攪打稀奶油制備技術與影響因素研究進展

王筠鈉，李妍2，韓潔，尹未華，周錫龍，陳林天翔，張列兵

（1.中國農業大學食品科學與營養工程學院，北京100083；2.北京工商大學食品學院，北京100037）

攪打稀奶油制備技術與影響因素研究進展

王筠鈉1，李妍2，韓潔1，尹未華1，周錫龍1，陳林天翔1，張列兵1

（1.中國農業大學食品科學與營養工程學院，北京100083；2.北京工商大學食品學院，北京100037）

介紹了攪打稀奶油基本特性及制備工藝，通過分析攪打稀奶油完整體系，著重研究其攪打充氣機理，包括攪打前期穩定乳液狀態、中期快速充氣和后期去穩定三個階段，并探討了脂肪、蛋白質、乳化劑、增稠劑、工藝條件等對其攪打性能和品質產生的影響及作用機理。同時，對稀奶油行業的未來發展趨勢進行展望，隨著人們生活水平日漸提高，對于高端乳制品需求逐年增加，我國稀奶油作為新興乳業，雖起步較晚，但發展迅速，市場潛力巨大，用天然奶油制備性能穩定的攪打稀奶油及其相關理論研究將成為該領域的發展方向。

攪打稀奶油；制備工藝；穩定特性；攪打機理；影響因素

0 引言

隨著中西方交流不斷深入，稀奶油作為現代食品工業的新型乳制品已得到飛速發展，在我國消費量逐年增加。稀奶油是從乳中分離出的脂肪部分，添加或不添加其它原料、食品添加劑和營養強化劑，經加工制成的脂肪質量分數10.0%～80.0%的產品。稀奶油種類繁多，在其基礎上添加適量乳化劑、增稠劑等添加劑，通過機械攪打、膨脹發泡的攪打稀奶油是其主要再加工產品。攪打稀奶油也稱摜奶油，源自美國，含脂率35%～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，還可作為夾心餡料賦予食品濃郁奶香，該產品一經出現便風靡世界。本文通過對攪打稀奶油的制備工藝、攪打機理、影響因素進行歸納總結，欲為同行提供一定參考和理論指導[1-9]。

1 典型攪打稀奶油制備工藝

攪打稀奶油具有良好的攪打起泡特性，主要用于裝裱和夾心，使單一口味的產品變得繽紛多彩。下面以脫脂乳制備稀奶油為例說明制備工藝：

將市售脫脂乳緩慢加入到恒溫磁力攪拌器中，加熱至45℃±5℃，添加膠體和蔗糖，然后繼續升溫至75℃±10℃，攪拌至溶，形成粘稠乳狀液，稱為水相；稱取配方量的無水奶油放入燒杯中，用水浴鍋升溫至80℃左右融化，將稱量好的乳化劑（單甘脂、吐溫等）加到無水油中，并在此溫度下攪拌熔融，形成均勻混合物，稱為油相；將水相在攪拌下緩慢加入到油相，由W/O轉成O/W乳液體系后定容，經巴氏殺菌（70℃±10℃，0.5 h）、均質（1.5/6 MPa，0.5 h）、急冷降溫（10℃±5℃）、老化（6℃±2℃，2 ～12 h），形成均勻穩定黏稠乳狀液，包裝，5℃±3℃低溫貯藏，待用。

打發時，取出冷藏的攪打稀奶油乳狀液，在打發器中進行攪打（120 r/min，5 ～10 min），制成泡沫豐富、挺立的打發奶油，直接用它進行裱花、甜點夾心。

2 攪打稀奶油攪打充氣機理

攪打稀奶油作為一種攪打充氣乳制品，要求攪打前穩定，攪打后去穩定，脂肪球從穩定O/W型乳狀液體系轉變為部分聚結，形成一個由蛋白質穩定的乳狀液和由脂肪球穩定的氣泡共存的泡沫結構，但由于泡沫結構內在的不穩定性，所以氣泡難以長時間保持穩定。因此研究乳狀液由穩定到去穩定機理對提高攪打性能具有重要的現實意義[10-12]。

攪打稀奶油如何由液態的乳狀液攪打成為堅挺的泡沫結構，國內外尚未定論。借鑒國外相轉化理論、Ostwald陳化、漂浮說和氫結合學說，結合本人對攪打過程中稀奶油的起泡率、泡沫硬度和微觀結構變化規律的實踐認識，將攪打充氣過程總結為三個階段。

穩定乳狀液階段（攪打前）：脂肪球經老化后，脂肪形態變為固態脂肪與液態脂肪形成的固-液共存體系，外層為由乳化劑和酪蛋白構成的脂肪球膜吸附層，形成界面膜和電屏障，無水奶油由此形成微液滴而均勻分散于水中，即得穩定O/W型乳狀液[13-14]。

攪打過程分為快速充氣階段和脂肪球聚結階段（攪打中）：攪打稀奶油經適度攪打由O/W型乳狀液形成穩定的W/O泡沫結構，此過程中充入的氣泡對脂肪球部分聚結起重要作用。（1）快速充氣階段：稀奶油在強力剪切作用下，空氣先以大氣泡的形式混入乳狀液，其表面迅速附聚部分脂肪球，隨著攪拌進行，大氣泡逐步破裂成小氣泡，脂肪球隨即堆積而成脂肪球聚結體，且數目不斷增加。（2）脂肪球聚結階段：由于攪打過程中小分子乳化劑快速競爭解吸界面蛋白質，液相中蛋白質含量迅速升高，降低了界面吸附層的靜電作用和空間穩定作用，導致界面穩定性迅速下降，開始了大氣泡破裂成小氣泡，直至氣泡界面被脂肪球及其附聚物緊密包裹。攪打后期，氣泡表面吸附部分脂肪球聚結體，形成緊密排列的穩定泡沫體系，攪打起泡率基本達到峰值。

去穩定階段（攪打后）：繼續攪打，大氣泡破裂加劇，起泡率速降，脂肪球聚集體也突然增多，進而聚并成更大的脂肪聚集顆粒，攪打稀奶油的硬度、稠度、內聚性和黏性提高，但泡沫色澤變暗發黃，體系越發粗糙，泡沫穩定性被破壞，即為攪打過度，這種去穩定方式主要有絮凝、乳析、聚結、相反轉和Ost?wald熟化等五個因素中的一個或多個共同作用完成，此階段不可逆。

3 組成成分對攪打稀奶油品質的影響

3.1脂肪

攪打稀奶油乳狀液中除水外主要成分是脂肪和蛋白質。脂肪分為植物脂肪和乳脂肪，前者稱為氫化植物油，后者稱為奶油，在-40～40℃之間以液態和固態脂肪的混合物形式存在，脂肪球外圍被蛋白質等包裹，形成乳脂肪球膜，起乳化劑作用，阻止乳脂肪球聚結和酶退化。

脂肪在常溫狀態下的固體脂肪質量分數（SFC）決定了脂肪球能否發生部分聚結以及部分聚結的程度。液/固脂肪的比例是由甘油三酯上連接的脂肪酸組成、大小位置和環境溫度所決定，不飽和度和環境溫度高，結晶融化，液態脂肪比例大，反之亦然[3]。這一比例將直接影響攪打稀奶油打發后的產品結構。油脂的種類、用量和熔化性質，決定了常溫狀態下的固體脂肪質量分數，從而顯著影響了攪打充氣泡沫結構的穩定性[15-24]。

3.2乳化劑與蛋白質

乳化劑和蛋白質都含親水親油基團，具有表面活性，兩者相輔相成，在脂肪球表面形成雙電層，共同起到乳化和穩定攪打稀奶油乳狀液的作用[25]。小分子乳化劑組成的界面膜相對比較薄（大約1.4 nm），結晶脂肪能夠輕易地刺穿界面膜進入到另一個脂肪球，形成部分聚結[21]。酪蛋白是一種隨機纏繞的蛋白質，能形成比乳清蛋白（2 nm左右）更厚的界面膜（8 nm左右），有效阻止脂肪球部分聚結[26]。

乳化劑種類和濃度對脂肪球膜產生不同程度影響，蛋白質類型和濃度則決定被乳化劑取代的難易程度，高蛋白質濃度在脂肪球界面起著支配作用，形成以蛋白質為主體的界面膜，脂肪球間聚結幾率大大降低，體系穩定性提高；由于乳化劑的乳化能力較蛋白質更高，當乳化劑濃度較高時，蛋白質被置換到連續相中，形成以乳化劑為主體的界面膜。

值得注意的是攪打稀奶油要求攪打前乳狀液體系穩定，利于貯藏，而攪打后需要去穩定，利于泡沫堅挺不塌陷。要解決這一矛盾，調整油脂與乳化劑、蛋白質的最佳復配比顯得尤為重要。雖然乳化劑的乳化能力較蛋白質高，但并不是說乳化劑越多越好，當乳化劑添加量大到一定程度時，攪打稀奶油因過于穩定而無法打發[25-30]。

3.3增稠劑

食品增稠劑是具有長支鏈或直鏈的親水型膠體或多糖，如卡拉膠、瓜爾豆膠、黃原膠、微晶纖維素等。由于分子結構中含有很多親水基團，氫鍵作用使體系表觀粘度顯著提高，并促進形成凝膠網絡結構，鎖定水分，防止稀奶油打發后脫水收縮，提高了攪打稀奶油的貯藏穩定性。另外，增稠劑和蛋白質相互作用也可形成網絡結構，通過控制蛋白質層的吸附以及與酪蛋白膠束形成絡合物從而增強脂肪球膜和酪蛋白的內聚力，使蛋白質分子運動減慢，降低了蛋白質分子相互結合的幾率和沉降速率，從而使其均勻的懸浮于體系中，有效控制脂肪球的分布，如卡拉膠和酪蛋白的相互作用，對脂肪球氣-液界面產生重要影響。但高黏度增稠劑會加大氣泡分散阻力，導致打發時間延長[31-34]。

3.4穩定性鹽類

在攪打稀奶油的生產中添加適量穩定性鹽，如焦磷酸鈉、磷酸氫二鈉、六偏磷酸鈉、檸檬酸鈉和檸檬酸鉀等，可以提高工藝及產品穩定性，延長儲存期。添加鈉離子對稀奶油黏度的改變并不明顯，而加入鈣離子稀奶油黏度增大，且非牛頓流體系數顯著增加。闞傳浦發現乳酸鈣的添加改善了稀奶油體系的流變學性質，使表觀黏度降低，但在一定濃度范圍內對攪打性能的影響規律并不顯著。若添加過量，則易造成蛋白質變性，影響脂肪去穩定，甚至引起破乳，宏觀表現為奶油外觀松散，產品質量降低[35-36]。

3.5糖類

糖是多羥基醛或酮類化合物，是一種甜味劑和人體所需營養素，食用吸收后可轉化為碳水化合物，提供能量。由于它是一種多羥基化合物，所以在攪打稀奶油制備過程中，可改善攪打充氣乳狀液的溶解性；葡萄糖漿、麥芽糊精等碳水化合物，使泡沫更加細膩、硬挺、口感醇厚；蔗糖能夠增加氣泡之間液膜的黏度，減緩氣泡排液過程，增強穩定性。

蔗糖添加到攪打稀奶油中會影響蛋白質的熱力學特性和功能性質，特別是吸附和聚集功能。在轉化糖和蛋清穩定的泡沫體系中，降低轉化糖的濃度可以增加體系的攪打起泡率，但同時會加速泡沫的去穩定過程，泡沫的穩定主要是由轉化糖的含量（黏度效應）和攪打時間（蛋白質聚集效應）兩個因素決定的。

4 攪打稀奶油加工工藝參數研究進展

4.1殺菌方法

攪打稀奶油通常使用巴氏殺菌（pasteurization）和超高溫瞬時滅菌（UHT）。西方國家推崇巴氏殺菌法，包括低溫長時滅菌法（LTLT,60 ～65℃,0.5 h）和高溫短時滅菌法（HTST,80 ～85℃,15 s），滅菌率97% ～ 99.9%，達到殺菌目的的同時最大限度保留鮮奶的營養成分。但是經巴氏消毒后，仍存留小部分無害耐熱細菌，主要是乳酸菌，雖對人體無害，但會使稀奶油變酸，只能在4℃±2℃下保存3 ～10 d。UHT（135 ～ 140℃，4 ～10 s）較巴氏法殺菌稀奶油具有更長的產品貨架期而被廣泛應用于食品工業，但與此同時，其攪打性能會因UHT殺菌而受到不利影響。相同成分稀奶油分別經巴氏和UHT殺菌，后者具有攪打時間長，起泡率低、泡沫穩定性低的缺點[2]。這是因為超高溫處理后，蛋白質部分變性，降低乳化性和附聚狀態，同時脂肪球聚結體被打散成單個的脂肪球，晶體網狀結構被破壞，從而稀奶油的表觀黏度下降，質地變軟，可塑性變差。但隨著殺菌強度的增加，乳狀液粒徑變大，晶體網絡結構更加緊密，整個體系粘度增大，固態結構越來越明顯[37]當然，通過選擇乳化劑、穩定劑的種類和用量可彌補此缺陷，可改善脂肪和蛋白質附聚狀態，提高攪打起泡性和穩定性，因此巴氏稀奶油和UHT稀奶油中所添加的乳化劑和穩定劑配方是不同[37]。

4.2剪切力

剪切乳化是指油-水兩相在高速剪切力的攪拌下緩慢水合的過程。攪打稀奶油是典型的剪切稀化假塑性流體，其表觀黏度、屈服應力和黏彈性均隨攪打充氣的進行而增加[38]。根據O/W型乳化學說，脂肪球在蛋白質和乳化劑的作用下逐漸形成均勻穩定的乳狀液體系，剪切乳化時間對乳化品質起重要作用，隨著剪切的進行，攪打奶油內部的液滴逐漸形成最佳定向取向，脂肪剪切的越細，脂肪球的顆粒越小，表觀黏度趨于平穩，乳濁液穩定性越高。此外，在同一剪切速率下，隨著攪打時間的延長，攪打稀奶油的表觀黏度會急劇升高。一般來說，剪切時間不充分，脂肪球的粒徑過大，達不到乳化要求，易出現油水分層的現象；剪切時間過長，脂肪粒徑過小，或已水合好的脂肪球又被重新分散，脂肪球的總表面積增加，乳化劑等界面附聚物不足以覆蓋整個界面，破壞乳濁液的穩定性。因此，必須控制好乳濁液的剪切時間，才能得到乳化效果良好的稀奶油乳濁液[39-42]。

4.3均質

均質處理是生產攪打稀奶油過程的重要步驟。根據Stokes定律v=[2(ρ-ρ0)r2/9η]·g（式中，v為粒子的沉降速度，ρ和ρ0分別為球形粒子與介質的密度；r為粒子的半徑，η為介質的黏度，g為重力加速度），不同的脂肪球密度可導致不同的上浮速度，較小的脂肪球粒子可以比較明顯地降低脂肪的上浮速度。均質可以破碎攪打稀奶油乳狀液中的脂肪球，蛋白質或表面活性劑能迅速吸附到油水界面，降低界面張力，防止脂肪球聚集，從而有效控制乳析，獲得穩定乳狀液[34]。同時，均質結果使脂肪球粒徑趨于一致，有效減緩貨架期內脂肪上浮速度，減少油水分層現象。

均質效果主要受溫度和壓力的影響。均質溫度決定乳狀液中油相的狀態，溫度過低時，脂肪還存在固態結晶，膠體也不能很好的溶解，均質效果受限；溫度過高，又易造成蛋白質變性，影響稀奶油的攪打性。一般在40℃以上時，脂肪完全溶解；在80℃以下時，增稠劑能較好溶解，蛋白質變性也很有限。均質壓力對粒徑大小產生顯著的影響，一般情況，壓力越大，脂肪球的粒徑也越小，產品的穩定性也相應提高。但均質壓力過高，脂肪球粒徑被破碎得過小，乳狀液中的蛋白質不足以有效地穩定所有脂肪球，它們很容易相互碰撞重新聚合形成大顆粒，從而加快脂肪上浮速度。一級均質后的牛奶，脂肪球液滴是通過酪蛋白膠束橋聯在一起的，橋聯的聚集帶來了乳化體系更快的上浮；而二級較低的壓力的可以使這種橋聯斷裂。研究表明，選擇小于4 MPa的二次均質壓力條件下，可提高攪打性能。同時，均質和加熱的順序會影響到脂肪球的結構及尺寸，加熱前均質使大量乳清蛋白吸附在乳脂肪球膜上，乳脂肪球膜上β-乳球蛋白與κ-酪蛋白的比例高于加熱后均質的產品。而且，均質增加了體系的表觀粘度，影響了稀奶油的打發性能。總的來說，均質工藝一方面增加了乳濁體系的穩定性，但控制不好時又會影響產品的攪打性能。因此，對于均質處理，找到穩定性的平衡點顯得十分重要[43-49]。

4.4老化

脂肪老化主要影響著攪打稀奶油中脂肪的結晶，攪打稀奶油作為直接食用的脂肪，必須具有良好的涂抹性和口感，這就要求其晶體顆粒細膩即為β’晶型。低溫儲藏則是利用水分在低溫條件下形成的冰晶使攪打稀奶油失去一定的穩定性，以便攪打過程中脂肪的部分聚集。要想得到優質的攪打稀奶油產品就需要加工環節中每一道工序的相互協調。生產過程先使脂肪先經過急冷后形成許多細小的α晶體，然后再保持略高的溫度繼續冷凍（熟成期），使之轉變為熔點較高的β’晶型[50-51]。

5 展望

攪打稀奶油作為一種風靡全球的乳制品，在國外已經有成熟制備工藝和加工技術，例如新西蘭的安佳、法國的總統及鐵塔，德國的多美鮮及歐德堡，意大利的琪雷薩及金菲利等，銷量遍及世界各地。現階段，我國在攪打稀奶油方面仍處于發展初期，高端產品依然依賴于進口，進口原料與成品價格高，本土脫脂乳粉產量低，鮮奶油原料少，造成攪打稀奶油產品標準化難度大，品質波動幅度大，極大限制了稀奶油的生產與消費。相比于國外，國內產品僅有光明乳業和塞尚乳品等個別廠家生產，多用于生產冰淇淋等附加值較低的初級加工，品種單一，產量不高，品質也缺乏競爭力，在工藝技術上還有待于進一步提高。

目前，氫化植物油仍是攪打稀奶油的主打原料，絕大多數現有商品仍用它制備，攪打性和穩定性均好，質量穩定成本低，深受制造商的青睞，但植物油在氫化過程中會產生一定量反式脂肪酸，對人體的營養價值仍有一定爭議，目前多數學者認為其對人體健康不利，會增加心臟病（如心肌梗塞、動脈硬化等心血管疾病）的發病幾率，消費者對此也心存疑慮，所以用天然奶油制備性能穩定的攪打稀奶油系列產品將成為本行業的發展方向。

當前面臨的問題是攪打稀奶油為熱力學不穩定乳液體系，其產品質量和工藝穩定性受脂肪、蛋白質、添加劑等各種原料品質、配比、制備方法、工藝參數和交互作用的影響，因此，攪打奶油乳液體系穩定與這些因素之間關系的理論研究將成為科研人員和乳品企業共同攻關的課題。

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Review:Study on the preparation technology and influence factors of whipping cream

WANG Yun-na1，LI Yan2，HAN Jie1，YIN Wei-hua1，ZHOU Xi-long1，CHEN Lin-tian-xiang1, ZHANG Lie-bing1
(1.College of Food Science and Nutritional Engineering,China Agricultural University,Beijing 100083,China；2.Bei?jing Technology and Business University,School of Food and Chemical Engineering,Beijing 100037，China)

This paper briefly introduced the basic characteristics and preparation technology of whipping cream.Through the analysis to the complete system of whipping cream,mechanism of whipping process of whipped cream was emphasized,which was composed of three steps, including a stable emulsion state in first step,rapid puffing in second step and?labilization in last step.Meanwhile,influence factors such as fat, protein,emulsifier,thickener,technological conditions etc.was investigated.And whipping cream industry development trend in the future was looking forward to,as people living standard has improved,their demand for high-end dairy products increased year by year,although whipping cream was a new dairy industry in our country started late,it developed rapidly and had huge market potential,using natural cream to prepare stable whipping cream and the related theoretical research will become the development direction of this field.

whipping cream;preparation technology;stability behavior;whipping mechanism;influence factors

TS252.52

B

1001-2230（2016）11-0024-05-05

2016-05-24

現代農業（奶牛）產業技術體系建設專項（CARS-37)；國家科技部“十二五”科技支撐計劃項目（2013BAD18B05-02，2013BAD18B12-04，2013BAD18B12-05）；國家自然基金項目（31171714，31471689）；公益性行業（農業）科研專項（201303085）。

王筠鈉（1992-），女，碩士研究生，主要從事乳品科學研究及應用。

張列兵