果膠和可溶性大豆多糖在酸性乳飲料中的應用

薛玉清，李文強，胡佳麒，阮葉萍，歐凱，李言郡，馮玉紅

（杭州娃哈哈集團有限公司，浙江省食品生物工程重點實驗室，杭州 310018）

0 引言

酸性乳飲料由于清爽的口感、豐富的營養和獨特的風味備受廣大消費者喜愛。但酸性乳飲料pH值低于酪蛋白等電點，使酪蛋白膠束間靜電排斥作用減弱導致體系失穩。為保護酪蛋白防其聚集沉淀提高酸性乳飲料的穩定性，通常要添加穩定劑[1]。酸性體系常用穩定劑有果膠（Pectin）、羧甲基纖維素鈉（CMC）、黃原膠、瓊脂、可溶性大豆多糖（SSPS）等，CMC、黃原膠和瓊脂會增加產品黏度，嚴重影響口感；果膠耐熱性能有限，單獨使用有較大風險，且用量高時成本口感均無法接受；而大豆多糖恰好具備黏度低、熱穩定性好等特點[2-3]，所以果膠復配大豆多糖在此類飲料中較為適用。

本文通過優化調配型酸乳飲料的加工工藝，明確果膠和SSPS在酸性乳飲料中的最佳應用條件，從而提高酸乳飲料的整體穩定性[4]。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

pH計、分析天平,瑞士Mettler-Toledo公司;均質機,德國APV公司;離心機,德國Eppendorf公司;Mastersizer 2000粒度分析儀,瑞士萬通公司;Turbiscan穩定性分析儀,法國Formulaction公司；LumiSizer-651穩定性分析儀,羅姆常州儀器有限公司；黏度儀LVDV-3T/8738511，美國博勒飛公司。

脫脂奶粉，新西蘭恒天然公司；可溶性大豆多糖，日本不二富吉有限公司；白砂糖，北京糖業有限公司；檸檬酸、檸檬酸鈉(分析純），上海國藥集團；果膠（食品級），市售。

1.2 方法

1.2.1 調酸型乳飲料的工藝流程

脫脂粉3%+果膠0.4%+大豆多糖0.3%+白砂糖6%+檸檬酸鈉0.3%+超純水→原料混合→冷卻至調酸溫度→調酸→定容→均質→殺菌→灌裝

操作要點：（1）配料：將脫脂粉溶于55℃超純水中，并水合30 min；將果膠和白砂糖溶于65℃超純水中，冷卻待用；將大豆多糖溶解于80℃超純水中，冷卻后與其他原料混合；（2）調酸：將料液溫度冷卻至20℃，用30%檸檬酸溶液調整pH值至3.8；（3）均質：均質壓力為25 MPa；（4）殺菌：殺菌溫度為95℃，時間為10 min，熱灌。成品蛋白含量不低于0.8%

1.2.2 復配比例、pH值對乳飲料穩定性的影響

調整料液中果膠與大豆多糖濃度和復配比例，用不同用量檸檬酸和檸檬酸鈉調整最終產品pH值，對產品進行Lumisizer穩定性掃描、離心沉淀率和粒度分布測定。

1.2.3 配料順序和均質工藝對穩定性的影響

先添加果膠，剪切5 min后加入SSPS，20℃調酸均質；先添加SSPS，剪切5 min后加入果膠，20℃調酸均質；先添加SSPS，20℃進行調酸均質后，再添加果膠；果膠和SSPS混合添加后20℃再進行調酸再均質，均質壓力為25 MPa。測定產品的離心沉淀率、平均粒度分布并進行穩定性掃描。

1.2.4 離心沉淀率測定

取40 mL離心管，稱取管重為W1，稱取一定量樣品W2，放入離心機在3 000 r/min，20℃條件下離心15 min，去除上層液體，倒置15 min后稱其質量為W3。離心沉淀率=(W3-W1)/W2×100%。離心3次取平均值[5]。

1.2.5 平均粒度大小測定

取樣品用Mastersizer 2000粒度分析儀測定樣品中粒子大小分布情況，樣品用去離子水按1∶1 000（質量比）稀釋后，根據文獻設定相關操作參數，溫度為25℃；泵速為2 200 r/min；顆粒折射率為1.52；顆粒吸收率為0.1；分散劑為水；分散劑折射率為2.33[6]。

1.2.6 Lumisizer穩定性掃描

用Lumisizer穩定分析儀進行穩定性分析，儀器參數設置：溫度為(25±0.5)℃，轉速為4 000 r/min；連續性掃描程序：每5 s掃描1次，連續掃描500條譜線。

1.2.7 穩定性掃描

用Turbiscan Lab穩定分析儀進行穩定性分析，儀器參數設置：溫度為(25±0.5)℃；連續性掃描程序：每1 h掃描1次，連續掃描24 h[7]。

2 結果與分析

2.1 復配比例、pH值對穩定性的影響

在果膠復配大豆多糖的基礎上，同時考察終產品pH值和檸檬酸鈉添加量對穩定性的影響，設計四因素三水平L9（34）正交實驗[8]，分別以離心沉淀率和lumisizer不穩定性系數為指標進行分析，因素如水平如表1所示。

表1 正交實驗因素水平 g/L

以最終產品離心沉淀率為指標，正交實驗結果如表2所示。由表2結果可知，影響離心沉淀率的主次關系為：檸檬酸鈉＞pH值＞果膠＞SSPS，最優組合為A1B1C1(C3)D3，即果膠質量濃度1.5 g/L，SSPS質量濃度3 g/L，pH值為4.0或4.2，檸檬酸鈉質量濃度3.8 g/L。

表2 正交實驗設計方案和結果 g/L

正交實驗方差分析如表3所示，方差分析結果表明，檸檬酸鈉添加量對離心沉淀率影響顯著，其他因子不顯著。

表3 正交實驗方差分析

以Lumisizer穩定性分析儀不穩定性系數為指標，實驗結果如表4所示。

表4 正交實驗設計方案和結果 g/L

（續表4）

由表4可以看出，影響不穩定性系數的主次關系為：果膠＞SSPS＞pH值＞檸檬酸鈉，最優組合為A3B3C3D3，即果膠2.5 g/L，SSPS 5 g/L，pH值為4.2，檸檬酸鈉3.8g/L。該結果與離心沉淀率差異較大，分析認為，Lumisizer不穩定性系數反映的是整個體系的透光率變化，影響透光率的因素不僅有作為分散相的蛋白質，也有少量的脂肪、膠體本身的濁度等等，這些成分在離心力作用下均會發生一定的遷移導致透光率變化，但未必會引起肉眼可見的沉淀，因此，兩個指標出現不一致的情況。

2.2 配料順序和均質工藝對穩定性影響

由圖1可以看出，先添加果膠剪切后加入SSPS再調酸均質、先添加SSPS剪切后加入果膠再調酸均質與SSPS和果膠混合后剪切調酸均質的產品沉淀率、粒徑差異不大，離心沉淀率均在0.266%左右。由粒徑分布圖2可知，先加SSPS調酸均質后再加果膠，終產品粒徑和離心沉淀率大幅度降低，產品穩定性有很大提高。由于SSPS有較多支鏈，再加之電荷不高，因此SSPS和酪蛋白的作用力非常有限。該研究通過改善工藝，讓其先和酪蛋白作用，同時通過均質使SSPS的分子結構伸展開，從而充分提高SSPS和酪蛋白的作用力，提高產品穩定性。

圖1 均質工藝對酸性乳飲料沉淀率的影響

圖2 均質工藝對酸性乳飲料粒徑分布的影響

Turbiscan是基于多重光散射技術的穩定性分析儀，它的工作原理主要是根據反射物理模型和透射物理模型，背散射光的變化率可以反映體系的均一程度、顆粒大小和濃度，據此判斷體系的穩定性[9]。同一樣品不同曲線之間光強值變化越大表示體系越不穩定[10]。利用Turbiscan圖譜，左邊代表樣品底部，右邊代表樣品頂部，左邊曲線向上移動則說明背散射光增強樣品有沉淀，向下移動則代表水析；右邊頂部曲線向上則代表脂肪上浮；向下移動則代表水析；曲線中間波動較大則說明體系有聚團現象[11]。由Turbiscan圖譜可知，僅先加SSPS調酸均質后再加果膠的樣品整體穩定性最好，先果膠、小SSPS、果膠和SSPS混合后再調酸均質工藝的樣品均底部出現沉淀與水析，上浮層下方有較大范圍澄清，且圖譜情況高度一致。

3 結論

由實驗可知，果膠和大豆多糖在酸性乳飲料體系中的穩定性作用，取決于果膠和大豆多糖濃度、比例、產品終點pH值、配料順序和均質工藝等因素的影響，其中，配料順序和均質工藝影響效果最為明顯，其他影響不穩定性系數的主次關系為：果膠＞SSPS＞pH＞檸檬酸鈉。蛋白質含量為0.8%的調酸型乳飲料體系中，各影響因素的最優組合為果膠2.5，SSPS 5 g/L，pH 4.2，檸檬酸鈉3.8 g/L，且要使用SSPS先跟還原奶調酸后均質，再跟果膠混合的工藝，才能保證產品有較好的穩定性。另外，Lumisizer穩定性分析儀、Turbiscan穩定分析儀的結果與離心沉淀、粒徑分布相同，均是一種快速準確判定產品體系穩定性的手段。