加熱不同來(lái)源脫脂復(fù)原乳對(duì)濃縮乳飲料凝乳特性的影響

徐顯睿 ，夏文洋，李翠鳳 ，張宗博 ，陳政言，張?zhí)m威*

1. 青島根源生物技術(shù)集團(tuán)有限公司食品研究室（青島 266000）；2. 青島諾和諾康實(shí)業(yè)有限公司（青島 266000）；3. 中國(guó)海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院（青島 266000）

濃縮乳飲料是以脫脂乳粉為主要原料，經(jīng)乳酸菌發(fā)酵成酸凝乳，再與白砂糖、穩(wěn)定劑、乳化劑、甜味劑、酸味劑等進(jìn)行調(diào)配、殺菌制成的乳飲料。產(chǎn)品消費(fèi)形式主要是以喜茶、奈雪茶為代表的新時(shí)尚、享受型茶飲連鎖體系和餐飲體系將其作為原料，與果汁、果漿等調(diào)配使用或直接稀釋飲用。濃縮乳飲料酸度在180~240 °T，糖度在45~55 °BX，由于固形物含量高，配料時(shí)純水添加量?jī)H需約50%，且需同時(shí)滿足溶解穩(wěn)定劑、糖、小料和調(diào)酸工藝，因此為實(shí)現(xiàn)濃縮乳飲料加工要求，在制備發(fā)酵基料時(shí)，酸乳蛋白含量需在6.0%~7.4%（還原奶干物質(zhì)含量符合18%~23%）以確保可剩余足量純水用于產(chǎn)品配料。

濃縮乳飲料酸乳在發(fā)酵前，還原奶需經(jīng)非酶褐變反應(yīng)（95 ℃，4 h）賦予產(chǎn)品特有的色澤和風(fēng)味。由于還原奶非脂乳干物質(zhì)含量高，長(zhǎng)時(shí)間高溫處理易引起乳的熱穩(wěn)定性降低[1-2]，發(fā)生熱凝固或凝膠，影響飲料正常生產(chǎn)。乳的熱穩(wěn)定性是指乳蛋白經(jīng)高溫?zé)崽幚矶鵁o(wú)可見(jiàn)凝固或凝膠的形成[3]，這可能由于熱處理過(guò)程中乳清蛋白變性、酪蛋白膠束解離或酪蛋白與乳清蛋白聚合等使乳蛋白體系改變[4-6]。牛乳蛋白主要為酪蛋白和乳清蛋白，酪蛋白以膠束形式存在，由于其特殊結(jié)構(gòu)，酪蛋白很難變性[7]，但受熱變性的β-乳球蛋白可與κ-酪蛋白形成聚合物，使酪蛋白結(jié)構(gòu)改變，降低乳蛋白體系穩(wěn)定性[8]。乳清蛋白熱穩(wěn)定性低于酪蛋白，變性乳清蛋白主要為α-乳白蛋白和β-乳球蛋白。Mcsweeney等[9]研究表明α-乳白蛋白有相對(duì)較好的耐熱性，加熱至70~75 ℃，β-乳球蛋白發(fā)生變性[10]，溫度升高至85 ℃，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)α-乳白蛋白變性加劇[11]，更劇烈加熱使其聚合在β-乳球蛋白-酪蛋白表面，使酪蛋白膠粒增大[12]，表面被活化發(fā)生凝聚。

此外不同來(lái)源的乳粉，如地域或生產(chǎn)批次受產(chǎn)奶季節(jié)、氣候、飼料成分、奶牛品種和健康情況等導(dǎo)致復(fù)原乳成分指標(biāo)差異，如pH、酸度、鹽類含量和蛋白多態(tài)性也影響牛乳的熱穩(wěn)定性[13-15]，并且有研究表明經(jīng)熱處理后復(fù)原乳由于蛋白變性可對(duì)酸凝乳的黏度、持水率和凝膠的硬度有貢獻(xiàn)[16-17]。因此研究以市場(chǎng)上主要5種不同來(lái)源脫脂乳粉為研究對(duì)象，測(cè)試不同乳粉的熱穩(wěn)定性并評(píng)價(jià)不同乳粉對(duì)復(fù)原乳發(fā)酵酸化、硬度、稠度、黏聚性和持水率指標(biāo)的影響，旨在為提高濃縮乳飲料穩(wěn)定生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

脫脂奶粉1、脫脂奶粉2、脫脂奶粉3、脫脂奶粉4、脫脂奶粉5（蛋白質(zhì)濕基含量均在32.5%~33%），購(gòu)于新西蘭恒天然公司、新西蘭OCD公司、丹麥阿拉公司、俄羅斯德瑞萊公司、瑞士雀巢公司；葡萄糖、蔗糖，食品級(jí)，市售；直投發(fā)酵劑YO-MIX 883，美國(guó)杜邦公司。

1.2 儀器與設(shè)備

TAX-XT2i質(zhì)構(gòu)分析儀，英國(guó)Stable Micro Systems公司；iCinac乳品發(fā)酵監(jiān)控儀，法國(guó)AMS Alliance公司；R50A高速乳化剪切機(jī)，上海弗魯克科技發(fā)展有限公司；AH-BASIC高壓均質(zhì)機(jī)，加拿大ATS公司；HWS-24電熱恒溫水槽，上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 不同脫脂奶粉熱處理凝膠特性評(píng)價(jià)

將上述5種脫脂奶粉按每種奶粉分別稱取185，200，215和228 g，配制成蛋白含量6.0%，6.5%，7.0%和7.4%的復(fù)原奶液，加純水溶解（55 ℃，30 min），再加入葡萄糖、蔗糖各30 g定容至1 000 g，均質(zhì)（65 ℃，25 MPa），水浴殺菌（95 ℃，210 min），評(píng)價(jià)不同脫脂奶粉在不同蛋白含量條件下經(jīng)熱處理后基料變性凝膠的強(qiáng)弱程度。每種脫脂奶粉隨機(jī)選3個(gè)批次進(jìn)行試驗(yàn)。

1.3.2 不同脫脂奶粉酸乳制備

稱取215 g（蛋白含量7.0%）上述5種脫脂奶粉，加純水溶解（55 ℃，30 min）定容至1 000 g，均質(zhì)（65 ℃，25 MPa），水浴殺菌（95 ℃，240 min），冷卻（43~45 ℃）接種，發(fā)酵至酸度≥170 °T，冷卻至25 ℃以下備用。

1.3.3 不同脫脂奶粉酸乳發(fā)酵pH測(cè)定

按1.3.2方法制備酸乳，于43 ℃發(fā)酵48 h，采用iCinac乳品發(fā)酵監(jiān)控儀測(cè)試連續(xù)pH。

1.3.4 不同脫脂奶粉酸乳總酸度測(cè)定

稱取10 g 酸乳樣品于錐形瓶中，加入20 mL冷卻至室溫的蒸餾水混勻，再加入0.5%的酚酞指示劑，混勻后用氫氧化鈉標(biāo)定溶液滴定至微紅色，并在30 s內(nèi)不褪色，讀取消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，酸度（° T）按式（1）計(jì)算。

酸度=CV×10 （1）式中：C為氫氧化鈉標(biāo)定溶液的摩爾濃度，mol/L；V為消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，L。

1.3.5 不同脫脂奶粉酸乳質(zhì)構(gòu)測(cè)試

按1.3.2方法制備酸乳，采用TAX-XT2i質(zhì)構(gòu)分析儀測(cè)定產(chǎn)品硬度、稠度、黏聚性。測(cè)定條件：選用A/BE探頭，壓力盤直徑35 mm。設(shè)置參數(shù)：下降速度1.0 mm/s，測(cè)試速度1.0 mm/s，提升速度10.0 mm/s，測(cè)試深度30 mm，記錄整個(gè)過(guò)程中所需應(yīng)力。探入過(guò)程中的最大峰值為硬度（g），探頭上行的負(fù)峰值為黏聚性（g），曲線正峰面積為稠度（g·s）。

1.3.6 酸乳持水性測(cè)試

按1.3.2中方法制備酸乳，測(cè)定方法按參考文獻(xiàn)[18]方法，持水率按式（2）計(jì)算。

持水率=離心沉淀物質(zhì)量/樣品質(zhì)量×100% （2）

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用OriginPro 8.5軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱處理對(duì)不同脫脂乳粉不同含量蛋白凝膠的影響

由表1可知，依據(jù)濃縮乳飲料加工要求，不同乳粉配制不同蛋白含量的復(fù)原乳經(jīng)95 ℃，4 h處理，不同來(lái)源和生產(chǎn)日期的脫脂乳粉熱穩(wěn)定性有顯著差異，脫脂乳粉2熱穩(wěn)定性最好。不同生產(chǎn)日期脫脂奶粉2，制備的高蛋白復(fù)原乳在長(zhǎng)時(shí)間、持續(xù)劇烈加熱條件下乳體系均沒(méi)有發(fā)生變性凝固。脫脂奶粉5具有較好的熱穩(wěn)定性，僅有一批次乳粉在7.4%蛋白條件下發(fā)生嚴(yán)重?zé)崮态F(xiàn)象。脫脂復(fù)原乳3和脫脂復(fù)原乳1的耐熱性在其乳粉生產(chǎn)批次間穩(wěn)定性較差，一個(gè)批次乳粉3在6.5%蛋白條件即產(chǎn)生輕微凝膠，并且隨著蛋白濃度增大表現(xiàn)為嚴(yán)重?zé)崮态F(xiàn)象，其他兩批次乳粉3在高蛋白條件下復(fù)原乳發(fā)生輕微變性；而不同生產(chǎn)日期乳粉1則表現(xiàn)在低蛋白下發(fā)生嚴(yán)重?zé)崮毯透叩鞍紫履蜔岱€(wěn)定的現(xiàn)象。脫脂乳粉4的熱穩(wěn)定性最差，不同生產(chǎn)日期的乳粉在較低蛋白下即發(fā)生熱凝固現(xiàn)象。由此可見(jiàn)，來(lái)源不同的乳粉，或相同乳粉各批次間的耐熱性差異顯著，這種差異性除受乳成分指標(biāo)影響外，可能主要與乳粉熱加工技術(shù)有關(guān)。田慧青等[19]研究發(fā)現(xiàn)乳粉在生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)過(guò)高溫加熱未變性蛋白含量越高，乳粉穩(wěn)定性越好。因此以脫脂乳粉2制備7.0%蛋白含量的復(fù)原乳為發(fā)酵基料進(jìn)行調(diào)配，保證濃縮乳飲料穩(wěn)定生產(chǎn)。

表1 不同脫脂乳粉在6.0%~7.4%蛋白條件熱處理凝膠測(cè)試結(jié)果

2.2 耐熱性不同脫脂乳粉對(duì)發(fā)酵7.0%蛋白濃縮乳飲料基料影響

根據(jù)2.1中結(jié)果，選擇生產(chǎn)批次熱穩(wěn)定較好的5種脫脂乳粉，制備7.0%蛋白含量的復(fù)原乳，在發(fā)酵劑最適溫度下發(fā)酵48 h，評(píng)價(jià)耐熱性不同的脫脂乳粉對(duì)濃縮乳飲料基料酸化指標(biāo)的影響。由圖1可知，發(fā)酵5種不同脫脂乳粉產(chǎn)酸趨勢(shì)基本一致，但使酪蛋白達(dá)到等電點(diǎn)完全凝乳的時(shí)間相隔約3 h，差異顯著。其中脫脂乳粉2的產(chǎn)酸速度較慢，而脫脂乳粉4產(chǎn)酸速度最快，這可能與復(fù)原乳起始pH較低、金屬鹽離子有關(guān)。乳粉4的耐熱性較差，乳蛋白變性程度大，有研究表明變性的乳清蛋白與κ-酪蛋白形成可溶性聚合物可縮短酸凝乳時(shí)間[20]，此外孫琦[14]發(fā)現(xiàn)較低的pH易導(dǎo)致乳中膠體磷酸鈣溶解，鈣離子濃度增加，酪蛋白失去靜電作用凝聚使穩(wěn)定性降低，均與試驗(yàn)結(jié)果相似。

圖1 不同脫脂乳粉對(duì)發(fā)酵基料酸化趨勢(shì)

2.3 不同脫脂乳粉酸乳質(zhì)構(gòu)特征測(cè)試結(jié)果

由表2可知，不同乳粉的復(fù)原乳在發(fā)酵48 h酸乳的質(zhì)構(gòu)特征不同。脫脂乳粉4形成酸乳的硬度、稠度最大，這主要與其終止pH低有關(guān)。有研究表明酸乳的硬度、稠度、黏聚性指標(biāo)受pH影響顯著，pH越低，酸乳的硬度、稠度和黏聚性越大[21-22]，與乳粉4制備酸乳的硬度、稠度測(cè)試結(jié)果一致，但乳粉1制備的酸乳在黏聚性指標(biāo)上表現(xiàn)突出，黏聚性為-128.61 g，這可能與乳粉1中α-乳白蛋白和β-乳球蛋白的含量有關(guān)[23]，此外乳中鈣含量高可提高酸乳的黏度，而由2.1小節(jié)可以看出乳粉1耐熱性不穩(wěn)定，其中一批次乳粉在6.0%蛋白濃度下即發(fā)生嚴(yán)重凝固，這也可能因其鈣含量較高導(dǎo)致在高強(qiáng)度加熱條件下熱穩(wěn)定性差有關(guān)。

表2 不同脫脂乳粉制備酸乳質(zhì)構(gòu)特征

2.4 不同脫脂奶粉酸乳持水率測(cè)試結(jié)果

由圖2可以看出，5種不同乳粉制備復(fù)原乳在發(fā)酵48 h形成酸乳的持水率差異不顯著。持水率高能反映酸乳凝膠結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性好。乳粉1、乳粉3、乳粉4制備酸乳的持水率分別為49.12%，49.48%和49.25%，略高于乳粉2和乳粉5的持水率，其值分別為47.65%和48.60%。持水率一般與酸乳黏性呈正相關(guān)，表2中脫脂乳粉1和脫脂乳粉4制備酸乳的黏聚性也在一定程度符合此相關(guān)性，但持水率表現(xiàn)不明顯的原因，除與黏聚性方面無(wú)絕對(duì)值大的差異，可能還與β-乳球蛋白的含量有關(guān)[23]。

圖2 不同脫脂乳粉制備酸乳持水率

3 結(jié)論

制備濃縮乳飲料，需將高濃度蛋白復(fù)原乳經(jīng)長(zhǎng)時(shí)高溫加熱處理后再進(jìn)行發(fā)酵、調(diào)配。為實(shí)現(xiàn)濃縮乳飲料穩(wěn)定生產(chǎn)，對(duì)5種不同來(lái)源、不同生產(chǎn)批次脫脂乳粉的熱凝膠性進(jìn)行測(cè)試并評(píng)價(jià)耐熱性不同乳粉制備的復(fù)原乳在酸化、對(duì)酸乳硬度、稠度、黏聚性和持水率指標(biāo)的影響。結(jié)果表明：脫脂乳粉2的熱穩(wěn)定性最好；耐熱性不同乳粉對(duì)復(fù)原乳酸化指標(biāo)影響顯著，易熱凝固的乳粉4產(chǎn)酸速度最快，且在酸乳硬度、稠度和黏聚性方面表現(xiàn)突出；不同乳粉對(duì)持水率指標(biāo)無(wú)顯著影響。