稀奶油加工工艺对搅打特性的影响

杨永龙，高增丽，刘彦宏，曹文慧，刘红霞，乌云，李洪亮，母智深

（内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司，呼和浩特 011500）

稀奶油是牛乳的脂肪部分，它是将脱脂乳从牛乳中分离出来后而得到的一种O/W型乳状液。根据GB 19646-2010《食品安全国家标准 稀奶油、奶油和无水奶油》中稀奶油的定义是以乳为原料，分离出的含脂肪的部分，添加或不添加其他原料、食品添加剂和营养强化剂，经加工制成的脂肪含量10.0%～80.0%的产品[1]。稀奶油中富含人体所需的不饱和脂肪酸、亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸等必需脂肪酸，且富含蛋白质、氨基酸、微量元素以及风味物质等。

稀奶油作为现代食品工业的新型乳制品，在我国的消费量呈现逐年增加趋势。稀奶油种类繁多，目前，市场上的主流产品是在新鲜稀奶油中添加适量乳化剂、增稠剂、稳定剂等，通过机械搅打、膨胀发泡的搅打稀奶油。搅打稀奶油也称为掼奶油，含脂率为30%～37%，可直接食用，也可装裱冰淇淋、咖啡、糕点等各种乳制品、饮品和烘焙食品等，还可作为夹心馅料，赋予食品浓郁奶香，具有相当可观的营养价值和经济价值。稀奶油存在的主要问题是，来源于纯正牛奶的动物性奶油，打发率低、硬度低、成型性不佳，而来源于氢化植物油稀奶油，含有大量的饱和脂肪酸，在口感、风味及健康方面远不及牛奶来源的稀奶油[2]。本文通过对稀奶油加工工艺的研究，以搅打特性指标为评价依据，采取正交试验分析方法，确定了稀奶油最佳的加工工艺条件，为稀奶油的规模化工业生产提供理论指导。

1 材料

1.1 原料

原料乳：来自呼和浩特市周边牧场；单硬脂酸甘油脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯：广州美晨集团公司；大豆磷脂：美国Cargill公司；微晶纤维素：美国FMC公司；羧甲基纤维素钠：美国FMC公司。

1.2 主要设备

分离机：英国Armfield公司；均质机：丹麦APV公司；超高温杀菌机：瑞典利乐公司；无菌包灌装机：德国康美包公司。

2 方法

2.1 工艺流程

原料乳检验→稀奶油分离→配料→冷却→超高温杀菌→无菌包装→入库成熟。

2.2 操作要点

2.2.1 原料乳检验：选择新鲜生牛乳（酸度在17°T以下），菌落总数≤50万CFU/mL，干物质含量≥12%，具有牛乳特有的滋气味，不得有外来异味，无抗生素、无掺假及其他异物。

2.2.2 稀奶油分离：主要设备是奶油分离机，其原理是利用密度的不同，使原料乳在分离钵内受强大离心力的作用，将脱脂乳留在分离钵的内壁上，而稀奶油由设备顶部被分离出来[2]。预热温度通常为45℃，转速为5500r/min。然后将稀奶油通过板式换热器冷却至6℃，放入缓冲罐中进行贮存。

2.2.3 配料：将冷却过的稀奶油调入化料罐中，升温至30℃，将稳定剂等缓慢加入到化料系统中，继续升温至53℃，搅拌20min，直至料液完全融合。

2.2.4 冷却：将配料后的稀奶油通过板式换热器进行冷却，然后放入缓冲罐中进行贮存。

2.2.5 超高温杀菌：通过超高温杀菌机对稀奶油进行灭菌处理，鉴于超高温杀菌和均质是稀奶油加工的关键核心工艺，分别选择均质温度、均质压力、杀菌温度、杀菌时间作为影响稀奶油搅打特性的研究因素。试验中均质温度分别设置为45℃、55℃、65℃，均质压力为50bar、80bar、120bar，杀菌温度为120℃、130℃、140℃，杀菌时间为4s、20s、30s。

2.2.6 无菌包装：利用无菌灌装机将稀奶油直接灌入到包装盒内，使用目前国内较为常见的灌装机，如瑞典利乐包、德国康美包等，灌注温度为15℃。

2.2.7 入库成熟：将无菌包装的稀奶油经装箱后直接放入低温库房，进行冷却成熟，在3℃下保持12h，以促进物理成熟及脂肪结晶[3]。

2.3 质量评定

稀奶油的质量评定采用百分制，分别对产成品的打发率、硬度和黏度三个指标进行打分，具体的评分标准如表1所示。

表1 质量等级评分标准

打发率测定：将200g预冷至4℃的稀奶油倒入搅拌缸内，使用CS-BT搅拌器中速（约120r/min）进行搅打并计时，以稀奶油能够形成坚挺的锥形为搅打终点，测定其打发率。打发率计算公式如下：

式中：M1为同体积未搅打稀奶油的质量（g）

M2为同体积已搅打好稀奶油的质量（g）[4]。

硬度测定：硬度指标数据来源于TA质构仪的检测数据，采用SMS公司的TA-XT plus型质构仪，测定稀奶油所形成的泡沫硬度。将打发完成后的稀奶油立即置于模具中，其中选用HDP/SR-TTC探头进行测定。测定参数设定参考赵谋明等[5]的方法：测试前探头行进速度和测试中探头行进速度都为1mm/s，探头回程速度为5mm/s，测定距离为30mm，触发力为Auto-5g，数据获取率为200pps，每个样品至少平行测定三次，取平均值作为样品的硬度值（g）。

黏度测定：将冷藏后的稀奶油取出后，使用黏度仪（Brookfield DV-Ⅲ）迅速测定其冷藏后的表观黏度，采用62#转子，测定温度为5～10℃，转速为12r/min。

3 结果与分析

3.1 均质温度的影响

采用均质温度分别为45℃、55℃、65℃，均质压力为80bar，杀菌温度为120℃，杀菌时间为4s的工艺生产稀奶油。均质温度的影响如表2所示。

表2 均质温度的影响

稀奶油加工过程中必须进行均质处理，因为均质使料液微细化，脂肪球粒径变小，可有效防止脂肪上浮，增强稀奶油的稳定性，同时提高产品的搅打特性，从而使泡沫的成形性、保型性满足打发需要[6]。由表2可知，当均质温度为45℃时，稀奶油的打发率和硬度指标均偏低，说明稀奶油中的稳定剂没有达到预期的均质温度，对产品的打发率、硬度和黏度没有明显的提升作用，但同时过高的均质温度也没有起到明显效果。均质温度影响最为直接的是稀奶油中的稳定剂，如果均质温度过高或过低，均会影响稀奶油性能。综合以上试验结果，均质温度选择55℃效果较好。

3.2 均质压力的影响

采用均质压力分别为50bar、80bar、120bar，均质温度为55℃，杀菌温度为120℃，杀菌时间为4s的工艺生产稀奶油。不同均质压力对稀奶油打发率和硬度都有明显的影响，结果如表3所示。

表3 均质压力的影响

由表3可以看出，较低的均质压力会使乳状液不稳定，有增加脂肪球聚集的趋势，机械黏度较高。而过高的均质压力，会使脂肪球液滴相互接近，结晶脂肪很容易刺破较脆弱的脂肪球液滴之间的界面膜，因为结晶脂肪能被液态油脂很好地润湿，只要脂肪球液滴的结晶部分接触到其他脂肪球液滴的液态油脂部分，脂肪球液滴之间很容易形成桥联，发生部分聚结[7]。同时，均质压力过高也会使脂肪球粒径减小，增加打发成型所需时间，由于料液过于稳定以至于搅打过程中不容易打破稳定，从而降低打发率，硬度也呈现下降的趋势，黏度则没有明显的变化。以上情况说明，均质压力对稀奶油搅打性产生较为明显影响，稀奶油加工工艺宜采用适中的均质压力，以80bar均质压力最佳。

3.3 杀菌温度的影响

采用杀菌温度分别为140℃、130℃、120℃，均质温度为55℃，均质压力为80bar，杀菌时间为4s的工艺生产稀奶油。鉴于超高温杀菌机的过高杀菌温度导致糊管问题，此次试验杀菌温度参数选择由高到低的140℃、130℃、120℃，不同杀菌温度对稀奶油的特性指标都有显著影响，杀菌温度的影响如表4所示。

表4 杀菌温度的影响

通过表4可以看出，杀菌温度对稀奶油的各项指标影响显著，说明随着杀菌温度的降低，对脂肪结构的破坏也越小，而打发率、硬度和黏度也都呈现出明显的上升趋势。与130～140℃杀菌温度相比，120℃的杀菌温度能够减少蛋白质的热聚集，对稀奶油产品内部结构体系影响也是最小的。高的杀菌温度，虽然可使稀奶油产品的灭菌更彻底，但同时也会导致稀奶油出现强烈的氧化味或蒸煮味。所以，对于加工稀奶油产品，在保证原料稀奶油较好品质的前提下，建议杀菌温度为120℃。

3.4 杀菌时间的影响

采用杀菌时间分别为4s、20s、30s，均质温度为55℃，均质压力为80bar，杀菌温度为120℃的工艺生产稀奶油。杀菌时间的影响如表5所示。

表5 杀菌时间的影响

由表5可知，随着杀菌时间的延长，产品打发率呈现明显的下降趋势，但硬度和黏度却出现了上升，分析可能是由于过度杀菌致蛋白质变性破坏，从而导致脂肪球膜序列结构发生断裂，且在试验过程中还发现杀菌时间达到30s后，杀菌机温差出现了持续升高问题，说明管路有明显的结垢现象。初步推断，随着放置时间的延长，产品在贮藏和运输过程中会因此出现析水或者沉淀的质量问题。综合此次试验结果，在保证杀菌效率的前提下，杀菌时间不宜过长，基本是越短越好，建议杀菌时间采用4s。

3.5 加工工艺的优化

本研究以打发率、硬度和黏度作为质量评价指标，确定影响稀奶油搅打特性最主要的加工工艺条件，分别是均质温度、均质压力、杀菌温度和杀菌时间；通过稀奶油的特性指标评定和极差分析来确定最佳工艺参数。加工工艺的正交试验如表6和表7所示。

表6 因素水平

由表7中可以看出，影响稀奶油搅打特性的因素大小顺序依次是：C＞D＞A＞B，即杀菌温度＞杀菌时间＞均质温度＞均质压力。随着C因素杀菌温度的降低，稀奶油的打发率、硬度和黏度指标更为理想，说明杀菌温度对稀奶油产品的搅打特性影响最为直接，稀奶油不能过度加热，否则极易造成产品货架期的不稳定性；随着D因素杀菌时间的延长，各项指标呈现明显的下降趋势，同时，生产稀奶油的超高温杀菌机出现了不同程度的管路结垢现象，建议生产稀奶油产品的杀菌时间不超过4s；在A因素均质温度和B因素均质压力的选择上，不能偏高或者偏低，否则都容易造成脂肪上浮，因为过低的均质温度和压力容易造成脂肪球不均匀，而过高的均质温度和压力容易造成脂肪球膜破碎，重新产生聚集，造成脂肪上浮和产品析水[8]。所以，加工稀奶油产品最佳工艺组合为A2B2C3D1，即：杀菌温度120℃，杀菌时间4s，均质温度55℃，均质压力80bar，与单因素试验结果一致。

表7 加工工艺试验结果极差结果分析表

3.6 成品的感官指标、理化指标和微生物指标

采用本研究确定的超高温灭菌、均质工艺条件生产稀奶油，成品为乳白色，均匀一致，无异物，具稀奶油特有的滋味。经检测，每100g稀奶油蛋白质含量为2.03%、脂肪含量为35.9%，酸度为14.52°T；未检出金黄色葡萄球菌、沙门氏菌，菌落总数、大肠菌群、霉菌均低于1CFU/mL。综合评价，该稀奶油产品品质良好。

4 结论

通过采用L9(34)正交试验的方法，以及对稀奶油搅打特性指标的对比分析，确定最优的加工工艺为：均质温度55℃，均质压力80bar，杀菌温度120℃，杀菌时间4s。最终产品呈现均匀乳白色，无其他异味，无上浮和沉淀的稀奶油。