贮存温度和贮存时间对复原乳稳定性的影响*

刘丹，龙肇，赵谋明，赵强忠

(华南理工大学轻工与食品学院，广东 广州，510640)

复原乳是由蛋白质和脂肪等多种组分组成的具有胶体特性的多分散体系。复原乳具有营养丰富、携带方便和易于保存等优点，得到广大消费者的青睐，有着良好的市场前景。但液态产品在贮存过程中易出现脂肪上浮、蛋白质沉淀、絮凝或分层等不稳定现象，严重影响产品的风味和口感［1］。由于复原乳出现不稳定现象的时间一般都比较长，生产企业不可能长时间等待稳定性结果才销售产品，因此，快速准确判定复原乳的贮存稳定性是乳制品生产企业所面临的亟需解决的技术难题。

复原乳属于热力学不稳定体系，体系中影响稳定性的2 个最主要因素是乳脂肪的上浮和蛋白质的沉淀。复原乳的贮存稳定性与pH 值、体系黏度及分散相颗粒大小有关，某些化学反应与环境因素也会影响复原乳的稳定性。pH 值主要影响复原乳中蛋白质分子的离子化作用和净电荷值，从而改变蛋白质分子间的静电荷排斥作用及蛋白质分子与水分子结合的能力［2］;复原乳中脂肪球的粒径大小直接影响到复原乳的表观黏度和脂肪聚结速度，进而影响到复原乳的稳定性［3］。目前，评价复原乳稳定性最简单和常用的方法是经室温放置或加速试验后测定乳析率或沉淀率，而通过测定pH 值、流变特性及粒径等理化指标，从而对复原乳稳定性进行评价的方法和应用则较少。

本文针对目前复原乳的贮存过程中出现的不稳定现象，研究贮存温度和贮存时间对复原乳pH 值、流变特性、粒径、离心乳析率和离心沉淀率的影响，探讨温度对复原乳稳定性影响的机理，为快速判定复原乳的贮存稳定性提供理论和方法指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

全脂奶粉(食品级)，新西兰乳业;卡拉胶(食品级)，海南文昌卡拉胶有限公司;瓜尔豆胶(食品级)，巴基斯坦哈根瓜胶有限公司;蔗糖(食品级)，市售;去离子水。

1.2 仪器与设备

Mastersizer 2000 激光粒度分析仪，英国Malvern Instruments Ltd;3 －18K 台式离心机，德国Sigma 公司;Haake MARS III 流变仪，德国Thermo Fisher 公司;pH S-20 数显pH 计，瑞士Mettler-Toledo 公司;HV-50 高压杀菌锅，日本HIRAYAMA 公司;RW20 Digital 数显型顶置式搅拌器，德国IKA 公司;APV-1000 高压均质机，丹麦APV 公司;BHW-IV 电热恒温水箱，北京市医疗设备厂;ACS-3H-B 电子计重秤，中山市金利电子衡器有限公司;JJ500 型精密电子天平，美国双杰兄弟(集团)有限公司;DHG-9030A 电热恒温鼓风干燥箱，上海申贤恒温设备厂。

1.3 实验方法

1.3.1 复原乳的基本配方

表1 复原乳的基本配方Table 1 The basic formula ofreconstituted milk

1.3.2 复原乳的基本工艺流程

图1 复原乳制备的基本工艺流程Fig.1 The technological process of reconstituted milk

将全脂奶粉、卡拉胶、瓜尔豆胶和蔗糖混合均匀，在搅拌状态下将其缓慢加入水中，于60 ℃水化30 min。水化结束后，在20 MPa 压力下均质1 次，接着灌装和灭菌(121 ℃，15 min)，最后迅速冷却至常温。

1.3.3 粒度分布的测定

粒度分布仪是测定乳浊液中粒子大小分布的仪器。乳浊液产品按质量比1∶1 000 的浓度用去离子水稀释，参数设定如下［4］:

分析模式:通用;进样器名:Hydro 2000MU (A);颗粒折射率:1.520;颗粒吸收率:0.1;分散剂名:水;分散剂折射率:1.330;泵的转速:2 200 r/min。

其中，ni为直径为di的脂肪球的数量。

1.3.4 流变特性的测定

准确移取3 mL 样品于流变仪样品台上，避免产生气泡。采用P60TiL 号转子，设置参数如下:板间距1 mm，测量温度25 ℃，于300 s 内剪切速率由0 升至150 s－1，取60 个点考察样品表观黏度和剪切应力随剪切速率的变化。利用软件Rheowin Data Manager software Version 4.30 对剪切速率和剪切应力之间进行流变学分析，选取Herschel-Bulkley 模型，即

其中，τ 为剪切应力(Pa);τ0为屈服应力(Pa);γ为剪切速率(s－1);K为稠度系数(Pa·sn);n为流动指数(无量纲)。

1.3.5 pH 值的测定

用pH S-20 数显pH 计测定复原乳的pH 值。每次使用前都用pH 值为6.86 和4.00 的标准液进行校准。

1.3.6 乳析率和沉淀率的测定

测量前先将复原乳摇匀，称取乳浊液质量W 于离心管中，在1 753 g(4 000 r/min)的离心力下离心20 min，称量顶部油脂质量m1;再弃去上部溶液，称量沉淀物质量m2，用差量法公式计算沉淀率:

2 结果与讨论

2.1 贮存温度和贮存时间对复原乳pH 值的影响

贮存温度和贮存时间对复原乳pH 值的影响如图2 所示。由图2 可知，体系的pH 值随贮存温度的升高而降低。这可能原因是样品中的酪蛋白胶束是酪蛋白与磷酸钙形成的复合体。贮存温度引起的pH值变化可能是因为改变了胶体磷酸钙的平衡，即3Ca2++2HPO42－⇌Ca3(PO4)2+ 2H+。温度升高有利于反应向正方向进行，乳中可溶性的Ca2+向胶体磷酸钙转移，胶体磷酸钙含量增大，pH 值升高［5］。从图2 还可以看出:在相同温度下，随贮存时间的延长，体系的pH 值先升高后降低，这可能是因为:在贮存过程中，乳浊体系中吸附于乳脂肪球表面的酪蛋白解析至连续相中，Ca2+会沉淀于连续相中的酪蛋白胶粒上，反应向反方向进行，pH 值升高;贮存第30 天时pH 有所降低则可能是因为长时间贮存后乳析程度较大，破坏了分子间各种作用力的平衡状态，影响了乳中固有的盐类平衡体系，导致乳中的离子和电荷数发生改变。

图2 贮存温度和贮存时间对复原乳pH 值的影响Fig.2 Effects of storage temperature and storage time on pH of reconstituted milk

2.2 贮存温度和贮存时间对复原乳表观粘度的影响

60 s－1是工业生产和人类吞咽食物的经验值，贮存温度和贮存时间对复原乳在剪切速率为60 s－1时的表观黏度的影响如图3 所示。

图3 贮存温度和贮存时间对复原乳表观粘度的影响Fig.3 Effects of storage temperature and storage time on the apparent viscosity of reconstituted milk

由图3 可知，在相同的剪切力作用下，体系的表观粘度随贮存温度的升高而降低，随着贮存时间的延长则先升高后降低，这种变化趋势和pH 值的变化趋势是一致的，这可能是因为:乳分散体系中，静电作用是维系酪蛋白胶束的主要因素之一，pH 值＞4.6 时，酪蛋白胶束带负电荷，当pH 值降低，即H+浓度升高，导致了酪蛋白胶束内部和胶束之间的静电排斥作用降低，有利于脂肪球聚集，分散相的粒子数减少，粒子间平均距离增大，任何2 个粒子进入相互吸引区的机会减少，位移变得容易，表观黏度降低［6］;反之，pH值升高时，表观黏度升高。

贮存温度和贮存时间对Herschel-Bulkley 模型的各参数的影响如表2 所示。

表2 贮存温度和贮存时间对复原乳Herschel-Bulkley模型的参数的影响Table 2 Effects of storage temperature and storage time on parameters of Herschel-Bulkley model

由表2 可知，这个模型的线性相关系数R2均大于0.995，说明样品剪切应力和剪切速率之间的关系与这个模型有很好的拟合度。贮存的样品均出现n＜1，且随着温度的升高n 值增大，说明样品剪切变稀的特性随温度的升高有所减弱。稠度系数K 反应的是样品的黏度，其值越大说明样品越黏稠。随着温度的升高，K 值减小。随着放置时间的延长，K 值先增大后减小，这和上述表观黏度的变化是一致的。屈服应力τ0表征的是剪切使样品流动所需的最小应力，由表2 可知各样品τ0值均很小，且随贮存温度和贮存时间没有明显的变化趋势。

2.3 贮存温度和贮存时间对复原乳顶部粒径和乳析率的影响

贮存温度和贮存时间对复原乳顶部粒径和乳析率的影响如表3 所示。由表3 可看出，顶部粒径d4，3随着贮存温度的升高而增大，随着贮存时间的延长，乳浊液的顶部粒径呈上升趋势，增幅最大的是在贮存的前15d;采用统计软件SPSS 11.5 for windows 分析复原乳的乳析率与其顶部粒径d4，3的相关性，结果表明复原乳的乳析率与其顶部粒径d4，3有较好的相关性。这主要原因是:温度升高，粒子的布朗运动加快，加速了脂肪球的上浮，导致顶部粒径的增大;而随着贮存时间的延长，脂肪粒因比重轻上浮，由于内聚力的作用，脂肪粒彼此聚结形成乳油层，在上浮层中油滴的高度聚合又会促进交联作用，导致进一步的絮凝和聚结，由此导致顶部粒径逐渐增大。由表3 还可看出，37℃温度下贮存的样品其乳析率比25℃温度下增加的速率快，于55℃温度下贮存的样品在1 ～7d乳析率增加速率明显快于25℃和37℃的样品，这说明较高的贮存温度具有促进乳析的作用。

表3 贮存温度和贮存时间对复原乳顶部粒径和乳析率的影响Table 3 Effects of storage temperature and storage time on creaming ratio of reconstituted milk

2.4 贮存温度和贮存时间对复原乳的底部粒径和离心沉淀率的影响

贮存温度和贮存时间对复原乳底部粒径和沉淀离心率的影响如表4 所示。

表4 贮存温度和贮存时间对复原乳底部粒径和离心沉淀率的影响Table4 Effects of storage temperature and storage time on centrifugal sedimentation rate of reconstituted milk

由表4 可看出，不同贮存温度的样品的底部粒径的大小顺序是:37℃＞55℃＞25℃，随着贮存时间的延长，样品的底部粒径呈上升趋势，增幅最大的是在贮存的前15d，随后缓慢增加;采用统计软件SPSS 11.5 for windows 分析复原乳的离心沉淀率与其底部粒径d4，3的相关性，结果表明复原乳的离心沉淀率与其底部粒径d4，3有较好的相关性，乳浊液沉淀的形成与乳浊液底部粒径有直接联系。离心沉淀产生的原因主要是由于乳浊液中的蛋白在离心力的作用下向下沉降而成，离心沉淀发生这种变化的原因可能是:(1)随着温度升高其表观黏度相应降低，根据Stokes沉降公式可知，其沉降速度相应增大，但是在55℃，粒径较大的脂肪球更多的集中于样品的上层，粒径较小的蛋白质颗粒沉于底部;同时酪蛋白中κ-酪蛋白单体离解比较低温度时明显［7－8］，所以，底部粒径和离心沉淀率在55℃时减小。(2)磷酸钙沉淀在刚形成时是无定形的形式，然后逐步转变为晶体而长大，胶体磷酸钙能黏附于不定形物表面，抑制其进一步的成长［9］，所以贮存时间延长，底部粒径增长缓慢。

3 结论

(1)随着温度的升高，pH 值和黏度均会降低，乳析率和复原乳静置后的顶部粒径增大并趋于相等，沉淀率和复原乳静置后的底部粒径先增大后减小。

(2)随着贮存时间的延长，pH 值和黏度会先增大后减小，乳析率和乳液静置后的顶部粒径、沉淀率和乳液静置后的底部粒径均增大，最后增幅不明显。

(3)温度越高，贮存时间越长，复原乳的稳定性越差，高温能加速复原乳分层和絮凝，使乳液更加不稳定。高温贮存下对复原乳的pH 值、流变特性、粒径、乳析率和离心沉淀率等指标进行检测可在短期内快速监测复原乳的贮存稳定性。

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