基于LUMiSizer分析椰果酸性乳飲料穩(wěn)定性

馮偉,秦禹,黃銀,趙慧娟,余長發(fā),王濤,張昊,王韌*

1(江南大學,糧食發(fā)酵工藝與技術(shù)國家工程實驗室,江蘇 無錫,214122) 2(江南大學 食品學院,江蘇 無錫,214122) 3(福建省泉州喜多多食品有限公司,福建 泉州,362000)

果粒酸性乳飲料風味獨特、品種繁多,深受消費者的青睞,例如蒙牛真果粒、美汁源果粒奶優(yōu)等。但目前市售產(chǎn)品多以小顆粒果肉為主,鮮有大果粒產(chǎn)品。此外,市售常溫酸性乳飲料多以復合紙質(zhì)或聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)塑料瓶包裝,保質(zhì)期較短(6～9個月)。因此,研發(fā)長保質(zhì)期大果粒酸性乳飲料可以滿足消費者多樣化的需求,產(chǎn)品市場前景廣闊。

解決加工及貯藏過程中蛋白沉淀、乳清析出和脂肪分層等問題,是酸性乳飲料研發(fā)的關鍵[1-2]。研究表明,添加緩沖鹽可以有效降低酸性乳飲料中游離態(tài)的鈣離子,減少其與蛋白質(zhì)的結(jié)合,進而提升產(chǎn)品穩(wěn)定性[3-4]。添加穩(wěn)定劑,例如羧甲基纖維素鈉(carboxymethylcellulose sodium,CMC),可以維持牛乳中酪蛋白膠束的分散狀態(tài),進而減少產(chǎn)品沉淀和分層現(xiàn)象的產(chǎn)生[1,5-6]。此外,各種乳化劑,例如單甘酯、丙二醇酯、蔗糖脂肪酸酯等,也常被用來提升產(chǎn)品的乳化穩(wěn)定性,防止儲藏過程中脂肪上浮形成油圈[7]。

酸性乳飲料的穩(wěn)定性分析常采用離心法。德國全功能穩(wěn)定性分析儀LUMiSizer就是利用粒子移動受重力或離心力驅(qū)使的原理并結(jié)合光學近紅外檢測理論,以微處理控制的光譜離心機快速表征沉降、漂浮或凝聚等分離現(xiàn)象,并通過連續(xù)記錄樣品透光率的動態(tài)變化來表征液體的穩(wěn)定程度[8-9]。該儀器能快速模擬乳化體系的貨架穩(wěn)定性[9-11],具有操作簡便、重復性好等特點。

本文借助LUMiSizer穩(wěn)定性分析儀,對影響產(chǎn)品穩(wěn)定性的穩(wěn)定劑、緩沖鹽和乳化劑配方進行優(yōu)化,以期開發(fā)出一款長保質(zhì)期大果粒酸性乳飲料罐頭產(chǎn)品。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

新西蘭全脂乳粉、脫脂乳粉,恒天然商貿(mào)(上海)有限公司；白砂糖,中糧糖業(yè)有限公司；食品級FL100型、FH9型、FVH9-I型、FVH9-II型CMC,常熟威怡科技有限公司；食品級蔗糖脂肪酸酯(HLB值15)、單硬脂酸甘油酯(HLB值5),上海欣融食品原料有限公司；三聚磷酸鈉,山東豐泰化工有限公司；檸檬酸鈉,濰坊英軒實業(yè)有限公司；1.5 cm3規(guī)格大椰果粒,泉州喜多多食品有限公司。

1.2 儀器與設備

LUMiSizer穩(wěn)定性分析儀,羅姆(江蘇)儀器有限公司；GYB60-6S高壓均質(zhì)機,上海東華高壓均質(zhì)機廠；AX2202ZH/E電子天平,奧豪斯儀器(常州)有限公司；NDJ-8S數(shù)字式黏度計,德卡精密量儀(深圳)有限公司；WB2000-M數(shù)顯式攪拌器,艾卡(廣州)儀器設備有限公司。

1.3 工藝流程與操作要點

1.3.1 罐裝酸性乳飲料制備工藝流程

罐裝大果粒酸性乳飲料的制備工藝流程如圖1所示。

圖1 罐裝調(diào)配型大果粒酸性乳飲料制備工藝流程圖Fig.1 The process flow diagram of canned milk beverage with nata-de-coco

1.3.2 罐裝酸性乳飲料制備操作要點

主要分為溶粉、溶膠、調(diào)酸以及滅菌過程。溶粉：將乳粉投入55 ℃熱水中攪拌均勻,靜置水合30 min以上備用；溶膠：將白砂糖與CMC、乳化劑混勻后,投入65 ℃熱水中攪拌溶解至均勻無顆粒,再冷卻備用；調(diào)酸：將緩沖鹽與酸液提前混勻溶解完全后再緩慢加入混合體系中；殺菌：提前將湯汁升溫至98 ℃,保溫50 min后再灌裝封蓋,沸水殺菌60 min,最后冷卻至35 ℃以下。

1.4 實驗方法

1.4.1 椰果酸性乳飲料穩(wěn)定性測定

采用LUMiSizer穩(wěn)定性分析儀測定樣品穩(wěn)定性。取乳液約1.8 mL注射進光徑為2 mm的聚碳酸酯(polycarbonate,PC)材質(zhì)試管底部,平放至儀器中。儀器參數(shù)設置如下：掃描光頻865 nm,離心轉(zhuǎn)速4 000 r/min,掃描光強1倍,溫度25 ℃,掃描間隔30 s/次,掃描次數(shù)510次,掃描時間4.25 h。測定結(jié)果表示為不穩(wěn)定系數(shù)和澄清圖譜,不穩(wěn)定系數(shù)越低,說明穩(wěn)定性越好,貨架期越長[10]。

1.4.2 穩(wěn)定劑CMC篩選實驗

以不穩(wěn)定系數(shù)和黏度為指標,研究不同CMC型號(FL100,FH9,FVH9-Ⅰ,FVH9-Ⅱ)和添加量(0.4%～0.8%,質(zhì)量分數(shù))對產(chǎn)品穩(wěn)定性及黏度的影響,確定CMC的型號及最佳添加量。

1.4.3 緩沖鹽篩選實驗

以不穩(wěn)定系數(shù)為指標,在相同CMC添加量的基礎上,添加三聚磷酸鈉和檸檬酸鈉,研究單一緩沖鹽用量及2種緩沖鹽的復配比例對產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響,確定緩沖鹽的最佳添加量及復配比例。

1.4.4 乳化劑篩選實驗

以不穩(wěn)定系數(shù)為指標,在相同CMC、緩沖鹽添加量的基礎上,添加單甘脂和蔗糖脂肪酸酯,在總?cè)榛瘎┨砑恿繛?.1%的條件下,研究2種乳化劑復配比例對產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響,確定乳化劑的復配比例。

1.4.5 產(chǎn)品穩(wěn)定性觀察

根據(jù)優(yōu)化后的配方制作椰果酸性乳飲料,并將產(chǎn)品在常溫條件下靜置存放12個月,定期觀察產(chǎn)品析水、沉淀情況。

1.4.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)以平均值±標準差表示,采用SPSS 21.0對平均值進行單因素ANOVA分析,P<0.05差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 市售酸性乳飲料的穩(wěn)定性和黏度分析

選取4款具有代表性的市售酸性乳飲料,分別為伊利優(yōu)酸乳、小洋人妙戀、娃哈哈營養(yǎng)快線和蒙牛酸酸乳,進行穩(wěn)定性和黏度分析,結(jié)果如圖2所示。市售4款酸性乳飲料產(chǎn)品的不穩(wěn)定系數(shù)均<0.1,黏度為20～30 mPa·S,娃哈哈營養(yǎng)快線產(chǎn)品的黏度最高,為27.4 mPa·S。

圖2 四種市售酸性乳飲料產(chǎn)品的不穩(wěn)定系數(shù)與黏度Fig.2 The instability index and viscosity of four commercial products

2.2 穩(wěn)定劑CMC的篩選

采用4款不同型號CMC(黏度和取代度見表1)制作椰果酸性乳飲料,CMC的添加量為0.4%～0.8%,測得產(chǎn)品的不穩(wěn)定系數(shù)和黏度如圖3所示。

表1 四款市售CMC的黏度Table 1 The viscosity of commercial CMC stabilizers

由圖3-a可知,隨著CMC添加量的增加,產(chǎn)品不穩(wěn)定系數(shù)顯著降低(P<0.05),表明產(chǎn)品穩(wěn)定性越來越高。當FH9添加量為0.7%～0.8%、FVH9-Ⅰ添加量為0.6%～0.8%、FVH9-Ⅱ添加量為0.5%～0.8%時,產(chǎn)品的不穩(wěn)定系數(shù)均<0.1；但是FL100在所考察的添加量下,不穩(wěn)定系數(shù)均>0.1。在相同添加量條件下,不同型號CMC制備的產(chǎn)品的不穩(wěn)定系數(shù)具有顯著差異,FVH9-Ⅱ具有最小的不穩(wěn)定系數(shù),這可能與CMC的黏度有關,FVH9-Ⅱ的黏度最高(表1),相同添加量下,對應產(chǎn)品的黏度也較高(圖3-b),所以產(chǎn)品穩(wěn)定性最好。李靜[12]采用不同黏度CMC制作酸性乳飲料,發(fā)現(xiàn)黏度越高,產(chǎn)品的沉降速率越低,產(chǎn)品穩(wěn)定性越好,與本文研究結(jié)果相一致。

a-不穩(wěn)定系數(shù)；b-黏度圖3 不同型號CMC及添加量對椰果酸性乳飲料產(chǎn)品穩(wěn)定性和黏度的影響Fig.3 The effect of CMC on stability and viscosity of acidic milk beverage with nata-de-coco注：小寫字母代表同一系列下具有顯著性差異(P<0.05),大寫字母代表不同系列間具有顯著性差異(P<0.05)

考慮到具有一定的口感稠厚度是酸性乳飲料產(chǎn)品的重要特征,同時結(jié)合前文分析的市售酸性乳飲料產(chǎn)品黏度分布區(qū)間(20～30 mPa·S),因此本文選擇0.5%添加量的FVH9-Ⅱ型號CMC作為穩(wěn)定劑,進行后續(xù)的優(yōu)化研究。

2.3 緩沖鹽的篩選

在添加0.5% FVH9-Ⅱ型號CMC的基礎上,分別添加三聚磷酸鈉和檸檬酸鈉緩沖鹽制作椰果酸性乳飲料,產(chǎn)品的不穩(wěn)定系數(shù)如圖4-a所示。隨著2種緩沖鹽質(zhì)量分數(shù)的增加,產(chǎn)品不穩(wěn)定性系數(shù)均呈現(xiàn)出先減小后增加的趨勢。李黨國和田芬等[13-14]的研究表明,三聚磷酸鈉與檸檬酸鈉作為鈣螯合鹽均可以提高酸性乳飲料的穩(wěn)定性,但添加量過高會破壞體系穩(wěn)定性,與本文研究結(jié)果相一致。此外,三聚磷酸鈉對產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響要顯著大于檸檬酸鈉,當三聚磷酸鈉添加量為0.02%時,產(chǎn)品的不穩(wěn)定系數(shù)達到最小值(0.046),而檸檬酸鈉添加量為0.02%～0.04%時,產(chǎn)品的不穩(wěn)定系數(shù)變化差異不顯著,因此初步確定緩沖鹽的添加量為0.02%。

a-單一緩沖鹽；b-復配緩沖鹽圖4 單一和復配緩沖鹽對酸性乳飲料產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響Fig.4 The effect of the single and compound buffer salts on stability of acidic milk beverage

研究表明,不同緩沖鹽復配更有利于提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性[14-16]。因此,在總添加量為0.02%的條件下,將三聚磷酸鈉與檸檬酸鈉分別以6∶0、5∶1、4∶2、3∶3、2∶4、1∶5、0∶6(質(zhì)量分數(shù))進行復配,制得產(chǎn)品的不穩(wěn)定系數(shù)如圖4-b所示。當三聚磷酸鈉與檸檬酸鈉的復配比為2∶4時,產(chǎn)品不穩(wěn)定性系數(shù)最小,為0.035。這可能與緩沖鹽復配后的螯合能力有關[14-16],在該比例下具有較強的鈣離子螯合能力,更有利于體系的穩(wěn)定。因此本文選擇0.02%添加量的三聚磷酸鈉/檸檬酸鈉(2∶4)復配緩沖鹽,進行后續(xù)的優(yōu)化研究。

2.4 乳化劑的篩選

在添加0.5% FVH9-Ⅱ型號CMC及0.02%復配緩沖鹽(三聚磷酸鈉∶檸檬酸鈉=2∶4)的基礎上,添加0.1%的復配乳化劑(蔗糖脂肪酸酯/單甘脂)制作椰果酸性乳飲料,2種乳化劑的復配比分別為5∶0、4∶1、3∶2、2∶3、1∶4、0∶5(質(zhì)量分數(shù)),即親水疏水平衡值(hydrophile-lipophile balance number,HLB)為5～15時,產(chǎn)品的不穩(wěn)定系數(shù)如圖5所示。乳化劑復配比對產(chǎn)品的不穩(wěn)定系數(shù)影響顯著,當蔗糖脂肪酸酯/單甘脂的復配比為1∶4時,產(chǎn)品的不穩(wěn)定系數(shù)達到最低值,為0.023,表明此時產(chǎn)品穩(wěn)定性最好。乳飲料作為水包油型(O/W)乳化體系,通常認為適合的乳化劑HLB值在8～10[17]。本研究,2種乳化劑按1∶4復配后,其HLB值為7,稍微偏低。雖然單甘脂自身HLB值(3～5)較低,是一種油包水型乳化劑,但其以水合物形式存在于分散相中,可以起到水包油型乳化劑的作用,具有一種較高的虛假HLB值[18]。李羅飛等[19]也發(fā)現(xiàn),當蔗糖酯與單甘脂復配乳化劑的HLB值介于4.20～10.68時,紅樹莓調(diào)配型酸性乳飲料均具有較好的乳化穩(wěn)定性。

圖5 乳化劑不同復配比例對酸性乳飲料產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響Fig.5 The effect of the compound emulsifiers in different ratio on stability of acidic milk beverage

2.5 優(yōu)化配方的驗證試驗

綜上所述,優(yōu)化后的椰果酸性乳飲料復配穩(wěn)定劑

配方如下：0.5% FVH9-Ⅱ型號CMC、0.02%復配緩沖鹽(三聚磷酸鈉/檸檬酸鈉=2∶4)以及0.1%復配乳化劑(蔗糖脂肪酸酯/單甘脂=1∶4)。在此條件下制備椰果酸性乳飲料,測定LUM圖譜,結(jié)果如圖6所示。在108～130 mm位置(樣品管裝樣高度到樣品管底部),綠色區(qū)域代表酪蛋白膠束的沉降,紅色區(qū)域代表脂肪上浮,可見使用該優(yōu)化配方制作的椰果酸性乳飲料產(chǎn)品(圖6-b)體系均勻,沉淀量與透光率(脂肪上浮)均不明顯,產(chǎn)品穩(wěn)定性好,且整體優(yōu)于市售優(yōu)酸乳樣品(圖6-a)。

a-市售優(yōu)酸乳產(chǎn)品；b-椰果酸性乳飲料樣品圖6 市售產(chǎn)品和優(yōu)化后的椰果酸性乳飲料樣品的LUM圖譜Fig.6 The LUM fingerprints of the commercial products and acidic milk beverage with nata-de-coco

2.6 儲藏穩(wěn)定性

將在優(yōu)化條件下制備的椰果酸性乳飲料產(chǎn)品放置在室溫下儲藏1年,定期觀察樣品的浮油、析水和沉淀情況,結(jié)果如圖7所示。在12個月的貨架期內(nèi),產(chǎn)品無明顯沉淀,僅出現(xiàn)輕微的脂肪上浮現(xiàn)象,整體穩(wěn)定性良好。

圖7 常溫放置不同時間的椰果酸性乳飲料樣品Fig.7 The acidic milk beverage with nata-de-coco stored at normal temperature for different times

3 結(jié)論

本文利用LUMiSizer穩(wěn)定性分析儀對大果粒椰果酸性乳飲料罐頭產(chǎn)品的穩(wěn)定性配方進行了優(yōu)化,獲得優(yōu)化配方如下：0.5% FVH9-Ⅱ型號CMC,0.02%復配緩沖鹽[m(三聚磷酸鈉)∶m(檸檬酸鈉)=2∶4]以及0.1%的復配乳化劑(蔗糖脂肪酸酯∶單甘脂=1∶4)。采用該配方制備的椰果酸性乳飲料產(chǎn)品在12個月貨架期內(nèi)穩(wěn)定性較好,可以滿足酸性乳飲料罐頭產(chǎn)品長保質(zhì)期的需求。本研究可為酸性乳飲料產(chǎn)品穩(wěn)定性配方的開發(fā)提供借鑒參考。