攪打奶油粉的制備及其在手工冰淇淋粉中的應用

高媛媛，沙小梅，張路正，郭德斌

1(江西師范大學 生命科學學院，江西 南昌，330022) 2(南昌綠智科技有限公司，江西 南昌，330096) 3(江西師范大學 馬克思主義學院，江西 南昌，330022)4(江西師范大學“習近平新時代中國特色社會主義思想研究中心”，江西 南昌，330022)

植脂奶油是以水、糖、食用植物油、食用氫化油、乳制品(如奶油、乳粉)等其中的幾種為主要原料，添加或不添加其他輔料和食品添加劑，經過配料、乳化、殺菌、均質、冷卻、灌裝等工藝制成的產品[1]。植脂奶油通過機械打發，使脂肪球膜被破壞，與充入的氣泡構成脂肪球附聚體[2]，形成具有一定強度和可塑性的充氣泡沫穩定結構。因為植脂奶油的攪打充氣特性，使其具有入口即化，柔和細膩的口感，在烘焙行業和咖啡飲品行業有著廣泛的應用[3]。但傳統的植脂奶油在常溫下很容易氧化酸敗，需要冷鏈儲藏和運輸，儲藏和運輸的成本較高，使用方面存在著很大的局限性[4-6]。

微膠囊技術是一種用成膜材料把固體或液體包覆使之形成微小粒子的技術，微小粒子稱為微膠囊[7]。噴霧干燥是一種物理機械化微膠囊法，將油脂與壁材混合后通過熱空氣加熱，霧化的小液體失水干燥得到固體干燥的小顆粒[8]。若能通過微膠囊技術以及合理的配方設計將液體的植脂奶油進行噴霧干燥制備成攪打奶油粉，水分含量降低到5%以下，可有效降低脂肪酸酸敗的風險，提高產品的貯藏穩定性，有利于運輸和儲藏[9]，加水攪打后作為裱花奶油使用也更加便利[6]。另外，市面上的大多數軟冰淇淋預拌粉都是以奶粉、植脂末、糖等為主要原料，通過冰淇淋機制冷、膨化、擠壓制成現場制售冰淇淋[10]。一般軟冰淇淋粉必須經過冰淇淋機膨化才能有松軟細膩的口感，極大限制了其在家庭中的使用。若能以攪打奶油粉替代傳統植脂末制作軟冰淇淋預拌粉，實現通過家用打蛋器打發冷凍制作手打冰淇淋，將極大降低冰淇淋的制作難度，豐富產品的應用，順應市場上熱衷于DIY的潮流。

本文從理論和實際生產經驗入手研究攪打奶油粉的制備，依據《GB 2760—2014 食品安全國家標準食品添加劑使用標準》選擇合適的食品添加劑，研究攪打奶油粉的配方和工藝，對攪打奶油粉的品質進行評價，并將其應用于手打冰淇淋粉的制作。本論文的研究成果能為手打冰淇淋的開發提供有效的數據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 原料與試劑

代可可脂，益海嘉里食品營銷有限公司濟南分公司；無水黃油、酪蛋白酸鈉、全脂乳粉，恒天然商貿(上海)有限公司；葡萄糖漿，成武曉東生物科技有限公司；分子蒸餾單甘酯、乳酸脂肪酸甘油酯、丙二醇脂肪酸酯，帕斯嘉(上海)食品添加劑有限公司；K2HPO4,江蘇科倫多食品配料有限公司；瓊脂,福建眾邦海洋生物科技有限公司；復配冰淇淋穩定劑,廈門歐凱科技有限公司。

1.1.2 儀器與設備

電子天平,上海上平儀器有限公司；電子恒溫水浴鍋,北京中興偉業儀器有限公司；高速乳化剪切機,無錫市佳諾精細化工設備廠；SLS高壓均質機,上海東華高壓均質機廠；MDRP - 5型壓力二流體噴霧干燥機,錫山市現代噴霧干燥機廠；TA.XT質構儀,Stable Micro System,英國；臺式軟冰淇淋機,黃石東貝制冷有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 攪打奶油粉的制備工藝

攪打奶油粉的制備：按照固形物1 000 g配料，400 g水中加入酪朊酸鈉，水浴鍋中加熱攪拌溶解，200 g水溶解膠體，K2HPO4加入到葡萄糖漿中，水浴鍋中加熱攪拌溶解后倒入酪朊酸鈉和膠體水溶液，混合水相溶液于60～70 ℃水浴鍋中保溫；潔凈不銹鋼容器中加入代可可脂，放入水浴鍋中使代可可脂熔化，加入乳化劑攪拌均勻后加入無水奶油，攪拌至完全熔化，冷卻至70 ℃左右，倒入剪切狀態下的混合水相溶液，剪切10 min；剪切后的混合料液過均質機，調節一級壓力22 MPa，二級壓力4～5MPa；之后噴霧干燥，進風溫度155 ℃，出風溫度96～98 ℃，蠕動泵轉速頻率20 Hz；收集成品，根據《GB 5009.3—2016 食品安全國家標準食品中水分的測定》對符合要求的產品水分含量進行測定。

1.2.2 攪打奶油粉主體配方設計

根據中華人民共和國國內貿易行業標準《SB/T 10419—2017 植脂奶油》、《GB 19646—2010 食品安全國家標準稀奶油、奶油和無水奶油》以及《GB 2760—2014 食品安全國家標準食品添加劑使用標準》相關要求及技術指標，參考實際生產經驗，選擇主要原料并對主體配方進行設計。

1.2.3 產品攪打性能的測定方法

攪打奶油粉產品的攪打性能主要考察打發倍數、泡沫硬度和泡沫穩定性等。

1.2.3.1 打發倍數

取100 g噴霧干燥后的粉末產品，加200 g水于常溫下攪拌2 min，手持電動打蛋器先低速打發1 min，之后高速打發2 min至光澤消失，硬挺尖峰出現，此樣品用于測定打發倍數。取一干燥的平口燒杯稱量，打發前取奶油乳濁液于燒杯中稱量并記錄質量，打發后用稱量紙作筒將打發好的奶油樣品小心擠入已清洗并擦干凈的燒杯中(擠的過程中注意不要混入汽泡)，并記錄質量，根據公式(1)計算打發倍數[5]。

(1)

式中：X，打發倍數；m2，未打發樣品和燒杯的總質量，g；m0,空燒杯質量，g；m1，打發后樣品和燒杯的總質量，g。

1.2.3.2 泡沫硬度

攪打稀奶油的硬度及穩定性可以利用質構儀進行質構檢測，探頭為P/36R，行變量為50%，觸發力為2 g，循環測量2次，測前、中、后探頭移動速度均為1.0 mm/s。測出最大壓力(g)[5]。

1.2.3.3 泡沫穩定性

將攪打好的攪打稀奶油用專用的裱花袋擠成圓錐形，放在20 ℃的室溫條件下，觀察并記錄打發后的奶油內部變粗的時間，單位為小時(h)[11]。

1.2.4 感官評定

由年齡20～35周歲身體健康、衛生狀況良好的10人(5男, 5女)組成感官評定小組，購買市售金鉆植脂奶油以及雀巢淡奶油打發后作為參考進行感官評價培訓，從色澤、滋味和氣味、組織狀態3個方面進行感官評分，取平均值作為數據結果記錄。檢驗方法為：取適量攪打后樣品置于50 mL燒杯中，在自然光下觀察色澤和組織狀態。聞其氣味，用溫開水漱口，品嘗滋味。根據表1的標準記錄評分。

1.2.5 攪打性能關鍵因素研究

1.2.5.1 蛋白質含量對攪打性能的影響

分別選擇占總固形物質量分數1%、2%、3%、4%、5%、6%的酪朊酸鈉進行單因素試驗，空白試驗參考，考察酪朊酸鈉對打發倍數、泡沫硬度和泡沫穩定性的影響。

1.2.5.2 乳化劑的選擇

根據攪打奶油粉的乳化及發泡特性，選擇合適的乳化劑，進行單因素試驗，空白試驗參考，考察乳化劑對攪打奶油粉的攪打特性的影響，根據單因素實驗結果，考察復配乳化劑對產品性質的影響，確定最優的乳化劑組合。

1.2.5.3 膠體的選擇

分別選擇占攪打奶油粉總固形物質量分數 0.2% 的卡拉膠、羧甲基纖維素鈉(CMC)和瓊脂作為增稠穩定劑進行試驗，考察膠體對產品的制備過程中攪打奶油粉攪打起泡性、穩定性及感官的影響。

表1 感官評價表Table 1 Criteria for sensory evaluation of whipping cream

1.2.6 攪打奶油粉的應用及與市售產品品質比較

參考《GB/T 20976—2007 軟冰淇淋預拌粉》中指標對手工冰淇淋粉的配方進行設計，并依據《SB/T 10418—2017 軟冰淇淋》[12]將自制冰淇淋粉攪打冷凍12 h后與市售“品牌I冰淇淋粉”和“品牌Ⅱ冰淇淋粉”經過冰淇淋機制備的軟冰淇淋進行理化性質、膨脹率及感官性質比較，具體檢測方法參照《SB/T 10418—2017 軟冰淇淋》。

2 結果與分析

2.1 攪打奶油粉主體配方設計

2.1.1 油脂含量及類別的選擇

攪打奶油的組成成分一般包括脂肪、蛋白質、乳化劑、增稠劑、穩定性鹽類、糖類等[13]。根據《SB/T 10419—2017 植脂奶油》中水分與脂肪含量要求，見表2，對攪打奶油粉的主要組分進行配制。

表2 植脂奶油中水分和脂肪含量要求Table 2 Requirements of moisture and fat content in non-dairy whip topping

設計配方含有無水奶油，因此根據含乳脂類植脂奶油脂肪≥12%，水分≤68%，固形物>32%，可以推斷出攪打奶油粉脂肪含量需要>37.5%，因此設計攪打奶油粉脂肪添加量為40%(占總固形物的質量分數，下同)。為使含乳脂產品口感更豐富，兼顧成本，設計代可可脂添加量35%，無水奶油添加量5%。

2.1.2 蛋白質的選擇

蛋白質在攪打奶油類產品中對于穩定乳濁液和脂肪部分聚結網絡結構具有關鍵作用，是脂肪球外部界面膜的組成部分[11]。在微膠囊產品中，蛋白質也因其具有良好的功能特性而被作為壁材使用，起到一定的乳化包埋作用，常用蛋白質壁材包括動物來源的酪蛋白酸鈉、乳清蛋白、明膠以及植物來源的大豆蛋白等[14]。其中，牛乳蛋白來源的酪蛋白酸鈉是在微膠囊產品以及攪打植脂奶油中應用非常廣泛的一種蛋白類產品，因其以鈉鹽形式存在，不僅具有良好的乳化及穩定性，還具有優異的發泡能力。因此，選擇酪朊酸鈉作為配方中的蛋白質來源并進行添加量的研究。

2.1.3 乳化劑的選擇

在微膠囊化粉末油脂中，分子蒸餾單甘酯(單甘酯，distilled molecular glyceride，DMG)是應用最廣泛的乳化劑[15]，常常與硬脂酰乳酸鈉或者雙乙酰酒石酸單雙甘油酯復配使用。單甘酯是食品工業需求量較大的一種多元醇脂肪酸酯類，其安全無毒，使用量不受限制[16]。基于前期生產和研發經驗，選擇2%單甘酯作為本研究中的基礎乳化劑?？紤]到攪打奶油粉的起泡性，另外選擇具有起泡性質的乳酸脂肪酸甘油酯(lactic and fatty acid esters of glycerol，LACTEM)和丙二醇脂肪酸酯(propylene glycol esters of fatty acid，PGME)進行添加量的研究。

2.1.4 穩定劑的確定

K2HPO4是乳狀液體系中常用的穩定劑，其偏堿性的緩沖效果可以保證蛋白質的穩定性及良好的乳化效果。依據經驗，選擇質量分數1%的K2HPO4添加到體系中。

基于上述研究，確定了攪打奶油粉的主體配方，如表3所示。且通過對主體配方進行初步實驗得知，酪朊酸鈉對口感沒有明顯的影響，但對攪打性能有影響；起泡性質乳化劑和膠體對攪打性能以及感官評價有重要影響。因此，本文著重對酪朊酸鈉的添加量、乳化劑添加量及復配以及膠體的選擇進行研究。

表3 主體配方的設計Table 3 Design of the main formula

2.2 攪打性能關鍵因素研究結果

2.2.1 酪朊酸鈉添加量的確定

根據主體配方，另添加6%LACTEM，不加膠體，考察酪朊酸鈉添加量對打發倍數的影響，結果如圖1所示。

由實驗結果可知，當不添加酪朊酸鈉時，制備過程中乳狀液乳化效果不好，均質過后料液變得較為濃稠，轉變為油包水結構，無法進行后續的噴霧干燥。

圖1 酪朊酸鈉添加量對打發倍數的影響Fig.1 Effect of adding quantity of sodium caseinate on the multiple of whipping

這是因為體系中親油性乳化劑：(DMS和LACTEM)添加量較大，而酪朊酸鈉作為親水性膠體可與親油乳化劑形成水油平衡[17]，不添加酪朊酸鈉破壞了水油平衡，導致乳狀液轉變為油包水的結構。隨著酪朊酸鈉添加量的增加，制備過程中的乳化液較為順滑，制備的攪打奶油粉打發倍數也逐漸增加，但到6%出現降低的趨勢?？赡茌^多的蛋白質阻礙了攪打過程中油滴的凝并，導致膨脹率下降[6]。酪朊酸鈉添加量對其他攪打性能性的影響見表4。

表4 酪朊酸鈉添加量對泡沫硬度及穩定性的影響Table 4 Effect of adding quantity of sodium caseinate on the foam hardness and stability

注：-表示無法測量；同行不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

根據實驗可知，當酪朊酸鈉添加量為0時，不能形成穩定的乳狀液，無法進行噴霧；當添加量<3%時，可以噴霧，攪打后有少許膨脹度，但泡沫硬度和穩定性相對較差，基本無法塑形。酪朊酸鈉添加量3%～6%時，泡沫硬度和穩定性逐漸增加，考慮到對攪打倍數的影響，綜合選定酪朊酸鈉添加量為5%。

2.2.2 乳化劑的確定

乳化劑在攪打奶油粉中發揮著兩方面的作用。一方面，制備時，噴霧干燥前需要形成穩定的水包油乳狀液，乳化劑通過在油水界面的吸附和定向排列等作用降低界面張力，從而保證噴霧干燥過程中水分揮發，水相界面收縮形成均勻致密的粉狀顆粒；另一方面，加水復原攪打過程中，乳化劑在界面上與吸附在界面上的蛋白質發生競爭吸附作用，達到降低界面膜的穩定性，促進脂肪球的部分聚結[18]。

根據主體配方，不添加膠體，DMG與LACTEM和PGME分別進行復配，根據試驗結果三者進行復配，單獨添加DMG為對照。由評價小組按照表1感官評價指標對制備的攪打奶油粉加水進行攪打后的產品進行感官評價，評價結果、打發倍數及硬度如表5所示。

根據實驗結果，單獨添加DMG，均質噴霧后可形成較干爽的粉末，但加水復原攪打后，沒有起泡性，打發倍數為1，對比其他實驗，說明攪打奶油粉必須添加具備起泡性質的乳化劑。

LACTEM單因素實驗結果表明，隨著LACTEM添加量的增加，攪打倍數、硬度和穩定性都在增加，這與KIM等的試驗結果一致[19]。但因為LACTEM顏色偏黃、酸性氣味較重，感官評價結果先增加后降低，當添加量超過6%時，在口中的油膩感較強，添加越多，油膩感持續時間也越長，因此初步確定LACTEM添加量在4%～6%。

PGME單因素實驗結果表明,隨著PGME添加量的增加，攪打倍數隨之增加，但硬度和穩定性呈現先升高后降低的趨勢。

表5 攪打奶油感官評價、打發倍數及硬度測試結果Table 5 Test result of Sensory evaluation, the multiple of whipping and hardness

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。

丙二醇脂肪酸酯具有良好的充氣作用[20]，攪打起泡效果非常明顯，但攪打倍數繼續升高，硬度和穩定性均有所降低?？诟蟹矫妫砑恿?.8%時口感最好，添加量1.0%時，評價得分降低。組織狀態過于蓬松，吃在口里較為空洞。初步確定PGME添加量在0.6%～0.8%。

乳化劑經過合理的復配，具有協同作用。經實驗，4%LACTEM與0.6%PGME復配后各方面表現均有所提高。選擇4%和5%LACTEM與0.6%和0.7% PGME進行復配實驗，確定乳化劑的配比為2%DMG、5%LACTEM和0.6%PGME。

2.2.3 膠體的確定

膠體作為穩定劑，在攪打產品中可以提高物系的黏度，攪打后可以較長時間保持良好形態[21]。但在微膠囊產品中，膠體使用不當可能會導致堵塞均質機、噴霧過程黏連塔壁或者產品漏油等現象，因此以均質過程、噴霧過程以及產品攪打后的指標為評價項目，考察膠體的影響。結果如表6所示。

表6 膠體對攪打奶油粉影響Table 6 Effect of the colloids on whipping cream

根據表6的結果顯示，添加0.2%CMC，料液在制備過程中黏度較大，必須降低固形物占料液中的含量(質量分數)，噴霧過程中也會產生黏連塔壁的現象，得粉率相對也少；添加0.2%卡拉膠，黏度有所增大，制備過程順暢；添加0.2%瓊脂，黏度僅稍微增大。隨著料液黏度降低，成品攪打倍數逐漸增高，硬度則依次降低。穩定性方面，添加卡拉膠效果最好，可能因為卡拉膠與酪蛋白形成的復合物可以很好改善酪蛋白對環境的敏感性，并且二者之間的交互作用可以增強乳化液連續相網狀結構的形成，在一定程度上使產品更加穩定[22]。添加瓊脂的產品穩定性相對也有較大幅度提高，添加CMC產品因為起泡性相對較差，穩定性也相對較差。

在口感方面，卡拉膠與瓊脂相比異味稍微明顯，添加CMC的攪打奶油粉因為起泡性差，硬度大，得分較低。綜合評定，最終添加0.2%瓊脂在攪打奶油粉里。

2.3 攪打奶油粉在手工冰淇淋粉中的應用

以35%代可可脂、5%無水奶油、2%DMG、5%LACTEM、0.6%PGME、5%酪朊酸鈉、1%K2HPO4、0.2% 瓊脂、46.2%葡萄糖漿(以干物質計算)作為配方，制備攪打奶油粉。根據配方可計算攪打奶油粉中蛋白質約為4.3%，脂肪含量約為40%，根據《GB 5009.3—2016 食品安全國家標準食品中水分的測定》測定產品水分含量為3%。

攪打奶油粉可直接加水攪打后成為裱花奶油應用在烘焙食品中，為了擴大其應用范圍，研究其在手工冰淇淋粉中的應用。參考《GB/T 20976—2007 軟冰淇淋預拌粉》[23]中的理化指標(如表7)進行配方設計，見表8。

表7 理化要求Table 7 Physicochemical requirements

注：加水調制后，應符合相應的產品理化指標要求；a黏度是指在總固形物為25%時，25 ℃下，老化15 min所測得的黏度。

根據計算，設計配方1手工冰淇淋粉的蛋白質9.6%，脂肪16%，總糖45%，設計配方1產品蛋白質7.72%，脂肪17.8%，總糖45%，設計配方3產品蛋白質8.15%，脂肪17.2%，總糖45%。測試后可知，

手工冰淇淋粉攪打后具有一定的充氣組織形態，添加量最少為14%，即設計配方1。而根據蛋白質含量最少7.7%的要求，全脂乳粉添加量最少27.4%可以滿足要求，即設計配方2。但全脂乳粉添加量為40%的時候，乳制品的油膩感較強，因此選擇全脂乳粉30%，攪打奶油粉24%，白糖45%，復配冰淇淋穩定劑為1%，即設計配方3。

2.4 手打冰淇淋與市售產品品質比較

配制成的手工冰淇淋粉加2倍水，利用打蛋器攪打2 min后，放置冰箱冷凍室，12 h后即成為軟冰淇淋。市售“品牌1冰淇淋粉”和“品牌2冰淇淋粉”加2倍水經過冰淇淋機制備成軟冰淇淋。根據標準檢測相關項目[12]，三者比較見表9。

表8 手工冰淇淋粉配方設計(數值為計算值)Table 8 Formula design of the manual ice cream powder (calculated value)

表9 自制手工冰淇淋與市售產品品質比較Table 9 Compare the manual ice cream with the products on the market

由表9可知，自制冰淇淋因為用打蛋器攪打膨脹，相對冰淇淋機的膨脹率稍高，總脂肪含量稍高，口感方面因為添加黃油和全脂乳粉，乳香味更加自然但不如品牌1冰淇淋添加乳味香精濃郁。品牌2冰淇淋售價較低，因此脂肪、蛋白含量較低，且香精味過重。組織狀態方面，三者入口均較細膩。自制冰淇淋攪打后冷凍也沒有冰晶，各方面表現均比較優秀。上述研究結果說明，本文中研究設計的攪打奶油粉可應用于手工冰淇淋粉，對攪打奶油的應用范圍拓展具有十分積極的意義。

3 結論

以代可可脂、無水奶油、乳化劑為油相，葡萄糖漿、酪朊酸鈉、K2HPO4以及膠體為水相，采用微膠囊技術噴霧干燥制備攪打奶油粉，較佳的工藝配方：代可可脂35%(占總固形物的質量分數，下同)、無水奶油5%、分子蒸餾單甘酯2%、乳酸脂肪酸甘油酯5%、丙二醇脂肪酸酯0.6%、酪朊酸鈉5%、K2HPO41%、瓊脂0.2%、葡萄糖漿(以固形物計)為46.2%。增加酪朊酸鈉添加量，可以提高攪打奶油粉的攪打性能，但添加量為6%時，打發倍數出現降低的趨勢?？赡茌^多的蛋白質阻礙了攪打過程中油滴的凝并，導致膨脹率下降。攪打奶油粉必須添加具備起泡性質的乳化劑，LACTEM和PGME具有較好的起泡性，但LACTEM添加較多時，產品顏色偏黃、酸性氣味較重，PGME添加較多時，產品的硬度和穩定性有所降低，二者復配具有較好的效果。添加瓊脂后，產品的穩定性進一步增強。噴霧干燥制備的攪打奶油粉水分含量為3%，復水攪打后，表面光亮，風味較好，乳香味誘人，組織細膩，無顆粒感，無油膩感。打發倍數達到3.3，泡沫硬度38.4 g，可穩定放置24 h以上無變化。

將攪打奶油粉應用于手工冰淇淋，產品配方為：全脂乳粉30%，攪打奶油粉24%，白糖45%，復配冰淇淋穩定劑為1%。加水攪打冷凍后，與市售冰淇淋粉經冰淇淋機制備的產品比較，組織狀態細膩潤滑，無冰晶，理化指標和感官方面表現均合格。