稀奶油加工工藝對攪打特性的影響

楊永龍，高增麗，劉彥宏，曹文慧，劉紅霞，烏云，李洪亮，母智深

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

稀奶油是牛乳的脂肪部分，它是將脫脂乳從牛乳中分離出來后而得到的一種O/W型乳狀液。根據(jù)GB 19646-2010《食品安全國家標準 稀奶油、奶油和無水奶油》中稀奶油的定義是以乳為原料，分離出的含脂肪的部分，添加或不添加其他原料、食品添加劑和營養(yǎng)強化劑，經(jīng)加工制成的脂肪含量10.0%～80.0%的產(chǎn)品[1]。稀奶油中富含人體所需的不飽和脂肪酸、亞油酸、亞麻酸和花生四烯酸等必需脂肪酸，且富含蛋白質(zhì)、氨基酸、微量元素以及風味物質(zhì)等。

稀奶油作為現(xiàn)代食品工業(yè)的新型乳制品，在我國的消費量呈現(xiàn)逐年增加趨勢。稀奶油種類繁多，目前，市場上的主流產(chǎn)品是在新鮮稀奶油中添加適量乳化劑、增稠劑、穩(wěn)定劑等，通過機械攪打、膨脹發(fā)泡的攪打稀奶油。攪打稀奶油也稱為摜奶油，含脂率為30%～37%，可直接食用，也可裝裱冰淇淋、咖啡、糕點等各種乳制品、飲品和烘焙食品等，還可作為夾心餡料，賦予食品濃郁奶香，具有相當可觀的營養(yǎng)價值和經(jīng)濟價值。稀奶油存在的主要問題是，來源于純正牛奶的動物性奶油，打發(fā)率低、硬度低、成型性不佳，而來源于氫化植物油稀奶油，含有大量的飽和脂肪酸，在口感、風味及健康方面遠不及牛奶來源的稀奶油[2]。本文通過對稀奶油加工工藝的研究，以攪打特性指標為評價依據(jù)，采取正交試驗分析方法，確定了稀奶油最佳的加工工藝條件，為稀奶油的規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)提供理論指導。

1 材料

1.1 原料

原料乳：來自呼和浩特市周邊牧場；單硬脂酸甘油脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯：廣州美晨集團公司；大豆磷脂：美國Cargill公司；微晶纖維素：美國FMC公司；羧甲基纖維素鈉：美國FMC公司。

1.2 主要設備

分離機：英國Armfield公司；均質(zhì)機：丹麥APV公司；超高溫殺菌機：瑞典利樂公司；無菌包灌裝機：德國康美包公司。

2 方法

2.1 工藝流程

原料乳檢驗→稀奶油分離→配料→冷卻→超高溫殺菌→無菌包裝→入庫成熟。

2.2 操作要點

2.2.1 原料乳檢驗：選擇新鮮生牛乳（酸度在17°T以下），菌落總數(shù)≤50萬CFU/mL，干物質(zhì)含量≥12%，具有牛乳特有的滋氣味，不得有外來異味，無抗生素、無摻假及其他異物。

2.2.2 稀奶油分離：主要設備是奶油分離機，其原理是利用密度的不同，使原料乳在分離缽內(nèi)受強大離心力的作用，將脫脂乳留在分離缽的內(nèi)壁上，而稀奶油由設備頂部被分離出來[2]。預熱溫度通常為45℃，轉(zhuǎn)速為5500r/min。然后將稀奶油通過板式換熱器冷卻至6℃，放入緩沖罐中進行貯存。

2.2.3 配料：將冷卻過的稀奶油調(diào)入化料罐中，升溫至30℃，將穩(wěn)定劑等緩慢加入到化料系統(tǒng)中，繼續(xù)升溫至53℃，攪拌20min，直至料液完全融合。

2.2.4 冷卻：將配料后的稀奶油通過板式換熱器進行冷卻，然后放入緩沖罐中進行貯存。

2.2.5 超高溫殺菌：通過超高溫殺菌機對稀奶油進行滅菌處理，鑒于超高溫殺菌和均質(zhì)是稀奶油加工的關鍵核心工藝，分別選擇均質(zhì)溫度、均質(zhì)壓力、殺菌溫度、殺菌時間作為影響稀奶油攪打特性的研究因素。試驗中均質(zhì)溫度分別設置為45℃、55℃、65℃，均質(zhì)壓力為50bar、80bar、120bar，殺菌溫度為120℃、130℃、140℃，殺菌時間為4s、20s、30s。

2.2.6 無菌包裝：利用無菌灌裝機將稀奶油直接灌入到包裝盒內(nèi)，使用目前國內(nèi)較為常見的灌裝機，如瑞典利樂包、德國康美包等，灌注溫度為15℃。

2.2.7 入庫成熟：將無菌包裝的稀奶油經(jīng)裝箱后直接放入低溫庫房，進行冷卻成熟，在3℃下保持12h，以促進物理成熟及脂肪結晶[3]。

2.3 質(zhì)量評定

稀奶油的質(zhì)量評定采用百分制，分別對產(chǎn)成品的打發(fā)率、硬度和黏度三個指標進行打分，具體的評分標準如表1所示。

表1 質(zhì)量等級評分標準

打發(fā)率測定：將200g預冷至4℃的稀奶油倒入攪拌缸內(nèi)，使用CS-BT攪拌器中速（約120r/min）進行攪打并計時，以稀奶油能夠形成堅挺的錐形為攪打終點，測定其打發(fā)率。打發(fā)率計算公式如下：

式中：M1為同體積未攪打稀奶油的質(zhì)量（g）

M2為同體積已攪打好稀奶油的質(zhì)量（g）[4]。

硬度測定：硬度指標數(shù)據(jù)來源于TA質(zhì)構儀的檢測數(shù)據(jù)，采用SMS公司的TA-XT plus型質(zhì)構儀，測定稀奶油所形成的泡沫硬度。將打發(fā)完成后的稀奶油立即置于模具中，其中選用HDP/SR-TTC探頭進行測定。測定參數(shù)設定參考趙謀明等[5]的方法：測試前探頭行進速度和測試中探頭行進速度都為1mm/s，探頭回程速度為5mm/s，測定距離為30mm，觸發(fā)力為Auto-5g，數(shù)據(jù)獲取率為200pps，每個樣品至少平行測定三次，取平均值作為樣品的硬度值（g）。

黏度測定：將冷藏后的稀奶油取出后，使用黏度儀（Brookfield DV-Ⅲ）迅速測定其冷藏后的表觀黏度，采用62#轉(zhuǎn)子，測定溫度為5～10℃，轉(zhuǎn)速為12r/min。

3 結果與分析

3.1 均質(zhì)溫度的影響

采用均質(zhì)溫度分別為45℃、55℃、65℃，均質(zhì)壓力為80bar，殺菌溫度為120℃，殺菌時間為4s的工藝生產(chǎn)稀奶油。均質(zhì)溫度的影響如表2所示。

表2 均質(zhì)溫度的影響

稀奶油加工過程中必須進行均質(zhì)處理，因為均質(zhì)使料液微細化，脂肪球粒徑變小，可有效防止脂肪上浮，增強稀奶油的穩(wěn)定性，同時提高產(chǎn)品的攪打特性，從而使泡沫的成形性、保型性滿足打發(fā)需要[6]。由表2可知，當均質(zhì)溫度為45℃時，稀奶油的打發(fā)率和硬度指標均偏低，說明稀奶油中的穩(wěn)定劑沒有達到預期的均質(zhì)溫度，對產(chǎn)品的打發(fā)率、硬度和黏度沒有明顯的提升作用，但同時過高的均質(zhì)溫度也沒有起到明顯效果。均質(zhì)溫度影響最為直接的是稀奶油中的穩(wěn)定劑，如果均質(zhì)溫度過高或過低，均會影響稀奶油性能。綜合以上試驗結果，均質(zhì)溫度選擇55℃效果較好。

3.2 均質(zhì)壓力的影響

采用均質(zhì)壓力分別為50bar、80bar、120bar，均質(zhì)溫度為55℃，殺菌溫度為120℃，殺菌時間為4s的工藝生產(chǎn)稀奶油。不同均質(zhì)壓力對稀奶油打發(fā)率和硬度都有明顯的影響，結果如表3所示。

表3 均質(zhì)壓力的影響

由表3可以看出，較低的均質(zhì)壓力會使乳狀液不穩(wěn)定，有增加脂肪球聚集的趨勢，機械黏度較高。而過高的均質(zhì)壓力，會使脂肪球液滴相互接近，結晶脂肪很容易刺破較脆弱的脂肪球液滴之間的界面膜，因為結晶脂肪能被液態(tài)油脂很好地潤濕，只要脂肪球液滴的結晶部分接觸到其他脂肪球液滴的液態(tài)油脂部分，脂肪球液滴之間很容易形成橋聯(lián)，發(fā)生部分聚結[7]。同時，均質(zhì)壓力過高也會使脂肪球粒徑減小，增加打發(fā)成型所需時間，由于料液過于穩(wěn)定以至于攪打過程中不容易打破穩(wěn)定，從而降低打發(fā)率，硬度也呈現(xiàn)下降的趨勢，黏度則沒有明顯的變化。以上情況說明，均質(zhì)壓力對稀奶油攪打性產(chǎn)生較為明顯影響，稀奶油加工工藝宜采用適中的均質(zhì)壓力，以80bar均質(zhì)壓力最佳。

3.3 殺菌溫度的影響

采用殺菌溫度分別為140℃、130℃、120℃，均質(zhì)溫度為55℃，均質(zhì)壓力為80bar，殺菌時間為4s的工藝生產(chǎn)稀奶油。鑒于超高溫殺菌機的過高殺菌溫度導致糊管問題，此次試驗殺菌溫度參數(shù)選擇由高到低的140℃、130℃、120℃，不同殺菌溫度對稀奶油的特性指標都有顯著影響，殺菌溫度的影響如表4所示。

表4 殺菌溫度的影響

通過表4可以看出，殺菌溫度對稀奶油的各項指標影響顯著，說明隨著殺菌溫度的降低，對脂肪結構的破壞也越小，而打發(fā)率、硬度和黏度也都呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢。與130～140℃殺菌溫度相比，120℃的殺菌溫度能夠減少蛋白質(zhì)的熱聚集，對稀奶油產(chǎn)品內(nèi)部結構體系影響也是最小的。高的殺菌溫度，雖然可使稀奶油產(chǎn)品的滅菌更徹底，但同時也會導致稀奶油出現(xiàn)強烈的氧化味或蒸煮味。所以，對于加工稀奶油產(chǎn)品，在保證原料稀奶油較好品質(zhì)的前提下，建議殺菌溫度為120℃。

3.4 殺菌時間的影響

采用殺菌時間分別為4s、20s、30s，均質(zhì)溫度為55℃，均質(zhì)壓力為80bar，殺菌溫度為120℃的工藝生產(chǎn)稀奶油。殺菌時間的影響如表5所示。

表5 殺菌時間的影響

由表5可知，隨著殺菌時間的延長，產(chǎn)品打發(fā)率呈現(xiàn)明顯的下降趨勢，但硬度和黏度卻出現(xiàn)了上升，分析可能是由于過度殺菌致蛋白質(zhì)變性破壞，從而導致脂肪球膜序列結構發(fā)生斷裂，且在試驗過程中還發(fā)現(xiàn)殺菌時間達到30s后，殺菌機溫差出現(xiàn)了持續(xù)升高問題，說明管路有明顯的結垢現(xiàn)象。初步推斷，隨著放置時間的延長，產(chǎn)品在貯藏和運輸過程中會因此出現(xiàn)析水或者沉淀的質(zhì)量問題。綜合此次試驗結果，在保證殺菌效率的前提下，殺菌時間不宜過長，基本是越短越好，建議殺菌時間采用4s。

3.5 加工工藝的優(yōu)化

本研究以打發(fā)率、硬度和黏度作為質(zhì)量評價指標，確定影響稀奶油攪打特性最主要的加工工藝條件，分別是均質(zhì)溫度、均質(zhì)壓力、殺菌溫度和殺菌時間；通過稀奶油的特性指標評定和極差分析來確定最佳工藝參數(shù)。加工工藝的正交試驗如表6和表7所示。

表6 因素水平

由表7中可以看出，影響稀奶油攪打特性的因素大小順序依次是：C＞D＞A＞B，即殺菌溫度＞殺菌時間＞均質(zhì)溫度＞均質(zhì)壓力。隨著C因素殺菌溫度的降低，稀奶油的打發(fā)率、硬度和黏度指標更為理想，說明殺菌溫度對稀奶油產(chǎn)品的攪打特性影響最為直接，稀奶油不能過度加熱，否則極易造成產(chǎn)品貨架期的不穩(wěn)定性；隨著D因素殺菌時間的延長，各項指標呈現(xiàn)明顯的下降趨勢，同時，生產(chǎn)稀奶油的超高溫殺菌機出現(xiàn)了不同程度的管路結垢現(xiàn)象，建議生產(chǎn)稀奶油產(chǎn)品的殺菌時間不超過4s；在A因素均質(zhì)溫度和B因素均質(zhì)壓力的選擇上，不能偏高或者偏低，否則都容易造成脂肪上浮，因為過低的均質(zhì)溫度和壓力容易造成脂肪球不均勻，而過高的均質(zhì)溫度和壓力容易造成脂肪球膜破碎，重新產(chǎn)生聚集，造成脂肪上浮和產(chǎn)品析水[8]。所以，加工稀奶油產(chǎn)品最佳工藝組合為A2B2C3D1，即：殺菌溫度120℃，殺菌時間4s，均質(zhì)溫度55℃，均質(zhì)壓力80bar，與單因素試驗結果一致。

表7 加工工藝試驗結果極差結果分析表

3.6 成品的感官指標、理化指標和微生物指標

采用本研究確定的超高溫滅菌、均質(zhì)工藝條件生產(chǎn)稀奶油，成品為乳白色，均勻一致，無異物，具稀奶油特有的滋味。經(jīng)檢測，每100g稀奶油蛋白質(zhì)含量為2.03%、脂肪含量為35.9%，酸度為14.52°T；未檢出金黃色葡萄球菌、沙門氏菌，菌落總數(shù)、大腸菌群、霉菌均低于1CFU/mL。綜合評價，該稀奶油產(chǎn)品品質(zhì)良好。

4 結論

通過采用L9(34)正交試驗的方法，以及對稀奶油攪打特性指標的對比分析，確定最優(yōu)的加工工藝為：均質(zhì)溫度55℃，均質(zhì)壓力80bar，殺菌溫度120℃，殺菌時間4s。最終產(chǎn)品呈現(xiàn)均勻乳白色，無其他異味，無上浮和沉淀的稀奶油。