加熱不同來源脫脂復原乳對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，張蘭威*

1. 青島根源生物技術集團有限公司食品研究室（青島 266000）；2. 青島諾和諾康實業有限公司（青島 266000）；3. 中國海洋大學食品科學與工程學院（青島 266000）

濃縮乳飲料是以脫脂乳粉為主要原料，經乳酸菌發酵成酸凝乳，再與白砂糖、穩定劑、乳化劑、甜味劑、酸味劑等進行調配、殺菌制成的乳飲料。產品消費形式主要是以喜茶、奈雪茶為代表的新時尚、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，配料時純水添加量僅需約50%，且需同時滿足溶解穩定劑、糖、小料和調酸工藝，因此為實現濃縮乳飲料加工要求，在制備發酵基料時，酸乳蛋白含量需在6.0%~7.4%（還原奶干物質含量符合18%~23%）以確?？墒Ｓ嘧懔考兯糜诋a品配料。

濃縮乳飲料酸乳在發酵前，還原奶需經非酶褐變反應（95 ℃，4 h）賦予產品特有的色澤和風味。由于還原奶非脂乳干物質含量高，長時間高溫處理易引起乳的熱穩定性降低[1-2]，發生熱凝固或凝膠，影響飲料正常生產。乳的熱穩定性是指乳蛋白經高溫熱處理而無可見凝固或凝膠的形成[3]，這可能由于熱處理過程中乳清蛋白變性、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，由于其特殊結構，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，使酪蛋白結構改變，降低乳蛋白體系穩定性[8]。乳清蛋白熱穩定性低于酪蛋白，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-乳白蛋白有相對較好的耐熱性，加熱至70~75 ℃，β-乳球蛋白發生變性[10]，溫度升高至85 ℃，隨著時間的延長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]，表面被活化發生凝聚。

此外不同來源的乳粉，如地域或生產批次受產奶季節、氣候、飼料成分、奶牛品種和健康情況等導致復原乳成分指標差異，如pH、酸度、鹽類含量和蛋白多態性也影響牛乳的熱穩定性[13-15]，并且有研究表明經熱處理后復原乳由于蛋白變性可對酸凝乳的黏度、持水率和凝膠的硬度有貢獻[16-17]。因此研究以市場上主要5種不同來源脫脂乳粉為研究對象，測試不同乳粉的熱穩定性并評價不同乳粉對復原乳發酵酸化、硬度、稠度、黏聚性和持水率指標的影響，旨在為提高濃縮乳飲料穩定生產提供理論依據。

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（蛋白質濕基含量均在32.5%~33%），購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，市售；直投發酵劑YO-MIX 883，美國杜邦公司。

1.2 儀器與設備

TAX-XT2i質構分析儀，英國Stable Micro Systems公司；iCinac乳品發酵監控儀，法國AMS Alliance公司；R50A高速乳化剪切機，上海弗魯克科技發展有限公司；AH-BASIC高壓均質機，加拿大ATS公司；HWS-24電熱恒溫水槽，上海一恒科學儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 不同脫脂奶粉熱處理凝膠特性評價

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（65 ℃，25 MPa），水浴殺菌（95 ℃，210 min），評價不同脫脂奶粉在不同蛋白含量條件下經熱處理后基料變性凝膠的強弱程度。每種脫脂奶粉隨機選3個批次進行試驗。

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（65 ℃，25 MPa），水浴殺菌（95 ℃，240 min），冷卻（43~45 ℃）接種，發酵至酸度≥170 °T，冷卻至25 ℃以下備用。

1.3.3 不同脫脂奶粉酸乳發酵pH測定

按1.3.2方法制備酸乳，于43 ℃發酵48 h，采用iCinac乳品發酵監控儀測試連續pH。

1.3.4 不同脫脂奶粉酸乳總酸度測定

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定溶液滴定至微紅色，并在30 s內不褪色，讀取消耗氫氧化鈉標準溶液體積，酸度（° T）按式（1）計算。

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

1.3.5 不同脫脂奶粉酸乳質構測試

按1.3.2方法制備酸乳，采用TAX-XT2i質構分析儀測定產品硬度、稠度、黏聚性。測定條件：選用A/BE探頭，壓力盤直徑35 mm。設置參數：下降速度1.0 mm/s，測試速度1.0 mm/s，提升速度10.0 mm/s，測試深度30 mm，記錄整個過程中所需應力。探入過程中的最大峰值為硬度（g），探頭上行的負峰值為黏聚性（g），曲線正峰面積為稠度（g·s）。

1.3.6 酸乳持水性測試

按1.3.2中方法制備酸乳，測定方法按參考文獻[18]方法，持水率按式（2）計算。

持水率=離心沉淀物質量/樣品質量×100% （2）

1.4 數據處理

采用OriginPro 8.5軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 熱處理對不同脫脂乳粉不同含量蛋白凝膠的影響

由表1可知，依據濃縮乳飲料加工要求，不同乳粉配制不同蛋白含量的復原乳經95 ℃，4 h處理，不同來源和生產日期的脫脂乳粉熱穩定性有顯著差異，脫脂乳粉2熱穩定性最好。不同生產日期脫脂奶粉2，制備的高蛋白復原乳在長時間、持續劇烈加熱條件下乳體系均沒有發生變性凝固。脫脂奶粉5具有較好的熱穩定性，僅有一批次乳粉在7.4%蛋白條件下發生嚴重熱凝固現象。脫脂復原乳3和脫脂復原乳1的耐熱性在其乳粉生產批次間穩定性較差，一個批次乳粉3在6.5%蛋白條件即產生輕微凝膠，并且隨著蛋白濃度增大表現為嚴重熱凝固現象，其他兩批次乳粉3在高蛋白條件下復原乳發生輕微變性；而不同生產日期乳粉1則表現在低蛋白下發生嚴重熱凝固和高蛋白下耐熱穩定的現象。脫脂乳粉4的熱穩定性最差，不同生產日期的乳粉在較低蛋白下即發生熱凝固現象。由此可見，來源不同的乳粉，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影響外，可能主要與乳粉熱加工技術有關。田慧青等[19]研究發現乳粉在生產過程中經過高溫加熱未變性蛋白含量越高，乳粉穩定性越好。因此以脫脂乳粉2制備7.0%蛋白含量的復原乳為發酵基料進行調配，保證濃縮乳飲料穩定生產。

表1 不同脫脂乳粉在6.0%~7.4%蛋白條件熱處理凝膠測試結果

2.2 耐熱性不同脫脂乳粉對發酵7.0%蛋白濃縮乳飲料基料影響

根據2.1中結果，選擇生產批次熱穩定較好的5種脫脂乳粉，制備7.0%蛋白含量的復原乳，在發酵劑最適溫度下發酵48 h，評價耐熱性不同的脫脂乳粉對濃縮乳飲料基料酸化指標的影響。由圖1可知，發酵5種不同脫脂乳粉產酸趨勢基本一致，但使酪蛋白達到等電點完全凝乳的時間相隔約3 h，差異顯著。其中脫脂乳粉2的產酸速度較慢，而脫脂乳粉4產酸速度最快，這可能與復原乳起始pH較低、金屬鹽離子有關。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間[20]，此外孫琦[14]發現較低的pH易導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定性降低，均與試驗結果相似。

圖1 不同脫脂乳粉對發酵基料酸化趨勢

2.3 不同脫脂乳粉酸乳質構特征測試結果

由表2可知，不同乳粉的復原乳在發酵48 h酸乳的質構特征不同。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。有研究表明酸乳的硬度、稠度、黏聚性指標受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、稠度測試結果一致，但乳粉1制備的酸乳在黏聚性指標上表現突出，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[23]，此外乳中鈣含量高可提高酸乳的黏度，而由2.1小節可以看出乳粉1耐熱性不穩定，其中一批次乳粉在6.0%蛋白濃度下即發生嚴重凝固，這也可能因其鈣含量較高導致在高強度加熱條件下熱穩定性差有關。

表2 不同脫脂乳粉制備酸乳質構特征

2.4 不同脫脂奶粉酸乳持水率測試結果

由圖2可以看出，5種不同乳粉制備復原乳在發酵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構的穩定性好。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，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性，但持水率表現不明顯的原因，除與黏聚性方面無絕對值大的差異，可能還與β-乳球蛋白的含量有關[23]。

圖2 不同脫脂乳粉制備酸乳持水率

3 結論

制備濃縮乳飲料，需將高濃度蛋白復原乳經長時高溫加熱處理后再進行發酵、調配。為實現濃縮乳飲料穩定生產，對5種不同來源、不同生產批次脫脂乳粉的熱凝膠性進行測試并評價耐熱性不同乳粉制備的復原乳在酸化、對酸乳硬度、稠度、黏聚性和持水率指標的影響。結果表明：脫脂乳粉2的熱穩定性最好；耐熱性不同乳粉對復原乳酸化指標影響顯著，易熱凝固的乳粉4產酸速度最快，且在酸乳硬度、稠度和黏聚性方面表現突出；不同乳粉對持水率指標無顯著影響。