卡拉膠與氯化鉀用量對(duì)中性奶凍品質(zhì)影響研究

黃能武，趙謀明，張多敏，龍 肇，趙強(qiáng)忠，*

(1.華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東廣州510641;2.廣州合誠(chéng)實(shí)業(yè)有限公司，廣東廣州510530)

卡拉膠與氯化鉀用量對(duì)中性奶凍品質(zhì)影響研究

黃能武1，趙謀明1，張多敏2，龍 肇1，趙強(qiáng)忠1，*

(1.華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東廣州510641;2.廣州合誠(chéng)實(shí)業(yè)有限公司，廣東廣州510530)

研究了卡拉膠與氯化鉀用量對(duì)奶凍品質(zhì)的影響，以粒度分布、質(zhì)構(gòu)特性、微觀結(jié)構(gòu)與析水率等為分析檢測(cè)指標(biāo)。研究結(jié)果表明:當(dāng)卡拉膠用量小于0.10%時(shí)，硬度低，凝膠結(jié)構(gòu)差;當(dāng)卡拉膠用量增至0.15%以上時(shí)，硬度適當(dāng)，凝膠結(jié)構(gòu)較好，但從粒度分布與顯微結(jié)構(gòu)判斷，體系開(kāi)始出現(xiàn)絮凝。同時(shí)，氯化鉀促進(jìn)凝膠，而高含量的氯化鉀有誘導(dǎo)體系失穩(wěn)絮凝的趨勢(shì)，在卡拉膠用量0.20%時(shí)，影響更為顯著，且此時(shí)析水率也隨之增加。綜合考慮，以卡拉膠0.15%用量與氯化鉀0.01%用量下奶凍具有良好的質(zhì)構(gòu)品質(zhì)。

奶凍，卡拉膠，氯化鉀，品質(zhì)

Abstract:The effect of carrageenan and KCl on the quality of dairy desserts were investigated according to the size distribution，texture characteristic，microstructrue and syneresis.The results showed that the gel structure was poor with addition of 0.10%carrageenan.With carrageenan more than 0.15%，the gel structure and the hardness were improved，but flocculation of the gel occured according to the particle size and the microstructure.Moreover，addition of KCl was benifit to the gel but high concentration of KCl might induce flocculation，especially when the concentration of carrageenan was 0.20%.According to the texture quality of the dairy desserts，the addition of carrageenan and KCl was 0.15%and 0.01%，respectively.

Key words:dairy desserts;carrageenan;KCl;quality

奶凍是一種口感細(xì)膩、香甜爽滑、呈凝膠狀態(tài)的新型乳制品，其組織狀態(tài)類(lèi)似于果凍但營(yíng)養(yǎng)比果凍豐富，在歐美各國(guó)甚為流行，通常用作甜點(diǎn)或餐后甜食［1］。奶凍制備時(shí)添加適量鮮奶以提高其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和質(zhì)構(gòu)特性，如處理不當(dāng)易發(fā)生絮凝、分層等不穩(wěn)定現(xiàn)象，影響奶凍的外觀和內(nèi)在質(zhì)量。因此，在奶凍研發(fā)過(guò)程中既要考慮加工過(guò)程中的樣品的穩(wěn)定性，又要保證凝膠產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)與口感［2］。因此，親水膠體的使用就顯得尤為重要。在乳制品中使用親水膠體主要有兩個(gè)方面的作用:一方面親水膠體增加粘度，形成穩(wěn)定液態(tài)乳制品，或者通過(guò)凝膠作用形成乳化凝膠狀制品;另一方面它能夠延長(zhǎng)乳制品的貨架期，防止產(chǎn)品發(fā)生水分與乳清析出、蛋白質(zhì)聚集及乳脂分離等［3-4］?？ɡz是一種線性硫酸化多糖，由于卡拉膠大分子鏈節(jié)的帶負(fù)電性與其在大分子內(nèi)的結(jié)構(gòu)排列特征，使之表現(xiàn)出很好的凝膠特性與流變特性［5］，同時(shí)，卡拉膠的硫酸酯基團(tuán)與蛋白質(zhì)的帶電基團(tuán)之間有較好的靜電相互作用，從而具有穩(wěn)定牛奶中酪蛋白膠束的能力［6］。因此，卡拉膠在生產(chǎn)凝膠狀乳制品時(shí)有良好的效果。本文選取卡拉膠作為主體膠制備中性奶凍，研究了卡拉膠與氯化鉀對(duì)奶凍品質(zhì)的影響，通過(guò)粒徑分布，考察體系中粒子粒徑的變化，并結(jié)合顯微圖片判斷奶凍體系絮凝情況，運(yùn)用質(zhì)構(gòu)儀考察凝膠質(zhì)構(gòu)的變化，為深入研究奶凍及其產(chǎn)業(yè)化提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

鮮牛奶(蛋白質(zhì)含量3%) 廣州香滿樓畜牧有限公司;κ型卡拉膠 海南文昌卡拉膠發(fā)展有限公司;魔芋膠 成都新星成明生物科技股份有限;明膠嘉利達(dá)明膠有限公司;蔗糖酯 上海武馬食品科技有限公司;單硬脂酸甘油酯 美晨集團(tuán)股份有限公司;檸檬酸鈉 宜興協(xié)聯(lián)生物有限公司;六偏磷酸鈉 徐州天嘉食用化工有限公司;氯化鉀 廣州化學(xué)試劑廠;蔗糖 橫縣冠桂糖業(yè)有限公司。

Brookfield-CT3質(zhì)構(gòu)儀 美國(guó)Brookfield公司;Olympus-CX41顯微鏡 日本Olympus光學(xué)工業(yè)株式會(huì)社;JB200-D強(qiáng)力電動(dòng)攪拌機(jī) 上海;GYB50-6S高壓均質(zhì)機(jī) 上海東華高壓均質(zhì)機(jī)廠;BHW-IV型水浴恒溫水箱 北京市醫(yī)療設(shè)備廠;JJ500型精密電子天平 常熟雙杰測(cè)試儀器廠;Mastersizer2000型激光粒度分析儀 英國(guó)Malvern公司;DSX-280A不銹鋼手提式滅菌鍋 上海申安醫(yī)療器械廠;Canon相機(jī) 日本Canon公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 加工工藝 把乳化劑、膠體與白砂糖攪拌均勻，加75℃熱水400～500g于75℃水浴鍋中水化30min，控制溫度，防止膠體凝集成團(tuán)，同時(shí)使膠體充分水化溶解;以7000r/min剪切2～3min;把剪切后的樣品加熱到75℃，保證均質(zhì)效果;于75℃、24MPa下均質(zhì)一次;灌裝到200mL試劑瓶中，密封后于121℃、殺菌15min，出鍋冷卻。

1.2.2 基本配方 奶凍的成分配方見(jiàn)表1。

表1 奶凍基本配方Table 1 The model of dairy desserts

1.2.3 質(zhì)構(gòu)分析 將樣品置于半徑5cm與高度10cm的圓柱形試劑瓶中，將其放在Brookfield質(zhì)構(gòu)儀測(cè)試平臺(tái)上用探頭進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)試前速率2mm/s，測(cè)試時(shí)與測(cè)試后速率0.5mm/s，測(cè)定距離為20mm，測(cè)試觸發(fā)力5g，循環(huán)次數(shù)2次，探頭型號(hào)TA4/1000。

1.2.4 粒度分析 粒度分布儀是測(cè)定乳狀液中粒子大小分布的儀器。粒徑分析時(shí)，取1g制作好的奶凍樣品于70℃熱水中融化，加入到70℃去離子水中測(cè)定。根據(jù)文獻(xiàn)常用數(shù)據(jù)設(shè)定操作參數(shù):顆粒折射率:1.414;顆粒吸收率:0.001;分散劑名:水;分散劑折射率:1.330;d3，2:表面積平均直徑(surface area mean diameter)

其中，ni為直徑為di的液滴的數(shù)量。

1.2.5 微觀結(jié)構(gòu)觀察 奶凍以1∶5分散于70℃熱水中，制成玻片后，于目鏡10×、物鏡40×下拍攝顯微照片，根據(jù)顯微鏡視野中圖像，判斷體系絮凝情況。

1.2.6 析水率測(cè)定 將均質(zhì)好的樣品灌裝到200mL試劑瓶中密封，殺菌，冷卻，于室溫下保存48h后，將瓶中析出的水倒出，稱(chēng)量，每個(gè)樣品重復(fù)3次取平均值。計(jì)算方法如下:析水率(%)=析水質(zhì)量/奶凍質(zhì)量×100

2 結(jié)果與分析

2.1 卡拉膠與氯化鉀用量對(duì)奶凍粒徑的影響

卡拉膠和氯化鉀用量對(duì)奶凍表面積平均直徑d3，2的影響如圖1所示。由圖1可看出，當(dāng)氯化鉀用量一定時(shí)，卡拉膠對(duì)d3，2影響顯著，隨卡拉膠用量增加d3，2增大。如氯化鉀用量為0.01%時(shí)，隨著卡拉膠用量從 0.05% 增至 0.20%，d3，2從 0.210μm 增加至0.370μm?？赡茉蚴窃诘涂ɡz用量下，卡拉膠分子上陰離子基團(tuán)通過(guò)靜電交互作用吸附到蛋白質(zhì)分子上帶正電荷的區(qū)域，形成復(fù)合物后，其乳化穩(wěn)定能力有很大提高，包被到脂肪球表面，提高其表面電荷，使脂肪球之間的靜電排斥與空間排斥作用增強(qiáng)，脂肪球的穩(wěn)定性增加，從而d3，2較小;而當(dāng)卡拉膠用量高時(shí)，足量的卡拉膠分子除了通過(guò)靜電作用吸附到蛋白質(zhì)表面上外，體系中仍存在有未與蛋白質(zhì)作用的卡拉膠分子，其被脂肪球排斥，形成卡拉膠分子的排斥區(qū)，從而引起排斥絮凝［7-9］，并且隨卡拉膠用量增加，絮凝程度加劇，使粒徑增加。

由圖1也可看出，卡拉膠用量低時(shí)，氯化鉀對(duì)樣品d3，2影響不明顯;而當(dāng)卡拉膠用量為0.15%時(shí)，氯化鉀從0%增加至0.04%，d3，2則從0.280μm 增加至0.370μm。可能是往體系中加入氯化鉀，鉀離子在卡拉膠分子鏈周?chē)M(jìn)行擴(kuò)散，屏蔽了卡拉膠分子鏈上負(fù)電荷，以致其排斥作用減弱，同時(shí)也使卡拉膠與酪蛋白之間的靜電相互作用減弱，從而降低了脂肪球之間排斥穩(wěn)定作用，隨氯化鉀用量在一定范圍內(nèi)增加，脂肪球聚集增加，體系d3，2隨之增大。

圖1 卡拉膠與氯化鉀對(duì)奶凍粒徑d3，2的影響(μm)Fig.1 Effect of carrageenan and KCl on d3，2of the dairy desserts(μm)

2.2 卡拉膠與氯化鉀用量對(duì)奶凍質(zhì)構(gòu)特性的影響

在以卡拉膠為主體膠的奶凍體系中，卡拉膠對(duì)凝膠結(jié)構(gòu)起主要作用。當(dāng)體系溫度降低，卡拉膠分子由線團(tuán)向螺旋轉(zhuǎn)化，再聚集，形成以其為主體的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)［10］。同時(shí)，酪蛋白表面部分帶正電荷基團(tuán)與卡拉膠作用而吸附在凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中強(qiáng)化了凝膠結(jié)構(gòu)［11］。

卡拉膠和氯化鉀用量對(duì)奶凍硬度的影響如圖2所示。由圖2可見(jiàn)，當(dāng)卡拉膠用量為0.05%時(shí)，形成硬度不足200g的呈弱凝膠糊狀體系;當(dāng)卡拉膠增加到0.15%和0.20%時(shí)，硬度超過(guò)1100g，形成具有較佳硬度的產(chǎn)品。結(jié)果表明，體系中卡拉膠分子數(shù)增多，分子間的交聯(lián)相互作用增強(qiáng)，凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成越緊密，體系硬度越大。

氯化鉀對(duì)奶凍硬度影響，在低卡拉膠用量條件下不顯著，這可能是卡拉膠用量低，體系中以卡拉膠分子鏈與鏈之間產(chǎn)生的相互作用不足以形成較強(qiáng)的凝膠結(jié)構(gòu)，此時(shí)，電解質(zhì)屏蔽卡拉膠分子鏈上電荷對(duì)凝膠結(jié)構(gòu)的影響也不明顯?？ɡz用量超過(guò)0.10%時(shí)，隨氯化鉀從0%增至0.01%，硬度有所增加?？赡茉蚴牵欢ㄓ昧康拟涬x子，使卡拉膠分子之間排斥作用減弱，即分子鏈的擴(kuò)展消弱，分子鏈發(fā)生卷曲，彼此間纏繞，形成具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠［12-14］。同時(shí)，鉀離子還結(jié)合在卡拉膠分子3，6-內(nèi)醚的氧與鄰近的4-硫酸基之間，構(gòu)成分子內(nèi)橋，誘導(dǎo)形成凝膠［15］。超過(guò)0.02%的氯化鉀時(shí)，奶凍硬度略有降低，幅度不大，可能是，鉀離子對(duì)卡拉膠分子鏈上電荷的屏蔽作用有一個(gè)極值濃度，超過(guò)此用量卡拉膠不再交聯(lián)聚集。綜合考慮，在0.15%的卡拉膠和0.01%的氯化鉀時(shí)，奶凍硬度最佳。

圖2 卡拉膠與氯化鉀用量對(duì)奶凍硬度的影響Fig.2 Effect of carrageenan and KCl on hardness of the dairy desserts

2.3 氯化鉀用量對(duì)奶凍微觀結(jié)構(gòu)的影響

由前文粒度分布與質(zhì)構(gòu)特性的分析可知，卡拉膠用量為0.15%時(shí)奶凍品質(zhì)最佳。圖3是卡拉膠用量為0.15%時(shí)不同氯化鉀用量的奶凍顯微結(jié)構(gòu)圖。從圖3(A)、圖3(B)和圖3(C)可看出氯化鉀在0%～0.01%范圍內(nèi)，體系中粒子顆粒小且分布均勻，未出現(xiàn)明顯大顆粒;當(dāng)氯化鉀用量從0.02%增加至0.04%，樣品開(kāi)始出現(xiàn)聚集體，且隨氯化鉀用量增加聚集體增大，可能是絮凝程度加劇。這與粒度分布圖所反映的粒子粒度分布基本一致。而卡拉膠用量為0.05%、0.15%、0.20%情況下的微觀結(jié)構(gòu)也符合粒度分布所反映的體系絮凝后的情況(圖片未給出)。

2.4 卡拉膠與氯化鉀用量對(duì)奶凍析水率的影響

卡拉膠與氯化鉀用量對(duì)奶凍水析的影響如圖4所示。當(dāng)卡拉膠為0.05%、0.10%時(shí)，由于此時(shí)沒(méi)有形成完整的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，體系為弱凝膠糊狀結(jié)構(gòu)，因此沒(méi)有測(cè)定其水析率。當(dāng)卡拉膠用量為0.15%和0.20%時(shí)，析水率都超過(guò)10%。同時(shí)，氯化鉀對(duì)析水率有較大影響，如當(dāng)卡拉膠為0.15%時(shí)，氯化鉀從0增加至0.04%，析水率由10.20%上升到15.70%?？赡苁强ɡz用量較大，體系中卡拉膠分子之間以吸引力占主導(dǎo)，相互連接形成緊密的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，空間網(wǎng)絡(luò)受到壓縮，水分從凝膠體系中排擠出來(lái)，析水率增多;同時(shí)，鉀離子屏蔽了體系中卡拉膠分子鏈上的負(fù)電荷，使卡拉膠分子伸展性下降，凝膠內(nèi)部聚集作用加強(qiáng)，空間網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步壓縮，且多余的鉀離子與滲入凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的水形成高滲溶液，同凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中吸附束縛的水之間形成滲透壓梯度，促使水從卡拉膠凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)析出，析水率增加［16］。

圖3 氯化鉀用量對(duì)奶凍微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.3 Effect of the concentration of KCl on microstructure of the dairy desserts

圖4 卡拉膠與氯化鉀用量對(duì)奶凍析水率的影響Fig.4 Effect of carrageenan and KCl on syneresis of the dairy desserts

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)研究了卡拉膠與氯化鉀用量對(duì)中性鮮奶奶凍粒度分布、質(zhì)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)和析水率等品質(zhì)的影響，結(jié)果如下。

3.1 卡拉膠對(duì)中性鮮奶奶凍品質(zhì)有較大影響，在卡拉膠用量為0.05%時(shí)，奶凍成糊狀，沒(méi)有形成良好的凝膠結(jié)構(gòu)，用量增加到0.10%，體系為弱凝膠，硬度偏低。隨卡拉膠用量增加，硬度增大，但析水率也增加，且當(dāng)卡拉膠用量過(guò)高時(shí)，會(huì)引起體系絮凝。因此，卡拉膠用量在0.15%為佳。

3.2 氯化鉀對(duì)中性鮮奶奶凍品質(zhì)也有一定影響，在卡拉膠用量小于0.10%時(shí)，氯化鉀對(duì)質(zhì)構(gòu)影響不顯著;而當(dāng)卡拉膠用量大于0.15%時(shí)，添加氯化鉀的凝膠硬度明顯提高，且氯化鉀用量超過(guò)0.02%時(shí)，影響蛋白質(zhì)穩(wěn)定性;綜合考慮，以卡拉膠用量為0.15%、氯化鉀用量為0.01%為最佳。

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Effect of carrageenan and potassium chloride on the quality of neutral dairy desserts

HUANG Neng-wu1，ZHAO Mou-ming1，ZHANG Duo-min2，LONG Zhao1，ZHAO Qiang-zhong1，*
(1.Department of Light Industry and Food，South China University of Technology，Guangzhou 510641，China;2.Guangzhou Honsea Industry Co.，Ltd.，Guangzhou 510530，China)

TS202.3

A

1002-0306(2012)12-0338-04

2011-11-21 *通訊聯(lián)系人

黃能武(1984-)，男，碩士，主要從事乳制品開(kāi)發(fā)方面的研究。

國(guó)家自然科學(xué)基金(20806030)。