粉末植脂奶油制备工艺条件的优化

于昕琪，孟 宗，杨兆琪，刘元法

(江南大学 食品学院，食品科学与技术国家重点实验室，食品安全与营养协同创新中心，江苏 无锡 214122)

粉末油脂

粉末植脂奶油制备工艺条件的优化

于昕琪，孟 宗，杨兆琪，刘元法

(江南大学 食品学院，食品科学与技术国家重点实验室，食品安全与营养协同创新中心，江苏 无锡 214122)

研究了均质条件、固形物含量和进风温度对粉末植脂奶油产品性质的影响，并进一步利用正交试验对工艺条件进行了优化。结果表明，制备粉末植脂奶油的最佳工艺条件为：50 MPa均质2次，固形物含量50%，进风温度180.℃。在最佳工艺条件下，粉末植脂奶油的包埋率达到89.49%，产品为乳白色，颗粒细小均匀，溶解性好。与传统植脂奶油相比，该粉末植脂奶油复溶乳状液平均粒径增大，打发倍数略低于传统植脂奶油的，但二者的质构特性无显著差异。

粉末植脂奶油；工艺条件；优化

Abstract：The influences of homogenization condition,solid content and inlet air temperature on properties of powder non-dairy whipped cream were investigated.The optimal process conditions for preparing the powder non-dairy whipped cream were determined by orthogonal experiment as follows: 50 MPa homogenization for twice,solid content 50%,inlet air temperature 180.℃.Under the optimal conditions,the embedding rate was 89.49%,and the product was milky white with fine uniformity and good solubility.Compared with the traditional non-dairy whipped cream,the powder non-dairy whipped cream water emulsion had larger mean particle size,and lower whipping times,but their texture characteristics had no significant difference.

Keywords：powder non-dairy whipped cream; process condition; optimization

传统植脂奶油是一种由氢化植物油、蛋白质、糖、乳化剂以及稳定剂等组成的搅打充气乳状液体系，与天然奶油相比，植脂奶油具有脂肪含量低、不含胆固醇、口感好等优点，消费者接受度较好，在烘焙领域有广泛的应用前景[1]。然而，目前在实际生产和应用中传统植脂奶油的制备工艺尚存在一定的局限：储藏和运输成本高，搅打植脂奶油需要全程冷链储藏和运输。

粉末植脂奶油是通过对乳状液进行喷雾干燥而制成的，植脂奶油的粉末化降低了体系的水分含量，抑制了其脂质在常温下氧化酸败，使得产品在常温下即可生产、储藏以及运输，产品稳定性得到提高，同时降低了能耗，节约了储运成本。目前，国内植脂奶油的相关研究主要集中在传统植脂奶油上，对粉末植脂奶油生产工艺研究较少。张海玲等[2]研究了微胶囊型低脂植物奶油粉的基础配方以及搅打条件对产品性能的影响。邓欣伦等[3]利用喷雾干燥法制备粉末植脂奶油，主要研究了蛋白质添加量对植脂奶油乳状液性质、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。方敏[4]研究了均质条件、蛋白质添加量对粉末植脂奶油品质的影响，与传统植脂奶油相比，粉末植脂奶油表面平滑，溶解性较好，复溶后的乳状液具有搅打起泡性。可见，目前粉末植脂奶油的制备工艺研究主要集中在均质条件的研究上，而喷雾干燥条件、固形物含量等均有可能影响其粉末性能的因素，目前未见系统报道。

本文系统研究了固形物含量、均质条件和进风温度对粉末植脂奶油包埋效果和流动性的影响，并以包埋率为评价指标，利用正交试验优化了粉末植脂奶油生产工艺条件；以传统植脂奶油作为对照，以乳状液的平均粒径、打发奶油的质构性质作为评价指标，对粉末植脂奶油样品的复溶以及打发性能进行评价。旨在为粉末植脂奶油的工业化生产提供理论指导和数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 原料与试剂

极度氢化棕榈仁油(熔点39.℃，零反式脂肪酸)：益海嘉里上海研发中心提供；玉米糖浆、白砂糖：市售；酪蛋白酸钠、聚甘油酯、吐温-80、黄原胶、瓜尔豆胶、羟丙基羧甲基纤维素(HPMC)、传统植脂奶油等。

1.1.2 仪器与设备

Ultra-Turrax T18高速分散器：德国IKA有限公司；AH-2010高压均质机：加拿大ATS公司；HH-2 数显恒温水浴锅；Brookhaven Nano Brook Omni多角度粒度分析仪：美国布鲁克海文仪器公司；SD 1500喷雾干燥机；Turbiscan Lab Expert多重光散射分析仪(乳液稳定性分析仪)。

1.2 试验方法

1.2.1 粉末植脂奶油的制备

1.2.1.1 基本配方(见表1)

表1 粉末植脂奶油的基本配方 %

1.2.1.2 植脂奶油乳状液的制备

水相制备：将白砂糖、玉米糖浆、酪蛋白酸钠加入去离子水中充分溶解。油相制备：将极度氢化棕榈仁油在65.℃下熔化，随后加入乳化剂和胶体使其分散均匀。在65.℃下，边搅拌边将水相加入到油相中，搅拌转速600 r/min，搅拌时间30 min。使用高压均质机对所得的混合悬浮液在一定条件下进行高压均质处理得到植脂奶油的乳状液。

1.2.1.3 粉末植脂奶油的制备

选择适当进风温度和固形物含量对均质后的乳状液进行喷雾干燥，随后加入占粉末质量0.3%的二氧化硅作为抗结剂，最终得到粉末植脂奶油。

1.2.2 乳状液平均粒径的测定

用去离子水将乳状液稀释1 000倍，使用Brookhaven Nano Brook Omni多角度粒度分析仪测定乳状液的平均粒径及多分散指数(PDI)，测试温度25.℃，测试时间2 min，测试3次。

1.2.3 乳状液稳定性的测定

取20 mL乳状液于Turbiscan Lab Expert多重光散射分析仪的专用测试玻璃容器中，检测条件设定为55.℃下检测1 h，测量间隔1 min。利用TSI值(Turbiscan Stability Index)对乳状液的稳定性进行表征，TSI值越高，乳状液越不稳定。TSI值是综合考虑了发生在乳状液中的各种过程而计算出来的平均值，计算公式如下：

式中：Xi为测量的背散射光值，XBS为Xi的平均值，n为扫描次数。

1.2.4 包埋率的测定

准确称量2 g粉末植脂奶油(m)，加入15 mL石油醚，室温下涡旋混合振荡2 min，将溶剂混合物通过定量滤纸；滤纸上的残渣用20 mL正己烷反复冲洗3次，合并滤液至圆底烧瓶(m1)中并减压蒸发脱除溶剂，随后于60.℃下真空干燥至恒重(m2)。考虑到芯材无挥发性，这里将总油量默认为添加的芯材总量[5]。

1.2.5 流动性的测定

取3～5 g粉末植脂奶油至10 mL量筒中，记录粉末植脂奶油的体积，计算其疏松密度，随后反复敲击筒壁直至量筒中粉末的体积不再变化为止，记录此时的粉末体积，计算其紧实密度。粉末植脂奶油的流动性通过卡尔指数(CI)来评价，其计算公式如下：

1.2.6 溶解性的测定

取2 g粉末植脂奶油样品溶于100 mL 20.℃的去离子水中，在550 r/min下搅拌至全部溶解，并记录时间。

1.2.7 打发倍数的测定

将粉末植脂奶油与冰水混合物(水冰质量比为3∶2)以质量比1∶1.5进行混合，搅拌均匀后，于室温(20.℃±2.℃)下，在样品温度7～10.℃条件下进行搅打，打发速率180 r/min，至样品出现软尖峰，表面光泽消失为止。使用同一50 mL平口坩埚(m)分别装满乳状液(m1)及打发后的奶油(m2)后称重。打发倍数(X)计算公式如下：

1.2.8 粉末植脂奶油质构的测定

采用英国SMS公司的TA-XT2型质构仪，配合AB/E测量模具以及40 mm平板，测定粉末植脂奶油打发后的硬度、稠度、内聚性和黏度4个指标。测量过程参数设定：测前速度1.0 mm/s，测定速度1.0 mm/s，测后速度10 mm/s，触发力10 g。

2 结果与讨论

2.1 均质条件对乳状液性质的影响

2.1.1 均质压力及次数对乳状液平均粒径的影响(见表2)

表2 均质压力、次数对乳状液平均粒径的影响

由表2可见，在均质1次的条件下，乳状液的平均粒径总体随着均质压力的增加而减小；在均质次数2次的条件下，起初乳状液的平均粒径随着均质压力的增加而略有减小，而当均质压力升高到60 MPa 时，脂肪球平均粒径反而有所增加。在同一均质压力下，增加均质次数后乳状液中的脂肪球平均粒径有所减小。这是因为：乳状液在均质处理过程中，大的脂肪球受到剧烈剪切、撞击等作用，破碎成小的脂肪球，蛋白质和乳化剂迅速地被吸附到新形成的油水界面上形成一层界面膜，降低了界面张力，形成了较稳定的乳状液。增加均质压力后，脂肪球受到的剪切、撞击作用力增强，导致脂肪球破碎程度增加，脂肪球粒径进一步减小。而增加均质次数后，脂肪球受到的机械作用时间延长，导致大脂肪球和重新聚集的脂肪球被充分破碎，脂肪球平均粒径减小。但是当均质达到一定程度后，继续增加均质压力和次数，对脂肪球并无更深度的破碎效果，反而导致脂肪球平均粒径增加[4]。同时，过高的均质压力可能会改变吸附在油水界面上的蛋白质的结构，进而影响微胶囊粉末的包埋率[6]。在均质压力50 MPa 及均质2次的条件下，乳状液脂肪球平均粒径最小，为(368.83±4.44)nm。根据PDI值可见，在此条件下乳状液分散性良好。

2.1.2 均质压力及次数对乳状液稳定性的影响(见图1)

注：固形物含量为40%。

由图1可见，随着均质压力的增加，TSI值下降，表明乳状液稳定性提高；在相同均质压力下，增加均质次数，乳状液的稳定性也随之提高，在均质压力50 MPa、均质2次的条件下，乳状液稳定性最佳。乳状液越稳定，喷雾干燥的微胶囊化效率也越高[7]。李军杰等[8]的研究也发现均质压力对鱼油乳化液的液滴粒径、稳定性、微胶囊产品的包埋率均有显著性影响，适当的均质压力有利于提高微胶囊包埋率，同时增加均质次数有利于形成稳定的鱼油乳化液，但是均质次数过多，能耗较大，生产成本较高。

2.2 单因素试验

2.2.1 固形物含量对粉末植脂奶油包埋效果的影响

在实际试验中，当固形物含量低于30%时，乳状液的稳定性差，不利于后续的喷雾干燥；而当固形物含量大于50%后，由于乳状液黏度较大，流动性差，导致后续的均质和喷雾干燥都难以进行。故选择了30%～50%的固形物含量作为研究条件。在均质压力50 MPa、均质2次、喷雾干燥进风温度180.℃ 条件下，讨论固形物含量对粉末植脂奶油表面含油率、包埋率的影响，结果见表3。

表3 固形物含量对粉末植脂奶油表面含油率、包埋率的影响

由表3可见，随着固形物含量的增加，粉末植脂奶油的表面含油率下降，包埋率增加。当固形物含量达到50%时，包埋率最高。这可能是因为高的固形物含量使得喷雾干燥时颗粒中油脂扩散变难；同时固形物含量的增加也导致了乳状液黏度的增加，从而减少了乳状液内部的粒子运动，使得喷雾干燥过程加快[9-10]。Huynh等[11]的研究表明固形物含量增加后，干燥阶段早期雾化液滴表面会更快成膜，从而阻止了油脂或香料的扩散。

2.2.2 固形物含量对粉末植脂奶油流动性的影响

在均质压力50 MPa、均质2次、喷雾干燥进风温度180.℃条件下，讨论固形物含量对粉末植脂奶油流动性的影响，结果见表4。

表4 固形物含量对粉末植脂奶油流动性的影响

由表4可见，随着固形物含量的增加，疏松密度呈现上升的趋势，Cai等[12]的研究也得到了类似的结果。这可能是由于体积密度主要受总固形物含量的影响，乳状液固形物含量的上升，导致颗粒变重，体积密度增加。由表4还可以看出，随着固形物含量的增加，卡尔指数减小，粉末的流动性增加。一般认为当卡尔指数小于15%，粉末的流动性非常好，在15%～20%之间粉末流动性好，20%～35%之间粉末的流动性则一般，35%～45%之间粉末具有一定的流动性[13-14]。随着固形物含量的变化，粉末植脂奶油的卡尔指数在20%～35%范围内，说明得到的粉末植脂奶油的流动性一般。在固形物含量50%时卡尔指数最小，说明粉末植脂奶油的流动性最佳。

2.2.3 均质压力及次数对粉末植脂奶油包埋效果的影响

在固形物含量50%、喷雾干燥进风温度180.℃条件下，讨论均质压力、次数对粉末植脂奶油表面含油率、包埋率的影响，结果见表5。

表5 均质压力、次数对粉末植脂奶油表面含油率、包埋率的影响

由表5可见，均质1次时，随着均质压力上升粉末植脂奶油的表面含油率下降，包埋率增加；均质2次时，随着均质压力上升粉末植脂奶油的表面含油率先下降再升高，包埋率先增加后降低。当均质压力为40、50 MPa时，均质2次后粉末植脂奶油的包埋效果都要好于只均质1次的。这是因为随着均质压力的增加，乳状液平均粒径减小，体系趋于稳定，微胶囊包埋效果好；当均质压力增加，次数增加后，液滴的表面能变大，反而导致乳状液的稳定性变差，包埋效果下降[15-17]。

2.2.4 均质压力及次数对粉末植脂奶油流动性的影响

在固形物含量50%、喷雾干燥进风温度180.℃条件下，讨论均质压力、次数对粉末植脂奶油流动性的影响，结果见表6。

表6 均质压力、次数对粉末植脂奶油流动性的影响

由表6可知，均质1次时，随着均质压力上升粉末植脂奶油的疏松密度增加，卡尔指数减小；均质2次时，随着均质压力上升粉末植脂奶油的疏松密度先上升后下降，卡尔指数先下降后上升。50 MPa均质2次时，卡尔指数最小，为21%，粉末植脂奶油的流动性最佳。

2.2.5 进风温度对粉末植脂奶油包埋效果的影响

在固形物含量50%、均质压力50 MPa、均质2次条件下，讨论进风温度对粉末植脂奶油表面含油率、包埋率的影响，结果见表7。

表7 进风温度对粉末植脂奶油表面含油率、包埋率的影响

由表7可见，升高喷雾干燥进风温度，粉末植脂奶油的表面含油率先下降再上升，包埋率先上升再下降。进风温度180.℃时，粉末植脂奶油的包埋率最高，达到90.73%。这可能是因为较低的进风温度下，乳状液中水分的蒸发速率低，微胶囊成膜时间长，干燥速率慢，易出现粘壁现象，微胶囊包埋效果下降；进风温度升高后，水分蒸发速率提高，使得微胶囊玻璃体快速形成，导致包埋率有所提高。但是过高的进风温度也使得水分蒸发过快，由此导致微胶囊产品表面形成凹陷、裂痕，包埋的油脂暴露出来，因此包埋率有所降低[18]。

2.2.6 进风温度对粉末植脂奶油流动性的影响

在固形物含量50%、均质压力50 MPa、均质2次条件下，讨论进风温度对粉末植脂奶油流动性的影响，结果见表8。

表8 进风温度对粉末植脂奶油流动性的影响

由表8可见，疏松密度随着进风温度的升高先上升后下降，卡尔指数在20%～30%之间，当进风温度达到190.℃时，粉末植脂奶油的流动性最佳。进风温度影响着疏松密度，进风温度高导致低体积密度，可能是因为颗粒干燥速度快，从而导致了更大的颗粒体积。Goula等[19]对番茄浆料的喷雾干燥也得到了类似的结果。这可能与干燥阶段早期雾化液滴表面形成的塑性层的界面性质有关。Cai等[12]的研究表明在喷雾干燥过程中，高进风温度可能会导致形成比表面积较高的微胶囊颗粒，由此导致终产品体积密度降低。

2.3 正交试验

在单因素试验的基础上，确定均质次数为2次，选用L9(34)正交表进行正交试验，优化生产粉末植脂奶油的工艺参数，正交试验设计及结果见表9。

表9 正交试验设计与结果

由表9可知，影响粉末植脂奶油包埋率大小顺序为：固形物含量>进风温度>均质压力。通过正交试验得出最佳组合为A2B2C3，即固形物含量50%，50 MPa均质2次，进风温度180.℃，包埋率最高可达90.73%。

为了确定工艺的稳定性，采用最优的参数条件进行工艺验证，得出粉末植脂奶油的包埋率为89.49%，RSD为4.69%。

2.4 粉末植脂奶油复溶及打发性质(见表10)

表10 粉末植脂奶油复溶及打发性质

由表10可知，最佳工艺条件下所制得的粉末植脂奶油样品复溶溶解时间较未优化的显著缩短。优化条件下制得的粉末植脂奶油复溶后形成的乳状液的液滴平均粒径大于传统植脂奶油样品的，这可能是因为经喷雾干燥得到的粉末植脂奶油表面仍存在一定量的游离脂肪，加水复溶后脂肪球发生聚集，导致平均粒径增大。制备工艺参数经过优化后，粉末植脂奶油包埋效果达到最佳，由此一定程度上抑制了复溶后脂肪球聚集，平均粒径因此较未优化的显著减小。而最佳工艺条件下制得的粉末植脂奶油样品经过打发后，虽然其打发倍数略低于传统植脂奶油的，但二者的质构性质(硬度、稠度、内聚性和黏度)并无显著差异。

3 结 论

通过单因素试验研究了均质压力和次数、固形物含量以及喷雾干燥进风温度对粉末植脂奶油表面含油率、包埋率的影响，并通过正交试验确定了粉末植脂奶油加工的最佳工艺条件。结果表明，最佳工艺条件为：50 MPa均质2次，固形物含量50%，进风温度180.℃。在最佳工艺条件下，粉末植脂奶油的包埋率达到89.49%，产品为乳白色，颗粒细小均匀，溶解性好。与传统植脂奶油相比，该粉末植脂奶油复溶乳状液的平均粒径增大。打发后的粉末植脂奶油的质构特性与传统植脂奶油并无显著差异。

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Optimizationofpreparationconditionsofpowdernon-dairywhippedcream

YU Xinqi,MENG Zong,YANG Zhaoqi,LIU Yuanfa

(Synergetic Innovation Center of Food Safety and Nutrition,State Key Laboratory of Food Science and Technology,School of Food Science and Technology,Jiangnan University,Wuxi 214122,Jiangsu,China)

TS225.6;TS202

A

1003-7969(2017)09-0100-06

2017-01-09；

2017-06-22

国家自然科学基金(31471678)；国家重点研发计划(2016YFD0401404)

于昕琪(1992)，女，硕士研究生，研究方向为油脂加工(E-mail)yuxinqi1992@163.com。

刘元法，教授，博士生导师(E-mail)foodscilyf@163.com。