加热不同来源脱脂复原乳对浓缩乳饮料凝乳特性的影响

徐显睿 ，夏文洋，李翠凤 ，张宗博 ，陈政言，张兰威*

1. 青岛根源生物技术集团有限公司食品研究室（青岛 266000）；2. 青岛诺和诺康实业有限公司（青岛 266000）；3. 中国海洋大学食品科学与工程学院（青岛 266000）

浓缩乳饮料是以脱脂乳粉为主要原料，经乳酸菌发酵成酸凝乳，再与白砂糖、稳定剂、乳化剂、甜味剂、酸味剂等进行调配、杀菌制成的乳饮料。产品消费形式主要是以喜茶、奈雪茶为代表的新时尚、享受型茶饮连锁体系和餐饮体系将其作为原料，与果汁、果浆等调配使用或直接稀释饮用。浓缩乳饮料酸度在180~240 °T，糖度在45~55 °BX，由于固形物含量高，配料时纯水添加量仅需约50%，且需同时满足溶解稳定剂、糖、小料和调酸工艺，因此为实现浓缩乳饮料加工要求，在制备发酵基料时，酸乳蛋白含量需在6.0%~7.4%（还原奶干物质含量符合18%~23%）以确保可剩余足量纯水用于产品配料。

浓缩乳饮料酸乳在发酵前，还原奶需经非酶褐变反应（95 ℃，4 h）赋予产品特有的色泽和风味。由于还原奶非脂乳干物质含量高，长时间高温处理易引起乳的热稳定性降低[1-2]，发生热凝固或凝胶，影响饮料正常生产。乳的热稳定性是指乳蛋白经高温热处理而无可见凝固或凝胶的形成[3]，这可能由于热处理过程中乳清蛋白变性、酪蛋白胶束解离或酪蛋白与乳清蛋白聚合等使乳蛋白体系改变[4-6]。牛乳蛋白主要为酪蛋白和乳清蛋白，酪蛋白以胶束形式存在，由于其特殊结构，酪蛋白很难变性[7]，但受热变性的β-乳球蛋白可与κ-酪蛋白形成聚合物，使酪蛋白结构改变，降低乳蛋白体系稳定性[8]。乳清蛋白热稳定性低于酪蛋白，变性乳清蛋白主要为α-乳白蛋白和β-乳球蛋白。Mcsweeney等[9]研究表明α-乳白蛋白有相对较好的耐热性，加热至70~75 ℃，β-乳球蛋白发生变性[10]，温度升高至85 ℃，随着时间的延长α-乳白蛋白变性加剧[11]，更剧烈加热使其聚合在β-乳球蛋白-酪蛋白表面，使酪蛋白胶粒增大[12]，表面被活化发生凝聚。

此外不同来源的乳粉，如地域或生产批次受产奶季节、气候、饲料成分、奶牛品种和健康情况等导致复原乳成分指标差异，如pH、酸度、盐类含量和蛋白多态性也影响牛乳的热稳定性[13-15]，并且有研究表明经热处理后复原乳由于蛋白变性可对酸凝乳的黏度、持水率和凝胶的硬度有贡献[16-17]。因此研究以市场上主要5种不同来源脱脂乳粉为研究对象，测试不同乳粉的热稳定性并评价不同乳粉对复原乳发酵酸化、硬度、稠度、黏聚性和持水率指标的影响，旨在为提高浓缩乳饮料稳定生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

脱脂奶粉1、脱脂奶粉2、脱脂奶粉3、脱脂奶粉4、脱脂奶粉5（蛋白质湿基含量均在32.5%~33%），购于新西兰恒天然公司、新西兰OCD公司、丹麦阿拉公司、俄罗斯德瑞莱公司、瑞士雀巢公司；葡萄糖、蔗糖，食品级，市售；直投发酵剂YO-MIX 883，美国杜邦公司。

1.2 仪器与设备

TAX-XT2i质构分析仪，英国Stable Micro Systems公司；iCinac乳品发酵监控仪，法国AMS Alliance公司；R50A高速乳化剪切机，上海弗鲁克科技发展有限公司；AH-BASIC高压均质机，加拿大ATS公司；HWS-24电热恒温水槽，上海一恒科学仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 不同脱脂奶粉热处理凝胶特性评价

将上述5种脱脂奶粉按每种奶粉分别称取185，200，215和228 g，配制成蛋白含量6.0%，6.5%，7.0%和7.4%的复原奶液，加纯水溶解（55 ℃，30 min），再加入葡萄糖、蔗糖各30 g定容至1 000 g，均质（65 ℃，25 MPa），水浴杀菌（95 ℃，210 min），评价不同脱脂奶粉在不同蛋白含量条件下经热处理后基料变性凝胶的强弱程度。每种脱脂奶粉随机选3个批次进行试验。

1.3.2 不同脱脂奶粉酸乳制备

称取215 g（蛋白含量7.0%）上述5种脱脂奶粉，加纯水溶解（55 ℃，30 min）定容至1 000 g，均质（65 ℃，25 MPa），水浴杀菌（95 ℃，240 min），冷却（43~45 ℃）接种，发酵至酸度≥170 °T，冷却至25 ℃以下备用。

1.3.3 不同脱脂奶粉酸乳发酵pH测定

按1.3.2方法制备酸乳，于43 ℃发酵48 h，采用iCinac乳品发酵监控仪测试连续pH。

1.3.4 不同脱脂奶粉酸乳总酸度测定

称取10 g 酸乳样品于锥形瓶中，加入20 mL冷却至室温的蒸馏水混匀，再加入0.5%的酚酞指示剂，混匀后用氢氧化钠标定溶液滴定至微红色，并在30 s内不褪色，读取消耗氢氧化钠标准溶液体积，酸度（° T）按式（1）计算。

酸度=CV×10 （1）式中：C为氢氧化钠标定溶液的摩尔浓度，mol/L；V为消耗氢氧化钠标准溶液体积，L。

1.3.5 不同脱脂奶粉酸乳质构测试

按1.3.2方法制备酸乳，采用TAX-XT2i质构分析仪测定产品硬度、稠度、黏聚性。测定条件：选用A/BE探头，压力盘直径35 mm。设置参数：下降速度1.0 mm/s，测试速度1.0 mm/s，提升速度10.0 mm/s，测试深度30 mm，记录整个过程中所需应力。探入过程中的最大峰值为硬度（g），探头上行的负峰值为黏聚性（g），曲线正峰面积为稠度（g·s）。

1.3.6 酸乳持水性测试

按1.3.2中方法制备酸乳，测定方法按参考文献[18]方法，持水率按式（2）计算。

持水率=离心沉淀物质量/样品质量×100% （2）

1.4 数据处理

采用OriginPro 8.5软件作图。

2 结果与分析

2.1 热处理对不同脱脂乳粉不同含量蛋白凝胶的影响

由表1可知，依据浓缩乳饮料加工要求，不同乳粉配制不同蛋白含量的复原乳经95 ℃，4 h处理，不同来源和生产日期的脱脂乳粉热稳定性有显著差异，脱脂乳粉2热稳定性最好。不同生产日期脱脂奶粉2，制备的高蛋白复原乳在长时间、持续剧烈加热条件下乳体系均没有发生变性凝固。脱脂奶粉5具有较好的热稳定性，仅有一批次乳粉在7.4%蛋白条件下发生严重热凝固现象。脱脂复原乳3和脱脂复原乳1的耐热性在其乳粉生产批次间稳定性较差，一个批次乳粉3在6.5%蛋白条件即产生轻微凝胶，并且随着蛋白浓度增大表现为严重热凝固现象，其他两批次乳粉3在高蛋白条件下复原乳发生轻微变性；而不同生产日期乳粉1则表现在低蛋白下发生严重热凝固和高蛋白下耐热稳定的现象。脱脂乳粉4的热稳定性最差，不同生产日期的乳粉在较低蛋白下即发生热凝固现象。由此可见，来源不同的乳粉，或相同乳粉各批次间的耐热性差异显著，这种差异性除受乳成分指标影响外，可能主要与乳粉热加工技术有关。田慧青等[19]研究发现乳粉在生产过程中经过高温加热未变性蛋白含量越高，乳粉稳定性越好。因此以脱脂乳粉2制备7.0%蛋白含量的复原乳为发酵基料进行调配，保证浓缩乳饮料稳定生产。

表1 不同脱脂乳粉在6.0%~7.4%蛋白条件热处理凝胶测试结果

2.2 耐热性不同脱脂乳粉对发酵7.0%蛋白浓缩乳饮料基料影响

根据2.1中结果，选择生产批次热稳定较好的5种脱脂乳粉，制备7.0%蛋白含量的复原乳，在发酵剂最适温度下发酵48 h，评价耐热性不同的脱脂乳粉对浓缩乳饮料基料酸化指标的影响。由图1可知，发酵5种不同脱脂乳粉产酸趋势基本一致，但使酪蛋白达到等电点完全凝乳的时间相隔约3 h，差异显著。其中脱脂乳粉2的产酸速度较慢，而脱脂乳粉4产酸速度最快，这可能与复原乳起始pH较低、金属盐离子有关。乳粉4的耐热性较差，乳蛋白变性程度大，有研究表明变性的乳清蛋白与κ-酪蛋白形成可溶性聚合物可缩短酸凝乳时间[20]，此外孙琦[14]发现较低的pH易导致乳中胶体磷酸钙溶解，钙离子浓度增加，酪蛋白失去静电作用凝聚使稳定性降低，均与试验结果相似。

图1 不同脱脂乳粉对发酵基料酸化趋势

2.3 不同脱脂乳粉酸乳质构特征测试结果

由表2可知，不同乳粉的复原乳在发酵48 h酸乳的质构特征不同。脱脂乳粉4形成酸乳的硬度、稠度最大，这主要与其终止pH低有关。有研究表明酸乳的硬度、稠度、黏聚性指标受pH影响显著，pH越低，酸乳的硬度、稠度和黏聚性越大[21-22]，与乳粉4制备酸乳的硬度、稠度测试结果一致，但乳粉1制备的酸乳在黏聚性指标上表现突出，黏聚性为-128.61 g，这可能与乳粉1中α-乳白蛋白和β-乳球蛋白的含量有关[23]，此外乳中钙含量高可提高酸乳的黏度，而由2.1小节可以看出乳粉1耐热性不稳定，其中一批次乳粉在6.0%蛋白浓度下即发生严重凝固，这也可能因其钙含量较高导致在高强度加热条件下热稳定性差有关。

表2 不同脱脂乳粉制备酸乳质构特征

2.4 不同脱脂奶粉酸乳持水率测试结果

由图2可以看出，5种不同乳粉制备复原乳在发酵48 h形成酸乳的持水率差异不显著。持水率高能反映酸乳凝胶结构的稳定性好。乳粉1、乳粉3、乳粉4制备酸乳的持水率分别为49.12%，49.48%和49.25%，略高于乳粉2和乳粉5的持水率，其值分别为47.65%和48.60%。持水率一般与酸乳黏性呈正相关，表2中脱脂乳粉1和脱脂乳粉4制备酸乳的黏聚性也在一定程度符合此相关性，但持水率表现不明显的原因，除与黏聚性方面无绝对值大的差异，可能还与β-乳球蛋白的含量有关[23]。

图2 不同脱脂乳粉制备酸乳持水率

3 结论

制备浓缩乳饮料，需将高浓度蛋白复原乳经长时高温加热处理后再进行发酵、调配。为实现浓缩乳饮料稳定生产，对5种不同来源、不同生产批次脱脂乳粉的热凝胶性进行测试并评价耐热性不同乳粉制备的复原乳在酸化、对酸乳硬度、稠度、黏聚性和持水率指标的影响。结果表明：脱脂乳粉2的热稳定性最好；耐热性不同乳粉对复原乳酸化指标影响显著，易热凝固的乳粉4产酸速度最快，且在酸乳硬度、稠度和黏聚性方面表现突出；不同乳粉对持水率指标无显著影响。