響應面法優化燕麥谷粒牛奶中變性淀粉的研究

馮志寬，李洪亮，李樹森，張冬潔，尹永智

（內蒙古蒙牛乳業（集團）股份有限公司，內蒙古呼和浩特 011500）

燕麥谷粒牛奶不僅營養豐富，而且具有谷粒的咀嚼性，深受消費者喜愛。燕麥中富含蛋白質、礦物質、維生素等，其氨基酸含量較其他谷物食品更加豐富、均衡[1]。

制備燕麥谷粒牛奶一直存在較大的技術難題，一方面燕麥粒本身的直鏈淀粉含量較高，容易造成沉淀或者析水，嚴重降低了谷粒牛奶的品質；另一方面燕麥牛奶含有大量多糖和蛋白質的大分子是典型的熱不穩定體系，變性淀粉與原淀粉不同，變性淀粉具有較強的抗熱、抗剪切能力，并且具有較好的穩定性[2]，可明顯改善燕麥谷粒牛奶的穩定性及品質。

因此，研究通過添加變性淀粉降低或減少沉淀、析水。試驗通過添加變性淀粉，同時搭配其他穩定劑，并結合糊化、均質等工藝，制備出口感良好、組織狀態穩定的燕麥谷粒牛奶。通過優化變性淀粉的參數可以增強燕麥谷粒牛奶的穩定性，改善口感，對于燕麥谷粒牛奶生產工藝起到提升作用。由于調制乳制品生產工藝參數與小試試驗參數存在差異，因此在小試基礎上進行生產工藝參數優化對進一步提高燕麥谷粒牛奶具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料

燕麥粒，產于澳大利亞；牛奶，蒙牛乳業（集團） 股份有限公司提供；白砂糖，中糧屯河提供，符合國家一級白砂糖標準；變性淀粉，國民公司提供；結冷膠、微晶纖維素、卡拉膠，均為食品級。

1.1.2 設備

IKA T25型攪拌器；APV型均質機；UHT殺菌機設備，德國GEA公司產品；SYG-1220型恒溫水浴鍋，美國Safe Temp公司產品；PG6002-S型天平，METTLER TOLEDO公司產品；TGA-10C型離心機；DV-Ⅱ型博力飛黏度測定儀，美國博力飛公司產品。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 感官評定法

感官評定法是由20名感官品嘗師組成的評鑒小組，并對燕麥谷粒牛奶進行感官評定，評定內容為產品外觀狀態和風味口感，在具體感官評定時，分別對產品的感官品質進行打分，以分值的高低作為判定感官綜合品質優劣的依據。

感官評定試驗在感官品嘗室中進行，自然光照，保證試樣達到室溫，待品嘗樣品裝入編號的試樣杯中，由感官品嘗師進行感官評定，主要從以下幾個方面對產品進行品嘗：①外觀狀態，包括均勻性、析水性，凝膠程度；②風味及口感，包括爽滑度，奶香味。

感官評價見表1。

表1 感官評價/分

1.2.3 黏度的測定

用博力飛黏度測定儀測定燕麥谷粒牛奶的黏度，并由黏度的大小間接反映凝膠的強弱程度。

1.2.4 穩定性的測定

在15 mL離心管中加入過濾掉燕麥粒的牛奶10 mL，然后以轉速4 000 r/min離心20 min，準確稱取沉淀物質量，利用公式計算離心沉淀率：

2 結果與分析

2.1 變性淀粉種類篩選單因素試驗

淀粉的變性方式影響凝膠強度、口感等，因此選擇不同變性方式的淀粉進行試驗[3]。作為食品膠凝劑的變性淀粉主要有交聯酯化淀粉、酸水解淀粉和氧化淀粉，變性淀粉添加量為1.2%與水制成淀粉糊，測定黏度和離心沉淀率。

變性淀粉黏度單因素試驗結果見圖1，變性淀粉離心沉淀率試驗結果見圖2。

圖1 變性淀粉黏度單因素試驗結果

圖2 變性淀粉離心沉淀率試驗結果

羥丙基二淀粉磷酸酯和氧化羥丙基淀粉優于其他變性淀粉。

2.2 變性淀粉與其他膠體復配試驗

變性淀粉與親水性膠體復配，可有效提高體系的黏度，明顯改善產品狀態，提升產品口感[4]，親水性膠體也有很強的抑制淀粉老化的作用，多數膠體本身是多糖，其羥基能與淀粉鏈上的羥基及周圍的水分形成大量的氫鍵，起到阻止淀粉老化的作用，并且大多數膠體都具有很高的吸水、持水能力，對失水老化起到延緩作用。因此，可以在單因素試驗基礎上繼續將變性淀粉與其他膠體進行復配，進一步提升產品品質。

感官評定是真實反映食品品質的有效方法，在乳品品質控制上得到廣泛應用。孫曼曼[5]研究不同添加量的淀粉對酸奶持水力和表觀黏度的影響時發現，不同添加量酸奶的質地、嫩滑度、流動狀態感官影響很大，因此可以通過感官評定判斷燕麥谷粒牛奶的品質，以對比不同變性淀粉的使用情況。

將上述羥丙基二淀粉磷酸酯和氧化羥丙基淀粉與卡拉膠、結冷膠進行小試正交試驗，以感官評價指標進行分析。

L16（45）設計因素與水平設計見表2。

由表2可知，影響因素從大到小排列為羥丙基二淀粉磷酸酯添加量＞氧化羥丙基淀粉添加量＞結冷膠添加量＞卡拉膠添加量，4種因素效果均顯著，結冷膠雖效果顯著，由于產品成本較高，超過產品承受成本，因此選擇卡拉膠，通過試驗確定最佳配比為羥丙基二淀粉磷酸酯添加量為1.3%，氧化羥丙基淀粉添加量為0.3%，卡拉膠添加量為0.02%。

表2 L16（45）設計因素與水平設計

2.3 變性淀粉工藝優化

燕麥谷粒牛奶的穩定性受很多因素的影響，除了上述膠體的影響外，工藝參數對產品的穩定性和品質影響很大，李達鴻等人[6]曾指出不同糊化溫度對淀粉的乳化活性和穩定性存在影響。也有研究顯示糊化溫度、穩定劑添加量、均質壓力對穩定性及口感都有很大影響[7-8]。根據車間現有工藝條件確定均質溫度、均質壓力、糊化溫度、糊化時間的范圍進行下一步小試試驗。考慮到工藝參數間可能存在交互作用，需要正交試驗最終確定參數，以離心沉淀率結果評價為考查指標。

L16（45）設計正交試驗因素與水平設計見表3。

由表3可知，均質溫度、糊化溫度對離心沉淀率影響顯著，最終確定均質溫度60℃，糊化溫度80℃，均質壓力14 MPa，糊化時間20 min。

2.4 穩定劑、工藝條件優化

由于產品生產工藝與產品小試工藝存在差異，所以產品穩定性與車間的工藝條件關系很大，在小試試驗基礎上采用Box-Behnken設計，以正交因素試驗的結果作為基礎，以離心沉淀率（Y）為評價指標，進行中試工藝優化，選擇影響燕麥谷粒牛奶的主因素：羥丙基二淀粉磷酸酯添加量（A''），卡拉膠添加量（B''），均質溫度（C''），糊化溫度（D''）建立模型。

表3 L16（45）設計正交試驗因素與水平設計

響應面優化結果見表4，燕麥谷粒牛奶二次多項回歸方程方差見表5。

由表4可知，4個因素均顯著，試驗模型顯著，可以用來預測燕麥谷物牛奶離心沉淀率，公式如下：

表4 響應面優化結果

表5 燕麥谷粒牛奶二次多項回歸方程方差

Y=2.03-0.09A-0.097B-0.23C+0.079D-0.20AB-0.015AC+0.11AD+0.038BC+0.15BD+0.050CD+0.73A2+0.26B2+0.39C2+0.19D2.

兩兩相交對離心沉淀率的響應面圖見圖3。

3 結論

按照上述結果在配方中添加羥丙基二淀粉磷酸酯添加量1.22%，卡拉膠添加量0.02%，均質溫度61.38℃，糊化溫度83.12℃，離心沉淀率達到2.03%，該產品口感細膩、質地均勻穩定、產品工藝較穩定、協同增效作用明顯。產品綜合指標中試后優化參數與小試之間有差異，所以在下一步工藝優化中，應該繼續試驗小試與中試差異化做小試與中試之間線性關系，可進一步優化產品穩定性。

圖3 兩兩相交對離心沉淀率的響應面圖