蛋白质用量对粉末植脂奶油品质的影响

邓欣伦，方　敏，赵强忠

（华南理工大学轻工与食品学院，广东广州510640）

蛋白质用量对粉末植脂奶油品质的影响

邓欣伦，方敏，赵强忠*

（华南理工大学轻工与食品学院，广东广州510640）

研究了蛋白质用量对植脂奶油乳浊液性质、喷雾干燥效果以及粉末植脂奶油搅打性能和流变特性的影响。结果表明：当蛋白质用量从0.9%提高到2.1%时，脂肪部分聚结率急剧降低到0.9%，乳浊液的脂肪球粒径d4，3从0.47%减小到0.37%，而粘度从170cP升高到291cP，喷雾干燥的粉末得率提高，但粉末分散性降低；粉末植脂奶油搅打过程中的脂肪部分聚结率也减小，搅打起泡率降低，当蛋白质用量为0.9%时搅打起泡率最大，达到325.38%，其弹性模量G′和粘性模量G″都较高，分别可到达7000Pa和900Pa，泡沫的粘弹性好。

粉末植脂奶油，蛋白质，喷雾干燥，品质

搅打植脂奶油是一种以部分氢化植物油、糖、蛋白质、乳化剂、亲水性胶体等为主体的搅打充气乳浊体系[1]，具有口感细腻柔和、香气浓郁和回味悠长的特点，而且克服了天然鲜奶油胆固醇含量高的缺点，营养价值高，符合现代人健康、低脂的消费理念[2]。搅打植脂奶油的用途广泛，既可用于生日蛋糕表面的装饰，还可广泛应用于西式菜品中。作为一种复杂的食品加工体系，乳浊液在制备的过程中要保持一定的稳定性，但在搅打充气的过程中则要发生适当的稳定作用。

实际生产和应用中搅打植脂奶油还存在几个缺陷：首先，搅打植脂奶油乳浊液要在-18℃的低温下才能保持相对稳定性，生产成本高；其次，一般需要在0～4℃的较低温度下进行搅打，对温度要求高；再者，冷运输和保存过程中不可避免地存在温度波动，使搅打植脂奶油反复冻结和解冻，产品品质受到极大影响。而粉末植脂奶油是将原料乳浊液进行喷雾干燥制成的一种粉末状植脂奶油混合粉料，它能克服搅打植脂奶油以上的缺点，产品稳定性较好，可以在常温下进行贮藏和运输，有效地避免了由温度波动带来的不利影响还能减少能耗。相关研究还主要是集中在传统植脂奶油上，而关于粉末植脂奶油的研究鲜有报道。杨明煜等[3]研究了植脂奶油粉的制备工艺及配方，制备的植脂奶油粉具有良好的搅打效果，不仅搅打起泡率高，而且可塑性、硬挺性和稳定性均较好；张海玲[4]研究了微胶囊低脂奶油粉的制备配方和基本工艺过程，制备的低脂植物奶油粉具有良好的搅打性能。本文主要研究蛋白质用量对植脂奶油乳浊液性质、喷雾干燥效果以及粉末植脂奶油搅打性能和流变特性的影响，以期为粉末植脂奶油生产提供理论和方法指导。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

BL-39代可可脂、BS-2000代可可脂南海油脂工业有限公司；酪朊酸钠（蛋白质含量为90%） 新西兰乳品原料公司；蔗糖酯S1170日本三菱化学株式会社；三聚甘油单硬脂酸酯美国龙沙公司；黄原胶法国罗地亚公司；羟丙基甲基纤维素美国陶氏公司；磷酸二氢钠、磷酸氢二钠徐州天嘉食用化工有限公司；玉米糖浆、白糖、粟米油市售；油红-O（分析纯，AMRESCO分装） 上海生物化学有限公司。

YC-015型实验室喷雾干燥机上海雅程仪器设备有限公司；APV-1000型高压均质机丹麦APV公司；无级调速搅打器英国KENWOOD公司；Mastersizer 2000粒度分布仪德国Malvern Instruments公司；FA1104型分析天平上海精密科学仪器有限公司；Brookfield Digital Viscometer DV-I旋转粘度计美国Brookfield公司；751型分光光度计上海第三分析仪器厂；GL-21M型高速冷冻离心机长沙湘仪离心机仪器有限公司；BHW-IV型精密恒温水箱北京朝阳航信医疗器材厂；HAAKE MRSA III型流变仪德国赛默飞世尔公司；RW20型悬臂式搅拌器德国IKA公司。

1.2实验方法

1.2.1基本配方

表1　乳浊液基本配方*Table.1　Basic formula of emulsion*

1.2.2工艺流程在60℃的条件下，将油脂熔化，再将乳化剂、蛋白质、亲水性胶体等加入其中并分散均匀，制得油相；将白糖、糖浆等加入到60℃的去离子水充分溶解，制得水相。在搅拌状态下，将水相加入到油相中，然后65℃水化30min。水化后，在40MPa的压力下均质2次，接着在进风温度185℃，出风温度90℃，进料速度为0.8L/h的条件进行喷雾干燥，得到粉末植脂奶油。再将粉末奶油加水复溶，冷却到4℃后在160r/min的搅打速度下进行搅打。

1.2.3脂肪部分聚结率的测定[5]称取0.01g油红-O加入1000g粟米油中。在25℃的温度下，用搅拌机慢速搅拌12h，使油红-O充分溶解于粟米油中。将制备得到的油红-O溶液置于棕色玻璃瓶中避光保存。准确称取5g油红-O溶液、10g搅打植脂奶油样品于50mL离心管中并充分混合均匀，在25℃的温度和10000×g的离心力下离心30min。离心后立即用一次性滴管吸取上层澄清透明的红色油于比色皿中，在520nm波长下测定其吸光度值。脂肪部分聚结率的计算公式如下[6]：

式中：φd：表示游离态脂肪占总脂肪的比例，即脂肪部分聚结率；φ：乳浊液中脂肪的质量分数；mo：混合物中油红-O色素溶液的质量，g；me：混合物中乳浊液的质量，g；A1：离心前油红-O色素溶液的吸光值；A2：离心后油红-O色素溶液的吸光值；a=A1/A2。

1.2.4粒度分布的测定用去离子水按1000∶1的质量比稀释样品，利用激光粒度分析仪测定样品中粒子体积平均粒径d4，3的大小及分布情况，测定参数[7-8]：

分析模式：通用；进样器名：Hydro 2000MU（A）；泵的转速：2200r/min；颗粒折射率：1.414；颗粒吸收率：0.0001；分散剂：水；分散剂折射率：1.330。体积平均直径：

式中：di为乳浊液脂肪球粒径；ni是指直径为di的脂肪球数目。

1.2.5表观粘度的测定在25℃的室温下，利用美国博勒飞Brookfield DV-I旋转粘度计测定均质后乳浊液的表观粘度。测定条件为：62号转子，转速30r/min，测量时间60s。

1.2.6喷雾干燥得率的测定

1.2.7搅打起泡率的测定在25℃的室温下，用Kenwood搅打器在160r/min的搅打速度下对植脂奶油乳浊液进行搅打，每隔1min取同体积的样品并记录其质量，搅打起泡率测定公式如下[9]：

式中：m1：同体积未搅打的搅打植脂奶油的质量，g；m2：同体积已搅打的搅打植脂奶油的质量，g。

1.2.8流变特性的测定用HAAKE MRSA III流变仪对粉末植脂奶油搅打4min后的样品进行振荡频率扫描。取适量样品置于测定平台中间，选用直径35mm的平行板，设定平板间距为1mm，当平板降到指定位置时，用棉签除去多余的样品。

频率扫描：在线性粘弹区内，在1.000Pa的应力作用下，测量20℃下样品在0.05～10Hz频率扫描范围内弹性模量G′和粘性模量G″的变化。

2　结果与讨论

2.1蛋白质用量对乳浊液脂肪部分聚结率和脂肪球粒径d4，3的影响

从图1可以看出，乳浊液的脂肪部分聚结率比较低，均在5%以下。当蛋白质用量在0.9%～1.2%时，乳浊液的脂肪部分聚结率随蛋白质用量的增加而迅速降低；当蛋白质用量在1.2%～2.1%时，脂肪部分聚结率随蛋白质用量的增加呈现缓慢降低。当蛋白质用量在0.9%～1.2%时，乳浊液脂肪球粒径d4，3随蛋白质用量的增加而明显减小，当蛋白质用量进一步增加时，脂肪球粒径d4，3有小幅的变化。因为蛋白质是两亲分子具有一定的乳化作用，能迅速吸附到新形成的脂肪球的界面，并在界面伸展及定向排列，起到降低界面张力的作用；同时蛋白质界面膜通过空间位阻和静电排斥作用达到稳定和分散脂肪球的目的。当体系中蛋白质增加时，吸附到界面的蛋白质增加使得脂肪球有更大的界面浓度和更厚的界面覆盖层，阻碍了脂肪球聚结，在粒度分布上表现为脂肪球粒径d4，3变小，脂肪球变得稳定[10]。此外，液相中没有吸附到脂肪球界面的那部分蛋白质在脂肪球之间构成次凝胶层，阻碍脂肪球相互靠近，也起到稳定脂肪球的作用。当蛋白质用量增至1.8%时，脂肪球界面吸附的蛋白质的量逐渐达到饱和，继续增加蛋白质的用量，乳浊液的脂肪部分聚结率和脂肪球粒径d4，3变化不明显。

图1　蛋白质用量对脂肪部分聚结率和脂肪球粒径d4，3的影响Fig.1　Effect of protein concentration on partial coalescence of fat and d4，3of fat globules

2.2蛋白质用量对乳浊液粘度的影响

图2　蛋白质用量对乳浊液粘度的影响Fig.2　Effect of protein concentration on viscosity of emulsions

蛋白质用量对均质后乳浊液粘度的影响如图2所示。随着蛋白质用量的增加，乳浊液的粘度从170cP升高到291cP，但升高的幅度随蛋白质用量的增加而逐渐减小。乳浊液中脂肪球的粒径大小直接影响到表观粘度，脂肪球粒径越大，乳浊液的表观粘度越低[10]。当蛋白质用量在0.9%～1.8%范围内时，蛋白质用量的增加会导致乳浊液脂肪球粒径d4，3减小，脂肪球数量增多，脂肪球颗粒之间的距离减小，相互作用增强，使得乳浊液粘度升高。酪蛋白是线性蛋白质，分子展开程度高，分子内部的亲水基团和疏水基团充分暴露，分子之间的相互交联作用也可能使乳浊液的粘度升高[11]。在静电作用和疏水作用等作用力共同影响下，酪蛋白各组分发生单体聚集，形成酪蛋白胶束，水力学半径增大，也会导致粘度升高。

2.3蛋白质用量对乳浊液喷雾干燥效果的影响

表2　蛋白质用量对乳浊液喷雾干燥的影响Table.2　Effect of protein concentration on spray drying of emulsions

蛋白质用量对乳浊液喷雾干燥效果的影响如表2所示。可以看出，乳浊液喷雾干燥的得率随蛋白质用量的增加而增加，但奶油粉末的分散性随之逐渐降低，易结团。可能原因是：酪蛋白分子上有很多极性基团，吸水性很强，水分子迅速吸附到蛋白质界面形成较厚的水化层，阻碍了水分子向蛋白质内部渗透，酪蛋白在水中分散性差。蛋白质吸附到脂肪球界面形成界面膜，随着蛋白质用量增加，界面膜上蛋白质的量增加，当用量增至1.8%时，脂肪球界面吸附的蛋白质的量逐渐达到饱和，脂肪球被蛋白质充分包裹，亲水性强，此时奶油粉末分散性差，严重结团。

2.4蛋白质用量对搅打过程中脂肪部分聚结率的影响

图3　蛋白质用量对搅打过程中脂肪部分聚结率的影响Fig.3　Effect of protein concentration on partial coalescence of fat of whipped cream during whipping

蛋白质用量对粉末植脂奶油复原乳浊液搅打充气过程中脂肪部分聚结率的影响如图3所示。搅打过程中的脂肪部分聚结率随蛋白质用量的增加而逐渐减小。当用量在0.9%～1.2%时，脂肪部分聚结速率很快，脂肪部分聚结率急剧增加；蛋白质用量在1.5%～2.1%时，在搅打过程中脂肪球的部分聚结速率比较缓慢，脂肪部分聚结率增加幅度较小。可能原因是：在搅打过程中，体系中的蛋白质与乳化剂在脂肪球界面发生竞争性吸附，界面上部分蛋白质被解吸，降低了界面稳定性，从而促进脂肪球的部分聚结。当蛋白质用量较大时，界面上未解吸的蛋白质量增多，界面膜的粘弹性相对比较高，能够稳定脂肪球使其难以发生部分聚结。

2.5蛋白质用量对搅打过程中脂肪球粒径d4，3的影响

图4　蛋白质用量对搅打中脂肪球粒径d4，3的影响Fig.4　Effect of protein concentration on d4，3of fat of whipped cream globules during whipping

蛋白质用量对搅打过程中脂肪球粒径d4，3的影响如图4所示。可以看出搅打过程中的脂肪球粒径d4，3的变化与图3中脂肪部分聚结率的变化趋势一致。当蛋白质用量在0.9%～1.2%时，脂肪球粒径d4，3随着搅打时间的延长急剧增大；而用量在1.5%～2.1%时粒径增大趋势相对缓慢，且蛋白质用量越大粒径越小。可能原因是：在搅打过程中，乳化剂与蛋白质在界面发生竞争性吸附，界面吸附的蛋白质发生解析，界面膜稳定性下降，脂肪球部分聚结；此外，随着搅打时间延长空气不断充入体系中，乳浊液中的气泡数量增多，比表面积增大，进一步使界面蛋白浓度降低，界面膜的稳定性下降，脂肪球发生部分聚结，粒径d4，3增大。搅打相同时间时，当蛋白质用量比较少时，脂肪球界面上蛋白质浓度低，解析作用使得界面上蛋白质量更少，界面膜不稳定，粒径迅速增大；当蛋白质用量高时，脂肪球界面上蛋白质浓度高，界面上未解吸的蛋白质量相对增多，形成界面膜的厚度和粘弹性相应增大，粒径增大速率缓慢。

2.6蛋白质用量对搅打起泡率的影响

图5　蛋白质用量对搅打过程中搅打起泡率的影响Fig.5　Effect of protein concentration on overrun of whipped cream during whipping

蛋白质用量对搅打过程中搅打起泡率的影响如图5所示。粉末植脂奶油复原乳浊液的搅打起泡率随蛋白质用量的增加而降低，随搅打时间的延长而增加。搅打1～4min时，蛋白质用量为0.9%和1.2%的搅打起泡率迅速增加；当蛋白质用量在1.5%～2.1%时，搅打相同时间的奶油起泡率相差不大。

植脂奶油的搅打起泡率主要是由液相中的蛋白质浓度和脂肪部分聚结速率共同作用的结果[10]。第一阶段，搅打0～1min，液相中蛋白质吸附到脂肪球界面阻碍了脂肪球聚结，不能有效地将空气包裹，起泡率增加不明显；第二阶段，搅打1～4min，乳化剂将蛋白质从脂肪球上解析，液相中蛋白质浓度增大，起泡性较好，同时脂肪球容易聚结，起泡率迅速增加；第三阶段，搅打4～5min，液相中蛋白质浓度较高，乳浊液粘度增大，使得空气难以充入乳浊液中形成泡沫，搅打起泡率增加缓慢。增加蛋白质的用量，乳浊液粘度增大，搅打过程中脂肪不容易发生部分聚结，故搅打起泡率越低。从图5可以看出蛋白质用量为0.9%时可以获得比较理想的搅打起泡率，搅打5min最大可达到325.38%。

2.7蛋白质用量对泡沫流变特性的影响

图6　扫描频率变化过程中蛋白质用量对搅打植脂奶油弹性模量G′和粘性模量G″的影响Fig.6　Effect of protein concentration on G′and G″of whipped cream during frequency changing

蛋白质用量对搅打后奶油样品的弹性模量G′和粘性模量G″的影响如图6所示。随着振荡频率的增加，奶油样品的弹性模量G′增大，粘性模量G″减小。在同一振动频率下，弹性模量G′和粘性模量G″随着蛋白质用量的增加而减小（但蛋白质用量为1.2%的G″值最大，略有不同），且蛋白质用量为0.9%～1.2%的奶油样品弹性模量G′和粘性模量G″均明显大于用量为1.5%～2.1%的奶油样品。振动频率在0.05～0.5Hz范围内时，蛋白质用量为0.9%和1.2%的样品G′和G″的变化比较明显，表现出较强的低频依赖性。振荡频率继续增大时，G′和G″变化幅度减小，都趋于稳定。

泡沫的粘弹性与脂肪部分聚结率有关，搅打过程中脂肪球聚集体吸附到气泡表面，形成比较致密的气泡界面膜，增强了泡沫的硬度和稳定性[10]。蛋白质用量为0.9%时，弹性模量G′和粘性模量G″在较高频率（4～10Hz）下分别可到达7000Pa和900Pa，值均较高，形成的泡沫粘弹性好，受到外力作用后的恢复能力较强[12-13]。

3　结论

3.1随着蛋白质用量的增加，乳浊液的脂肪球粒径d4，3减小，脂肪部分聚结率降低，喷雾干燥的粉末得率提高，但粉末分散性降低。

3.2随着蛋白质用量的增加，粉末植脂奶油搅打过程中的脂肪部分聚结率和搅打起泡率都降低，当蛋白质用量为0.9%搅打起泡率最大，为325.38%。

3.3对喷雾得到的奶油粉末搅打后进行振荡频率扫描，发现随着蛋白质用量的增加，弹性模量G′减小，而蛋白质用量为1.2%时粘性模量G″最大。当蛋白质用量为0.9%时，奶油弹性模量G′和粘性模量G″都较高，泡沫的粘弹性好，受到外力作用后的恢复能力较强[12-13]。

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Effect of protein concentration on the quality of whipped cream powder

DENG Xin-lun，FANG Min，ZHAO Qiang-zhong*
（College of Light Industry and Food Sciences，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China）

The effects of protein concentration on quality of emulsified state of fat，results of spray drying，whipping properties and rheological properties were investigated.The study showed that：When the protein concentration increased from 0.9%to 2.1%，fat globules partial coalescence rate reduced rapidly to 0.9%and the particle size d4，3decreased from 0.47%to 0.37%，but the viscosity showed the opposite trend with increasing from 170cP to 291cP，the yield of spray drying increased，but the dispersibility of the powder became inferior slightly，the overrun and fat globules partial coalescence rate of powder declined during whipping，the one with 0.9%protein had the maximum overrun of 325.38%.At the same time，the elastic modulus G′and viscous modulus G″were higher，reaching equilibrium values of 7000Pa and 900Pa respectively，forming viscoelastic foams.

powdered whipped cream；protein；spray drying；quality

TS201.1

A

1002-0306（2015）04-0092-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.04.011

2014－05－12

邓欣伦（1989-），男，在读硕士研究生，研究方向：食品生物技术。

赵强忠（1976-），男，博士，副教授，研究方向：食品生物技术。

中央高校基本科研基金（2013ZZ0076）。