香蕉乳飲料穩(wěn)定性研究及工藝條件優(yōu)化

郭慧青

摘 要：本文以快速穩(wěn)定性分析儀Turbiscan Tower得到的穩(wěn)定性動力學(xué)指數(shù)系數(shù)TSI為評價指標，通過單因素及正交試驗設(shè)計研究了穩(wěn)定劑添加量、均質(zhì)壓力、均質(zhì)溫度對香蕉乳飲料穩(wěn)定性的影響，得到穩(wěn)定性較優(yōu)的工藝參數(shù)。結(jié)果表明，穩(wěn)定劑添加量和均質(zhì)壓力對香蕉乳飲料穩(wěn)定性的影響較顯著，均質(zhì)溫度影響相對較小;產(chǎn)品在穩(wěn)定劑添加量為3.5 g/L、均質(zhì)壓力26 MPa、均質(zhì)溫度為65 ℃時，穩(wěn)定性最好，TSI值為0.22。

關(guān)鍵詞：背散射光;透射光;穩(wěn)定性;乳飲料;均質(zhì)

Study on Stability and Process Optimization of Banana Milk Beverage

GUO Huiqing

（Beijing Sanyuan Food Co.， Ltd.， Beijing 100076， China）

Abstract： In this paper， the effects of the amount of stabilizer， homogenizing pressure and homogenizing temperature on the stability of banana milk beverage were studied by single factor and orthogonal experimental design using TSI， which was obtained by Turbiscan Tower， a rapid stability analyzer. The results showed that the amount of stabilizer and homogenizing pressure had a significant effect on the stability of banana milk beverage， while homogenizing temperature had a relatively small effect. The product has the best stability and TSI value is 0.22 when the amount of stabilizer is 3.5 g/L， the homogenizing pressure is 26 MPa and the homogenizing temperature is 65 ℃.

Keywords： backscattered light; transmitted light; stability; milk beverage; homogeneous

香蕉乳飲料是指以新鮮牛乳為原料，加入水、白砂糖、甜煉乳、穩(wěn)定劑及香蕉漿等輔料，經(jīng)配料、均質(zhì)、殺菌和灌裝等工藝制成的配制型中性含乳飲料[1]。香蕉乳飲料融合牛奶與香蕉的雙重營養(yǎng)，風(fēng)味突出、奶香濃郁，深受消費者喜愛，市場前景廣闊。但由于牛奶本身及所添加香蕉漿的性質(zhì)，產(chǎn)品在保存過程中容易發(fā)生變化，較易產(chǎn)生穩(wěn)定性方面的問題，而此類產(chǎn)品大部分又有較長的保質(zhì)期要求。因此，如何保持產(chǎn)品在貨架期中的穩(wěn)定性成了產(chǎn)品研發(fā)部門和生產(chǎn)部門必須解決的問題。

香蕉乳飲料是由生牛乳、香蕉漿、水、白砂糖、甜煉乳及穩(wěn)定劑等組成的一種宏觀不穩(wěn)定分散體系，其中既有乳蛋白膠體及香蕉漿粗纖維形成的懸浮液，又有糖、鹽等形成的真溶液[2]。復(fù)雜的組成成分使其較易在產(chǎn)品保存期內(nèi)出現(xiàn)沉淀、絮凝及脂肪上浮等不穩(wěn)定現(xiàn)象。本試驗采用的穩(wěn)定性分析是基于多重光散射原理，以近紅外發(fā)射光譜的透射光和背散射光隨時間的變化率，得到的穩(wěn)定性動力學(xué)指數(shù)系數(shù)TSI為評價指標，研究了穩(wěn)定劑添加量、均質(zhì)壓力、均質(zhì)溫度對香蕉乳飲料穩(wěn)定性的影響，優(yōu)化得到穩(wěn)定性較優(yōu)的工藝參數(shù)，為該類型產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)與研究提供了理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

生鮮牛乳，北京三元食品股份有限公司;香蕉漿，自制;復(fù)合穩(wěn)定劑，北京三元食品股份有限公司;白砂糖，廣西鳳糖生化股份有限公司;甜煉乳，青島雀巢有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

RW20DZM高速攪拌機，德國IKA公司;APV-2000高壓均質(zhì)機，德國APV公司;立式壓力蒸汽滅菌鍋，上海三申醫(yī)療器械有限公司;Turbiscan Tower穩(wěn)定性分析儀，F(xiàn)ormulation公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

白砂糖、復(fù)配穩(wěn)定劑、水（70～80 ℃）→高速攪拌（15～20 min）→加入香蕉漿→高速攪拌（≥10 min）→生牛乳、甜煉乳→高速攪拌（≥10 min）→均質(zhì)→UHT滅菌（137 ℃∕4 s）→冷卻→無菌灌裝→成品。

1.3.2 穩(wěn)定性分析

Turbiscan Tower穩(wěn)定性分析儀是由1個脈沖式的近紅外光源（波長880 nm）和2個同步的檢測器組成，透射光檢測器是用于研究透明清澈的產(chǎn)品，以透過率（T，%）為指標，背散射光檢測器是用于研究高濃度的產(chǎn)品，以背散射光的反射率（BS，%）為指標。測量探頭收集透射光和背散射光數(shù)據(jù)，在55 mm長度上每40 μm掃描一次，得到的圖形在濃度上和粒子直徑上表征了樣品的均勻性，編輯其測量次數(shù)，然后沿著樣品不斷重復(fù)掃描，從而得到一張表征樣品穩(wěn)定性或不穩(wěn)定性的指紋圖譜。分析儀能得到背散射光通量BS和透射光通量T相對時間的變化曲線、分層厚度隨時間的變化曲線、粒子遷移速度相對時間的曲線、顆粒平均遷移速度、顆粒平均粒徑對時間變化關(guān)系曲線或顆粒濃度對時間的變化關(guān)系曲線。綜合以上功能Turbiscan軟件能得到樣品的穩(wěn)定性動力學(xué)指數(shù)系數(shù)TSI，TSI與體系穩(wěn)定性呈負關(guān)系，TSI值越大，體系越不穩(wěn)定。

1.3.3 操作要點

（1）穩(wěn)定劑添加量的確定。試驗復(fù)配穩(wěn)定劑在2.0～4.0 g/L添加量下產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

（2）均質(zhì)壓力的確定。不同的均質(zhì)壓力對產(chǎn)品的穩(wěn)定性有著不同的影響，在10～30 MPa范圍內(nèi)進行均質(zhì)，觀察產(chǎn)品穩(wěn)定性。

（3）均質(zhì)溫度的確定。產(chǎn)品的穩(wěn)定性不僅與均質(zhì)壓力有關(guān)，與均質(zhì)溫度也有關(guān)，在50～70 ℃進行均質(zhì)，檢測其對產(chǎn)品的穩(wěn)定性的影響。

（4）參數(shù)設(shè)置。待測樣品放置于一個圓柱形的玻璃測試室中，樣品的添加量20 mL。采用多次掃描模式進行測量，樣品的掃描時間24 h，掃描間隔30 min，樣品室的溫度為10 ℃。

1.3.4 數(shù)據(jù)分析與處理

通過正交試驗設(shè)計，利用Turbiscan Tower穩(wěn)定性分析儀檢測產(chǎn)品穩(wěn)定性并采集穩(wěn)定性數(shù)據(jù)，進行極差和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果與分析

2.1.1 穩(wěn)定劑添加量對產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響

香蕉乳飲料的乳固形物含量較低（蛋白質(zhì)含量≥1.4%），乳脂肪積聚上浮、乳蛋白或香蕉漿粗纖維下沉是需要解決的主要問題。穩(wěn)定劑加入后，經(jīng)高剪切力（高速攪拌或過均質(zhì)機）作用分散，可與水以氫鍵形成有效的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，防止不溶顆粒的沉降和脂肪顆粒重聚而達到穩(wěn)定的效果。此款穩(wěn)定劑存在時形成的連續(xù)相具有剪切稀變的特點，在起到良好穩(wěn)定作用的同時避免了黏度增加對口感造成的影響[3]。

本試驗使用穩(wěn)定性分析儀測定產(chǎn)品在均質(zhì)壓力為20 MP，均質(zhì)溫度為60 ℃時穩(wěn)定劑添加量分別為2.0 g/L、2.5 g/L、3.0 g/L、3.5 g/L及4.0 g/L時的TSI值，結(jié)果見圖1。

由圖1可知，穩(wěn)定劑添加量在2.0～3.5 g/L時，隨著穩(wěn)定劑添加量的增加，穩(wěn)定性系數(shù)越來越小，即穩(wěn)定性越來越好，但穩(wěn)定劑添加量從3.5 g/L增加到4.0 g/L時，穩(wěn)定性系數(shù)不降反增，過量的穩(wěn)定劑分子間相互作用，形成弱凝膠，使產(chǎn)品出現(xiàn)析水，反而影響穩(wěn)定性。綜合生產(chǎn)成本考慮，穩(wěn)定劑可選擇3.0～4.0 g/L。

2.1.2 均質(zhì)壓力對產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響

根據(jù)斯托克斯定律（Stockes Law），沉降速度與顆粒直徑的平方成正比，粒子直徑愈大，沉降越快，反之越慢[4]。均質(zhì)可以有效減小產(chǎn)品的平均粒徑分布，顯著提高產(chǎn)品穩(wěn)定性。本試驗在穩(wěn)定劑添加量3.0 g/L，均質(zhì)溫度60 ℃時，測定均質(zhì)壓力為10 MPa、14 MPa、18 MPa、22 MPa、26 MPa和30 MPa時的TSI值，結(jié)果見圖2。

由圖2可知，均質(zhì)壓力在10～22 MPa時，隨著均質(zhì)壓力的增加，TSI值逐漸減小;均質(zhì)壓力在22～26 MPa時，TSI的變化不明顯;均質(zhì)壓力在26 MPa增加到30 MPa過程中，隨著均值壓力的增加，TSI值呈上升趨勢，這主要是因為均質(zhì)壓力較低時，料液粒子過大，容易沉降影響穩(wěn)定性;均質(zhì)壓力過高，料液粒子過小，其吸附作用增強而凝聚，亦會降低穩(wěn)定性。為了得到較小的TSI值保持產(chǎn)品良好的穩(wěn)定性，結(jié)合實際生產(chǎn)的難易程度，產(chǎn)品的均質(zhì)壓力可選擇18～26 MPa。

2.1.3 均質(zhì)溫度對產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響

均質(zhì)效果不僅與均質(zhì)壓力有關(guān)，與均質(zhì)溫度也有關(guān)，過高溫度下均質(zhì)，可能引起蛋白質(zhì)變性，過低溫度下均質(zhì)乳化劑、穩(wěn)定劑溶解不充分，乳化能力下降亦會影響產(chǎn)品穩(wěn)定性。乳制品加工的均質(zhì)溫度一般在60～65 ℃，低于55 ℃或溫度過高都會影響均質(zhì)效果[5]。本試驗在穩(wěn)定劑添加量3.0 g/L，均質(zhì)壓力為20 MPa時，測定均質(zhì)溫度50 ℃、55 ℃、60 ℃、65 ℃和70 ℃時的TSI值，結(jié)果見圖3。

由圖3可知，在50～65 ℃時，隨均質(zhì)溫度的增加，TSI值逐漸減小;在50～60 ℃時，TSI減小趨勢明顯;均質(zhì)溫度在60～65 ℃時，TSI變化并不明顯，均質(zhì)溫度在65～70 ℃時，TSI甚至出現(xiàn)小幅增加。綜合可知，香蕉乳飲料合適的均質(zhì)溫度在60～70 ℃。

2.2 正交試驗分析3因素對產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，選取A穩(wěn)定劑添加量、B均值壓力和C均質(zhì)溫度3個因素，在單因素試驗的基礎(chǔ)上采用L9（34）的正交試驗，正交試驗因素水平見表1，試驗結(jié)果見表2。

由表2可知，3種因素對產(chǎn)品穩(wěn)定性影響大小順序為A>B>C，最優(yōu)工藝條件為A2B3C1。由表3可知，穩(wěn)定劑添加量對產(chǎn)品穩(wěn)定性影響差異顯著（P<0.05），均質(zhì)壓力對產(chǎn)品穩(wěn)定性影響差異顯著（P<0.05），均質(zhì)溫度在60～70 ℃時，對產(chǎn)品穩(wěn)定性影響較小?？紤]到適當(dāng)提高均質(zhì)溫度可增強乳化劑的乳化性和提高穩(wěn)定劑的分散性，最終最優(yōu)組合選擇A2B3C2，驗證試驗結(jié)果得到在A2B3C2水平下，其透射光/背散射光參比譜圖及整體動力學(xué)不穩(wěn)定性見圖4、圖5，TSI為0.22。

由Turbiscan多重光散射法測試原理可知，如果顆粒粒徑小于600 nm，背散射光強度隨時間延長逐漸增加;如果顆粒粒徑大于600 nm，背散射光強度隨時間延長逐漸減小，左側(cè)和右側(cè)背散射光強度的變化與顆粒的遷移（沉淀、上浮或澄清）有關(guān)。

由圖4和圖5可知，圖譜的左邊部分代表樣品池的底部，右邊部分代表樣品池的頂部，中間部分代表樣品池的中間。圖譜左邊背散射光光強值在增加，表明底部的濃度在增加，樣品中較重的物質(zhì)在向樣品池的底部移動。即發(fā)生了蛋白質(zhì)等粒子的沉淀;圖譜的右邊，即樣品池的頂部，背散射光光強值也在增加，說明頂部的濃度也在增加，樣品中比較輕的物質(zhì)在向樣品池的頂部移動，即發(fā)生了脂肪的上浮。但底部和頂部的光強值變化的并不大，樣品的沉淀和浮油并不明顯。圖譜的中間部分線條重合性較好，可以判斷樣品未發(fā)生顆粒的團聚和絮凝，樣品穩(wěn)定性較好。經(jīng)驗證試驗，在此條件下，香蕉乳飲料稠度適中，細膩均一，基本無沉淀，僅有少量脂肪上浮，屬正常范圍，穩(wěn)定效果良好，可在保質(zhì)期內(nèi)安全儲存。

3 結(jié)論

通過單因素分析及正交試驗獲知，穩(wěn)定劑添加量和均質(zhì)壓力對香蕉乳飲料穩(wěn)定性的影響較顯著，均質(zhì)溫度影響相對較小。香蕉乳飲料的最佳工藝參數(shù)為穩(wěn)定劑添加量3.5 g/L、均質(zhì)壓力26 MPa、均質(zhì)溫度65 ℃，此時通過穩(wěn)定性分析儀檢測，產(chǎn)品穩(wěn)定性指數(shù)系數(shù)TSI最小，即產(chǎn)品穩(wěn)定性最好。

參考文獻

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