響應(yīng)面法優(yōu)化燕麥谷粒牛奶中變性淀粉的研究

馮志寬，李洪亮，李樹森，張冬潔，尹永智

（內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 011500）

燕麥谷粒牛奶不僅營養(yǎng)豐富，而且具有谷粒的咀嚼性，深受消費者喜愛。燕麥中富含蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)、維生素等，其氨基酸含量較其他谷物食品更加豐富、均衡[1]。

制備燕麥谷粒牛奶一直存在較大的技術(shù)難題，一方面燕麥粒本身的直鏈淀粉含量較高，容易造成沉淀或者析水，嚴(yán)重降低了谷粒牛奶的品質(zhì)；另一方面燕麥牛奶含有大量多糖和蛋白質(zhì)的大分子是典型的熱不穩(wěn)定體系，變性淀粉與原淀粉不同，變性淀粉具有較強(qiáng)的抗熱、抗剪切能力，并且具有較好的穩(wěn)定性[2]，可明顯改善燕麥谷粒牛奶的穩(wěn)定性及品質(zhì)。

因此，研究通過添加變性淀粉降低或減少沉淀、析水。試驗通過添加變性淀粉，同時搭配其他穩(wěn)定劑，并結(jié)合糊化、均質(zhì)等工藝，制備出口感良好、組織狀態(tài)穩(wěn)定的燕麥谷粒牛奶。通過優(yōu)化變性淀粉的參數(shù)可以增強(qiáng)燕麥谷粒牛奶的穩(wěn)定性，改善口感，對于燕麥谷粒牛奶生產(chǎn)工藝起到提升作用。由于調(diào)制乳制品生產(chǎn)工藝參數(shù)與小試試驗參數(shù)存在差異，因此在小試基礎(chǔ)上進(jìn)行生產(chǎn)工藝參數(shù)優(yōu)化對進(jìn)一步提高燕麥谷粒牛奶具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料

燕麥粒，產(chǎn)于澳大利亞；牛奶，蒙牛乳業(yè)（集團(tuán)） 股份有限公司提供；白砂糖，中糧屯河提供，符合國家一級白砂糖標(biāo)準(zhǔn)；變性淀粉，國民公司提供；結(jié)冷膠、微晶纖維素、卡拉膠，均為食品級。

1.1.2 設(shè)備

IKA T25型攪拌器；APV型均質(zhì)機(jī)；UHT殺菌機(jī)設(shè)備，德國GEA公司產(chǎn)品；SYG-1220型恒溫水浴鍋，美國Safe Temp公司產(chǎn)品；PG6002-S型天平，METTLER TOLEDO公司產(chǎn)品；TGA-10C型離心機(jī)；DV-Ⅱ型博力飛黏度測定儀，美國博力飛公司產(chǎn)品。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 感官評定法

感官評定法是由20名感官品嘗師組成的評鑒小組，并對燕麥谷粒牛奶進(jìn)行感官評定，評定內(nèi)容為產(chǎn)品外觀狀態(tài)和風(fēng)味口感，在具體感官評定時，分別對產(chǎn)品的感官品質(zhì)進(jìn)行打分，以分值的高低作為判定感官綜合品質(zhì)優(yōu)劣的依據(jù)。

感官評定試驗在感官品嘗室中進(jìn)行，自然光照，保證試樣達(dá)到室溫，待品嘗樣品裝入編號的試樣杯中，由感官品嘗師進(jìn)行感官評定，主要從以下幾個方面對產(chǎn)品進(jìn)行品嘗：①外觀狀態(tài)，包括均勻性、析水性，凝膠程度；②風(fēng)味及口感，包括爽滑度，奶香味。

感官評價見表1。

表1 感官評價/分

1.2.3 黏度的測定

用博力飛黏度測定儀測定燕麥谷粒牛奶的黏度，并由黏度的大小間接反映凝膠的強(qiáng)弱程度。

1.2.4 穩(wěn)定性的測定

在15 mL離心管中加入過濾掉燕麥粒的牛奶10 mL，然后以轉(zhuǎn)速4 000 r/min離心20 min，準(zhǔn)確稱取沉淀物質(zhì)量，利用公式計算離心沉淀率：

2 結(jié)果與分析

2.1 變性淀粉種類篩選單因素試驗

淀粉的變性方式影響凝膠強(qiáng)度、口感等，因此選擇不同變性方式的淀粉進(jìn)行試驗[3]。作為食品膠凝劑的變性淀粉主要有交聯(lián)酯化淀粉、酸水解淀粉和氧化淀粉，變性淀粉添加量為1.2%與水制成淀粉糊，測定黏度和離心沉淀率。

變性淀粉黏度單因素試驗結(jié)果見圖1，變性淀粉離心沉淀率試驗結(jié)果見圖2。

圖1 變性淀粉黏度單因素試驗結(jié)果

圖2 變性淀粉離心沉淀率試驗結(jié)果

羥丙基二淀粉磷酸酯和氧化羥丙基淀粉優(yōu)于其他變性淀粉。

2.2 變性淀粉與其他膠體復(fù)配試驗

變性淀粉與親水性膠體復(fù)配，可有效提高體系的黏度，明顯改善產(chǎn)品狀態(tài)，提升產(chǎn)品口感[4]，親水性膠體也有很強(qiáng)的抑制淀粉老化的作用，多數(shù)膠體本身是多糖，其羥基能與淀粉鏈上的羥基及周圍的水分形成大量的氫鍵，起到阻止淀粉老化的作用，并且大多數(shù)膠體都具有很高的吸水、持水能力，對失水老化起到延緩作用。因此，可以在單因素試驗基礎(chǔ)上繼續(xù)將變性淀粉與其他膠體進(jìn)行復(fù)配，進(jìn)一步提升產(chǎn)品品質(zhì)。

感官評定是真實反映食品品質(zhì)的有效方法，在乳品品質(zhì)控制上得到廣泛應(yīng)用。孫曼曼[5]研究不同添加量的淀粉對酸奶持水力和表觀黏度的影響時發(fā)現(xiàn)，不同添加量酸奶的質(zhì)地、嫩滑度、流動狀態(tài)感官影響很大，因此可以通過感官評定判斷燕麥谷粒牛奶的品質(zhì)，以對比不同變性淀粉的使用情況。

將上述羥丙基二淀粉磷酸酯和氧化羥丙基淀粉與卡拉膠、結(jié)冷膠進(jìn)行小試正交試驗，以感官評價指標(biāo)進(jìn)行分析。

L16（45）設(shè)計因素與水平設(shè)計見表2。

由表2可知，影響因素從大到小排列為羥丙基二淀粉磷酸酯添加量＞氧化羥丙基淀粉添加量＞結(jié)冷膠添加量＞卡拉膠添加量，4種因素效果均顯著，結(jié)冷膠雖效果顯著，由于產(chǎn)品成本較高，超過產(chǎn)品承受成本，因此選擇卡拉膠，通過試驗確定最佳配比為羥丙基二淀粉磷酸酯添加量為1.3%，氧化羥丙基淀粉添加量為0.3%，卡拉膠添加量為0.02%。

表2 L16（45）設(shè)計因素與水平設(shè)計

2.3 變性淀粉工藝優(yōu)化

燕麥谷粒牛奶的穩(wěn)定性受很多因素的影響，除了上述膠體的影響外，工藝參數(shù)對產(chǎn)品的穩(wěn)定性和品質(zhì)影響很大，李達(dá)鴻等人[6]曾指出不同糊化溫度對淀粉的乳化活性和穩(wěn)定性存在影響。也有研究顯示糊化溫度、穩(wěn)定劑添加量、均質(zhì)壓力對穩(wěn)定性及口感都有很大影響[7-8]。根據(jù)車間現(xiàn)有工藝條件確定均質(zhì)溫度、均質(zhì)壓力、糊化溫度、糊化時間的范圍進(jìn)行下一步小試試驗。考慮到工藝參數(shù)間可能存在交互作用，需要正交試驗最終確定參數(shù)，以離心沉淀率結(jié)果評價為考查指標(biāo)。

L16（45）設(shè)計正交試驗因素與水平設(shè)計見表3。

由表3可知，均質(zhì)溫度、糊化溫度對離心沉淀率影響顯著，最終確定均質(zhì)溫度60℃，糊化溫度80℃，均質(zhì)壓力14 MPa，糊化時間20 min。

2.4 穩(wěn)定劑、工藝條件優(yōu)化

由于產(chǎn)品生產(chǎn)工藝與產(chǎn)品小試工藝存在差異，所以產(chǎn)品穩(wěn)定性與車間的工藝條件關(guān)系很大，在小試試驗基礎(chǔ)上采用Box-Behnken設(shè)計，以正交因素試驗的結(jié)果作為基礎(chǔ)，以離心沉淀率（Y）為評價指標(biāo)，進(jìn)行中試工藝優(yōu)化，選擇影響燕麥谷粒牛奶的主因素：羥丙基二淀粉磷酸酯添加量（A''），卡拉膠添加量（B''），均質(zhì)溫度（C''），糊化溫度（D''）建立模型。

表3 L16（45）設(shè)計正交試驗因素與水平設(shè)計

響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果見表4，燕麥谷粒牛奶二次多項回歸方程方差見表5。

由表4可知，4個因素均顯著，試驗?zāi)Ｐ惋@著，可以用來預(yù)測燕麥谷物牛奶離心沉淀率，公式如下：

表4 響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果

表5 燕麥谷粒牛奶二次多項回歸方程方差

Y=2.03-0.09A-0.097B-0.23C+0.079D-0.20AB-0.015AC+0.11AD+0.038BC+0.15BD+0.050CD+0.73A2+0.26B2+0.39C2+0.19D2.

兩兩相交對離心沉淀率的響應(yīng)面圖見圖3。

3 結(jié)論

按照上述結(jié)果在配方中添加羥丙基二淀粉磷酸酯添加量1.22%，卡拉膠添加量0.02%，均質(zhì)溫度61.38℃，糊化溫度83.12℃，離心沉淀率達(dá)到2.03%，該產(chǎn)品口感細(xì)膩、質(zhì)地均勻穩(wěn)定、產(chǎn)品工藝較穩(wěn)定、協(xié)同增效作用明顯。產(chǎn)品綜合指標(biāo)中試后優(yōu)化參數(shù)與小試之間有差異，所以在下一步工藝優(yōu)化中，應(yīng)該繼續(xù)試驗小試與中試差異化做小試與中試之間線性關(guān)系，可進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)品穩(wěn)定性。

圖3 兩兩相交對離心沉淀率的響應(yīng)面圖