加工工艺条件对稀奶油搅打特性的影响

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)

稀奶油是我国乳品工业的新型乳制品，消费量呈现逐年上升趋势。稀奶油的种类较多，目前市场上较为常见的产品是在新鲜稀奶油中添加适量稳定剂，通过机械搅打、膨胀发泡的搅打稀奶油，脂肪含量多为30%～40%，既可以直接食用，也可以装裱冰淇淋、咖啡、甜点等食品，同时还可作为部分食品的夹心原料，赋予食品浓浓的奶香口感，具有很好的营养价值和经济价值。稀奶油主要存在的问题为，来源于纯正牛奶的动物性稀奶油，其打发率低、硬度低、成型性不佳，而大量食用含有饱和脂肪酸的氢化植物油来源的稀奶油，在口感、风味及健康方面远不及牛奶来源的稀奶油[1]。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 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 原料与试剂

原料乳(新鲜生牛乳)，呼和浩特市周边牧场；单硬脂酸甘油酯(食品级)、蔗糖脂肪酸酯(食品级)，广州美晨集团公司；大豆磷脂(食品级)，美国Cargill公司；微晶纤维素(食品级)，美国FMC公司。

1.1.2 仪器与设备

FT15奶油分离机，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；TA-XT plus型质构仪，英国SMS公司；DV2T黏度仪，美国Brookfield公司；CS-BT搅拌器。

1.2 试验方法

1.2.1 稀奶油的加工工艺

1.2.1.1 工艺流程

原料乳检验→稀奶油分离→配料→冷却→均质→超高温杀菌→无菌包装→入库成熟。

1.2.1.2 操作要点[2]

(1)原料乳检验：原料乳选择新鲜生牛乳，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)稀奶油分离：使用奶油分离机，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[1]。预热温度通常为30～50℃，转速为5 000～6 000 r/min。然后将稀奶油通过板式换热器冷却至2～8℃，放入缓冲罐中进行贮存。

(3)配料：将冷却后的稀奶油调入化料罐中，升温至30～40℃，将单硬脂酸甘油酯、蔗糖脂肪酸酯、大豆磷脂、微晶纤维素等缓慢加入到化料罐中，继续升温至60℃以上，搅拌20 min，直至料液完全融合。

(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。

(5)均质：对稀奶油进行均质处理，均质温度为45～65℃，均质压力为5～12 MPa。

(6)超高温杀菌：通过超高温杀菌机对稀奶油进行灭菌处理，灭菌温度为120～140℃，灭菌时间为4～30 s。

(7)无菌包装：利用无菌包灌装机将稀奶油直接灌入到包装盒内，灌注温度为10～25℃。

(8)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2～5℃下保持12～24 h，以促进物理成熟及脂肪结晶[3]。

1.2.2 打发率测定[4]

将200 g预冷至4℃的稀奶油倒入搅拌缸内，使用CS-BT搅拌器中速(约120 r/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。按下式计算打发率。

打发率=(M1-M2)/M2×100%

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。

1.2.3 硬度测定

采用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，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。测定条件：测试前探头行进速度和测试中探头行进速度均为1 mm/s，探头回程速度为5 mm/s，测定距离为30 mm，触发力为Auto-5 g，数据获取率为200 pps，每个样品至少平行测定3次，取平均值作为样品的硬度值。

1.2.4 黏度测定

将冷藏后的稀奶油取出后，使用黏度仪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12 r/min。

1.2.5 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3个指标进行评分，具体的评分标准如表1所示。

表1 质量等级评分标准

1.2.6 成品指标的测定

感官指标：取适量试样置于50 mL烧杯中，在自然光下观察色泽和组织状态。闻其气味，用温开水漱口，品尝滋味。

理化指标：脂肪含量，GB 5009.6—2016；酸度，GB 5009.239—2016；蛋白质含量，GB 5009.5—2016。

微生物指标：菌落总数，GB 4789.2—2016；大肠菌群，GB 4789.3—2016平板计数法；金黄色葡萄球菌，GB 4789.10—2016平板计数法；沙门氏菌，GB 4789.4—2016；霉菌，GB 4789.15—2016。

2 结果与分析

2.1 正交试验

2.1.1 正交试验设计及结果

1998年，地处松嫩平原的巨浪牧场连降暴雨，本已四处漏风的泥草房再也经不起暴风雨的洗礼，一整面墙突然倒塌。无奈之下，全家只好紧急疏散，被牧场安置到场部西侧一个叫“西牛舍”的地方。

在前期试验的基础上，以打发率、硬度、黏度得分及总分为指标，以均质温度、均质压力、杀菌温度和杀菌时间为考察因素，通过四因素三水平正交试验考察各因素对稀奶油搅打特性的影响，确定稀奶油的最佳加工工艺条件。正交试验因素水平见表2，正交试验设计及结果见表3。

表2 正交试验因素水平

表3 正交试验设计及结果

2.1.2 影响因素分析

2.1.2.1 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，从而使泡沫的成型性、保型性满足打发需要[6]。由表3可以看出，当均质温度为45℃时，稀奶油的打发率和黏度均偏低，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，且随着均质温度升高，产品硬度降低。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。

2.1.2.2 均质压力的影响

由表3可以看出，随着均质压力的升高，黏度增大。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，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，料液过于稳定以至于搅打过程中不容易失去稳定，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。

2.1.2.3 杀菌温度的影响

由表3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、硬度和黏度总体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最小。但如果考虑稀奶油产品灭菌的彻底性，较高的杀菌温度也是有必要的，但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，在保证原料稀奶油品质较好的前提下，建议杀菌温度为120℃。

2.1.2.4 杀菌时间的影响

由表3可以看出，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先上升后下降的趋势，分析可能是由于过度杀菌蛋白质变性，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30 s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，杀菌时间越短越好。

通过以上影响因素的分析，随着杀菌温度的降低，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4 s；均质温度和均质压力的参数选择上，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均质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]。

2.1.3 最佳工艺条件的确定

由表3可以看出，各因素对稀奶油搅打特性(总分)影响的大小顺序依次是C>D>A>B，即杀菌温度>杀菌时间>均质温度>均质压力。加工稀奶油产品最佳因素水平组合为A2B2C3D1，即：均质温度55℃，均质压力8 MPa，杀菌温度120℃，杀菌时间4 s。在最佳工艺条件下，产品的打发率、硬度、黏度分别为119%、306 g、419 mPa·s，总分为89分。

2.2 成品的感官指标、理化指标和微生物指标(见表4)

由表4可知，成品的感官、理化和微生物检测结果均符合GB 19646—2010要求。

表4 成品的感官指标、理化指标和微生物指标

3 结 论

通过采用L9(34)正交试验的方法，通过对稀奶油搅打特性指标的对比分析，确定最佳的稀奶油加工工艺条件为：均质温度55℃，均质压力8 MPa，杀菌温度120℃，杀菌时间4 s。在最佳工艺条件下，产品的打发率、硬度、黏度分别为119%、306 g、419 mPa·s，最终产品呈现均匀乳白色，无异味，无上浮和沉淀的稀奶油。