海藻酸丙二醇酯和果胶在饮用型桑椹酸奶中的应用

薛玉清，许丹虹，冯玉红，李文强，姜胡兵，胡君荣，张 妍，杨忻怡，吴伟都，李言郡,2，成官哲,

（1.杭州娃哈哈集团有限公司，浙江杭州 310018；2.浙江省食品生物工程重点实验室，浙江杭州 310018）

酸奶作为乳制品中不可或缺的板块销售量呈现逐年上升趋势，其中常温产品中的饮用型酸奶增长又最为显著，饮用型酸奶由于无需冷藏，内容多样，口感顺滑，营养丰富，越来越受消费者青睐[1-2]。随着消费者健康意识的不断提高，具有一些健康属性的食材和元素也越来越受到消费者的喜爱，桑椹不仅富含多种活性蛋白、维生素、矿物质，而且花青素含量丰富，具有很强的抗氧化功效，因此备受广大爱美、抗老人士的追捧[3-4]。鉴于此，开发一款营养健康的饮用型桑葚酸奶会有良好的市场前景。

桑葚中存在一些不溶性成分，且这些物质的密度不同于体系分散介质的密度难以均匀分散，因此在重力或机械外力的作用下，产品在加工过程或货架期常会发生沉淀现象[5]。另外，牛乳中主要的蛋白质酪蛋白是一种酸敏感性蛋白质，它在牛乳发酵酸化的过程中，酪蛋白胶束被不可逆破坏，进而蛋白之间的斥力减弱，蛋白质粒子彼此靠近，发生凝聚，出现絮状物或沉淀[6-9]。根据斯托克斯定律可知，颗粒的沉降速度与颗粒大小、相密度差成正比、与液体黏度成反比[10-11]。为了保证桑葚酸奶的稳定性，控制蛋白质颗粒、不溶性成分的聚集、沉淀对提高酸奶品质至关重要，所以，常需要在产品中添加稳定剂。目前国内外研究报道多使用淀粉、羧甲基纤维素钠、果胶、PGA、结冷胶、琼脂等胶体，通过提高产品黏度的方式来改善凝固性酸奶和搅拌型酸奶的稳定性，但高黏体系对于使用超高温瞬时杀菌（Ultra High Temperature，UHT）的饮用型酸奶来说比较局限：一方面由于UHT 杀菌时间较短，物料过于黏稠会严重影响热交换效率，导致物料中心温度低于杀菌温度，对于营养丰富的奶制品，杀菌不彻底易滋生大量微生物；另一方面过于黏稠的物料会给输送、灌装等正常生产加工带来障碍；另外过分黏稠的口感易被消费者误认为是大量添加剂所致，这与当下倡导健康、标签清洁的大趋势相背[12]。

为了解决上述问题，开展了稳定剂选择及合理复配、优化UHT 杀菌方式的研究，以提高饮用型酸奶的整体稳定性、改善酸奶质地、优化口感。PGA由于可溶于水形成粘稠胶体、可在pH3-4 条件下形成凝胶且不会产生沉淀、具有较强的抗盐性、金属离子稳定性和良好的乳化稳定性，加之优良的风味释放性且能够赋予食品天然质地和顺滑口感，因此被广泛用于食品领域作增稠剂、稳定剂、乳化剂、悬浮剂和成膜剂[13-16]。果胶是以柚子、柑橘、苹果等果实的果皮为原料提取的天然食品添加剂，对人体无毒无害，具有很高的安全性[17-18]。另外，果胶属于一种可溶性膳食纤维，具有预防糖尿病、降低胆固醇、预防肥胖、维持肠道健康等功能，因此备受人们的重视和青睐[19]。其中高酯果胶在pH 小于4.5 时可以同酪蛋白反应，有效防止蛋白凝聚，同时作为胶凝剂所形成的凝胶在结构、外观、色、香、味等感官方面均优于其他食品凝胶，被广泛应用于酸奶中改善产品口感、提升品质、提高产品稳定性[20-23]。鉴于此，本文就构建PGA 复配果胶的稳定体系，优化UHT 杀菌方式，对饮用型酸奶的整体稳定性、改善酸奶质地、口感展开了研究，旨在为UHT 杀菌方式下酸性颗粒类乳制品研发、稳定体系构建和产品品质提升提供理论支持和依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

脱脂奶粉 新西兰恒天然集团；白砂糖 市售；桑葚 德昌川桑农业发展有限公司（采摘地点是四川德昌大凉山；采摘时间是3～4 月份）；果胶 美国斯比凯可商贸有限公司；PGA 美国国际香精香料公司；嗜热链球菌S.thermophilus、保加利亚乳杆菌Lactobacillus bulgaricus丹尼斯克（中国）有限公司。

BSA124S 分析天平 上海梅特勒-托利多仪器有限公司；MBL25 高速剪切机 上楚业生物科技（上海）有限公司；SH-160 生化培养箱、TD5G 离心机金坛市盛蓝仪器制造有限公司；APV-1 000 型均质机 丹麦APV 公司；小型UHT 杀菌机 Armfield 设备有限公司；Mastersizer 3000 激光粒度分析仪 英国马尔文仪器有限公司；LVDV-2T 黏度计 爱拓中国分公司；Lumisizer-651 罗姆（江苏）仪器有限公司；Turbiscan 稳定性分析仪 法国Formulaction 公司；MCR302 流变仪 安东帕（上海）商贸有限公司；双道打浆机 山东中研鲁科机械制造有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 桑葚酸奶的工艺流程

1.2.1.1 发酵乳的制备 脱脂粉8%（m/m）→50 ℃溶解→杀菌（95 ℃，5 min）→冷却至43 ℃→接种（嗜热链球菌:保加利亚乳杆菌比例为2:1）→43 ℃恒温静置发酵5 h→冷藏（2～6 ℃）。

1.2.1.2 桑葚酸奶的调配 发酵乳搅拌破乳→均质（一级压力20 Bar/二级压力5 Bar）→搅拌过程中加入溶解冷却好的糖浆10%（m/m）→搅拌时加入溶解冷却好的果胶和PGA 溶液1%（m/m）→搅拌时加入桑葚浆液10%（m/m）→调酸（pH 至4.2）→定容→均质→UHT 杀菌→室温储藏。

1.2.2 操作要点

1.2.2.1 桑葚浆液制备 桑葚干果除杂后，先用10倍量常温纯水浸泡30 min，然后预煮到90 ℃保持5 min 软化后剪切破碎，再将剪切混合物经过双道打浆机，最后过80 目筛网去籽获得桑葚浆液。

1.2.2.2 稳定剂胶体溶液的制备 剪切过程中将果胶缓慢加入到250 g/80 ℃的纯水中，匀速剪切10 min；加入50 g 纯水使温度在50 ℃左右，缓慢加入PGA，继续剪切10～15 min，保证胶体充分溶解，制成胶体溶液（1 L 成品溶胶水量约300 g）。

1.2.3 稳定剂对桑葚酸奶稳定性的影响 采用1.2.1所示的工艺制备桑葚酸奶，PGA 和高甲氧基果胶添加量分别为质量分数：高甲氧基果胶0.3%、0.35%、0.4%、0.45%、0.5%，PGA0、0.05%、0.08%、0.1%、0.12%，室温储藏1 d 后进行感官评价、离心沉淀率、粒径、黏度、Zeta 电位、粘弹性、Lumisizer 稳定性扫描、Turbiscan 扫描测定。

1.2.4 实验指标测定

1.2.4.1 桑葚酸奶感官评定 选定具有三年以上饮料开发经验的品尝者40 人（男女各一半）作为感官鉴定小组，对添加不同浓度PGA 和果胶的桑葚酸奶样品进行外观、口感、整体质构进行品评，最后根据外观、口感、整体质构进行综合评分，感官评分标准见表1。

表1 桑葚酸奶感官评分标准Table 1 Standards for sensory evaluation of mulberry yoghurt

1.2.4.2 桑葚酸奶离心沉淀率测定 在离心管（50 mL）质量m1中加入一定量桑葚酸奶样品（质量m），4000 r/min 下离心10 min，将上清液弃去得m2，计算离心沉淀率：离心沉淀率（%）=（m2-m1）/m×100。

1.2.4.3 桑葚酸奶粒径测定 用马尔文Mastersizer 3000 激光粒度分析仪，分别检测添加不同浓度PGA和果胶的桑葚酸奶的粒径[24]。测试条件为：25 ℃，1800 r/min。

1.2.4.4 桑葚酸奶黏度测定 分别检测添加不同浓度PGA 和果胶的桑葚酸奶的黏度，设置黏度计温度为25 ℃，60 r/min。

1.2.4.5 桑葚酸奶Zeta 电位测定 基于经典动态光散射理论，用激光粒度仪Zeta potential 模式测定添加不同浓度PGA 和果胶的桑葚酸奶样品的电位，平衡时间为120 s，每个样品测定3 次取平均值。

1.2.4.6 桑葚酸奶弹性模量测定 对添加不同浓度PGA 和果胶的桑葚酸奶样品，用流变仪进行频率扫描[25]。测试条件为：同心圆筒，间距100 μm，上样后平衡5 min，应变2%，温度25 ℃，频率扫描范围0.1～10 Hz。

1.2.4.7 桑葚酸奶Lumisizer 稳定性扫描 用Lumisizer 稳定性分析仪检测添加不同浓度PGA 和果胶的桑葚酸奶样品的稳定性，测试条件为：在25 ℃，4000 r/min 下5 s/条测试500 条谱线[26]。

1.2.4.8 桑葚酸奶Turbiscan 扫描测定 用Turbiscan Lab 稳定分析仪对添加不同浓度PGA 和果胶的桑葚酸奶样品进行稳定性分析，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[27]。

1.3 数据处理

数据均是测量三次以均值±标准差表示，采用SSPS 21.0 对均值进行单因素ANOVA 分析和最小显著差数法（LSD）多重比较，P<0.05 差异有统计学意义。采用Origin 8.5 进行统计图形的绘制。

2 结果与分析

2.1 桑葚酸奶感官评定

具有电负性的果胶和PGA 可通过静电作用吸附在酸化后带正电的酪蛋白表面，从而使蛋白质颗粒表面带上均一分布的负电荷，通过负电排斥力使蛋白质颗粒保持稳定。被稳定的酪蛋白微粒，在后期均质、加热杀菌过程中不会大量聚集成大颗粒，从而保证酸奶、酸乳饮料的整体状态均匀而不发生质量问题。但过量的果胶和PGA 非但对产品稳定性不利，还会增加生产成本，并且厚重的胶感会影响产品口感，因此找到合适的果胶和PGA 添加量和最佳配比对成本控制、改善酸奶状态、提升产品品质非常重要。添加不同浓度果胶和PGA 的桑葚酸奶样品，放置1 d 后，由感官鉴定小组进行外观、口感、整体质构评定，详细评价情况见表2。由结果可知，18#、19#、22#、23#这4 个方案的桑葚酸奶评分高于90分，整体均匀、粘稠度适中、风味饱满柔和，没有肉眼可见的析水和沉淀，因此对其进行进一步的指标测定，加速评估货架期的稳定性情况。

表2 桑葚酸奶感官评分标准Table 2 Sensory score of mulberry yoghurt

2.2 桑葚酸奶离心沉淀率测定

分别测定18#、19#、22#、23# 4 个方案桑葚酸奶的离心沉淀率，由图1 结果可知：当PGA 用量为0.1%，果胶用量从0.4%增加到0.45%时，产品的离心沉淀率大幅度下降，说明增加果胶用量对降低产品沉淀量、提高产品整体稳定性有较好的效果；当果胶用量不变，PGA 用量从18#0.1%增加到23#0.12%时，产品的离心沉淀率反而大幅度增加，说明PGA的添加对桑葚酸奶沉淀量的减少具有负面作用，分析原因可能是PGA 和酪蛋白在该pH 条件下非最优结合状态，过量的PGA 不仅不能更好的保护酪蛋白、防止酪蛋白聚集沉淀，反而会导致部分蛋白质随重力作用下沉，从而使产品沉淀量剧增。但由于PGA 的持水力、增稠性和对改善酸奶乳清析出的效果优于果胶，因此适量的PGA 不仅可以提升酸奶的口感，而且可以预防酸奶乳清析出保障酸奶的状态均一稳定。综上，确定桑葚酸奶中果胶添加量为0.45%、PGA 添加量为0.1%。

图1 桑葚酸奶离心沉淀率Fig.1 Centrifugal sedimentation rate of mulberry yoghurt

2.3 桑葚酸奶粒径测定

产品的粒径分布是影响颗粒物沉降的主要因素，正常情况下，颗粒物沉降速度与其粒子尺寸成正比，粒径越小、分布越均匀，其沉降速度就越慢，产品稳定性就相对越好。从图2 粒径分布图和表3 粒径数据可知，4 个方案桑葚酸奶的粒径分布均非标准正态分布，主要由于以下原因：桑葚打浆后虽然过筛去籽，但仍然存在一些尺寸不一的不可溶物质，它们会直接影响桑葚酸奶的粒径分布；酸化后的酪蛋白由于毛发结构塌陷出现不可逆的损坏，自身斥力下降，在产品加工过程中极易聚集成大颗粒，虽然有果胶和PGA 的保护，但在高温加工条件下，保护性胶体和酪蛋白的氢键作用力减弱，导致保护性胶体从酪蛋白表面脱落，所以酪蛋白还是会不可避免的发生聚集，而聚集后尺寸不同的蛋白质颗粒，也是导致粒径分布不对称的一大原因[23]。从结果可知，19#样品粒径分布图相对来说拖尾少，整体粒径小，说明19#方案的果胶和PGA 用量和配比对产品酪蛋白包裹性好，形成了相对较强而稳定的排斥力，最终使产品稳定性最优。

图2 桑葚酸奶粒径分布Fig.2 Particle size distribution of mulberry yoghurt

表3 桑葚酸奶粒径结果（μm）Table 3 Particle size results of mulberry yoghurt (μm)

2.4 桑葚酸奶黏度测定

分别测定18#、19#、22#、23# 4 个方案桑葚酸奶的黏度，结果如图3 所示。由结果可知：当果胶用量一定，增加PGA 的用量，体系粘度大幅增加；而固定PGA 用量，增加果胶用量时，体系黏度没有明显的变化规律，由此可知PGA 对产品黏度的影响较果胶大，主要由于PGA 分子量远远大于果胶分子量，而多糖的黏度跟分子量正相关。由于桑葚酸奶的稳定体系没有网络悬浮结构，产品最终稳定性和产品中颗粒尺寸和产品黏度密切相关，所以，在感官评定较好的情况下，选择黏度较高的方案对最终产品稳定性较好。19#样品虽然黏度较其他方案低，但19#样品的整体粒径较小，因此还要结合其他指标来评估最优的方案。

图3 桑葚酸奶黏度结果Fig.3 Viscosity diagram of mulberry yoghurt

2.5 桑葚酸奶Zeta 电位测定

Zeta 电位是指带电微粒表面剪切层的电位，由微粒表面电荷和周围溶液环境条件共同决定，广泛用于描述溶液微粒之间的静电相互作用，是表征胶体分散系稳定性的重要指标。Zeta 电位是对颗粒之间相互排斥或吸引力强度的度量，分散粒子越小、Zeta 电位绝对值越大，体系越稳定。如表4 所示，19#方案桑葚酸奶的Zeta 电位绝对值最大，进一步说明该方案果胶和PGA 用量和配比对产品酪蛋白包裹性好、形成了强而稳定的排斥力。在稳定剂种类、体系主要原辅料均相同的情况下，19#方案Zeta 电位绝对值最大、粒径最小，说明19#方案桑葚酸奶的稳定性最佳。

表4 桑葚酸奶Zeta 电位测定结果Table 4 Zeta potential of mulberry yoghurt

2.6 桑葚酸奶弹性模量测定

桑葚酸奶属于流体，因此可以用流变学的粘弹性指标表征体系的稳定性。粘弹性不仅仅反应产品体系的整体稳定性，同时还能表征大分子多糖和产品中蛋白、纤维等成分的相互作用。弹性模量又称为损耗模量（G’），它表示产品内部化学键数目和键能大小，即可侧面反映产品各组分相互作用后结构的密度和强度。图4 是各方案桑葚酸奶的频率扫描图，由图可知：当果胶用量一定，增加PGA 的用量，体系弹性模量大幅增加；而固定PGA 用量，增加果胶用量时，体系弹性模量也有所增加，但主要集中在高频率扫描区间，低频段的弹性模量并没有明显的变化。说明果胶对整个体系弹性模量没有主导贡献作用，主要起包裹酪蛋白形成静电斥力从而稳定蛋白的作用，而PGA 对体系弹性模量则影响较大，主要源于它自身分子结构，除了保护蛋白外，它还能和体系中的脂肪等其他组分作用、缠绕从而增加弹性模量。但对于追求口感清爽的饮用型酸奶而言，弹性模量也并非越大越好，结合其他指标可知当弹性模量过大，产品容易出现粘稠度太高、流动性差、整体口感厚重、胶感强等缺陷，反而影响产品品质。19#方案具有典型的弹性模量，因此对桑葚酸奶体系稳定有较好帮助；同时弹性模量又远远低于22#、23#方案，说明在货架期产品出现凝胶块的风险较低，属于较优方案。

图4 桑葚酸奶频率扫描结果Fig.4 Frequency scanning pictures of mulberry yoghurt

2.7 桑葚酸奶Lumisizer 稳定性扫描结果

Lumisizer 稳定性分析仪，是通过离心力的作用使饮料中的各组分在重力或离心力的作用下发生上浮或者沉淀，再利用光源照射，得到一个实时监测的透光率图谱，从而加速评估样品在货架期的沉降情况而推导出体系是否稳定[28]。图5 是桑葚酸奶的Lumisizer 测试结果。从Lumisizer 稳定性分析仪检测图谱可以看出，随着时间推移，所有方案的顶部透光率均增加，说明桑葚酸奶在离心力作用下固形物有下沉趋势，顶部有轻微析水；相比而言，19#顶部透光率变化较小，析水程度较轻，说明19#方案稳定性较好；另外各方案底部透光率均没有明显的变化，说明各方案悬浮效果较好，没有明显的沉淀；从不稳定系数柱状图和体系稳定性变化斜率曲线也均可知，19#方案稳定性较好，因此可知添加0.45%果胶和0.1%PGA 对桑葚酸奶体系稳定有较好的效果。

图5 桑葚酸奶Lumisizer 检测Fig.5 Lumisizer scan of mulberry yoghurt

2.8 桑葚酸奶的Turbiscan 扫描结果

Turbiscan 是基于多重光散射技术的稳定性分析仪，它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，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[29-30]。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团聚、凝胶现象。由图6Turbiscan 图谱可知：18#、19#、22#、23#方案背散射光随着时间推移整体下降，说明体系固形物整体下沉趋势明显；右侧部分的背散射光强度随着时间降低，说明顶部出现澄清；左侧部分的背散射光强度随着时间增加，说明底部出现沉淀。23#方案也是顶部出现上浮，并在下方有澄清及颗粒聚集现象，底部出现沉淀，中间部分背散射光强度变化较大，说明体系有明显的颗粒聚集、凝胶现象，该现象跟2.6 过大的弹性模量易导致凝胶的结论一致；只有19#方案背散射光强度变化较小，稳定性较好。

图6 桑葚酸奶稳定性扫描结果Fig.6 Stability scanning diagram of mulberry yoghurt

3 结论

本文就PGA 和果胶在饮用型桑葚酸奶中的应用展开了研究，通过考察不同浓度、配比的果胶和PGA 对桑葚酸奶外观、口感、离心沉淀率、黏度、Zeta电位、弹性模量、Lumisize 稳定性扫描分析、Turbiscan 扫描等的影响可以看出：当果胶添加量为0.45%、PGA 添加量为0.1%时，饮用型桑椹酸奶感官评价较好、各指标最优、整体稳定性好。通过该研究，将果胶和PGA 的复配稳定方案推广应用到UHT 杀菌方式的酸性乳制品中，为提升产品整体稳定性和品质提供理论支持和依据，同时对开发UHT 杀菌方式下颗粒类酸性乳制品提供思路和借鉴方法，对进一步丰富乳制品品类有非常重要的价值，且具有广阔的市场前景。