超高溫調(diào)制型乳酸奶穩(wěn)定性研究

文/林少寶 林 彬 鄭彥東 林鴻慶

（廣州風(fēng)行乳業(yè)股份有限公司）

超高溫（UHT）滅菌奶是以生牛乳或復(fù)原乳為主要原料，經(jīng)滅菌制成的液體產(chǎn)品，具有飲用方便、保質(zhì)期長及可遠(yuǎn)距離銷售等優(yōu)點(diǎn)，近年來發(fā)展迅速。如今，乳制品在人們生活中扮演著越來越重要的角色。乳制品對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和工藝條件要求都較高，從原料到生產(chǎn)控制，包括設(shè)備清洗，都非常重要。UHT熱處理與二次滅菌的生產(chǎn)工藝不同，二次滅菌是滅菌奶在灌裝后再次被加熱滅菌，而UHT熱處理是在無菌灌裝完成后不再經(jīng)受任何滅菌處理，是生產(chǎn)高質(zhì)量商業(yè)無菌乳制品的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]。UHT熱處理會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)和脂肪結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，隨著時(shí)間的推移，蛋白質(zhì)顆粒發(fā)生沉淀，脂肪顆粒發(fā)生聚集并產(chǎn)生脂肪上浮。UHT滅菌奶的保質(zhì)期一般為6 個(gè)月，6 個(gè)月時(shí)其組織狀態(tài)一般都不理想，因此超高溫滅菌乳的穩(wěn)定性是其貨架期的最主要限制因素[2，3]。UHT滅菌奶在貨架期出現(xiàn)分層、凝塊和沉底等感官質(zhì)量問題，可能是由于配方、工藝、設(shè)備及奶源質(zhì)量等方面問題導(dǎo)致[4]。由于恒溫（37 ℃）存放條件對(duì)產(chǎn)品的破壞力約是常溫狀態(tài)的5～6 倍[5]，因此針對(duì)穩(wěn)定性問題，可在恒溫條件下加速貨架期進(jìn)行驗(yàn)證。

本文通過研究超高溫調(diào)制型乳酸奶的沉淀情況，對(duì)穩(wěn)定劑的溶解條件、加酸方式及時(shí)間、超高溫滅菌溫度進(jìn)行優(yōu)化，最終確定影響產(chǎn)品穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，得到沉淀形成的控制方法，為控制超高溫乳酸

奶沉淀生成奠定應(yīng)用基礎(chǔ)，為行業(yè)內(nèi)企業(yè)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

羧甲基纖維素（CMC），購自丹尼斯克（中國）有限公司；檸檬酸，購自中糧生物化學(xué)（安徽）股份有限公司；檸檬酸鈉，購自連云港市德邦精細(xì)化工有限公司；乳酸，購自河南金丹乳酸科技股份有限公司；牛奶及其它添加劑。

GSHHG-1000高速混合罐（乳化系統(tǒng)）；Tetra Flex D Lacta 10超高溫滅菌機(jī)；缸頂噴灑加酸系統(tǒng)，模擬在線加酸系統(tǒng)。

2 試驗(yàn)方法

2.1 穩(wěn)定劑的溶解條件優(yōu)化

最初溶解條件為溶解水量500 kg、溫度95 ℃、剪切時(shí)間5 min，溶解效果不佳。對(duì)參數(shù)設(shè)置梯度變化（溶解水量600 kg、700 kg，溫度80 ℃、85 ℃，剪切時(shí)間10 min、15 min、20 min）進(jìn)行試產(chǎn)，得出不同水量、溫度與時(shí)間對(duì)穩(wěn)定劑溶解的影響，選取最佳參數(shù)，試產(chǎn)3 批平行產(chǎn)品，并在生產(chǎn)線上連續(xù)8 個(gè)小時(shí)抽取8 個(gè)樣品，驗(yàn)證其在恒溫條件下的沉淀結(jié)果。

2.2 加酸時(shí)間

對(duì)噴灑系統(tǒng)中6 個(gè)不同缸次的加酸時(shí)間進(jìn)行測定，并試產(chǎn)3 批平行產(chǎn)品，觀察各個(gè)缸次產(chǎn)品在恒溫條件下儲(chǔ)存7、15、30 d的沉淀情況，研究加酸時(shí)間是否對(duì)乳酸奶沉淀產(chǎn)生影響。

2.3 加酸方式

模擬在線加酸，保證pH值迅速經(jīng)過等電點(diǎn)并維持在4.1～4.2，試產(chǎn)3 批平行產(chǎn)品，并在生產(chǎn)線上連續(xù)8 個(gè)小時(shí)抽取8 個(gè)樣品，恒溫條件下儲(chǔ)存7、15、30 d，觀察其沉淀狀況。

2.4 超高溫滅菌溫度

超高溫乳酸奶先經(jīng)過預(yù)巴氏（85 ℃）初加熱處理，再經(jīng)過超高溫（121 ℃、2～8 s）二次熱處理，試產(chǎn)3 批平行產(chǎn)品，并在生產(chǎn)線上連續(xù)8 個(gè)小時(shí)抽取8 個(gè)樣品，恒溫條件下儲(chǔ)存7、15、30 d，觀察其沉淀狀況。

2.5 模擬在線加酸及12 1 ℃超高溫滅菌

模擬在線加酸及調(diào)整超高溫滅菌溫度至121 ℃，試產(chǎn)3 批平行產(chǎn)品，并在生產(chǎn)線上連續(xù)8 個(gè)小時(shí)抽取8 個(gè)樣品，恒溫條件下儲(chǔ)存7、15、30 d，觀察其沉淀狀況。

3 結(jié)果與分析

3.1 穩(wěn)定劑的最佳溶解條件

穩(wěn)定劑的主要成分是CMC，主要作用是增稠及增加牛奶蛋白質(zhì)穩(wěn)定性。溶解CMC時(shí)需要注意溶解水量、溫度和剪切時(shí)間。根據(jù)工藝分析，穩(wěn)定劑是否完全溶解，直接影響其在超高溫滅菌時(shí)的穩(wěn)定性能；如果其原有結(jié)構(gòu)遭到破壞，則穩(wěn)定性降低。由表1可知，溶解水量、溫度、剪切時(shí)間分別為700 kg、80 ℃、15 min和700 kg、80 ℃、20 min條件下，穩(wěn)定劑可完全溶解，從節(jié)能環(huán)保方面考慮，確定最優(yōu)工藝為700 kg、80 ℃、15 min。

表1 穩(wěn)定劑溶解條件優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

將穩(wěn)定劑在最優(yōu)工藝條件下溶解，試產(chǎn)3 批平行產(chǎn)品，恒溫條件下儲(chǔ)存7、15、30 d的沉淀結(jié)果見表2。恒溫條件下，15 d時(shí)產(chǎn)生少量顆粒狀沉淀；30 d時(shí)不會(huì)生成大量沉淀顆粒，且出現(xiàn)的顆粒狀態(tài)由原來的大顆粒轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小顆粒、軟塊狀或糊狀。試驗(yàn)結(jié)果表明，產(chǎn)品沉淀情況有明顯的改善，這說明穩(wěn)定劑起著至關(guān)重要的作用，穩(wěn)定劑溶解越完全，產(chǎn)品的穩(wěn)定性越好。

3.2 加酸時(shí)間對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響

在等電點(diǎn)（pH值4.6）時(shí)，蛋白質(zhì)分子以雙極離子存在，總凈電荷為零，顆粒無電荷間排斥作用，易凝聚成大顆粒，發(fā)生酪蛋白沉淀析出。若加酸時(shí)間太長，在等電點(diǎn)停留時(shí)間太久，則會(huì)導(dǎo)致大量沉淀析出。

現(xiàn)有的噴灑加酸系統(tǒng)，在檸檬酸與乳酸適量配比條件下，理論加酸時(shí)間為17～18 min。經(jīng)過跟蹤，由于每個(gè)奶罐配套的噴淋頭孔徑的加工精度存在偏差，加酸時(shí)間長短不一，各缸次的加酸時(shí)間（19～20 min）和產(chǎn)品的穩(wěn)定性見表3，加酸時(shí)間越長，產(chǎn)品越容易出現(xiàn)沉淀。因此需要改進(jìn)噴淋頭，縮短加酸時(shí)間，減少變性時(shí)間段，并且在條件允許的情況下尋求新的加酸方式。

3.3 加酸方式對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響

經(jīng)研究，選用在線加酸系統(tǒng)可以改善產(chǎn)品的沉淀狀況。通過調(diào)試，產(chǎn)品在恒溫條件下的沉淀結(jié)果見表4。恒溫條件下，15 d時(shí)無顆粒沉淀產(chǎn)生；30 d時(shí)有少量細(xì)小顆粒沉淀產(chǎn)生。初步判斷在線加酸系統(tǒng)的產(chǎn)品穩(wěn)定性比噴灑加酸系統(tǒng)好。

表2 穩(wěn)定劑對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響

表3 加酸時(shí)間對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響

表4 加酸方式對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響

表5 超高溫滅菌溫度對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性影響

3.4 超高溫滅菌溫度對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響

加熱會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)凝固變性。從加熱時(shí)間和加熱溫度看，巴氏加熱溫度低，不會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性；超高溫加熱溫度雖高但時(shí)間短，也不會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性。因此，加熱導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性的可能性小，但降低超高溫滅菌溫度可能能夠改善產(chǎn)品的沉淀狀況。通過調(diào)試，產(chǎn)品在恒溫條件下儲(chǔ)存7、15、30 d的沉淀結(jié)果見表5。將超高溫滅菌溫度調(diào)至121 ℃后，恒溫條件下，15 d時(shí)只有2 個(gè)產(chǎn)品出現(xiàn)輕微顆粒沉淀，并有輕微軟塊產(chǎn)生；30 d時(shí)大多數(shù)產(chǎn)品出現(xiàn)軟塊狀沉淀，對(duì)口感影響不大，顆粒沉淀狀況得到明顯改善。

3.5 在線加酸及12 1 ℃超高溫滅菌對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響

模擬在線加酸并調(diào)整超高溫滅菌溫度為121 ℃，產(chǎn)品在恒溫條件下的沉淀狀況見表6，30 d時(shí)極少樣品出現(xiàn)顆粒狀沉淀且為細(xì)微顆粒，多數(shù)樣品為糊狀、軟塊狀沉淀，說明產(chǎn)品較為穩(wěn)定。

4 結(jié)論

本文研究了穩(wěn)定劑的溶解條件、加酸方式、加酸時(shí)間、超高溫滅菌溫度對(duì)乳酸奶穩(wěn)定性的影響，優(yōu)化生產(chǎn)工藝。結(jié)果表明：穩(wěn)定劑在溶解水量700 kg、溫度80 ℃、剪切時(shí)間15 min條件下完全溶解，產(chǎn)品穩(wěn)定性最佳；使用在線加酸系統(tǒng)，實(shí)際加酸時(shí)間為19～20 min時(shí)產(chǎn)品穩(wěn)定性得到明顯改善；超高溫滅菌溫度下降至121 ℃時(shí)有利于提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性。綜上所述，通過對(duì)乳酸奶試生產(chǎn)階段生產(chǎn)工藝的研究和優(yōu)化，產(chǎn)品生成的沉淀由大顆粒狀轉(zhuǎn)化為細(xì)小顆粒，多為糊狀、軟塊，產(chǎn)品穩(wěn)定，口感影響不大。優(yōu)化后的工藝將降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。C

表6 加酸方式及超高溫滅菌溫度對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性影響