復(fù)配蛋白質(zhì)添加量對黃油基攪打稀奶油穩(wěn)定性及攪打性能的影響

袁佩佩，王文瓊，周吉陽，于倩，李健駒，顧瑞霞

(江蘇省乳品生物技術(shù)與安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(揚(yáng)州大學(xué))，江蘇 揚(yáng)州，225127)

攪打稀奶油是一種脂肪含量為30%～40%，在攪打過程中會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槌錃馀菽Y(jié)構(gòu)的水包油型乳狀液[1]。攪打稀奶油乳濁液與普通的乳濁液不同點(diǎn)在于：在靜止的狀態(tài)下可以保持相對穩(wěn)定，但在攪打時(shí)容易去穩(wěn)定，形成一個(gè)由蛋白質(zhì)和脂肪球部分聚結(jié)網(wǎng)絡(luò)共同穩(wěn)定乳濁液和氣泡的結(jié)構(gòu)[2]。蛋白質(zhì)是組成攪打稀奶油的重要成分，其親水親油基團(tuán)可以穩(wěn)定稀奶油氣-液-油界面，起到穩(wěn)定泡沫或乳濁液的作用，嚴(yán)重影響攪打稀奶油的特性。研究表明蛋白質(zhì)與磷脂是組成脂肪球膜的主要成分，可以使脂肪球穩(wěn)定地存在于乳中，可以減少脂肪聚合、絮凝等不良現(xiàn)象出現(xiàn)[3]。研究發(fā)現(xiàn)不同種類的乳蛋白的比例也會(huì)對攪打稀奶油的品質(zhì)產(chǎn)生影響。單一添加一種蛋白質(zhì)的效果并不理想，且酪蛋白和乳清蛋白的比例為2∶1時(shí)效果最佳[4]，蛋白質(zhì)的增加會(huì)相應(yīng)地增加攪打時(shí)間[5]，稀奶油乳狀液的黏度和攪打后稀奶油的穩(wěn)定性也有所改善。

鮮牛奶作為原料生產(chǎn)攪打稀奶油產(chǎn)品時(shí)，產(chǎn)品的品質(zhì)易受影響，且產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化難度較大，成本較高。黃油在冷藏條件下保質(zhì)期更長，適合遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，脂肪含量較高，綜合各種因素[6]，使得以黃油作為攪打稀奶油奶油基質(zhì)成為研發(fā)的熱點(diǎn)。本文以無鹽黃油和離心乳脂肪為原料生產(chǎn)攪打稀奶油，選擇酪蛋白和乳清蛋白復(fù)配，探究復(fù)合蛋白質(zhì)添加量對攪打稀奶油乳液穩(wěn)定性及攪打性能的影響，為以黃油為原料生產(chǎn)高品質(zhì)攪打稀奶油奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

安佳黃油，恒天然商貿(mào)有限公司；食品級蔗糖酯SE1670，日本株式會(huì)社；食品級單雙混合脂肪酸甘油酯，上海欣融有限公司；食品級大豆卵磷脂，安慶市中創(chuàng)技術(shù)有限責(zé)任公司；食品級微晶纖維素，曲阜市天利藥用輔料有限公司；食品級羧甲基纖維素鈉,上海長光企業(yè)發(fā)展有限公司；食品級酪蛋白，河南萬邦實(shí)業(yè)有限公司；食品級乳清蛋白粉，上海昊岳食品科技有限公司；食品級磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉，山東齊魯生物科技樣品店；金龍魚玉米胚芽油，益海嘉里食品營銷有限公司；油紅O(分析純)，生工生物工程股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Mastersizer 3000馬爾文激光粒度分析儀、Malvern Kinexus Pro旋轉(zhuǎn)流變儀，英國馬爾文儀器有限公司；H2500R-2高速冷凍離心機(jī)，長沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司；JHG系列實(shí)驗(yàn)用高壓均質(zhì)機(jī)，上海融合機(jī)械設(shè)備有限公司；SW22恒溫水浴鍋，北京優(yōu)萊博技術(shù)有限公司；ELX800酶標(biāo)儀，美國寶特公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 攪打稀奶油制備條件

在60 ℃條件下，將復(fù)配蛋白質(zhì)添加到水相中充分?jǐn)嚢?，將?fù)合添加劑添加到水相中，將水相進(jìn)行完全溶解。將黃油融化后得油相，將油相進(jìn)行充分分散，將水相與油相充分混合，高速持續(xù)剪切5 min，然后攪拌乳化30 min，將乳化好的乳濁液在10 MPa的壓力下進(jìn)行均質(zhì)，產(chǎn)品經(jīng)過滅菌后放入4 ℃條件下老化即得黃油基攪打稀奶油產(chǎn)品。

1.3.2 攪打時(shí)間的測定

將呈液態(tài)的稀奶油在4 ℃條件下預(yù)冷，將200 g攪打稀奶油加入攪打缸中進(jìn)行攪打，記錄從攪打開始到可以形成堅(jiān)挺的錐形狀態(tài)所需的時(shí)間。

1.3.3 攪打起泡率的測定

將200 g呈液態(tài)的攪打奶油在4 ℃條件下預(yù)冷過后加入冷卻過的玻璃缸中，使用打蛋器在150 r/min條件下進(jìn)行攪打，將攪打奶油填充到25 mL鋁盤中，直到容器完全被樣品攤鋪，避免氣泡，表面用刮刀修整光滑。攪打起泡率按照公式(1)計(jì)算[7]：

(1)

式中：m1，同體積黃油基攪打稀奶油乳濁液的質(zhì)量，g；m2，同體積黃油基攪打稀奶油泡沫的質(zhì)量，g。

1.3.4 脂肪部分聚結(jié)率的測定

將0.005 g油紅O色素加入500 g玉米油中，在室溫下緩慢攪拌13 h使其充分溶解。稱取攪打稀奶油(未攪打或攪打)樣品15 g，油紅O色素溶液5 g，混合均勻，在10 000 r/min的條件下離心30 min，取上層紅色油液加入酶標(biāo)板，在520 nm條件下測定吸光度值。聚結(jié)率按照公式(2)計(jì)算[8]：

(2)

式中：Φd，脂肪部分聚結(jié)率,%；Φ，乳濁液中脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)；m0，油紅O色素溶液的質(zhì)量，g；me，乳濁液質(zhì)量，g；A1，油紅O色素溶液離心前的吸光值；A2，油紅O色素溶液離心后的吸光值；a為A1與A2的比值。

1.3.5 粒徑的測定

使用Mastersizer 3000納米激光粒度儀測定攪打稀奶油的粒徑分布。去離子水作分散相，將稀奶油乳濁液按照1∶1 000的比例稀釋，然后進(jìn)行粒徑分布的測定。其中樣品的折射率和吸收率分別設(shè)為1.462和0.001，連續(xù)相的折射率設(shè)為1.330。每個(gè)樣品進(jìn)行3次測試，以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示[9]。

1.3.6 表觀黏度的測定

采用Kinexus Pro旋轉(zhuǎn)流變儀，選用CP4/40轉(zhuǎn)子測定稀奶油乳濁液的表觀黏度隨剪切速率的變化，測試溫度為4 ℃，每次取樣品2 mL，剪切速率為0.01～100 s-1，剪切速率呈線性遞增[10]。

1.3.7 攪打稀奶油穩(wěn)定性的測定

稱取30 g攪打好的奶油泡沫置于銅絲網(wǎng)格上，然后將其置于25 ℃的培養(yǎng)箱中2 h。泡沫穩(wěn)定性按照公式(3)計(jì)算[11]：

(3)

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)配蛋白質(zhì)添加量對黃油基攪打稀奶油攪打時(shí)間的影響

單一添加一種蛋白質(zhì)的效果并不理想，且酪蛋白與乳清蛋白的質(zhì)量比為2∶1時(shí)效果最佳[4]，因此本研究選擇酪蛋白和乳清蛋白復(fù)配，酪蛋白和乳清蛋白質(zhì)量比為2∶1。設(shè)置復(fù)配蛋白質(zhì)的添加量為0%、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%、1.8%、2.1%(均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，后同)。

攪打時(shí)間是評價(jià)攪打稀奶油攪打性能的有效指標(biāo)[12]，復(fù)配蛋白質(zhì)添加量對稀奶油的攪打性能的影響如圖1所示。隨著復(fù)配蛋白質(zhì)添加量的增加，攪打時(shí)間呈先縮短后延長趨勢。復(fù)配蛋白質(zhì)用量在0%～0.9%時(shí)，隨著復(fù)配蛋白質(zhì)添加量的增加，攪打時(shí)間由314 s逐漸縮短至277 s，當(dāng)復(fù)配蛋白質(zhì)的添加量為0.9%時(shí)，攪打時(shí)間最短為277 s。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)攪打時(shí)間的長短和界面脂肪部分聚結(jié)速率有關(guān)[13]。隨著復(fù)配蛋白質(zhì)添加量的增加，攪打稀奶油乳濁液的脂肪部分聚結(jié)率逐漸增大，故攪打時(shí)間不斷縮短。當(dāng)復(fù)配蛋白質(zhì)添加量為0.9%時(shí)，稀奶油乳濁液粒徑較小，脂肪球數(shù)量增多，脂肪球更容易刺破界面膜導(dǎo)致脂肪球之間聚結(jié)，縮短攪打時(shí)間。當(dāng)復(fù)配蛋白質(zhì)的含量繼續(xù)增加時(shí)攪打時(shí)間開始延長，這主要是由于蛋白質(zhì)含量的增加增大了體系的黏度，導(dǎo)致氣泡難以進(jìn)入稀奶油體系，以至于奶油難以包裹住氣泡，導(dǎo)致攪打時(shí)間的延長[14]。

圖1 蛋白質(zhì)添加量對攪打稀奶油乳液攪打時(shí)間的影響Fig.1 Effect of protein concentration on whipping time of the butter based whipping cream emulsion 注：小寫字母不同表示樣品的攪打時(shí)間差異顯著(P<0.05)

2.2 復(fù)配蛋白質(zhì)添加量對黃油基攪打稀奶油攪打起泡率的影響

攪打起泡率是評價(jià)乳液包裹氣泡能力的有效手段。復(fù)配蛋白質(zhì)添加量對稀奶油的攪打起泡率的影響如圖2所示。當(dāng)復(fù)配蛋白質(zhì)用量為0.3%時(shí)，攪打起泡率最大，達(dá)到235.25%，這是由于當(dāng)復(fù)配蛋白質(zhì)用量為0.3%時(shí)乳液的表觀黏度較小，氣泡更容易進(jìn)入攪打稀奶油體系，且此時(shí)脂肪部分聚結(jié)率較大，故攪打起泡率較高。當(dāng)復(fù)配蛋白質(zhì)添加量為0.6%～1.2%時(shí)，攪打起泡率隨復(fù)配蛋白質(zhì)添加量的增加而由194%增加至203%。當(dāng)復(fù)配蛋白質(zhì)用量為0.6%～1.2%，攪打稀奶油粒徑不斷減小，脂肪球數(shù)量增多，脂肪球之間更容易發(fā)生聚結(jié)，故攪打起泡率不斷增加。

圖2 蛋白質(zhì)添加量對攪打稀奶油乳液攪打起泡率的影響Fig.2 Effect of protein concentration on overrun of the butter based whipping cream emulsion

當(dāng)復(fù)配蛋白質(zhì)添加量大于1.2%時(shí)，攪打氣泡率開始降低，主要是由于復(fù)配蛋白添加量的增加導(dǎo)致體系表觀黏度增加，攪打過程中空氣難以快速充入。攪打起泡率還和脂肪部分聚結(jié)率有關(guān)，可以看出當(dāng)復(fù)配蛋白添加量為1.2%～1.5%，脂肪部分聚結(jié)率開始降低。脂肪部分聚結(jié)率的減少，形成的界面膜不足以穩(wěn)定氣泡，故攪打起泡率不斷降低。當(dāng)復(fù)配蛋白質(zhì)的添加量超過1.5%時(shí)，攪打時(shí)間明顯延長，攪打起泡率明顯降低，且表觀黏度太大，以至于影響加工過程。故將復(fù)配蛋白質(zhì)的添加量控制在0.3%～1.5%。

2.3 復(fù)配蛋白質(zhì)添加量對黃油基攪打稀奶油脂肪部分聚結(jié)率的影響

脂肪的部分聚結(jié)在攪打稀奶油的穩(wěn)定性和所需要的性質(zhì)方面起到了重要的作用，復(fù)配蛋白質(zhì)添加量對攪打過程脂肪部分聚結(jié)率的影響如圖3所示。攪打稀奶油乳液未攪打時(shí)，復(fù)配蛋白質(zhì)添加量在0%～1.5%時(shí)，隨著復(fù)配蛋白質(zhì)添加量的增加，攪打稀奶油乳液的脂肪部分聚結(jié)率呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢。

圖3 蛋白質(zhì)添加量對攪打稀奶油乳液脂肪聚結(jié)率的影響Fig.3 Effect of protein concentration on partial coaescence rate of the butter based whipped cream emulsion

當(dāng)復(fù)配蛋白質(zhì)的添加量由0%增加到1.2%時(shí)，脂肪部分聚結(jié)率由16.71%逐漸減小至5.46%，在乳液均質(zhì)的過程中，蛋白質(zhì)迅速地從連續(xù)相吸附到新形成的小油滴表面上[15]，脂肪球界面的蛋白質(zhì)經(jīng)過吸附不斷增加。界面蛋白通過空間位阻和靜電排斥作用來穩(wěn)定和分散脂肪球，從而阻止液滴間的重新聚結(jié)，導(dǎo)致脂肪部分聚結(jié)率不斷降低[16]。當(dāng)復(fù)配蛋白質(zhì)添加量由1.2%增加到1.5%時(shí)，脂肪部分聚結(jié)率由5.46%增加至8.26%，脂肪球膜上吸附的界面蛋白趨于飽和，繼續(xù)增加蛋白含量，更多的蛋白質(zhì)發(fā)生競爭吸附逐漸解吸到液相中，從而增大了界面的不穩(wěn)定性，致使脂肪球發(fā)生排斥絮凝，而導(dǎo)致部分聚結(jié)率增加。

攪打稀奶油中的脂肪部分聚結(jié)率越高，奶油的泡沫穩(wěn)定性就越好，而過快的增加聚結(jié)率也許會(huì)導(dǎo)致奶油泡沫穩(wěn)定性變差。因此，較高品質(zhì)的攪打稀奶油需要適度的脂肪聚結(jié)。在攪打過程中，脂肪部分聚結(jié)率隨著攪打時(shí)間的延長而增加，這可能是因?yàn)樵跀嚧驎r(shí)，隨著攪打時(shí)間的延長脂肪球之間的界面膜被脂肪結(jié)晶刺破，引起脂肪球的部分聚結(jié)，增大脂肪聚結(jié)率。隨著攪打的進(jìn)行，更多的界面蛋白與乳化劑展開競爭吸附，界面穩(wěn)定性下降，致使脂肪聚結(jié)速率加快。

2.4 復(fù)配蛋白質(zhì)添加量對黃油基攪打稀奶油粒徑的影響

粒徑是評價(jià)乳狀液性能的重要指標(biāo)，粒徑大小和粒徑分布可以直接影響乳狀液的穩(wěn)定性，在不考慮其他評價(jià)指標(biāo)的情況下，產(chǎn)品的粒徑越小，其穩(wěn)定性越好。

復(fù)配蛋白質(zhì)的添加量對黃油基攪打稀奶油粒徑的影響如圖4所示。由圖4可知，當(dāng)復(fù)配蛋白質(zhì)的添加量在0%～0.6%時(shí)，黃油基攪打稀奶油乳濁液的粒徑隨著復(fù)配蛋白質(zhì)添加量的增大而增加，這可能是因?yàn)楫?dāng)復(fù)配蛋白質(zhì)添加量在0%～0.6%時(shí)，復(fù)配蛋白質(zhì)和乳化劑在攪打稀奶油油水界面產(chǎn)生競爭吸附，使得脂肪球界面穩(wěn)定性下降，脂肪球容易重新聚合，使粒徑增大。當(dāng)復(fù)配蛋白質(zhì)的添加量>0.9%時(shí)，淡奶油粒徑變小，這可能是由于隨著蛋白質(zhì)的加入，界面蛋白濃度增加，界面更穩(wěn)定，阻止了脂肪球的部分聚結(jié)，脂肪部分聚結(jié)率降低，乳液脂肪球粒徑不斷變小。

圖4 蛋白質(zhì)添加量對稀奶油乳液粒徑的影響Fig.4 Effect of protein concentration on particle size distribution of the butter based whipping cream emulsion

2.5 復(fù)配蛋白質(zhì)添加量對黃油基攪打稀奶油表觀黏度的影響

乳液的流動(dòng)特性對其物理穩(wěn)定性至關(guān)重要，剪切速率的變化而引起的黏度變化揭示了攪打充氣過程中脂肪球的聚集以及在某些剪切條件下的易脆性[17],為了更好地表征乳液的物理狀態(tài)，用旋轉(zhuǎn)流變儀檢測乳液在不同剪切速率下的黏度。

蛋白質(zhì)用量對乳液表觀黏度的影響如圖5所示。由圖5可知在4 ℃時(shí)，所有樣品的表觀黏度隨著剪切速率的增加而降低，表現(xiàn)為剪切稀化。所有樣品都顯示出一種假塑性流動(dòng)模式，即非線性變化的剪切[14]。當(dāng)剪切速率由0.01 s-1增加到100 s-1時(shí)，黃油基攪打稀奶油乳濁液的黏度隨復(fù)配蛋白質(zhì)添加量的增加而增大。乳濁液的表觀黏度和脂肪球的粒徑有關(guān)系，當(dāng)脂肪球粒徑小時(shí)，液滴間的流動(dòng)阻力增大，表觀黏度會(huì)不斷增大[18]。乳濁液的黏度越高，阻力越大，脂肪球的遷移率就會(huì)下降，從而減少脂肪球相互碰撞的幾率，即可以減少由于脂肪球聚集而產(chǎn)生的分層失穩(wěn)現(xiàn)象[19]。

圖5 蛋白質(zhì)添加量對黃油基攪打稀奶油乳液表觀黏度 的影響Fig.5 Effect of protein concentration on apparent viscosity of the butter based emulsion emulsion

2.6 復(fù)配蛋白質(zhì)添加量對黃油基攪打稀奶油泡沫穩(wěn)定性的影響

蛋白質(zhì)添加量對泡沫穩(wěn)定性的影響很大，由圖6可以看出，隨著復(fù)配蛋白添加量的增加，泡沫穩(wěn)定性呈現(xiàn)逐漸升高并趨于穩(wěn)定的趨勢。但在復(fù)配蛋白量為0.3%時(shí)，泡沫穩(wěn)定性達(dá)到最低值，僅為80.31%，這是由于攪打起泡率達(dá)到最大限度，氣泡容易破裂，乳液析出率最大，泡沫穩(wěn)定性略有降低。復(fù)配蛋白質(zhì)添加量為0.3%～0.9%時(shí)，泡沫穩(wěn)定性隨著復(fù)配蛋白質(zhì)添加量的增加由80.31%增加到95.86%，呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。當(dāng)復(fù)配蛋白質(zhì)添加量為0.9%～1.2%時(shí)，泡沫穩(wěn)定性在95.86%～97.03%，較穩(wěn)定。

圖6 蛋白質(zhì)添加量對黃油基攪打稀奶油泡沫穩(wěn)定性的影響Fig.6 Effect of protein concentration on foam stability of the butter based whipped cream

泡沫不穩(wěn)定的原因主要是氣泡的聚合、泡沫結(jié)構(gòu)的水析及氣體的擴(kuò)散[20]。泡沫穩(wěn)定性一方面與液相的流變性質(zhì)和界面膜黏彈性有關(guān)，另一方面受脂肪部分聚結(jié)程度的影響。隨復(fù)配蛋白質(zhì)添加量的增加，黃油基攪打稀奶油液相中的固形物增多，表觀黏度增大，抗水析的能力提高[21]。攪打稀奶油中的氣泡主要由脂肪部分聚結(jié)形成的脂肪球膜穩(wěn)定，在室溫放置時(shí)，復(fù)配蛋白質(zhì)添加量低，脂肪部分聚結(jié)率較高，更容易刺破氣泡間的界面膜，故泡沫穩(wěn)定性較差。當(dāng)復(fù)配蛋白質(zhì)添加量為0.9%～1.2%時(shí)，泡沫穩(wěn)定性達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

3 結(jié)論

本文通過研究復(fù)配蛋白質(zhì)添加量對以黃油為基質(zhì)的攪打稀奶油的乳液穩(wěn)定性質(zhì)和攪打性能的影響，發(fā)現(xiàn)復(fù)配蛋白質(zhì)添加量為0.9%～1.2%時(shí)，乳液的穩(wěn)定性較高，主要表現(xiàn)為脂肪部分聚結(jié)率較低，脂肪球粒徑較小。在此范圍內(nèi)，乳液的攪打時(shí)間較短，攪打起泡率和泡沫穩(wěn)定性較好；當(dāng)復(fù)配蛋白質(zhì)添加量在1.2%～1.5%時(shí)，乳液穩(wěn)定性提高，黃油基攪打稀奶油的脂肪部分聚結(jié)率較低，但表觀黏度較大，攪打起泡率降低，攪打性能變差。復(fù)配蛋白質(zhì)添加量為0.3%～0.6%時(shí)，乳液的粒徑較大，乳液穩(wěn)定性較差，攪打起泡后泡沫的穩(wěn)定性也較差。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中既要滿足攪打性能好，又要保證泡沫穩(wěn)定性高，故復(fù)配蛋白質(zhì)添加量控制在0.9%～1.2%較適宜。研究結(jié)果為生產(chǎn)品質(zhì)較好、成本較低的黃油基攪打稀奶油提供了理論指導(dǎo)。