香蕉乳饮料稳定性研究及工艺条件优化

郭慧青

（北京三元食品股份有限公司，北京 100076）

香蕉乳饮料是指以新鲜牛乳为原料，加入水、白砂糖、甜炼乳、稳定剂及香蕉浆等辅料，经配料、均质、杀菌和灌装等工艺制成的配制型中性含乳饮料[1]。香蕉乳饮料融合牛奶与香蕉的双重营养，风味突出、奶香浓郁，深受消费者喜爱，市场前景广阔。但由于牛奶本身及所添加香蕉浆的性质，产品在保存过程中容易发生变化，较易产生稳定性方面的问题，而此类产品大部分又有较长的保质期要求。因此，如何保持产品在货架期中的稳定性成了产品研发部门和生产部门必须解决的问题。

香蕉乳饮料是由生牛乳、香蕉浆、水、白砂糖、甜炼乳及稳定剂等组成的一种宏观不稳定分散体系，其中既有乳蛋白胶体及香蕉浆粗纤维形成的悬浮液，又有糖、盐等形成的真溶液[2]。复杂的组成成分使其较易在产品保存期内出现沉淀、絮凝及脂肪上浮等不稳定现象。本试验采用的稳定性分析是基于多重光散射原理，以近红外发射光谱的透射光和背散射光随时间的变化率，得到的稳定性动力学指数系数TSI为评价指标，研究了稳定剂添加量、均质压力、均质温度对香蕉乳饮料稳定性的影响，优化得到稳定性较优的工艺参数，为该类型产品工业化生产与研究提供了理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

生鲜牛乳，北京三元食品股份有限公司；香蕉浆，自制；复合稳定剂，北京三元食品股份有限公司；白砂糖，广西凤糖生化股份有限公司；甜炼乳，青岛雀巢有限公司。

1.2 仪器与设备

RW20DZM高速搅拌机，德国IKA公司；APV-2000高压均质机，德国APV公司；立式压力蒸汽灭菌锅，上海三申医疗器械有限公司；Turbiscan Tower稳定性分析仪，Formulation公司。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

白砂糖、复配稳定剂、水（70～80 ℃）→高速搅拌（15～20 min）→加入香蕉浆→高速搅拌（≥ 10 min）→生牛乳、甜炼乳→高速搅拌（≥10 min）→均质→UHT灭菌（137 ℃∕4 s）→冷却→无菌灌装→成品。

1.3.2 稳定性分析

Turbiscan Tower稳定性分析仪是由1个脉冲式的近红外光源（波长880 nm）和2个同步的检测器组成，透射光检测器是用于研究透明清澈的产品，以透过率（T，%）为指标，背散射光检测器是用于研究高浓度的产品，以背散射光的反射率（BS，%）为指标。测量探头收集透射光和背散射光数据，在55 mm长度上每40 μm扫描一次，得到的图形在浓度上和粒子直径上表征了样品的均匀性，编辑其测量次数，然后沿着样品不断重复扫描，从而得到一张表征样品稳定性或不稳定性的指纹图谱。分析仪能得到背散射光通量BS和透射光通量T相对时间的变化曲线、分层厚度随时间的变化曲线、粒子迁移速度相对时间的曲线、颗粒平均迁移速度、颗粒平均粒径对时间变化关系曲线或颗粒浓度对时间的变化关系曲线。综合以上功能Turbiscan软件能得到样品的稳定性动力学指数系数TSI，TSI与体系稳定性呈负关系，TSI值越大，体系越不稳定。

1.3.3 操作要点

（1）稳定剂添加量的确定。试验复配稳定剂在2.0～4.0 g/L添加量下产品的稳定性。

（2）均质压力的确定。不同的均质压力对产品的稳定性有着不同的影响，在10～30 MPa范围内进行均质，观察产品稳定性。

（3）均质温度的确定。产品的稳定性不仅与均质压力有关，与均质温度也有关，在50～70 ℃进行均质，检测其对产品的稳定性的影响。

（4）参数设置。待测样品放置于一个圆柱形的玻璃测试室中，样品的添加量20 mL。采用多次扫描模式进行测量，样品的扫描时间24 h，扫描间隔 30 min，样品室的温度为10 ℃。

1.3.4 数据分析与处理

通过正交试验设计，利用Turbiscan Tower稳定性分析仪检测产品稳定性并采集稳定性数据，进行极差和方差分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 稳定剂添加量对产品稳定性的影响

香蕉乳饮料的乳固形物含量较低（蛋白质含量≥1.4%），乳脂肪积聚上浮、乳蛋白或香蕉浆粗纤维下沉是需要解决的主要问题。稳定剂加入后，经高剪切力（高速搅拌或过均质机）作用分散，可与水以氢键形成有效的三维网络结构，防止不溶颗粒的沉降和脂肪颗粒重聚而达到稳定的效果。此款稳定剂存在时形成的连续相具有剪切稀变的特点，在起到良好稳定作用的同时避免了黏度增加对口感造成的影响[3]。

本试验使用稳定性分析仪测定产品在均质压力为20 MP，均质温度为60 ℃时稳定剂添加量分别为2.0 g/L、2.5 g/L、3.0 g/L、3.5 g/L及4.0 g/L时的TSI值，结果见图1。

图1 稳定剂添加量对TSI的影响

由图1可知，稳定剂添加量在2.0～3.5 g/L时，随着稳定剂添加量的增加，稳定性系数越来越小，即稳定性越来越好，但稳定剂添加量从3.5 g/L增加到4.0 g/L时，稳定性系数不降反增，过量的稳定剂分子间相互作用，形成弱凝胶，使产品出现析水，反而影响稳定性。综合生产成本考虑，稳定剂可选择3.0～4.0 g/L。

2.1.2 均质压力对产品稳定性的影响

根据斯托克斯定律（Stockes Law），沉降速度与颗粒直径的平方成正比，粒子直径愈大，沉降越快，反之越慢[4]。均质可以有效减小产品的平均粒径分布，显著提高产品稳定性。本试验在稳定剂添加量 3.0 g/L，均质温度60 ℃时，测定均质压力为10 MPa、 14 MPa、18 MPa、22 MPa、26 MPa和30 MPa时的TSI值，结果见图2。

图2 均值压力对TSI的影响

由图2可知，均质压力在10～22 MPa时，随着均质压力的增加，TSI值逐渐减小；均质压力在22～26 MPa时，TSI的变化不明显；均质压力在 26 MPa增加到30 MPa过程中，随着均值压力的增加，TSI值呈上升趋势，这主要是因为均质压力较低时，料液粒子过大，容易沉降影响稳定性；均质压力过高，料液粒子过小，其吸附作用增强而凝聚，亦会降低稳定性。为了得到较小的TSI值保持产品良好的稳定性，结合实际生产的难易程度，产品的均质压力可选择18～26 MPa。

2.1.3 均质温度对产品稳定性的影响

均质效果不仅与均质压力有关，与均质温度也有关，过高温度下均质，可能引起蛋白质变性，过低温度下均质乳化剂、稳定剂溶解不充分，乳化能力下降亦会影响产品稳定性。乳制品加工的均质温度一般在60～65 ℃，低于55 ℃或温度过高都会影响均质效果[5]。本试验在稳定剂添加量3.0 g/L，均质压力为20 MPa时，测定均质温度50 ℃、55 ℃、60 ℃、65 ℃和70 ℃时的TSI值，结果见图3。

图3 均质温度对TSI的影响

由图3可知，在50～65 ℃时，随均质温度的增加，TSI值逐渐减小；在50～60 ℃时，TSI减小趋势明显；均质温度在60～65 ℃时，TSI变化并不明显，均质温度在65～70 ℃时，TSI甚至出现小幅增加。综合可知，香蕉乳饮料合适的均质温度在60～70 ℃。

2.2 正交试验分析3因素对产品稳定性的影响

根据单因素试验结果，选取A稳定剂添加量、B均值压力和C均质温度3个因素，在单因素试验的基础上采用L9(34)的正交试验，正交试验因素水平见表1，试验结果见表2。

表1 L9(34)正交因素水平表

表2 L9(34)正交试验结果

由表2可知，3种因素对产品稳定性影响大小顺序为A＞B＞C，最优工艺条件为A2B3C1。由表3可知，稳定剂添加量对产品稳定性影响差异显著 （P＜0.05），均质压力对产品稳定性影响差异显著（P＜0.05），均质温度在60～70 ℃时，对产品稳定性影响较小。考虑到适当提高均质温度可增强乳化剂的乳化性和提高稳定剂的分散性，最终最优组合选择A2B3C2，验证试验结果得到在A2B3C2水平下，其透射光/背散射光参比谱图及整体动力学不稳定性见图4、图5，TSI为0.22。

表3 L9(34)正交试验结果方差分析

图4 透射光、背散射光参比谱图

图5 产品动力学不稳定性（整体）

由Turbiscan多重光散射法测试原理可知，如果颗粒粒径小于600 nm，背散射光强度随时间延长逐渐增加；如果颗粒粒径大于600 nm，背散射光强度随时间延长逐渐减小，左侧和右侧背散射光强度的变化与颗粒的迁移（沉淀、上浮或澄清）有关。

由图4和图5可知，图谱的左边部分代表样品池的底部，右边部分代表样品池的顶部，中间部分代表样品池的中间。图谱左边背散射光光强值在增加，表明底部的浓度在增加，样品中较重的物质在向样品池的底部移动。即发生了蛋白质等粒子的沉淀；图谱的右边，即样品池的顶部，背散射光光强值也在增加，说明顶部的浓度也在增加，样品中比较轻的物质在向样品池的顶部移动，即发生了脂肪的上浮。但底部和顶部的光强值变化的并不大，样品的沉淀和浮油并不明显。图谱的中间部分线条重合性较好，可以判断样品未发生颗粒的团聚和絮凝，样品稳定性较好。经验证试验，在此条件下，香蕉乳饮料稠度适中，细腻均一，基本无沉淀，仅有少量脂肪上浮，属正常范围，稳定效果良好，可在保质期内安全 储存。

3 结论

通过单因素分析及正交试验获知，稳定剂添加量和均质压力对香蕉乳饮料稳定性的影响较显著，均质温度影响相对较小。香蕉乳饮料的最佳工艺参数为稳定剂添加量3.5 g/L、均质压力26 MPa、均质温度65 ℃，此时通过稳定性分析仪检测，产品稳定性指数系数TSI最小，即产品稳定性最好。