中性營(yíng)養(yǎng)乳劑加工過(guò)程中奶皮產(chǎn)生機(jī)理及控制措施研究

◎ 武林賀，袁 誠(chéng)，魏 星，盧嘉頡，楊小斌，李 益，吳 謙

（中藥提取分離過(guò)程現(xiàn)代化國(guó)家工程研究中心廣州白云山漢方現(xiàn)代藥業(yè)有限公司，廣東 廣州 510220）

隨著大健康產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和人們健康意識(shí)的提高，市場(chǎng)流通的營(yíng)養(yǎng)食品已無(wú)法滿足人們對(duì)健康食品日益增長(zhǎng)的需求。對(duì)此，國(guó)務(wù)院辦公廳頒布了《國(guó)民營(yíng)養(yǎng)計(jì)劃（2017—2030 年）》[1]，旨在推動(dòng)大健康產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，滿足人們對(duì)健康食品的需求。

近年來(lái)，乳制品[2-4]因其含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪和微量營(yíng)養(yǎng)素而受到了廣泛關(guān)注。乳制品能夠?yàn)槿梭w提供優(yōu)質(zhì)全面的蛋白質(zhì)，人體所需的部分維生素和礦物質(zhì)；在營(yíng)養(yǎng)健康領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大[5-6]。營(yíng)養(yǎng)乳劑是以牛奶蛋白質(zhì)、碳水化合物、維生素和礦物質(zhì)為原料制備而成的營(yíng)養(yǎng)制劑，其構(gòu)成成分復(fù)雜，在制備過(guò)程中會(huì)因不同成分的相互作用而出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，即在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)脂肪球上浮而產(chǎn)生“奶皮”的現(xiàn)象[7-9]。奶皮是由于乳脂肪球膜受熱以后上浮到液體表面，隨后脂肪球膜蛋白發(fā)生變性，失去脂肪球膜的脂肪不穩(wěn)定，在液體表面發(fā)生聚集，并與牛奶中的酪蛋白、乳清蛋白結(jié)合，而降低表面張力，最后形成更穩(wěn)定的皮膜，即“奶皮”。奶皮影響了產(chǎn)品的美觀，使產(chǎn)品的穩(wěn)定性降低，最終影響產(chǎn)品的貨架期，不利于液態(tài)營(yíng)養(yǎng)食品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

本文以蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪、維生素和礦物質(zhì)為原料，以乳化劑和穩(wěn)定劑為輔料制備營(yíng)養(yǎng)乳劑，研究了乳化劑和穩(wěn)定劑對(duì)營(yíng)養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性的影響[10-11]。

1 材料和方法

1.1 原料和儀器

1.1.1 實(shí)驗(yàn)原料

酪蛋白，恒天然集團(tuán)；麥芽糊精，中糧生化能源（公主嶺）有限公司；粉末磷脂，北京美亞斯磷脂技術(shù)有限公司；單雙酸甘油脂肪酸酯（HLB4），河南正通食品科技有限公司；蔗糖酯（HLB11），廣州二龍景誠(chéng)貿(mào)易有限公司；大豆油，南海油脂工業(yè)（赤灣）有限公司；維生素A、維生素D、維生素E、維生素K、維生素B1、維生素B2、維生素B6、維生素B12、檸檬酸鉀、氯化鈉、硫酸銅、葡萄糖酸鋅、磷酸三鈣以及焦磷酸鐵，普惠瑞信（常州）食品添加劑有限公司；卡拉膠、 黃原膠、微晶纖維素，廣州市凱聞食品發(fā)展有限公司。

1.1.2 儀器設(shè)備

剪切機(jī)T50，攪拌機(jī)EUROSTAR，德國(guó)IKA 公司；均質(zhì)機(jī)Niro Panda PLUS，德國(guó)GEA 公司；pH 計(jì)HI2221，意大利HANNA INSTRUMENTS 公司；恒溫水浴鍋HH-WO-5L，上海一凱儀器設(shè)備有限公司；高壓濕熱旋轉(zhuǎn)滅菌鍋，江蘇神農(nóng)滅菌設(shè)備股份有限公司；飛鴿低速離心機(jī)LXJ-IIB，上海安亭科學(xué)儀器廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程

工藝流程如圖1 所示。

圖1 工藝流程圖

1.2.2 試驗(yàn)方法

（1）計(jì)算奶皮質(zhì)量占比。按照生產(chǎn)工藝流程制備營(yíng)養(yǎng)乳劑，將質(zhì)量為W 的營(yíng)養(yǎng)乳劑裝入瓶?jī)?nèi)，滅菌后取出放置至室溫，然后觀察有無(wú)奶皮產(chǎn)生，若有，將奶皮取出后稱量奶皮重量W1。按式（1）計(jì)算奶皮質(zhì)量比（%）。

（2）計(jì)算離心沉淀率。取50 mL 離心管，編號(hào)稱重W2，將營(yíng)養(yǎng)乳劑倒入離心管中并稱量其重量為W3，在4000 r·min-1條件下離心20 min，離心完成后小心取出離心管，將液體部分倒出稱量離心管和沉淀物的重量W4，按式（2）計(jì)算離心沉淀率（%）。

1.2.3 乳化劑對(duì)營(yíng)養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性影響

將3 種磷脂、單雙酸甘油脂肪酸酯、蔗糖酯分別設(shè)置5 個(gè)實(shí)驗(yàn)水平，即0.1%、0.2%、0.3%、0.4%與0.5%對(duì)營(yíng)養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性的影響。觀察滅菌后放置至室溫的樣品是否產(chǎn)生奶皮，并測(cè)定奶皮質(zhì)量比，隨后將樣品高速離心，測(cè)定樣品的離心沉淀率。

1.2.4 穩(wěn)定劑對(duì)營(yíng)養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性影響

將3 種卡拉膠、黃原膠、微晶纖維素分別設(shè)置5 個(gè) 實(shí) 驗(yàn) 水 平，即0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%對(duì)營(yíng)養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性的影響。觀察滅菌后放置至室溫的樣品是否產(chǎn)生奶皮，并測(cè)定奶皮質(zhì)量比，隨后將樣品高速離心，測(cè)定樣品的離心沉淀率。

1.2.5 乳化劑和穩(wěn)定劑配比對(duì)營(yíng)養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性影響

由1.2.3 試驗(yàn)結(jié)果可知，3 種乳化劑對(duì)營(yíng)養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性影響的差異較大。從結(jié)果來(lái)看，磷脂為最優(yōu)乳化劑，且,添加量為0.2%時(shí)，乳化效果最佳，乳劑無(wú)奶皮產(chǎn)生，可選定為最佳乳化劑和最佳添加量。

由1.2.4 試驗(yàn)結(jié)果可知，3 種穩(wěn)定劑對(duì)營(yíng)養(yǎng)乳劑的穩(wěn)定性影響差異較小，因此需要考察3 種穩(wěn)定同最佳乳化劑的復(fù)配效果。

綜上，選定磷脂最為乳化劑，考察磷脂添加量為0.2%時(shí)分別復(fù)配5 個(gè)水平0.01%、0.02%、0.03%、0.04%及0.05%的3 種穩(wěn)定劑，觀察滅菌后放置至室溫的樣品是否產(chǎn)生奶皮，并測(cè)定奶皮質(zhì)量比，隨后將樣品高速離心，測(cè)定樣品的離心沉淀率。

1.2.6 數(shù)據(jù)分析方法

利用SPASS，Origin 和Excel 對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 磷脂對(duì)營(yíng)養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性影響

磷脂對(duì)營(yíng)養(yǎng)乳劑的穩(wěn)定性的影響如圖2 所示。

圖2 磷脂添加量對(duì)營(yíng)養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性的影響圖

由圖2 可知，磷脂添加量為0.1%～0.2%時(shí)，營(yíng)養(yǎng)乳劑無(wú)奶皮產(chǎn)生，而離心沉淀率隨著磷脂添加量的增加而減少。磷脂添加量在0.2%～0.5%時(shí)，產(chǎn)生奶皮，且奶皮質(zhì)量比和離心沉淀率隨著磷脂添加量的增大而增加。

2.2 單雙酸甘油脂肪酸酯對(duì)營(yíng)養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性的影響

單雙酸甘油脂肪酸酯對(duì)營(yíng)養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性的影響如圖3 所示。

圖3 單雙酸甘油脂肪酸酯添加量對(duì)營(yíng)養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性影響圖

由圖3 可知，單雙酸甘油脂肪酸酯添加量在 0.1%～0.2%時(shí)，隨著單雙酸甘油脂肪酸酯添加量的增加營(yíng)養(yǎng)乳劑的奶皮質(zhì)量比和離心沉淀率逐漸降低。單雙酸甘油脂肪酸酯添加量在0.2%～0.5%時(shí)，營(yíng)養(yǎng)乳劑的奶皮質(zhì)量比隨著單雙酸甘油脂肪酸酯添加量的增大而增加，但離心沉淀率波動(dòng)變化。

2.3 蔗糖酯對(duì)營(yíng)養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性的影響

蔗糖酯對(duì)營(yíng)養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性的影響如圖4 所示。

圖4 蔗糖酯添加量對(duì)營(yíng)養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性的影響圖

由圖4 可知，當(dāng)蔗糖酯添加量為0.3%時(shí)，奶皮質(zhì)量比和離心沉淀率最小，分別為0.53%和2.37%，可知蔗糖酯對(duì)營(yíng)養(yǎng)乳劑的乳化效果不及磷脂和單雙酸甘油脂肪酸酯。在營(yíng)養(yǎng)乳劑剪切均質(zhì)過(guò)程中，蔗糖酯不能較好地修復(fù)破裂的界面膜，導(dǎo)致脂肪球-酪蛋白-水分子聚集，造成營(yíng)養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性降低。

2.4 卡拉膠對(duì)營(yíng)養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性的影響

圖5 是卡拉膠對(duì)營(yíng)養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性的影響的單因素試驗(yàn)結(jié)果。

圖5 卡拉膠添加量對(duì)營(yíng)養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性的影響圖

由圖5 可知，營(yíng)養(yǎng)乳劑的奶皮質(zhì)量比和離心沉淀率隨著卡拉膠添加量的增加先減小后增大?？ɡz能在熱水中分散溶解，冷卻后卡拉膠會(huì)在液體中形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以結(jié)合蛋白質(zhì)和水分子，從而起到增稠和穩(wěn)定的作用。但是當(dāng)卡拉膠的添加量較大時(shí)，液體的粘度增加，會(huì)導(dǎo)致液體穩(wěn)定性降低。

2.5 黃原膠對(duì)營(yíng)養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性的影響

黃原膠添加量對(duì)營(yíng)養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性的影響如圖6所示。

圖6 黃原膠添加量對(duì)營(yíng)養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性影響圖

由圖6 可知，黃原膠的添加量為0.02%時(shí)，營(yíng)養(yǎng)乳劑的奶皮質(zhì)量比和離心沉淀率最小。黃原膠溶膠分子在溶液中具有穩(wěn)定固體顆粒、液滴和氣泡的能力；因此黃原膠具有較強(qiáng)的乳化穩(wěn)定作用和懸浮能力。但是，黃原膠水溶液具有假塑性，在高剪切作用下導(dǎo)致乳劑變稀，黃原膠添加量越大，液體粘度越高，假塑性現(xiàn)象越顯著，液體穩(wěn)定性越差。

2.6 微晶纖維素對(duì)營(yíng)養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性的影響

微晶纖維素對(duì)營(yíng)養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性的影響如圖7所示。

圖7 微晶纖維素添加量對(duì)營(yíng)養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性的影響圖

由圖7 可知，營(yíng)養(yǎng)乳劑的奶皮質(zhì)量比和離心沉淀率隨著微晶纖維素添加量的增加先減小后增大。微晶纖維素的主要成分為以β-1,4-葡萄糖苷鍵結(jié)合的直鏈?zhǔn)蕉嗵穷愇镔|(zhì)，其不能在水中溶解，但能夠分散在水中，具有吸附和助懸的作用。因此，適量的微晶纖維素具有吸附和穩(wěn)定液體中不溶顆粒、油滴和蛋白質(zhì)的作用。當(dāng)其添加量增加時(shí)，微晶纖維素可攜帶不溶顆粒、油滴和蛋白質(zhì)發(fā)生沉降，導(dǎo)致液體穩(wěn)定體系 崩壞。

2.7 乳化劑和穩(wěn)定劑復(fù)配對(duì)營(yíng)養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性的影響

乳化劑和穩(wěn)定劑復(fù)配對(duì)營(yíng)養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性的影響如圖8 所示。

圖8 乳化劑和穩(wěn)定劑復(fù)配對(duì)營(yíng)養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性的影響圖

由圖8 可知，磷脂添加量為0.2%時(shí)，營(yíng)養(yǎng)乳劑離心沉淀率最小為1.56%，且無(wú)奶皮產(chǎn)生，因此磷脂可作為營(yíng)養(yǎng)乳劑的最優(yōu)乳化劑。選擇磷脂添加量0.2%，將磷脂分別同卡拉膠、黃原膠和微晶纖維素復(fù)配，考察復(fù)配后營(yíng)養(yǎng)乳劑的穩(wěn)定性，篩選出能夠維持營(yíng)養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性最佳的復(fù)配乳化穩(wěn)定劑。從磷脂同卡拉膠、黃原膠和微晶纖維素復(fù)配結(jié)果分析可知，乳化劑和穩(wěn)定劑復(fù)配制備營(yíng)養(yǎng)乳劑時(shí)均無(wú)奶皮生產(chǎn)，磷脂同卡拉膠復(fù)配時(shí)，營(yíng)養(yǎng)乳劑的離心沉淀率較低。由圖8 可知，磷脂添加量為0.2%、黃原膠添加量為0.02%時(shí)，營(yíng)養(yǎng)乳劑無(wú)奶皮產(chǎn)生，離心沉淀率最小，因此0.2%磷脂和0.02%卡拉膠復(fù)配為最佳組合的乳化穩(wěn)定劑。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)采用單因素試驗(yàn)考察了乳化劑和穩(wěn)定劑種類及添加量對(duì)營(yíng)養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性的影響，再將乳化劑和穩(wěn)定劑復(fù)配，篩選出最佳的復(fù)配乳化穩(wěn)定劑。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，磷脂單獨(dú)使用時(shí)，添加量為0.2%時(shí)，營(yíng)養(yǎng)乳劑無(wú)奶皮產(chǎn)生，且離心沉淀率最小為1.56%。選擇磷脂為最佳乳化劑，考察磷脂與穩(wěn)定劑復(fù)配對(duì)營(yíng)養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，磷脂同穩(wěn)定劑復(fù)配制備的營(yíng)養(yǎng)乳劑均無(wú)奶皮產(chǎn)生，且磷脂與卡拉膠復(fù)配時(shí)，營(yíng)養(yǎng)乳劑的穩(wěn)定效果最佳。當(dāng)乳化穩(wěn)定劑中的磷脂添加量為0.2%、卡拉膠添加量為0.02%時(shí)，此時(shí)制備的營(yíng)養(yǎng)乳劑無(wú)奶皮產(chǎn)生，離心沉淀率值最小為1.22%，此條件下制備的營(yíng)養(yǎng)乳劑穩(wěn)定性最好。