工藝條件對奶凍品質影響的研究

曾 羲，趙謀明，黃能武，趙強忠

（華南理工大學輕工與食品學院，廣東廣州510640）

奶凍是一種口感細膩、香甜爽滑、呈凝膠狀態(tài)的新型乳制品，其組織狀態(tài)類似于果凍但營養(yǎng)價值高于果凍，在歐美各國甚為流行，常作為甜點或餐后甜品[1]。奶凍成分復雜，主要包括蛋白質、乳脂肪、親水性膠體以及磷酸鹽等。奶凍在制備過程中呈食品乳濁液體系的特征，而成品則是典型的乳濁凝膠體系。因此，它具有不同于普通乳濁液、蛋白乳濁凝膠體系及多糖凝膠體系的特征，深入研究奶凍對開發(fā)新型的含乳甜點產品具有重要意義。黃能武等[2]的研究表明，卡拉膠與氯化鉀的用量均對奶凍的質構特性有較為顯著的影響。司衛(wèi)麗等[3]發(fā)現(xiàn)，制作奶凍時對原料中膠體、糖和酸等進行復配優(yōu)化后，能有效地改善其感官品質。Spagnuolo P A等[4]研究表明，在以卡拉膠為主體膠的奶凍體系中，降低溫度促進卡拉膠凝膠網(wǎng)絡結構的形成和乳蛋白在凝膠網(wǎng)絡中的吸附，既增強了硬度，又穩(wěn)定了乳蛋白。奶凍作為一種親水膠體與乳蛋白相互作用的體系，其穩(wěn)定性一方面受親水膠體、乳蛋白和金屬離子等的種類與配比的影響，另一方面也受到生產工藝條件的顯著影響。但目前大部分的研究著重于奶凍配方組成而忽略其加工工藝條件，本文選取加工過程中關鍵工藝——水化、均質和殺菌為研究對象，以粒徑分布、質構分析以及感官評價為評判指標，優(yōu)化出奶凍的最佳生產工藝，為奶凍的深入研究提供理論和方法指導，并為工業(yè)化生產提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鮮奶 廣州香滿樓畜牧有限公司；魔芋膠 成都新星成明生物科技股份有限；κ-卡拉膠 海南文昌卡拉膠發(fā)展有限公司；明膠 嘉利達明膠有限公司；六偏磷酸鈉 徐州天嘉食用化工有限公司；三聚磷酸鈉 宜興協(xié)聯(lián)生物有限公司；蔗糖 橫縣冠桂糖業(yè)有限公司；氯化鉀 廣州化學試劑廠。

Mastersizer 2000型激光粒度分析儀 英國Malvern公司；Brookfield-CT3型質構儀 美國Brookfield公司；GYB50-6S型高壓均質機 上海東華高壓均質機廠；JB200-D型強力電動攪拌機 上海精勝科學儀器有限公司；JJ500型精密電子天平 常熟雙杰測試儀器廠；DSX-280A型不銹鋼手提式滅菌鍋 上海申安醫(yī)療器械廠；PT-20T型實驗型UHT滅菌機 上海沃迪科技有限公司；BHW-IV型水浴恒溫水箱 北京市醫(yī)療設備廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 奶凍基本配方 基本配方見表1。

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

1.2.2 奶凍的制備工藝 見圖1。將親水膠體、磷酸鹽與蔗糖混合均勻，加400～500g熱水于實驗條件下水化，確保膠體充分水化溶解。加入鮮奶后定容至1000g，于75℃轉速約7000r/min剪切2min后，再于75℃下均質2次后進行灌裝和滅菌處理，迅速冷卻至室溫。

圖1 奶凍的制備基本工藝流程Fig.1 The flow chart of the dairy desserts preparation

1.2.3 正交實驗設計 根據(jù)前期實驗研究發(fā)現(xiàn)，水化溫度、水化時間與均質壓力對奶凍品質均有一定影響，現(xiàn)以水化溫度、水化時間與均質壓力為因素，選取3個水平，用L9（34）正交表設計實驗[5]，以粒度分布與質構特征為指標，考察工藝條件對品質的影響。正交實驗因素水平見表2。

表2 因素水平表Table 2 Factors and levels graph

1.2.4 粒度分布測定 取1g左右奶凍樣品于70℃水中融化，以70℃去離子水作為分散劑進行粒度分布的測定。測定方法見文獻[6-7]，操作參數(shù)設定為：顆粒吸收率：0.001；顆粒折射率：1.414；分散劑名：水；分散劑折射率：1.330；d（0.9）：常用來表示顆粒大粒徑的粒度指標，為樣品的累計粒度分布數(shù)達到90%時所對應的粒徑；d4，3：常用來表示乳狀液中大粒徑的出現(xiàn)情況對粒度分布的影響，為體積平均粒徑（volume mean diameter），計算公式如下：

式中，ni為直徑為di的液滴的數(shù)量。

1.2.5 殺菌工藝條件 對不同殺菌條件與未殺菌處理的奶凍進行感官品質的影響研究。三種殺菌工藝分別為100℃/30min、121℃/15min和137℃/5s，其中，采用不銹鋼手提式滅菌鍋分別進行100℃/30min和121℃/15min殺菌處理，采用實驗型UHT滅菌機進行137℃/5s的殺菌處理。

1.2.6 質構測定 采用TPA質構分析模式，在室溫下，將冷卻至室溫的奶凍置于圓柱形試劑瓶（半徑50mm，高100mm）后，置于Brookfield質構儀測試平臺用探頭進行測試，預測試速度為2.0mm/s，測定時與測定后速率均為0.5mm/s，測定距離為20.0mm，觸發(fā)力為5.0g，數(shù)據(jù)頻率為30.0點/s，探頭型號TA4/1000。

2 結果與分析

2.1 正交實驗優(yōu)化奶凍水化與均質工藝

以水化溫度、水化時間與均質壓力為影響因素，以奶凍的硬度、彈性和d4，3為指標進行正交實驗，實驗結果分別見表3，方差分析結果見表4。

由表3可知，3個因素對奶凍硬度的影響由大到小順序依次為：A＞B＞C，即水化溫度＞水化時間＞均質壓力，由直觀分析可見，最佳的工藝組合為A2B1C3，即在75℃水化15min并于30MPa均質可使奶凍具有較好的硬度，其值為2016g。同時，由表4正交實驗分析結果可知，3個因素對奶凍硬度都有顯著性影響（p＜0.05），其中水化溫度為差異極顯著的因素（p＜0.01）。這主要是由于不同的水化溫度可使膠體與乳蛋白間發(fā)生不同程度的交互作用，在75℃水化，以卡拉膠為主體的親水膠體的螺旋結構已完全打開，親水膠體與乳蛋白的交互作用也比較充分。水化時間影響親水膠體與乳蛋白在整個體系的靜電交互與分散作用，Vega.C等[8]認為適當?shù)乃瘯r間有利于帶正荷的κ-酪蛋白區(qū)域與帶負電荷的卡拉膠硫酸酯基團發(fā)生靜電交互作用，經(jīng)15min水化，乳蛋白與卡拉膠間的靜電交互作用較為充分，且親水膠體、乳蛋白與乳化劑等充分溶解分散形成了較好的空間網(wǎng)絡結構。不同均質壓力影響乳脂肪球的大小及數(shù)量，在適當壓力（30MPa）下均質，大脂肪球破碎后粒徑變小，脂肪球數(shù)量急劇增多，界面面積迅速增大，乳化劑和乳蛋白迅速吸附到新形成的脂肪球表面[9]，并與親水膠體發(fā)生靜電吸引作用填充于凝膠三維網(wǎng)絡結構中，有利于脂肪-蛋白-膠體的復雜結構和新空間結構的形成[10-11]，從而提高了硬度。

3個因素對奶凍彈性的影響由大到小順序依次為：A＞C＞B，即水化溫度＞均質壓力＞水化時間，最優(yōu)組合為A1B3C2，即在60℃水化45min并于20MPa均質可使奶凍具有較好的彈性，其值為9.74mm。然而，在實驗組合范圍內彈性最大的組合為A2B1C3，其值為9.76mm。結合表4的方差分析結果可知，3個因素對奶凍彈性的影響均表現(xiàn)為差異不顯著（p＞0.05）。因此，所選彈性最大的條件組合為A2B1C3。出現(xiàn)此結果的可能原因是水化溫度、水化時間和均質壓力3個因素之間的不同組合對奶凍的彈性起到了不同程度的相互補償作用。

表3 正交優(yōu)化實驗結果Table 3 Results of orthogonal optimization experiment

表4 正交實驗方差分析結果Table 4 Hardness results of analysis of variance experiment

3個因素對奶凍d4，3值的影響由大到小順序依次為：C＞A＞B，即均質壓力＞水化溫度＞水化時間，最優(yōu)組合為為A2B2C3，即在75℃水化30min并于30MPa均質。經(jīng)驗證實驗，此時d4，3值為0.457μm。而4號正交實驗A2B1C3中測得d4，3值為0.438μm，小于最優(yōu)組合的d4，3值，因此，A2B2C3不是最優(yōu)組合。同時，結合方差分析的結果可知，3個因素對奶凍d4，3值的影響均表現(xiàn)為差異不顯著（p＞0.05），故最優(yōu)組合可選為A2B1C3。

在對奶凍最優(yōu)工藝組合進行確定時，需綜合考慮各項指標。當分別以硬度、彈性和d4，3值為主要指標時，其最優(yōu)組合為均為A2B1C3。且由表4可知，3個因素對彈性和d4，3值的影響均表現(xiàn)為差異不顯著（p＞0.05），因此，在綜合平衡各因素的同時從工業(yè)化生產的角度考慮，確定最優(yōu)組合為水化溫度75℃、水化時間15min、均質壓力30MPa，這與4號實驗的條件一致，在此條件下，奶凍的硬度和彈性均達到最大值，分別為2016g和9.76mm；d4，3值達到最小值，為0.438μm。

2.2 殺菌條件對奶凍品質的影響

2.2.1 殺菌條件對奶凍粒度分布的影響 三種殺菌方式處理的奶凍樣品與未經(jīng)殺菌處理樣品的粒度分布結果如表5所示。由表5可知，奶凍粒度d4，3由小到大依次為：未殺菌＜100℃/30min＜137℃/5s＜121℃/15min，其中未殺菌樣品與100℃/30min樣品之間無顯著差異（p＞0.05），而121℃/15min、137℃/5s與未殺菌樣品之間存在顯著差異（p＜0.05）。d（0.9）變化趨勢與d4，3基本一致。其可能的原因主要有如下兩方面：一方面，殺菌的溫度直接影響到乳蛋白的變性，隨著殺菌溫度升高，乳蛋白的變性程度相應增強，100℃處理引起乳蛋白的變性程度和乳蛋白之間的絮凝程度均相對較低，表現(xiàn)為乳濁液的粒徑較小，而121℃和137℃相對溫度較高，致使乳蛋白變性程度較高，絮凝程度相對較高，從而表現(xiàn)為乳濁液粒徑較大；另一方面，殺菌時間對乳蛋白變性的影響也很關鍵，一般而言，殺菌時間越長，蛋白質的變性程度也相應提高。殺菌溫度和殺菌時間對乳蛋白的變性程度均有明顯影響，在不同的殺菌條件下，殺菌溫度和殺菌時間都有可能對乳蛋白變性起決定性作用，100℃/30min的殺菌時間遠長于137℃/5s，但其乳濁液粒徑卻更小，說明在低于乳蛋白變性溫度時主要由殺菌溫度決定；而137℃較121℃殺菌溫度明顯高，137℃/5s殺菌處理較121℃/15min粒徑要小，這說明高于乳蛋白的變性溫度時起決定作用的是殺菌時間。

表5 殺菌方式對奶凍粒度分布的影響Table 5 Effects of sterilization on size distribution of the dairy desserts

2.2.2 殺菌條件對奶凍質構特性的影響 三種殺菌方式處理的奶凍樣品與未經(jīng)殺菌處理樣品的質構特性結果如表6所示。由表6可知，各殺菌方式與未經(jīng)殺菌處理的樣品間的硬度、彈性、膠著性和咀嚼性等質構均表現(xiàn)為顯著性差異（p＞0.05），其中100℃/30min處理的硬度最高，達1942g，彈性最好，為9.69mm，膠著性和咀嚼性也達到最佳，分別為459mJ和43.7g，且顯著高于未殺菌、121℃/15min和137℃/5s的樣品；而121℃/15min殺菌在硬度、膠著性上最差，分別為1522g和390mJ，未殺菌的樣品則在彈性、咀嚼性上最差，分別為5.58mm和26.6g。這主要是因為：不同的殺菌方式使乳蛋白的變性程度不同，適度的乳蛋白變性有利于疏水基團的暴露，也有利于蛋白質之間、蛋白質與親水性膠體之間的交互作用，形成凝膠網(wǎng)絡結構，從而提高凝膠強度和黏彈特性；但乳蛋白的過度變性，使蛋白質之間相互作用過強，形成絮凝結構，從而降低了形成凝膠網(wǎng)絡結構的蛋白質濃度，同時較大的絮凝體阻礙凝膠網(wǎng)絡結構的形成，致使凝膠體的強度和黏彈特性降低。

表6 殺菌方式對奶凍質構的影響Table 6 Effects of sterilization on texture of the dairy desserts

2.2.3 殺菌條件對奶凍感官品質的影響 三種殺菌方式處理的奶凍樣品與未經(jīng)殺菌處理樣品的感官品質比較結果如表7所示。由表7可知，137℃/5s殺菌處理的樣品其硬度和咀嚼性適中，且細膩和滑爽，感官品質最佳，其次是100℃/30min和121℃/15min，未殺菌處理的樣品感官品質相對較差。感官評定的結果與質構特性測定的結果基本一致。對于奶凍而言，硬度、彈性、膠著性和咀嚼性并不是越高越好，而只有當這些指標處于一定的范圍才具有較好的口感。121℃/15min處理的樣品表現(xiàn)出淡黃色，主要原因可能是：殺菌溫度較高，殺菌時間較長，發(fā)生了美拉德反應。過氧化值和色度值均發(fā)生了一定的變化，且充氮包裝的全脂羊奶粉的變化速率均小于普通包裝的全脂羊奶粉，說明包裝內的氧氣濃度對全脂羊奶粉脂肪的氧化穩(wěn)定性有很大的影響，采用充氮包裝可有效提高全脂羊奶粉貯藏期間脂肪氧化穩(wěn)定性，對提高全脂羊奶粉在貯藏期間的質量品質具有重要的作用。

表7 殺菌方式對奶凍感官品質的影響Table 7 Effects of sterilization on taste of the dairy desserts

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