工艺条件对奶冻品质影响的研究

曾 羲，赵谋明，黄能武，赵强忠

（华南理工大学轻工与食品学院，广东广州510640）

奶冻是一种口感细腻、香甜爽滑、呈凝胶状态的新型乳制品，其组织状态类似于果冻但营养价值高于果冻，在欧美各国甚为流行，常作为甜点或餐后甜品[1]。奶冻成分复杂，主要包括蛋白质、乳脂肪、亲水性胶体以及磷酸盐等。奶冻在制备过程中呈食品乳浊液体系的特征，而成品则是典型的乳浊凝胶体系。因此，它具有不同于普通乳浊液、蛋白乳浊凝胶体系及多糖凝胶体系的特征，深入研究奶冻对开发新型的含乳甜点产品具有重要意义。黄能武等[2]的研究表明，卡拉胶与氯化钾的用量均对奶冻的质构特性有较为显著的影响。司卫丽等[3]发现，制作奶冻时对原料中胶体、糖和酸等进行复配优化后，能有效地改善其感官品质。Spagnuolo P A等[4]研究表明，在以卡拉胶为主体胶的奶冻体系中，降低温度促进卡拉胶凝胶网络结构的形成和乳蛋白在凝胶网络中的吸附，既增强了硬度，又稳定了乳蛋白。奶冻作为一种亲水胶体与乳蛋白相互作用的体系，其稳定性一方面受亲水胶体、乳蛋白和金属离子等的种类与配比的影响，另一方面也受到生产工艺条件的显著影响。但目前大部分的研究着重于奶冻配方组成而忽略其加工工艺条件，本文选取加工过程中关键工艺——水化、均质和杀菌为研究对象，以粒径分布、质构分析以及感官评价为评判指标，优化出奶冻的最佳生产工艺，为奶冻的深入研究提供理论和方法指导，并为工业化生产提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

鲜奶 广州香满楼畜牧有限公司；魔芋胶 成都新星成明生物科技股份有限；κ-卡拉胶 海南文昌卡拉胶发展有限公司；明胶 嘉利达明胶有限公司；六偏磷酸钠 徐州天嘉食用化工有限公司；三聚磷酸钠 宜兴协联生物有限公司；蔗糖 横县冠桂糖业有限公司；氯化钾 广州化学试剂厂。

Mastersizer 2000型激光粒度分析仪 英国Malvern公司；Brookfield-CT3型质构仪 美国Brookfield公司；GYB50-6S型高压均质机 上海东华高压均质机厂；JB200-D型强力电动搅拌机 上海精胜科学仪器有限公司；JJ500型精密电子天平 常熟双杰测试仪器厂；DSX-280A型不锈钢手提式灭菌锅 上海申安医疗器械厂；PT-20T型实验型UHT灭菌机 上海沃迪科技有限公司；BHW-IV型水浴恒温水箱 北京市医疗设备厂。

1.2 实验方法

1.2.1 奶冻基本配方 基本配方见表1。

表1 奶冻基本配方Table 1 The model of the dairy desserts

1.2.2 奶冻的制备工艺 见图1。将亲水胶体、磷酸盐与蔗糖混合均匀，加400～500g热水于实验条件下水化，确保胶体充分水化溶解。加入鲜奶后定容至1000g，于75℃转速约7000r/min剪切2min后，再于75℃下均质2次后进行灌装和灭菌处理，迅速冷却至室温。

图1 奶冻的制备基本工艺流程Fig.1 The flow chart of the dairy desserts preparation

1.2.3 正交实验设计 根据前期实验研究发现，水化温度、水化时间与均质压力对奶冻品质均有一定影响，现以水化温度、水化时间与均质压力为因素，选取3个水平，用L9（34）正交表设计实验[5]，以粒度分布与质构特征为指标，考察工艺条件对品质的影响。正交实验因素水平见表2。

表2 因素水平表Table 2 Factors and levels graph

1.2.4 粒度分布测定 取1g左右奶冻样品于70℃水中融化，以70℃去离子水作为分散剂进行粒度分布的测定。测定方法见文献[6-7]，操作参数设定为：颗粒吸收率：0.001；颗粒折射率：1.414；分散剂名：水；分散剂折射率：1.330；d（0.9）：常用来表示颗粒大粒径的粒度指标，为样品的累计粒度分布数达到90%时所对应的粒径；d4，3：常用来表示乳状液中大粒径的出现情况对粒度分布的影响，为体积平均粒径（volume mean diameter），计算公式如下：

式中，ni为直径为di的液滴的数量。

1.2.5 杀菌工艺条件 对不同杀菌条件与未杀菌处理的奶冻进行感官品质的影响研究。三种杀菌工艺分别为100℃/30min、121℃/15min和137℃/5s，其中，采用不锈钢手提式灭菌锅分别进行100℃/30min和121℃/15min杀菌处理，采用实验型UHT灭菌机进行137℃/5s的杀菌处理。

1.2.6 质构测定 采用TPA质构分析模式，在室温下，将冷却至室温的奶冻置于圆柱形试剂瓶（半径50mm，高100mm）后，置于Brookfield质构仪测试平台用探头进行测试，预测试速度为2.0mm/s，测定时与测定后速率均为0.5mm/s，测定距离为20.0mm，触发力为5.0g，数据频率为30.0点/s，探头型号TA4/1000。

2 结果与分析

2.1 正交实验优化奶冻水化与均质工艺

以水化温度、水化时间与均质压力为影响因素，以奶冻的硬度、弹性和d4，3为指标进行正交实验，实验结果分别见表3，方差分析结果见表4。

由表3可知，3个因素对奶冻硬度的影响由大到小顺序依次为：A＞B＞C，即水化温度＞水化时间＞均质压力，由直观分析可见，最佳的工艺组合为A2B1C3，即在75℃水化15min并于30MPa均质可使奶冻具有较好的硬度，其值为2016g。同时，由表4正交实验分析结果可知，3个因素对奶冻硬度都有显著性影响（p＜0.05），其中水化温度为差异极显著的因素（p＜0.01）。这主要是由于不同的水化温度可使胶体与乳蛋白间发生不同程度的交互作用，在75℃水化，以卡拉胶为主体的亲水胶体的螺旋结构已完全打开，亲水胶体与乳蛋白的交互作用也比较充分。水化时间影响亲水胶体与乳蛋白在整个体系的静电交互与分散作用，Vega.C等[8]认为适当的水化时间有利于带正荷的κ-酪蛋白区域与带负电荷的卡拉胶硫酸酯基团发生静电交互作用，经15min水化，乳蛋白与卡拉胶间的静电交互作用较为充分，且亲水胶体、乳蛋白与乳化剂等充分溶解分散形成了较好的空间网络结构。不同均质压力影响乳脂肪球的大小及数量，在适当压力（30MPa）下均质，大脂肪球破碎后粒径变小，脂肪球数量急剧增多，界面面积迅速增大，乳化剂和乳蛋白迅速吸附到新形成的脂肪球表面[9]，并与亲水胶体发生静电吸引作用填充于凝胶三维网络结构中，有利于脂肪-蛋白-胶体的复杂结构和新空间结构的形成[10-11]，从而提高了硬度。

3个因素对奶冻弹性的影响由大到小顺序依次为：A＞C＞B，即水化温度＞均质压力＞水化时间，最优组合为A1B3C2，即在60℃水化45min并于20MPa均质可使奶冻具有较好的弹性，其值为9.74mm。然而，在实验组合范围内弹性最大的组合为A2B1C3，其值为9.76mm。结合表4的方差分析结果可知，3个因素对奶冻弹性的影响均表现为差异不显著（p＞0.05）。因此，所选弹性最大的条件组合为A2B1C3。出现此结果的可能原因是水化温度、水化时间和均质压力3个因素之间的不同组合对奶冻的弹性起到了不同程度的相互补偿作用。

表3 正交优化实验结果Table 3 Results of orthogonal optimization experiment

表4 正交实验方差分析结果Table 4 Hardness results of analysis of variance experiment

3个因素对奶冻d4，3值的影响由大到小顺序依次为：C＞A＞B，即均质压力＞水化温度＞水化时间，最优组合为为A2B2C3，即在75℃水化30min并于30MPa均质。经验证实验，此时d4，3值为0.457μm。而4号正交实验A2B1C3中测得d4，3值为0.438μm，小于最优组合的d4，3值，因此，A2B2C3不是最优组合。同时，结合方差分析的结果可知，3个因素对奶冻d4，3值的影响均表现为差异不显著（p＞0.05），故最优组合可选为A2B1C3。

在对奶冻最优工艺组合进行确定时，需综合考虑各项指标。当分别以硬度、弹性和d4，3值为主要指标时，其最优组合为均为A2B1C3。且由表4可知，3个因素对弹性和d4，3值的影响均表现为差异不显著（p＞0.05），因此，在综合平衡各因素的同时从工业化生产的角度考虑，确定最优组合为水化温度75℃、水化时间15min、均质压力30MPa，这与4号实验的条件一致，在此条件下，奶冻的硬度和弹性均达到最大值，分别为2016g和9.76mm；d4，3值达到最小值，为0.438μm。

2.2 杀菌条件对奶冻品质的影响

2.2.1 杀菌条件对奶冻粒度分布的影响 三种杀菌方式处理的奶冻样品与未经杀菌处理样品的粒度分布结果如表5所示。由表5可知，奶冻粒度d4，3由小到大依次为：未杀菌＜100℃/30min＜137℃/5s＜121℃/15min，其中未杀菌样品与100℃/30min样品之间无显著差异（p＞0.05），而121℃/15min、137℃/5s与未杀菌样品之间存在显著差异（p＜0.05）。d（0.9）变化趋势与d4，3基本一致。其可能的原因主要有如下两方面：一方面，杀菌的温度直接影响到乳蛋白的变性，随着杀菌温度升高，乳蛋白的变性程度相应增强，100℃处理引起乳蛋白的变性程度和乳蛋白之间的絮凝程度均相对较低，表现为乳浊液的粒径较小，而121℃和137℃相对温度较高，致使乳蛋白变性程度较高，絮凝程度相对较高，从而表现为乳浊液粒径较大；另一方面，杀菌时间对乳蛋白变性的影响也很关键，一般而言，杀菌时间越长，蛋白质的变性程度也相应提高。杀菌温度和杀菌时间对乳蛋白的变性程度均有明显影响，在不同的杀菌条件下，杀菌温度和杀菌时间都有可能对乳蛋白变性起决定性作用，100℃/30min的杀菌时间远长于137℃/5s，但其乳浊液粒径却更小，说明在低于乳蛋白变性温度时主要由杀菌温度决定；而137℃较121℃杀菌温度明显高，137℃/5s杀菌处理较121℃/15min粒径要小，这说明高于乳蛋白的变性温度时起决定作用的是杀菌时间。

表5 杀菌方式对奶冻粒度分布的影响Table 5 Effects of sterilization on size distribution of the dairy desserts

2.2.2 杀菌条件对奶冻质构特性的影响 三种杀菌方式处理的奶冻样品与未经杀菌处理样品的质构特性结果如表6所示。由表6可知，各杀菌方式与未经杀菌处理的样品间的硬度、弹性、胶着性和咀嚼性等质构均表现为显著性差异（p＞0.05），其中100℃/30min处理的硬度最高，达1942g，弹性最好，为9.69mm，胶着性和咀嚼性也达到最佳，分别为459mJ和43.7g，且显著高于未杀菌、121℃/15min和137℃/5s的样品；而121℃/15min杀菌在硬度、胶着性上最差，分别为1522g和390mJ，未杀菌的样品则在弹性、咀嚼性上最差，分别为5.58mm和26.6g。这主要是因为：不同的杀菌方式使乳蛋白的变性程度不同，适度的乳蛋白变性有利于疏水基团的暴露，也有利于蛋白质之间、蛋白质与亲水性胶体之间的交互作用，形成凝胶网络结构，从而提高凝胶强度和黏弹特性；但乳蛋白的过度变性，使蛋白质之间相互作用过强，形成絮凝结构，从而降低了形成凝胶网络结构的蛋白质浓度，同时较大的絮凝体阻碍凝胶网络结构的形成，致使凝胶体的强度和黏弹特性降低。

表6 杀菌方式对奶冻质构的影响Table 6 Effects of sterilization on texture of the dairy desserts

2.2.3 杀菌条件对奶冻感官品质的影响 三种杀菌方式处理的奶冻样品与未经杀菌处理样品的感官品质比较结果如表7所示。由表7可知，137℃/5s杀菌处理的样品其硬度和咀嚼性适中，且细腻和滑爽，感官品质最佳，其次是100℃/30min和121℃/15min，未杀菌处理的样品感官品质相对较差。感官评定的结果与质构特性测定的结果基本一致。对于奶冻而言，硬度、弹性、胶着性和咀嚼性并不是越高越好，而只有当这些指标处于一定的范围才具有较好的口感。121℃/15min处理的样品表现出淡黄色，主要原因可能是：杀菌温度较高，杀菌时间较长，发生了美拉德反应。过氧化值和色度值均发生了一定的变化，且充氮包装的全脂羊奶粉的变化速率均小于普通包装的全脂羊奶粉，说明包装内的氧气浓度对全脂羊奶粉脂肪的氧化稳定性有很大的影响，采用充氮包装可有效提高全脂羊奶粉贮藏期间脂肪氧化稳定性，对提高全脂羊奶粉在贮藏期间的质量品质具有重要的作用。

表7 杀菌方式对奶冻感官品质的影响Table 7 Effects of sterilization on taste of the dairy desserts

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