復(fù)配膠體替代奶糖中明膠的應(yīng)用與研究

寧準(zhǔn)梅

上海冠生園食品有限公司技術(shù)中心，上海 200233

奶糖是一種具有乳香味的低度充氣糖果，通常以明膠作為起泡、凝膠和增稠劑。明膠是由牛、豬或魚等動物的皮骨和結(jié)締組織等膠原經(jīng)酸、堿、酶法部分降解而成的蛋白質(zhì)[1]。部分人群的飲食對某些動物來源成分具有敏感性和選擇性。已開發(fā)出實時定量PCR和傅里葉衰減全反射紅外光譜(FTIR-ATR)等方法鑒別明膠的來源[2]，但仍存在不確定性。明膠的動物來源性質(zhì)限制了含明膠奶糖消費市場的全球性開拓。開發(fā)無明膠的奶糖，可滿足受宗教飲食限制的人群消費奶糖的需求，以期進(jìn)一步拓展奶糖產(chǎn)品國際市場。

采用親水膠體替代明膠在糖果中的應(yīng)用已有較多研究。如GRAZELA等將結(jié)冷膠與卡拉膠復(fù)配制備無明膠軟糖[3]。MARIEH等在棉花糖中按1∶3的比例添加黃原膠和瓜爾豆膠替代明膠[4]。IKEDA等為提高軟糖的熱穩(wěn)定性，且不改變其以明膠作為唯一凝膠劑時的質(zhì)地特性，采用結(jié)冷膠部分代替軟糖中的明膠[5]。但未見親水膠體在低度充氣糖果中替代明膠的文獻(xiàn)報道。

明膠的凝膠熱可逆且在體溫下融化，彈性和咀嚼感良好，起泡性優(yōu)越，包含了很多糖果制備所需的大部分期望特性。大部分親水膠體無起泡性，凝膠融化溫度高。目前還沒有單一親水膠體能重現(xiàn)明膠的所有特性和功能[6]。因此，明膠替代品一般采用復(fù)配膠體[7]。根據(jù)親水膠體、起泡劑、增稠劑的特性和前期實驗結(jié)果，本文選擇結(jié)冷膠作為無明膠奶糖的凝膠劑，酪蛋白酸鈉和羧甲基纖維素鈉(CMC)作為起泡劑和增稠劑。結(jié)冷膠是一種細(xì)胞外多糖，產(chǎn)自鞘氨醇單胞菌有氧發(fā)酵過程，常被用作軟糖糖果的凝膠劑[8-9]，0.05%w/w的添加濃度即可形成凝膠[10-11]。酪蛋白酸鈉是由酸性酪蛋白經(jīng)堿中和后產(chǎn)生的一種具起泡、乳化、保濕等功能的天然食品配料[12]。CMC是一種離子型纖維素膠，具有黏合性、增稠性和懸浮性[13]。文章以傳統(tǒng)配方工藝制備的明膠奶糖作為對照，在生產(chǎn)條件一致的前提下，比較結(jié)冷膠、結(jié)冷膠與酪蛋白酸鈉或/和CMC的混合膠體對無明膠奶糖的理化性質(zhì)、感官品評和氣泡分布的影響，同時研究復(fù)配膠體水合方法和攪打充氣過程中糖體的溫度變化和水分揮發(fā)規(guī)律，確定無明膠奶糖的配方和工藝參數(shù)，以拓展結(jié)冷膠為凝膠劑的復(fù)配膠體作為明膠替代品在低度充氣糖果工業(yè)生產(chǎn)中的潛在應(yīng)用。

1 材料與方法

1.1 材料

結(jié)冷膠，帝斯曼中肯生物科技有限公司；食品級酪蛋白酸鈉，市售；CMC及其余奶糖樣品制備原料，由上海冠生園食品有限公司提供。

TA-XT 2i物性儀，英國SMS公司；Olympus BX53顯微鏡，上海奧林巴斯公司；Kenwood廚師機(jī)，德龍電器(上海)有限公司；GYW-1水分活度儀，深圳冠亞公司；DK-98-Ⅱ水浴鍋，泰斯特儀器。

1.2 實驗方法

1.2.1樣品的配方

分別使用明膠(相應(yīng)樣品簡寫為GT)、結(jié)冷膠(簡寫為GG)、結(jié)冷膠+酪蛋白酸鈉(簡寫為GG+C)、結(jié)冷膠+CMC(簡寫為GG+CMC)、結(jié)冷膠+酪蛋白酸鈉+CMC(簡寫為GG+C+CMC)為膠體，按表1中的配比制成奶糖樣品，比較各樣品的干燥失重、水分活度、硬度、密度、感官評價和氣泡分布情況的差異。樣品干燥失重控制范圍為(7.0±0.5) g/100 g。

1.2.2樣品的制備工藝

1.2.2.1樣品GT的制備工藝

明膠中加入其質(zhì)量2倍的水浸泡、加熱至完全融化，放入攪拌鍋中待用；砂糖、砂糖質(zhì)量0.3倍的水、淀粉糖漿在熬糖鍋中熬至124 ℃；熬好的糖液與奶油、煉乳混合后，倒入攪拌鍋中，攪打10 min后加入香蘭素，繼續(xù)攪打至終點；加入奶粉攪拌混勻，出鍋、冷卻、勻條、切割、包裝，得樣品GT。

1.2.2.2樣品GG的制備工藝

煉乳中加入結(jié)冷膠及其質(zhì)量10倍的水，混勻后(75±5) ℃下保溫1 h，高速剪切后待用；砂糖、水、淀粉糖漿混合熬至124 ℃，與奶油和煉乳膠體混合物混勻，倒入攪拌鍋中攪打、加入香蘭素和奶粉等后續(xù)工序與1.2.2.1相同，得樣品GG。

1.2.2.3樣品GG+C的制備工藝

酪蛋白酸鈉與其質(zhì)量2.5倍的水混合、溶解，放入攪拌鍋中待用；煉乳中加入結(jié)冷膠水合、熬糖、混合、攪打等后續(xù)工序與1.2.2.2相同，得樣品GG+C。

1.2.2.4樣品GG+CMC的制備工藝

煉乳中加入結(jié)冷膠、CMC和水，水的添加量是膠體質(zhì)量之和的10倍，混勻后(75±5) ℃下保溫1 h，高速剪切后保溫待用；熬糖、混合、攪打等后續(xù)工序與1.2.2.2相同，得GG+CMC樣品。

1.2.2.5樣品GG+C+CMC的制備工藝

結(jié)冷膠和CMC的水合方法同1.2.2.4，酪蛋白酸鈉溶解、熬糖、混合、攪打等后續(xù)工序同1.2.2.3，得GG+C+CMC樣品。

1.2.3樣品各指標(biāo)的檢測方法

樣品的干燥失重檢測方法參照SB/T 10022—2017附錄A。水分活度檢測參照GB 5009.238—2016中的第二法。硬度是采用物性儀P3探頭以1 mm/s速度下壓至樣品高度的50%條件下記錄的最大受力[14]。將各樣品的薄切片在顯微鏡下放大10×10倍進(jìn)行觀察、拍照，得到樣品的氣泡分布圖。

分別按樣品的色澤、形態(tài)、軟硬度、是否粘牙或粘牙的程度、在口腔中的咀嚼感、奶香風(fēng)味是否純正等方面進(jìn)行9分制感官品評，評分表見表2。

表2 奶糖樣品感官評分表

1.2.4攪打時間對混合糖液或糖膏的溫度和水分揮發(fā)量的影響

按1.2.2.5中的配方和工藝，記錄倒入攪拌鍋中的混合糖液的初始溫度和初始質(zhì)量，攪打40 min，攪打時每2 min測量并記錄混合糖液或糖膏的溫度和質(zhì)量。攪打后期隨著水分的揮發(fā)，糖液的黏度增加,成為糖膏。計算攪打過程中糖液或糖膏的水分揮發(fā)質(zhì)量與糖液初始質(zhì)量的百分比。數(shù)據(jù)處理后，得到無明膠奶糖攪打充氣過程中糖液或糖膏的溫度變化和水分揮發(fā)的規(guī)律。

1.3 數(shù)據(jù)處理

樣品的理化指標(biāo)重復(fù)檢測三次，感官評價由10名專業(yè)技術(shù)人員評分，結(jié)果均取平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差。采用SPSS 20.0和Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖表制作。

2 結(jié)果與討論

根據(jù)酰基比例的不同，結(jié)冷膠主要分為高、低?；Y(jié)冷膠。其中高酰基結(jié)冷膠的凝膠軟彈，凝膠溫度約為70 ℃，加工過程中易發(fā)生預(yù)凝膠；低?；Y(jié)冷膠的凝膠硬脆，在高固形物體系中不易形成凝膠[15]。通過調(diào)整?；壤?，可得到不同凝膠形成溫度和質(zhì)地的結(jié)冷膠產(chǎn)品[16-17]。本文使用的結(jié)冷膠原料是由高酰基結(jié)冷膠脫去部分乙?；筒糠指视王；频?，性質(zhì)介于高、低?；Y(jié)冷膠之間。

2.1 各樣品理化指標(biāo)的比較

各樣品的理化指標(biāo)結(jié)果見表3和圖1。受制備過程攪打終點判斷的影響，這5個樣品的干燥失重(水分含量)有所差異，但差異不顯著，且均在(7.0±0.5) g/100 g的范圍內(nèi)。GT的水分活度最高，GG次之，GG+C+CMC的水分活度最低，提示GG+C+CMC抑制微生物繁殖的性能優(yōu)于GT。GG+CMC和GG+C的密度均小于GG，且呈顯著性差異，說明結(jié)冷膠的充氣效果不佳，酪蛋白酸鈉能發(fā)揮充氣作用；增稠劑CMC的加入也導(dǎo)致樣品密度的減小，可能原因是糖體黏度增加，阻止充氣過程中形成的氣泡逃逸。從圖1中可看出，樣品的密度與硬度呈正相關(guān)趨勢，密度小，硬度也相對小，反之亦然。GG+C+CMC的密度和硬度均與GT無顯著性差異，均顯著低于另三個樣品，說明結(jié)冷膠、酪蛋白酸鈉和CMC配伍后的充氣效果、凝膠和增稠作用與明膠在奶糖中起到的作用相當(dāng)。

表3 各樣品的干燥失重、水分活度、密度和硬度值

圖1 各樣品密度和硬度的折線圖

2.2 各樣品的感官評價結(jié)果

各樣品的感官評價結(jié)果見表4和圖2。GG、GG+C和GG+CMC的色澤、形態(tài)、是否粘牙情況和奶香味無顯著性差異，GG+CMC的咀嚼性評分高于GG和GG+C。GG+C+CMC的色澤、形態(tài)和奶香味與GT差異不明顯，奶香味評分略高于GT，咀嚼感較好，口腔咀嚼時有回彈感，粘牙不明顯，這兩項評分顯著優(yōu)于GG、GG+C和GG+CMC，但略低于GT，說明該復(fù)配膠體在奶糖中的作用已接近明膠，但還可以繼續(xù)優(yōu)化。

表4 各樣品的感官評價結(jié)果

圖2 各樣品的感官評價雷達(dá)圖

結(jié)冷膠凝膠的風(fēng)味釋放優(yōu)于明膠，且由于乳制品來源的酪蛋白酸鈉的添加，GG+C+CMC的奶香味比GT更濃郁。從圖2中可以看出，酪蛋白酸鈉和CMC按一定比例與結(jié)冷膠復(fù)配后，提升了樣品的各項感官評分，特別對咀嚼感評分的提高效果有顯著性差異。酪蛋白酸鈉的起泡性降低了糖體的密度，提高了樣品的色澤、形態(tài)和風(fēng)味評分。結(jié)冷膠復(fù)配CMC時，復(fù)配膠體的總質(zhì)量不變，結(jié)冷膠添加量相對減少，產(chǎn)生的凝膠作用相對下降，CMC增加了糖體黏度。凝膠作用的下降和黏度的增加，改變了糖體受力后的變形程度，提高了糖體的韌性和彈性，同時起到穩(wěn)定氣泡的作用。氣泡、黏度、凝膠的疊加影響，提高了奶糖樣品在口腔中咀嚼時的回彈感，同時減輕了糖體粘牙的程度。

2.3 各樣品的氣泡分布情況

奶糖制備過程中，通過熬煮加熱和攪打逐步將氣泡、乳脂、乳粉等組分分散或懸浮在由糖和水組成的連續(xù)相中，經(jīng)系列化學(xué)和物理變化后，形成氣固-多相體系。將樣品的薄切片放置在顯微鏡下，可觀察到樣品的氣泡分布情況，顯微照片見圖3。各樣品的氣泡分布情況與其密度值相對應(yīng)，氣泡越多，密度越小。GT的氣泡比較細(xì)密。GG的氣泡較少，GG+C的氣泡數(shù)量比GG多，但氣泡大小及分布較不均勻。GG+CMC的氣泡數(shù)量介于GG和GG+C之間。GG+C+CMC的氣泡分布均勻程度與GT最為接近，但氣泡直徑大于GT。酪蛋白酸鈉的熱穩(wěn)定性良好，起泡性隨濃度增加而增大[18]，適用于制備奶糖。CMC增加了糖體的黏稠性，阻止界面層間的液膜排除，從而穩(wěn)定已形成的泡沫體系[18]。兩者與結(jié)冷膠復(fù)配后的奶糖樣品與明膠奶糖樣品的密度無顯著差異，泡沫體系與明膠形成的泡沫體系已很接近，但明膠形成的氣泡更加細(xì)密，這可能是復(fù)配膠體奶糖咀嚼感評分略低于明膠奶糖的原因之一。

圖3 各樣品的氣泡分布顯微照片(10×10倍)

2.4 復(fù)配膠體奶糖干燥失重的控制

干燥失重是糖果的重要理化指標(biāo)之一，表示糖果中水分含量的高低，影響糖果產(chǎn)品的形態(tài)、質(zhì)構(gòu)、口感和保質(zhì)期等[19]。明膠復(fù)水所需的水分通常是其質(zhì)量的2倍，酪蛋白酸鈉溶解需要其質(zhì)量2.5倍的水，其他親水膠體的吸水性較強(qiáng)，水合一般需要其質(zhì)量15倍以上的水，復(fù)配膠體溶膠引入的水分多于明膠。以傳統(tǒng)奶糖生產(chǎn)設(shè)備條件制備無明膠奶糖，成品的水分控制是難點之一。

奶糖的攪打工序，一是起到充氣的作用，二是揮發(fā)部分水分，使糖體干燥失重達(dá)到要求[20]。結(jié)冷膠高溫下易降解，不適合在熬糖過程中加入水合后的膠體一起熬煮，只能通過攪打來揮發(fā)溶膠引入的水分，生產(chǎn)效率降低，能耗增加，故要盡量降低膠體水合過程所需的水分。在具一定黏度的煉乳中加入結(jié)冷膠和CMC，利于有效分散膠體粉末，避免膠體粘結(jié)成團(tuán)影響溶化，加入膠體混合物質(zhì)量10倍的水，(75±5) ℃條件下溶脹1 h，再經(jīng)高速剪切過程，即可使膠體充分溶化，降低膠體復(fù)水水分的引入。

低度充氣糖果成品水分含量的控制，與攪打充氣過程的終點判定密切相關(guān)，攪打終點通常根據(jù)經(jīng)驗觀察糖膏的黏度和氣泡狀態(tài)判定。制備GG+C+CMC樣品的攪打過程中，糖體的溫度變化情況見圖4，揮發(fā)的水分質(zhì)量與攪打前混合糖液質(zhì)量的百分比見圖5。接近90 ℃的混合糖液沖入攪拌鍋中，糖液的熱量傳遞至空氣中，水分迅速揮發(fā)，糖液溫度急劇下降至47 ℃左右。攪打8 min后，糖體濃度逐漸提高，黏度逐漸增加，水分揮發(fā)速度變緩，機(jī)械做功的動能轉(zhuǎn)化為熱能，糖體溫度緩慢回升至60 ℃左右。攪打過程是糖體包裹空氣改變組織結(jié)構(gòu)的階段，也是揮發(fā)水分提高濃度的階段。糖體中水分揮發(fā)百分比(%w/w)與攪打時間之間的回歸方程為y=0.172 3x+2.839 9(R2=0.999 7，x=8 min～40 min)，見圖5(b)。即攪打過程中后期，糖體的水分揮發(fā)百分比與攪打時間呈良好的線性關(guān)系。掌握攪打充氣過程中水分的揮發(fā)規(guī)律，根據(jù)攪打時間來推測糖體的水分含量，結(jié)合經(jīng)驗觀察法可更精準(zhǔn)判定攪打終點。攪拌鍋容量的大小，混合糖液的質(zhì)量、初始溫度和黏度，攪打速度等因素也會影響糖體水分的揮發(fā)量，可根據(jù)實際情況建立相應(yīng)的回歸方程。

圖4 糖體溫度與攪打時間的關(guān)系曲線

圖5 糖體中水分揮發(fā)百分比與攪打時間的關(guān)系

3 結(jié)論

以明膠添加量為1.5%w/w的奶糖樣品作為對照，比較結(jié)冷膠、結(jié)冷膠與酪蛋白酸鈉或/和CMC復(fù)配膠體制備的奶糖樣品的理化指標(biāo)、感官品評和氣泡分布情況，發(fā)現(xiàn)添加量分別為0.28%w/w的結(jié)冷膠、1%w/w的酪蛋白酸鈉和0.12%w/w的CMC復(fù)配膠體制備的奶糖的奶香味更濃郁，密度、硬度與對照無顯著差異；水分活度顯著低于對照，咀嚼時回彈感較好，粘牙不明顯，但相應(yīng)感官評分略低于對照；氣泡分布均勻程度與對照相當(dāng)，但氣泡不如對照細(xì)密。復(fù)配膠體水合所需的水分多于明膠，將膠體粉末分散在煉乳水溶液中水浴保溫浸泡后再剪切，可減少復(fù)配膠體溶膠所需的水分引入糖體中。攪打充氣過程中后期，糖體的水分揮發(fā)百分比與攪打時間呈良好的線性關(guān)系。

本文制備的無明膠奶糖的感官評分雖略低于明膠奶糖，但與明膠奶糖已比較接近，適用于開拓對明膠動物源性敏感人群的市場。后期可在該配方的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化配方和工藝，或?qū)⒃搹?fù)配膠體拓展應(yīng)用至其他產(chǎn)品中替代明膠，還可研究親水膠體的凝膠動力學(xué)，以及各膠體之間或膠體與不同添加劑之間的協(xié)同效應(yīng)等機(jī)理，以繼續(xù)開發(fā)替代明膠的復(fù)配膠體。