加工工藝條件對稀奶油攪打特性的影響

楊永龍，高增麗，劉彥宏，曹文慧，劉紅霞，烏 云，李洪亮，母智深

(內蒙古蒙牛乳業(集團)股份有限公司， 呼和浩特 011500)

稀奶油是我國乳品工業的新型乳制品，消費量呈現逐年上升趨勢。稀奶油的種類較多，目前市場上較為常見的產品是在新鮮稀奶油中添加適量穩定劑，通過機械攪打、膨脹發泡的攪打稀奶油，脂肪含量多為30%～40%，既可以直接食用，也可以裝裱冰淇淋、咖啡、甜點等食品，同時還可作為部分食品的夾心原料，賦予食品濃濃的奶香口感，具有很好的營養價值和經濟價值。稀奶油主要存在的問題為，來源于純正牛奶的動物性稀奶油，其打發率低、硬度低、成型性不佳，而大量食用含有飽和脂肪酸的氫化植物油來源的稀奶油，在口感、風味及健康方面遠不及牛奶來源的稀奶油[1]。本文通過對稀奶油加工工藝的研究，以攪打特性指標為評價依據，采取正交試驗分析方法，確定了稀奶油最佳的加工工藝條件，為稀奶油的規模化工業生產提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 原料與試劑

原料乳(新鮮生牛乳)，呼和浩特市周邊牧場；單硬脂酸甘油酯(食品級)、蔗糖脂肪酸酯(食品級)，廣州美晨集團公司；大豆磷脂(食品級)，美國Cargill公司；微晶纖維素(食品級)，美國FMC公司。

1.1.2 儀器與設備

FT15奶油分離機，英國Armfield公司；均質機，丹麥APV公司；超高溫殺菌機，瑞典利樂公司；無菌包灌裝機，德國康美包公司；TA-XT plus型質構儀，英國SMS公司；DV2T黏度儀，美國Brookfield公司；CS-BT攪拌器。

1.2 試驗方法

1.2.1 稀奶油的加工工藝

1.2.1.1 工藝流程

原料乳檢驗→稀奶油分離→配料→冷卻→均質→超高溫殺菌→無菌包裝→入庫成熟。

1.2.1.2 操作要點[2]

(1)原料乳檢驗：原料乳選擇新鮮生牛乳，酸度在17 °T以下，菌落總數≤50萬CFU/mL，干物質含量≥12%，具有牛乳特有的滋氣味，不得有外來異味，無抗生素、無摻假及其他異物。

(2)稀奶油分離：使用奶油分離機，利用密度的不同，使原料乳在分離缽內受強大離心力的作用，將脫脂乳留在分離缽的內壁上，而稀奶油由設備頂部被分離出來[1]。預熱溫度通常為30～50℃，轉速為5 000～6 000 r/min。然后將稀奶油通過板式換熱器冷卻至2～8℃，放入緩沖罐中進行貯存。

(3)配料：將冷卻后的稀奶油調入化料罐中，升溫至30～40℃，將單硬脂酸甘油酯、蔗糖脂肪酸酯、大豆磷脂、微晶纖維素等緩慢加入到化料罐中，繼續升溫至60℃以上，攪拌20 min，直至料液完全融合。

(4)冷卻：將配料后的稀奶油通過板式換熱器進行冷卻，然后放入緩沖罐中進行貯存。

(5)均質：對稀奶油進行均質處理，均質溫度為45～65℃，均質壓力為5～12 MPa。

(6)超高溫殺菌：通過超高溫殺菌機對稀奶油進行滅菌處理，滅菌溫度為120～140℃，滅菌時間為4～30 s。

(7)無菌包裝：利用無菌包灌裝機將稀奶油直接灌入到包裝盒內，灌注溫度為10～25℃。

(8)入庫成熟：將無菌包裝的稀奶油經裝箱后直接放入低溫庫房，進行冷卻成熟，在2～5℃下保持12～24 h，以促進物理成熟及脂肪結晶[3]。

1.2.2 打發率測定[4]

將200 g預冷至4℃的稀奶油倒入攪拌缸內，使用CS-BT攪拌器中速(約120 r/min)進行攪打并計時，以稀奶油能夠形成堅挺的錐形為攪打終點，測定其打發率。按下式計算打發率。

打發率=(M1-M2)/M2×100%

式中：M1為同體積未攪打稀奶油的質量，g；M2為同體積已攪打好稀奶油的質量，g。

1.2.3 硬度測定

采用TA-XT plus型質構儀測定稀奶油所形成的泡沫硬度。將打發完成后的稀奶油立即置于模具中，選用HDP/SR-TTC探頭進行測定。測定參數設定參考趙謀明等[5]的方法。測定條件：測試前探頭行進速度和測試中探頭行進速度均為1 mm/s，探頭回程速度為5 mm/s，測定距離為30 mm，觸發力為Auto-5 g，數據獲取率為200 pps，每個樣品至少平行測定3次，取平均值作為樣品的硬度值。

1.2.4 黏度測定

將冷藏后的稀奶油取出后，使用黏度儀迅速測定其冷藏后的表觀黏度。采用62#轉子，測定溫度為5～10℃，轉速為12 r/min。

1.2.5 質量評定

稀奶油的質量評定采用百分制，分別對產成品的打發率、硬度和黏度3個指標進行評分，具體的評分標準如表1所示。

表1 質量等級評分標準

1.2.6 成品指標的測定

感官指標：取適量試樣置于50 mL燒杯中，在自然光下觀察色澤和組織狀態。聞其氣味，用溫開水漱口，品嘗滋味。

理化指標：脂肪含量，GB 5009.6—2016；酸度，GB 5009.239—2016；蛋白質含量，GB 5009.5—2016。

微生物指標：菌落總數，GB 4789.2—2016；大腸菌群，GB 4789.3—2016平板計數法；金黃色葡萄球菌，GB 4789.10—2016平板計數法；沙門氏菌，GB 4789.4—2016；霉菌，GB 4789.15—2016。

2 結果與分析

2.1 正交試驗

2.1.1 正交試驗設計及結果

1998年，地處松嫩平原的巨浪牧場連降暴雨，本已四處漏風的泥草房再也經不起暴風雨的洗禮，一整面墻突然倒塌。無奈之下，全家只好緊急疏散，被牧場安置到場部西側一個叫“西牛舍”的地方。

在前期試驗的基礎上，以打發率、硬度、黏度得分及總分為指標，以均質溫度、均質壓力、殺菌溫度和殺菌時間為考察因素，通過四因素三水平正交試驗考察各因素對稀奶油攪打特性的影響，確定稀奶油的最佳加工工藝條件。正交試驗因素水平見表2，正交試驗設計及結果見表3。

表2 正交試驗因素水平

表3 正交試驗設計及結果

2.1.2 影響因素分析

2.1.2.1 均質溫度的影響

稀奶油加工過程中必須進行均質處理，因為均質使料液微細化，脂肪球粒徑變小，可有效防止脂肪上浮，增強稀奶油的穩定性，同時提高產品的攪打特性，從而使泡沫的成型性、保型性滿足打發需要[6]。由表3可以看出，當均質溫度為45℃時，稀奶油的打發率和黏度均偏低，說明稀奶油中的穩定劑沒有達到預期的均質溫度，對產品的打發率和黏度沒有明顯的提升作用，但同時過高的均質溫度也沒有起到明顯效果，且隨著均質溫度升高，產品硬度降低。均質溫度影響最為直接的是稀奶油中的穩定劑，如果均質溫度過高或過低，均會影響稀奶油性能。

2.1.2.2 均質壓力的影響

由表3可以看出，隨著均質壓力的升高，黏度增大。而過高的均質壓力，會使脂肪球液滴相互接近，結晶脂肪很容易刺破較脆弱的脂肪球液滴之間的界面膜，脂肪球液滴之間很容易形成橋聯，發生部分聚結[7]。同時，均質壓力過高也會使脂肪球粒徑減小，增加打發成型所需時間，料液過于穩定以至于攪打過程中不容易失去穩定，從而降低打發率，硬度也呈現下降的趨勢，黏度則沒有明顯的變化。以上情況說明，均質壓力對稀奶油攪打性產生較為明顯影響。

2.1.2.3 殺菌溫度的影響

由表3可以看出，殺菌溫度對稀奶油的各項指標影響顯著，說明隨著殺菌溫度的降低，對脂肪結構的破壞也越小，而打發率、硬度和黏度總體呈現出明顯的上升趨勢。與130～140℃殺菌溫度相比，120℃的殺菌溫度能夠減少蛋白質的熱聚集，對稀奶油產品內部結構體系影響最小。但如果考慮稀奶油產品滅菌的徹底性，較高的殺菌溫度也是有必要的，但會導致稀奶油出現強烈的氧化味或蒸煮味。所以，對于加工稀奶油產品，在保證原料稀奶油品質較好的前提下，建議殺菌溫度為120℃。

2.1.2.4 殺菌時間的影響

由表3可以看出，隨著殺菌時間的延長，產品打發率呈現明顯的下降趨勢，但硬度和黏度卻出現了先上升后下降的趨勢，分析可能是由于過度殺菌蛋白質變性，從而導致脂肪球膜序列結構發生斷裂，且在試驗過程中，還發現殺菌時間達到30 s后，殺菌機溫差出現了持續升高問題，說明管路有明顯的結垢現象。初步推斷，隨著放置時間的延長，產品在貯藏和運輸過程中會出現析水或者沉淀的質量問題。綜合此次試驗結果，在保證殺菌效率的前提下，殺菌時間越短越好。

通過以上影響因素的分析，隨著殺菌溫度的降低，稀奶油的打發率、硬度和黏度指標更為理想，說明殺菌溫度對稀奶油產品的攪打特性影響最為直接，稀奶油不能過度加熱，否則極易造成產品貨架期的不穩定性；隨著殺菌時間的延長，各項指標呈現明顯的下降趨勢，同時生產稀奶油的超高溫殺菌機出現了不同程度的管路結垢現象，建議生產稀奶油產品的殺菌時間不超過4 s；均質溫度和均質壓力的參數選擇上，不能偏高或者偏低，否則都容易造成脂肪上浮，因為過低的均質溫度和均質壓力容易造成脂肪球不均勻，而過高的均質溫度和壓力容易造成脂肪球膜破碎，重新產生聚集，造成脂肪上浮和產品析水[8]。

2.1.3 最佳工藝條件的確定

由表3可以看出，各因素對稀奶油攪打特性(總分)影響的大小順序依次是C>D>A>B，即殺菌溫度>殺菌時間>均質溫度>均質壓力。加工稀奶油產品最佳因素水平組合為A2B2C3D1，即：均質溫度55℃，均質壓力8 MPa，殺菌溫度120℃，殺菌時間4 s。在最佳工藝條件下，產品的打發率、硬度、黏度分別為119%、306 g、419 mPa·s，總分為89分。

2.2 成品的感官指標、理化指標和微生物指標(見表4)

由表4可知，成品的感官、理化和微生物檢測結果均符合GB 19646—2010要求。

表4 成品的感官指標、理化指標和微生物指標

3 結 論

通過采用L9(34)正交試驗的方法，通過對稀奶油攪打特性指標的對比分析，確定最佳的稀奶油加工工藝條件為：均質溫度55℃，均質壓力8 MPa，殺菌溫度120℃，殺菌時間4 s。在最佳工藝條件下，產品的打發率、硬度、黏度分別為119%、306 g、419 mPa·s，最終產品呈現均勻乳白色，無異味，無上浮和沉淀的稀奶油。