琼脂复配开发酸性乳饮料稳定剂的研究

赫慧敏，张秋俊，倪辉，3，4，洪清林，郭东旭，肖安风，3，4，*

（1.集美大学食品与生物工程学院，福建厦门361021；2.绿新（福建）食品有限公司，福建漳州363100；3.福建省海洋功能食品工程技术研究中心，福建厦门361021；4.厦门市海洋功能食品重点实验室，福建厦门361021）

琼脂能够提高酸奶的粘度，增加酸奶的结实性。由于琼脂不能完全弥补相关产品的品质缺陷，商业中常与果胶、羧甲基纤维素钠、海藻酸丙二醇酯、瓜尔豆胶、改性淀粉等增稠稳定剂复配后才应用于酸性乳饮料。通过复配发挥增稠稳定剂的协同作用，既提高了产品的品质又降低了生产成本。杨洋等[1]研究琼脂、果胶与羟丙基二淀粉磷酸酯3种稳定剂复配，根据凝固型酸奶稳定性优化了琼脂、果胶和羟丙基二淀粉磷酸酯的配比为 0.07∶0.10∶0.12（质量浓度比）。

酸性乳饮料是以牛乳为主要原料，一种品质均一、清香醇正，酸甜适口且集营养与保健于一体的液态饮料。随着我国居民生活水平的不断提高，人们消费饮料的观念正在从嗜好型向营养保健型转变，因而开发研制酸性乳饮料的市场潜力很大，社会效益显著。目前全国各地市场上出现很多此类饮料备受消费者的青睐。由于生产条件的限制和技术力量的局限，产品的货架期较短，因而大多厂家只能小规模的进行生产和销售，制约了酸性乳饮料的发展。

基于酸性乳饮料是以发酵乳或人工调酸的乳溶液为原料制备的一大类饮料制品，其呈酸性，乳浓度低，所以在生产过程中需要加入一定量的稳定剂。目前，用于酸乳生产的稳定剂有琼脂、变性淀粉、明胶、果胶、卡拉胶、刺槐豆胶、瓜尔豆胶、角叉菜胶、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠以及复配稳定剂。相关研究表明，羧甲基纤维素钠在酸性条件下与带正电荷的酪蛋白发生静电作用，从而避免蛋白颗粒间的聚合作用[2-3]。高酯果胶可以有效的稳定酸牛奶制品并改善它的口感、风味[4-5]。此外，在进行预试验时，发现将黄原胶添加进入乳饮料后会出现白色丝状物质并且灭菌后酸乳组织呈豆花状，这说明在适用范围内黄原胶无法稳定酪蛋白，这与丁甜等、姚晶等的试验结果一致[5-6]。因此，本试验选择琼脂、羧甲基纤维素钠和高脂果胶进行试验，以酸性乳饮料的离心沉淀率为指标优化复配稳定剂配方。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

琼脂：福建省绿麒食品胶体有限公司；奶粉（新西兰全脂奶粉）、蔗糖、羧甲基纤维素钠、黄原胶、高脂果胶、柠檬酸、单甘脂、六偏磷酸钠（均为食品级）：厦门唯康食品科技有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 酸性乳饮料的制备工艺流程

全脂奶粉复原→稳定剂干混均匀→溶解、混合→乳化→冷却→调酸→乳化→分装→杀菌→冷却

主要工艺要点如下：

全脂奶粉复原：4%的全脂奶粉在50℃～55℃的热水中分散溶解复原45min。

稳定剂干混均匀：稳定剂与6%的蔗糖、0.03%的单甘脂、0.02%的六偏磷酸钠干基混合均匀。（以上添加量为总饮料的质量比）

加热溶解：将混合均匀的稳定剂在80℃水中用10 000 r/min的转速剪切分散1min，之后与复原乳混合均匀。

乳化：将充分混合的料液预热到60℃～65℃，在20MPa～22MPa的压力下均质5min。

冷却：用冷却水快速将料液冷却至20℃以下。

调酸：用5%的柠檬酸溶液，在搅拌状态下缓慢逐滴加入酸液将料液pH调整至4.0。

杀菌：将料液在90℃下水浴保温10min，冷却至室温保藏。

1.2.2 单种稳定剂用量对酸性乳饮料稳定性的影响

分别在乳饮料中添加0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%和0.40%（质量分数）的单一稳定剂，4℃～6℃下冷藏一周后进行离心沉淀率测定。

1.2.3 琼脂、CMC-Na与高脂果胶复配比例的优化

固定稳定剂的添加总量为0.60%[7-8]，以酸性乳饮料离心沉淀率为指标，按照表1的浓度梯度利用Minitab软件进行极端顶点设计，试验方案如表2。

表1 单一稳定剂浓度梯度Table1 The concentration of single stabilizers %

表2 混料试验方案（稳定剂总添加量为0.60%）Table2 The design ofm ixtureexperim ent（totalam ountof stabilizer is0.60%）

1.2.4 分析测定方法

1.2.4.1 离心沉淀率测定

精确取10mL酸性乳饮料于10mL的离心管中，然后4 000 r/min离心30min，弃去上清液，准确称取沉淀物重量，按照式（1）计算离心率，每个样测定3次取其平均值为该样品的离心沉淀率[7，9-10]。

离心率/%=（沉淀物重量/10mL酸乳饮料重量）×100（1）

1.2.4.2 粘度测定

将酸性乳饮料于25℃条件下用1号转子60 r/min测定粘度，每个样测定3次取其平均值即为样品粘度[11]。

1.2.4.3 感官评价

按照《中国乳制品工业行业规范—酸牛乳感官质量评鉴细则》由10名专业人士组成鉴评小组，对制作出的酸奶进行感官（包括色泽、滋味气味、组织状态）评价[12]，评价表如表 3。

表3 酸奶感官评价表Table3 Sensory evaluation of yogurt

1.2.5 数据统计方法

试验数据为3次平行试验的平均值，用Excel软件处理平均值和标准偏差，SPSS软件进行显著性分析，采用Minitab软件进行回归分析和混料模型分析。

2 结果与讨论

2.1 CMC-Na的添加量对酸性乳饮料稳定性的影响

酸性乳饮料离心沉淀率随CMC-Na的添加量的变化如图1。

图1 CMC-Na的添加量对酸性乳饮料稳定性的影响Fig.1 The influenceof the concentration of CMC-Na on the stability of acidm ilk beverage

图1 表明，随CMC-Na添加量的增加，酸性乳饮料的离心沉淀率先增大后减小，添加羧甲基纤维素钠的量达到0.15%时离心沉淀率最高，这是由于架桥絮凝现象，此时添加的羧甲基纤维素钠的量不足以充分结合酪蛋白。这种情况下两个或两个以上的酪蛋白与一分子CMC-Na连接，从而促进了聚集沉降的发生，使沉淀率升高，随着CMC-Na添加量的增加，沉淀率下降，当CMC-Na的添加量达到0.20%后，随浓度的增加，沉淀率基本保持平稳，可以推测CMC-Na对酪蛋白的稳定性存在极限结合值，在此浓度后体系趋于稳定[6，13-14]。因此，CMC-Na的适宜添加量为0.20%～0.40%。

2.2 高酯果胶的添加量对酸性乳饮料稳定性的影响

酸性乳饮料离心沉淀率随高酯果胶的添加量的变化如图2所示。

图2 高酯果胶的添加量对酸性乳饮料稳定性的影响Fig.2 The influenceof the concentration of pectin on the stability of acidm ilk beverage

由图2可知，随着高酯果胶添加量的增加，离心沉淀率不断减小，当高酯果胶的添加量达到0.15%后酸性乳饮料的沉淀量趋于稳定。产生该现象的原因主要是高酯果胶添加量在较低水平时，酪蛋白微粒大部分裸露在外部，存在部分正电荷，酪蛋白相互凝聚形成大微粒而产生沉淀，当高酯果胶的量足以将所有酪蛋白都包裹住以后，就能有效阻碍酪蛋白微粒间凝胶沉淀，此时，沉淀量趋于稳定[4，11，13-15]。因此，高酯果胶的适宜添加量为0.15%～0.40%。

2.3 琼脂添加量对酸性乳饮料稳定性的影响

酸性乳饮料离心沉淀率随琼脂的添加量的变化如图3所示。

图3显示酸性乳饮料的沉淀量随琼脂添加量的增加而上升。这是由于琼脂呈电中性，无法稳定带正电荷的酪蛋白，酪蛋白之间形成大的蛋白质微粒；在此情况下，随着琼脂浓度的增大乳饮料出现凝胶现象，因此沉淀量增大[16-17]。

图3显示酸性乳饮料的沉淀量随琼脂添加量的增加而上升。这是由于琼脂呈电中性，无法稳定带正电荷的酪蛋白，酪蛋白之间形成大的蛋白质微粒；在此情况下，随着琼脂浓度的增大乳饮料出现凝胶现象，因此沉淀量增大[16-17]。

图3 琼脂添加量对酸性乳饮料稳定性的影响Fig.3 The influenceof the concentration of agar on the stability of acidm ilk beverage

2.4 极端顶点混料试验结果分析

选择琼脂、CMC-Na和高脂果胶三者复配，酸性乳饮料稳定剂混料试验结果见表4。

表4 酸性乳饮料稳定剂混料试验结果Table4 The resultsofm ixtureexperim entof acidm ilk beverage stabilizer

由表4可知7号试验组的离心沉淀率最低，其原因主要是该试验组中CMC-Na和高酯果胶含量较高，它们均能较好稳定酪蛋白；6号试验的粘度最高，该组试验中琼脂的添加量较高，是由于琼脂是已知的凝胶强度最高的凝胶形成剂；所有试验的感官评分均在85分以上，且差异较小，说明不同比例稳定剂组合对感官影响较小。酸性乳饮料粘度混合曲面图见图4。

由图4知，琼脂、CMC-Na和高酯果胶3种稳定剂对酸性乳饮料的粘度均有贡献，其中，琼脂对粘度的贡献最大，其次是CMC-Na和高脂果胶。酸性乳饮料离心沉淀率混合曲面图见图5。

图4 酸性乳饮料粘度混合曲面图Fig.4 Blend surfaceof acidm ilk beverageviscosity

图5 酸性乳饮料离心沉淀率混合曲面图Fig.5 Blend surfaceof acidm ilk beverage precipitation rate

由图5可知，CMC-Na和高脂果胶对酸性乳饮料的离心沉淀率影响均不显著，琼脂对酸性乳饮料的离心沉淀率的贡献显著高于前两者。该结果说明对于酸性乳饮料的稳定性，琼脂的影响比CMC-Na和果胶大。通过回归分析得到离心沉淀率与3种稳定剂（X1、X2、X3为混料试验方案中3种稳定剂，添加比例如表2）添加量的关系为：y=660.2X1+12.3X2-15.4X3-924.5X1X2（R2=94.75，调整R2=91.60）。通过响应优化器求解得出沉淀率最小解为：琼脂，0.016；CMC-Na，0.356；果胶，0.629（稳定剂的总添加量为0.60%），即三者的比例为1.6∶35.6∶62.8（质量浓度比）。在此条件下，离心沉淀率预测值为0，进行6次平行验证试验，见表5。

表5 酸性乳饮料优化稳定剂验证试验结果Table5 Theverification resultsof theoptim ized stabilizer of acid m ilk beverage

获得的离心沉淀率为1.45%，验证试验结果均落在y±1.70（1.70为9组混料试验离心沉淀率试验值与预测值的标准偏差）范围内，可知回归方程的拟合性较好，准确性较高。此外，酸性乳饮料的粘度适中，稳定性较好，感官指标优良。

3 结论

随CMC-Na添加量的增加，酸性乳饮料的离心沉淀率先增大后减小；随高酯果胶添加量的增加，酸性乳饮料的离心沉淀率不断减小；随琼脂添加量的增加，酸性乳饮料离心沉淀率不断增高。以离心沉淀率为指标，优化酸性乳饮料稳定剂的配方得到琼脂、CMC-Na和高酯果胶的配比为1.6∶35.6∶62.8（质量浓度比），在此条件下酸性乳饮料的离心沉淀率1.45%，粘度 15.4mPa·s、感官评分 90。

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