搅打稀奶油制备技术与影响因素研究进展

王筠钠，李妍2，韩洁，尹未华，周锡龙，陈林天翔，张列兵

（1.中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京100083；2.北京工商大学食品学院，北京100037）

搅打稀奶油制备技术与影响因素研究进展

王筠钠1，李妍2，韩洁1，尹未华1，周锡龙1，陈林天翔1，张列兵1

（1.中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京100083；2.北京工商大学食品学院，北京100037）

介绍了搅打稀奶油基本特性及制备工艺，通过分析搅打稀奶油完整体系，着重研究其搅打充气机理，包括搅打前期稳定乳液状态、中期快速充气和后期去稳定三个阶段，并探讨了脂肪、蛋白质、乳化剂、增稠剂、工艺条件等对其搅打性能和品质产生的影响及作用机理。同时，对稀奶油行业的未来发展趋势进行展望，随着人们生活水平日渐提高，对于高端乳制品需求逐年增加，我国稀奶油作为新兴乳业，虽起步较晚，但发展迅速，市场潜力巨大，用天然奶油制备性能稳定的搅打稀奶油及其相关理论研究将成为该领域的发展方向。

搅打稀奶油；制备工艺；稳定特性；搅打机理；影响因素

0 引言

随着中西方交流不断深入，稀奶油作为现代食品工业的新型乳制品已得到飞速发展，在我国消费量逐年增加。稀奶油是从乳中分离出的脂肪部分，添加或不添加其它原料、食品添加剂和营养强化剂，经加工制成的脂肪质量分数10.0%～80.0%的产品。稀奶油种类繁多，在其基础上添加适量乳化剂、增稠剂等添加剂，通过机械搅打、膨胀发泡的搅打稀奶油是其主要再加工产品。搅打稀奶油也称掼奶油，源自美国，含脂率35%～37%，可直接食用，也可装裱冰淇淋、咖啡、糕点等各种乳制品、饮品和烘焙食品，还可作为夹心馅料赋予食品浓郁奶香，该产品一经出现便风靡世界。本文通过对搅打稀奶油的制备工艺、搅打机理、影响因素进行归纳总结，欲为同行提供一定参考和理论指导[1-9]。

1 典型搅打稀奶油制备工艺

搅打稀奶油具有良好的搅打起泡特性，主要用于装裱和夹心，使单一口味的产品变得缤纷多彩。下面以脱脂乳制备稀奶油为例说明制备工艺：

将市售脱脂乳缓慢加入到恒温磁力搅拌器中，加热至45℃±5℃，添加胶体和蔗糖，然后继续升温至75℃±10℃，搅拌至溶，形成粘稠乳状液，称为水相；称取配方量的无水奶油放入烧杯中，用水浴锅升温至80℃左右融化，将称量好的乳化剂（单甘脂、吐温等）加到无水油中，并在此温度下搅拌熔融，形成均匀混合物，称为油相；将水相在搅拌下缓慢加入到油相，由W/O转成O/W乳液体系后定容，经巴氏杀菌（70℃±10℃，0.5 h）、均质（1.5/6 MPa，0.5 h）、急冷降温（10℃±5℃）、老化（6℃±2℃，2 ～12 h），形成均匀稳定黏稠乳状液，包装，5℃±3℃低温贮藏，待用。

打发时，取出冷藏的搅打稀奶油乳状液，在打发器中进行搅打（120 r/min，5 ～10 min），制成泡沫丰富、挺立的打发奶油，直接用它进行裱花、甜点夹心。

2 搅打稀奶油搅打充气机理

搅打稀奶油作为一种搅打充气乳制品，要求搅打前稳定，搅打后去稳定，脂肪球从稳定O/W型乳状液体系转变为部分聚结，形成一个由蛋白质稳定的乳状液和由脂肪球稳定的气泡共存的泡沫结构，但由于泡沫结构内在的不稳定性，所以气泡难以长时间保持稳定。因此研究乳状液由稳定到去稳定机理对提高搅打性能具有重要的现实意义[10-12]。

搅打稀奶油如何由液态的乳状液搅打成为坚挺的泡沫结构，国内外尚未定论。借鉴国外相转化理论、Ostwald陈化、漂浮说和氢结合学说，结合本人对搅打过程中稀奶油的起泡率、泡沫硬度和微观结构变化规律的实践认识，将搅打充气过程总结为三个阶段。

稳定乳状液阶段（搅打前）：脂肪球经老化后，脂肪形态变为固态脂肪与液态脂肪形成的固-液共存体系，外层为由乳化剂和酪蛋白构成的脂肪球膜吸附层，形成界面膜和电屏障，无水奶油由此形成微液滴而均匀分散于水中，即得稳定O/W型乳状液[13-14]。

搅打过程分为快速充气阶段和脂肪球聚结阶段（搅打中）：搅打稀奶油经适度搅打由O/W型乳状液形成稳定的W/O泡沫结构，此过程中充入的气泡对脂肪球部分聚结起重要作用。（1）快速充气阶段：稀奶油在强力剪切作用下，空气先以大气泡的形式混入乳状液，其表面迅速附聚部分脂肪球，随着搅拌进行，大气泡逐步破裂成小气泡，脂肪球随即堆积而成脂肪球聚结体，且数目不断增加。（2）脂肪球聚结阶段：由于搅打过程中小分子乳化剂快速竞争解吸界面蛋白质，液相中蛋白质含量迅速升高，降低了界面吸附层的静电作用和空间稳定作用，导致界面稳定性迅速下降，开始了大气泡破裂成小气泡，直至气泡界面被脂肪球及其附聚物紧密包裹。搅打后期，气泡表面吸附部分脂肪球聚结体，形成紧密排列的稳定泡沫体系，搅打起泡率基本达到峰值。

去稳定阶段（搅打后）：继续搅打，大气泡破裂加剧，起泡率速降，脂肪球聚集体也突然增多，进而聚并成更大的脂肪聚集颗粒，搅打稀奶油的硬度、稠度、内聚性和黏性提高，但泡沫色泽变暗发黄，体系越发粗糙，泡沫稳定性被破坏，即为搅打过度，这种去稳定方式主要有絮凝、乳析、聚结、相反转和Ost⁃wald熟化等五个因素中的一个或多个共同作用完成，此阶段不可逆。

3 组成成分对搅打稀奶油品质的影响

3.1脂肪

搅打稀奶油乳状液中除水外主要成分是脂肪和蛋白质。脂肪分为植物脂肪和乳脂肪，前者称为氢化植物油，后者称为奶油，在-40～40℃之间以液态和固态脂肪的混合物形式存在，脂肪球外围被蛋白质等包裹，形成乳脂肪球膜，起乳化剂作用，阻止乳脂肪球聚结和酶退化。

脂肪在常温状态下的固体脂肪质量分数（SFC）决定了脂肪球能否发生部分聚结以及部分聚结的程度。液/固脂肪的比例是由甘油三酯上连接的脂肪酸组成、大小位置和环境温度所决定，不饱和度和环境温度高，结晶融化，液态脂肪比例大，反之亦然[3]。这一比例将直接影响搅打稀奶油打发后的产品结构。油脂的种类、用量和熔化性质，决定了常温状态下的固体脂肪质量分数，从而显著影响了搅打充气泡沫结构的稳定性[15-24]。

3.2乳化剂与蛋白质

乳化剂和蛋白质都含亲水亲油基团，具有表面活性，两者相辅相成，在脂肪球表面形成双电层，共同起到乳化和稳定搅打稀奶油乳状液的作用[25]。小分子乳化剂组成的界面膜相对比较薄（大约1.4 nm），结晶脂肪能够轻易地刺穿界面膜进入到另一个脂肪球，形成部分聚结[21]。酪蛋白是一种随机缠绕的蛋白质，能形成比乳清蛋白（2 nm左右）更厚的界面膜（8 nm左右），有效阻止脂肪球部分聚结[26]。

乳化剂种类和浓度对脂肪球膜产生不同程度影响，蛋白质类型和浓度则决定被乳化剂取代的难易程度，高蛋白质浓度在脂肪球界面起着支配作用，形成以蛋白质为主体的界面膜，脂肪球间聚结几率大大降低，体系稳定性提高；由于乳化剂的乳化能力较蛋白质更高，当乳化剂浓度较高时，蛋白质被置换到连续相中，形成以乳化剂为主体的界面膜。

值得注意的是搅打稀奶油要求搅打前乳状液体系稳定，利于贮藏，而搅打后需要去稳定，利于泡沫坚挺不塌陷。要解决这一矛盾，调整油脂与乳化剂、蛋白质的最佳复配比显得尤为重要。虽然乳化剂的乳化能力较蛋白质高，但并不是说乳化剂越多越好，当乳化剂添加量大到一定程度时，搅打稀奶油因过于稳定而无法打发[25-30]。

3.3增稠剂

食品增稠剂是具有长支链或直链的亲水型胶体或多糖，如卡拉胶、瓜尔豆胶、黄原胶、微晶纤维素等。由于分子结构中含有很多亲水基团，氢键作用使体系表观粘度显著提高，并促进形成凝胶网络结构，锁定水分，防止稀奶油打发后脱水收缩，提高了搅打稀奶油的贮藏稳定性。另外，增稠剂和蛋白质相互作用也可形成网络结构，通过控制蛋白质层的吸附以及与酪蛋白胶束形成络合物从而增强脂肪球膜和酪蛋白的内聚力，使蛋白质分子运动减慢，降低了蛋白质分子相互结合的几率和沉降速率，从而使其均匀的悬浮于体系中，有效控制脂肪球的分布，如卡拉胶和酪蛋白的相互作用，对脂肪球气-液界面产生重要影响。但高黏度增稠剂会加大气泡分散阻力，导致打发时间延长[31-34]。

3.4稳定性盐类

在搅打稀奶油的生产中添加适量稳定性盐，如焦磷酸钠、磷酸氢二钠、六偏磷酸钠、柠檬酸钠和柠檬酸钾等，可以提高工艺及产品稳定性，延长储存期。添加钠离子对稀奶油黏度的改变并不明显，而加入钙离子稀奶油黏度增大，且非牛顿流体系数显著增加。阚传浦发现乳酸钙的添加改善了稀奶油体系的流变学性质，使表观黏度降低，但在一定浓度范围内对搅打性能的影响规律并不显著。若添加过量，则易造成蛋白质变性，影响脂肪去稳定，甚至引起破乳，宏观表现为奶油外观松散，产品质量降低[35-36]。

3.5糖类

糖是多羟基醛或酮类化合物，是一种甜味剂和人体所需营养素，食用吸收后可转化为碳水化合物，提供能量。由于它是一种多羟基化合物，所以在搅打稀奶油制备过程中，可改善搅打充气乳状液的溶解性；葡萄糖浆、麦芽糊精等碳水化合物，使泡沫更加细腻、硬挺、口感醇厚；蔗糖能够增加气泡之间液膜的黏度，减缓气泡排液过程，增强稳定性。

蔗糖添加到搅打稀奶油中会影响蛋白质的热力学特性和功能性质，特别是吸附和聚集功能。在转化糖和蛋清稳定的泡沫体系中，降低转化糖的浓度可以增加体系的搅打起泡率，但同时会加速泡沫的去稳定过程，泡沫的稳定主要是由转化糖的含量（黏度效应）和搅打时间（蛋白质聚集效应）两个因素决定的。

4 搅打稀奶油加工工艺参数研究进展

4.1杀菌方法

搅打稀奶油通常使用巴氏杀菌（pasteurization）和超高温瞬时灭菌（UHT）。西方国家推崇巴氏杀菌法，包括低温长时灭菌法（LTLT,60 ～65℃,0.5 h）和高温短时灭菌法（HTST,80 ～85℃,15 s），灭菌率97% ～ 99.9%，达到杀菌目的的同时最大限度保留鲜奶的营养成分。但是经巴氏消毒后，仍存留小部分无害耐热细菌，主要是乳酸菌，虽对人体无害，但会使稀奶油变酸，只能在4℃±2℃下保存3 ～10 d。UHT（135 ～ 140℃，4 ～10 s）较巴氏法杀菌稀奶油具有更长的产品货架期而被广泛应用于食品工业，但与此同时，其搅打性能会因UHT杀菌而受到不利影响。相同成分稀奶油分别经巴氏和UHT杀菌，后者具有搅打时间长，起泡率低、泡沫稳定性低的缺点[2]。这是因为超高温处理后，蛋白质部分变性，降低乳化性和附聚状态，同时脂肪球聚结体被打散成单个的脂肪球，晶体网状结构被破坏，从而稀奶油的表观黏度下降，质地变软，可塑性变差。但随着杀菌强度的增加，乳状液粒径变大，晶体网络结构更加紧密，整个体系粘度增大，固态结构越来越明显[37]当然，通过选择乳化剂、稳定剂的种类和用量可弥补此缺陷，可改善脂肪和蛋白质附聚状态，提高搅打起泡性和稳定性，因此巴氏稀奶油和UHT稀奶油中所添加的乳化剂和稳定剂配方是不同[37]。

4.2剪切力

剪切乳化是指油-水两相在高速剪切力的搅拌下缓慢水合的过程。搅打稀奶油是典型的剪切稀化假塑性流体，其表观黏度、屈服应力和黏弹性均随搅打充气的进行而增加[38]。根据O/W型乳化学说，脂肪球在蛋白质和乳化剂的作用下逐渐形成均匀稳定的乳状液体系，剪切乳化时间对乳化品质起重要作用，随着剪切的进行，搅打奶油内部的液滴逐渐形成最佳定向取向，脂肪剪切的越细，脂肪球的颗粒越小，表观黏度趋于平稳，乳浊液稳定性越高。此外，在同一剪切速率下，随着搅打时间的延长，搅打稀奶油的表观黏度会急剧升高。一般来说，剪切时间不充分，脂肪球的粒径过大，达不到乳化要求，易出现油水分层的现象；剪切时间过长，脂肪粒径过小，或已水合好的脂肪球又被重新分散，脂肪球的总表面积增加，乳化剂等界面附聚物不足以覆盖整个界面，破坏乳浊液的稳定性。因此，必须控制好乳浊液的剪切时间，才能得到乳化效果良好的稀奶油乳浊液[39-42]。

4.3均质

均质处理是生产搅打稀奶油过程的重要步骤。根据Stokes定律v=[2(ρ-ρ0)r2/9η]·g（式中，v为粒子的沉降速度，ρ和ρ0分别为球形粒子与介质的密度；r为粒子的半径，η为介质的黏度，g为重力加速度），不同的脂肪球密度可导致不同的上浮速度，较小的脂肪球粒子可以比较明显地降低脂肪的上浮速度。均质可以破碎搅打稀奶油乳状液中的脂肪球，蛋白质或表面活性剂能迅速吸附到油水界面，降低界面张力，防止脂肪球聚集，从而有效控制乳析，获得稳定乳状液[34]。同时，均质结果使脂肪球粒径趋于一致，有效减缓货架期内脂肪上浮速度，减少油水分层现象。

均质效果主要受温度和压力的影响。均质温度决定乳状液中油相的状态，温度过低时，脂肪还存在固态结晶，胶体也不能很好的溶解，均质效果受限；温度过高，又易造成蛋白质变性，影响稀奶油的搅打性。一般在40℃以上时，脂肪完全溶解；在80℃以下时，增稠剂能较好溶解，蛋白质变性也很有限。均质压力对粒径大小产生显著的影响，一般情况，压力越大，脂肪球的粒径也越小，产品的稳定性也相应提高。但均质压力过高，脂肪球粒径被破碎得过小，乳状液中的蛋白质不足以有效地稳定所有脂肪球，它们很容易相互碰撞重新聚合形成大颗粒，从而加快脂肪上浮速度。一级均质后的牛奶，脂肪球液滴是通过酪蛋白胶束桥联在一起的，桥联的聚集带来了乳化体系更快的上浮；而二级较低的压力的可以使这种桥联断裂。研究表明，选择小于4 MPa的二次均质压力条件下，可提高搅打性能。同时，均质和加热的顺序会影响到脂肪球的结构及尺寸，加热前均质使大量乳清蛋白吸附在乳脂肪球膜上，乳脂肪球膜上β-乳球蛋白与κ-酪蛋白的比例高于加热后均质的产品。而且，均质增加了体系的表观粘度，影响了稀奶油的打发性能。总的来说，均质工艺一方面增加了乳浊体系的稳定性，但控制不好时又会影响产品的搅打性能。因此，对于均质处理，找到稳定性的平衡点显得十分重要[43-49]。

4.4老化

脂肪老化主要影响着搅打稀奶油中脂肪的结晶，搅打稀奶油作为直接食用的脂肪，必须具有良好的涂抹性和口感，这就要求其晶体颗粒细腻即为β’晶型。低温储藏则是利用水分在低温条件下形成的冰晶使搅打稀奶油失去一定的稳定性，以便搅打过程中脂肪的部分聚集。要想得到优质的搅打稀奶油产品就需要加工环节中每一道工序的相互协调。生产过程先使脂肪先经过急冷后形成许多细小的α晶体，然后再保持略高的温度继续冷冻（熟成期），使之转变为熔点较高的β’晶型[50-51]。

5 展望

搅打稀奶油作为一种风靡全球的乳制品，在国外已经有成熟制备工艺和加工技术，例如新西兰的安佳、法国的总统及铁塔，德国的多美鲜及欧德堡，意大利的琪雷萨及金菲利等，销量遍及世界各地。现阶段，我国在搅打稀奶油方面仍处于发展初期，高端产品依然依赖于进口，进口原料与成品价格高，本土脱脂乳粉产量低，鲜奶油原料少，造成搅打稀奶油产品标准化难度大，品质波动幅度大，极大限制了稀奶油的生产与消费。相比于国外，国内产品仅有光明乳业和塞尚乳品等个别厂家生产，多用于生产冰淇淋等附加值较低的初级加工，品种单一，产量不高，品质也缺乏竞争力，在工艺技术上还有待于进一步提高。

目前，氢化植物油仍是搅打稀奶油的主打原料，绝大多数现有商品仍用它制备，搅打性和稳定性均好，质量稳定成本低，深受制造商的青睐，但植物油在氢化过程中会产生一定量反式脂肪酸，对人体的营养价值仍有一定争议，目前多数学者认为其对人体健康不利，会增加心脏病（如心肌梗塞、动脉硬化等心血管疾病）的发病几率，消费者对此也心存疑虑，所以用天然奶油制备性能稳定的搅打稀奶油系列产品将成为本行业的发展方向。

当前面临的问题是搅打稀奶油为热力学不稳定乳液体系，其产品质量和工艺稳定性受脂肪、蛋白质、添加剂等各种原料品质、配比、制备方法、工艺参数和交互作用的影响，因此，搅打奶油乳液体系稳定与这些因素之间关系的理论研究将成为科研人员和乳品企业共同攻关的课题。

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Review:Study on the preparation technology and influence factors of whipping cream

WANG Yun-na1，LI Yan2，HAN Jie1，YIN Wei-hua1，ZHOU Xi-long1，CHEN Lin-tian-xiang1, ZHANG Lie-bing1
(1.College of Food Science and Nutritional Engineering,China Agricultural University,Beijing 100083,China；2.Bei⁃jing Technology and Business University,School of Food and Chemical Engineering,Beijing 100037，China)

This paper briefly introduced the basic characteristics and preparation technology of whipping cream.Through the analysis to the complete system of whipping cream,mechanism of whipping process of whipped cream was emphasized,which was composed of three steps, including a stable emulsion state in first step,rapid puffing in second step and?labilization in last step.Meanwhile,influence factors such as fat, protein,emulsifier,thickener,technological conditions etc.was investigated.And whipping cream industry development trend in the future was looking forward to,as people living standard has improved,their demand for high-end dairy products increased year by year,although whipping cream was a new dairy industry in our country started late,it developed rapidly and had huge market potential,using natural cream to prepare stable whipping cream and the related theoretical research will become the development direction of this field.

whipping cream;preparation technology;stability behavior;whipping mechanism;influence factors

TS252.52

B

1001-2230（2016）11-0024-05-05

2016-05-24

现代农业（奶牛）产业技术体系建设专项（CARS-37)；国家科技部“十二五”科技支撑计划项目（2013BAD18B05-02，2013BAD18B12-04，2013BAD18B12-05）；国家自然基金项目（31171714，31471689）；公益性行业（农业）科研专项（201303085）。

王筠钠（1992-），女，硕士研究生，主要从事乳品科学研究及应用。

张列兵