花生牛奶復合乳飲料乳化穩定劑配方優化

馬永軒，郝 娟，田 云，李升鋒，吳 婕

（1. 廣東省農業科學院蠶業與農產品加工研究所/農業農村部功能食品重點實驗室/廣東省農產品加工重點實驗室，廣東 廣州 510610；2. 廣州力衡臨床營養品有限公司，廣東 廣州 510610）

花生牛奶復合乳飲料作為一種營養健康飲品，已成為國內外研究熱點[1-4]。花生富含蛋白質、脂肪，各種營養成分全面且均衡，是目前較為理想的高蛋白、高脂肪營養性食物來源。花生蛋白質含量達24%～36%，在所有農作物中僅次于大豆，且蛋白質可消化率和賴氨酸可吸收率高于大豆，是人類蛋白質食品的重要來源之一[5]。牛奶含有大量人體所必需的營養物質[6]，根據蛋白質營養的互補原則，選擇花生與牛奶進行搭配，生產花生牛奶復合乳飲料，能進一步提高氨基酸組成的均衡性和花生蛋白的利用率，且其符合當今飲料市場天然、營養和健康的潮流，具有廣闊的市場前景。

花生牛奶是一個O/W 的乳化體系，容易出現脂肪上浮、沉淀絮凝等現象[7-8]，嚴重影響花生牛奶的品質，阻礙其市場推廣。為此，在保證產品良好風味和口感的基礎上，分析了影響花生牛奶復合乳飲料穩定性的主要因素，對其乳化穩定劑的配方進行了系統優化，旨在為花生牛奶復合乳飲料的研發提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

花生、蔗糖，市售；鮮牛奶，廣美香滿樓畜牧有限公司提供；蔗糖脂肪酸酯，柳州愛格富食品科技股份有限公司提供；蒸餾單硬脂酸甘油酯，廣州食品添加劑有限公司提供；卡拉膠，滕州市恩普特生物工程有限責任公司提供；黃原膠，山東阜豐發酵有限公司提供；海藻酸鈉，西安唐朝化工有限公司提供；微晶纖維素，安徽山河藥用輔料有限公司提供。

JMS 型膠體磨，廊坊通用機械有限公司產品；高壓均質機，上海科司大均質機電設備有限公司產品；TD6 型離心機，長沙湘智離心機儀器有限公司產品；高壓殺菌鍋，江陰濱江醫療設備有限公司產品。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

花生→挑選→烘烤→去皮→浸泡→磨漿→調配→均質→灌裝→滅菌→成品。

1.2.2 操作要點

（1） 花生漿的制備。選取無霉變、顆粒飽滿的花生于120 ℃烤箱中烘烤10 min 后去皮，稱取去皮后的花生，加純凈水倒入磨漿機反復磨漿5 次，料液比為1∶8，然后用80 目篩網過濾，得到花生漿，備用。

（2） 調配。稱取花生漿300 g，鮮牛奶200 g，蔗糖50 g，適量穩定劑充分混合均勻，用水定容至1 000 g。

（3） 均質、灌裝、滅菌。將調配好的復合乳倒入高壓均質機均質后灌裝、封蓋，然后放入121 ℃高壓滅菌鍋中15 min，即得成品。

1.2.3 單因素試驗

分別選用蔗糖脂肪酸酯、蒸餾單硬脂酸甘油酯、卡拉膠、海藻酸鈉、微晶纖維素和黃原膠作為花生牛奶復合乳飲料的穩定劑，蔗糖脂肪酸酯添加量為0.03%，0.06%，0.09%，0.12%，0.15%；蒸餾單硬脂酸甘油酯添加量為0.05%，0.10%，0.15%，0.20%，0.25%；卡拉膠添加量為0.04%，0.08%，0.12%，0.16%，0.20%；海藻酸鈉添加量為0.02%，0.04%，0.06%，0.08%，0.10%；微晶纖維素添加量為0.05%，0.10%，0.15%，0.20%，0.25%；黃原膠添加量為0.03%，0.06%，0.09%，0.12%，0.15%。分別測定其對花生牛奶復合乳飲料沉淀率的影響，評價各種穩定劑的穩定效果。

1.2.4 響應面優化試驗

在單因素試驗的基礎上，采用Box-benhnken 中心組合試驗設計方法安排三因素三水平試驗，對乳化穩定劑進行配方優化。

試驗因素與水平設計見表1。

表1 試驗因素與水平設計/%

1.2.5 分析測定方法

（1） 沉淀率的測定。參照譚鋒等人[9]的方法稍加修改，稱取搖勻的一定量（m0） 的樣品，用臺式離心機以轉速6 000 r/min 離心15 min，棄去上層清夜，稱得沉淀的質量（m1）。

沉淀率按照公式（1） 計算：

式中：m0——樣品溶液的質量，g；

m1——沉淀的質量，g。

1.2.6 數據統計與分析

采用SPSS17.0 統計軟件中單因素方差分析進行組間差異比較，顯著性水平為p<0.05。圖表中不同字母表示0.05 水平上的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

2.1.1 蔗糖脂肪酸酯添加量對花生牛奶穩定性的影響

蔗糖脂肪酸酯添加量對花生牛奶沉淀率的影響見圖1。

圖1 蔗糖脂肪酸酯添加量對花生牛奶沉淀率的影響

由圖1 可知，花生牛奶的沉淀率隨著蔗糖脂肪酸酯添加量的增加呈先下降后上升的趨勢，在添加量為0.12%時沉淀率最小，添加0.09%與添加0.12%差異不顯著（p>0.05），當蔗糖脂肪酸酯添加量大于0.12%時，花生牛奶的沉淀率呈顯著增加的趨勢。但是，蔗糖脂肪酸酯各添加量時花生牛奶的沉淀率都很高，說明研究條件下蔗糖脂肪酸酯不適宜作為花生牛奶的乳化劑。

2.1.2 蒸餾單硬脂酸甘油酯添加量對花生牛奶穩定性的影響

蒸餾單硬脂酸甘油酯添加量對花生牛奶沉淀率的影響見圖圖2。

圖2 蒸餾單硬脂酸甘油酯添加量對花生牛奶沉淀率的影響

由圖2 可知，花生牛奶的沉淀率隨著蒸餾單硬脂酸甘油酯添加量的增加呈先下降后上升的趨勢。蒸餾單硬脂酸甘油酯添加量為0.15%時，沉淀率最小，這可能是因為當添加量為0.15%時，蒸餾單硬脂酸甘油酯吸附到脂肪球表面形成的界面強度最大，穩定性最好，但試驗中添加0.1%與添加0.15%差異不顯著（p>0.05）。因此，采用添加0.1%蒸餾單硬脂酸甘油酯對花生牛奶進行乳化。

2.1.3 卡拉膠添加量對花生牛奶穩定性的影響

卡拉膠添加量對花生牛奶沉淀率的影響見圖3。

圖3 卡拉膠添加量對花生牛奶沉淀率的影響

由圖3 可知，花生牛奶的沉淀率隨著卡拉膠添加量的增加呈先下降后上升的趨勢，卡拉膠添加量為0.12%時，花生牛奶的沉淀率最小，當卡拉膠添加量大于0.12%時，花生牛奶的沉淀率顯著增大。這可能是因為卡拉膠添加量過大時，花生牛奶的穩定平衡體系被破壞，導致沉淀率增加。綜合考慮穩定性效果和成本，選取卡拉膠添加量為0.12%。

2.1.4 海藻酸鈉添加量對花生牛奶穩定性的影響

海藻酸鈉添加量對花生牛奶沉淀率的影響見圖4。

圖4 海藻酸鈉添加量對花生牛奶沉淀率的影響

由圖4 可知，花生牛奶的沉淀率隨著海藻酸鈉添加量的增加呈先下降后上升的趨勢。海藻酸鈉添加量為0.08%時沉淀率最小，添加0.06%與添加0.08%差異不顯著（p>0.05），當添加量大于0.08%時，花生牛奶的沉淀率顯著增大。試驗中海藻酸鈉脂各添加量時花生牛奶的沉淀率都很高，這可能是由于高溫殺菌引起海藻酸鈉的分解，導致花生牛奶沉淀率增大，說明研究條件下海藻酸鈉不適宜作為花生牛奶的穩定劑。

2.1.5 微晶纖維素添加量對花生牛奶穩定性的影響

微晶纖維素添加量對花生牛奶沉淀率的影響見圖5。

圖5 微晶纖維素添加量對花生牛奶沉淀率的影響

由圖5 可知，花生牛奶的沉淀率隨著微晶纖維素添加量的增加呈下降的趨勢。微晶纖維素添加量為0.15%時，花生牛奶的沉淀率最小，繼續添加微晶纖維素，花生牛奶的沉淀率下降不顯著（p>0.05）。試驗中微晶纖維素各添加量時花生牛奶的沉淀率都很高，說明研究條件下微晶纖維素不適宜作為花生牛奶的穩定劑。

2.1.6 黃原膠添加量對花生牛奶穩定性的影響

黃原膠添加量對花生牛奶沉淀率的影響見圖6。

圖6 黃原膠添加量對花生牛奶沉淀率的影響

由圖6 可知，花生牛奶的沉淀率隨著黃原膠添加量的增加呈先下降后上升的趨勢。黃原膠添加量為0.09%時，花生牛奶的沉淀率最小為5.38%，當添加量大于0.09%時；體系的沉淀率顯著增大。因此，選取黃原膠添加量為0.09%。

2.2 復合穩定劑對花生牛奶穩定性的影響

在上述單因素試驗的基礎上選用中心組合模型，做三因素三水平的響應面分析試驗，其中5 個中心試驗用來估計試驗誤差。以沉淀率為響應值，采用Design Expert7.0 軟件對試驗數據進行回歸分析，對乳化穩定劑的配比對花生牛奶穩定性的影響進行深入的研究和優化。

響應面試驗設計與結果見表2。

表2 響應面試驗設計與結果

2.2.1 回歸模型的建立與方差分析

以蒸餾單硬脂酸甘油酯添加量（X1）、卡拉膠添加量（X2）、黃原膠添加量（X3） 為試驗因素，沉淀率（Y） 為考查指標的回歸模型為：

回歸模型方差分析見表3。

表3 回歸模型方差分析

由表3 可知，該模型為回歸極顯著型（p<0.01），各因素中一次項X2極顯著，二次項X12、X22、X32均極顯著，交叉項X2X3極顯著，X1X3顯著。結果表明，3 個因素中卡拉膠對花生牛奶的沉淀率具有極顯著性影響，蒸餾單硬脂酸甘油酯和黃原膠對花生牛奶的沉淀率影響不顯著，卡拉膠和黃原膠對花生牛奶沉淀率的影響具有極顯著交互作用，蒸餾單硬脂酸甘油酯和黃原膠對花生牛奶沉淀率的影響具有顯著交互作用。

2.2.2 各因素間的交互影響

根據回歸方程得出響應曲面及等高圖，考查所擬合的響應曲面的形狀對蒸餾單硬脂酸甘油酯、卡拉膠、黃原膠兩兩因素交互對花生牛奶沉淀率的影響并進行分析與評價，以確定其最佳配比。

蒸餾單硬脂酸甘油酯添加量和卡拉膠添加量對花生牛奶沉淀率影響的響應面圖見圖7，蒸餾單硬脂酸甘油酯添加量和黃原膠添加量對花生牛奶沉淀率影響的響應面圖見圖8，卡拉膠添加量和黃原膠添加量對花生牛奶沉淀率影響的響應面圖見圖9。

圖7 蒸餾單硬脂酸甘油酯添加量和卡拉膠添加量對花生牛奶沉淀率影響的響應面圖

圖8 蒸餾單硬脂酸甘油酯添加量和黃原膠添加量對花生牛奶沉淀率影響的響應面圖

由圖7 ～圖9 可知，卡拉膠和黃原膠交互作用極顯著，蒸餾單硬脂酸甘油酯和黃原膠交互作用顯著，蒸餾單硬脂酸甘油酯和卡拉膠交互作用不顯著。卡拉膠是影響模擬體系穩定性的主要因素，蒸餾單硬脂酸甘油酯次之，黃原膠對其影響最小。

圖9 卡拉膠添加量和黃原膠添加量對花生牛奶沉淀率影響的響應面圖

2.2.3 穩定劑最佳配方的確定

由回歸方程求得最佳配方，該點各因子的編碼值為X1=-0.22，X2=0.37，X3=0.01，對應的蒸餾單硬脂酸甘油酯添加量為0.09%，卡拉膠添加量為0.13%，黃原膠添加量為0.09%。在此條件下，得到沉淀率最小理論值為4.93%。采用上述優化配比方案與上述試驗相同的其他條件，實際測得沉淀率為4.98%，與理論值偏差小于5%。因此，響應面分析得到的花生牛奶復合乳飲料的乳化穩定劑優化配方準確可靠。

3 結論

分析了單一乳化穩定劑蔗糖脂肪酸酯、蒸餾單硬脂酸甘油酯、卡拉膠、海藻酸鈉、微晶纖維素和黃原膠對花生牛奶穩定效果的影響，選出效果較好的蒸餾單硬脂酸甘油酯、卡拉膠和黃原膠，通過Box-behnken 的中心組合試驗設計進行了復合配比優化，得出各組分最佳添加量為蒸餾單硬脂酸甘油酯0.09%，卡拉膠0.13%，黃原膠0.09%。在此配比方案下花生牛奶復合乳飲料的沉淀率為4.98%，并得出其穩定性與各穩定劑的配比量變量的二次方程模型，該模型回歸顯著，對試驗擬合較好。