調(diào)制乳雙倍鈣牛奶中碳酸鈣的穩(wěn)定性研究

江秀霞，李建立，張冉，欒慶剛，王培亮

（山東得益乳業(yè)股份有限公司技術(shù)中心，山東淄博255086）

0 引言

鈣是人體內(nèi)含量較多的11種必須常量元素之一，就我國現(xiàn)有膳食結(jié)構(gòu)的營養(yǎng)調(diào)查表明，居民鈣攝入量普遍偏低，僅達(dá)原RDA（推薦膳食供給量）的50%左右，因此鈣缺乏癥是常見的營養(yǎng)性疾病[1]。針對(duì)此現(xiàn)象而研發(fā)出雙倍鈣牛奶，強(qiáng)化鈣使鈣質(zhì)量濃度達(dá)到2g/L。目前高鈣奶中鈣劑可供使用的主要有離子鈣和分子鈣2類[2]，離子鈣因易與牛奶中酪蛋白之間產(chǎn)品橋連絮凝現(xiàn)象，因此目前市面上的雙倍鈣奶中的鈣劑普遍采用分子鈣（如碳酸鈣）[3]。本文利用碳酸鈣作為雙倍鈣牛奶中鈣劑，通過研究單一穩(wěn)定劑對(duì)雙倍鈣牛奶中碳酸鈣的穩(wěn)定性，在此基礎(chǔ)上將其復(fù)配確定最佳穩(wěn)定組合，從而進(jìn)行雙倍鈣牛奶中碳酸鈣穩(wěn)定效果的研究。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

原料奶，碳酸鈣，純凈水，單硬脂酸甘油酯，卡拉膠，微晶纖維素（MCC），羧甲基纖維素鈉（CMC），硬脂酰乳酸鈉，高壓均質(zhì)機(jī)，水浴鍋，精密電子天平，黏度計(jì)，電動(dòng)攪拌器，巴氏殺菌機(jī)。

1.2 工藝流程及操作要點(diǎn)

（1）合格生牛乳：去除奶中部分氣體、雜質(zhì)。

（2）預(yù)熱：將牛奶預(yù)熱到60～70℃。

（3）混料：將已稱好物料進(jìn)行均勻混合。

（4）化料：將小料均勻的加到預(yù)熱牛奶中并攪拌5 min。

（5）均質(zhì)：對(duì)上述混合均勻的物料進(jìn)行均質(zhì)，均質(zhì)壓力為18 MPa，均質(zhì)溫度為55～60℃。

（6）滅菌：巴氏殺菌溫度為（90±2）℃，殺菌時(shí)間為15 s。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 黏度測(cè)定條件

將已處理樣品放置于燒杯中，同批處理的原料奶作為對(duì)照樣，利用S61號(hào)轉(zhuǎn)子，在100 r/min的轉(zhuǎn)速下測(cè)定樣品黏度，樣品黏度與原料奶黏度越接近的說明穩(wěn)定劑對(duì)產(chǎn)品組織狀態(tài)影響越小。

1.3.2 產(chǎn)品黏度、穩(wěn)定性測(cè)定及口感評(píng)定方法

將已處理的樣品放置于1 000 mL的試劑瓶中，同批處理的原料奶作為對(duì)照樣，在2～6℃條件下靜置24 h后，將試劑瓶倒置觀測(cè)沉淀量，及對(duì)制作樣品進(jìn)行口感品評(píng)，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示，分值越高產(chǎn)品穩(wěn)定性越好、口感越好。

表1 穩(wěn)定性觀測(cè)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn) 分

1.3.3 穩(wěn)定劑初步篩選方法

將穩(wěn)定劑單硬脂酸甘油酯、MCC、卡拉膠、CMC、硬脂酰乳酸鈉分別按質(zhì)量濃度為1.0，1.0，0.1，1.0，1.0 g/L的添加量添加到雙倍鈣牛奶中，以未添加穩(wěn)定劑的雙倍鈣牛奶為對(duì)照樣，經(jīng)過高速攪拌（1 000 r/min，5 min）和高壓均質(zhì)機(jī)處理（18 MPa），巴氏殺菌后冷卻。通過用黏度計(jì)測(cè)定黏度、穩(wěn)定性測(cè)定及口感評(píng)定的方法，綜合評(píng)定黏度、口感接近原料奶及穩(wěn)定性較好的樣品為進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)的對(duì)象。

1.3.4 單一穩(wěn)定劑的測(cè)定方法

根據(jù)1.3.3穩(wěn)定劑初步篩選的結(jié)果，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1‰，1.5‰，2‰，2.5‰，3‰的單硬脂酸甘油酯和MCC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1‰，0.15‰，0.2‰，0.25‰，0.3‰的卡拉膠及0.5‰，1‰，1.5‰，2‰的硬脂酰乳酸鈉添加到雙倍鈣牛奶中，以未添加碳酸鈣的原料奶為對(duì)照樣，制作雙倍鈣牛奶。確定4種單一穩(wěn)定劑對(duì)雙倍鈣牛奶的最佳穩(wěn)定質(zhì)量分?jǐn)?shù)，為后續(xù)復(fù)配穩(wěn)定劑的復(fù)配優(yōu)化做準(zhǔn)備。

1.3.5 最佳復(fù)配穩(wěn)定劑組分的測(cè)定方法

在確定了4種單一穩(wěn)定劑對(duì)雙倍鈣牛奶最佳穩(wěn)定質(zhì)量分?jǐn)?shù)基礎(chǔ)上，建立6種穩(wěn)定劑的復(fù)配方式，分別命名為組合1、組合2、組合3、組合4、組合5和組合6，具體如表2所示。分別將6中復(fù)配穩(wěn)定劑添加到雙倍鈣牛奶中，以已添加所有穩(wěn)定劑的雙倍鈣牛奶作為對(duì)照樣，篩選出穩(wěn)定效果最好的復(fù)配組合。

表2 復(fù)配穩(wěn)定劑篩選表

2 結(jié)果與分析

2.1 穩(wěn)定劑的初步篩選結(jié)果

5種穩(wěn)定劑對(duì)雙倍鈣牛奶黏度、穩(wěn)定性及口感測(cè)評(píng)的影響關(guān)系如圖1所示。由圖1可以看出，5種穩(wěn)定劑對(duì)雙倍鈣牛奶的黏度、穩(wěn)定性及口感均有不同程度的影響，但不同種類的穩(wěn)定劑對(duì)雙倍鈣牛奶三個(gè)指標(biāo)的影響有很大差異。穩(wěn)定劑單硬脂酸甘油酯穩(wěn)定雙倍鈣牛奶結(jié)果：穩(wěn)定性評(píng)分6分沉淀較少、黏度6.72 MPa·s對(duì)其影響不大、口感評(píng)分8分較好；卡拉膠穩(wěn)定雙倍鈣牛奶結(jié)果：穩(wěn)定性評(píng)分8分沉淀非常少、黏度6.92 MPa·s對(duì)其影響不大、口感評(píng)分8分較好；MCC穩(wěn)定雙倍鈣牛奶結(jié)果：穩(wěn)定性評(píng)分6分沉淀較少、黏度6.48MPa·s對(duì)其影響不大、口感評(píng)分6分一般；CMC穩(wěn)定雙倍鈣牛奶結(jié)果：穩(wěn)定性評(píng)分4分沉淀多、黏度8.4 MPa·s對(duì)黏度影響大、口感評(píng)分4分差；硬脂酰乳酸鈉穩(wěn)定雙倍鈣牛奶結(jié)果：穩(wěn)定性評(píng)分6分沉淀較少、黏度6.48 MPa·s對(duì)其影響不大、口感評(píng)分8分口感評(píng)分較好。綜合單一穩(wěn)定劑對(duì)雙倍鈣牛奶黏度、穩(wěn)定性及口感的影響，CMC對(duì)雙倍鈣牛奶三項(xiàng)指標(biāo)的影響效果最差，排除，因此選擇單硬脂酸甘油酯、卡拉膠、MCC、硬脂酰乳酸鈉作為下一步實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定劑。

圖1 不同種類穩(wěn)定劑對(duì)產(chǎn)品口感、穩(wěn)定性的影響

2.2 單一穩(wěn)定劑對(duì)碳酸鈣穩(wěn)定性的影響

根據(jù)雙倍鈣牛奶穩(wěn)定劑初步篩選結(jié)果，進(jìn)行不同濃度的單一穩(wěn)定劑對(duì)雙倍鈣牛奶影響效果的測(cè)試，結(jié)果如圖2～圖5所示。

雙倍鈣牛奶黏度隨著穩(wěn)定劑單硬脂酸甘油酯、卡拉膠、MCC、硬脂酰乳酸鈉添加量的增加而增大。由圖2～圖5可以看出，當(dāng)雙倍鈣牛奶中單硬脂酸甘油酯添加量為1.5‰、卡拉膠添加量為0.1‰、MCC添加量為2‰及硬脂酰乳酸鈉添加量為1‰時(shí)，雙倍鈣牛奶的黏度均較接近原料奶（黏度為5.56 MPa·s），分別為6.32，7.32，6.18 MPa·s及6.12 MPa·s，此時(shí)的穩(wěn)定性評(píng)分均為8分沉淀量非常少，口感評(píng)分均為8分口感較好。

圖2 單硬脂酸甘油酯對(duì)產(chǎn)品口感、穩(wěn)定性的影響

圖3 卡拉膠對(duì)產(chǎn)品口感、穩(wěn)定性的影響

圖4 MCC對(duì)產(chǎn)品口感、穩(wěn)定性的影響

圖5 硬脂酰乳酸鈉對(duì)產(chǎn)品口感穩(wěn)定性的影響

2.3 最佳復(fù)配穩(wěn)定劑組分的確定

調(diào)制乳雙倍鈣牛奶中因碳酸鈣用量較大，在重力作用下容易產(chǎn)生沉淀現(xiàn)象。因此，解決這種由于沉降引起的雙倍鈣牛奶體系的不穩(wěn)定可以依據(jù)Stocks沉降原理，增大溶劑相的黏度，即通過加入親水膠體提高水相的黏度，但雙倍鈣牛奶作為一種調(diào)制乳在口感方面應(yīng)與牛乳接近，因此黏度不能太大。在雙倍鈣牛奶中加入分散的膠狀MCC因水解作用使其表面帶有電荷而互相排斥，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)可將MCC以外的固體粒子托住，形成不易沉降產(chǎn)生不必要得增黏，沒有糊狀感，給予產(chǎn)品爽口的質(zhì)感[4]；而卡拉膠可與牛奶蛋白進(jìn)行絡(luò)合反應(yīng)，在牛奶中形成觸變性的搖溶結(jié)構(gòu)，從而防止鈣粒子之間聚集形成的沉淀[5]。研究發(fā)現(xiàn)，兩種及兩種以上的穩(wěn)定劑復(fù)配有協(xié)同增效的作用，MCC和卡拉膠的剪切稀變特性可使產(chǎn)品黏度隨剪切速率增加而降低,此特點(diǎn)在靜止時(shí)有良好的穩(wěn)定作用[6-10]，成堅(jiān)等[11]發(fā)現(xiàn)MCC復(fù)配卡拉膠（1∶1）為穩(wěn)定劑,穩(wěn)定劑添加量為3 g/L時(shí)，可獲得熱穩(wěn)定性好而口感接近純牛奶的高鈣奶。張鋒華等[12]也發(fā)現(xiàn)MCC與卡拉膠配合使鈣劑在牛奶體系中的穩(wěn)定起到更好的效果。因此，本研究在確定單一穩(wěn)定劑對(duì)雙倍鈣牛奶穩(wěn)定效果的基礎(chǔ)上，將其進(jìn)行復(fù)配后研究穩(wěn)定效果。

以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，4種單一穩(wěn)定劑對(duì)雙倍鈣牛奶穩(wěn)定效果有一定的影響。為確定對(duì)雙倍鈣牛奶中穩(wěn)定效果最佳的復(fù)配穩(wěn)定劑，將4種單一穩(wěn)定劑按照表2進(jìn)行5種方式的復(fù)配。將復(fù)配穩(wěn)定劑分別添加到雙倍鈣牛奶中，通過進(jìn)行產(chǎn)品的黏度、穩(wěn)定性及口感的測(cè)定確定最佳復(fù)配比例，同時(shí)以未添加穩(wěn)定劑的雙倍鈣牛奶作為空白樣，以添加所有穩(wěn)定劑的雙倍鈣牛奶為對(duì)照樣。分析每種穩(wěn)定劑是否對(duì)雙倍鈣牛奶的穩(wěn)定效果貢獻(xiàn)，與對(duì)照樣品相比，如果添加或缺少某種穩(wěn)定劑的組合對(duì)雙倍鈣牛奶的穩(wěn)定效果影響不明顯，則說明不添加這種穩(wěn)定劑對(duì)復(fù)配組合整體的穩(wěn)定性影響不大，應(yīng)該去除，反之應(yīng)保留。

圖6 不同復(fù)配穩(wěn)定劑對(duì)樣品口感、穩(wěn)定性的影響

由圖6可以看出，空白樣1未添加任何穩(wěn)定劑，鈣劑碳酸鈣因重力作用沉淀使雙倍鈣牛奶沉淀量最多，但產(chǎn)品黏度5.56 MPa·s、口感評(píng)分10分，兩項(xiàng)指標(biāo)均接近原料奶。對(duì)照樣6因添加所有穩(wěn)定劑，產(chǎn)品沉淀量最少，且黏度6.92 MPa·s、口感評(píng)分10分與空白樣對(duì)比差距不大。樣品5不含有硬脂酰乳酸鈉，產(chǎn)品黏度為6.18 MPa·s、穩(wěn)定性評(píng)分8分、口感評(píng)分10分，三項(xiàng)指標(biāo)均接近對(duì)照樣6號(hào)，說明硬脂酰乳酸鈉對(duì)雙倍鈣牛奶的各項(xiàng)指標(biāo)沒有明顯作用，應(yīng)去除。樣品2、樣品3和樣品4分別不含有單硬脂酸甘油酯、卡拉膠和MCC，產(chǎn)品的黏度分別為 6.24，6.84 MPa·s和 6.34 MPa·s，穩(wěn)定性評(píng)分均為6分，指標(biāo)均與空白樣1接近；口感評(píng)分分別為4分、6分和4分，口感差。說明這3種單一穩(wěn)定劑對(duì)復(fù)配穩(wěn)定劑有顯著作用，應(yīng)保留。因此，篩選單硬脂酸甘油酯、卡拉膠和MCC作為復(fù)配穩(wěn)定劑的組成成分。

2.4 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)篩選出的最佳復(fù)配穩(wěn)定劑，即質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5‰的單硬脂酸甘油酯、0.1‰的卡拉膠和2‰的MCC。將其添加到雙倍鈣牛奶中進(jìn)行結(jié)果驗(yàn)證，通過進(jìn)行產(chǎn)品黏度、穩(wěn)定性測(cè)定及口感評(píng)定發(fā)現(xiàn)此時(shí)雙倍鈣牛奶穩(wěn)定性評(píng)分10分無沉淀、黏度6.88 MPa·s與原料奶差距不大、口感評(píng)分10分非常好。

3 結(jié)論

本研究首先篩選出4種單一穩(wěn)定劑對(duì)雙倍鈣牛奶中穩(wěn)定性影響的最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，然后按6種復(fù)配方式進(jìn)行復(fù)配，篩選出復(fù)配效果最好的復(fù)配劑。

（1）通過4種單一穩(wěn)定劑對(duì)調(diào)制乳雙倍鈣牛奶中的穩(wěn)定性影響效果，確定的最佳濃度為：單硬脂酸甘油酯的最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5‰，卡拉膠的最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1‰，MCC的最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2‰，硬脂酰乳酸鈉的最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1‰。

（2）根據(jù)所確定的最佳濃度進(jìn)行6種方式的復(fù)配，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：1.5‰的單硬脂酸甘油酯、0.1‰的卡拉膠和2‰的MCC為復(fù)配穩(wěn)定劑的組成成分。

（3）將最佳復(fù)配穩(wěn)定劑添加到雙倍鈣牛奶中進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，此時(shí)雙倍鈣牛奶穩(wěn)定性評(píng)分10分無沉淀、黏度6.88 MPa·s與原料奶差距不大、口感評(píng)分10分非常好。

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