响应面法优化燕麦谷粒牛奶中变性淀粉的研究

冯志宽，李洪亮，李树森，张冬洁，尹永智

（内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司，内蒙古呼和浩特 011500）

燕麦谷粒牛奶不仅营养丰富，而且具有谷粒的咀嚼性，深受消费者喜爱。燕麦中富含蛋白质、矿物质、维生素等，其氨基酸含量较其他谷物食品更加丰富、均衡[1]。

制备燕麦谷粒牛奶一直存在较大的技术难题，一方面燕麦粒本身的直链淀粉含量较高，容易造成沉淀或者析水，严重降低了谷粒牛奶的品质；另一方面燕麦牛奶含有大量多糖和蛋白质的大分子是典型的热不稳定体系，变性淀粉与原淀粉不同，变性淀粉具有较强的抗热、抗剪切能力，并且具有较好的稳定性[2]，可明显改善燕麦谷粒牛奶的稳定性及品质。

因此，研究通过添加变性淀粉降低或减少沉淀、析水。试验通过添加变性淀粉，同时搭配其他稳定剂，并结合糊化、均质等工艺，制备出口感良好、组织状态稳定的燕麦谷粒牛奶。通过优化变性淀粉的参数可以增强燕麦谷粒牛奶的稳定性，改善口感，对于燕麦谷粒牛奶生产工艺起到提升作用。由于调制乳制品生产工艺参数与小试试验参数存在差异，因此在小试基础上进行生产工艺参数优化对进一步提高燕麦谷粒牛奶具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料

燕麦粒，产于澳大利亚；牛奶，蒙牛乳业（集团） 股份有限公司提供；白砂糖，中粮屯河提供，符合国家一级白砂糖标准；变性淀粉，国民公司提供；结冷胶、微晶纤维素、卡拉胶，均为食品级。

1.1.2 设备

IKA T25型搅拌器；APV型均质机；UHT杀菌机设备，德国GEA公司产品；SYG-1220型恒温水浴锅，美国Safe Temp公司产品；PG6002-S型天平，METTLER TOLEDO公司产品；TGA-10C型离心机；DV-Ⅱ型博力飞黏度测定仪，美国博力飞公司产品。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程

1.2.2 感官评定法

感官评定法是由20名感官品尝师组成的评鉴小组，并对燕麦谷粒牛奶进行感官评定，评定内容为产品外观状态和风味口感，在具体感官评定时，分别对产品的感官品质进行打分，以分值的高低作为判定感官综合品质优劣的依据。

感官评定试验在感官品尝室中进行，自然光照，保证试样达到室温，待品尝样品装入编号的试样杯中，由感官品尝师进行感官评定，主要从以下几个方面对产品进行品尝：①外观状态，包括均匀性、析水性，凝胶程度；②风味及口感，包括爽滑度，奶香味。

感官评价见表1。

表1 感官评价/分

1.2.3 黏度的测定

用博力飞黏度测定仪测定燕麦谷粒牛奶的黏度，并由黏度的大小间接反映凝胶的强弱程度。

1.2.4 稳定性的测定

在15 mL离心管中加入过滤掉燕麦粒的牛奶10 mL，然后以转速4 000 r/min离心20 min，准确称取沉淀物质量，利用公式计算离心沉淀率：

2 结果与分析

2.1 变性淀粉种类筛选单因素试验

淀粉的变性方式影响凝胶强度、口感等，因此选择不同变性方式的淀粉进行试验[3]。作为食品胶凝剂的变性淀粉主要有交联酯化淀粉、酸水解淀粉和氧化淀粉，变性淀粉添加量为1.2%与水制成淀粉糊，测定黏度和离心沉淀率。

变性淀粉黏度单因素试验结果见图1，变性淀粉离心沉淀率试验结果见图2。

图1 变性淀粉黏度单因素试验结果

图2 变性淀粉离心沉淀率试验结果

羟丙基二淀粉磷酸酯和氧化羟丙基淀粉优于其他变性淀粉。

2.2 变性淀粉与其他胶体复配试验

变性淀粉与亲水性胶体复配，可有效提高体系的黏度，明显改善产品状态，提升产品口感[4]，亲水性胶体也有很强的抑制淀粉老化的作用，多数胶体本身是多糖，其羟基能与淀粉链上的羟基及周围的水分形成大量的氢键，起到阻止淀粉老化的作用，并且大多数胶体都具有很高的吸水、持水能力，对失水老化起到延缓作用。因此，可以在单因素试验基础上继续将变性淀粉与其他胶体进行复配，进一步提升产品品质。

感官评定是真实反映食品品质的有效方法，在乳品品质控制上得到广泛应用。孙曼曼[5]研究不同添加量的淀粉对酸奶持水力和表观黏度的影响时发现，不同添加量酸奶的质地、嫩滑度、流动状态感官影响很大，因此可以通过感官评定判断燕麦谷粒牛奶的品质，以对比不同变性淀粉的使用情况。

将上述羟丙基二淀粉磷酸酯和氧化羟丙基淀粉与卡拉胶、结冷胶进行小试正交试验，以感官评价指标进行分析。

L16（45）设计因素与水平设计见表2。

由表2可知，影响因素从大到小排列为羟丙基二淀粉磷酸酯添加量＞氧化羟丙基淀粉添加量＞结冷胶添加量＞卡拉胶添加量，4种因素效果均显著，结冷胶虽效果显著，由于产品成本较高，超过产品承受成本，因此选择卡拉胶，通过试验确定最佳配比为羟丙基二淀粉磷酸酯添加量为1.3%，氧化羟丙基淀粉添加量为0.3%，卡拉胶添加量为0.02%。

表2 L16（45）设计因素与水平设计

2.3 变性淀粉工艺优化

燕麦谷粒牛奶的稳定性受很多因素的影响，除了上述胶体的影响外，工艺参数对产品的稳定性和品质影响很大，李达鸿等人[6]曾指出不同糊化温度对淀粉的乳化活性和稳定性存在影响。也有研究显示糊化温度、稳定剂添加量、均质压力对稳定性及口感都有很大影响[7-8]。根据车间现有工艺条件确定均质温度、均质压力、糊化温度、糊化时间的范围进行下一步小试试验。考虑到工艺参数间可能存在交互作用，需要正交试验最终确定参数，以离心沉淀率结果评价为考查指标。

L16（45）设计正交试验因素与水平设计见表3。

由表3可知，均质温度、糊化温度对离心沉淀率影响显著，最终确定均质温度60℃，糊化温度80℃，均质压力14 MPa，糊化时间20 min。

2.4 稳定剂、工艺条件优化

由于产品生产工艺与产品小试工艺存在差异，所以产品稳定性与车间的工艺条件关系很大，在小试试验基础上采用Box-Behnken设计，以正交因素试验的结果作为基础，以离心沉淀率（Y）为评价指标，进行中试工艺优化，选择影响燕麦谷粒牛奶的主因素：羟丙基二淀粉磷酸酯添加量（A''），卡拉胶添加量（B''），均质温度（C''），糊化温度（D''）建立模型。

表3 L16（45）设计正交试验因素与水平设计

响应面优化结果见表4，燕麦谷粒牛奶二次多项回归方程方差见表5。

由表4可知，4个因素均显著，试验模型显著，可以用来预测燕麦谷物牛奶离心沉淀率，公式如下：

表4 响应面优化结果

表5 燕麦谷粒牛奶二次多项回归方程方差

Y=2.03-0.09A-0.097B-0.23C+0.079D-0.20AB-0.015AC+0.11AD+0.038BC+0.15BD+0.050CD+0.73A2+0.26B2+0.39C2+0.19D2.

两两相交对离心沉淀率的响应面图见图3。

3 结论

按照上述结果在配方中添加羟丙基二淀粉磷酸酯添加量1.22%，卡拉胶添加量0.02%，均质温度61.38℃，糊化温度83.12℃，离心沉淀率达到2.03%，该产品口感细腻、质地均匀稳定、产品工艺较稳定、协同增效作用明显。产品综合指标中试后优化参数与小试之间有差异，所以在下一步工艺优化中，应该继续试验小试与中试差异化做小试与中试之间线性关系，可进一步优化产品稳定性。

图3 两两相交对离心沉淀率的响应面图