對(duì)PET瓶中酸性乳飲料穩(wěn)定性影響因素的研究

張冬潔，尹⒗智，李洪亮，馮志寬

（內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司，內(nèi)蒙古呼和浩特011500）

對(duì)PET瓶中酸性乳飲料穩(wěn)定性影響因素的研究

張冬潔，尹⒗智，李洪亮，馮志寬

（內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司，內(nèi)蒙古呼和浩特011500）

研究不同原料和穩(wěn)定劑對(duì)PET（Polyethylene terephthalate）瓶中酸性乳飲料穩(wěn)定性的影響。通過(guò)正交試驗(yàn)及相關(guān)儀器分析發(fā)現(xiàn)乳清蛋白粉及瓜爾豆膠對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性影響最大。選擇合適的穩(wěn)定劑配比對(duì)產(chǎn)品的穩(wěn)定性至關(guān)重要，穩(wěn)定劑配比正交實(shí)驗(yàn)得出最優(yōu)方案。該方案產(chǎn)品黏度為22 cp，產(chǎn)品穩(wěn)定性測(cè)試及觀察結(jié)果最好，流變學(xué)曲線反應(yīng)正常。

黏度；穩(wěn)定性；穩(wěn)定劑配比

常規(guī)常溫儲(chǔ)存條件下的長(zhǎng)保質(zhì)期液體乳及乳飲料市場(chǎng)產(chǎn)品的包裝形式，多采⒚阻隔性好的多層紙包裝[1-2]。這種多層紙包裝是以利樂(lè)包和康美包為代表的包裝形式，可以給㈣包裝內(nèi)容物更好的保護(hù)[3]。介于近年來(lái)食品市場(chǎng)出現(xiàn)乳品飲料化及包裝PET化的發(fā)展趨勢(shì)[4-5]，乳品企業(yè)開(kāi)始積極拓展多樣化的包裝形式，同時(shí)這一發(fā)展趨勢(shì)也利于產(chǎn)品銷售、品牌傳播和業(yè)務(wù)拓展[6-8]。

對(duì)于乳品行業(yè)，PET包裝形式亦為企業(yè)帶來(lái)了乳品飲料化的可能[9-10]。不過(guò)，對(duì)產(chǎn)品內(nèi)容物的保護(hù)能力方面，PET瓶包裝不同于傳統(tǒng)的利樂(lè)包類[11-12]的多層紙包裝。PET瓶包裝具有透光和透氧的特性[13-14]，這對(duì)于乳飲料產(chǎn)品的穩(wěn)定性有不利影響[15]。因此，采⒚PET瓶包裝對(duì)酸性乳飲料產(chǎn)品的安全性[16-17]及產(chǎn)品的穩(wěn)定體系[18-19]也有較高的要求。

本文研究的酸性乳飲料是一款長(zhǎng)保質(zhì)期產(chǎn)品（保質(zhì)期6個(gè)月），因此，本文主要針對(duì)在PET瓶熱灌裝工藝條件下，對(duì)PET瓶包裝中酸性乳飲料穩(wěn)定性的影響因素進(jìn)行研究。

1 材料㈦方法

1.1 材料

乳清蛋白粉：戴維林國(guó)際貿(mào)易有限公司；乳礦物鹽：阿拉乳品公司；生牛乳：蒙牛乳業(yè)；白砂糖：中糧屯河股份有限公司；羧甲基纖維素鈉：亞什蘭集團(tuán)；乳酸：河南金丹乳酸科技股份有限公司；檸檬酸、檸檬酸鈉：濰坊英軒實(shí)業(yè)有限公司；六偏磷酸鈉：云南貝克吉利尼天創(chuàng)磷酸鹽有限公司；果膠、瓜爾膠：CPKelco。所有原料均為食品級(jí)。

1.2 儀器㈦設(shè)備

PL2002電子稱：瑞士METTLER TOLEDO；611穩(wěn)定性分析儀：德國(guó)LUMiSizer；DV-Ⅱ+Pro黏度儀：美國(guó)BROOKFIELD；MCR-302流變儀：奧地利（Anton Paar）Physoca；化料罐：蒙牛公司；均質(zhì)機(jī)、UHT 殺菌機(jī)設(shè)備：利樂(lè)中國(guó)有限公司；PET熱灌裝設(shè)備：德國(guó)Germany Engineering Alliance。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 酸性乳飲料制備基本工藝流程

酸性乳飲料產(chǎn)品的制備實(shí)驗(yàn)應(yīng)⒚蒙牛乳業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司工廠設(shè)備，試驗(yàn)基本工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 酸性乳飲料制備基本工藝流程圖Fig.1 Production process flow diagram of acidic milk drink

試驗(yàn)基本操作包括：1）純凈水加熱至溶解膠體所需溫度，通過(guò)高速混料設(shè)備在配料罐內(nèi)溶解穩(wěn)定劑等配料；2）待穩(wěn)定劑等原料完全溶解后再㈦合格生牛乳混合；3）待穩(wěn)定劑溶解料液㈦生牛乳混合均勻后，通過(guò)在線噴酸設(shè)備在線添加酸性料液；4）產(chǎn)品定容后經(jīng)過(guò)均質(zhì)和UHT殺菌設(shè)備后進(jìn)行PET熱灌裝；5）產(chǎn)品檢驗(yàn)合格后入庫(kù)，等待進(jìn)一步的穩(wěn)定性分析試驗(yàn)。

1.3.2 穩(wěn)定性分析試驗(yàn)

酸性乳飲料試驗(yàn)成品分別進(jìn)行以下穩(wěn)定性分析試驗(yàn)：

1）成品在常溫（20℃～26℃）條件、保溫（37℃）條件和低溫（4℃）條件靜置放置，定期觀察產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

2）利⒚黏度儀測(cè)成品黏度；試驗(yàn)參數(shù)：61號(hào)轉(zhuǎn)子，20℃～25℃，100r/min條件下檢測(cè)值。

3）⒚穩(wěn)定性分析儀分析成品穩(wěn)定性，樣品測(cè)試溫度為25℃，轉(zhuǎn)速4 000r/min。

4）⒚流變儀測(cè)產(chǎn)品流變特性。1.3.3 成品穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)及方法

試驗(yàn)成品穩(wěn)定性評(píng)價(jià)[20]為打分制，打分依據(jù)：

1）穩(wěn)定性分析儀分析結(jié)果指標(biāo)：穩(wěn)定性斜率值＜1打分 90～100；穩(wěn)定性斜率值 1 到 10，打分 80～90；穩(wěn)定性斜率值11到20，打分70～80；穩(wěn)定性斜率值21到30，打分 60～70；穩(wěn)定性斜率值＞30，打分 50～60；

2）不同溫度下放置樣品觀察指標(biāo)打分：穩(wěn)定性很好打分90～100，穩(wěn)定性良好打分80～90，穩(wěn)定性一般打分70～80，穩(wěn)定性較差打分60～70，穩(wěn)定性很差打分50～60；

3）各指標(biāo)權(quán)重：穩(wěn)定性分析結(jié)果、保溫樣品觀察和低溫樣品觀察打分結(jié)果各占總分的20％權(quán)重，常溫樣品觀察結(jié)果打分占總分的40％權(quán)重。

成品穩(wěn)定性評(píng)價(jià)最終得分為各項(xiàng)指標(biāo)得分乘以權(quán)重后的加和。

1.3.4 原料對(duì)酸性乳飲料穩(wěn)定性影響試驗(yàn)

由于該產(chǎn)品市場(chǎng)定位需求（補(bǔ)充乳清蛋白和天然乳鈣），產(chǎn)品中添加乳清蛋白粉和乳礦物鹽。本文首先設(shè)計(jì)了乳清蛋白粉、乳礦物鹽和對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性具有重要意義的緩沖鹽三聚磷酸鈉一起進(jìn)行L9（34）正交試驗(yàn)，以便于研究原料對(duì)PET瓶中酸性乳飲料穩(wěn)定性的影響，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 原料對(duì)PET瓶中酸性乳飲料穩(wěn)定性影響的L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表Table1 Factors and levels of orthogonal experiment of the influence about ingredients

在該研究的基礎(chǔ)上，以最優(yōu)原料方案為基礎(chǔ)，對(duì)穩(wěn)定劑：羧甲基纖維素鈉、果膠、黃原膠、瓜爾豆膠進(jìn)行L9（34）正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 穩(wěn)定劑對(duì)PET瓶中酸性乳飲料穩(wěn)定性影響的L9（34）正交試驗(yàn)表Table2 Factors and levels of orthogonal experiment of the influence about stabilizers

1.3.5 產(chǎn)品流變學(xué)特性研究試驗(yàn)

將正交試驗(yàn)中穩(wěn)定性最優(yōu)的試驗(yàn)方案㈦最差的試驗(yàn)方案⒚Physoca流變儀做產(chǎn)品流變特性分析試驗(yàn)。檢測(cè)待測(cè)樣品15℃～60℃升溫過(guò)程中G′、G″和tan（δ）值，作圖；再測(cè)待測(cè)樣品60℃～15℃降溫過(guò)程中G′、G″和tan（δ）值，作圖。

圖中：G′為彈性模量，是反應(yīng)產(chǎn)品體系固體性質(zhì)的指標(biāo)；G″為黏性模量，是反應(yīng)產(chǎn)品體系液態(tài)性質(zhì)的指標(biāo)；tan（δ）為-耗損因子，黏性模量㈦彈性模量的比值。

使⒚蒸餾水對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。

設(shè)置參數(shù)為剪切應(yīng)變shear strain：0.3；測(cè)試頻率：1.0 Hz；測(cè)試數(shù)量：10個(gè)樣品采集點(diǎn)（間隔時(shí)間0.125min），結(jié)果取平均值。

2 結(jié)果㈦分析

2.1 原料對(duì)PET酸性乳飲料穩(wěn)定性的影響結(jié)果

對(duì)表1試驗(yàn)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)成品進(jìn)行黏度測(cè)定和穩(wěn)定性分析打分，對(duì)穩(wěn)定性結(jié)果進(jìn)行方差分析，正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 原料對(duì)PET瓶中酸性乳飲料穩(wěn)定性影響試驗(yàn)結(jié)果Table3 The result of orthogonal experiment of the influence about ingredients ingredients

以穩(wěn)定性打分為最終評(píng)價(jià)指標(biāo)，并且得分越高產(chǎn)品穩(wěn)定性越好，所以最優(yōu)方案應(yīng)選取K值最大的水平，即乳清蛋白0.005％、乳礦物鹽0.003％、三聚磷酸鈉0.03％。

并以最優(yōu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，驗(yàn)證試驗(yàn)產(chǎn)品黏度值為15 cp，穩(wěn)定性打分為97分，優(yōu)于正交試驗(yàn)中其他試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果。

原料對(duì)PET瓶中酸性乳飲料穩(wěn)定性影響方差分析見(jiàn)表4。

表4 原料對(duì)PET瓶中酸性乳飲料穩(wěn)定性影響方差分析Table4 Analysis of variance of the influence about stabilizers

由表4取空白因素為誤差值，進(jìn)行方差分析，F(xiàn)值和臨界值比較看出，a=0.05時(shí)，A因素乳清蛋白和B因素乳礦物鹽對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響顯著。其中A因素乳清蛋白對(duì)PET酸性乳飲料穩(wěn)定性影響最大，并且乳清蛋白添加對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性有負(fù)面影響。A因素乳清蛋白添加量越小越有利于產(chǎn)品穩(wěn)定，不過(guò)受限于產(chǎn)品定位，必須添加乳清蛋白，并且試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品黏度和樣品穩(wěn)定性觀察結(jié)果評(píng)分有關(guān)聯(lián)性，產(chǎn)品黏度越大該產(chǎn)品體系越不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生析水及分層現(xiàn)象。同時(shí)，品嘗試驗(yàn)樣品發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品黏度過(guò)高會(huì)產(chǎn)生糊口感，對(duì)產(chǎn)品風(fēng)味釋放和消費(fèi)者口感體驗(yàn)有不利影響。如果控制產(chǎn)品黏度，保持產(chǎn)品口感清爽，需要控制乳清蛋白的添加量。因此，產(chǎn)品最終選取A3即乳清蛋白0.005％最優(yōu)方案添加量。

2.2 原料對(duì)PET酸性乳飲料穩(wěn)定性的影響結(jié)果

對(duì)表2試驗(yàn)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)成品進(jìn)行黏度測(cè)定、粒徑和穩(wěn)定性分析打分，并進(jìn)行方差分析，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 穩(wěn)定劑對(duì)PET瓶中酸性乳飲料影響試驗(yàn)結(jié)果Table5 The result of orthogonal experiment of the influence about stabilizers

以穩(wěn)定性打分為最終評(píng)價(jià)指標(biāo)，并且得分越高產(chǎn)品穩(wěn)定性越好，所以最優(yōu)方案應(yīng)選取K值最大的水平，既羧甲基纖維素鈉0.45％、黃原膠0.01％、果膠0.05％、瓜爾豆膠0.01％。

并以最優(yōu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，驗(yàn)證試驗(yàn)產(chǎn)品黏度值為20 cp，穩(wěn)定性打分為99分，優(yōu)于正交試驗(yàn)中試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果。

穩(wěn)定劑對(duì)PET瓶中酸性乳飲料穩(wěn)定性影響方差分析見(jiàn)表6。

表6 穩(wěn)定劑對(duì)PET瓶中酸性乳飲料穩(wěn)定性影響方差分析Table6 Analysis of variance of the influence about stabilizers

由表6取s最小值為誤差值，進(jìn)行方差分析，F(xiàn)值和臨界值比較看出，a=0.05時(shí)，A因素羧甲基纖維素鈉和D因素瓜爾豆膠對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響顯著。其中，穩(wěn)定劑瓜兒豆膠添加量對(duì)本實(shí)驗(yàn)中的穩(wěn)定性的影響最大。

2.3 產(chǎn)品流變學(xué)特性分析

為了解產(chǎn)品穩(wěn)定性特性，將本研究試驗(yàn)設(shè)計(jì)表5中，穩(wěn)定性差的1號(hào)試驗(yàn)和穩(wěn)定性最好的4號(hào)試驗(yàn)進(jìn)行流變學(xué)特性分析試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2～圖5。

圖2 1號(hào)試驗(yàn)產(chǎn)品升溫過(guò)程流變學(xué)曲線Fig.2 The rheological test curve of experience NO.1 during temperature rise

圖3 1號(hào)試驗(yàn)產(chǎn)品降溫過(guò)程流變學(xué)曲線Fig.3 The rheological test curve of experience NO.1 during temperature down

曲線中包括產(chǎn)品的黏性模量、彈性模量和二者的比值，其中黏性模量是反應(yīng)產(chǎn)品體系液態(tài)性質(zhì)的指標(biāo)，彈性模量是反應(yīng)產(chǎn)品體系固體指標(biāo)。圖2和圖3是1號(hào)產(chǎn)品的檢測(cè)曲線，升溫過(guò)程中黏性模量大于彈性模量，但在降溫過(guò)程中產(chǎn)品的黏性模量小于彈性模量，產(chǎn)品的固態(tài)性質(zhì)增強(qiáng)，產(chǎn)品體系發(fā)生了凝膠變化，產(chǎn)品穩(wěn)定性存在問(wèn)題，產(chǎn)品不穩(wěn)定。圖4和圖5是4號(hào)產(chǎn)品的檢測(cè)曲線，不論是在升溫過(guò)程中還是降溫過(guò)程中產(chǎn)品的黏性模量始終大于彈性模量。該試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了正交試驗(yàn)中穩(wěn)定性分析結(jié)果。

圖4 4號(hào)試驗(yàn)產(chǎn)品升溫過(guò)程流變學(xué)曲線Fig.4 The rheological test curve of experience NO.4 during temperature rise

圖5 4號(hào)試驗(yàn)產(chǎn)品降溫過(guò)程流變學(xué)曲線Fig.5 The rheological test curve of experience NO.4 during temperature down

3 結(jié)論

綜合以上的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出，乳清蛋白粉的添加量和穩(wěn)定劑配比是影響熱灌裝PET酸性乳飲料穩(wěn)定性的主要因素。穩(wěn)定劑以外的其他原料優(yōu)選試驗(yàn)方案為：乳清蛋白0.005％、乳礦物鹽0.003％、三聚磷酸鈉0.03％。穩(wěn)定劑配比試驗(yàn)方案中4號(hào)穩(wěn)定劑配比方案（羧甲基纖維素鈉0.45％、黃原膠0.01％、果膠0.05％、瓜爾豆膠0.01％）產(chǎn)品穩(wěn)定性最好。最佳穩(wěn)定劑配比4號(hào)方案其產(chǎn)品黏度為22 cp，產(chǎn)品穩(wěn)定性測(cè)試及觀察結(jié)果顯示其產(chǎn)品穩(wěn)定性最好，流變學(xué)曲線反應(yīng)正常。

[1]張樂(lè).牛奶包裝外觀設(shè)計(jì)[J].包裝工程,2015(20)：163

[2]任美燕.牛奶包裝的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].糧食流通技術(shù),2016,5(9)：27-28

[3]岳淑麗,萬(wàn)達(dá).談?wù)勅槠钒b[J].包裝技術(shù),2005(7)：27-28

[4]馬蘭.全球PET包裝市場(chǎng)形勢(shì)良好,2014年銷售量達(dá)1600萬(wàn)噸[J].印刷技術(shù),2014(8)：6

[5]泓博.2017年全球PET包裝⒚量將達(dá)到1910萬(wàn)噸[J].印刷技術(shù),2012(16)：7

[6]R Rangaprasad,Sapan Pandya,Hardik Soni,et al.Quality aspects of rigid PET for beverage packaging[J].Popular Plastics&Packaging,2016,61(5)：25-31

[7] A S Athalye.PET set to dominate beverage containers[J].Popular Plastics&Packaging,2014,59(8)：18

[8]禾子.PET飲料包裝優(yōu)勢(shì)明顯引領(lǐng)飲料包裝市場(chǎng)[J].福建輕紡,2014(8)：7

[9]張學(xué)光.包裝技術(shù)革新如何影響乳品銷售[J].乳品㈦人類,2007(3)：48-49

[10]雒亞洲,管建慧,任樹(shù)棠,等.利樂(lè)(Tetra Pak)㈦康美(Combibloc)無(wú)菌包裝設(shè)備的比較[J].機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)㈦創(chuàng)新,2009,22(1)：55-57

[11]潘曉軍,王婷.酸性配制型含乳飲料穩(wěn)定性研究[J].食品工業(yè),2015,36(12)：85-88

[12]周萬(wàn)維.PET成型品中銻含量測(cè)定方法的比較[J].食品研究㈦開(kāi)發(fā),2015,36(6)：91-93

[13]Nail Altunay,Ramazan Gurkan.A simple,inexpensive and convenient procedure for determination of inorganic Sb species in milk and beverage samples in PET containers by flame atomic absorption spectrometry[J].Analytical Methods,2015,7：9850-9860

[14]楊紅霞,劉俊紅.乳飲料穩(wěn)定性影響因素的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,37(21)：10141-10143

[15]李黨國(guó),潘超然,劉晶,等.酸性含乳飲料穩(wěn)定性研究[J].食品工業(yè)科技,2008,29(3)：108-111

[16]Staff Report.A “First” for beverages：Integrated PET Preform Molding,Blowing&Bottle Filling-PET Preform Molding[J].Plastics Technology,2016,62(12)：6

[17]Bosch.Linear PET blowing line for dairy and beverages[J].Food Manufacture,2015,3：40

[18]楊莉,付亞波,王德生,等.PET阻隔瓶的研究發(fā)展近況[J].包裝工程,2008(2)：185-187

[19]鄭寧來(lái).PET瓶成為飲料包裝的主產(chǎn)品[J].合成技術(shù)及應(yīng)⒚,2013(2)：23

[20]T J Smith,R E Campbell,Y Jo,et al.Flavor and stability of milk proteins[J].Journal of Dairy Science,2016,99(6)：4325-4346

Study on the Influence Factors of the Stability of Acidic Milk Drink in the PET Bottle

ZHANG Dong-jie， YIN Yong-zhi，LI Hong-liang，F(xiàn)ENG Zhi-kuan
（Inner Mongolia Mengniu Dairy（Group）CO.， Huhhot 011500， Inner Mongolia， China）

The effects of different ingredients and stabilizers on the stability of acidic milk drink which was in the PET bottle was studied.The study found that whey protein powder and guar gum greater were the most important influence factors of the stability of the product.The stabilizer ratio was the most impotent thing for the stability of the product，and the bese stabilizer ratio had been found by the orthogonal experiment.The viscosity of the product was 22 cp， and the stability testing and observation results were the best， and then the rheological test curve was normally.

viscosity； stability； stabilizer ratio

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.15.026

2017-04-27

張冬潔（1979—），女（滿），工程師，碩士，研究方向：乳品。