花生牛奶复合乳饮料乳化稳定剂配方优化

马永轩，郝 娟，田 云，李升锋，吴 婕

（1. 广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所/农业农村部功能食品重点实验室/广东省农产品加工重点实验室，广东 广州 510610；2. 广州力衡临床营养品有限公司，广东 广州 510610）

花生牛奶复合乳饮料作为一种营养健康饮品，已成为国内外研究热点[1-4]。花生富含蛋白质、脂肪，各种营养成分全面且均衡，是目前较为理想的高蛋白、高脂肪营养性食物来源。花生蛋白质含量达24%～36%，在所有农作物中仅次于大豆，且蛋白质可消化率和赖氨酸可吸收率高于大豆，是人类蛋白质食品的重要来源之一[5]。牛奶含有大量人体所必需的营养物质[6]，根据蛋白质营养的互补原则，选择花生与牛奶进行搭配，生产花生牛奶复合乳饮料，能进一步提高氨基酸组成的均衡性和花生蛋白的利用率，且其符合当今饮料市场天然、营养和健康的潮流，具有广阔的市场前景。

花生牛奶是一个O/W 的乳化体系，容易出现脂肪上浮、沉淀絮凝等现象[7-8]，严重影响花生牛奶的品质，阻碍其市场推广。为此，在保证产品良好风味和口感的基础上，分析了影响花生牛奶复合乳饮料稳定性的主要因素，对其乳化稳定剂的配方进行了系统优化，旨在为花生牛奶复合乳饮料的研发提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

花生、蔗糖，市售；鲜牛奶，广美香满楼畜牧有限公司提供；蔗糖脂肪酸酯，柳州爱格富食品科技股份有限公司提供；蒸馏单硬脂酸甘油酯，广州食品添加剂有限公司提供；卡拉胶，滕州市恩普特生物工程有限责任公司提供；黄原胶，山东阜丰发酵有限公司提供；海藻酸钠，西安唐朝化工有限公司提供；微晶纤维素，安徽山河药用辅料有限公司提供。

JMS 型胶体磨，廊坊通用机械有限公司产品；高压均质机，上海科司大均质机电设备有限公司产品；TD6 型离心机，长沙湘智离心机仪器有限公司产品；高压杀菌锅，江阴滨江医疗设备有限公司产品。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程

花生→挑选→烘烤→去皮→浸泡→磨浆→调配→均质→灌装→灭菌→成品。

1.2.2 操作要点

（1） 花生浆的制备。选取无霉变、颗粒饱满的花生于120 ℃烤箱中烘烤10 min 后去皮，称取去皮后的花生，加纯净水倒入磨浆机反复磨浆5 次，料液比为1∶8，然后用80 目筛网过滤，得到花生浆，备用。

（2） 调配。称取花生浆300 g，鲜牛奶200 g，蔗糖50 g，适量稳定剂充分混合均匀，用水定容至1 000 g。

（3） 均质、灌装、灭菌。将调配好的复合乳倒入高压均质机均质后灌装、封盖，然后放入121 ℃高压灭菌锅中15 min，即得成品。

1.2.3 单因素试验

分别选用蔗糖脂肪酸酯、蒸馏单硬脂酸甘油酯、卡拉胶、海藻酸钠、微晶纤维素和黄原胶作为花生牛奶复合乳饮料的稳定剂，蔗糖脂肪酸酯添加量为0.03%，0.06%，0.09%，0.12%，0.15%；蒸馏单硬脂酸甘油酯添加量为0.05%，0.10%，0.15%，0.20%，0.25%；卡拉胶添加量为0.04%，0.08%，0.12%，0.16%，0.20%；海藻酸钠添加量为0.02%，0.04%，0.06%，0.08%，0.10%；微晶纤维素添加量为0.05%，0.10%，0.15%，0.20%，0.25%；黄原胶添加量为0.03%，0.06%，0.09%，0.12%，0.15%。分别测定其对花生牛奶复合乳饮料沉淀率的影响，评价各种稳定剂的稳定效果。

1.2.4 响应面优化试验

在单因素试验的基础上，采用Box-benhnken 中心组合试验设计方法安排三因素三水平试验，对乳化稳定剂进行配方优化。

试验因素与水平设计见表1。

表1 试验因素与水平设计/%

1.2.5 分析测定方法

（1） 沉淀率的测定。参照谭锋等人[9]的方法稍加修改，称取摇匀的一定量（m0） 的样品，用台式离心机以转速6 000 r/min 离心15 min，弃去上层清夜，称得沉淀的质量（m1）。

沉淀率按照公式（1） 计算：

式中：m0——样品溶液的质量，g；

m1——沉淀的质量，g。

1.2.6 数据统计与分析

采用SPSS17.0 统计软件中单因素方差分析进行组间差异比较，显著性水平为p<0.05。图表中不同字母表示0.05 水平上的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 蔗糖脂肪酸酯添加量对花生牛奶稳定性的影响

蔗糖脂肪酸酯添加量对花生牛奶沉淀率的影响见图1。

图1 蔗糖脂肪酸酯添加量对花生牛奶沉淀率的影响

由图1 可知，花生牛奶的沉淀率随着蔗糖脂肪酸酯添加量的增加呈先下降后上升的趋势，在添加量为0.12%时沉淀率最小，添加0.09%与添加0.12%差异不显著（p>0.05），当蔗糖脂肪酸酯添加量大于0.12%时，花生牛奶的沉淀率呈显著增加的趋势。但是，蔗糖脂肪酸酯各添加量时花生牛奶的沉淀率都很高，说明研究条件下蔗糖脂肪酸酯不适宜作为花生牛奶的乳化剂。

2.1.2 蒸馏单硬脂酸甘油酯添加量对花生牛奶稳定性的影响

蒸馏单硬脂酸甘油酯添加量对花生牛奶沉淀率的影响见图图2。

图2 蒸馏单硬脂酸甘油酯添加量对花生牛奶沉淀率的影响

由图2 可知，花生牛奶的沉淀率随着蒸馏单硬脂酸甘油酯添加量的增加呈先下降后上升的趋势。蒸馏单硬脂酸甘油酯添加量为0.15%时，沉淀率最小，这可能是因为当添加量为0.15%时，蒸馏单硬脂酸甘油酯吸附到脂肪球表面形成的界面强度最大，稳定性最好，但试验中添加0.1%与添加0.15%差异不显著（p>0.05）。因此，采用添加0.1%蒸馏单硬脂酸甘油酯对花生牛奶进行乳化。

2.1.3 卡拉胶添加量对花生牛奶稳定性的影响

卡拉胶添加量对花生牛奶沉淀率的影响见图3。

图3 卡拉胶添加量对花生牛奶沉淀率的影响

由图3 可知，花生牛奶的沉淀率随着卡拉胶添加量的增加呈先下降后上升的趋势，卡拉胶添加量为0.12%时，花生牛奶的沉淀率最小，当卡拉胶添加量大于0.12%时，花生牛奶的沉淀率显著增大。这可能是因为卡拉胶添加量过大时，花生牛奶的稳定平衡体系被破坏，导致沉淀率增加。综合考虑稳定性效果和成本，选取卡拉胶添加量为0.12%。

2.1.4 海藻酸钠添加量对花生牛奶稳定性的影响

海藻酸钠添加量对花生牛奶沉淀率的影响见图4。

图4 海藻酸钠添加量对花生牛奶沉淀率的影响

由图4 可知，花生牛奶的沉淀率随着海藻酸钠添加量的增加呈先下降后上升的趋势。海藻酸钠添加量为0.08%时沉淀率最小，添加0.06%与添加0.08%差异不显著（p>0.05），当添加量大于0.08%时，花生牛奶的沉淀率显著增大。试验中海藻酸钠脂各添加量时花生牛奶的沉淀率都很高，这可能是由于高温杀菌引起海藻酸钠的分解，导致花生牛奶沉淀率增大，说明研究条件下海藻酸钠不适宜作为花生牛奶的稳定剂。

2.1.5 微晶纤维素添加量对花生牛奶稳定性的影响

微晶纤维素添加量对花生牛奶沉淀率的影响见图5。

图5 微晶纤维素添加量对花生牛奶沉淀率的影响

由图5 可知，花生牛奶的沉淀率随着微晶纤维素添加量的增加呈下降的趋势。微晶纤维素添加量为0.15%时，花生牛奶的沉淀率最小，继续添加微晶纤维素，花生牛奶的沉淀率下降不显著（p>0.05）。试验中微晶纤维素各添加量时花生牛奶的沉淀率都很高，说明研究条件下微晶纤维素不适宜作为花生牛奶的稳定剂。

2.1.6 黄原胶添加量对花生牛奶稳定性的影响

黄原胶添加量对花生牛奶沉淀率的影响见图6。

图6 黄原胶添加量对花生牛奶沉淀率的影响

由图6 可知，花生牛奶的沉淀率随着黄原胶添加量的增加呈先下降后上升的趋势。黄原胶添加量为0.09%时，花生牛奶的沉淀率最小为5.38%，当添加量大于0.09%时；体系的沉淀率显著增大。因此，选取黄原胶添加量为0.09%。

2.2 复合稳定剂对花生牛奶稳定性的影响

在上述单因素试验的基础上选用中心组合模型，做三因素三水平的响应面分析试验，其中5 个中心试验用来估计试验误差。以沉淀率为响应值，采用Design Expert7.0 软件对试验数据进行回归分析，对乳化稳定剂的配比对花生牛奶稳定性的影响进行深入的研究和优化。

响应面试验设计与结果见表2。

表2 响应面试验设计与结果

2.2.1 回归模型的建立与方差分析

以蒸馏单硬脂酸甘油酯添加量（X1）、卡拉胶添加量（X2）、黄原胶添加量（X3） 为试验因素，沉淀率（Y） 为考查指标的回归模型为：

回归模型方差分析见表3。

表3 回归模型方差分析

由表3 可知，该模型为回归极显著型（p<0.01），各因素中一次项X2极显著，二次项X12、X22、X32均极显著，交叉项X2X3极显著，X1X3显著。结果表明，3 个因素中卡拉胶对花生牛奶的沉淀率具有极显著性影响，蒸馏单硬脂酸甘油酯和黄原胶对花生牛奶的沉淀率影响不显著，卡拉胶和黄原胶对花生牛奶沉淀率的影响具有极显著交互作用，蒸馏单硬脂酸甘油酯和黄原胶对花生牛奶沉淀率的影响具有显著交互作用。

2.2.2 各因素间的交互影响

根据回归方程得出响应曲面及等高图，考查所拟合的响应曲面的形状对蒸馏单硬脂酸甘油酯、卡拉胶、黄原胶两两因素交互对花生牛奶沉淀率的影响并进行分析与评价，以确定其最佳配比。

蒸馏单硬脂酸甘油酯添加量和卡拉胶添加量对花生牛奶沉淀率影响的响应面图见图7，蒸馏单硬脂酸甘油酯添加量和黄原胶添加量对花生牛奶沉淀率影响的响应面图见图8，卡拉胶添加量和黄原胶添加量对花生牛奶沉淀率影响的响应面图见图9。

图7 蒸馏单硬脂酸甘油酯添加量和卡拉胶添加量对花生牛奶沉淀率影响的响应面图

图8 蒸馏单硬脂酸甘油酯添加量和黄原胶添加量对花生牛奶沉淀率影响的响应面图

由图7 ～图9 可知，卡拉胶和黄原胶交互作用极显著，蒸馏单硬脂酸甘油酯和黄原胶交互作用显著，蒸馏单硬脂酸甘油酯和卡拉胶交互作用不显著。卡拉胶是影响模拟体系稳定性的主要因素，蒸馏单硬脂酸甘油酯次之，黄原胶对其影响最小。

图9 卡拉胶添加量和黄原胶添加量对花生牛奶沉淀率影响的响应面图

2.2.3 稳定剂最佳配方的确定

由回归方程求得最佳配方，该点各因子的编码值为X1=-0.22，X2=0.37，X3=0.01，对应的蒸馏单硬脂酸甘油酯添加量为0.09%，卡拉胶添加量为0.13%，黄原胶添加量为0.09%。在此条件下，得到沉淀率最小理论值为4.93%。采用上述优化配比方案与上述试验相同的其他条件，实际测得沉淀率为4.98%，与理论值偏差小于5%。因此，响应面分析得到的花生牛奶复合乳饮料的乳化稳定剂优化配方准确可靠。

3 结论

分析了单一乳化稳定剂蔗糖脂肪酸酯、蒸馏单硬脂酸甘油酯、卡拉胶、海藻酸钠、微晶纤维素和黄原胶对花生牛奶稳定效果的影响，选出效果较好的蒸馏单硬脂酸甘油酯、卡拉胶和黄原胶，通过Box-behnken 的中心组合试验设计进行了复合配比优化，得出各组分最佳添加量为蒸馏单硬脂酸甘油酯0.09%，卡拉胶0.13%，黄原胶0.09%。在此配比方案下花生牛奶复合乳饮料的沉淀率为4.98%，并得出其稳定性与各稳定剂的配比量变量的二次方程模型，该模型回归显著，对试验拟合较好。