不同乳化劑對咖啡乳飲料穩定性的影響

樓盛明

上海旺旺食品集團有限公司研發中心（上海 201103）

咖啡位居世界三大飲品之首，也是世界上除石油外的第二大貿易商品。根據歐睿（Euromonitor）咨詢的調查，2014年中國即飲咖啡市場約3億 L、55億元。得益于中國持續的城市化、收入水平上升，以及對西方文化和生活方式的青睞，預計該市場在未來5年將以年均復合增長率10%速度保持增長。但咖啡乳飲料存在的易出現油水分離、乳脂上浮及蛋白沉淀現象等問題，嚴重影響飲料外觀、組織和口感。如何改善咖啡乳穩定性，提高其感官品質一直備受國內外各企業關注。乳化劑是一類具有極性的親水基和非極性的親油基的表面活性物質，并且2部分分別處于分子兩端，形成不對稱結構，因此能分別吸附在油和水2種互相排斥的相面上，形成薄分子層，降低兩相界面張力，從而使原來互不相溶物質得以均勻混合。在乳飲料中加入乳化劑后，乳化劑在油/水界面形成界面膜，使界面上帶有一定量的電荷或者降低油/水界面張力作用等不同方式使油/水的乳狀液穩定，阻止油滴相互結合。此外，乳化劑能與蛋白質顆粒及其他粒子相互作用，以絡合等方式聚集加成到保護的粒子上，使被保護粒子的電荷或其溶劑化膜增強或者兩者同時增強，這些作用都能一定程度地阻止顆粒互相結合變大，維持乳飲料的穩定。試驗通過對樣品粒徑、Turbiscan穩定性分析，探討不同乳化劑對咖啡乳飲料理化性質的影響，為綜合評價乳化劑對咖啡乳飲料的穩定效果提供理論和生產依據。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

雀巢速溶咖啡粉；恒天然全脂奶粉；白砂糖；小蘇打。

分子蒸餾單甘酯（GSM，丹尼斯克，型號HPC）；蔗糖脂肪酸酯（SM，三菱化學，型號P-1570）；雙乙酰酒石酸甘油酯（DATEM，巴斯夫）；琥珀酸單甘油酯（SMG，凱愛瑞）。

1.2 主要儀器與設備

高速攪拌機；水浴鍋；NS2002H型高壓均質機；S3500激光粒度分析儀；Turbiscan穩定性分析儀。

1.3 方法

1.3.1 咖啡乳配方

1 000 g飲料中：速溶咖啡粉6 g、全脂奶粉30 g、白砂糖60 g、小蘇打0.3～0.5 g。

分子蒸餾單甘酯、蔗糖脂肪酸酯、雙乙酰酒石酸甘油酯、琥珀酸單甘油酯均以0.7，0.9和1.1 g/kg的添加量分別加入樣品。

1.3.2 工藝流程

白砂糖、乳化劑、小蘇打溶解→全脂奶粉溶解→加入咖啡粉→均質→加熱殺菌→灌裝→冷卻→樣品

1.3.3 粒徑測定

使用激光粒徑分析儀測定樣品粒徑分布情況。根據Stocks定律可知顆粒粒徑的減小可降低其沉降速率，從而提高產品穩定性。

式中：V0為沉降速率，m/s；D為顆粒粒徑，m；ρs為流體密度，kg/m3；ρ為顆粒密度kg/m3；η為黏度，Pa·s。

1.3.4 Turbiscan穩定性分析

采用Turbiscan穩定性分析儀測定樣品穩定性。將被測樣品裝入樣品池中，采用近紅外光作為光源，光源與透射光檢測器和背散射光檢測器組成測量探頭，測量探頭從樣品池的底部到樣品池的頂部進行掃描。采用多次掃描模式，掃描溫度30℃，總掃描時間10 h，每次掃描間隔時間50 min。根據多重光散射原理，體系分散相體積分數和粒子平均直徑發生變化時，背散射光強度和透射光強度也會隨之發生相應變化，不穩定性動力學指數（TSI）來量化衡量不穩定性，TSI值越大，說明該體系變化越大，穩定性越差，相反TSI值越小，體系穩定性越好。

2 結果與分析

2.1 不同乳化劑對咖啡乳粒徑的影響

2.1.1 平均粒徑的比較

由圖1可以看出，試驗范圍內，咖啡乳平均粒徑受雙乙酰酒石酸甘油酯、琥珀酸單甘油酯添加量的影響不大，兩者均在0.7 g/kg表現最好；而受蔗糖脂肪酸酯、分子蒸餾單甘酯添加量的影響較明顯，蔗糖脂肪酸酯、分子蒸餾單甘酯添加量越多，咖啡乳平均粒徑越小。

相同添加量時，蔗糖脂肪酸酯對改善咖啡乳粒徑效果最好，其次為分子蒸餾單甘酯，而雙乙酰酒石酸甘油酯效果相對較差。

圖1 不同樣品平均粒徑比較

2.1.2 粒徑整體分布的比較

分別選取4種乳化劑中最優添加量比較其粒徑分布圖譜，從圖2可知，蔗糖脂肪酸酯、分子蒸餾單甘酯對咖啡乳整體粒徑的影響類似，且效果最優，而雙乙酰酒石酸甘油酯效果最不理想，比較結果與平均粒徑相一致。

2.2 不同乳化劑對咖啡乳Turbiscan穩定性分析的影響

比較各咖啡乳樣品的不穩定動力學指數（TSI），由圖3中得到，4種乳化劑中，蔗糖脂肪酸酯、分子蒸餾單甘酯對咖啡乳樣品的整體穩定效果較好，且其添加量對樣品穩定性影響相對較小；而雙乙酰酒石酸甘油酯和琥珀酸單甘油酯對咖啡乳樣品的整體穩定效果受其添加量的影響較大，需尋求最佳添加量。蔗糖脂肪酸酯、分子蒸餾單甘脂在1.1 g/kg、雙乙酰酒石酸甘油酯0.9 g/kg、琥珀酸單甘油酯0.7 g/kg時最咖啡乳的整體穩定效果較好。

從圖4～圖6可以看出，乳化劑蔗糖脂肪酸酯、分子蒸餾單甘酯1.1 g/kg，雙乙酰酒石酸甘油酯、琥珀酸單甘油酯0.7 g/kg時均能較好改善樣品底部穩定性；對于樣品中部穩定性，琥珀酸單甘油酯的作用相對較差；對于樣品頂部穩定性，雙乙酰酒石酸甘油酯的作用相對較小。

圖2 不同樣品粒徑分布圖譜比較

圖3 不同樣品整體TSI值比較

圖4 不同樣品底部TSI值比較

圖5 不同樣品中部TSI值比較

圖6 不同樣品頂部TSI值比較

3 結論與討論

就咖啡乳飲料存在的穩定性問題，選擇適宜的乳化劑至關重要。綜合樣品粒徑分析和Turbiscan穩定性分析結果，各單體乳化劑的添加量分別為蔗糖酯肪酸酯和分子蒸餾單甘酯1.1 g/kg、雙乙酰酒石酸甘油酯和單雙琥珀酸單甘油酯0.7 g/kg時對咖啡乳飲料的穩定體系效果相對較好，4種單體中蔗糖脂肪酸酯的穩定效果最優。

比較4種單體，分子蒸餾單甘酯和蔗糖脂肪酸酯屬于多元醇系非離子型乳化劑，雙乙酰酒石酸甘油酯和琥珀酸單甘油酯屬于陰離子型乳化劑，四者均具有親水親油結構；但蔗糖脂肪酸酯具有相對更高的分子量和HLB值、更多的親水基和結合更多親油基團能力，從而表現出更優乳化效果。