黃原膠和瓜爾豆膠復(fù)配比例對(duì)復(fù)原乳穩(wěn)定性的影響

文/劉 丹

（廣東燕塘乳業(yè)股份有限公司）

復(fù)原乳是一種具有膠體特性的多分散體系，主要由蛋白質(zhì)、脂肪等成分組成，貯藏過(guò)程中易出現(xiàn)絮凝、分層、蛋白質(zhì)沉淀和脂肪上浮等不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴(yán)重影響品質(zhì)。如何提高其穩(wěn)定性是復(fù)原乳生產(chǎn)企業(yè)急需解決的問(wèn)題。本文圍繞改善復(fù)原乳穩(wěn)定性和口感2 個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，研究了多糖類(lèi)乳化穩(wěn)定劑（黃原膠和瓜爾豆膠復(fù)配）對(duì)復(fù)原乳穩(wěn)定性的影響，并探討其作用機(jī)理，為制備穩(wěn)定性較好的復(fù)原乳提供理論支撐和方法指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

材料：全脂奶粉；瓜爾豆膠、黃原膠（食品級(jí)）；白砂糖；油紅O（分析純），甲醇、乙腈、異丙醇、三氯甲烷（色譜級(jí)）；疊氮鈉（分析純）；飲用水。

儀器：高速分散剪切機(jī)；高壓均質(zhì)機(jī)；Mastersizer 2000型激光粒度分析儀；Waters 600高效液相色譜儀；3000型蒸發(fā)光散射檢測(cè)器；754型分光光度計(jì)；BHW-IV型電熱恒溫水槽；分析天平；離心機(jī)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 復(fù)原乳的制備

復(fù)原乳的制備配方見(jiàn)表1，工藝流程如圖1所示。將主、輔原料混合均勻，在勻速攪拌狀態(tài)下將其緩慢加入水中，并于60 ℃中保溫30 min，充分水化；水化結(jié)束后，20 MPa下均質(zhì)；隨后灌裝和滅菌，滅菌條件為121 ℃、15 min；最后迅速冷卻至常溫。

1.2.2 界面蛋白濃度的測(cè)定

取一定量的復(fù)原乳，10 000 r/min、4 ℃條件下離心30 min。離心完成后將樣品分離成乳析層和下層清液層，轉(zhuǎn)移下層的清液，采用凱氏定氮法測(cè)定下層清液中的蛋白質(zhì)含量（N×5.3）[1]。

式中：Г為界面蛋白濃度（mg/m2），Ctotal為復(fù)原乳中蛋白質(zhì)濃度（g/g），Cserum為下層清液中蛋白質(zhì)濃度（g/g），A為液滴的比表面積（m2/g）。

1.2.3 粒度分布的測(cè)定

圖1 復(fù)原乳制備的基本工藝流程

表1 復(fù)原乳的制備配方

表2 Mastersizer 2000型激光粒度分析儀參數(shù)

復(fù)原乳樣品按1∶1000（w/w）?的比例用去離子水稀釋?zhuān)缓笥肕astersizer 2000型激光粒度分析儀測(cè)定粒度分布。參數(shù)設(shè)定見(jiàn)表2[2]。

體積平均直粒徑d4,3計(jì)算公式為：

其中，ni為直徑為di的脂肪球的數(shù)量。

1.2.4 脂肪部分聚結(jié)率的測(cè)定

準(zhǔn)確稱(chēng)取0.015 g油紅O色素，加入到1 000 g粟米油中混合，常溫下慢速攪拌約12 h使油紅O充分溶解，避光保存。準(zhǔn)確稱(chēng)取20 g樣品和10 g油紅O溶液置于50 mL離心管中，充分混合均勻，10 000 r/min、25 ℃條件下離心30 min，移取上層澄清透明的紅色油液倒入比色杯，520 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度值[3]。計(jì)算公式為：

式中：A1為離心前油紅O溶液的吸光度值，A2為離心后油紅O溶液的吸光度值，φd為脂肪部分聚結(jié)率，m0為樣品中加入的油紅O溶液質(zhì)量，me為樣品質(zhì)量，Φ為樣品中脂肪的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.2.5 離心乳析率和沉淀率的測(cè)定

取10 g復(fù)原乳樣品于離心管中，3 000 r/min、25 ℃條件下離心20 min，準(zhǔn)確稱(chēng)量上部油脂部分的質(zhì)量（m1）；棄去上部溶液，準(zhǔn)確稱(chēng)取沉淀物的質(zhì)量（m2），計(jì)算離心乳析率和離心沉淀率，計(jì)算公式為：

2 結(jié)果與分析

2.1 乳化劑不同配比對(duì)復(fù)原乳界面蛋白濃度的影響

界面蛋白濃度（Г）表示的是液滴表面單位面積上的蛋白質(zhì)含量，是反映乳濁液凝結(jié)穩(wěn)定性的一個(gè)重要參數(shù)，不僅與界面蛋白質(zhì)含量（PA）有關(guān)，還取決于乳濁液粒徑的大小。由圖2可知，在單獨(dú)使用黃原膠或者瓜爾豆膠的情況下，蛋白質(zhì)—黃原膠體系的界面蛋白濃度（Г）比蛋白質(zhì)—瓜爾豆膠體系的Г值高，這可能是因?yàn)楣蠣柖鼓z和黃原膠屬于非吸附多糖，不與蛋白質(zhì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)性吸附，只通過(guò)靜電吸附、疏水作用或者氫鍵作用與蛋白質(zhì)形成復(fù)合物。中性條件下，蛋白質(zhì)和黃原膠都帶負(fù)電，而瓜爾豆膠不帶電，黃原膠可以與蛋白質(zhì)的部分帶正電區(qū)域發(fā)生靜電吸引作用，因此蛋白質(zhì)—黃原膠體系的Г值較高[4]。

圖2 乳化劑不同配比對(duì)復(fù)原乳液界面蛋白濃度的影響

當(dāng)黃原膠、瓜爾豆膠兩者復(fù)配使用時(shí)，隨著黃原膠的減少，Г值呈現(xiàn)先降低后穩(wěn)定再升高的趨勢(shì)。這是由于黃原膠濃度降低，使得黃原膠與蛋白質(zhì)部分帶正電區(qū)域發(fā)生的靜電吸引作用減小，Г值呈現(xiàn)明顯降低。隨著瓜爾豆膠的增加，黃原膠和瓜爾豆膠的共同作用導(dǎo)致Г值變化不明顯。當(dāng)m黃原膠∶m瓜爾豆膠小于4∶6時(shí)，黃原膠與蛋白質(zhì)的靜電作用明顯減弱，瓜爾豆膠與蛋白質(zhì)的相互作用占主導(dǎo)地位，Г值增加。

2.2 乳化劑不同配比對(duì)復(fù)原乳粒度分布的影響

圖3 乳化劑不同配比對(duì)復(fù)原乳粒度分布的影響

圖4 乳化劑不同配比對(duì)復(fù)原乳脂肪部分聚結(jié)率的影響

由圖3可知，乳化劑不同配比對(duì)復(fù)原乳粒度分布的影響與其對(duì)界面蛋白濃度的影響趨勢(shì)一致。如前所述，界面蛋白濃度不僅與界面蛋白質(zhì)含量有關(guān)，還取決于乳濁液的粒徑大小，而粒徑大小與體系黏度有關(guān)。當(dāng)體系黏度大時(shí)，復(fù)原乳的體積平均直粒徑（d4,3）值偏大。相同濃度下，黃原膠溶液的黏度比瓜爾豆膠溶液高，所以蛋白質(zhì)—黃原膠復(fù)合體系的d4,3值大于蛋白質(zhì)—瓜爾豆膠復(fù)合體系的d4,3值。當(dāng)黃原膠、瓜爾豆膠兩者復(fù)配使用時(shí)，隨著黃原膠的減少，d4,3值呈現(xiàn)先降低后穩(wěn)定再升高的趨勢(shì)。原因可能是，一方面黃原膠減少時(shí)靜電吸附的蛋白質(zhì)數(shù)量減少，另一方面體系中未吸附的黃原膠減少，降低了未吸附黃原膠與蛋白質(zhì)熱力學(xué)不相容性，從而減小了體系發(fā)生排斥絮凝的機(jī)率，抑制了液滴聚集，所以d4,3值降低[5]。由于2 種乳化劑和蛋白質(zhì)作用方式不同，當(dāng)m黃原膠∶m瓜爾豆膠為5∶5、4∶6和3∶7時(shí)，2 種相互作用方式共同維持了復(fù)原乳體系的穩(wěn)定性。當(dāng)m黃原膠∶m瓜爾豆膠小于3∶7時(shí)，黃原膠維持體系穩(wěn)定性的作用減弱，瓜爾豆膠濃度較高，界面蛋白質(zhì)吸附量大，蛋白質(zhì)分子在界面上沒(méi)有足夠空間展開(kāi)，結(jié)構(gòu)被壓縮，瓜爾豆膠與蛋白質(zhì)間的相互作用受到抑制，容易引起體系排斥絮凝的發(fā)生，因此粒徑反而增大。

2.3 乳化劑不同配比對(duì)復(fù)原乳脂肪部分聚結(jié)率的影響

對(duì)乳濁液的脂肪部分聚結(jié)率進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如圖4所示。單獨(dú)使用黃原膠的脂肪聚結(jié)率比單獨(dú)使用瓜爾豆膠的脂肪聚結(jié)率低，這是由于在相同條件下，蛋白質(zhì)—黃原膠復(fù)合體系界面膜的黏彈性特征比蛋白質(zhì)—瓜爾豆膠復(fù)合體系界面膜的黏彈性特征強(qiáng)，更易于降低兩相的界面張力，阻止脂肪球互相聚結(jié)[6]。當(dāng)m黃原膠∶m瓜爾豆膠為10∶0～6∶4時(shí)，隨著黃原膠用量減少，脂肪部分聚結(jié)率下降；當(dāng)m黃原膠∶m瓜爾豆膠小于5∶5時(shí)，脂肪部分聚結(jié)率緩慢上升。原因可能是，當(dāng)黃原膠用量減少、瓜爾豆膠用量增加時(shí)，體系中未吸附的黃原膠減少，同時(shí)瓜爾豆膠又以不同于黃原膠與蛋白質(zhì)作用的方式維持體系的穩(wěn)定性，減小了體系發(fā)生排斥絮凝的幾率，抑制了脂肪球互相聚集，脂肪部分聚結(jié)率隨之下降。當(dāng)黃原膠的用量減少到一定值時(shí)，黃原膠與蛋白質(zhì)的靜電吸附作用很弱，蛋白質(zhì)從界面解析的數(shù)量超過(guò)了一定范圍，降低了界面膜的黏彈性，而增加的瓜爾豆膠又不能補(bǔ)充界面膜損失的粘彈性，導(dǎo)致體系的脂肪部分聚結(jié)率升高。

2.4 乳化劑不同配比對(duì)復(fù)原乳離心乳析率和離心沉淀率的影響

圖5 乳化劑不同配比對(duì)復(fù)原乳離心乳析率和離心沉淀率的影響

體系離心乳析率和離心沉淀率反映了體系的穩(wěn)定性狀況。由圖5可知，當(dāng)m黃原膠∶m瓜爾豆膠為10∶0～7∶3時(shí)，隨著黃原膠用量減少，離心沉淀率下降，當(dāng)m黃原膠∶m瓜爾豆膠小于7∶3時(shí)，離心沉淀率緩慢上升；當(dāng)m黃原膠∶m瓜爾豆膠為10∶0～6∶4時(shí)，隨著黃原膠用量減少，離心乳析率下降，當(dāng)m黃原膠∶m瓜爾豆膠小于6∶4時(shí)，離心乳析率上升。這一結(jié)果說(shuō)明，隨著黃原膠用量減少，體系的穩(wěn)定性先增加后減弱，這與上述結(jié)果討論一致，即適度的m黃原膠∶m瓜爾豆膠能減少蛋白質(zhì)間的聚集，從而提高復(fù)原乳的穩(wěn)定性，但單純某種乳化劑占比過(guò)高時(shí)，乳化劑與蛋白質(zhì)的作用容易達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)，過(guò)量的蛋白質(zhì)漸漸從油相中分離沉淀出來(lái)，破壞復(fù)原乳的穩(wěn)定性。

2.5 乳化劑不同配比對(duì)貯藏期間復(fù)原乳感官評(píng)分的影響

依據(jù)液態(tài)乳的感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)NY 5140-2005[7]對(duì)復(fù)原乳進(jìn)行感官評(píng)分，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可以看出，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，各配比下復(fù)原乳的得分均有所下降，其中m黃原膠∶m瓜爾豆膠為6∶4時(shí)感官得分最高且分?jǐn)?shù)下降幅度最小。添加適量乳化劑能在一定程度上改善復(fù)原乳口感稀薄、有稍許澀味存在等問(wèn)題，但是如果某一種乳化劑添加量過(guò)多，可能會(huì)將其自身的缺點(diǎn)體現(xiàn)在復(fù)原乳上。復(fù)原乳貯藏期間，由于脂肪球的聚結(jié)上浮和蛋白質(zhì)的聚集沉淀，一方面導(dǎo)致復(fù)原乳出現(xiàn)分層現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)該現(xiàn)象不可逆，影響復(fù)原乳的外觀(guān)；另一方面減少了復(fù)原乳的香氣成分，影響復(fù)原乳的滋味與氣味。綜合考慮，m黃原膠∶m瓜爾豆膠為6∶4時(shí)復(fù)原乳穩(wěn)定性最好，感官品質(zhì)最佳。

表3 乳化劑不同配比時(shí)貯藏期間復(fù)原乳的感官評(píng)分

3 結(jié)論

乳化劑總用量不變，復(fù)原乳的界面蛋白濃度、粒徑、脂肪部分聚結(jié)率在黃原膠和瓜爾豆膠的復(fù)配比例為10∶0～6∶4范圍時(shí)呈下降趨勢(shì)，在6∶4～0∶10范圍時(shí)呈上升或緩慢上升趨勢(shì)。復(fù)原乳離心乳析率在黃原膠和瓜爾豆膠的復(fù)配比例為10∶0～6∶4范圍時(shí)呈下降趨勢(shì)，在6∶4～0∶10范圍時(shí)呈上升趨勢(shì)；離心沉淀率則在黃原膠和瓜爾豆膠的復(fù)配比例為10∶0～7∶3范圍時(shí)呈下降趨勢(shì)，在7∶3～0∶10范圍時(shí)呈上升趨勢(shì)。

隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，黃原膠和瓜爾豆膠不同配比下復(fù)原乳的感官評(píng)分出現(xiàn)了明顯差異，感官得分均有所下降，當(dāng)m黃原膠∶m瓜爾豆膠為6∶4和5∶5時(shí)，復(fù)原乳貯藏后的感官評(píng)分差異較小。C