復配蛋白質添加量對黃油基攪打稀奶油穩定性及攪打性能的影響

袁佩佩，王文瓊，周吉陽，于倩，李健駒，顧瑞霞

(江蘇省乳品生物技術與安全控制重點實驗室(揚州大學)，江蘇 揚州，225127)

攪打稀奶油是一種脂肪含量為30%～40%，在攪打過程中會轉變為充氣泡沫結構的水包油型乳狀液[1]。攪打稀奶油乳濁液與普通的乳濁液不同點在于：在靜止的狀態下可以保持相對穩定，但在攪打時容易去穩定，形成一個由蛋白質和脂肪球部分聚結網絡共同穩定乳濁液和氣泡的結構[2]。蛋白質是組成攪打稀奶油的重要成分，其親水親油基團可以穩定稀奶油氣-液-油界面，起到穩定泡沫或乳濁液的作用，嚴重影響攪打稀奶油的特性。研究表明蛋白質與磷脂是組成脂肪球膜的主要成分，可以使脂肪球穩定地存在于乳中，可以減少脂肪聚合、絮凝等不良現象出現[3]。研究發現不同種類的乳蛋白的比例也會對攪打稀奶油的品質產生影響。單一添加一種蛋白質的效果并不理想，且酪蛋白和乳清蛋白的比例為2∶1時效果最佳[4]，蛋白質的增加會相應地增加攪打時間[5]，稀奶油乳狀液的黏度和攪打后稀奶油的穩定性也有所改善。

鮮牛奶作為原料生產攪打稀奶油產品時，產品的品質易受影響，且產品的標準化難度較大，成本較高。黃油在冷藏條件下保質期更長，適合遠距離運輸，脂肪含量較高，綜合各種因素[6]，使得以黃油作為攪打稀奶油奶油基質成為研發的熱點。本文以無鹽黃油和離心乳脂肪為原料生產攪打稀奶油，選擇酪蛋白和乳清蛋白復配，探究復合蛋白質添加量對攪打稀奶油乳液穩定性及攪打性能的影響，為以黃油為原料生產高品質攪打稀奶油奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

安佳黃油，恒天然商貿有限公司；食品級蔗糖酯SE1670，日本株式會社；食品級單雙混合脂肪酸甘油酯，上海欣融有限公司；食品級大豆卵磷脂，安慶市中創技術有限責任公司；食品級微晶纖維素，曲阜市天利藥用輔料有限公司；食品級羧甲基纖維素鈉,上海長光企業發展有限公司；食品級酪蛋白，河南萬邦實業有限公司；食品級乳清蛋白粉，上海昊岳食品科技有限公司；食品級磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉，山東齊魯生物科技樣品店；金龍魚玉米胚芽油，益海嘉里食品營銷有限公司；油紅O(分析純)，生工生物工程股份有限公司。

1.2 儀器與設備

Mastersizer 3000馬爾文激光粒度分析儀、Malvern Kinexus Pro旋轉流變儀，英國馬爾文儀器有限公司；H2500R-2高速冷凍離心機，長沙湘儀離心機儀器有限公司；JHG系列實驗用高壓均質機，上海融合機械設備有限公司；SW22恒溫水浴鍋，北京優萊博技術有限公司；ELX800酶標儀，美國寶特公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 攪打稀奶油制備條件

在60 ℃條件下，將復配蛋白質添加到水相中充分攪拌，將復合添加劑添加到水相中，將水相進行完全溶解。將黃油融化后得油相，將油相進行充分分散，將水相與油相充分混合，高速持續剪切5 min，然后攪拌乳化30 min，將乳化好的乳濁液在10 MPa的壓力下進行均質，產品經過滅菌后放入4 ℃條件下老化即得黃油基攪打稀奶油產品。

1.3.2 攪打時間的測定

將呈液態的稀奶油在4 ℃條件下預冷，將200 g攪打稀奶油加入攪打缸中進行攪打，記錄從攪打開始到可以形成堅挺的錐形狀態所需的時間。

1.3.3 攪打起泡率的測定

將200 g呈液態的攪打奶油在4 ℃條件下預冷過后加入冷卻過的玻璃缸中，使用打蛋器在150 r/min條件下進行攪打，將攪打奶油填充到25 mL鋁盤中，直到容器完全被樣品攤鋪，避免氣泡，表面用刮刀修整光滑。攪打起泡率按照公式(1)計算[7]：

(1)

式中：m1，同體積黃油基攪打稀奶油乳濁液的質量，g；m2，同體積黃油基攪打稀奶油泡沫的質量，g。

1.3.4 脂肪部分聚結率的測定

將0.005 g油紅O色素加入500 g玉米油中，在室溫下緩慢攪拌13 h使其充分溶解。稱取攪打稀奶油(未攪打或攪打)樣品15 g，油紅O色素溶液5 g，混合均勻，在10 000 r/min的條件下離心30 min，取上層紅色油液加入酶標板，在520 nm條件下測定吸光度值。聚結率按照公式(2)計算[8]：

(2)

式中：Φd，脂肪部分聚結率,%；Φ，乳濁液中脂肪質量分數；m0，油紅O色素溶液的質量，g；me，乳濁液質量，g；A1，油紅O色素溶液離心前的吸光值；A2，油紅O色素溶液離心后的吸光值；a為A1與A2的比值。

1.3.5 粒徑的測定

使用Mastersizer 3000納米激光粒度儀測定攪打稀奶油的粒徑分布。去離子水作分散相，將稀奶油乳濁液按照1∶1 000的比例稀釋，然后進行粒徑分布的測定。其中樣品的折射率和吸收率分別設為1.462和0.001，連續相的折射率設為1.330。每個樣品進行3次測試，以平均值±標準偏差表示[9]。

1.3.6 表觀黏度的測定

采用Kinexus Pro旋轉流變儀，選用CP4/40轉子測定稀奶油乳濁液的表觀黏度隨剪切速率的變化，測試溫度為4 ℃，每次取樣品2 mL，剪切速率為0.01～100 s-1，剪切速率呈線性遞增[10]。

1.3.7 攪打稀奶油穩定性的測定

稱取30 g攪打好的奶油泡沫置于銅絲網格上，然后將其置于25 ℃的培養箱中2 h。泡沫穩定性按照公式(3)計算[11]：

(3)

2 結果與分析

2.1 復配蛋白質添加量對黃油基攪打稀奶油攪打時間的影響

單一添加一種蛋白質的效果并不理想，且酪蛋白與乳清蛋白的質量比為2∶1時效果最佳[4]，因此本研究選擇酪蛋白和乳清蛋白復配，酪蛋白和乳清蛋白質量比為2∶1。設置復配蛋白質的添加量為0%、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%、1.8%、2.1%(均為質量分數，后同)。

攪打時間是評價攪打稀奶油攪打性能的有效指標[12]，復配蛋白質添加量對稀奶油的攪打性能的影響如圖1所示。隨著復配蛋白質添加量的增加，攪打時間呈先縮短后延長趨勢。復配蛋白質用量在0%～0.9%時，隨著復配蛋白質添加量的增加，攪打時間由314 s逐漸縮短至277 s，當復配蛋白質的添加量為0.9%時，攪打時間最短為277 s。同時，研究發現攪打時間的長短和界面脂肪部分聚結速率有關[13]。隨著復配蛋白質添加量的增加，攪打稀奶油乳濁液的脂肪部分聚結率逐漸增大，故攪打時間不斷縮短。當復配蛋白質添加量為0.9%時，稀奶油乳濁液粒徑較小，脂肪球數量增多，脂肪球更容易刺破界面膜導致脂肪球之間聚結，縮短攪打時間。當復配蛋白質的含量繼續增加時攪打時間開始延長，這主要是由于蛋白質含量的增加增大了體系的黏度，導致氣泡難以進入稀奶油體系，以至于奶油難以包裹住氣泡，導致攪打時間的延長[14]。

圖1 蛋白質添加量對攪打稀奶油乳液攪打時間的影響Fig.1 Effect of protein concentration on whipping time of the butter based whipping cream emulsion 注：小寫字母不同表示樣品的攪打時間差異顯著(P<0.05)

2.2 復配蛋白質添加量對黃油基攪打稀奶油攪打起泡率的影響

攪打起泡率是評價乳液包裹氣泡能力的有效手段。復配蛋白質添加量對稀奶油的攪打起泡率的影響如圖2所示。當復配蛋白質用量為0.3%時，攪打起泡率最大，達到235.25%，這是由于當復配蛋白質用量為0.3%時乳液的表觀黏度較小，氣泡更容易進入攪打稀奶油體系，且此時脂肪部分聚結率較大，故攪打起泡率較高。當復配蛋白質添加量為0.6%～1.2%時，攪打起泡率隨復配蛋白質添加量的增加而由194%增加至203%。當復配蛋白質用量為0.6%～1.2%，攪打稀奶油粒徑不斷減小，脂肪球數量增多，脂肪球之間更容易發生聚結，故攪打起泡率不斷增加。

圖2 蛋白質添加量對攪打稀奶油乳液攪打起泡率的影響Fig.2 Effect of protein concentration on overrun of the butter based whipping cream emulsion

當復配蛋白質添加量大于1.2%時，攪打氣泡率開始降低，主要是由于復配蛋白添加量的增加導致體系表觀黏度增加，攪打過程中空氣難以快速充入。攪打起泡率還和脂肪部分聚結率有關，可以看出當復配蛋白添加量為1.2%～1.5%，脂肪部分聚結率開始降低。脂肪部分聚結率的減少，形成的界面膜不足以穩定氣泡，故攪打起泡率不斷降低。當復配蛋白質的添加量超過1.5%時，攪打時間明顯延長，攪打起泡率明顯降低，且表觀黏度太大，以至于影響加工過程。故將復配蛋白質的添加量控制在0.3%～1.5%。

2.3 復配蛋白質添加量對黃油基攪打稀奶油脂肪部分聚結率的影響

脂肪的部分聚結在攪打稀奶油的穩定性和所需要的性質方面起到了重要的作用，復配蛋白質添加量對攪打過程脂肪部分聚結率的影響如圖3所示。攪打稀奶油乳液未攪打時，復配蛋白質添加量在0%～1.5%時，隨著復配蛋白質添加量的增加，攪打稀奶油乳液的脂肪部分聚結率呈現先降低后升高的趨勢。

圖3 蛋白質添加量對攪打稀奶油乳液脂肪聚結率的影響Fig.3 Effect of protein concentration on partial coaescence rate of the butter based whipped cream emulsion

當復配蛋白質的添加量由0%增加到1.2%時，脂肪部分聚結率由16.71%逐漸減小至5.46%，在乳液均質的過程中，蛋白質迅速地從連續相吸附到新形成的小油滴表面上[15]，脂肪球界面的蛋白質經過吸附不斷增加。界面蛋白通過空間位阻和靜電排斥作用來穩定和分散脂肪球，從而阻止液滴間的重新聚結，導致脂肪部分聚結率不斷降低[16]。當復配蛋白質添加量由1.2%增加到1.5%時，脂肪部分聚結率由5.46%增加至8.26%，脂肪球膜上吸附的界面蛋白趨于飽和，繼續增加蛋白含量，更多的蛋白質發生競爭吸附逐漸解吸到液相中，從而增大了界面的不穩定性，致使脂肪球發生排斥絮凝，而導致部分聚結率增加。

攪打稀奶油中的脂肪部分聚結率越高，奶油的泡沫穩定性就越好，而過快的增加聚結率也許會導致奶油泡沫穩定性變差。因此，較高品質的攪打稀奶油需要適度的脂肪聚結。在攪打過程中，脂肪部分聚結率隨著攪打時間的延長而增加，這可能是因為在攪打時，隨著攪打時間的延長脂肪球之間的界面膜被脂肪結晶刺破，引起脂肪球的部分聚結，增大脂肪聚結率。隨著攪打的進行，更多的界面蛋白與乳化劑展開競爭吸附，界面穩定性下降，致使脂肪聚結速率加快。

2.4 復配蛋白質添加量對黃油基攪打稀奶油粒徑的影響

粒徑是評價乳狀液性能的重要指標，粒徑大小和粒徑分布可以直接影響乳狀液的穩定性，在不考慮其他評價指標的情況下，產品的粒徑越小，其穩定性越好。

復配蛋白質的添加量對黃油基攪打稀奶油粒徑的影響如圖4所示。由圖4可知，當復配蛋白質的添加量在0%～0.6%時，黃油基攪打稀奶油乳濁液的粒徑隨著復配蛋白質添加量的增大而增加，這可能是因為當復配蛋白質添加量在0%～0.6%時，復配蛋白質和乳化劑在攪打稀奶油油水界面產生競爭吸附，使得脂肪球界面穩定性下降，脂肪球容易重新聚合，使粒徑增大。當復配蛋白質的添加量>0.9%時，淡奶油粒徑變小，這可能是由于隨著蛋白質的加入，界面蛋白濃度增加，界面更穩定，阻止了脂肪球的部分聚結，脂肪部分聚結率降低，乳液脂肪球粒徑不斷變小。

圖4 蛋白質添加量對稀奶油乳液粒徑的影響Fig.4 Effect of protein concentration on particle size distribution of the butter based whipping cream emulsion

2.5 復配蛋白質添加量對黃油基攪打稀奶油表觀黏度的影響

乳液的流動特性對其物理穩定性至關重要，剪切速率的變化而引起的黏度變化揭示了攪打充氣過程中脂肪球的聚集以及在某些剪切條件下的易脆性[17],為了更好地表征乳液的物理狀態，用旋轉流變儀檢測乳液在不同剪切速率下的黏度。

蛋白質用量對乳液表觀黏度的影響如圖5所示。由圖5可知在4 ℃時，所有樣品的表觀黏度隨著剪切速率的增加而降低，表現為剪切稀化。所有樣品都顯示出一種假塑性流動模式，即非線性變化的剪切[14]。當剪切速率由0.01 s-1增加到100 s-1時，黃油基攪打稀奶油乳濁液的黏度隨復配蛋白質添加量的增加而增大。乳濁液的表觀黏度和脂肪球的粒徑有關系，當脂肪球粒徑小時，液滴間的流動阻力增大，表觀黏度會不斷增大[18]。乳濁液的黏度越高，阻力越大，脂肪球的遷移率就會下降，從而減少脂肪球相互碰撞的幾率，即可以減少由于脂肪球聚集而產生的分層失穩現象[19]。

圖5 蛋白質添加量對黃油基攪打稀奶油乳液表觀黏度 的影響Fig.5 Effect of protein concentration on apparent viscosity of the butter based emulsion emulsion

2.6 復配蛋白質添加量對黃油基攪打稀奶油泡沫穩定性的影響

蛋白質添加量對泡沫穩定性的影響很大，由圖6可以看出，隨著復配蛋白添加量的增加，泡沫穩定性呈現逐漸升高并趨于穩定的趨勢。但在復配蛋白量為0.3%時，泡沫穩定性達到最低值，僅為80.31%，這是由于攪打起泡率達到最大限度，氣泡容易破裂，乳液析出率最大，泡沫穩定性略有降低。復配蛋白質添加量為0.3%～0.9%時，泡沫穩定性隨著復配蛋白質添加量的增加由80.31%增加到95.86%，呈現逐漸增加的趨勢。當復配蛋白質添加量為0.9%～1.2%時，泡沫穩定性在95.86%～97.03%，較穩定。

圖6 蛋白質添加量對黃油基攪打稀奶油泡沫穩定性的影響Fig.6 Effect of protein concentration on foam stability of the butter based whipped cream

泡沫不穩定的原因主要是氣泡的聚合、泡沫結構的水析及氣體的擴散[20]。泡沫穩定性一方面與液相的流變性質和界面膜黏彈性有關，另一方面受脂肪部分聚結程度的影響。隨復配蛋白質添加量的增加，黃油基攪打稀奶油液相中的固形物增多，表觀黏度增大，抗水析的能力提高[21]。攪打稀奶油中的氣泡主要由脂肪部分聚結形成的脂肪球膜穩定，在室溫放置時，復配蛋白質添加量低，脂肪部分聚結率較高，更容易刺破氣泡間的界面膜，故泡沫穩定性較差。當復配蛋白質添加量為0.9%～1.2%時，泡沫穩定性達到穩定狀態。

3 結論

本文通過研究復配蛋白質添加量對以黃油為基質的攪打稀奶油的乳液穩定性質和攪打性能的影響，發現復配蛋白質添加量為0.9%～1.2%時，乳液的穩定性較高，主要表現為脂肪部分聚結率較低，脂肪球粒徑較小。在此范圍內，乳液的攪打時間較短，攪打起泡率和泡沫穩定性較好；當復配蛋白質添加量在1.2%～1.5%時，乳液穩定性提高，黃油基攪打稀奶油的脂肪部分聚結率較低，但表觀黏度較大，攪打起泡率降低，攪打性能變差。復配蛋白質添加量為0.3%～0.6%時，乳液的粒徑較大，乳液穩定性較差，攪打起泡后泡沫的穩定性也較差。在實際生產應用中既要滿足攪打性能好，又要保證泡沫穩定性高，故復配蛋白質添加量控制在0.9%～1.2%較適宜。研究結果為生產品質較好、成本較低的黃油基攪打稀奶油提供了理論指導。