不同乳化剂对咖啡乳饮料稳定性的影响

楼盛明

上海旺旺食品集团有限公司研发中心（上海 201103）

咖啡位居世界三大饮品之首，也是世界上除石油外的第二大贸易商品。根据欧睿（Euromonitor）咨询的调查，2014年中国即饮咖啡市场约3亿 L、55亿元。得益于中国持续的城市化、收入水平上升，以及对西方文化和生活方式的青睐，预计该市场在未来5年将以年均复合增长率10%速度保持增长。但咖啡乳饮料存在的易出现油水分离、乳脂上浮及蛋白沉淀现象等问题，严重影响饮料外观、组织和口感。如何改善咖啡乳稳定性，提高其感官品质一直备受国内外各企业关注。乳化剂是一类具有极性的亲水基和非极性的亲油基的表面活性物质，并且2部分分别处于分子两端，形成不对称结构，因此能分别吸附在油和水2种互相排斥的相面上，形成薄分子层，降低两相界面张力，从而使原来互不相溶物质得以均匀混合。在乳饮料中加入乳化剂后，乳化剂在油/水界面形成界面膜，使界面上带有一定量的电荷或者降低油/水界面张力作用等不同方式使油/水的乳状液稳定，阻止油滴相互结合。此外，乳化剂能与蛋白质颗粒及其他粒子相互作用，以络合等方式聚集加成到保护的粒子上，使被保护粒子的电荷或其溶剂化膜增强或者两者同时增强，这些作用都能一定程度地阻止颗粒互相结合变大，维持乳饮料的稳定。试验通过对样品粒径、Turbiscan稳定性分析，探讨不同乳化剂对咖啡乳饮料理化性质的影响，为综合评价乳化剂对咖啡乳饮料的稳定效果提供理论和生产依据。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

雀巢速溶咖啡粉；恒天然全脂奶粉；白砂糖；小苏打。

分子蒸馏单甘酯（GSM，丹尼斯克，型号HPC）；蔗糖脂肪酸酯（SM，三菱化学，型号P-1570）；双乙酰酒石酸甘油酯（DATEM，巴斯夫）；琥珀酸单甘油酯（SMG，凯爱瑞）。

1.2 主要仪器与设备

高速搅拌机；水浴锅；NS2002H型高压均质机；S3500激光粒度分析仪；Turbiscan稳定性分析仪。

1.3 方法

1.3.1 咖啡乳配方

1 000 g饮料中：速溶咖啡粉6 g、全脂奶粉30 g、白砂糖60 g、小苏打0.3～0.5 g。

分子蒸馏单甘酯、蔗糖脂肪酸酯、双乙酰酒石酸甘油酯、琥珀酸单甘油酯均以0.7，0.9和1.1 g/kg的添加量分别加入样品。

1.3.2 工艺流程

白砂糖、乳化剂、小苏打溶解→全脂奶粉溶解→加入咖啡粉→均质→加热杀菌→灌装→冷却→样品

1.3.3 粒径测定

使用激光粒径分析仪测定样品粒径分布情况。根据Stocks定律可知颗粒粒径的减小可降低其沉降速率，从而提高产品稳定性。

式中：V0为沉降速率，m/s；D为颗粒粒径，m；ρs为流体密度，kg/m3；ρ为颗粒密度kg/m3；η为黏度，Pa·s。

1.3.4 Turbiscan稳定性分析

采用Turbiscan稳定性分析仪测定样品稳定性。将被测样品装入样品池中，采用近红外光作为光源，光源与透射光检测器和背散射光检测器组成测量探头，测量探头从样品池的底部到样品池的顶部进行扫描。采用多次扫描模式，扫描温度30℃，总扫描时间10 h，每次扫描间隔时间50 min。根据多重光散射原理，体系分散相体积分数和粒子平均直径发生变化时，背散射光强度和透射光强度也会随之发生相应变化，不稳定性动力学指数（TSI）来量化衡量不稳定性，TSI值越大，说明该体系变化越大，稳定性越差，相反TSI值越小，体系稳定性越好。

2 结果与分析

2.1 不同乳化剂对咖啡乳粒径的影响

2.1.1 平均粒径的比较

由图1可以看出，试验范围内，咖啡乳平均粒径受双乙酰酒石酸甘油酯、琥珀酸单甘油酯添加量的影响不大，两者均在0.7 g/kg表现最好；而受蔗糖脂肪酸酯、分子蒸馏单甘酯添加量的影响较明显，蔗糖脂肪酸酯、分子蒸馏单甘酯添加量越多，咖啡乳平均粒径越小。

相同添加量时，蔗糖脂肪酸酯对改善咖啡乳粒径效果最好，其次为分子蒸馏单甘酯，而双乙酰酒石酸甘油酯效果相对较差。

图1 不同样品平均粒径比较

2.1.2 粒径整体分布的比较

分别选取4种乳化剂中最优添加量比较其粒径分布图谱，从图2可知，蔗糖脂肪酸酯、分子蒸馏单甘酯对咖啡乳整体粒径的影响类似，且效果最优，而双乙酰酒石酸甘油酯效果最不理想，比较结果与平均粒径相一致。

2.2 不同乳化剂对咖啡乳Turbiscan稳定性分析的影响

比较各咖啡乳样品的不稳定动力学指数（TSI），由图3中得到，4种乳化剂中，蔗糖脂肪酸酯、分子蒸馏单甘酯对咖啡乳样品的整体稳定效果较好，且其添加量对样品稳定性影响相对较小；而双乙酰酒石酸甘油酯和琥珀酸单甘油酯对咖啡乳样品的整体稳定效果受其添加量的影响较大，需寻求最佳添加量。蔗糖脂肪酸酯、分子蒸馏单甘脂在1.1 g/kg、双乙酰酒石酸甘油酯0.9 g/kg、琥珀酸单甘油酯0.7 g/kg时最咖啡乳的整体稳定效果较好。

从图4～图6可以看出，乳化剂蔗糖脂肪酸酯、分子蒸馏单甘酯1.1 g/kg，双乙酰酒石酸甘油酯、琥珀酸单甘油酯0.7 g/kg时均能较好改善样品底部稳定性；对于样品中部稳定性，琥珀酸单甘油酯的作用相对较差；对于样品顶部稳定性，双乙酰酒石酸甘油酯的作用相对较小。

图2 不同样品粒径分布图谱比较

图3 不同样品整体TSI值比较

图4 不同样品底部TSI值比较

图5 不同样品中部TSI值比较

图6 不同样品顶部TSI值比较

3 结论与讨论

就咖啡乳饮料存在的稳定性问题，选择适宜的乳化剂至关重要。综合样品粒径分析和Turbiscan稳定性分析结果，各单体乳化剂的添加量分别为蔗糖酯肪酸酯和分子蒸馏单甘酯1.1 g/kg、双乙酰酒石酸甘油酯和单双琥珀酸单甘油酯0.7 g/kg时对咖啡乳饮料的稳定体系效果相对较好，4种单体中蔗糖脂肪酸酯的稳定效果最优。

比较4种单体，分子蒸馏单甘酯和蔗糖脂肪酸酯属于多元醇系非离子型乳化剂，双乙酰酒石酸甘油酯和琥珀酸单甘油酯属于阴离子型乳化剂，四者均具有亲水亲油结构；但蔗糖脂肪酸酯具有相对更高的分子量和HLB值、更多的亲水基和结合更多亲油基团能力，从而表现出更优乳化效果。