果胶和可溶性大豆多糖在酸性乳饮料中的应用

薛玉清，李文强，胡佳麒，阮叶萍，欧凯，李言郡，冯玉红

（杭州娃哈哈集团有限公司，浙江省食品生物工程重点实验室，杭州 310018）

0 引言

酸性乳饮料由于清爽的口感、丰富的营养和独特的风味备受广大消费者喜爱。但酸性乳饮料pH值低于酪蛋白等电点，使酪蛋白胶束间静电排斥作用减弱导致体系失稳。为保护酪蛋白防其聚集沉淀提高酸性乳饮料的稳定性，通常要添加稳定剂[1]。酸性体系常用稳定剂有果胶（Pectin）、羧甲基纤维素钠（CMC）、黄原胶、琼脂、可溶性大豆多糖（SSPS）等，CMC、黄原胶和琼脂会增加产品黏度，严重影响口感；果胶耐热性能有限，单独使用有较大风险，且用量高时成本口感均无法接受；而大豆多糖恰好具备黏度低、热稳定性好等特点[2-3]，所以果胶复配大豆多糖在此类饮料中较为适用。

本文通过优化调配型酸乳饮料的加工工艺，明确果胶和SSPS在酸性乳饮料中的最佳应用条件，从而提高酸乳饮料的整体稳定性[4]。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

pH计、分析天平,瑞士Mettler-Toledo公司;均质机,德国APV公司;离心机,德国Eppendorf公司;Mastersizer 2000粒度分析仪,瑞士万通公司;Turbiscan稳定性分析仪,法国Formulaction公司；LumiSizer-651稳定性分析仪,罗姆常州仪器有限公司；黏度仪LVDV-3T/8738511，美国博勒飞公司。

脱脂奶粉，新西兰恒天然公司；可溶性大豆多糖，日本不二富吉有限公司；白砂糖，北京糖业有限公司；柠檬酸、柠檬酸钠(分析纯），上海国药集团；果胶（食品级），市售。

1.2 方法

1.2.1 调酸型乳饮料的工艺流程

脱脂粉3%+果胶0.4%+大豆多糖0.3%+白砂糖6%+柠檬酸钠0.3%+超纯水→原料混合→冷却至调酸温度→调酸→定容→均质→杀菌→灌装

操作要点：（1）配料：将脱脂粉溶于55℃超纯水中，并水合30 min；将果胶和白砂糖溶于65℃超纯水中，冷却待用；将大豆多糖溶解于80℃超纯水中，冷却后与其他原料混合；（2）调酸：将料液温度冷却至20℃，用30%柠檬酸溶液调整pH值至3.8；（3）均质：均质压力为25 MPa；（4）杀菌：杀菌温度为95℃，时间为10 min，热灌。成品蛋白含量不低于0.8%

1.2.2 复配比例、pH值对乳饮料稳定性的影响

调整料液中果胶与大豆多糖浓度和复配比例，用不同用量柠檬酸和柠檬酸钠调整最终产品pH值，对产品进行Lumisizer稳定性扫描、离心沉淀率和粒度分布测定。

1.2.3 配料顺序和均质工艺对稳定性的影响

先添加果胶，剪切5 min后加入SSPS，20℃调酸均质；先添加SSPS，剪切5 min后加入果胶，20℃调酸均质；先添加SSPS，20℃进行调酸均质后，再添加果胶；果胶和SSPS混合添加后20℃再进行调酸再均质，均质压力为25 MPa。测定产品的离心沉淀率、平均粒度分布并进行稳定性扫描。

1.2.4 离心沉淀率测定

取40 mL离心管，称取管重为W1，称取一定量样品W2，放入离心机在3 000 r/min，20℃条件下离心15 min，去除上层液体，倒置15 min后称其质量为W3。离心沉淀率=(W3-W1)/W2×100%。离心3次取平均值[5]。

1.2.5 平均粒度大小测定

取样品用Mastersizer 2000粒度分析仪测定样品中粒子大小分布情况，样品用去离子水按1∶1 000（质量比）稀释后，根据文献设定相关操作参数，温度为25℃；泵速为2 200 r/min；颗粒折射率为1.52；颗粒吸收率为0.1；分散剂为水；分散剂折射率为2.33[6]。

1.2.6 Lumisizer稳定性扫描

用Lumisizer稳定分析仪进行稳定性分析，仪器参数设置：温度为(25±0.5)℃，转速为4 000 r/min；连续性扫描程序：每5 s扫描1次，连续扫描500条谱线。

1.2.7 稳定性扫描

用Turbiscan Lab稳定分析仪进行稳定性分析，仪器参数设置：温度为(25±0.5)℃；连续性扫描程序：每1 h扫描1次，连续扫描24 h[7]。

2 结果与分析

2.1 复配比例、pH值对稳定性的影响

在果胶复配大豆多糖的基础上，同时考察终产品pH值和柠檬酸钠添加量对稳定性的影响，设计四因素三水平L9（34）正交实验[8]，分别以离心沉淀率和lumisizer不稳定性系数为指标进行分析，因素如水平如表1所示。

表1 正交实验因素水平 g/L

以最终产品离心沉淀率为指标，正交实验结果如表2所示。由表2结果可知，影响离心沉淀率的主次关系为：柠檬酸钠＞pH值＞果胶＞SSPS，最优组合为A1B1C1(C3)D3，即果胶质量浓度1.5 g/L，SSPS质量浓度3 g/L，pH值为4.0或4.2，柠檬酸钠质量浓度3.8 g/L。

表2 正交实验设计方案和结果 g/L

正交实验方差分析如表3所示，方差分析结果表明，柠檬酸钠添加量对离心沉淀率影响显著，其他因子不显著。

表3 正交实验方差分析

以Lumisizer稳定性分析仪不稳定性系数为指标，实验结果如表4所示。

表4 正交实验设计方案和结果 g/L

（续表4）

由表4可以看出，影响不稳定性系数的主次关系为：果胶＞SSPS＞pH值＞柠檬酸钠，最优组合为A3B3C3D3，即果胶2.5 g/L，SSPS 5 g/L，pH值为4.2，柠檬酸钠3.8g/L。该结果与离心沉淀率差异较大，分析认为，Lumisizer不稳定性系数反映的是整个体系的透光率变化，影响透光率的因素不仅有作为分散相的蛋白质，也有少量的脂肪、胶体本身的浊度等等，这些成分在离心力作用下均会发生一定的迁移导致透光率变化，但未必会引起肉眼可见的沉淀，因此，两个指标出现不一致的情况。

2.2 配料顺序和均质工艺对稳定性影响

由图1可以看出，先添加果胶剪切后加入SSPS再调酸均质、先添加SSPS剪切后加入果胶再调酸均质与SSPS和果胶混合后剪切调酸均质的产品沉淀率、粒径差异不大，离心沉淀率均在0.266%左右。由粒径分布图2可知，先加SSPS调酸均质后再加果胶，终产品粒径和离心沉淀率大幅度降低，产品稳定性有很大提高。由于SSPS有较多支链，再加之电荷不高，因此SSPS和酪蛋白的作用力非常有限。该研究通过改善工艺，让其先和酪蛋白作用，同时通过均质使SSPS的分子结构伸展开，从而充分提高SSPS和酪蛋白的作用力，提高产品稳定性。

图1 均质工艺对酸性乳饮料沉淀率的影响

图2 均质工艺对酸性乳饮料粒径分布的影响

Turbiscan是基于多重光散射技术的稳定性分析仪，它的工作原理主要是根据反射物理模型和透射物理模型，背散射光的变化率可以反映体系的均一程度、颗粒大小和浓度，据此判断体系的稳定性[9]。同一样品不同曲线之间光强值变化越大表示体系越不稳定[10]。利用Turbiscan图谱，左边代表样品底部，右边代表样品顶部，左边曲线向上移动则说明背散射光增强样品有沉淀，向下移动则代表水析；右边顶部曲线向上则代表脂肪上浮；向下移动则代表水析；曲线中间波动较大则说明体系有聚团现象[11]。由Turbiscan图谱可知，仅先加SSPS调酸均质后再加果胶的样品整体稳定性最好，先果胶、小SSPS、果胶和SSPS混合后再调酸均质工艺的样品均底部出现沉淀与水析，上浮层下方有较大范围澄清，且图谱情况高度一致。

3 结论

由实验可知，果胶和大豆多糖在酸性乳饮料体系中的稳定性作用，取决于果胶和大豆多糖浓度、比例、产品终点pH值、配料顺序和均质工艺等因素的影响，其中，配料顺序和均质工艺影响效果最为明显，其他影响不稳定性系数的主次关系为：果胶＞SSPS＞pH＞柠檬酸钠。蛋白质含量为0.8%的调酸型乳饮料体系中，各影响因素的最优组合为果胶2.5，SSPS 5 g/L，pH 4.2，柠檬酸钠3.8 g/L，且要使用SSPS先跟还原奶调酸后均质，再跟果胶混合的工艺，才能保证产品有较好的稳定性。另外，Lumisizer稳定性分析仪、Turbiscan稳定分析仪的结果与离心沉淀、粒径分布相同，均是一种快速准确判定产品体系稳定性的手段。