影响酸性乳饮料稳定性的因素[1].doc

影响酸性乳饮料稳定性的因素酸性乳饮料按其加工工艺过程可分为发酵型和配制型两大类。发酵型是以乳与乳制品为原料，加入对人体有益的乳酸菌发酵后，再辅以蔗糖、果汁、稳定剂而制成的一种富含活性乳酸菌的营养保健型饮料。配制型生产工艺比较简单，不经乳酸菌发酵，直接用有机酸、糖、稳定剂配制而成。无论是发酵型还是配制型，其主要成分都是乳或乳制品，按卫生部标准，其成分中蛋白质含量必须。这种营养型的蛋白饮料常常不能保持均匀的稳定状态，易分层和沉淀。如何解决饮料中蛋白质的稳定性是许多食品工作者以及生产厂家急待解决的问题。这里我们想就影响酸性乳饮料稳定性的因素加以论述。一、有机酸有机酸是生产酸性乳饮料最常用原料之一，其目的的是用改善饮料风味，与糖一起赋予饮料爽口的酸甜味，同时还具有一定的抑菌作用。生产中常用的有机酸有柠檬酸、乳酸、苹果酸等，添加量为0.3%-0.5%。新鲜牛奶的PH约6.8，其酪蛋白的等电点（PI)为4.6。这样酪蛋白处于其PI的碱侧，能够长期稳定存在而不沉。当加酸后，其饮料的PH可下降到3.54.5，若一目了然到酪蛋白的PI附近，势必由于重力作用使其沉淀从而使牛奶的稳定性遭到破坏。因此，生产酸性乳饮料中加酸时不能添加固体酸，防止酸分布不匀，应配成的酸液，缓慢加入，快速搅拌，使其P急骤下降，快速通过酪蛋白的等电点，同时添加液的温度应尽可能低些，还需在适当时候添加适量的稳定剂。二、原料乳生产酸性乳饮料常用的原料乳为牛奶、羊奶等，含有丰富的营养物质蛋白质含量为3.3%其中为酪蛋白。酪蛋白不溶于水，在乳中以酪蛋白酸钙磷酸钙的胶粒状态存在，其粒子直径在nm之间，通常带负电荷，能均匀分布在乳中，但在酸性条件下，其电荷减少，胶粒结构破坏，稳定性变差。乳饮料出现的沉淀，几乎都是由于酪蛋白不稳定而形成的。长期以来，人们通过各种方式改变乳蛋白的加工特性来提高乳饮料的稳定性。有人认为，将葡萄糖、果糖和乳糖共价键系到酪蛋白赖氨酸的氨基上，可增强在2.5-4.5的溶解性；用酪蛋白钠盐代替钙盐可改善乳蛋白的粘度和弥散性。这些方法都有有助于提高乳饮料的稳定性。乳中的Ca2+，也明显地提高饮料的稳定性。通常使用的螯合剂磷酸盐、柠檬酸盐、植酸等，其中三聚磷酸钠和柠檬酸钠效果较好，基Na+可使酪蛋白表面电荷数增加，水化层加厚。酸根离子具有多价离子特性，可螯合游离的Ca2+，降低Ca2+的有效浓度，使饮料的稳定性提高。此外，还可通过离子交换树脂，添加缓冲液、利用离子平衡等方法除去或平衡乳中的Ca2+，也能起到很好的作用。三、稳定剂 稳定剂是酸性乳饮料不可缺少的试剂之一。它可提高乳饮料的粘度，防止乳蛋白粒子因重力作用下沉，更重要的是稳定剂本身是一种高亲水性化合物，可以形成保护胶体，在蛋白质外面形成亲水性被膜包裹在蛋白质粒子上,防止凝集沉淀. 稳定剂种类很多,乳饮料中通常使用的有竣甲基纤维素(CMC)、羧甲基纤维素钠(CMCNa)、藻酸丙醇脂（PGA）、卡拉胶、海藻酸钠、明胶、果胶等，其用量0.1-0.3%。据报道卡拉胶具有K酪蛋白的性质，它的稳定效果高于天然的或羧化硫酸化基的化合物，对乳蛋白饮料具有较好的增稠效果，在很广的PH范围内为带负电的聚合物，可与酸性条件下带正电荷的乳蛋白质形成络合物，在PHPI时，多糖的硫酸脂与乳蛋白质带正电荷的氨基之间产生静电作用，使乳蛋白质较稳定地悬浮在乳饮料中，不致下沉。PGA是一种高亲水的稳定剂，可与乳蛋白质形成一种复合体，将蛋白质包围起来，达到稳定效果。同时由于PGA分子中具有亲水基NOH和亲油基R，具有良好的乳化效果，在含脂乳饮料中可使乳脂肪较稳定地存在而不发生上浮现象。它的唯一不足之外就是人格昂贵，使生产成本增加，通常与其它稳定剂混合使用效果较好。 四、均质处理 均质可使乳蛋白粒子细微化，可改变蛋白质粒子的粒度。饮料的沉淀速度可用STORes定律表示：V=2gr2(P2-P1)/9n 其中：V蛋白质粒子的下沉速度 g重力加速度 P1饮料的密度 P2 蛋白质粒子的密度 r蛋白质粒子的半径 n饮料的粘度 由Stokes定律可知，饮料的下沉速度与乳蛋白质粒子半径越小，乳饮料粘度越大，其下沉速度越慢，饮料稳定时间越长。均质可使乳蛋白粒子明显变小，饮料稳定性大大提高。均质效果与均质压力、温度有关。高压比低压效果好，通常控制在100200Kg/cm2下均质并控制温度在50C左右较好。 五、果汁 添加果汗是为了提高酸性乳饮料风味。果汁是利用一些水果的果实通过压榨或浸提而制得的，通常含有一定量的果胶和单宁物质，这些物质是带负电荷的高分子化合物。在酸性条件下（PHPI），牛奶中的酪蛋白是带正电荷的，当与果汁接触时，带负电荷的果胶、单宁物质与带正电荷的酪蛋白粒子发生凝聚沉淀。因此加果汁前可用果胶酶或纤维素酶将果汗中残留的果胶或纤维素分解成低分子化合物。另一种方法是添加PH3.7以下的蛋白液如明胶、蛋白粉等，以除去果汗中的带电物质。 六、工艺操作 生产酸性乳饮料时，通常添加一些呈酸性的有机酸、果汁等。这些物质由于酸性较强，不能直接加入，应配成较低深度的溶液与蔗糖等混合以缓冲其酸度，并将混合液缓缓加入牛奶中快速搅拌，使其混合均匀。若将牛奶直接加入酸液中，就会因奶成分中局部与大量酸接触，使乳蛋白受高浓度酸的影响而凝聚加快。此外，一引起稳定剂由于耐酸程度有限，也不宜大量酸液接触，否则会因酸的作用使其发生部分水解，降低其稳定效果。 七、杀菌条件的影响 杀菌是食品加工必不可少的过程。其目的是为了杀死成品中有害微生物，延长产品的保质期。从这个意义上讲，杀菌温度越高，时间越长，其卫生质量越有保证。但杀菌温度过高会使产品成分发生变化。对酸性乳饮料来讲易产生沉淀。由于在较高温度下，乳蛋白粒子布朗运动加快，碰撞机会增加而沉淀。一些稳定剂也会因高温发生部分解，使稳定效果减弱。实践证明，酸性乳饮料采用85C/25-30mim杀菌条件即可杀死有害菌，又可保持产品的稳定状态。如果温度过高或过低都对产品质量有不同程度的影响。 除此之外，水质也是影响酸性乳饮料稳定性因素之一。生产时应尽可能采用硬度较小的水或利用凉开水，使水中一引起Ca2+,Ng2+沉淀下来而除去，也会对酸乳饮料稳定性有所改善。 总之，影响酸性乳饮料稳定性的因素较多，只要掌握了其生产和形成的规律，就可根据实际情况加以防止，生产出均匀一致的合格产品刘振民 程昌华 吴侍风(均瑶集团乳业股份有限公司 上海 200032)摘要: 牛乳的热处理是乳品加工中的关键工艺.本文主要阐述了乳的热稳定性评价方法、HCHpH值曲线、热诱导变化以及影响热稳定性的影响因素，并进一步讨论了热处理对牛奶凝固特性的影响。 关键词：乳的热稳定性；HCTpH曲线；热诱导变化；影响热稳定性因素；乳凝固野性 牛奶的热处理已经成为乳品加工中一个关键工艺；不管牛奶的最终用途如何，大多数牛奶都会进行至少一次加热处理。加热处理的目的相差很大；从作为产品加工工艺的一部分，如共沉物和酸奶的生产，到杀灭或减少腐败和病原微生物来生产稳定和安全的产品。浓缩牛奶、均质的乳制品以及干酪原料乳的热处理、后续储存和加工中也会遇上热处理问题。 1乳热稳定性评价 乳的热稳定性是指乳在灭菌（或杀菌）处理时抵抗凝胶的能力。有三种主要的实验方法评价牛奶的热稳定性。第一种方法是牛奶的热稳定性利用将样品放置在油浴后乳蛋白质出现絮凝或凝固的时间来表示，即热凝固时间（HCT）；这属于一种主观热稳定性评价法。未经浓缩的牛奶使用140加热；浓缩的牛奶使用120加热。第二种方法是热稳定性用牛奶瞬间凝固的温度表示。这种测量方法实际上是乳蛋白质本身稳定性的一种度量，不受热诱导反应的影响。另外一种方法是热稳定性利用在恒定温度下加热期间低离心力（400克）作用下沉淀的所有蛋白质的百分率表示，沉淀的蛋白质突然增加表示出现凝固。对于多数个体牛分泌的牛奶，pH值由6.4上升到6.7，热凝固时间（HCT）随之延长；至pH6.9突然迅速降低；pH值继续增加，HCT会继续延长。在pH6.4以下HCT会迅速缩小。热稳定性与pH值密切相关的牛奶属于A型牛奶。有时对于个别牛体分泌的牛乳，其HCT会随着pH的升高而延长，pH值升高蛋白质电量也增加，这类牛奶称为B型牛奶。 出现HCTpH值曲线的可能机理如下所述。在B型牛奶的HCTpH曲线中，牛奶的热稳定性随着pH值增加而增加，这是因为蛋白质电荷、水合力和电势增大。对于A型牛奶而言，pH值6.3时，由于钙离子活度较高以及比较低的电势和胶束水化作用，牛奶热稳定性很差，在140时会快速凝固。在稳定性最大范围内，产生的-乳球蛋白-酪蛋白复合物通过减少-酪蛋白胶束的离解和增加空间位阻、电势和水合作用来稳定牛奶。在稳定性最低的区域，-酪蛋白（单独或与-乳球蛋白形成复合物存在）从胶束中离解，脱离-酪蛋白的胶束本身不稳定，遵循钙诱导沉淀机理而很快凝固。在最低稳定性的碱性侧，稳定性的增大可能是因为钙离子活度的降低和蛋白质水合作用及电势的增加。在pH6.3-6.7，浓缩乳中-酪蛋白的离解是很普遍的；因此凝固的机理可能和非浓缩乳稳定性最低的区域凝固机理相似，即钙介导的凝固。 2热诱导变化 在90以下加热，热诱导变化相对来说比较缓慢并且大多数是可逆的（除了乳清蛋白的变性）；在100以上加热，热诱导反应变快，是不可逆的。牛奶中主要的热诱导如下：胶束的聚集、-酪蛋白从胶束中离解出来、酸化、酪蛋白的脱磷酸化作用、酪蛋白的分解、美拉德反应、蛋白质的共价多聚反应、胶束水合作用和电势。 3热稳定性的影响因素 1加工工艺对热稳定性的影响 浓缩和干燥 加热蒸发浓缩明显降低了牛奶的热稳定性。浓缩增加了乳中酪蛋白、乳糖、乳清蛋白、可溶性盐和胶体盐的浓度，在总固形物9%40%的范围内，乳固形物上升，pH值随之降低。含18%总固形物的浓缩脱脂乳在130加热约10分钟就会凝固。 均质 脱脂奶的均质对HCT没有影响。但均质会使全乳变得不稳定，不稳定性会随脂肪含量的增加和均质的强度而增加。通常采用降低均质压力、添加磷酸盐、二段均质等方法减少均质对乳热稳定性的影响。 预热 牛奶在浓缩之前预热（100、5分钟），会增加浓缩乳的热稳定性，在生产上已用于浓缩乳和热稳定性乳的加工。预热方式有很多种，如90、10分钟，120、2分钟，140、5秒钟；其中第三种预热方式是尤其有效，但生产上没有广泛采用。 2牛乳组成对热稳定性的影响 牛奶中常量组分也会影响牛奶的热稳定性。脂类本身并不影响热稳定性。乳糖酶水解产生葡萄糖和半乳糖也会增加牛奶的稳定性。在不含乳糖的牛奶中加入乳糖至1%（w/v）加强了稳定性，但是更高的含量会使稳定性降低。 牛奶中总盐类含量的增加会使得处于最低稳定性区域的牛奶变得不稳定，但不会影响最大区域的稳定性。牛奶中Ca2+或Mg2+含量降低15%会增强在pH6.5-7.5区域内牛奶的稳定性。在牛奶中添加NaCL或KCL会使得HCTmax移向酸性侧，但最低值碱性侧的移动性会降低。 尿素是牛奶中主要的非蛋白质含氮物，含量为6毫摩尔/升。牛奶中尿素的热诱导降解反应的Q10值为2，Ea值为84千焦/摩尔，遵循（假性）一级反应动力学，主要的降解产物是氰酸盐及氨。值得注意的是，只有在乳糖存在时尿素才会稳定牛奶。 3其他因素的影响 添加正磷酸，盐和柠檬酸盐可以提高浓缩乳的稳定性。稳定的机理是盐类对钙的螯合作用和对pH值的调整。亲水性胶体的影响差别很大；淀粉使牛奶体系变得不稳定，但是低含量的-卡拉胶具有稳定作用。影响热稳定性的植物来源的其他化合物是多酚，可以提高牛奶的稳定性，有些作用明显。 Cu2+、H202、KBrO4、KIO3等氧化剂可以将A型牛奶曲线转化成B型曲线；但是-疏基乙醇等还原剂会明显降低牛奶的稳定性。 丙醇、乙醇和甲醇适等醇类会降低牛奶的热稳定性，降低程度与其减小介电常数的能力有关。这些溶剂通过降低介电常数，破坏了位于胶束表面（“发层”链）的-酪蛋白的突伸出的C-末端部分，使得胶束易于产生钙诱导的凝固。 选择性的与亲核氨基酸残基反应的试剂会增加牛奶的热稳定性，如甲醛与赖氨酸反应以及二酮与精氨酸残基反应。稳定的机理与它们交联蛋白质（这样维持了胶束的完整性）或增加了蛋白质上的净负电荷（因此保护了蛋白质避免引起钙诱导的沉淀）有关。 丁二酮和离子型去垢剂等羰基化合物可以增加牛乃的热稳定性，但很少采用。 乳的热稳定性明显会受到季节和泌乳期的影响，初乳和末乳的热稳定性差。乳腺炎感染期牛奶的稳定性降低。12月到下年5月分泌的牛奶稳定性最低。一般认为牧场放养的奶牛所产牛奶比喂饲青贮饲料和干草作物的奶牛分泌的牛奶更稳定。 4热处理对牛奶凝固及其相关特性的影响 生产多数干酪和凝乳酶干酪素的关键步骤是生成酪蛋白胶束凝块。凝乳过程分为两个阶段，第一阶段是对酪蛋白胶束起稳定作用的蛋白质-酪蛋白在特定蛋白酶或皱胃酶的作用下水解；第二阶段是在20以上、经凝乳酶水解的酪蛋白胶束在Ca2+的存在下凝固。 Ca2+浓度、酪蛋白、胶态磷酸钙和pH值等会影响凝乳酶的凝乳速率。经70以上加热处理，变性的-乳球蛋白（和-乳白蛋白）与-酪蛋白相互作用，堵塞了酪蛋白胶束的聚集位点，影响凝乳的产生。酸化或添加Ca2+可以减弱热处理对凝乳酸凝乳特性的不利影响。 由经强热处理的牛奶产生的凝块脱水收缩性很差，干酪含水良高，无法正常成熟。脱水收缩对发酵乳产生不利。在酸牛奶中，原料乳要经过强热处理（如90、10分钟的杀菌）以减小脱水收缩的质量缺陷。 5灭菌牛奶的老化胶凝作用 胶凝是以产品贮存过程中流动性损失为特征，也可以称为浓厚化。无菌的浓缩乳制品在保存中经常胶凝化。通常产品的粘度在较长时间内保持恒定，有时甚至稍有降低；之后粘度陡然提高（成熟稠化）并且不久便形成不能再分散的胶凝。 血纤维蛋白溶酶对未浓缩UHT牛奶的胶凝作用具有一定影响；原料乳质量比较差，嗜冷菌产生的蛋白酶也是影响因素之一。在浓缩和灭菌前均质，产品容易出现胶凝；在灭菌前浓缩产品对胶凝的稳定性强。UHT法生产浓缩乳，无脂乳固形物高，易出现胶凝。 浓缩UHT牛奶中蛋白质也会发生分解，但主要的是物理化学变化。高热值奶粉生产的浓缩物沉淀最多，但高热枝奶粉复原UHT浓缩牛奶发生老化胶凝的倾向要拨中热或低热值白粉的复原乳要低。 为了防止灭菌牛奶产生凝胶，可以采用以下措施：选用优质的原料乳；在预热和杀菌过程中，热处理一定要充分；进行低温贮存，延长产品的无胶凝期；添加多聚磷酸盐等防止胶凝的产生。.5乳制品添加剂明胶广泛应用于各种乳制品如酸奶(Yogurt)、酸性稀奶(Sourcream)、软质干酪(Softcheese)、增香乳(Flavouredmilk)、低脂奶油(Low2fatbutter)等。明胶用于乳制品中主要有三大功能:一是抗乳清析出作用，明胶通过氢键的形成阻止乳清析出，避免酪蛋白产生收缩作用，因而阻止了固相从液相中分离。二是乳化稳定作用，酪蛋白本身就是天然的乳化剂和稳定剂，但酪蛋白在酸性环境中会失去乳化能力和稳定能力，而明胶可为酪蛋白提供稳定条件，起保护胶体的作用。三是乳泡沫的稳定剂，所有乳泡沫均可看作空气脂肪水的乳化体系，明胶作为亲水胶体可与水结合形成明胶薄层覆盖脂肪球，并包裹空气泡，减少了外界条件对空气泡中空气压力的影响，达到稳定泡沫的作用，从而建立起稳定的乳化状态。在单独使用明胶无法达到所需的产品组织状态和工艺条件的情况下，可将明胶与其他亲水胶体(如琼脂、淀粉)结合使用，使其在乳产品中具有更广泛的应用。如对于酸性稀奶，依据酸酪乳中脂肪的含量和所需的组织结构状态，通常将明胶和植物胶或改性淀粉等其他稳定剂一起使用，使产品达到良好的外观、平滑的适口感和良好的质构。和琼脂相比，明胶凝固力软弱，凝固物质地柔软，富于弹性，口感柔软，还可改善乳制品的风味。增稠剂在食品中的应用实例增稠剂是一类能提高食品黏度并改变性能的一类食品添加剂。一般属于亲水性高分子化合物，可水化而形成高黏度的均相液，故常称作水溶胶、亲水胶体或食用胶。在一定条件下，它们可起到增稠剂、稳定剂、悬浮剂、胶凝剂、成膜剂、充气剂、乳化剂、润滑剂组织改进剂和结构改进剂等的作用。典型的增稠剂有淀粉、变性淀粉、黄原胶、罗望子较、明胶、琼脂、卡拉胶、魔芋胶等几十种。下面分别以一些具体的食品生产工艺来分析说明，其中一些增稠剂的特性与应用等方面的知识。马蹄糕要制出润滑爽口、有弹性、有咬劲的马蹄糕，对马蹄粉质量要求很高。市面上出售的马蹄粉往往含有5至40%不等的廉价淀粉，这造成在蒸煮马蹄糕时，容易出现上下分层的现象，难以形成爽口有弹性的糕体，并且马蹄糕冷却后有析水现象，不利于制成冷冻方便食品。经实验分析，罗望子胶对于克服以上缺点能取得较好的结果。罗望子胶（TSP）是一种用途广泛的食用胶，可用于果汁乳饮料及果酱等产品，起稳定作用。有关人员经过实验表明，加TSP所制得的马蹄糕糕体的分层现象，是由于调粉浆时，有部分马蹄淀粉颗粒和其他淀粉颗粒没有充分溶胀，蒸煮时，未充分溶胀的淀粉颗粒因密度差而沉降使蒸出的糕体分层。而加入TSP后，TSP对马蹄粉的增黏作用使得粉浆混合体系的黏度大大提高，因此，那些未充分溶胀的淀粉颗粒不发生沉降，形成很好的悬浮液体系，使得蒸出的糕体均匀。但是，如果加入的TSP较多（如TSP含量为0.81.O），TSP粉末本身的乳白色就会影响马蹄糕的外观色泽，使其偏白；同时当加入的TSP量多时，