谷物牛乳穩(wěn)定性研究

杭 鋒，任 璐，孟令潔，龔廣予，王蔭榆，郭本恒

（光明乳業(yè)股份有限公司技術(shù)中心，乳業(yè)生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200072）

谷物牛乳穩(wěn)定性研究

杭 鋒，任 璐，孟令潔，龔廣予，王蔭榆，郭本恒*

（光明乳業(yè)股份有限公司技術(shù)中心，乳業(yè)生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200072）

為了研究不同膠體對(duì)谷物牛乳穩(wěn)定性及其貨架期的影響，以超高溫滅菌純牛乳為對(duì)照，利用Malvern粒度儀測(cè)定了花生牛乳與黑米牛乳的粒徑分布，并基于物理反射模型的背散射光檢測(cè)技術(shù)分別研究了結(jié)冷膠和微晶纖維素對(duì)兩者的穩(wěn)定效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，谷物牛乳較純牛乳的粒徑分布明顯地增加了谷物微粒所形成的峰，其中，花生微粒的粒徑主要分布于20～500μm，而黑米微粒則介于1.7～200μm；花生牛乳與黑米牛乳的SI分別為0.17和1.11，顆粒沉降速率分別為0.23mm/h和6.13mm/h。因此，結(jié)冷膠懸浮顆粒的能力較MCC更強(qiáng)，更適合于谷物牛乳體系的懸浮。

谷物牛乳，花生，黑米，穩(wěn)定性，沉淀

隨著健康意識(shí)的覺(jué)醒，谷物牛乳以其低膽固醇、低乳糖和高膳食纖維含量而備受關(guān)注。牛乳體系一般是由蛋白質(zhì)、脂肪、糖類(lèi)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)組成的一種乳狀液體系，脂肪以脂肪球形式并借助表面活性物質(zhì)（蛋白質(zhì)和脂類(lèi)物質(zhì)）分散于其中。牛乳體系的粒徑分布呈典型“雙峰”狀，粒徑小于3μm的組分主要為乳脂肪球，而大于3μm的組分則為非脂乳固體［1］。懸浮液則是不溶性固體粒子（如不溶性蛋白質(zhì)、淀粉和纖維等）懸浮于水相中，比重較大的粒子能夠隨時(shí)間推移而聚集并形成沉淀。谷物牛乳體系為典型的懸浮液，經(jīng)粉碎得到的谷物微粒粒徑要遠(yuǎn)大于脂肪球和非脂乳固體的粒徑，且分布不如牛乳體系均一。此外，谷物微粒吸水膨脹會(huì)加重其分層、沉淀等現(xiàn)象。改進(jìn)谷物粉碎方式和均質(zhì)雖可降低谷物微粒的粒徑，是提高谷物牛乳穩(wěn)定性的手段之一，但前兩者方法均很難將其穩(wěn)定性提高至牛乳水平，尤其對(duì)長(zhǎng)貨架期要求的谷物牛乳，穩(wěn)定性是其貨架期的最主要限制因素［1］。要解決這一問(wèn)題，需加入合適乳化劑、增稠劑使產(chǎn)品穩(wěn)定。目前，對(duì)牛乳體系穩(wěn)定效果的考察主要以觀察法和離心法為主，這兩種方法檢測(cè)精度不夠高，只能定性而不能定量評(píng)價(jià)其對(duì)體系的穩(wěn)定效果［2］?；诜瓷湮锢砟Ｐ偷姆€(wěn)定分析儀（QuickScan or Turbiscan?）已廣泛應(yīng)用于研究乳濁液的穩(wěn)定性和濃縮膠體的分散性［1，3-7］，利用牛乳背散射光隨時(shí)間的變化率亦可評(píng)價(jià)其貨架期［7-8］。本文以超高溫滅菌純牛乳為對(duì)照，利用近紅外發(fā)射光譜的背散射光穩(wěn)定動(dòng)力學(xué)參數(shù)（Stability Index，SI）來(lái)比較結(jié)冷膠（Gellan Gum）和微晶纖維素（Microcrystalline Cellulose，MCC）分別對(duì)花生牛乳和黑米牛乳的穩(wěn)定效果并進(jìn)行貨架期評(píng)價(jià)，希望能夠?yàn)槠渌任锱Ｈ榈难芯刻峁┮欢ǖ睦碚撘罁?jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

生鮮牛乳、超高溫滅菌乳 光明乳業(yè)股份有限公司；Dimodon HP-C分子蒸餾單甘酯 丹麥Danisco（上海）公司；蔗糖酯SE-15 杭州瑞霖化工有限公司；HM-B結(jié)冷膠，微晶纖維素。

KA T25高速組織分散機(jī) 德國(guó)IKA公司；APV 1000型高壓均質(zhì)機(jī) 丹麥APV公司；Turbiscan Lab穩(wěn)定分析儀 法國(guó) Formulaction公司；Mastersizer Hydro2000 Mu型激光粒度儀 英國(guó)Malvern公司；TP37SE型超高溫殺菌機(jī) 日本Powerpoint International公司。

1.2 樣品制備

1.2.1 黑米牛乳的制備 利用高速組織分散機(jī)將50g的黑米粉（過(guò)0.125mm濾網(wǎng)）分散于75～80℃熱水中，8000r/min攪拌10min后，置于90℃水浴保溫30min，使其淀粉充分糊化。

將1.0kg的生鮮牛奶加熱至75～80℃，利用高速組織分散機(jī)分別將18g的MCC、3g蔗糖酯SE-15和3g單甘酯溶解于牛奶中，8000r/min攪拌10min后，與1.3kg的生鮮牛奶和黑米漿混合，用水補(bǔ)齊至6kg后攪拌5min，將其加熱至65±2℃后經(jīng)2級(jí)均質(zhì)（1級(jí)均質(zhì)壓力5MPa，2級(jí)均質(zhì)壓力15MPa），經(jīng)超高溫瞬時(shí)滅菌（137℃，3～4s）后灌裝，樣品以備后續(xù)實(shí)驗(yàn)使用。

1.2.2 花生牛乳的制備 將篩選好炒至八分熟的無(wú)皮花生仁240g用水淘洗干凈，除去雜質(zhì)，放入pH為7.5～8.5的弱堿液中浸泡12h（進(jìn)行軟化處理），棄有色浸泡液后用水洗凈。用磨漿機(jī)將花生仁粉碎，磨漿熱水溫度為80～90℃，磨漿熱水用量約為花生仁重量的20倍，濾網(wǎng)為0.3mm。分離出的花生渣經(jīng)磨漿機(jī)反復(fù)磨漿2～3次，將多次濾液合并混勻即為花生乳液，最后將濾渣經(jīng)均質(zhì)后加入至花生乳液中。

將1.0kg的生鮮牛奶加熱至75～80℃，利用高速組織分散機(jī)分別將7.2g結(jié)冷膠、3g蔗糖酯SE-15和3g單甘酯溶解于牛奶中，8000r/min攪拌10min后，與1.3kg的生鮮牛奶和花生乳液混合，用水補(bǔ)齊至6kg后攪拌5min，將其加熱至65±2℃后經(jīng)2級(jí)均質(zhì)（1級(jí)均質(zhì)壓力5MPa，2級(jí)均質(zhì)壓力15MPa），經(jīng)超高溫瞬時(shí)滅菌（137℃，3～4s）后灌裝，樣品以備后續(xù)實(shí)驗(yàn)使用。

1.3 粒徑分布的測(cè)定

樣品的粒徑分布采用Mastersizer Hydro2000 Mu型激光粒度儀測(cè)定，樣品需經(jīng)自來(lái)水稀釋至合適濃度［1］。具體參數(shù)設(shè)置如下：顆粒折射率：1.500；顆粒吸收率：0.001；相對(duì)折射率：1.449；分散劑（水）折射率：1.330。

1.4 谷物牛乳穩(wěn)定性的測(cè)定

超高溫滅菌純牛乳和谷物牛乳的穩(wěn)定性測(cè)定方法見(jiàn)參考文獻(xiàn)［7，9］。穩(wěn)定分析儀給出的評(píng)價(jià)指標(biāo)是超高溫滅菌乳觀察時(shí)間內(nèi)背散射光的平均變化率（ΔBS，%），ΔBS與體系穩(wěn)定性呈負(fù)相關(guān)，體系越穩(wěn)定，ΔBS值越小，體系越不穩(wěn)定，則 ΔBS值越大。ΔBS能直觀反映體系局部的不穩(wěn)定現(xiàn)象，但不能量化比較多個(gè)的不穩(wěn)定程度。經(jīng)Turbiscan Easysoft軟件處理，將ΔBS微積分處理后轉(zhuǎn)換為觀察時(shí)間內(nèi)的平均背散射光變化率，并用穩(wěn)定動(dòng)力學(xué)（Stability Index，SI）表示，因此，SI亦與體系穩(wěn)定性呈負(fù)相關(guān)。

1.5 數(shù)據(jù)分析與處理

利用 TurbiscanLab穩(wěn)定分析儀的 TLAb EXPERT 1.23軟件采集數(shù)據(jù)，并用Turbiscan Easysoft軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 谷物牛乳粒徑的測(cè)定

利用Mastersizer Hydro2000 Mu型激光粒度儀分別測(cè)定了超高溫滅菌純牛乳、花生牛乳和黑米牛乳的粒徑，3者粒徑分布見(jiàn)圖1。

圖1 滅菌純牛乳與谷物牛乳粒徑分布

由圖1可見(jiàn)，超高溫滅菌純牛乳的粒徑分布呈典型“雙峰”狀，其中，粒徑分布介于0.03～0.4μm之間的為酪蛋白粒子，介于0.4～10μm主要為脂肪球及非脂乳固體［1］，且沒(méi)有大于10μm的粒子。對(duì)花生牛乳而言，磨漿后的花生仁粒徑分布于2.5～10μm和20～500μm兩個(gè)范圍區(qū)間內(nèi)，其中，粒徑分布于2.5～10μm的粒子數(shù)目百分比較少，絕大部分介于20～500μm內(nèi)，這主要與所采用的濾網(wǎng)孔徑為300μm有關(guān)。較花生牛乳而言，黑米谷物牛乳體系的粒徑發(fā)生了明顯的變化，粉碎的黑米顆粒的粒徑分布在約1.7～200μm間，但不具備牛乳酪蛋白、脂肪球及非脂乳固體所形成典型的“雙峰”粒徑分布，MCC可包埋0.2～2.0μm的粒子［10］，而消失的“雙峰”粒徑分布正好介于其中，對(duì)于這一點(diǎn)有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.2 谷物牛乳穩(wěn)定性的測(cè)定

利用TURBISCAN LAB穩(wěn)定分析儀按方法1.4分別測(cè)定了超高溫滅菌乳、黑米谷物牛乳及花生谷物牛乳的穩(wěn)定性，Turbiscan Easysoft軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到三者的穩(wěn)定動(dòng)力學(xué)參數(shù)，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 滅菌純牛乳與谷物牛乳穩(wěn)定性比較

由圖2可見(jiàn)，超高溫滅菌乳的SI介于花生牛乳和黑米牛乳之間，三者的 SI分別為0.69、0.17和1.11。從粒徑分布角度而言，純牛乳的粒徑最小而穩(wěn)定性較差，這是由于純牛乳未添加任何乳化劑，均質(zhì)破碎后的乳脂肪球隨著時(shí)間推移發(fā)生聚集［11］，并產(chǎn)生浮油現(xiàn)象，從而降低了體系的SI［7］。為了分析浮油對(duì)SI的影響，分別測(cè)定了超高溫滅菌純?nèi)?、花生牛乳和黑米牛乳體系的脂肪浮油速率，結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1可見(jiàn)，貨架期為6個(gè)月的滅菌純牛乳的浮油速率為0.09mm/h，略高于花生牛乳，且滅菌純牛乳在觀察時(shí)間內(nèi)的浮油時(shí)間為10.4h，而花生牛乳僅為7.0h（數(shù)據(jù)未給出），因此，較谷物牛乳沉淀所導(dǎo)致的不穩(wěn)定現(xiàn)象，浮油是導(dǎo)致滅菌純牛乳SI低于花生牛乳的原因。黑米牛乳的脂肪遷移速率雖為0.16mm/h，但遷移發(fā)生的時(shí)間最晚且最短，這也很有可能與MCC包埋脂肪球有關(guān)。此外，也可以判斷花生牛乳體系較滅菌純牛乳更為穩(wěn)定，并據(jù)此預(yù)測(cè)其貨架期可達(dá)到6個(gè)月的要求。

表1 滅菌乳與谷物牛乳浮油速率比較

對(duì)于谷物牛乳而言，由于谷物顆粒較大，易發(fā)生沉淀現(xiàn)象［1］。結(jié)合圖1和圖2可以發(fā)現(xiàn)，花生牛乳中的花生顆粒粒徑主要分布于20～500μm，而黑米牛乳的黑米顆粒粒徑介于1.7～200μm間，理論上講，黑米牛乳體系較花生谷物牛乳體系更易穩(wěn)定。但是，由于兩者體系所選擇的膠體不同（乳化體系相同），黑米牛乳體系選擇了MCC對(duì)其顆粒進(jìn)行懸浮，花生谷物牛乳體系則選擇了結(jié)冷膠進(jìn)行懸浮，據(jù)此推論，結(jié)冷膠懸浮顆粒的能力較MCC更強(qiáng)。

2.3 谷物牛乳粒子沉降速率的測(cè)定

谷物微粒的沉降速率遵循Stokes定律［1］，見(jiàn)式（1）。

式中：V為遷移速率；ρP為谷物微粒的密度，此處以 1.16g/cm3計(jì)［1］；ρL為乳漿的密度，此處以1.030g/cm3計(jì)［7］；d為谷物微粒的粒徑；g為重力加速度，此處以9.8m/s2計(jì)；μ為體系的粘度。根據(jù)此公式，V與谷物顆粒的 d2、（ρP-ρL）成正比，與 μ成反比。

谷物顆粒的比重較乳漿密度大，因此，存在谷物微粒沉降的問(wèn)題。為了進(jìn)一步確定結(jié)冷膠與MCC對(duì)微粒的懸浮效果，利用Turbiscan Lab穩(wěn)定分析儀的TLAb EXPERT 1.23軟件分析了兩個(gè)體系中的粒子沉降速率，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 花生（A）與黑米（B）谷物牛乳沉降速率比較

由圖3可見(jiàn)，在12h的觀察時(shí)間內(nèi)，花生牛乳中的花生顆粒從開(kāi)始即發(fā)生沉淀，0～1.41h內(nèi)的沉降速率方程為y=0.23mm/h×t（r2=0.67），此后，沉降速率又逐漸降低；而黑米牛乳中的黑米顆粒在2h即發(fā)生沉降，在2～8h內(nèi)的沉降速率方程為y=6.13mm/h ×t（r2=0.99），此后沉降速率逐漸降低。較結(jié)冷膠穩(wěn)定的花生牛乳體系，MCC懸浮的黑米牛乳體系在觀察時(shí)間內(nèi)發(fā)生速率遠(yuǎn)大于花生谷物牛乳，進(jìn)一步說(shuō)明了結(jié)冷膠懸浮顆粒的能力比MCC強(qiáng)。

HM-B結(jié)冷膠為高酰基結(jié)冷膠，其可依靠O-乙酰取代基中的甲基和O-甘油酰取代基中的羥基之間形成的C-O共價(jià)鍵雙螺旋結(jié)構(gòu)并盤(pán)曲折疊形成復(fù)雜的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)［12］，并將粒子包裹其中而達(dá)到懸浮粒子的效果。而MCC形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的原理在于借助自身的斥力以及纏繞于其表面羧甲基纖維素（Carboxymethyl Cellulose，CMC）的COO-間靜電斥力而形成的復(fù)雜三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)［13］，因此，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的孔徑大小方面可能存在差異，可做進(jìn)一步研究。

3 結(jié)論

花生牛乳和黑米牛乳由于其中增加了谷物成分，其粒徑分布較純牛乳體系發(fā)生明顯變化，其中，花生顆粒的粒徑要遠(yuǎn)大于黑米顆粒的粒徑。粒徑較大的谷物顆粒導(dǎo)致整個(gè)體系更易發(fā)生沉淀現(xiàn)象?；谖锢矸瓷淠Ｐ偷谋成⑸涔鈾z測(cè)技術(shù)可以測(cè)定牛乳體系的穩(wěn)定動(dòng)力學(xué)參數(shù)，并分析體系粒子上浮和沉淀的速率，據(jù)此原理可以快速判斷體系的穩(wěn)定性。結(jié)冷膠和MCC是食品工業(yè)常用的具懸浮粒子能力的膠體，通過(guò)比較結(jié)冷膠對(duì)花生牛乳和MCC對(duì)黑米牛乳體系的穩(wěn)定性發(fā)現(xiàn)，兩者的SI分別為0.17和1.11，花生牛乳體系的沉降速率為0.23mm/h，而黑米牛乳體系的沉降速率為6.13mm/h，因此，結(jié)冷膠懸浮顆粒的能力較MCC更強(qiáng)，更適合于谷物牛乳體系的懸浮。

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Study on the stabilities of cereals milk

HANG Feng，REN Lu，MENG Ling-jie，GONG Guang-yu，WANG Yin-yu，GUO Ben-heng*
（State Key Laboratory of Dairy Biotechnology，Technology Center，Bright Dairy and Food Co.，Ltd.，Shanghai 200072，China）

The influences of gels to the stabilities and shelf-life of formulated cereals milk were studied.The particle size distribution of peanut and black kerneled rice milk were determined by light scattering techniques with a Malvern Mastersizer Hydro2000 Mu，whereas，the stabilities of the samples suspended by gellan gum and microcrystalline cellulose，respectively，were measured by Turbiscan Lab.The results indicated that the milled peanut particle size distribution mainly located 20～500μm，which was bigger than black kerneled rice’microbes ranged in 1.7～200μm.The stabilities index of peanut milk and black kerneled rice milk were 0.17 and 1.11，while the sinking velocities were 0.23mm/h and 6.13mm/h，respectively.Therefore，the suspension capability of gellan gum were greater than MCC，meaning gellan gum were suitable for stabilizing formulated cereals milk.

cereals milk；peanut；black kerneled rice；stability；sediment

TS210.1

A

1002-0306（2011）01-0075-04

2009-11-12 *通訊聯(lián)系人

杭鋒（1982-），男，碩士，研究方向：乳品科學(xué)與技術(shù)。

國(guó)家“十一五”科技支撐計(jì)劃（2006BAD04A06）。