高酰基结冷胶在常温乳酸菌饮料中的应用研究

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(1.新疆阜丰生物科技有限公司,新疆 乌鲁木齐 831300;2.山东阜丰发酵有限公司,山东 临沂 276600)

结冷胶别名凯可胶、洁冷胶,是由伊乐假单胞菌(Pseudomonaselodea)发酵分泌的一种新型微生物胞外多糖[1].天然形成的结冷胶称为高酰基结冷胶(酰基经碱脱除后,可得到低酰基结冷胶).高酰基结冷胶作为稳定剂广泛应用于乳制品、果汁悬浮饮料、粗粮饮料、植物蛋白饮料、肉制品及果酱、面点、甜食、冷饮和馅料等食品中,可起到悬浮固形物、增稠和稳定的作用[2].高酰基结冷胶具有添加量小、热稳定性高、持水性良好、悬浮性和热可逆的柔韧性等特性[3].

乳酸菌饮料因口感柔和、有助于消化和吸收,尤其适合老人和儿童饮用,是近几年来深受消费者喜爱的一种饮料[4].目前,市售的乳酸菌饮料分为低温型和常温型,低温型乳酸菌饮料需冷藏保存,保质期短,一些偏远落后地区不能直接购买到该类产品,销售受到局限[5].常温型乳酸菌饮料通过超高温瞬时(UHT)杀菌处理,产品可以常温保存,保质期延长至6个月[6],打破了低温乳酸菌饮料只能在冷链配套完善的发达地区销售的局面,产品可以销售到全国各地,由此可见,在货架期内的产品体系稳定性问题尤为重要.笔者使用高酰基结冷胶与羧甲基纤维素钠(CMC)、大豆多糖作为稳定剂,对常温乳酸菌饮料的最佳工艺配方和复配比例进行了研究,为高酰基结冷胶在食品中的应用提供了参考依据.

1 材料与方法

1.1 试验材料与设备

1.1.1 试验材料

高酰基结冷胶,新疆阜丰生物科技有限公司生产;脱脂奶粉、白砂糖、果葡糖浆、羧甲基纤维素钠(CMC)、大豆多糖、单双甘油脂肪酸酯、柠檬酸钠、乳酸,均为市售食品级;嗜热链球菌、德氏乳杆菌保加利亚亚种,河北一然生物科技有限公司.

1.1.2 试验设备

ME204E型电子天平,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;GJJ-0.05T型高压均质机,上海诺尼轻工机械有限公司;RW20型高速搅拌器,德国IKA公司;TDL-4低速离心机,上海安亭科学仪器;LDZX-75KBS型立式压力蒸汽灭菌器,上海申安医疗器械厂;SPX型生化培养箱,上海基玮试验仪器设备有限公司.

1.2 工艺流程

1.2.1 酸奶基料制备

脱脂奶粉+果葡糖浆→溶解→褐变→发酵→冷却→酸奶基料.

1.2.2 饮料调配

白砂糖+稳定剂+乳化剂→溶解→冷却→加酸奶基料混合→调pH→均质→杀菌→冷却→常温乳酸菌饮料.

1.3 工艺操作要点

1.3.1 配料、溶解、褐变

称取质量分数为12.5%的脱脂乳粉和质量分数为5%的果葡糖浆,混合在45～55 ℃水中进行搅拌溶解,溶解完全后水合30 min.将水合完成的料液放入95 ℃的水浴锅中,褐变3 h.

1.3.2 酸奶发酵

待料液褐变完成后,再冷却至(40±2) ℃,加入质量分数为1%的菌种(嗜热链球菌、德氏乳杆菌保加利亚亚种),进行40～42 ℃恒温发酵,发酵时间8～10 h.当酸奶酸度达到90～100 °T时进行冷却,冷却至2～6 ℃.

1.3.3 稳定剂溶解

称取质量分数为6%的白砂糖与稳定剂,混合均匀后溶解于50～60 ℃的水中,搅拌15 min使其完全溶解,冷却至30 ℃以下,得到稳定剂溶液.

1.3.4 制作饮料

将7%的酸奶基料液与稳定剂混合均匀,混合之后对料液进行喷淋调酸(质量分数为20%柠檬酸溶液),将pH调至3.6～3.8,20～25 MPa条件下进行均质,然后121 ℃杀菌5 s,冷却至(20±2) ℃,得到蛋白质质量分数≥1.0%的常温发酵乳酸菌饮料.

1.4 单因素试验设计

选择对产品感官品质影响较大的白砂糖、酸奶基料、单双甘油脂肪酸酯作为试验因素;结合实验室条件,稳定剂选择高酰基结冷胶、CMC和大豆多糖作为试验因素.

1.4.1 工艺配方单因素设计

分别称取白砂糖(质量分数为4%,5%,6%,7%)、酸奶基料(质量分数为5%,6%,7%,8%)、单双甘油脂肪酸酯(质量分数为0.01%,0.02%,0.03%,0.04%)于烧杯中混合,用60～70 ℃的温水搅拌均匀,定容至100 mL后调pH,均质、杀菌冷却后进行感官评价.

1.4.2 复配稳定剂单因素试验设计

确定最佳配方后,分别量取100 mL酸奶基料置于烧杯中,称取高酰基结冷胶(质量分数为0.020%,0.025%,0.030%,0.035%),CMC(质量分数为0.08%,0.10%,0.15%,0.20%),大豆多糖(质量分数为0.01%,0.02%,0.03%,0.04%)搅拌均匀,调节pH,经过均质、杀菌冷却后测定其沉淀率,观察其沉淀及析水情况.

1.5 正交试验设计

1.5.1 工艺配方的优化设计

通过单因素试验结果,确定以A(白砂糖)、B(酸奶基料)、C(单双甘油脂肪酸酯)为条件的三因素三水平正交试验方法L9(34),进行感官评定,确定最佳工艺配方.

1.5.2 稳定性的优化设计

通过单因素试验结果,确定以A(高酰基结冷胶)、B(CMC)、C(大豆多糖)为条件的三因素三水平正交试验方法L9(34),测定沉淀率,确定最佳稳定剂组合.

1.6 感官评定方法

选定10人作为感官鉴定小组,对产品外观、口感,脂肪上浮情况及沉淀情况进行品评,最后根据外观口感、脂肪上浮情况及沉淀情况进行综合评分[7].感官评分标准见表1.

表1 乳酸菌饮料感官评分标准Table 1 Standards for sensory evaluation of Lactobacillus beverages

1.7 稳定性测定

稳定性测定方法:乳酸菌饮料10 g于5 000 r/min下离心20 min,弃去上部溶液,称量底部沉淀物质量,计算沉淀物含量.沉淀率=沉淀物质量÷饮料质量×100%.

2 结果和分析

2.1 单因素试验结果与分析

根据实验结果可知:白砂糖质量分数为4%～6%时,感官评分呈上升趋势,乳酸菌饮料的酸甜度适中,质量分数大于6%时,乳酸菌饮料的甜度过高,整体的口感随白砂糖的质量分数增加而呈现负相关;当酸奶基料的质量分数由5%增加到7%时,乳酸菌饮料清爽度,黏稠度适中,无糊口感,质量分数大于7%时,黏稠度升高,清爽度降低,整体口感较差;当单双甘油脂肪酸酯的质量分数由0.01%增加至0.03%时,乳酸菌饮料的细腻度适中,无蛋白小块、气泡,质量分数大于0.03%时,乳酸菌饮料的细腻度降低,整体口感变差.图1结果显示:白砂糖、酸奶基料、单双甘油脂肪酸酯的质量分数分别为6%,7%,0.03%时,乳酸饮料的感官评分最高,口感最好.

图1 原料对感官品质的影响Fig.1 Effect of raw materials on sensory quality

图2显示:随着复配稳定剂的质量分数增加沉淀率呈先降低再升高的趋势,当高酰基结冷胶和大豆多糖的质量分数在0.01%～0.03%,CMC的质量分数在0.08%～0.10%时,沉淀率急剧降低.这是由于高酰基结冷胶溶解于常温乳酸菌饮料后,与大豆多糖和CMC共同形成黏稠胶体,可使饮料体系内部结构分子排列更为紧密,三维网状结果更为稳定,从而增强胶凝状态[8],且高酰基结冷胶具有较强的酸稳定性,不会因为体系pH较低导致酪蛋白发生沉降.当高酰基结冷胶和大豆多糖的质量分数大于0.03%,CMC的质量分数大于0.10%时,沉淀率又逐渐升高[9].可能是因为当添加量超过一定范围时,过多的高酰基结冷胶会破坏蛋白质-钙的空间结构,阻断蛋白质之间的相互作用[10].因此,选择沉淀率最低时的临界点的稳定剂的添加量最合适,即高酰基结冷胶、CMC、大豆多糖的质量分数分别为0.03%,0.10%,0.03%.

2.2 正交试验结果与分析

2.2.1 最佳工艺配方正交试验结果

为了确定常温型乳酸菌饮料加工工艺的最佳配方,根据白砂糖、酸奶基料、单双甘油脂肪酸酯单因素试验的结果,确定各因素试验水平,进行正交试验.采用按照因素和水平安排,采用L9(34)进行正交试验,结果见表2.

表2 正交试验设计及结果Table 2 Orthogonal experimental design and results

由表2可见:常温型乳酸菌饮料工艺最佳配方组合为A2B2C3,即白砂糖质量分数为6%,酸奶基料质量分数为7%,单双甘油脂肪酸酯质量分数为0.02%.3个因素对产品感官评分的影响为A>B>C,即白砂糖对常温乳酸菌饮料的品质影响最大,其次是酸奶基料、单双甘油脂肪酸酯.对最优组合进行验证试验,得出总评分为93分,优于其他组合.酸奶发酵过程是一个不断产酸的过程,在乳酸菌饮料的调配过程中,如果白砂糖添加量过低或过高都会使乳酸菌饮料的酸甜度不适宜,影响整体的口感[11].在最佳配方组合条件下,产品外观均匀,口感柔和细腻,酸甜度适宜,体系稳定性好,均匀一致,无黏稠、糊口感.

2.2.2 最佳稳定效果正交试验结果

为了确定常温型乳酸菌饮料加工工艺的最佳稳定效果,根据高酰基结冷胶、CMC和大豆多糖单因素试验结果,确定各因素试验水平,进行正交试验.按照因素和水平安排,采用L9(34)进行正交试验,结果见表3.

表3正交试验设计及结果

Table3Orthogonalexperimentaldesignandresults%

试验组号高酰基结冷胶ACMCB大豆多糖C沉淀率11(0.02)1(0.08)1(0.02)6.3212(0.10)2(0.03)7.2313(0.12)3(0.04)5.742(0.03)126.552234.662313.873(0.04)135.983215.693326.2K16.405.805.23K24.976.236.63K35.905.235.40R1.431.001.40

从表3可以看出:第6组试验沉淀率最低,稳定性最好,最优组合为A2B3C1,即高酰基结冷胶质量分数为0.03%,CMC质量分数为0.12%,大豆多糖质量分数为0.02%.影响产品质量的因素A>C>B,即高酰基结冷胶质量分数>大豆多糖质量分数>CMC质量分数.对最优组合进行验证试验,得到沉淀率的平均值为3.75%,优于其他组合.

由于高酰基结冷胶与大豆多糖和CMC之间具有协同作用,在酸性条件下形成稳定的分散体系,并能保护胶体,补偿蛋白质阴离子电荷,吸附在酪蛋白表面,从而起到稳定酪蛋白的作用,同时防止蛋白质因聚集而导致沉淀、脂肪上浮和分层[12-13].试验结果显示:高酰基结冷胶质量分数为0.03%,CMC质量分数为0.12%,大豆多糖质量分数为0.02%,此时乳酸菌饮料稳定效果最好,且明显降低了使用单一稳定剂的添加量,从而能有效地降低生产成本.

3 结 论

当常温型乳酸菌饮料中白砂糖质量分数为6%,发酵酸奶基料质量分数为7%,单双甘油脂肪酸酯质量分数为0.02%时,乳酸菌饮料的感官品质最佳.各稳定剂对乳酸菌饮料的稳定性都有较大影响,其中高酰基结冷胶对产品稳定性影响最大,当高酰基结冷胶质量分数为0.03%,CMC质量分数为0.12%,大豆多糖质量分数为0.02%时,常温型乳酸菌饮料的稳定效果最佳.

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