蛋白質(zhì)用量對粉末植脂奶油品質(zhì)的影響

鄧欣倫，方　敏，趙強忠

（華南理工大學輕工與食品學院，廣東廣州510640）

蛋白質(zhì)用量對粉末植脂奶油品質(zhì)的影響

鄧欣倫，方敏，趙強忠*

（華南理工大學輕工與食品學院，廣東廣州510640）

研究了蛋白質(zhì)用量對植脂奶油乳濁液性質(zhì)、噴霧干燥效果以及粉末植脂奶油攪打性能和流變特性的影響。結(jié)果表明：當?shù)鞍踪|(zhì)用量從0.9%提高到2.1%時，脂肪部分聚結(jié)率急劇降低到0.9%，乳濁液的脂肪球粒徑d4，3從0.47%減小到0.37%，而粘度從170cP升高到291cP，噴霧干燥的粉末得率提高，但粉末分散性降低；粉末植脂奶油攪打過程中的脂肪部分聚結(jié)率也減小，攪打起泡率降低，當?shù)鞍踪|(zhì)用量為0.9%時攪打起泡率最大，達到325.38%，其彈性模量G′和粘性模量G″都較高，分別可到達7000Pa和900Pa，泡沫的粘彈性好。

粉末植脂奶油，蛋白質(zhì)，噴霧干燥，品質(zhì)

攪打植脂奶油是一種以部分氫化植物油、糖、蛋白質(zhì)、乳化劑、親水性膠體等為主體的攪打充氣乳濁體系[1]，具有口感細膩柔和、香氣濃郁和回味悠長的特點，而且克服了天然鮮奶油膽固醇含量高的缺點，營養(yǎng)價值高，符合現(xiàn)代人健康、低脂的消費理念[2]。攪打植脂奶油的用途廣泛，既可用于生日蛋糕表面的裝飾，還可廣泛應(yīng)用于西式菜品中。作為一種復(fù)雜的食品加工體系，乳濁液在制備的過程中要保持一定的穩(wěn)定性，但在攪打充氣的過程中則要發(fā)生適當?shù)姆€(wěn)定作用。

實際生產(chǎn)和應(yīng)用中攪打植脂奶油還存在幾個缺陷：首先，攪打植脂奶油乳濁液要在-18℃的低溫下才能保持相對穩(wěn)定性，生產(chǎn)成本高；其次，一般需要在0～4℃的較低溫度下進行攪打，對溫度要求高；再者，冷運輸和保存過程中不可避免地存在溫度波動，使攪打植脂奶油反復(fù)凍結(jié)和解凍，產(chǎn)品品質(zhì)受到極大影響。而粉末植脂奶油是將原料乳濁液進行噴霧干燥制成的一種粉末狀植脂奶油混合粉料，它能克服攪打植脂奶油以上的缺點，產(chǎn)品穩(wěn)定性較好，可以在常溫下進行貯藏和運輸，有效地避免了由溫度波動帶來的不利影響還能減少能耗。相關(guān)研究還主要是集中在傳統(tǒng)植脂奶油上，而關(guān)于粉末植脂奶油的研究鮮有報道。楊明煜等[3]研究了植脂奶油粉的制備工藝及配方，制備的植脂奶油粉具有良好的攪打效果，不僅攪打起泡率高，而且可塑性、硬挺性和穩(wěn)定性均較好；張海玲[4]研究了微膠囊低脂奶油粉的制備配方和基本工藝過程，制備的低脂植物奶油粉具有良好的攪打性能。本文主要研究蛋白質(zhì)用量對植脂奶油乳濁液性質(zhì)、噴霧干燥效果以及粉末植脂奶油攪打性能和流變特性的影響，以期為粉末植脂奶油生產(chǎn)提供理論和方法指導(dǎo)。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

BL-39代可可脂、BS-2000代可可脂南海油脂工業(yè)有限公司；酪朊酸鈉（蛋白質(zhì)含量為90%） 新西蘭乳品原料公司；蔗糖酯S1170日本三菱化學株式會社；三聚甘油單硬脂酸酯美國龍沙公司；黃原膠法國羅地亞公司；羥丙基甲基纖維素美國陶氏公司；磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉徐州天嘉食用化工有限公司；玉米糖漿、白糖、粟米油市售；油紅-O（分析純，AMRESCO分裝） 上海生物化學有限公司。

YC-015型實驗室噴霧干燥機上海雅程儀器設(shè)備有限公司；APV-1000型高壓均質(zhì)機丹麥APV公司；無級調(diào)速攪打器英國KENWOOD公司；Mastersizer 2000粒度分布儀德國Malvern Instruments公司；FA1104型分析天平上海精密科學儀器有限公司；Brookfield Digital Viscometer DV-I旋轉(zhuǎn)粘度計美國Brookfield公司；751型分光光度計上海第三分析儀器廠；GL-21M型高速冷凍離心機長沙湘儀離心機儀器有限公司；BHW-IV型精密恒溫水箱北京朝陽航信醫(yī)療器材廠；HAAKE MRSA III型流變儀德國賽默飛世爾公司；RW20型懸臂式攪拌器德國IKA公司。

1.2實驗方法

1.2.1基本配方

表1　乳濁液基本配方*Table.1　Basic formula of emulsion*

1.2.2工藝流程在60℃的條件下，將油脂熔化，再將乳化劑、蛋白質(zhì)、親水性膠體等加入其中并分散均勻，制得油相；將白糖、糖漿等加入到60℃的去離子水充分溶解，制得水相。在攪拌狀態(tài)下，將水相加入到油相中，然后65℃水化30min。水化后，在40MPa的壓力下均質(zhì)2次，接著在進風溫度185℃，出風溫度90℃，進料速度為0.8L/h的條件進行噴霧干燥，得到粉末植脂奶油。再將粉末奶油加水復(fù)溶，冷卻到4℃后在160r/min的攪打速度下進行攪打。

1.2.3脂肪部分聚結(jié)率的測定[5]稱取0.01g油紅-O加入1000g粟米油中。在25℃的溫度下，用攪拌機慢速攪拌12h，使油紅-O充分溶解于粟米油中。將制備得到的油紅-O溶液置于棕色玻璃瓶中避光保存。準確稱取5g油紅-O溶液、10g攪打植脂奶油樣品于50mL離心管中并充分混合均勻，在25℃的溫度和10000×g的離心力下離心30min。離心后立即用一次性滴管吸取上層澄清透明的紅色油于比色皿中，在520nm波長下測定其吸光度值。脂肪部分聚結(jié)率的計算公式如下[6]：

式中：φd：表示游離態(tài)脂肪占總脂肪的比例，即脂肪部分聚結(jié)率；φ：乳濁液中脂肪的質(zhì)量分數(shù)；mo：混合物中油紅-O色素溶液的質(zhì)量，g；me：混合物中乳濁液的質(zhì)量，g；A1：離心前油紅-O色素溶液的吸光值；A2：離心后油紅-O色素溶液的吸光值；a=A1/A2。

1.2.4粒度分布的測定用去離子水按1000∶1的質(zhì)量比稀釋樣品，利用激光粒度分析儀測定樣品中粒子體積平均粒徑d4，3的大小及分布情況，測定參數(shù)[7-8]：

分析模式：通用；進樣器名：Hydro 2000MU（A）；泵的轉(zhuǎn)速：2200r/min；顆粒折射率：1.414；顆粒吸收率：0.0001；分散劑：水；分散劑折射率：1.330。體積平均直徑：

式中：di為乳濁液脂肪球粒徑；ni是指直徑為di的脂肪球數(shù)目。

1.2.5表觀粘度的測定在25℃的室溫下，利用美國博勒飛Brookfield DV-I旋轉(zhuǎn)粘度計測定均質(zhì)后乳濁液的表觀粘度。測定條件為：62號轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速30r/min，測量時間60s。

1.2.6噴霧干燥得率的測定

1.2.7攪打起泡率的測定在25℃的室溫下，用Kenwood攪打器在160r/min的攪打速度下對植脂奶油乳濁液進行攪打，每隔1min取同體積的樣品并記錄其質(zhì)量，攪打起泡率測定公式如下[9]：

式中：m1：同體積未攪打的攪打植脂奶油的質(zhì)量，g；m2：同體積已攪打的攪打植脂奶油的質(zhì)量，g。

1.2.8流變特性的測定用HAAKE MRSA III流變儀對粉末植脂奶油攪打4min后的樣品進行振蕩頻率掃描。取適量樣品置于測定平臺中間，選用直徑35mm的平行板，設(shè)定平板間距為1mm，當平板降到指定位置時，用棉簽除去多余的樣品。

頻率掃描：在線性粘彈區(qū)內(nèi)，在1.000Pa的應(yīng)力作用下，測量20℃下樣品在0.05～10Hz頻率掃描范圍內(nèi)彈性模量G′和粘性模量G″的變化。

2　結(jié)果與討論

2.1蛋白質(zhì)用量對乳濁液脂肪部分聚結(jié)率和脂肪球粒徑d4，3的影響

從圖1可以看出，乳濁液的脂肪部分聚結(jié)率比較低，均在5%以下。當?shù)鞍踪|(zhì)用量在0.9%～1.2%時，乳濁液的脂肪部分聚結(jié)率隨蛋白質(zhì)用量的增加而迅速降低；當?shù)鞍踪|(zhì)用量在1.2%～2.1%時，脂肪部分聚結(jié)率隨蛋白質(zhì)用量的增加呈現(xiàn)緩慢降低。當?shù)鞍踪|(zhì)用量在0.9%～1.2%時，乳濁液脂肪球粒徑d4，3隨蛋白質(zhì)用量的增加而明顯減小，當?shù)鞍踪|(zhì)用量進一步增加時，脂肪球粒徑d4，3有小幅的變化。因為蛋白質(zhì)是兩親分子具有一定的乳化作用，能迅速吸附到新形成的脂肪球的界面，并在界面伸展及定向排列，起到降低界面張力的作用；同時蛋白質(zhì)界面膜通過空間位阻和靜電排斥作用達到穩(wěn)定和分散脂肪球的目的。當體系中蛋白質(zhì)增加時，吸附到界面的蛋白質(zhì)增加使得脂肪球有更大的界面濃度和更厚的界面覆蓋層，阻礙了脂肪球聚結(jié)，在粒度分布上表現(xiàn)為脂肪球粒徑d4，3變小，脂肪球變得穩(wěn)定[10]。此外，液相中沒有吸附到脂肪球界面的那部分蛋白質(zhì)在脂肪球之間構(gòu)成次凝膠層，阻礙脂肪球相互靠近，也起到穩(wěn)定脂肪球的作用。當?shù)鞍踪|(zhì)用量增至1.8%時，脂肪球界面吸附的蛋白質(zhì)的量逐漸達到飽和，繼續(xù)增加蛋白質(zhì)的用量，乳濁液的脂肪部分聚結(jié)率和脂肪球粒徑d4，3變化不明顯。

圖1　蛋白質(zhì)用量對脂肪部分聚結(jié)率和脂肪球粒徑d4，3的影響Fig.1　Effect of protein concentration on partial coalescence of fat and d4，3of fat globules

2.2蛋白質(zhì)用量對乳濁液粘度的影響

圖2　蛋白質(zhì)用量對乳濁液粘度的影響Fig.2　Effect of protein concentration on viscosity of emulsions

蛋白質(zhì)用量對均質(zhì)后乳濁液粘度的影響如圖2所示。隨著蛋白質(zhì)用量的增加，乳濁液的粘度從170cP升高到291cP，但升高的幅度隨蛋白質(zhì)用量的增加而逐漸減小。乳濁液中脂肪球的粒徑大小直接影響到表觀粘度，脂肪球粒徑越大，乳濁液的表觀粘度越低[10]。當?shù)鞍踪|(zhì)用量在0.9%～1.8%范圍內(nèi)時，蛋白質(zhì)用量的增加會導(dǎo)致乳濁液脂肪球粒徑d4，3減小，脂肪球數(shù)量增多，脂肪球顆粒之間的距離減小，相互作用增強，使得乳濁液粘度升高。酪蛋白是線性蛋白質(zhì)，分子展開程度高，分子內(nèi)部的親水基團和疏水基團充分暴露，分子之間的相互交聯(lián)作用也可能使乳濁液的粘度升高[11]。在靜電作用和疏水作用等作用力共同影響下，酪蛋白各組分發(fā)生單體聚集，形成酪蛋白膠束，水力學半徑增大，也會導(dǎo)致粘度升高。

2.3蛋白質(zhì)用量對乳濁液噴霧干燥效果的影響

表2　蛋白質(zhì)用量對乳濁液噴霧干燥的影響Table.2　Effect of protein concentration on spray drying of emulsions

蛋白質(zhì)用量對乳濁液噴霧干燥效果的影響如表2所示?？梢钥闯?，乳濁液噴霧干燥的得率隨蛋白質(zhì)用量的增加而增加，但奶油粉末的分散性隨之逐漸降低，易結(jié)團。可能原因是：酪蛋白分子上有很多極性基團，吸水性很強，水分子迅速吸附到蛋白質(zhì)界面形成較厚的水化層，阻礙了水分子向蛋白質(zhì)內(nèi)部滲透，酪蛋白在水中分散性差。蛋白質(zhì)吸附到脂肪球界面形成界面膜，隨著蛋白質(zhì)用量增加，界面膜上蛋白質(zhì)的量增加，當用量增至1.8%時，脂肪球界面吸附的蛋白質(zhì)的量逐漸達到飽和，脂肪球被蛋白質(zhì)充分包裹，親水性強，此時奶油粉末分散性差，嚴重結(jié)團。

2.4蛋白質(zhì)用量對攪打過程中脂肪部分聚結(jié)率的影響

圖3　蛋白質(zhì)用量對攪打過程中脂肪部分聚結(jié)率的影響Fig.3　Effect of protein concentration on partial coalescence of fat of whipped cream during whipping

蛋白質(zhì)用量對粉末植脂奶油復(fù)原乳濁液攪打充氣過程中脂肪部分聚結(jié)率的影響如圖3所示。攪打過程中的脂肪部分聚結(jié)率隨蛋白質(zhì)用量的增加而逐漸減小。當用量在0.9%～1.2%時，脂肪部分聚結(jié)速率很快，脂肪部分聚結(jié)率急劇增加；蛋白質(zhì)用量在1.5%～2.1%時，在攪打過程中脂肪球的部分聚結(jié)速率比較緩慢，脂肪部分聚結(jié)率增加幅度較小。可能原因是：在攪打過程中，體系中的蛋白質(zhì)與乳化劑在脂肪球界面發(fā)生競爭性吸附，界面上部分蛋白質(zhì)被解吸，降低了界面穩(wěn)定性，從而促進脂肪球的部分聚結(jié)。當?shù)鞍踪|(zhì)用量較大時，界面上未解吸的蛋白質(zhì)量增多，界面膜的粘彈性相對比較高，能夠穩(wěn)定脂肪球使其難以發(fā)生部分聚結(jié)。

2.5蛋白質(zhì)用量對攪打過程中脂肪球粒徑d4，3的影響

圖4　蛋白質(zhì)用量對攪打中脂肪球粒徑d4，3的影響Fig.4　Effect of protein concentration on d4，3of fat of whipped cream globules during whipping

蛋白質(zhì)用量對攪打過程中脂肪球粒徑d4，3的影響如圖4所示。可以看出攪打過程中的脂肪球粒徑d4，3的變化與圖3中脂肪部分聚結(jié)率的變化趨勢一致。當?shù)鞍踪|(zhì)用量在0.9%～1.2%時，脂肪球粒徑d4，3隨著攪打時間的延長急劇增大；而用量在1.5%～2.1%時粒徑增大趨勢相對緩慢，且蛋白質(zhì)用量越大粒徑越小。可能原因是：在攪打過程中，乳化劑與蛋白質(zhì)在界面發(fā)生競爭性吸附，界面吸附的蛋白質(zhì)發(fā)生解析，界面膜穩(wěn)定性下降，脂肪球部分聚結(jié)；此外，隨著攪打時間延長空氣不斷充入體系中，乳濁液中的氣泡數(shù)量增多，比表面積增大，進一步使界面蛋白濃度降低，界面膜的穩(wěn)定性下降，脂肪球發(fā)生部分聚結(jié)，粒徑d4，3增大。攪打相同時間時，當?shù)鞍踪|(zhì)用量比較少時，脂肪球界面上蛋白質(zhì)濃度低，解析作用使得界面上蛋白質(zhì)量更少，界面膜不穩(wěn)定，粒徑迅速增大；當?shù)鞍踪|(zhì)用量高時，脂肪球界面上蛋白質(zhì)濃度高，界面上未解吸的蛋白質(zhì)量相對增多，形成界面膜的厚度和粘彈性相應(yīng)增大，粒徑增大速率緩慢。

2.6蛋白質(zhì)用量對攪打起泡率的影響

圖5　蛋白質(zhì)用量對攪打過程中攪打起泡率的影響Fig.5　Effect of protein concentration on overrun of whipped cream during whipping

蛋白質(zhì)用量對攪打過程中攪打起泡率的影響如圖5所示。粉末植脂奶油復(fù)原乳濁液的攪打起泡率隨蛋白質(zhì)用量的增加而降低，隨攪打時間的延長而增加。攪打1～4min時，蛋白質(zhì)用量為0.9%和1.2%的攪打起泡率迅速增加；當?shù)鞍踪|(zhì)用量在1.5%～2.1%時，攪打相同時間的奶油起泡率相差不大。

植脂奶油的攪打起泡率主要是由液相中的蛋白質(zhì)濃度和脂肪部分聚結(jié)速率共同作用的結(jié)果[10]。第一階段，攪打0～1min，液相中蛋白質(zhì)吸附到脂肪球界面阻礙了脂肪球聚結(jié)，不能有效地將空氣包裹，起泡率增加不明顯；第二階段，攪打1～4min，乳化劑將蛋白質(zhì)從脂肪球上解析，液相中蛋白質(zhì)濃度增大，起泡性較好，同時脂肪球容易聚結(jié)，起泡率迅速增加；第三階段，攪打4～5min，液相中蛋白質(zhì)濃度較高，乳濁液粘度增大，使得空氣難以充入乳濁液中形成泡沫，攪打起泡率增加緩慢。增加蛋白質(zhì)的用量，乳濁液粘度增大，攪打過程中脂肪不容易發(fā)生部分聚結(jié)，故攪打起泡率越低。從圖5可以看出蛋白質(zhì)用量為0.9%時可以獲得比較理想的攪打起泡率，攪打5min最大可達到325.38%。

2.7蛋白質(zhì)用量對泡沫流變特性的影響

圖6　掃描頻率變化過程中蛋白質(zhì)用量對攪打植脂奶油彈性模量G′和粘性模量G″的影響Fig.6　Effect of protein concentration on G′and G″of whipped cream during frequency changing

蛋白質(zhì)用量對攪打后奶油樣品的彈性模量G′和粘性模量G″的影響如圖6所示。隨著振蕩頻率的增加，奶油樣品的彈性模量G′增大，粘性模量G″減小。在同一振動頻率下，彈性模量G′和粘性模量G″隨著蛋白質(zhì)用量的增加而減小（但蛋白質(zhì)用量為1.2%的G″值最大，略有不同），且蛋白質(zhì)用量為0.9%～1.2%的奶油樣品彈性模量G′和粘性模量G″均明顯大于用量為1.5%～2.1%的奶油樣品。振動頻率在0.05～0.5Hz范圍內(nèi)時，蛋白質(zhì)用量為0.9%和1.2%的樣品G′和G″的變化比較明顯，表現(xiàn)出較強的低頻依賴性。振蕩頻率繼續(xù)增大時，G′和G″變化幅度減小，都趨于穩(wěn)定。

泡沫的粘彈性與脂肪部分聚結(jié)率有關(guān)，攪打過程中脂肪球聚集體吸附到氣泡表面，形成比較致密的氣泡界面膜，增強了泡沫的硬度和穩(wěn)定性[10]。蛋白質(zhì)用量為0.9%時，彈性模量G′和粘性模量G″在較高頻率（4～10Hz）下分別可到達7000Pa和900Pa，值均較高，形成的泡沫粘彈性好，受到外力作用后的恢復(fù)能力較強[12-13]。

3　結(jié)論

3.1隨著蛋白質(zhì)用量的增加，乳濁液的脂肪球粒徑d4，3減小，脂肪部分聚結(jié)率降低，噴霧干燥的粉末得率提高，但粉末分散性降低。

3.2隨著蛋白質(zhì)用量的增加，粉末植脂奶油攪打過程中的脂肪部分聚結(jié)率和攪打起泡率都降低，當?shù)鞍踪|(zhì)用量為0.9%攪打起泡率最大，為325.38%。

3.3對噴霧得到的奶油粉末攪打后進行振蕩頻率掃描，發(fā)現(xiàn)隨著蛋白質(zhì)用量的增加，彈性模量G′減小，而蛋白質(zhì)用量為1.2%時粘性模量G″最大。當?shù)鞍踪|(zhì)用量為0.9%時，奶油彈性模量G′和粘性模量G″都較高，泡沫的粘彈性好，受到外力作用后的恢復(fù)能力較強[12-13]。

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Effect of protein concentration on the quality of whipped cream powder

DENG Xin-lun，F(xiàn)ANG Min，ZHAO Qiang-zhong*
（College of Light Industry and Food Sciences，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China）

The effects of protein concentration on quality of emulsified state of fat，results of spray drying，whipping properties and rheological properties were investigated.The study showed that：When the protein concentration increased from 0.9%to 2.1%，fat globules partial coalescence rate reduced rapidly to 0.9%and the particle size d4，3decreased from 0.47%to 0.37%，but the viscosity showed the opposite trend with increasing from 170cP to 291cP，the yield of spray drying increased，but the dispersibility of the powder became inferior slightly，the overrun and fat globules partial coalescence rate of powder declined during whipping，the one with 0.9%protein had the maximum overrun of 325.38%.At the same time，the elastic modulus G′and viscous modulus G″were higher，reaching equilibrium values of 7000Pa and 900Pa respectively，forming viscoelastic foams.

powdered whipped cream；protein；spray drying；quality

TS201.1

A

1002-0306（2015）04-0092-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.04.011

2014－05－12

鄧欣倫（1989-），男，在讀碩士研究生，研究方向：食品生物技術(shù)。

趙強忠（1976-），男，博士，副教授，研究方向：食品生物技術(shù)。

中央高?；究蒲谢穑?013ZZ0076）。