于昕琪，孟 宗，楊兆琪，劉元法

(江南大學(xué) 食品學(xué)院，食品科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室，食品安全與營養(yǎng)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 無錫 214122)

粉末油脂

粉末植脂奶油制備工藝條件的優(yōu)化

于昕琪，孟 宗，楊兆琪，劉元法

(江南大學(xué) 食品學(xué)院，食品科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室，食品安全與營養(yǎng)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 無錫 214122)

研究了均質(zhì)條件、固形物含量和進風(fēng)溫度對粉末植脂奶油產(chǎn)品性質(zhì)的影響，并進一步利用正交試驗對工藝條件進行了優(yōu)化。結(jié)果表明，制備粉末植脂奶油的最佳工藝條件為：50 MPa均質(zhì)2次，固形物含量50%，進風(fēng)溫度180.℃。在最佳工藝條件下，粉末植脂奶油的包埋率達(dá)到89.49%，產(chǎn)品為乳白色，顆粒細(xì)小均勻，溶解性好。與傳統(tǒng)植脂奶油相比，該粉末植脂奶油復(fù)溶乳狀液平均粒徑增大，打發(fā)倍數(shù)略低于傳統(tǒng)植脂奶油的，但二者的質(zhì)構(gòu)特性無顯著差異。

粉末植脂奶油；工藝條件；優(yōu)化

Abstract：The influences of homogenization condition,solid content and inlet air temperature on properties of powder non-dairy whipped cream were investigated.The optimal process conditions for preparing the powder non-dairy whipped cream were determined by orthogonal experiment as follows: 50 MPa homogenization for twice,solid content 50%,inlet air temperature 180.℃.Under the optimal conditions,the embedding rate was 89.49%,and the product was milky white with fine uniformity and good solubility.Compared with the traditional non-dairy whipped cream,the powder non-dairy whipped cream water emulsion had larger mean particle size,and lower whipping times,but their texture characteristics had no significant difference.

Keywords：powder non-dairy whipped cream; process condition; optimization

傳統(tǒng)植脂奶油是一種由氫化植物油、蛋白質(zhì)、糖、乳化劑以及穩(wěn)定劑等組成的攪打充氣乳狀液體系，與天然奶油相比，植脂奶油具有脂肪含量低、不含膽固醇、口感好等優(yōu)點，消費者接受度較好，在烘焙領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景[1]。然而，目前在實際生產(chǎn)和應(yīng)用中傳統(tǒng)植脂奶油的制備工藝尚存在一定的局限：儲藏和運輸成本高，攪打植脂奶油需要全程冷鏈儲藏和運輸。

粉末植脂奶油是通過對乳狀液進行噴霧干燥而制成的，植脂奶油的粉末化降低了體系的水分含量，抑制了其脂質(zhì)在常溫下氧化酸敗，使得產(chǎn)品在常溫下即可生產(chǎn)、儲藏以及運輸，產(chǎn)品穩(wěn)定性得到提高，同時降低了能耗，節(jié)約了儲運成本。目前，國內(nèi)植脂奶油的相關(guān)研究主要集中在傳統(tǒng)植脂奶油上，對粉末植脂奶油生產(chǎn)工藝研究較少。張海玲等[2]研究了微膠囊型低脂植物奶油粉的基礎(chǔ)配方以及攪打條件對產(chǎn)品性能的影響。鄧欣倫等[3]利用噴霧干燥法制備粉末植脂奶油，主要研究了蛋白質(zhì)添加量對植脂奶油乳狀液性質(zhì)、噴霧干燥效果以及粉末植脂奶油攪打性能和流變特性的影響。方敏[4]研究了均質(zhì)條件、蛋白質(zhì)添加量對粉末植脂奶油品質(zhì)的影響，與傳統(tǒng)植脂奶油相比，粉末植脂奶油表面平滑，溶解性較好，復(fù)溶后的乳狀液具有攪打起泡性。可見，目前粉末植脂奶油的制備工藝研究主要集中在均質(zhì)條件的研究上，而噴霧干燥條件、固形物含量等均有可能影響其粉末性能的因素，目前未見系統(tǒng)報道。

本文系統(tǒng)研究了固形物含量、均質(zhì)條件和進風(fēng)溫度對粉末植脂奶油包埋效果和流動性的影響，并以包埋率為評價指標(biāo)，利用正交試驗優(yōu)化了粉末植脂奶油生產(chǎn)工藝條件；以傳統(tǒng)植脂奶油作為對照，以乳狀液的平均粒徑、打發(fā)奶油的質(zhì)構(gòu)性質(zhì)作為評價指標(biāo)，對粉末植脂奶油樣品的復(fù)溶以及打發(fā)性能進行評價。旨在為粉末植脂奶油的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 原料與試劑

極度氫化棕櫚仁油(熔點39.℃，零反式脂肪酸)：益海嘉里上海研發(fā)中心提供；玉米糖漿、白砂糖：市售；酪蛋白酸鈉、聚甘油酯、吐溫-80、黃原膠、瓜爾豆膠、羥丙基羧甲基纖維素(HPMC)、傳統(tǒng)植脂奶油等。

1.1.2 儀器與設(shè)備

Ultra-Turrax T18高速分散器：德國IKA有限公司；AH-2010高壓均質(zhì)機：加拿大ATS公司；HH-2 數(shù)顯恒溫水浴鍋；Brookhaven Nano Brook Omni多角度粒度分析儀：美國布魯克海文儀器公司；SD 1500噴霧干燥機；Turbiscan Lab Expert多重光散射分析儀(乳液穩(wěn)定性分析儀)。

1.2 試驗方法

1.2.1 粉末植脂奶油的制備

1.2.1.1 基本配方(見表1)

表1 粉末植脂奶油的基本配方 %

1.2.1.2 植脂奶油乳狀液的制備

水相制備：將白砂糖、玉米糖漿、酪蛋白酸鈉加入去離子水中充分溶解。油相制備：將極度氫化棕櫚仁油在65.℃下熔化，隨后加入乳化劑和膠體使其分散均勻。在65.℃下，邊攪拌邊將水相加入到油相中，攪拌轉(zhuǎn)速600 r/min，攪拌時間30 min。使用高壓均質(zhì)機對所得的混合懸浮液在一定條件下進行高壓均質(zhì)處理得到植脂奶油的乳狀液。

1.2.1.3 粉末植脂奶油的制備

選擇適當(dāng)進風(fēng)溫度和固形物含量對均質(zhì)后的乳狀液進行噴霧干燥，隨后加入占粉末質(zhì)量0.3%的二氧化硅作為抗結(jié)劑，最終得到粉末植脂奶油。

1.2.2 乳狀液平均粒徑的測定

用去離子水將乳狀液稀釋1 000倍，使用Brookhaven Nano Brook Omni多角度粒度分析儀測定乳狀液的平均粒徑及多分散指數(shù)(PDI)，測試溫度25.℃，測試時間2 min，測試3次。

1.2.3 乳狀液穩(wěn)定性的測定

取20 mL乳狀液于Turbiscan Lab Expert多重光散射分析儀的專用測試玻璃容器中，檢測條件設(shè)定為55.℃下檢測1 h，測量間隔1 min。利用TSI值(Turbiscan Stability Index)對乳狀液的穩(wěn)定性進行表征，TSI值越高，乳狀液越不穩(wěn)定。TSI值是綜合考慮了發(fā)生在乳狀液中的各種過程而計算出來的平均值，計算公式如下：

式中：Xi為測量的背散射光值，XBS為Xi的平均值，n為掃描次數(shù)。

1.2.4 包埋率的測定

準(zhǔn)確稱量2 g粉末植脂奶油(m)，加入15 mL石油醚，室溫下渦旋混合振蕩2 min，將溶劑混合物通過定量濾紙；濾紙上的殘渣用20 mL正己烷反復(fù)沖洗3次，合并濾液至圓底燒瓶(m1)中并減壓蒸發(fā)脫除溶劑，隨后于60.℃下真空干燥至恒重(m2)?？紤]到芯材無揮發(fā)性，這里將總油量默認(rèn)為添加的芯材總量[5]。

1.2.5 流動性的測定

取3～5 g粉末植脂奶油至10 mL量筒中，記錄粉末植脂奶油的體積，計算其疏松密度，隨后反復(fù)敲擊筒壁直至量筒中粉末的體積不再變化為止，記錄此時的粉末體積，計算其緊實密度。粉末植脂奶油的流動性通過卡爾指數(shù)(CI)來評價，其計算公式如下：

1.2.6 溶解性的測定

取2 g粉末植脂奶油樣品溶于100 mL 20.℃的去離子水中，在550 r/min下攪拌至全部溶解，并記錄時間。

1.2.7 打發(fā)倍數(shù)的測定

將粉末植脂奶油與冰水混合物(水冰質(zhì)量比為3∶2)以質(zhì)量比1∶1.5進行混合，攪拌均勻后，于室溫(20.℃±2.℃)下，在樣品溫度7～10.℃條件下進行攪打，打發(fā)速率180 r/min，至樣品出現(xiàn)軟尖峰，表面光澤消失為止。使用同一50 mL平口坩堝(m)分別裝滿乳狀液(m1)及打發(fā)后的奶油(m2)后稱重。打發(fā)倍數(shù)(X)計算公式如下：

1.2.8 粉末植脂奶油質(zhì)構(gòu)的測定

采用英國SMS公司的TA-XT2型質(zhì)構(gòu)儀，配合AB/E測量模具以及40 mm平板，測定粉末植脂奶油打發(fā)后的硬度、稠度、內(nèi)聚性和黏度4個指標(biāo)。測量過程參數(shù)設(shè)定：測前速度1.0 mm/s，測定速度1.0 mm/s，測后速度10 mm/s，觸發(fā)力10 g。

2 結(jié)果與討論

2.1 均質(zhì)條件對乳狀液性質(zhì)的影響

2.1.1 均質(zhì)壓力及次數(shù)對乳狀液平均粒徑的影響(見表2)

表2 均質(zhì)壓力、次數(shù)對乳狀液平均粒徑的影響

由表2可見，在均質(zhì)1次的條件下，乳狀液的平均粒徑總體隨著均質(zhì)壓力的增加而減??；在均質(zhì)次數(shù)2次的條件下，起初乳狀液的平均粒徑隨著均質(zhì)壓力的增加而略有減小，而當(dāng)均質(zhì)壓力升高到60 MPa 時，脂肪球平均粒徑反而有所增加。在同一均質(zhì)壓力下，增加均質(zhì)次數(shù)后乳狀液中的脂肪球平均粒徑有所減小。這是因為：乳狀液在均質(zhì)處理過程中，大的脂肪球受到劇烈剪切、撞擊等作用，破碎成小的脂肪球，蛋白質(zhì)和乳化劑迅速地被吸附到新形成的油水界面上形成一層界面膜，降低了界面張力，形成了較穩(wěn)定的乳狀液。增加均質(zhì)壓力后，脂肪球受到的剪切、撞擊作用力增強，導(dǎo)致脂肪球破碎程度增加，脂肪球粒徑進一步減小。而增加均質(zhì)次數(shù)后，脂肪球受到的機械作用時間延長，導(dǎo)致大脂肪球和重新聚集的脂肪球被充分破碎，脂肪球平均粒徑減小。但是當(dāng)均質(zhì)達(dá)到一定程度后，繼續(xù)增加均質(zhì)壓力和次數(shù)，對脂肪球并無更深度的破碎效果，反而導(dǎo)致脂肪球平均粒徑增加[4]。同時，過高的均質(zhì)壓力可能會改變吸附在油水界面上的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，進而影響微膠囊粉末的包埋率[6]。在均質(zhì)壓力50 MPa 及均質(zhì)2次的條件下，乳狀液脂肪球平均粒徑最小，為(368.83±4.44)nm。根據(jù)PDI值可見，在此條件下乳狀液分散性良好。

2.1.2 均質(zhì)壓力及次數(shù)對乳狀液穩(wěn)定性的影響(見圖1)

注：固形物含量為40%。

由圖1可見，隨著均質(zhì)壓力的增加，TSI值下降，表明乳狀液穩(wěn)定性提高；在相同均質(zhì)壓力下，增加均質(zhì)次數(shù)，乳狀液的穩(wěn)定性也隨之提高，在均質(zhì)壓力50 MPa、均質(zhì)2次的條件下，乳狀液穩(wěn)定性最佳。乳狀液越穩(wěn)定，噴霧干燥的微膠囊化效率也越高[7]。李軍杰等[8]的研究也發(fā)現(xiàn)均質(zhì)壓力對魚油乳化液的液滴粒徑、穩(wěn)定性、微膠囊產(chǎn)品的包埋率均有顯著性影響，適當(dāng)?shù)木|(zhì)壓力有利于提高微膠囊包埋率，同時增加均質(zhì)次數(shù)有利于形成穩(wěn)定的魚油乳化液，但是均質(zhì)次數(shù)過多，能耗較大，生產(chǎn)成本較高。

2.2 單因素試驗

2.2.1 固形物含量對粉末植脂奶油包埋效果的影響

在實際試驗中，當(dāng)固形物含量低于30%時，乳狀液的穩(wěn)定性差，不利于后續(xù)的噴霧干燥；而當(dāng)固形物含量大于50%后，由于乳狀液黏度較大，流動性差，導(dǎo)致后續(xù)的均質(zhì)和噴霧干燥都難以進行。故選擇了30%～50%的固形物含量作為研究條件。在均質(zhì)壓力50 MPa、均質(zhì)2次、噴霧干燥進風(fēng)溫度180.℃ 條件下，討論固形物含量對粉末植脂奶油表面含油率、包埋率的影響，結(jié)果見表3。

表3 固形物含量對粉末植脂奶油表面含油率、包埋率的影響

由表3可見，隨著固形物含量的增加，粉末植脂奶油的表面含油率下降，包埋率增加。當(dāng)固形物含量達(dá)到50%時，包埋率最高。這可能是因為高的固形物含量使得噴霧干燥時顆粒中油脂擴散變難；同時固形物含量的增加也導(dǎo)致了乳狀液黏度的增加，從而減少了乳狀液內(nèi)部的粒子運動，使得噴霧干燥過程加快[9-10]。Huynh等[11]的研究表明固形物含量增加后，干燥階段早期霧化液滴表面會更快成膜，從而阻止了油脂或香料的擴散。

2.2.2 固形物含量對粉末植脂奶油流動性的影響

在均質(zhì)壓力50 MPa、均質(zhì)2次、噴霧干燥進風(fēng)溫度180.℃條件下，討論固形物含量對粉末植脂奶油流動性的影響，結(jié)果見表4。

表4 固形物含量對粉末植脂奶油流動性的影響

由表4可見，隨著固形物含量的增加，疏松密度呈現(xiàn)上升的趨勢，Cai等[12]的研究也得到了類似的結(jié)果。這可能是由于體積密度主要受總固形物含量的影響，乳狀液固形物含量的上升，導(dǎo)致顆粒變重，體積密度增加。由表4還可以看出，隨著固形物含量的增加，卡爾指數(shù)減小，粉末的流動性增加。一般認(rèn)為當(dāng)卡爾指數(shù)小于15%，粉末的流動性非常好，在15%～20%之間粉末流動性好，20%～35%之間粉末的流動性則一般，35%～45%之間粉末具有一定的流動性[13-14]。隨著固形物含量的變化，粉末植脂奶油的卡爾指數(shù)在20%～35%范圍內(nèi)，說明得到的粉末植脂奶油的流動性一般。在固形物含量50%時卡爾指數(shù)最小，說明粉末植脂奶油的流動性最佳。

2.2.3 均質(zhì)壓力及次數(shù)對粉末植脂奶油包埋效果的影響

在固形物含量50%、噴霧干燥進風(fēng)溫度180.℃條件下，討論均質(zhì)壓力、次數(shù)對粉末植脂奶油表面含油率、包埋率的影響，結(jié)果見表5。

表5 均質(zhì)壓力、次數(shù)對粉末植脂奶油表面含油率、包埋率的影響

由表5可見，均質(zhì)1次時，隨著均質(zhì)壓力上升粉末植脂奶油的表面含油率下降，包埋率增加；均質(zhì)2次時，隨著均質(zhì)壓力上升粉末植脂奶油的表面含油率先下降再升高，包埋率先增加后降低。當(dāng)均質(zhì)壓力為40、50 MPa時，均質(zhì)2次后粉末植脂奶油的包埋效果都要好于只均質(zhì)1次的。這是因為隨著均質(zhì)壓力的增加，乳狀液平均粒徑減小，體系趨于穩(wěn)定，微膠囊包埋效果好；當(dāng)均質(zhì)壓力增加，次數(shù)增加后，液滴的表面能變大，反而導(dǎo)致乳狀液的穩(wěn)定性變差，包埋效果下降[15-17]。

2.2.4 均質(zhì)壓力及次數(shù)對粉末植脂奶油流動性的影響

在固形物含量50%、噴霧干燥進風(fēng)溫度180.℃條件下，討論均質(zhì)壓力、次數(shù)對粉末植脂奶油流動性的影響，結(jié)果見表6。

表6 均質(zhì)壓力、次數(shù)對粉末植脂奶油流動性的影響

由表6可知，均質(zhì)1次時，隨著均質(zhì)壓力上升粉末植脂奶油的疏松密度增加，卡爾指數(shù)減?。痪|(zhì)2次時，隨著均質(zhì)壓力上升粉末植脂奶油的疏松密度先上升后下降，卡爾指數(shù)先下降后上升。50 MPa均質(zhì)2次時，卡爾指數(shù)最小，為21%，粉末植脂奶油的流動性最佳。

2.2.5 進風(fēng)溫度對粉末植脂奶油包埋效果的影響

在固形物含量50%、均質(zhì)壓力50 MPa、均質(zhì)2次條件下，討論進風(fēng)溫度對粉末植脂奶油表面含油率、包埋率的影響，結(jié)果見表7。

表7 進風(fēng)溫度對粉末植脂奶油表面含油率、包埋率的影響

由表7可見，升高噴霧干燥進風(fēng)溫度，粉末植脂奶油的表面含油率先下降再上升，包埋率先上升再下降。進風(fēng)溫度180.℃時，粉末植脂奶油的包埋率最高，達(dá)到90.73%。這可能是因為較低的進風(fēng)溫度下，乳狀液中水分的蒸發(fā)速率低，微膠囊成膜時間長，干燥速率慢，易出現(xiàn)粘壁現(xiàn)象，微膠囊包埋效果下降；進風(fēng)溫度升高后，水分蒸發(fā)速率提高，使得微膠囊玻璃體快速形成，導(dǎo)致包埋率有所提高。但是過高的進風(fēng)溫度也使得水分蒸發(fā)過快，由此導(dǎo)致微膠囊產(chǎn)品表面形成凹陷、裂痕，包埋的油脂暴露出來，因此包埋率有所降低[18]。

2.2.6 進風(fēng)溫度對粉末植脂奶油流動性的影響

在固形物含量50%、均質(zhì)壓力50 MPa、均質(zhì)2次條件下，討論進風(fēng)溫度對粉末植脂奶油流動性的影響，結(jié)果見表8。

表8 進風(fēng)溫度對粉末植脂奶油流動性的影響

由表8可見，疏松密度隨著進風(fēng)溫度的升高先上升后下降，卡爾指數(shù)在20%～30%之間，當(dāng)進風(fēng)溫度達(dá)到190.℃時，粉末植脂奶油的流動性最佳。進風(fēng)溫度影響著疏松密度，進風(fēng)溫度高導(dǎo)致低體積密度，可能是因為顆粒干燥速度快，從而導(dǎo)致了更大的顆粒體積。Goula等[19]對番茄漿料的噴霧干燥也得到了類似的結(jié)果。這可能與干燥階段早期霧化液滴表面形成的塑性層的界面性質(zhì)有關(guān)。Cai等[12]的研究表明在噴霧干燥過程中，高進風(fēng)溫度可能會導(dǎo)致形成比表面積較高的微膠囊顆粒，由此導(dǎo)致終產(chǎn)品體積密度降低。

2.3 正交試驗

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，確定均質(zhì)次數(shù)為2次，選用L9(34)正交表進行正交試驗，優(yōu)化生產(chǎn)粉末植脂奶油的工藝參數(shù)，正交試驗設(shè)計及結(jié)果見表9。

表9 正交試驗設(shè)計與結(jié)果

由表9可知，影響粉末植脂奶油包埋率大小順序為：固形物含量>進風(fēng)溫度>均質(zhì)壓力。通過正交試驗得出最佳組合為A2B2C3，即固形物含量50%，50 MPa均質(zhì)2次，進風(fēng)溫度180.℃，包埋率最高可達(dá)90.73%。

為了確定工藝的穩(wěn)定性，采用最優(yōu)的參數(shù)條件進行工藝驗證，得出粉末植脂奶油的包埋率為89.49%，RSD為4.69%。

2.4 粉末植脂奶油復(fù)溶及打發(fā)性質(zhì)(見表10)

表10 粉末植脂奶油復(fù)溶及打發(fā)性質(zhì)

由表10可知，最佳工藝條件下所制得的粉末植脂奶油樣品復(fù)溶溶解時間較未優(yōu)化的顯著縮短。優(yōu)化條件下制得的粉末植脂奶油復(fù)溶后形成的乳狀液的液滴平均粒徑大于傳統(tǒng)植脂奶油樣品的，這可能是因為經(jīng)噴霧干燥得到的粉末植脂奶油表面仍存在一定量的游離脂肪，加水復(fù)溶后脂肪球發(fā)生聚集，導(dǎo)致平均粒徑增大。制備工藝參數(shù)經(jīng)過優(yōu)化后，粉末植脂奶油包埋效果達(dá)到最佳，由此一定程度上抑制了復(fù)溶后脂肪球聚集，平均粒徑因此較未優(yōu)化的顯著減小。而最佳工藝條件下制得的粉末植脂奶油樣品經(jīng)過打發(fā)后，雖然其打發(fā)倍數(shù)略低于傳統(tǒng)植脂奶油的，但二者的質(zhì)構(gòu)性質(zhì)(硬度、稠度、內(nèi)聚性和黏度)并無顯著差異。

3 結(jié) 論

通過單因素試驗研究了均質(zhì)壓力和次數(shù)、固形物含量以及噴霧干燥進風(fēng)溫度對粉末植脂奶油表面含油率、包埋率的影響，并通過正交試驗確定了粉末植脂奶油加工的最佳工藝條件。結(jié)果表明，最佳工藝條件為：50 MPa均質(zhì)2次，固形物含量50%，進風(fēng)溫度180.℃。在最佳工藝條件下，粉末植脂奶油的包埋率達(dá)到89.49%，產(chǎn)品為乳白色，顆粒細(xì)小均勻，溶解性好。與傳統(tǒng)植脂奶油相比，該粉末植脂奶油復(fù)溶乳狀液的平均粒徑增大。打發(fā)后的粉末植脂奶油的質(zhì)構(gòu)特性與傳統(tǒng)植脂奶油并無顯著差異。

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Optimizationofpreparationconditionsofpowdernon-dairywhippedcream

YU Xinqi,MENG Zong,YANG Zhaoqi,LIU Yuanfa

(Synergetic Innovation Center of Food Safety and Nutrition,State Key Laboratory of Food Science and Technology,School of Food Science and Technology,Jiangnan University,Wuxi 214122,Jiangsu,China)

TS225.6;TS202

A

1003-7969(2017)09-0100-06

2017-01-09；

2017-06-22

國家自然科學(xué)基金(31471678)；國家重點研發(fā)計劃(2016YFD0401404)

于昕琪(1992)，女，碩士研究生，研究方向為油脂加工(E-mail)yuxinqi1992@163.com。

劉元法，教授，博士生導(dǎo)師(E-mail)foodscilyf@163.com。