高酰基結(jié)冷膠在常溫乳酸菌飲料中的應(yīng)用研究

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(1.新疆阜豐生物科技有限公司,新疆 烏魯木齊 831300;2.山東阜豐發(fā)酵有限公司,山東 臨沂 276600)

結(jié)冷膠別名凱可膠、潔冷膠,是由伊樂(lè)假單胞菌(Pseudomonaselodea)發(fā)酵分泌的一種新型微生物胞外多糖[1].天然形成的結(jié)冷膠稱為高?；Y(jié)冷膠(酰基經(jīng)堿脫除后,可得到低?；Y(jié)冷膠).高酰基結(jié)冷膠作為穩(wěn)定劑廣泛應(yīng)用于乳制品、果汁懸浮飲料、粗糧飲料、植物蛋白飲料、肉制品及果醬、面點(diǎn)、甜食、冷飲和餡料等食品中,可起到懸浮固形物、增稠和穩(wěn)定的作用[2].高?；Y(jié)冷膠具有添加量小、熱穩(wěn)定性高、持水性良好、懸浮性和熱可逆的柔韌性等特性[3].

乳酸菌飲料因口感柔和、有助于消化和吸收,尤其適合老人和兒童飲用,是近幾年來(lái)深受消費(fèi)者喜愛(ài)的一種飲料[4].目前,市售的乳酸菌飲料分為低溫型和常溫型,低溫型乳酸菌飲料需冷藏保存,保質(zhì)期短,一些偏遠(yuǎn)落后地區(qū)不能直接購(gòu)買到該類產(chǎn)品,銷售受到局限[5].常溫型乳酸菌飲料通過(guò)超高溫瞬時(shí)(UHT)殺菌處理,產(chǎn)品可以常溫保存,保質(zhì)期延長(zhǎng)至6個(gè)月[6],打破了低溫乳酸菌飲料只能在冷鏈配套完善的發(fā)達(dá)地區(qū)銷售的局面,產(chǎn)品可以銷售到全國(guó)各地,由此可見(jiàn),在貨架期內(nèi)的產(chǎn)品體系穩(wěn)定性問(wèn)題尤為重要.筆者使用高酰基結(jié)冷膠與羧甲基纖維素鈉(CMC)、大豆多糖作為穩(wěn)定劑,對(duì)常溫乳酸菌飲料的最佳工藝配方和復(fù)配比例進(jìn)行了研究,為高?；Y(jié)冷膠在食品中的應(yīng)用提供了參考依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)備

1.1.1 試驗(yàn)材料

高?；Y(jié)冷膠,新疆阜豐生物科技有限公司生產(chǎn);脫脂奶粉、白砂糖、果葡糖漿、羧甲基纖維素鈉(CMC)、大豆多糖、單雙甘油脂肪酸酯、檸檬酸鈉、乳酸,均為市售食品級(jí);嗜熱鏈球菌、德氏乳桿菌保加利亞亞種,河北一然生物科技有限公司.

1.1.2 試驗(yàn)設(shè)備

ME204E型電子天平,梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;GJJ-0.05T型高壓均質(zhì)機(jī),上海諾尼輕工機(jī)械有限公司;RW20型高速攪拌器,德國(guó)IKA公司;TDL-4低速離心機(jī),上海安亭科學(xué)儀器;LDZX-75KBS型立式壓力蒸汽滅菌器,上海申安醫(yī)療器械廠;SPX型生化培養(yǎng)箱,上海基瑋試驗(yàn)儀器設(shè)備有限公司.

1.2 工藝流程

1.2.1 酸奶基料制備

脫脂奶粉+果葡糖漿→溶解→褐變→發(fā)酵→冷卻→酸奶基料.

1.2.2 飲料調(diào)配

白砂糖+穩(wěn)定劑+乳化劑→溶解→冷卻→加酸奶基料混合→調(diào)pH→均質(zhì)→殺菌→冷卻→常溫乳酸菌飲料.

1.3 工藝操作要點(diǎn)

1.3.1 配料、溶解、褐變

稱取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.5%的脫脂乳粉和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的果葡糖漿,混合在45～55 ℃水中進(jìn)行攪拌溶解,溶解完全后水合30 min.將水合完成的料液放入95 ℃的水浴鍋中,褐變3 h.

1.3.2 酸奶發(fā)酵

待料液褐變完成后,再冷卻至(40±2) ℃,加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的菌種(嗜熱鏈球菌、德氏乳桿菌保加利亞亞種),進(jìn)行40～42 ℃恒溫發(fā)酵,發(fā)酵時(shí)間8～10 h.當(dāng)酸奶酸度達(dá)到90～100 °T時(shí)進(jìn)行冷卻,冷卻至2～6 ℃.

1.3.3 穩(wěn)定劑溶解

稱取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的白砂糖與穩(wěn)定劑,混合均勻后溶解于50～60 ℃的水中,攪拌15 min使其完全溶解,冷卻至30 ℃以下,得到穩(wěn)定劑溶液.

1.3.4 制作飲料

將7%的酸奶基料液與穩(wěn)定劑混合均勻,混合之后對(duì)料液進(jìn)行噴淋調(diào)酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%檸檬酸溶液),將pH調(diào)至3.6～3.8,20～25 MPa條件下進(jìn)行均質(zhì),然后121 ℃殺菌5 s,冷卻至(20±2) ℃,得到蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥1.0%的常溫發(fā)酵乳酸菌飲料.

1.4 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選擇對(duì)產(chǎn)品感官品質(zhì)影響較大的白砂糖、酸奶基料、單雙甘油脂肪酸酯作為試驗(yàn)因素;結(jié)合實(shí)驗(yàn)室條件,穩(wěn)定劑選擇高酰基結(jié)冷膠、CMC和大豆多糖作為試驗(yàn)因素.

1.4.1 工藝配方單因素設(shè)計(jì)

分別稱取白砂糖(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%,5%,6%,7%)、酸奶基料(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%,6%,7%,8%)、單雙甘油脂肪酸酯(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%,0.02%,0.03%,0.04%)于燒杯中混合,用60～70 ℃的溫水?dāng)嚢杈鶆?定容至100 mL后調(diào)pH,均質(zhì)、殺菌冷卻后進(jìn)行感官評(píng)價(jià).

1.4.2 復(fù)配穩(wěn)定劑單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

確定最佳配方后,分別量取100 mL酸奶基料置于燒杯中,稱取高?；Y(jié)冷膠(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.020%,0.025%,0.030%,0.035%),CMC(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.08%,0.10%,0.15%,0.20%),大豆多糖(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%,0.02%,0.03%,0.04%)攪拌均勻,調(diào)節(jié)pH,經(jīng)過(guò)均質(zhì)、殺菌冷卻后測(cè)定其沉淀率,觀察其沉淀及析水情況.

1.5 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.5.1 工藝配方的優(yōu)化設(shè)計(jì)

通過(guò)單因素試驗(yàn)結(jié)果,確定以A(白砂糖)、B(酸奶基料)、C(單雙甘油脂肪酸酯)為條件的三因素三水平正交試驗(yàn)方法L9(34),進(jìn)行感官評(píng)定,確定最佳工藝配方.

1.5.2 穩(wěn)定性的優(yōu)化設(shè)計(jì)

通過(guò)單因素試驗(yàn)結(jié)果,確定以A(高酰基結(jié)冷膠)、B(CMC)、C(大豆多糖)為條件的三因素三水平正交試驗(yàn)方法L9(34),測(cè)定沉淀率,確定最佳穩(wěn)定劑組合.

1.6 感官評(píng)定方法

選定10人作為感官鑒定小組,對(duì)產(chǎn)品外觀、口感,脂肪上浮情況及沉淀情況進(jìn)行品評(píng),最后根據(jù)外觀口感、脂肪上浮情況及沉淀情況進(jìn)行綜合評(píng)分[7].感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1.

表1 乳酸菌飲料感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Standards for sensory evaluation of Lactobacillus beverages

1.7 穩(wěn)定性測(cè)定

穩(wěn)定性測(cè)定方法:乳酸菌飲料10 g于5 000 r/min下離心20 min,棄去上部溶液,稱量底部沉淀物質(zhì)量,計(jì)算沉淀物含量.沉淀率=沉淀物質(zhì)量÷飲料質(zhì)量×100%.

2 結(jié)果和分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知:白砂糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%～6%時(shí),感官評(píng)分呈上升趨勢(shì),乳酸菌飲料的酸甜度適中,質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于6%時(shí),乳酸菌飲料的甜度過(guò)高,整體的口感隨白砂糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而呈現(xiàn)負(fù)相關(guān);當(dāng)酸奶基料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由5%增加到7%時(shí),乳酸菌飲料清爽度,黏稠度適中,無(wú)糊口感,質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于7%時(shí),黏稠度升高,清爽度降低,整體口感較差;當(dāng)單雙甘油脂肪酸酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0.01%增加至0.03%時(shí),乳酸菌飲料的細(xì)膩度適中,無(wú)蛋白小塊、氣泡,質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.03%時(shí),乳酸菌飲料的細(xì)膩度降低,整體口感變差.圖1結(jié)果顯示:白砂糖、酸奶基料、單雙甘油脂肪酸酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為6%,7%,0.03%時(shí),乳酸飲料的感官評(píng)分最高,口感最好.

圖1 原料對(duì)感官品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of raw materials on sensory quality

圖2顯示:隨著復(fù)配穩(wěn)定劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加沉淀率呈先降低再升高的趨勢(shì),當(dāng)高?；Y(jié)冷膠和大豆多糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.01%～0.03%,CMC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.08%～0.10%時(shí),沉淀率急劇降低.這是由于高?；Y(jié)冷膠溶解于常溫乳酸菌飲料后,與大豆多糖和CMC共同形成黏稠膠體,可使飲料體系內(nèi)部結(jié)構(gòu)分子排列更為緊密,三維網(wǎng)狀結(jié)果更為穩(wěn)定,從而增強(qiáng)膠凝狀態(tài)[8],且高?；Y(jié)冷膠具有較強(qiáng)的酸穩(wěn)定性,不會(huì)因?yàn)轶w系pH較低導(dǎo)致酪蛋白發(fā)生沉降.當(dāng)高酰基結(jié)冷膠和大豆多糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.03%,CMC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.10%時(shí),沉淀率又逐漸升高[9].可能是因?yàn)楫?dāng)添加量超過(guò)一定范圍時(shí),過(guò)多的高?；Y(jié)冷膠會(huì)破壞蛋白質(zhì)-鈣的空間結(jié)構(gòu),阻斷蛋白質(zhì)之間的相互作用[10].因此,選擇沉淀率最低時(shí)的臨界點(diǎn)的穩(wěn)定劑的添加量最合適,即高酰基結(jié)冷膠、CMC、大豆多糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.03%,0.10%,0.03%.

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 最佳工藝配方正交試驗(yàn)結(jié)果

為了確定常溫型乳酸菌飲料加工工藝的最佳配方,根據(jù)白砂糖、酸奶基料、單雙甘油脂肪酸酯單因素試驗(yàn)的結(jié)果,確定各因素試驗(yàn)水平,進(jìn)行正交試驗(yàn).采用按照因素和水平安排,采用L9(34)進(jìn)行正交試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)表2.

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 Orthogonal experimental design and results

由表2可見(jiàn):常溫型乳酸菌飲料工藝最佳配方組合為A2B2C3,即白砂糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%,酸奶基料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%,單雙甘油脂肪酸酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02%.3個(gè)因素對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分的影響為A>B>C,即白砂糖對(duì)常溫乳酸菌飲料的品質(zhì)影響最大,其次是酸奶基料、單雙甘油脂肪酸酯.對(duì)最優(yōu)組合進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn),得出總評(píng)分為93分,優(yōu)于其他組合.酸奶發(fā)酵過(guò)程是一個(gè)不斷產(chǎn)酸的過(guò)程,在乳酸菌飲料的調(diào)配過(guò)程中,如果白砂糖添加量過(guò)低或過(guò)高都會(huì)使乳酸菌飲料的酸甜度不適宜,影響整體的口感[11].在最佳配方組合條件下,產(chǎn)品外觀均勻,口感柔和細(xì)膩,酸甜度適宜,體系穩(wěn)定性好,均勻一致,無(wú)黏稠、糊口感.

2.2.2 最佳穩(wěn)定效果正交試驗(yàn)結(jié)果

為了確定常溫型乳酸菌飲料加工工藝的最佳穩(wěn)定效果,根據(jù)高?；Y(jié)冷膠、CMC和大豆多糖單因素試驗(yàn)結(jié)果,確定各因素試驗(yàn)水平,進(jìn)行正交試驗(yàn).按照因素和水平安排,采用L9(34)進(jìn)行正交試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)表3.

表3正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

Table3Orthogonalexperimentaldesignandresults%

試驗(yàn)組號(hào)高酰基結(jié)冷膠ACMCB大豆多糖C沉淀率11(0.02)1(0.08)1(0.02)6.3212(0.10)2(0.03)7.2313(0.12)3(0.04)5.742(0.03)126.552234.662313.873(0.04)135.983215.693326.2K16.405.805.23K24.976.236.63K35.905.235.40R1.431.001.40

從表3可以看出:第6組試驗(yàn)沉淀率最低,穩(wěn)定性最好,最優(yōu)組合為A2B3C1,即高?；Y(jié)冷膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03%,CMC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.12%,大豆多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02%.影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素A>C>B,即高?；Y(jié)冷膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)>大豆多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)>CMC質(zhì)量分?jǐn)?shù).對(duì)最優(yōu)組合進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn),得到沉淀率的平均值為3.75%,優(yōu)于其他組合.

由于高?；Y(jié)冷膠與大豆多糖和CMC之間具有協(xié)同作用,在酸性條件下形成穩(wěn)定的分散體系,并能保護(hù)膠體,補(bǔ)償?shù)鞍踪|(zhì)陰離子電荷,吸附在酪蛋白表面,從而起到穩(wěn)定酪蛋白的作用,同時(shí)防止蛋白質(zhì)因聚集而導(dǎo)致沉淀、脂肪上浮和分層[12-13].試驗(yàn)結(jié)果顯示:高?；Y(jié)冷膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03%,CMC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.12%,大豆多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02%,此時(shí)乳酸菌飲料穩(wěn)定效果最好,且明顯降低了使用單一穩(wěn)定劑的添加量,從而能有效地降低生產(chǎn)成本.

3 結(jié) 論

當(dāng)常溫型乳酸菌飲料中白砂糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%,發(fā)酵酸奶基料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%,單雙甘油脂肪酸酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02%時(shí),乳酸菌飲料的感官品質(zhì)最佳.各穩(wěn)定劑對(duì)乳酸菌飲料的穩(wěn)定性都有較大影響,其中高?；Y(jié)冷膠對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性影響最大,當(dāng)高?；Y(jié)冷膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03%,CMC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.12%,大豆多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02%時(shí),常溫型乳酸菌飲料的穩(wěn)定效果最佳.

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