%蛋白质和0.78 ± 0.19%脂肪。亚麻籽胶组成的差异与品种和提取温度有关。最近的研究表明，这些参数可能因提取方法（温度、时间、pH、种子-水比例）和对种子施加的预处理类型而有显著变化。
亚麻籽胶的技术特性
水吸收容量（WAC）是直接影响产品粘度、稳定性和质构的关键技术特性。本研究中亚麻籽胶样品的WAC为16.29 ± 0.25 克/克，这与之前的研究一致。此行为可归因于胶质基质中丰富的亲水碳水化合物。其他研究表明，亚麻籽胶的WAC变化很大，取决于提取方法、温度、pH、种子-水比例和种子预处理。因此，在评估亚麻籽胶在食品系统中的技术特性时，必须仔细考虑提取条件和操作参数。
油吸收容量（OAC）为5.03 ± 0.45 克/克，高于其他研究报道的值。此特性与非极性成分的存在有关，这些成分可与油滴相互作用，增强与脂质的结合能力。最近的研究支持了这种关联，表明OAC可能受亚麻籽胶浓度和所用提取方法的影响。
溶解度反映了聚合物通过氢键在水中分散的能力，是使用亲水胶体作为增稠剂的关键参数。本研究中亚麻籽胶的溶解度为71.60 ± 1.80 克/100克，与一些文献报道的值一致，但低于另一些报道。这可以用热水提取过程解释，该过程破坏了多糖网络内的氢键，从而增加了溶解度。
理化分析
表1展示了巧克力乳清饮料（CWB）的近似组成和理化参数。水分、灰分、蛋白质、脂肪、pH值和可滴定酸度值与商业CWB的报道值相当。加入亲水胶体后，饮料的整体组成未观察到统计学显著差异（P > 0.05）。
羧甲基纤维素（CMC）因其溶解度（S）和WAC而广为人知，这些特性与其取代度（DS）直接相关。添加亚麻籽胶或CMC + 亚麻籽胶导致灰分、蛋白质和可滴定酸度值略有变化，但这些变化仍在CWB配方的预期范围内。
所用商业CMC的DS（制造商指定为0.65–0.85）在食品应用推荐范围内。该DS范围支持了观察到的功能特性，并可能解释了CMC样品中较低的灰分和水分含量。
将亚麻籽胶加入乳清饮料增加了可滴定酸度，这可能是由于胶质中存在酸性多糖成分。
颜色分析
添加亲水胶体影响了CWB的颜色（表2）。对照样品与含亲水胶体样品之间观察到显著差异（P < 0.05）。
BCMCFM样品强化了CWB的颜色。这种协同效应可能归因于种子种皮中的色素（或单宁）在胶质提取过程中被携带过来，或者归因于更高的提取温度，增强了色素扩散，导致颜色更深。
类似地，之前的研究报道，在含较高CMC浓度的乳制品饮料中，a和b值增加。有研究强调，亲水胶体可以改变饮料的光学特性，影响色素的稳定或不稳定。因此，可能需要调整配方以实现工业标准化和感官接受度。
流变学参数
CWB样品的流动曲线与幂律模型拟合良好，决定系数（R2）在0.9972到0.9999之间（表3）。
对照饮料（CB）表现出牛顿流体行为，流动行为指数（n）等于1.00。相比之下，所有其他样品均表现出假塑性行为（n < 1.00），其特点是较低的表现粘度和较高的剪切速率。在乳基体系和其他食品体系中也有类似假塑性行为的报道。
BFM饮料表现出较高的稠度指数（k），如表3所示。BCMCFM呈现出最高的k值，与所有其他样品差异显著（P < 0.05），表明两种亲水胶体在增加饮料粘度方面具有协同效应。样品粘度的这种增强可归因于本研究中观察到的亚麻籽胶的高溶解度（S）和WAC，以及CMC已确立的技术特性。
总体而言，亚麻籽胶有助于增加乳清饮料的稠度和粘度，同时降低流动行为指数，这归因于乳品体系中的亲水胶体将水固定在三维聚合物网络中的机制，从而增强粘度，并证明其作为增稠剂的合理性。
BCMC、BFM和BCMCFM样品还表现出触变行为（表3），这表明流动具有时间依赖性，可能源于材料内部的结构重排。这可归因于亲水胶体，因为CMC和水溶性多糖都以具有触变特性而闻名。
尽管n和k值表明在含有CMC和亚麻籽胶的样品中具有预期的增稠效果，但亲水胶体类型或浓度的微小变化可能对微观结构和流变稳定性产生复杂的协同效应。仅基于这些参数的分析可能无法捕捉长期储存期间或不同剪切条件下发生的粘弹性或触变变化。在含有CMC和其他增稠剂的重构乳品饮料中已观察到类似的趋势，其表现出增加的稠度和改变的粘弹性行为，而近似组成没有显著变化。
BFM和BCMC具有相似的假塑性行为，但BFM只有在使用更高浓度的亚麻籽胶时才达到与BCMC相当的粘度。然而，亚麻籽胶的天然特性和潜在的健康吸引力（与可溶性纤维相关）赋予产品“清洁标签”，受到消费者的高度评价。
未来的研究应评估长期储存条件下的流变行为，以及胶质与不同可可来源和脂肪水平的相互作用，以便更好地理解其对胶体稳定性和感官感知的影响。
感官分析
在感官评价中，样品之间观察到显著差异（P < 0.05）（表4）。对照样品（CB）在可接受属性和强度参数方面得分最低。相反，BFM和BCMCFM样品获得了更高的分数，它们在整体喜好度、颜色和稠度方面没有显著差异。
亲水胶体的存在明显改善了乳清基饮料的感官接受度。根据消费者测试，BFM增强了棕色强度和稠度，这支持了颜色和流变学分析的发现。在可可基饮料中也有类似结果报道，颜色更强烈的样品更受消费者青睐。
作为增稠剂——本研究的主要焦点——亚麻籽胶有助于增加乳清饮料的稠度，在该属性上获得了最高分数。此外，结果表明亚麻籽胶和CMC作为颜色增强剂和粘度调节剂具有协同作用。然而，关于购买意向，消费者平均为BFM和BCMCFM配方选择了“可能购买”。这表明接受度令人满意，但增加巧克力的强度可能是进一步提高消费者偏好的潜在策略。
BFM和BCMCFM样品在稠度和棕色强度方面的差异对参与评估的消费者而言并不具有决定性。因此，除非最大化颜色强度是关键要求，否则CMC的添加并非绝对必要。值得注意的是，可以在未来的研究中应用新的感官分析方法，以进一步完善消费者偏好并评估其他属性。
结论
本研究证明，亚麻籽胶单独或与商业增稠剂CMC结合使用，可在不影响巧克力乳清饮料基础组分的情况下改善其稠度和颜色。流变学和比色分析证实了亚麻籽胶作为巧克力乳品饮料中增稠剂和颜色增强剂的有效性。
感官评价表明消费者接受度高，特别是含有亚麻籽胶的配方，巩固了其作为技术和烹饪创新中一种有前景的原料的地位。本研究获得的结果还突显了亚麻籽胶作为减少乳品饮料中合成增稠剂使用的一种可行替代品，与向市场提供含天然成分产品的趋势相一致。
因此，亚麻籽胶可以被认为是一种几乎没有环境影响的新型增稠剂，为乳品工业在配制乳清基饮料和开发其他“高附加值”乳制品方面促进了有利的成本效益比。然而，其工业规模的应用将需要对提取、干燥和食品掺入工艺进行优化，以确保可重复性和具有竞争力的成本。
