黄原胶和瓜尔豆胶复配比例对复原乳稳定性的影响

文/刘 丹

（广东燕塘乳业股份有限公司）

复原乳是一种具有胶体特性的多分散体系，主要由蛋白质、脂肪等成分组成，贮藏过程中易出现絮凝、分层、蛋白质沉淀和脂肪上浮等不稳定现象，严重影响品质。如何提高其稳定性是复原乳生产企业急需解决的问题。本文围绕改善复原乳稳定性和口感2 个关键指标，研究了多糖类乳化稳定剂（黄原胶和瓜尔豆胶复配）对复原乳稳定性的影响，并探讨其作用机理，为制备稳定性较好的复原乳提供理论支撑和方法指导。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

材料：全脂奶粉；瓜尔豆胶、黄原胶（食品级）；白砂糖；油红O（分析纯），甲醇、乙腈、异丙醇、三氯甲烷（色谱级）；叠氮钠（分析纯）；饮用水。

仪器：高速分散剪切机；高压均质机；Mastersizer 2000型激光粒度分析仪；Waters 600高效液相色谱仪；3000型蒸发光散射检测器；754型分光光度计；BHW-IV型电热恒温水槽；分析天平；离心机。

1.2 试验方法

1.2.1 复原乳的制备

复原乳的制备配方见表1，工艺流程如图1所示。将主、辅原料混合均匀，在匀速搅拌状态下将其缓慢加入水中，并于60 ℃中保温30 min，充分水化；水化结束后，20 MPa下均质；随后灌装和灭菌，灭菌条件为121 ℃、15 min；最后迅速冷却至常温。

1.2.2 界面蛋白浓度的测定

取一定量的复原乳，10 000 r/min、4 ℃条件下离心30 min。离心完成后将样品分离成乳析层和下层清液层，转移下层的清液，采用凯氏定氮法测定下层清液中的蛋白质含量（N×5.3）[1]。

式中：Г为界面蛋白浓度（mg/m2），Ctotal为复原乳中蛋白质浓度（g/g），Cserum为下层清液中蛋白质浓度（g/g），A为液滴的比表面积（m2/g）。

1.2.3 粒度分布的测定

图1 复原乳制备的基本工艺流程

表1 复原乳的制备配方

表2 Mastersizer 2000型激光粒度分析仪参数

复原乳样品按1∶1000（w/w）?的比例用去离子水稀释，然后用Mastersizer 2000型激光粒度分析仪测定粒度分布。参数设定见表2[2]。

体积平均直粒径d4,3计算公式为：

其中，ni为直径为di的脂肪球的数量。

1.2.4 脂肪部分聚结率的测定

准确称取0.015 g油红O色素，加入到1 000 g粟米油中混合，常温下慢速搅拌约12 h使油红O充分溶解，避光保存。准确称取20 g样品和10 g油红O溶液置于50 mL离心管中，充分混合均匀，10 000 r/min、25 ℃条件下离心30 min，移取上层澄清透明的红色油液倒入比色杯，520 nm波长下测定吸光度值[3]。计算公式为：

式中：A1为离心前油红O溶液的吸光度值，A2为离心后油红O溶液的吸光度值，φd为脂肪部分聚结率，m0为样品中加入的油红O溶液质量，me为样品质量，Φ为样品中脂肪的质量分数。

1.2.5 离心乳析率和沉淀率的测定

取10 g复原乳样品于离心管中，3 000 r/min、25 ℃条件下离心20 min，准确称量上部油脂部分的质量（m1）；弃去上部溶液，准确称取沉淀物的质量（m2），计算离心乳析率和离心沉淀率，计算公式为：

2 结果与分析

2.1 乳化剂不同配比对复原乳界面蛋白浓度的影响

界面蛋白浓度（Г）表示的是液滴表面单位面积上的蛋白质含量，是反映乳浊液凝结稳定性的一个重要参数，不仅与界面蛋白质含量（PA）有关，还取决于乳浊液粒径的大小。由图2可知，在单独使用黄原胶或者瓜尔豆胶的情况下，蛋白质—黄原胶体系的界面蛋白浓度（Г）比蛋白质—瓜尔豆胶体系的Г值高，这可能是因为瓜尔豆胶和黄原胶属于非吸附多糖，不与蛋白质产生竞争性吸附，只通过静电吸附、疏水作用或者氢键作用与蛋白质形成复合物。中性条件下，蛋白质和黄原胶都带负电，而瓜尔豆胶不带电，黄原胶可以与蛋白质的部分带正电区域发生静电吸引作用，因此蛋白质—黄原胶体系的Г值较高[4]。

图2 乳化剂不同配比对复原乳液界面蛋白浓度的影响

当黄原胶、瓜尔豆胶两者复配使用时，随着黄原胶的减少，Г值呈现先降低后稳定再升高的趋势。这是由于黄原胶浓度降低，使得黄原胶与蛋白质部分带正电区域发生的静电吸引作用减小，Г值呈现明显降低。随着瓜尔豆胶的增加，黄原胶和瓜尔豆胶的共同作用导致Г值变化不明显。当m黄原胶∶m瓜尔豆胶小于4∶6时，黄原胶与蛋白质的静电作用明显减弱，瓜尔豆胶与蛋白质的相互作用占主导地位，Г值增加。

2.2 乳化剂不同配比对复原乳粒度分布的影响

图3 乳化剂不同配比对复原乳粒度分布的影响

图4 乳化剂不同配比对复原乳脂肪部分聚结率的影响

由图3可知，乳化剂不同配比对复原乳粒度分布的影响与其对界面蛋白浓度的影响趋势一致。如前所述，界面蛋白浓度不仅与界面蛋白质含量有关，还取决于乳浊液的粒径大小，而粒径大小与体系黏度有关。当体系黏度大时，复原乳的体积平均直粒径（d4,3）值偏大。相同浓度下，黄原胶溶液的黏度比瓜尔豆胶溶液高，所以蛋白质—黄原胶复合体系的d4,3值大于蛋白质—瓜尔豆胶复合体系的d4,3值。当黄原胶、瓜尔豆胶两者复配使用时，随着黄原胶的减少，d4,3值呈现先降低后稳定再升高的趋势。原因可能是，一方面黄原胶减少时静电吸附的蛋白质数量减少，另一方面体系中未吸附的黄原胶减少，降低了未吸附黄原胶与蛋白质热力学不相容性，从而减小了体系发生排斥絮凝的机率，抑制了液滴聚集，所以d4,3值降低[5]。由于2 种乳化剂和蛋白质作用方式不同，当m黄原胶∶m瓜尔豆胶为5∶5、4∶6和3∶7时，2 种相互作用方式共同维持了复原乳体系的稳定性。当m黄原胶∶m瓜尔豆胶小于3∶7时，黄原胶维持体系稳定性的作用减弱，瓜尔豆胶浓度较高，界面蛋白质吸附量大，蛋白质分子在界面上没有足够空间展开，结构被压缩，瓜尔豆胶与蛋白质间的相互作用受到抑制，容易引起体系排斥絮凝的发生，因此粒径反而增大。

2.3 乳化剂不同配比对复原乳脂肪部分聚结率的影响

对乳浊液的脂肪部分聚结率进行检测，结果如图4所示。单独使用黄原胶的脂肪聚结率比单独使用瓜尔豆胶的脂肪聚结率低，这是由于在相同条件下，蛋白质—黄原胶复合体系界面膜的黏弹性特征比蛋白质—瓜尔豆胶复合体系界面膜的黏弹性特征强，更易于降低两相的界面张力，阻止脂肪球互相聚结[6]。当m黄原胶∶m瓜尔豆胶为10∶0～6∶4时，随着黄原胶用量减少，脂肪部分聚结率下降；当m黄原胶∶m瓜尔豆胶小于5∶5时，脂肪部分聚结率缓慢上升。原因可能是，当黄原胶用量减少、瓜尔豆胶用量增加时，体系中未吸附的黄原胶减少，同时瓜尔豆胶又以不同于黄原胶与蛋白质作用的方式维持体系的稳定性，减小了体系发生排斥絮凝的几率，抑制了脂肪球互相聚集，脂肪部分聚结率随之下降。当黄原胶的用量减少到一定值时，黄原胶与蛋白质的静电吸附作用很弱，蛋白质从界面解析的数量超过了一定范围，降低了界面膜的黏弹性，而增加的瓜尔豆胶又不能补充界面膜损失的粘弹性，导致体系的脂肪部分聚结率升高。

2.4 乳化剂不同配比对复原乳离心乳析率和离心沉淀率的影响

图5 乳化剂不同配比对复原乳离心乳析率和离心沉淀率的影响

体系离心乳析率和离心沉淀率反映了体系的稳定性状况。由图5可知，当m黄原胶∶m瓜尔豆胶为10∶0～7∶3时，随着黄原胶用量减少，离心沉淀率下降，当m黄原胶∶m瓜尔豆胶小于7∶3时，离心沉淀率缓慢上升；当m黄原胶∶m瓜尔豆胶为10∶0～6∶4时，随着黄原胶用量减少，离心乳析率下降，当m黄原胶∶m瓜尔豆胶小于6∶4时，离心乳析率上升。这一结果说明，随着黄原胶用量减少，体系的稳定性先增加后减弱，这与上述结果讨论一致，即适度的m黄原胶∶m瓜尔豆胶能减少蛋白质间的聚集，从而提高复原乳的稳定性，但单纯某种乳化剂占比过高时，乳化剂与蛋白质的作用容易达到过饱和状态，过量的蛋白质渐渐从油相中分离沉淀出来，破坏复原乳的稳定性。

2.5 乳化剂不同配比对贮藏期间复原乳感官评分的影响

依据液态乳的感官评定标准NY 5140-2005[7]对复原乳进行感官评分，结果见表3。由表3可以看出，随着贮藏时间的延长，各配比下复原乳的得分均有所下降，其中m黄原胶∶m瓜尔豆胶为6∶4时感官得分最高且分数下降幅度最小。添加适量乳化剂能在一定程度上改善复原乳口感稀薄、有稍许涩味存在等问题，但是如果某一种乳化剂添加量过多，可能会将其自身的缺点体现在复原乳上。复原乳贮藏期间，由于脂肪球的聚结上浮和蛋白质的聚集沉淀，一方面导致复原乳出现分层现象，严重时该现象不可逆，影响复原乳的外观；另一方面减少了复原乳的香气成分，影响复原乳的滋味与气味。综合考虑，m黄原胶∶m瓜尔豆胶为6∶4时复原乳稳定性最好，感官品质最佳。

表3 乳化剂不同配比时贮藏期间复原乳的感官评分

3 结论

乳化剂总用量不变，复原乳的界面蛋白浓度、粒径、脂肪部分聚结率在黄原胶和瓜尔豆胶的复配比例为10∶0～6∶4范围时呈下降趋势，在6∶4～0∶10范围时呈上升或缓慢上升趋势。复原乳离心乳析率在黄原胶和瓜尔豆胶的复配比例为10∶0～6∶4范围时呈下降趋势，在6∶4～0∶10范围时呈上升趋势；离心沉淀率则在黄原胶和瓜尔豆胶的复配比例为10∶0～7∶3范围时呈下降趋势，在7∶3～0∶10范围时呈上升趋势。

随着贮藏时间的延长，黄原胶和瓜尔豆胶不同配比下复原乳的感官评分出现了明显差异，感官得分均有所下降，当m黄原胶∶m瓜尔豆胶为6∶4和5∶5时，复原乳贮藏后的感官评分差异较小。C