加酸工藝對配置型酸性含乳飲料穩(wěn)定性的影響

陶瀟杭 李文強 趙 越 呂桂善 歐 凱 李言郡

（杭州娃哈哈科技有限公司研發(fā)中心，浙江 杭州 310018）

配置型酸性含乳飲料由于其酸甜、清爽的口感受到廣大消費者的喜愛，其原料主要包括奶粉、糖、穩(wěn)定劑、調(diào)酸劑等。含乳飲料在兼具牛奶的營養(yǎng)價值的同時，還可以提高產(chǎn)品的嗜好性以及功能性，在我國有著非常巨大的發(fā)展?jié)摿?。面對如此龐大的市場需要，如何保證產(chǎn)品質(zhì)量是贏得消費者信賴的關(guān)鍵。在實際的生產(chǎn)中，我們常常會采用添加穩(wěn)定增稠劑的方法或者對產(chǎn)品進行均質(zhì)處理以此來改善產(chǎn)品的穩(wěn)定性。但一味地增加穩(wěn)定增稠劑會對產(chǎn)品口感、生產(chǎn)成本產(chǎn)生較大的影響，而單一地進行均質(zhì)處理也無法完全解決產(chǎn)品穩(wěn)定性的問題。因此，需要采用其他方式改善配置型酸性含乳飲料的穩(wěn)定性。

在配置型酸性含乳飲料的生產(chǎn)中，加酸工藝是決定產(chǎn)品穩(wěn)定性的關(guān)鍵。現(xiàn)在生產(chǎn)上常用的加酸方法為直接倒酸或者噴淋加酸。但這2種方法都難以避免地會出現(xiàn)加酸過快或過慢的現(xiàn)象。加酸速率過快會導(dǎo)致原料中的不耐酸物質(zhì)變性、降解，加酸速率過慢則會使料液越過等電點的時間延長，導(dǎo)致沉淀率上升。而在線加酸工藝可以使酸更好地擴散至料液中，也可以對產(chǎn)品的穩(wěn)定性進行改善。此外，實現(xiàn)在線加酸有助于飲料生產(chǎn)企業(yè)開發(fā)自動化、智能化的飲料生產(chǎn)線，降低由于人工直接倒酸時存在的操作誤差以及噴淋加酸時噴淋球設(shè)計不合理等因素，給產(chǎn)品品質(zhì)帶來不利影響的風(fēng)險，是一種極具應(yīng)用前景的配料工藝。該文將在線加酸工藝應(yīng)用于配置型酸性含乳飲料的制備過程中，并研究了不同工藝對產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

全脂奶粉、脫脂奶粉、乳清蛋白：新西蘭恒天然合作社集團有限公司；白砂糖：南寧糖業(yè)股份有限公司；羧甲基纖維素鈉：浙江三和食品科技有限公司；純凈水：自制；檸檬酸、磷酸、檸檬酸鈉、三聚磷酸鈉均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

Mastersizer2000 粒度分析儀：瑞士萬通公司；離心機：德國Eppendorf公司；黏度計：美國Brookfield公司；攪拌器：英國Silverson公司；微型磁力離心泵：：上海芮泉泵業(yè)；精密天平：Mettler-Toledo。

1.3 方法

1.3.1 調(diào)配型酸性含乳飲料制備工藝

1.3.1.1 主體流程

全脂奶粉+脫脂奶粉+乳清蛋白+白砂糖+羧甲基纖維素鈉+純凈水→原料混合→加酸→定容→預(yù)熱→均質(zhì)→灌裝→殺菌。

1.3.1.2 酸液配置

檸檬酸+磷酸+檸檬酸鈉+三聚磷酸鈉+純凈水→混合。

1.3.1.3 加酸方式

（1）直接倒酸：配置好的奶液保持攪拌，將混合好的酸液直接倒入攪拌中心，繼續(xù)攪拌5 min。

（2）噴淋加酸：配置好的奶液保持攪拌狀態(tài)，將混合好的酸液經(jīng)自制的噴淋裝置加入至奶液，添加完畢后繼續(xù)攪拌5min。

（3）在線加酸：該加酸方式的示意圖如圖1所示。酸液經(jīng)特制的噴嘴進入加酸管道，之后迅速與奶液一起進入磁力離心泵，經(jīng)磁力離心泵葉輪混合后輸出。在該過程中，酸液和奶液的比例始終被控制在所需的比例。輸出后的料液攪拌2 min。

圖1 在線加酸示意圖

1.3.2 產(chǎn)品穩(wěn)定性的表征方法

1.3.2.1 粒度分布的測定

用Mastersize 2000 粒度分析儀對樣品的粒度分布進行檢測。理想的穩(wěn)定體系的粒度分布呈高斯分布狀態(tài)，其粒度的平均值、中值及最頻值恰好處于同一位置。

1.3.2.2 離心沉淀率的測定

離心沉淀率（WHC）是最為直觀并且可以體現(xiàn)產(chǎn)品穩(wěn)定性的一個參數(shù)。其檢測方法為向離心管中準(zhǔn)確添加10 g待測樣品，放入離心機。以4 000 r/min速率離心10 min后取出離心管，靜置10 min后除去上清液，測得殘留沉淀質(zhì)量為m。每個樣品均進行3次平行測定，對結(jié)果取平均值。離心沉淀率（WHC）計算公式如式（1）所示。

1.3.2.3 產(chǎn)品黏度的測定

產(chǎn)品黏度的高低會直接影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性。該文采用美國Brookfield公司的黏度計對產(chǎn)品黏度進行檢測。檢測溫度為25 ℃，采用的轉(zhuǎn)子為S18號轉(zhuǎn)子。

2 結(jié)果與討論

2.1 產(chǎn)品粒度分析

圖2為直接倒酸、噴淋加酸和在線加酸工藝下所得的產(chǎn)品粒度分布圖。表1為3種工藝下的粒度數(shù)據(jù)。其中D10、D50、D90分別為10 %通過率顆粒直徑、50 %通過率顆粒直徑、90 %通過率顆粒直徑。從圖2可以看出，在線加酸樣品以及噴霧加酸樣品粒度分布呈現(xiàn)為單峰，而直接倒酸樣品粒度分布則為雙峰。其中，在線加酸樣品粒度分布更為集中，且粒度更小。由表1可知，10%通過率的顆粒直徑數(shù)據(jù)中，直接倒酸樣品的數(shù)值最小；50%通過率以及90%通過率數(shù)據(jù)中，在線加酸樣品的數(shù)值最小。

表1 不同加酸工藝所得產(chǎn)品粒度數(shù)據(jù)

圖2 不同加酸工藝所得產(chǎn)品粒度分布圖

這樣的粒度分布的表現(xiàn)形式是由于在加酸過程中，酸液在奶液中的擴散以及混合共同影響的結(jié)果。

在直接倒酸工藝中，酸液集中進入攪拌中心，該部分的酸液和奶液在極短的時間內(nèi)進行混合，迅速得到一部分過酸但具有較小粒度分布的料液；而其余奶液的加酸過程則需要在剪切機的幫助下與這部分過酸的奶液進行混合，其混合速率較慢，且會在部分區(qū)域得到pH值接近于4.6（等電點）的混合液，導(dǎo)致該部分的粒度變大。因此直接倒酸工藝下制備的樣品具有較小的D10值，但呈現(xiàn)為雙峰。

在噴淋加酸工藝中，酸液以霧狀與快速攪拌中的奶液進行混合，其整體混合效果較好，奶液整體以較為均勻的速率與所加入的酸液混合，但由于噴淋加酸的速率有限，其pH值緩慢下降，導(dǎo)致料液在pH接近4.6階段停留過長時間。因此噴淋加酸工藝下制備的樣品具有較為均勻但較大的粒度分布。

在線加酸工藝中，酸液經(jīng)特制的噴嘴進入加酸管道，之后迅速與奶液一起進入離心泵，經(jīng)離心泵槳葉混合后輸出。在該過程中，酸液和奶液的比例始終被控制在所需的比例。酸液在出噴嘴后初步擴散，進入離心泵經(jīng)攪拌后迅速混合完全。該過程更好地匹配了酸液在奶液中的擴散速率及混合速率，使酸液在奶液中達到了又快又均勻的混合效果；同時控制兩者比例可以避免奶液在pH=4.6階段產(chǎn)生停留。因此，在線加酸工藝下制備的樣品的粒度分布呈現(xiàn)集中且較小的單峰。

2.2 產(chǎn)品離心沉淀率分析

表2為不同加酸工藝產(chǎn)品的黏度以及各階段離心沉淀結(jié)果。從表2中數(shù)據(jù)可知，在線加酸樣品的離心沉淀率最小，其次為直接倒酸樣品，噴淋加酸樣品的離心沉淀率最差。

表2 不同加酸工藝產(chǎn)品的黏度以及各階段離心沉淀率

該結(jié)果與粒度分布的結(jié)果較為吻合。配置型酸性含乳飲料體系為懸浮體系，顆粒的沉降與否可以根據(jù)斯托克斯定律進行計算。

u0——沉降速度，m/s；

d——顆粒直徑，m；

ρs——顆粒密度，kg/m3；

ρ——流體密度，kg/m3；

g——重力加速度，m/s2；

μ——體系黏度，kg/m·s。

在離心沉淀測定實驗中，最終沉淀即飲料中的懸浮微粒。由式（1）可知，其沉降速度和顆粒直徑的平方以及顆粒流體密度差成正比，和體系黏度成反比。越穩(wěn)定的體系，其微粒的沉降速度越小。從表2中可以看出，不同工藝得到的產(chǎn)品黏度差異不大。因此，產(chǎn)品顆粒直徑越小，越有利于產(chǎn)品保持穩(wěn)定。根據(jù)2.1中的粒度分布結(jié)果可知，產(chǎn)品中大直徑顆粒所占比例由大到小依次為噴淋加酸、直接倒酸、在線加酸。其結(jié)果與粒度分布結(jié)果一致。由此可知，在線加酸工藝可以有效改進產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

對飲料進行高溫保溫試驗可以幫助飲料生產(chǎn)企業(yè)在短時間內(nèi)對產(chǎn)品的長期穩(wěn)定性有更直觀的了解。對所制得樣品進行55 ℃保溫實驗，保溫7天、15天后分別進行離心沉淀檢測，所得結(jié)果見表2。根據(jù)表中結(jié)果可知，保溫后的在線加酸產(chǎn)品的離心沉淀率仍然在0.6 %以下，而其他2組產(chǎn)品在1.5 %以上，甚至高于2 %。由此可知，在線加酸工藝在55 ℃保溫狀況下同樣具有較好的穩(wěn)定性，可以推斷其產(chǎn)品具有長期穩(wěn)定性。

對所制得的樣品室溫存放6個月以后進行離心沉淀測定，可以看到，在線加酸產(chǎn)品的穩(wěn)定性仍然優(yōu)于其他2組，該結(jié)果與55 ℃保溫實驗的結(jié)果一致。

3 結(jié)論

在線加酸工藝所制備的配置型酸性含乳飲料粒度小且分布集中，最接近高斯分布。其產(chǎn)品的離心沉淀率比直接倒酸工藝及噴淋加酸工藝制備出的更低，且更耐高溫，在保質(zhì)期內(nèi)具有更加優(yōu)秀的產(chǎn)品穩(wěn)定性。由此可知，在線加酸工藝可以有效地改善配置型酸性含乳飲料的穩(wěn)定性，是一種具有潛力的飲料制備工藝，為飲料生產(chǎn)的自動化、智能化提供新的可能性。