加工工藝條件對稀奶油攪打特性的影響

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(tuán))股份有限公司， 呼和浩特 011500)

稀奶油是我國乳品工業(yè)的新型乳制品，消費量呈現(xiàn)逐年上升趨勢。稀奶油的種類較多，目前市場上較為常見的產(chǎn)品是在新鮮稀奶油中添加適量穩(wěn)定劑，通過機(jī)械攪打、膨脹發(fā)泡的攪打稀奶油，脂肪含量多為30%～40%，既可以直接食用，也可以裝裱冰淇淋、咖啡、甜點等食品，同時還可作為部分食品的夾心原料，賦予食品濃濃的奶香口感，具有很好的營養(yǎng)價值和經(jīng)濟(jì)價值。稀奶油主要存在的問題為，來源于純正牛奶的動物性稀奶油，其打發(fā)率低、硬度低、成型性不佳，而大量食用含有飽和脂肪酸的氫化植物油來源的稀奶油，在口感、風(fēng)味及健康方面遠(yuǎn)不及牛奶來源的稀奶油[1]。本文通過對稀奶油加工工藝的研究，以攪打特性指標(biāo)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)模化工業(yè)生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 原料與試劑

原料乳(新鮮生牛乳)，呼和浩特市周邊牧場；單硬脂酸甘油酯(食品級)、蔗糖脂肪酸酯(食品級)，廣州美晨集團(tuán)公司；大豆磷脂(食品級)，美國Cargill公司；微晶纖維素(食品級)，美國FMC公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

FT15奶油分離機(jī)，英國Armfield公司；均質(zhì)機(jī)，丹麥APV公司；超高溫殺菌機(jī)，瑞典利樂公司；無菌包灌裝機(jī)，德國康美包公司；TA-XT plus型質(zhì)構(gòu)儀，英國SMS公司；DV2T黏度儀，美國Brookfield公司；CS-BT攪拌器。

1.2 試驗方法

1.2.1 稀奶油的加工工藝

1.2.1.1 工藝流程

原料乳檢驗→稀奶油分離→配料→冷卻→均質(zhì)→超高溫殺菌→無菌包裝→入庫成熟。

1.2.1.2 操作要點[2]

(1)原料乳檢驗：原料乳選擇新鮮生牛乳，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)稀奶油分離：使用奶油分離機(jī)，利用密度的不同，使原料乳在分離缽內(nèi)受強(qiáng)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(shè)備頂部被分離出來[1]。預(yù)熱溫度通常為30～50℃，轉(zhuǎn)速為5 000～6 000 r/min。然后將稀奶油通過板式換熱器冷卻至2～8℃，放入緩沖罐中進(jìn)行貯存。

(3)配料：將冷卻后的稀奶油調(diào)入化料罐中，升溫至30～40℃，將單硬脂酸甘油酯、蔗糖脂肪酸酯、大豆磷脂、微晶纖維素等緩慢加入到化料罐中，繼續(xù)升溫至60℃以上，攪拌20 min，直至料液完全融合。

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

(5)均質(zhì)：對稀奶油進(jìn)行均質(zhì)處理，均質(zhì)溫度為45～65℃，均質(zhì)壓力為5～12 MPa。

(6)超高溫殺菌：通過超高溫殺菌機(jī)對稀奶油進(jìn)行滅菌處理，滅菌溫度為120～140℃，滅菌時間為4～30 s。

(7)無菌包裝：利用無菌包灌裝機(jī)將稀奶油直接灌入到包裝盒內(nèi)，灌注溫度為10～25℃。

(8)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(jìn)行冷卻成熟，在2～5℃下保持12～24 h，以促進(jìn)物理成熟及脂肪結(jié)晶[3]。

1.2.2 打發(fā)率測定[4]

將200 g預(yù)冷至4℃的稀奶油倒入攪拌缸內(nèi)，使用CS-BT攪拌器中速(約120 r/min)進(jìn)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。按下式計算打發(fā)率。

打發(fā)率=(M1-M2)/M2×100%

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。

1.2.3 硬度測定

采用TA-XT plus型質(zhì)構(gòu)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，選用HDP/SR-TTC探頭進(jìn)行測定。測定參數(shù)設(shè)定參考趙謀明等[5]的方法。測定條件：測試前探頭行進(jìn)速度和測試中探頭行進(jìn)速度均為1 mm/s，探頭回程速度為5 mm/s，測定距離為30 mm，觸發(fā)力為Auto-5 g，數(shù)據(jù)獲取率為200 pps，每個樣品至少平行測定3次，取平均值作為樣品的硬度值。

1.2.4 黏度測定

將冷藏后的稀奶油取出后，使用黏度儀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12 r/min。

1.2.5 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3個指標(biāo)進(jìn)行評分，具體的評分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 質(zhì)量等級評分標(biāo)準(zhǔn)

1.2.6 成品指標(biāo)的測定

感官指標(biāo)：取適量試樣置于50 mL燒杯中，在自然光下觀察色澤和組織狀態(tài)。聞其氣味，用溫開水漱口，品嘗滋味。

理化指標(biāo)：脂肪含量，GB 5009.6—2016；酸度，GB 5009.239—2016；蛋白質(zhì)含量，GB 5009.5—2016。

微生物指標(biāo)：菌落總數(shù)，GB 4789.2—2016；大腸菌群，GB 4789.3—2016平板計數(shù)法；金黃色葡萄球菌，GB 4789.10—2016平板計數(shù)法；沙門氏菌，GB 4789.4—2016；霉菌，GB 4789.15—2016。

2 結(jié)果與分析

2.1 正交試驗

2.1.1 正交試驗設(shè)計及結(jié)果

1998年，地處松嫩平原的巨浪牧場連降暴雨，本已四處漏風(fēng)的泥草房再也經(jīng)不起暴風(fēng)雨的洗禮，一整面墻突然倒塌。無奈之下，全家只好緊急疏散，被牧場安置到場部西側(cè)一個叫“西牛舍”的地方。

在前期試驗的基礎(chǔ)上，以打發(fā)率、硬度、黏度得分及總分為指標(biāo)，以均質(zhì)溫度、均質(zhì)壓力、殺菌溫度和殺菌時間為考察因素，通過四因素三水平正交試驗考察各因素對稀奶油攪打特性的影響，確定稀奶油的最佳加工工藝條件。正交試驗因素水平見表2，正交試驗設(shè)計及結(jié)果見表3。

表2 正交試驗因素水平

表3 正交試驗設(shè)計及結(jié)果

2.1.2 影響因素分析

2.1.2.1 均質(zhì)溫度的影響

稀奶油加工過程中必須進(jìn)行均質(zhì)處理，因為均質(zhì)使料液微細(xì)化，脂肪球粒徑變小，可有效防止脂肪上浮，增強(qiáng)稀奶油的穩(wěn)定性，同時提高產(chǎn)品的攪打特性，從而使泡沫的成型性、保型性滿足打發(fā)需要[6]。由表3可以看出，當(dāng)均質(zhì)溫度為45℃時，稀奶油的打發(fā)率和黏度均偏低，說明稀奶油中的穩(wěn)定劑沒有達(dá)到預(yù)期的均質(zhì)溫度，對產(chǎn)品的打發(fā)率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，且隨著均質(zhì)溫度升高，產(chǎn)品硬度降低。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。

2.1.2.2 均質(zhì)壓力的影響

由表3可以看出，隨著均質(zhì)壓力的升高，黏度增大。而過高的均質(zhì)壓力，會使脂肪球液滴相互接近，結(jié)晶脂肪很容易刺破較脆弱的脂肪球液滴之間的界面膜，脂肪球液滴之間很容易形成橋聯(lián)，發(fā)生部分聚結(jié)[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，料液過于穩(wěn)定以至于攪打過程中不容易失去穩(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。

2.1.2.3 殺菌溫度的影響

由表3可以看出，殺菌溫度對稀奶油的各項指標(biāo)影響顯著，說明隨著殺菌溫度的降低，對脂肪結(jié)構(gòu)的破壞也越小，而打發(fā)率、硬度和黏度總體呈現(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(jié)構(gòu)體系影響最小。但如果考慮稀奶油產(chǎn)品滅菌的徹底性，較高的殺菌溫度也是有必要的，但會導(dǎo)致稀奶油出現(xiàn)強(qiáng)烈的氧化味或蒸煮味。所以，對于加工稀奶油產(chǎn)品，在保證原料稀奶油品質(zhì)較好的前提下，建議殺菌溫度為120℃。

2.1.2.4 殺菌時間的影響

由表3可以看出，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)了先上升后下降的趨勢，分析可能是由于過度殺菌蛋白質(zhì)變性，從而導(dǎo)致脂肪球膜序列結(jié)構(gòu)發(fā)生斷裂，且在試驗過程中，還發(fā)現(xiàn)殺菌時間達(dá)到30 s后，殺菌機(jī)溫差出現(xiàn)了持續(xù)升高問題，說明管路有明顯的結(jié)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出現(xiàn)析水或者沉淀的質(zhì)量問題。綜合此次試驗結(jié)果，在保證殺菌效率的前提下，殺菌時間越短越好。

通過以上影響因素的分析，隨著殺菌溫度的降低，稀奶油的打發(fā)率、硬度和黏度指標(biāo)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；隨著殺菌時間的延長，各項指標(biāo)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(jī)出現(xiàn)了不同程度的管路結(jié)垢現(xiàn)象，建議生產(chǎn)稀奶油產(chǎn)品的殺菌時間不超過4 s；均質(zhì)溫度和均質(zhì)壓力的參數(shù)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)溫度和均質(zhì)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]。

2.1.3 最佳工藝條件的確定

由表3可以看出，各因素對稀奶油攪打特性(總分)影響的大小順序依次是C>D>A>B，即殺菌溫度>殺菌時間>均質(zhì)溫度>均質(zhì)壓力。加工稀奶油產(chǎn)品最佳因素水平組合為A2B2C3D1，即：均質(zhì)溫度55℃，均質(zhì)壓力8 MPa，殺菌溫度120℃，殺菌時間4 s。在最佳工藝條件下，產(chǎn)品的打發(fā)率、硬度、黏度分別為119%、306 g、419 mPa·s，總分為89分。

2.2 成品的感官指標(biāo)、理化指標(biāo)和微生物指標(biāo)(見表4)

由表4可知，成品的感官、理化和微生物檢測結(jié)果均符合GB 19646—2010要求。

表4 成品的感官指標(biāo)、理化指標(biāo)和微生物指標(biāo)

3 結(jié) 論

通過采用L9(34)正交試驗的方法，通過對稀奶油攪打特性指標(biāo)的對比分析，確定最佳的稀奶油加工工藝條件為：均質(zhì)溫度55℃，均質(zhì)壓力8 MPa，殺菌溫度120℃，殺菌時間4 s。在最佳工藝條件下，產(chǎn)品的打發(fā)率、硬度、黏度分別為119%、306 g、419 mPa·s，最終產(chǎn)品呈現(xiàn)均勻乳白色，無異味，無上浮和沉淀的稀奶油。