（食品科学专业论文）植脂稀奶油工艺和搅打充气机理的研究.pdf

天津科技人学坝i j 学位沦文 摘要 本文优化了植脂稀奶油的配方和工艺，采用染色- 光学显微技术和环扫电镜技术观 察了植脂稀奶油搅打过程中微观结构的变化，探讨了部分凝聚理论。 通过单因素实验利二水平设计，确定主要影口砌因素为：氢化植物油、酪蛋白酸钠 和s p a n 6 0 。在此基础上进行r s a 分析，确定植脂稀奶油的最佳配方：棕榈仁油：椰子 油( 3 ：1 ) 2 5 1 ；酪蛋白酸钠2 0 4 ：黄原胶0 1 ：瓜尔胶0 1 ；微晶纤维索o - 3 ； 蔗精8 0 ；n a c l0 5 ；k 2 h p 0 4 0 ，1 ；t w e e n 6 00 】5 ：s p a n 6 004 3 ；卵磷脂0 3 ： 硬脂酰乳酸钠o 2 ；丙二醇脂肪酸酯0 2 。确定工艺参数为：6 0 预热3h ；均质压 力1 4 m p a ；7 5 。e 杀菌1 5 m i n ；冰水浴冷却；4 。c 老化2 4 h ；冷冻温度1 8 。植脂稀奶 油的打发率能达到最大值3 3 2 ，挺立度良好，软尖峰能在4 保持7 2h 。 植脂稀奶油脂肪部分凝聚过程包括：老化过程中小脂防球相互接触，乳化剂参与 下聚结成为较大脂防球，同列月旨肪球内部形成结晶；搅打剪切作用下，两个相邻脂肪 球相互碰撞，晶体脂肪刺破两脂肪球之间的脂肪球膜，液体脂肪润湿结晶脂肪并且发 生流动，将两个脂肪球连接在起；脂肪继续凝聚，有更多的脂肪球凝聚连接在起 形成网络状结构，自由脂肪含量逐渐增加。 植脂稀奶油的搅打过程划分为四个阶段：第阶段，大气泡不断破裂成为小气泡， 打发率迅速升高，植脂稀奶油呈流态，完全泄漏，少数脂肪球结合成小聚合体；第二 阶段为有效搅打阶段，浆液泄漏迅速减少，植脂稀奶油泡沫强度增加失去原来的流体 特性，打发率呈直线上升趋势，泡沫粘度迅速增加，气泡表面的蛋白质被部分凝聚脂 肪替代的越来越多；第三阶段，打发率和泡沫粘度的增加趋势减缓，植脂稀奶油达到 最大打发率芹口粘度，泡沫挺立度较好，表观光泽细腻呈固态，部分凝聚脂肪在气泡界 而上占面积逐渐增大，将气泡连接在起建立起稳定的结构：第四阶段，打发率和泡 沫粘度丌始下降，植脂稀奶油的光泽逐渐消失，质地逐渐变得耜糙干燥，搅打过度导 致打发率迅速降低和巨大脂肪球聚合体的形成。 植脂稀奶油搅打过程中各主要结构组分和流变学性质的变化趋势：气泡大小在第 一阶段达最大，后逐日行下降，第四阶段基本稳定；打发率在前两个阶段迅速升高，在 第三阶段达最大，然后又稍稍降低；自由脂肪随部分凝聚的进行逐渖砧曾加：粘度在前 两个阶髓丑速增大，在第三阶段趋于平稳，第四阶段又稍微喇氐：弹性模量在整个搅 打过程中一直呈现上升趋势。 关键词：捌煽希奶油，环扫电镜，打发率，部分凝聚，微观结构 圣堡翌塾查兰堡：! 兰篁笙兰 一 a b s t r a c t t h ef o r m u l aa n dp r o c e s s i n gc o n d i t i o n so fw h i p p e dt o p p i n gw e r eo p t i m i z e d t h em i c r o s t r u c t u r eo fw h i p p e dt o p p i n gf o a mw a sp h o t o g r a p h e dt h r o u g hd y e l m a n de s e m p a r t i a lc o a l e s c e n c ea n dw h i p p i n gs t a g e sw e r ed i s c u s s e d t h r o u g hs i n g l e f a c t o r e x p e r i m e n t s a n dt w o l e v e l d e s i g n ，t h r e e f a c t o r s ： s o d i u mc a s e i n a t e ，h y d r o g e n a t e dv e g e t a b l eo i la n ds p a n 6 0w e r ed e t e r m i n e da st h e m a i nf a c t o r s t h e n t h r o u g hr s a ( r e s p o n s e s u r f a c e a n a l y s i s ) m e t h o d ，t h e o p t i m i z e df o r m u l a c o n s i s t e do f ：h y d r o g e n a t e dp a l mk e r n e lo i la n dc o c o n u t o i l ( 3 ：1 ) 2 5 1 ；s o d i u mc a s e i n a t e2 0 5 ；s u g a r8o ：n a c lo 5 ；x a n t h a ng u m0 1 ；g u a r g u m01 ；m i c r o c r y s t a l l i n ec e l l u l o s e ( m c c ) o 3 ；k h z p 0 40 1 ；t w e e n 6 0 0 15 ；s p a n 6 0o 4 3 ；l e c i t h i n0 3 ；s o d i u ms t e a r y ll a c t a t e ( s s l lo 2 ；p r o p y l e n c e g l y c o le s t e ro ff a t t ya c i d s ( p g a 、0 2 t h ep r o c e s s i n gc o n d i t i o n si n c l u d e d ：h e a t e d a t6 0 。0 f o r 3h o u r s h o m o g e n i z e da t1 4 m p a , s t e r i l i z e da t7 5 。cf o r1 5m i n u t e s , c h i l l e d 如i c e w a t e r b a t h ，a g e da t4 。c f o r2 4h o u r sa n df r o z e na t 一1 8 c w h i p p e da t4 a n d 2 5 0 r p m ， t h ew h i p p e d t o p p i n g so v e t u nc o u l db e 3 3 2 t h es t i f f n e s sc o u l d k e e ps t a b l ef o r 7 2h o u r sa t4 t h e p r o c e s so fp a r t i a lc o a l e s c e n c e ，w h i c hc o n t r i b u t e st ot h ew h i p p e dt o p p i n g s t r u c t u r es i g n i f i c a n t l y ，w a sa sf o l l o w s f i r s t l y ，w i t ht h ep a r t i c i p a t i o no f e m u l s i f i e r s ， s m a l lf a tg l o b u l e sc o n t a c ta n d a g g r e g a t ei m ob i g g e ro n e s ，f a tc r y s t a l sa r ef o r m e d a t t h es a m e t i m e s e c o n d l y ，u n d e rt h es h e a ro f w h i p p i n g ，t w of a tg l o b u l e sc r u s hi n t o e a c ho t h e ra n dt h em f g mb e t w e e nt h e mi sp u n c t u r e d b yf a tc r y s t a l s t h el i q u i df a t f l o w sa n dw e t sc r y s t a l sm a k i n gt w of a tg l o b u l e sm e l d e d t h i r d l y ，m o r ea n dm o r e f a tc r y s t a l sc o a l e s c et of o r maf i r mn e t w o r k ；t h ef r e ef a ti n c r e a s e s g r e a t l y t h e p r o c e s so fw h i p p i n gw a sd i v i d e di n t of o u rs t a g e s a tt h ef i r s ts t a g e ，b i g b u b b l e sb r e a ki n t ol i t t l e o n e s ；t h eo v e r r u ni n c r e a s e sr a p i d l y ；w h i p p e d t o p p i n g b e h a v e sl i k ef l u i da n dt h el e a k a g ei s 10 0 ；o n l yaf e wf a tg l o b u l e sc o a l e s c ei n t o s m a l la g g r e g a t e s a tt h es e c o n ds t a g e ，l e a k a g ed e c l i n e sr a p i d l y ；t h e v i s c o s i t yo f f b a m si n c r e a s e s ；m o r ea n dm o r e p r o t e i n sa r er e p l a c e db yp a r t i a lc o a l e s c e df a t ，t h i s i st h ee f f e c t i v e w h i p p i n gs t a g e a tt h et h i r ds t a g e ，o v e r r u na n df o a mv i s c o s i t v i n c r e a s es l o w l y ；t h em a x i m u m o v e r r u na n d v i s c o s i t ya r er e a c h e d ；p a r t i a lc o a l e s c e d f a tf o r m sas t a b l es t r u c t u r e a tt h el a s t s t a g e ，t h eo v e r r u na n dv i s c o s i t vb e g i nt o d e c l i n ec a u s e d g i a n tf a ta g g r e g a t e st of o r m c h a n g e si uk e ys t r u c t u r e f o r m i n g c o m p o n e n t sa n dr h e o l o g i c a lp r o d e r t i e s d u r i n gt h ef o u rw h i p p i n gs t a g e sw e r ea n a l y z e d t h eb u b b l es i z er e a c h e sm a x i m u m )多 a b s t r a c + i - a tt h ef i r s ts t a g e ，t h e nd e c r e a s e sg r a d u a l l ya n db e c o m e ss t a b l ea tt h el a s ts t a g e t h e o v e r f i l l r i s e sr a p i d l yu n t i li tr e a c h e sm a x i m u ma tt h et h i r ds t a g e ，a tt h ef o u r t hs t a g e i td e c r e a s e sal i t t l e t h el e v e lo ff r e e f a ti n c r e a s e sw i t hf a t p a r t i a lc o a l e s c e n c e v i s c o s i t yi n c r e a s e ss i g n i f i c a n t l ya tt h ef i r s tt w os t a g e s ，i tb e c o m e ss t a b l ea tt h e t h i r ds t a g e ，a f t e rt h a ti td e c r e a s e s e l a s t i c i t yi n c r e a s e sa ta l ls t a g e s k e yw o r d s ：w h i p p e d t o p p i n g ，e s e m ，o v e r r u n ，p a r t i a l c o a l e s c e n c e m j c r o s t r u c t u r e 天津科技大学碗i 。学位论史 第一章绪论 1 1 植脂稀奶油的定义 植脂稀奶油是一种液体状含脂肪的搅打起泡产品。它以植物脂肪为原料，糖、玉 米糖浆、水和赫为辅料，添加乳化剂、增稠剂、品质改良剂、蛋白质、香精等，通过 改变原辅料的种类和配比，加工制成的一种奶油仿制品。使用时，将其搅打成乳白色 膏状物。植脂稀奶油是+ 中多用途的产品，它除了能装饰生日蛋糕，还可广泛应用于 烘焙产品中，如蛋糕夹层、蛋糕表面及各类蛋糕装饰裱花、奶油水果冻杯制作、水果 奶油沙拉的制作、面包抛嶙表面装饰裱花及鲜奶油派的制作等。植脂稀奶油中植物 脂肪占2 0 5 0 ，它的全称应是植物脂肪人造奶油。第二次世界大战期间美国维益 食品有限公司发明了植脂稀奶油并将其推向市场吼 1 2 植脂稀奶油的组成成分 1 2 1 蛋白质 蛋白质的作用闭口 1 归纳起来有四点：( 1 ) 营养作用；( 2 ) 与胶体稳定剂作用， 影响植脂稀奶油的形体和质构；( 3 ) 乳化作用，稳定均质后的植脂稀奶油乳状液；( 4 ) 起泡作用，形成泡沫的膜，决定着气泡强度。 蛋白质的主要作用是形成一层蛋白质膜，包裹住充入的气体，蛋白质的量和质起 关键作用，对搅打起泡性、泡沫强度有决定性的影响【6 l 。蛋白质和脂肪、乳化剂相互 作用形成包围脂肪粒子的亲水性膜，防止了蛋白质泡沫的破琴p 。 蛋白质还起到乳化均质乳状液的作用。蛋白、脂蛋白以及磷腮和吸附在脂畴表面 的表面活性物质，产生更为亲水的膜，有助于乳化的稳定性并提供脂防球显著的负电 荷，使脂肪球互相封f 斥，降低脂肪聚结趋势和脂肪聚集造成的触变粘度( t h i x o t r o p i c v i s c o s i t y ) f f l o * - f d 目稀奶油中使用的蛋白质有酪蛋白陵钠、乳清粉、发泡大豆蛋白鳓塞几种蛋白 的混合。酪蛋白酸钠是植脂稀奶油中最常用的蛋白质。酪蛋白和乳清蛋白的性能不同， 每克酷蛋白大约结合3 克水，两每克乳渍蛋白可以结合的永还不到l 克1 8 】。酪蛋白是 脂肪球周围界面层的重要成分，乳清蛋白只在有限程度上附着于脂肪球表面。 1 2 2 植物脂肪 植瞪葡弱油是水包油型乳状液，老化过程中脂肪形成结晶。脂肪结晶方式显著影 响乳状液的去稳定。脂肪组成影响固体脂肪含量，进而影q 蜉d 扶液的稳定性。固体脂 肪比例越高，从脂肪球中探伸出来的晶体数量越多，使乳状液更加不稳定。脂肪直接 影响着部分凝聚的效率，迸步影响着植脂稀奶油的起泡陛和泡沫的稳定性聊。除此 始一章绪论 之外，脂肪还影响着植脂稀奶油的粘度。 脂肪的种类、熔点和成分对植脂稀奶油的质构、感官特性和贮藏稳定性有重要作 用【7 】。不饱和脂肪有使产品起泡| 生差、泡沫粗糙的缺点【8 ，主要使用饱和程度高的氢 化植物油， f l ；i 脂氢化的作用：( l ) 使液体汕硬化具有一定的可塑l 生，以保证搅打起泡产 品产生的泡沫硬挺、稳定；( 2 埽战少油脂的不饱和程度；( 3 ) 刚氐油脂的色度，去除异味。 作为植脂稀奶油的原料，食用氢化油还必须具备一些特殊性能，常温下有可塑性，在 体韫下自龃速熔化，即口熔性好；不含高熔点成分，即在较高温度下固体脂肪指数的 温度梯度较州3 l 。脂肪的熔点影响植腊稀奶油的风味，熔点过高的脂肪有蜡质感n 植脂稀奶油中适用的植物油脂有椰子油、棕桐油、棕榈仁油或这三种油脂的混合 物。这些油脂通过精制或部分氢化达到2 7 - 3 5 的熔点，使植膀f 希奶油具有与乳日酣目 似的质构特i 生。这三种植物油脂和乳脂一样，其饱和c 1 2 - - c 1 6 脂肪酸的含量相对较高 ”i 。使用这几种油脂的植脂稀奶油，大部分脂肪( 9 0 ) 会在老化过程中结晶。 1 2 3 乳化剂( 小分子表面活性剂) 乳化剂结构上的主要特点是具有亲水基团和亲油基团，即有双亲性。亲水基团为 羟基，亲油基团为烷基。亲水性强的乳化剂，能改善油在乳化剂内的分散相，使水均 匀包围在油粒周围成为水包油型乳状液( o w ) ，这类乳化剂为水溶性乳化剂。反之， 能使水均匀分敝在油早，形成油包水型乳状液( w o ) 的乳化剂为油溶性乳化剂。以 亲水亲油平衡值( h l b ) 表示这两类乳化剂的特性1 1 1 1 1 1 2 1 。浚值规定1 0 0 亲油性乳化 剂的h l b 值为零，1 0 0 亲水性乳化剂为2 0 ，其问分2 0 等分以表示其亲水、亲油陛 的强弱。 1 2 3 1 植腊稀奶油中乳化剂的作用 植脂稀奶油中乳化剂主要有两个作用： 第一个是乳化作用，使脂肪以稳定的乳化状态分散于植日筛奶油混料中。植膀唏 奶油配料中的乳蛋白质和磷脂类作为天然的乳化剂再配合均质工艺即可发挥这一作 用。均质后的植脂稀奶油物料，脂肪球表面覆盖的乳蛋白质可有效防止脂畴球过度附 着和凝聚。 乳化剂的主要作用是在老化和搅打过程中促进脂肪球一定程度上的附聚与凝聚 1 3 1 4 1 5 1 o 脂肪的部分凝聚对于植脂稀奶油稳定泡沫的形成必不可少。脂肪球部分凝聚 形成的三维网络结构直接形成了植脂稀奶油的基本框架；另一方面部分凝聚脂肪通过 对植脂稀奶油中气泡大小和稳定胜的控制间接控制着植脂稀奶油的结构。搅打过程中， 空气进入，形成很大的气液界面。这一界面膜通过蛋白质获得一定的弹性，通过乳化 剂获得一定的韧性，通过嵌入的部分凝聚脂防球网络获得一定的气泡稳定性。 脂肪膜在老化和搅打过程中发生重排，乳化剂也参与了这过程，乳化剂对脂肪 表面的作用使其趋向于附着和凝聚，乳化齐蚜十类和用量不同对脂肪膜产生的作用也不 2 天津科技大学矧= 卜学位论文 同。搅打过程中由于搅打作用脂肪球崩裂，脂肪球表面的蛋白膜脱落，乳化剂加速了 这一过挥的进行( 乳化剂较酪蛋白胶粒更易吸附于脂肪球表而) 。乳化剂的这一作用也 称为去稳定化作用( d e s t a b i l i z a t i o n ) 或破乳化作用( d e e m u l s i f i c a t i o n ) 1 3 1 。一般青况下， 使用乳化剂是为了防止脂肪球凝聚，而植脂稀奶油中的乳化齐呗_ 起到促进脂肪球凝聚 的破乳作用。这种破乳作用发生在乳化剂与蛋白质相互作用之前，其结果是吸附于脂 肪球表面的蛋白层脱落，脂肪球内部的脂肪从变薄的膜渗出，脂肪球发生凝聚。一定 程度的脂肪球凝聚是决定植脂稀奶油主要特性的重要因素。乳化剂的种类、用量及混 合比例对破乳作用影响非常大【l6 】【”】。一般来讲，亲水性的乳化剂可促进脂肪球凝聚， 但一些亲油性的非离子型乳化剂也具有这一功能，如乙酸甘油单酸酯和二酸酯、乳酸 甘油单酸酯和二酸酯、丙二醇脂防酸酯等。不饱和脂肪酸的乳化剂较饱和脂肪酸的乳 化i t t y - n 强，如g m s ( 硬脂酸单甘酯) 较g m o ( 软脂酸单甘脂) 作用强。此外脂肪本身的 特性及加工条件都会影响到乳化剂的作用【1 2 1 。 乳化剂还有其他一些作用。乳状液中不同的乳化剂除了通过影响接触角来影响部 分凝聚的敏感性外，各种表面活性剂之间还存在竞争生吸附，在界面相互替州0 8 1 。水 溶肚表面活性剂可以影响胶体的相互作用力进而影响脂肪球相互靠近的距离。油溶性 表面活肚剂影日向月旨肪结晶并且可能会降低晶体絮凝的趋势。乳化剂可以提高乳化液滴 的结晶，产生高效的固体脂防含量1 9 1 。 总之，植脂稀奶油中加入乳化剂主要目的是使稳定乳化液失去稳定性，提高值脂 稀奶油的充气速度和充气量，促进脂肪部分凝聚形成三维网络结构成为植脂雠奶油的 骨架，使气泡保持稳定，形成保型陛、贮藏稳定性和口融性良好的组倒n 。 1 2 3 2 植腊稀奶油中乳化剂和蛋白质之间的作用 植脂稀奶油乳状液中酪蛋白有保护膜功能，有利于脂肪的乳化分散和乳状液的稳 定川。表面活性剂比蛋白质更能降低油相和水相之间的界面张力，所以添加乳化剂( 小 分子表面活性剂) 能降低表面的蛋白质浓度1 4 】o 实验证明在蛋白质和表面活性剂共同 稳定的乳化液中，表面活性剂更容易吸附于脂肪表面，替代大部分的蛋白质。f a n g 和 d a l g e i 曲( 1 9 9 3 ) 的研究模型表明吐温6 0 不仅与蛋白质在界面上发生竞争胜吸附而且还 改变了吸附了的蛋白质的构型。小分子表面活性剂在表面替代大分子的能力和大分子 的个别片段相比具有较高的吸附能【4 l 。形成吸附和解吸是一个平衡过程，发挥最高表 面压力f | 勺表面活性齐懈取代所有表面压力较低的物质。蛋白质分子尤其是酪蛋白要比 乳化剂分子大很多，所以随着蛋白质被替代，膜变得很容易发生去稳定( 乳化剂构成 的膜非常薄) 。剪切不稳定性并不是由于蛋白质被替代所致，而是由于纯粹的蛋白质单 层被混合的蛋白质表面活性剂单层替代所引起的吸附层特性的改变所至妒q 口1 1 。 r a 】p 1 1e a r l y 也报道乳化剂对于蛋白质解吸有作用。老化期问植脂隔奶油乳状液中 脂肪球表面的蛋白质总量a 炒。含有饱和的单甘油酸酯的混合物料中蛋白质解吸速度 加快。电子显微照片发现t 脂肪球表面最初的解吸是粘附的蛋白质层的移动，而不是 塑：! 堕丝 _ _ 一一一 单个酪蛋白粒子的移动。在搅打过程中，由于剪切力相当大，界面结合的蛋白质可能 会更完全地释放出喇目。 d a v i c s ( 2 0 0 i ) 报道乳品乳化液中单甘酯的存在影响着液滴中固体脂肪的含量和 吸附在油水界面上蛋白质的量。单甘酯结晶会导致 l 化液表面的蛋白质被替代。乳化 剂竟争性吸附乳蛋白可减少吸附层表面蛋白质的覆盖率，同时降低了蛋白质作为空间 乳化剂的效率，从而使得起保护作用的稳定层在剪切过程中容易受到破坏，乳状液去 稳定。 1 2 3 3 饱和孚l 化齐啦 口不饱孚l 化齐 大部分的表面活性剂可以帮助获得适度的去稳定，不饱和脂肪酸的表面活性剂要 比饱和脂防酸如棕榈酸和硬脂酸更有效引。脂肪的不饱和程度越高，肖揭i 蛋白质膳越 有效。但过量会阳止或严重刚氐充气效率。 以不饱和脂肪酸制得的亲油性乳化剂和亲水性乳化剂，其去稳定作用过强，因此 主要使用以饱和脂肪酸制得的亲油性乳化剂，如甘油单硬脂酸酯、失水山梨醇单硬脂 酸酯( s p a n 6 0 ) ，乳酸甘油单和二酸酯、丙二醇单硬脂酸酯等，用量为0 孔1 0 l 3 j 。 1 2 3 4 乳化剂的晶型 食品乳化剂的亲油部分通常为脂肪酸，所以食品工业用的乳化剂为油脂衍生物。 油脂( 甘油三脂肪酸酯) 具有多晶型。长i 连、不分支的甘油三脂肪酸酯熔化液冷却而 发生结晶时，酋先形成六方n 。型晶体。在所有的变体中。一晶型一般有最低的熔点。 b 型晶体最稳定，熔点最高，内能最低】。实践表明，乳化剂的a 一品型可提高乳化 活性，增大充气型“ 。 植脂稀奶油中脂肪部分凝聚形成的网络结构阻碍了空气泡的聚结，并且使水固定， 阻止了泡沫的脱水收缩和变软。趋向a 晶型的乳化剂与水接触形成厚实、相当坚固的 不渗透性界面膜；而形成介晶相的乳化剂对乳状液的稳定作用过强，不发生对泡沫硬 挺性必不可少的附聚作用 1 l j 。 1 2 3 5 植腊稀奶油中乳化剂的选用 梁治齐等指出b 旨肪部分凝聚程度与乳化剂的种类、结构有关，脂肪酸单甘油酯可 大大促进脂肪球的附聚。饱和及不饱和脂肪酸的二甘油酯、失水山梨醇脂防酸酯对脂 肪球附聚起很少的作用，而聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯对脂防附聚作用明显。乳化 齐u j f 明旨肪附聚的影响还与乳化剂的h l b 值有关。h l b 值越大，对脂肪的附聚作用越 j 0 j 。 k 面g my w h ( 1 9 6 8 ) 指出亲水性表面淆胜齐忻亲油性表面活性剂混用效果最好。 最有效的混合物含有亲油性表面活性剂，如甘油单硬脂酸酯( 6 0 ) 或山梨醇单硬脂 酸酯( 8 0 ) 和小部分的亲水性物质如司盘6 0 ( 聚氧乙烯失水山梨醇单硬月目酸酯 4 天津科技人学 j 卜学位论文 p o l y s o r b a t e 6 0 ) 。其他亲油性的表面活性剂如乳酸棕榈酸甘油酯或丙二醇单硬脂酸酯 ( p g a ) 作为亲油组分也能得到满意的产品h j 。 张万福指出在一些搅打起泡产品中，聚氧乙烯( 2 0 ) 失水l 【i 梨醇单硬脂酸酯是有 效的搅打起泡剂。甘油单硼酏触目、失水山梨醇单硬脂酸酯、六聚甘油二硬脂酸酯等 乳化齐蚵以控制搅打起泡胜，并出于脂肪附聚赋予搅打泡沫以干燥的外观。单独使用 h l b 值高的亲水性聚i = ； + 油脂肪酸酯，或与大豆磷脂、单甘酯、蔗糖酯、聚氧乙烯( 2 0 ) 失水山梨醇单硬脂酸醣等复配使用，可以改善产品的搅打起泡性、稳定性和保型性， 使泡沫组织细腻i | l j 。 焦学 | ；晕手艮道了乳化剂f 单甘酯、双甘酯、乳酸单甘酯和单甘柠檬酸酯与蒸馏单甘 酯混合物) 浓度对粘度和膨胀率的影响。增加单甘酯和双甘酯的浓度会使奶油变稀薄 同样的现象在添加乳酸单甘酯时也能观察到，添加柠檬酸单甘酯和蒸馏单甘酯混合物 后，当浓度达0 2 以上时，可得到粘度相当高的稀奶油。仅使用单甘酯或双甘酯，不 会有足够的粘稠性保持泡沫，而使用乳酸单甘酯时，可形成具有很高膨胀度的粘稠泡 沫。单甘酯与柠檬酸单甘酯一起使用时可产生出具有新鲜奶油相似的良好搅打性和粘 稠性的泡沫结构h j 。 1 2 4 胶体稳定剂 1 2 4 1 植骺稀奶油中稳定荆作用 稳定剂在植脂稀奶油加：l = ：过程中的主要作用【1 2 j 【o ：( 1 ) 增加植脂稀奶油乳状液粘 度，稳定气泡；( 2 ) 和蛋白质相互作用；( 3 ) 缚水作用，防止檀脂稀奶油搅打后的脱 水收缩( s y n e r c s i s ) ( 4 ) 赋予植月薛劬蛐良好的形，断n 保型性；( 5 ) 修饰香精的释放。 植脂稀奶油中各种亲水胶体稳定剂的主要作用是增加乳状液的孝占度、稳定气泡并 防止贮藏过程中脱水收缩现象的发生。它们在稳定气泡的同时限制了空气泡的运动， 会降低植脂稀奶油的打发率f 3 f 。s t a n l e y ( 1 9 9 6 ) 研究发现添加稳定剂的奶油更粘稠( 较 高的g ”) ，弹性更大( 较高的g 7 ) ，冈十陛也大，静置2 4 h 后，未添加稳定齐u 的奶油 泄漏厉害，留下完全硬挺和干燥的泡沫，而添加稳定剂的奶油几乎没有变化。所以粘 稠的泡沫会产生更加稳定的产品。稳定剂可以和植脂稀奶油的蛋白质组分相互作用， 有助于结构的构建四脚。 稳定剂影响水分的迁移，一个原因是由于它们具有形成氢键的能力，另个原因 是它们能在水相中形成三维网状结构，这种结构可使水固定，这种水厶固水作用提高 了植腊稀奶油贮减的稳定性口】。 1 2 4 2 植脂稀奶油中使用的稳定剂 胶体稳定剂的用量在很大程度上取决于植脂稀奶油配方中总固形物尤其是脂肪的 含量。在脂肪含量低或总圆形物含量低的植脂稀奶油中，为了提高产品的形体和气体 第一章绪论 的保持能力( 气泡结构的强度) 胶体的添加量相应增加。一肋走用具有持水能力和具 有一定牛顿塑幽驹亲水胶体复配使用j 。 k n i 出l y , w h ( 1 9 6 8 ) 研究发现甲基纤维豢( m c ) 、羟丙基甲基纤维素( h p m c ) 和羟丙基纤维素醚三种胶体稳定齐职 于搅打奶油的品质有独特的功能。加入这几种稳 定剂的搅打势鼬表现出更优的形体和质地。与其他稳定胶相比，它们会赋予搅打奶浦 更高的打发璋坪啊急定性。甲基纤维素( m c ) 和羟丙基纤维素醚加入量 o 2 s f n 。 粱治齐报道植8 旨稀奶浊中使用的亲水胶 本有海藻酸盐、羧甲基纤维素，一般添加 量为o1 - - - 0 2 5 3 j 。 l y n c h & r o b 吼j ( 1 9 9 8 ) 选甩的稳定剂有羟丙基甲基纤维索( 哪m c ) 、甲基纤维 素( m c ) 、黄原胶和海藻酸丙二醇酯( 含量约o 7 5 ) 【2 4 】。 卡拉皎可以提供植脂稀奶油的形体。由于卡拉胶能够与蛋白质反应交联，所以它 能提高蛋白质的溶解度，并能防le 脱水收缩以及蛋白质沉淀。微晶纤维素粒子本身无 固水作用，在均质过程中分散为胶体状态并活化劂刚幽闭。高的剪切作用产生较高的 粘度并发生胶凝，凝胶的形成使其具有固水作用，m c c 可在气液界顽上排列定位， 有利于增加气泡的强度和稳定陛防止收缩；通过形成较小的气泡，为脂肪提供支撑 作用；细微的泡沫使产品具有丰富的奶油感“。 1 2 , 5 碳水化合物 蔗糖在搅打奶油中提供甜味和形体。大部分的商业搅打奶油含7 的蔗糖。低转 化率的玉封锩浆( 葡萄糖当量低，聚合物质高) 可提供额外的粘度吼。蔗糖和葡萄糖 结台使用可提高植月自稀奶油的冻融稳定性闭。高分子碳水化合物可使泡沫细腻、硬挺、 口感目# 厚，并改进粉状搅打超泡产品的溶解性能，常用的碳水化合物有麦芽糖、糊精 等网。 1 2 6 稳定盐 在植脂稀奶油浆液混合过程中常常会遇到蛋白质析出现象。这现象的发生是由 于蛋白质缺少胶体溶解性使得蛋白质从浆液中分离出来 7 】。些盐，如存在于水中的 钙和镁会对蛋白质的胶体溶解性产生不利影响。而磷酸或柠檬酸钠或钾盐可以提高蛋 白质的这种# 薛自擎度。这些盐秘卡拉胶一j 趋可以阻匕蛋白质析出现象，要避兔嗣量过多。 k n i g h t l y , w j q ( 1 9 6 8 ) 的研究表明稳定赫用量在超过消除蛋白质析出现象的最小 值后会提高乳化液的稳定畦( 通过影响蛋白质的溶解度) ，从而阻止了搅打过程中的去 稳定作用。如果稳定鼎的含量超过了最佳值，搅打时间延长而且搅打奶油的外观潮湿、 松散，不能形成稳定的峰尖。梁治齐、张万福报道加入5 0 m # l o o g 的c a 2 帑l w 提高 产品搅f r 起泡肚和泡沫硬挺和稳定性。 1 3 植月s 稀奶油制作过稃2 j 6 天津科投大学硕士学位论文 植脂稀奶油的工艺流程：( 1 列哿酪蛋白酸钠、稳定剂、糖、食用盐等水溶性组分加 水溶解为水相；( 2 淝植物油、乳化剂等油溶性组分融化为油相：( 3 ) 、混合加热进行巴氏 杀菌，经高压均质后迅速冷却；( 4 ) 4 熟化；( 5 泡莪入库冷冻。 1 - 3 1 加热 加热的目的是使混合料中的蛋白质、稳定齐婿口乳化剂能够完全溶解。水相和油相 要分刀功热溶解，然后将溶解的油相加入到水相中混合。 1 3 2 杀菌 巴氏杀菌和高温杀菌显示乳化荆的组合和热处理条件对游离脂肪量、液相分离和 粘度都有影响，且这种相互问的影响作用较为复烈4 j 。u h t 灭菌提高了植腊稀奶油的 货架寿命，但是剧烈的热处理破坏了泡沫的稳定性，打发率下降，搅打时间延长俐。 粒子尺寸分析表明提高热处理的剧烈程度会使植脂稀奶油中脂肪的体捉表面积直径 ( d 3 2 ) 显著增加。热处理还会影响乳清蛋白的结构以及它们和酪蛋白交联稳定脂肪球 防止部分凝聚的能力l 。 1 3 3 均质 均质就是将脂肪球破碎成非均匀小粒子，带4 备粒子更加细小的稳定乳状液的过程。 均质过程中，新产生的脂肪球被乳蛋白( 特别是酪蛋白亚胶粒及乳清蛋白) 和脂类化合 物形成的脂蛋白复合物履盏，形成稳定的乳浊液分散体系，脂肪分散为均匀微细的脂 肪球，其直径在2 3 “m ，这是植脂稀奶油获得高的搅打起泡性、细腻的组织结构和 较好保形性的基础n 均质使表面活性物质发生竞争性吸附的油水界面面积大大增 加，各种物质都要抢夺油水界面上的位置。这些物质包括：交性的蛋白质、乳化剂和 变性蛋白质相互作用形成的复合物、脂蛋白、新生成的乳脂肪球膜、酪蛋白次级结构 和酪蛋白胶束 4 】( ”j 。后两种竞争物形成的覆盖层能够覆盖前面五种竞争物。这些变化 在均质后立刻发生且在老化过程中达到稳定： 结团的脂肪球会导致混合料粘度升高进而延缓冷却，二级均质可以减少脂肪球团 块“1 。二级均质压力用以分散脂肪球微粒，使其吸附具保护性的表面活性剂单层并防 止脂肪球的聚集和粘度的增加 4 j 。均质温度与混合物粘度和结团趋势关系密切，温度 接近巴氏杀菌温度可以阻l 匕脂肪结团并保持混合物较低粘度，对产生良好乳状液特性 有利。 均质条件对于乳状液的稳定性和粘度以及植脂稀奶油的品质非常重要。一般晴况 下，较高均质压力得到的植脂稀奶油粘度较低。低均质压力下由于脂肪球聚集，粘度 咀显提高。但均质压力很高( 3 0 0 0 p s i g 5 0 0p s i g ) ，也会引起粘度增大。而且均质压力 过高会减小脂肪球大小，提高乳状液的乳化稳定性，这对脂肪的部分凝聚去稳定不利 ”1 。脂肪球直径达到2 3 “m 具最佳的搅打特性用。脂肪球直径2 0um 时，乳状液稳 篓：! 堕堡 定并具有足够的不稳定内焓使得适度去稳定在搅打时得以发生，提供理想的干燥度和 挺立度以及适当的充气速度和打发率。刚哟质压力，脂肪球赢径3 - 5 um 一般会提 高植脂稀奶油的干燥度和挺立度，但会降低打发率。 1 3 4 冷却 均质后，混合物需迅速冷却至玲藏温度或者起码要低于脂肪的固化温度。这样可 以降低已熔化脂叻聚合的可能性，还可以抑制微生物生长。植脂稀奶油乳状液的冷却 速度与脂肪结晶直接相关。 1 3 5j | 化 老化是将己冷却的乳状液贮存在0 。c 4 一段吲司或贮存至需要进行下一步工 序为止。老化过程中发生了如下的变化：( 1 ) 蛋白质的水合作用：( 2 ) 稳定剂的完全 水合作用；( 3 ) 液体脂肪的结晶作用；( 4 ) 蛋白质的解吸作用。虽然在加热期间稳定 剂已完全溶解但还需要一定时间才能完全水合。老化过程中，乳状液中的脂肪晶体 要经历从不稳定o 晶型向更稳定的0 晶型的转i p 日。对乳脂肪来说老化时间超过 9 驴1 0 0 m 协，就会有o 。和b 。晶体的混合物，若使用像棕榈仁油那样的植物油，在4 0 m i n 内就会出现n 。一和0 二晶体的混合物且大部分脂肪晶体为稳定的晶型：【4 l 。多晶变化常 常导致脂肪球变形并且能够改善结块现象。 1 3 6 冷冻 植脂稀奶油需要冷冻贮黼提高货架寿命。速冻对于防止大冰晶的生长和保持解 冻后乳化液的良好稳定性至关重要。大冰晶的生成会显著破坏乳化液，可能会造成解 冻时发生脱水收缩现象和脂肪分离现象 3 3 1 。 1 4 乳化理论 乳状液是一种液体很好地分散于另种不相溶的液体之中形成的。乳化液是热力 学不稳定体系，脂肪和水界面之间的界面张力或表面自由能非常高，热力学系统重排， 通过减小表面面积逐渐向平衡态移动。平衡状态自由能最小、界面面积最小、脂防和 水界限分明。植腊稀奶油在货架寿命期内必须保持乳化稳定性，而在使用时需要乳状 液发生可控的去稳定作用。乳化液去稳定的般机制( 聚结、脂肪上浮、歧化等) 在 月目肪是半固体州依然非常相关，但半固体的脂肪滴还可能通过另外种机带i 卜_ 部分 凝聚去稳剧孙j 。 1 4 1 乳状液的界面活性【2 0 】叫 将两种不相混溶的液体( 如油和水) 混合后，这种混合物还要再分离成原来的组 分，称为分层。在洫冰体系中加入种乳化剂，它就在两种物质间的界面上发生吸附， 8 天津科技大学硕士学位论文 形成界i f ) ：膜。在这种界面膜中，乳化剂分子按其分子内极l 生发生定向排列，即亲油部 分伸向油，亲水部分朝向水定向排列。其结果是，油分子和乳化剂的亲油部分为一方， 水分子和乳化剂的亲水部分为另方，二者相互作用。这种相互作用使界面张力发生 变化。界面张力的变化可以使种液体以液滴形式分散于另一种液体中，即形成乳状 液。界而膜具有一+ 定的强度，对分散相液滴起保护作用，使液滴在相互碰撞中不易聚 结。 1 _ 4 2 乳状液去稳定作用( 失稳) 的般机理 所有胶体分散液的稳定都受热力学定律控制。绝对地说，所有分散液相对于主体 相来绪g 是不 急定的。实际上有许多动力学阻滞能阻止或延缓这种失稳作用。失稳过 程是一卜需要系统越过能垒的动力学过程，但这个能垒的量可能仅仅是简单定义的模 型，远不能反映食品胶体的真实状况【4 】。 乳状液去稳定性可能由于下列5 个因素中的某个或几个而发生：絮凝、聚结、 脂肪上浮、奥氏熟化和相转化【3 】【4 】f “】。 1 ) 絮凝( f l o c c u l a t i o n ) ：乳状液中分散相的液滴相互接触、靠拢聚集成团的过程称为 絮凝。絮凝时一般分散相液滴大小和分布并没有明显变化，不发生液滴的相互聚 结。引起絮凝的作用力是液滴问的吸引力，这种作用力般较弱，因此絮凝的过 悯甫是可逆的，搅动可使絮凝物重新分散。引起液珠相互聚集的范德华力和液 滴带电后产生的对聚集起阻碍作用的双电层斥力之间的平衡决定着絮凝过程的速 度和可逆f 呈度。絮凝有多种机理，其中包括两个或多个脂肪球由于共享蛋白质吸 附而形成日簇结构( 架桥絮凝) ，如均质簇。蛋白质稳定的乳状液中，钙离子通过 絮凝改变蛋白质的聚集状态也可以使乳状液失稳。 2 ) 聚结( c o a l e s c e n c e ) ：当分散相聚集或絮凝形成个单个大液滴时，称为聚结。聚 结是一个复杂过程，包括絮凝物中液滴之间连续相薄的液膜消失过程。影响聚结 的因素包括托枣 麒体系中的作用力和液膜厚度的局部变化等。聚结真正反映了液 滴表面的界面膜本质。添加合适浓度的乳化剂，液滴表面的强稳定薄膜不稳定陛 将减小a 聚结发生时t 界面膜失去，液滴紧密接触，导致液滴数量减少。最终影 响是所有 瘦、滴聚结在起，形成两个独立的分离相。聚结作用改变了液珠的大小 分布。絮凝是聚结的前奏，而聚结则是乳状液被破坏的直接原因。 3 ) 脂肪上浮( c r e a m i n g ) ：油相和水相之间的密度差异会产生一种驱动力使油相上升， 我们称之为脂肪上浮。脂肪上浮是脂肪球大小的一个功能，而絮凝或聚结可以加 速脂肪上浮。 4 ) 奥氏熟化( o s t w a r dr i p e n i n g ) 或称为歧化( d i s p r o p o r t i o n a t i o n ) ：假如形成乳状液 的两相并非完全不相溶，而且在乳状液中液滴大小不相同时，出于奥氏熟化过程 存在，小液涮每消失大液滴会形成。由于原始液滴大小总是变化，并且两相不可 能完全不相容，所以奥氏熟化总是会发生。奥氏熟化形成的驱动力是两个不同大 9 第一章绪论 小液滴有不同的化学位能。 5 ) 相转化 p h a s ec o n v e r s i o n ) ：乳状液由于乳化条什的改变可由w o 型转变成0 w 型或由o a v 型转变成w 0 型，这个变化过程称为变型( 转相) 。 1 4 1 植脂稀奶油乳状液及其去稳定 从物理化学的观点来看，植脂稀奶油乳状液( o a v 型) 是一种复杂的真溶液及胶 体与乳浊液的混合体系。在这一体系中，糖类及可溶| 生的豁是以真溶液状态存在，具 有分子运动特性，产生较高的渗透压：蛋白质( 包括乳清蛋白和酪蛋白) 、胶体磷酸盐 及稳定剂则处于胶体状态，具有布朗运动，产生较低的渗透压；植脂稀奶油中的脂肪 及乳化剂则处于乳浊状态，大多以脂肪球或脂畴簇状态存在，具有较缓慢的布朗运动 及重力运动，不会产生渗透压。植脂稀奶油乳状液中，油滴小带有厚厚的蛋白质保护 层。随着膜破裂，液滴如果有足够的流动性将分散开直到达到平衡点为止。分散速率 由液滴粘度和各自的表面能听决定。 植脂稀奶油乳状液中同样会发生前面几种形式的去稳定，但真正有意义的却是另 外一种去稳定机伟i 卜_ 部分凝聚( p a r t i a lo a a l e s c e t i c e ) ，部分凝聚去稳定在植脂稀奶油 结构框架的形成中发挥重要作用。蛋白质稳定着植脂稀奶油水包油型的乳状液，而在 搅打过程中小分子表面活性剂俐氐蛋白质的平衡表面浓度、促进脂肪部分凝聚使乳状 液失去稳定。部分凝聚使乳状液失稳，脂肪附聚，游离脂肪含量增加。这些游离的脂 肪会附聚在搅打形成的气泡周围，促进空气充入，提高植陷稀奶油的打发率和稳定陛。 1 5 脂肪部分凝聚的研究进展 1 5 1 部分凝聚的定义及特点 水包油型乳状液油滴中的脂肪晶体在乳状液的去稳定过程中起重要作用，尤其当 引戕液处于一个速度梯度时。当晶体从油水界面探出时，紧密靠近的月旨肪球之问残留 的液膜会被刺诎。晶体起连接作用，液体脂肪可以沿着它们从个脂肪球流到另一个 脂肪球，使脂畴聚结。如果这一固体网络( 脂肪球中晶体结构) 坚固能够抵制部分凝 聚脂肪球中的毛细管力，脂肪球中晶体结构的存在可以防止9 旨防球的完全聚结，使它 们只能部分