陶瀟杭 李文強(qiáng) 趙 越 呂桂善 歐 凱 李言郡

（杭州娃哈哈科技有限公司研發(fā)中心，浙江 杭州 310018）

配置型酸性含乳飲料由于其酸甜、清爽的口感受到廣大消費(fèi)者的喜愛，其原料主要包括奶粉、糖、穩(wěn)定劑、調(diào)酸劑等。含乳飲料在兼具牛奶的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的同時(shí)，還可以提高產(chǎn)品的嗜好性以及功能性，在我國(guó)有著非常巨大的發(fā)展?jié)摿?。面?duì)如此龐大的市場(chǎng)需要，如何保證產(chǎn)品質(zhì)量是贏得消費(fèi)者信賴的關(guān)鍵。在實(shí)際的生產(chǎn)中，我們常常會(huì)采用添加穩(wěn)定增稠劑的方法或者對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行均質(zhì)處理以此來(lái)改善產(chǎn)品的穩(wěn)定性。但一味地增加穩(wěn)定增稠劑會(huì)對(duì)產(chǎn)品口感、生產(chǎn)成本產(chǎn)生較大的影響，而單一地進(jìn)行均質(zhì)處理也無(wú)法完全解決產(chǎn)品穩(wěn)定性的問(wèn)題。因此，需要采用其他方式改善配置型酸性含乳飲料的穩(wěn)定性。

在配置型酸性含乳飲料的生產(chǎn)中，加酸工藝是決定產(chǎn)品穩(wěn)定性的關(guān)鍵?，F(xiàn)在生產(chǎn)上常用的加酸方法為直接倒酸或者噴淋加酸。但這2種方法都難以避免地會(huì)出現(xiàn)加酸過(guò)快或過(guò)慢的現(xiàn)象。加酸速率過(guò)快會(huì)導(dǎo)致原料中的不耐酸物質(zhì)變性、降解，加酸速率過(guò)慢則會(huì)使料液越過(guò)等電點(diǎn)的時(shí)間延長(zhǎng)，導(dǎo)致沉淀率上升。而在線加酸工藝可以使酸更好地?cái)U(kuò)散至料液中，也可以對(duì)產(chǎn)品的穩(wěn)定性進(jìn)行改善。此外，實(shí)現(xiàn)在線加酸有助于飲料生產(chǎn)企業(yè)開發(fā)自動(dòng)化、智能化的飲料生產(chǎn)線，降低由于人工直接倒酸時(shí)存在的操作誤差以及噴淋加酸時(shí)噴淋球設(shè)計(jì)不合理等因素，給產(chǎn)品品質(zhì)帶來(lái)不利影響的風(fēng)險(xiǎn)，是一種極具應(yīng)用前景的配料工藝。該文將在線加酸工藝應(yīng)用于配置型酸性含乳飲料的制備過(guò)程中，并研究了不同工藝對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

全脂奶粉、脫脂奶粉、乳清蛋白：新西蘭恒天然合作社集團(tuán)有限公司；白砂糖：南寧糖業(yè)股份有限公司；羧甲基纖維素鈉：浙江三和食品科技有限公司；純凈水：自制；檸檬酸、磷酸、檸檬酸鈉、三聚磷酸鈉均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

Mastersizer2000 粒度分析儀：瑞士萬(wàn)通公司；離心機(jī)：德國(guó)Eppendorf公司；黏度計(jì)：美國(guó)Brookfield公司；攪拌器：英國(guó)Silverson公司；微型磁力離心泵：：上海芮泉泵業(yè)；精密天平：Mettler-Toledo。

1.3 方法

1.3.1 調(diào)配型酸性含乳飲料制備工藝

1.3.1.1 主體流程

全脂奶粉+脫脂奶粉+乳清蛋白+白砂糖+羧甲基纖維素鈉+純凈水→原料混合→加酸→定容→預(yù)熱→均質(zhì)→灌裝→殺菌。

1.3.1.2 酸液配置

檸檬酸+磷酸+檸檬酸鈉+三聚磷酸鈉+純凈水→混合。

1.3.1.3 加酸方式

（1）直接倒酸：配置好的奶液保持?jǐn)嚢?，將混合好的酸液直接倒入攪拌中心，繼續(xù)攪拌5 min。

（2）噴淋加酸：配置好的奶液保持?jǐn)嚢锠顟B(tài)，將混合好的酸液經(jīng)自制的噴淋裝置加入至奶液，添加完畢后繼續(xù)攪拌5min。

（3）在線加酸：該加酸方式的示意圖如圖1所示。酸液經(jīng)特制的噴嘴進(jìn)入加酸管道，之后迅速與奶液一起進(jìn)入磁力離心泵，經(jīng)磁力離心泵葉輪混合后輸出。在該過(guò)程中，酸液和奶液的比例始終被控制在所需的比例。輸出后的料液攪拌2 min。

圖1 在線加酸示意圖

1.3.2 產(chǎn)品穩(wěn)定性的表征方法

1.3.2.1 粒度分布的測(cè)定

用Mastersize 2000 粒度分析儀對(duì)樣品的粒度分布進(jìn)行檢測(cè)。理想的穩(wěn)定體系的粒度分布呈高斯分布狀態(tài)，其粒度的平均值、中值及最頻值恰好處于同一位置。

1.3.2.2 離心沉淀率的測(cè)定

離心沉淀率（WHC）是最為直觀并且可以體現(xiàn)產(chǎn)品穩(wěn)定性的一個(gè)參數(shù)。其檢測(cè)方法為向離心管中準(zhǔn)確添加10 g待測(cè)樣品，放入離心機(jī)。以4 000 r/min速率離心10 min后取出離心管，靜置10 min后除去上清液，測(cè)得殘留沉淀質(zhì)量為m。每個(gè)樣品均進(jìn)行3次平行測(cè)定，對(duì)結(jié)果取平均值。離心沉淀率（WHC）計(jì)算公式如式（1）所示。

1.3.2.3 產(chǎn)品黏度的測(cè)定

產(chǎn)品黏度的高低會(huì)直接影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性。該文采用美國(guó)Brookfield公司的黏度計(jì)對(duì)產(chǎn)品黏度進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)溫度為25 ℃，采用的轉(zhuǎn)子為S18號(hào)轉(zhuǎn)子。

2 結(jié)果與討論

2.1 產(chǎn)品粒度分析

圖2為直接倒酸、噴淋加酸和在線加酸工藝下所得的產(chǎn)品粒度分布圖。表1為3種工藝下的粒度數(shù)據(jù)。其中D10、D50、D90分別為10 %通過(guò)率顆粒直徑、50 %通過(guò)率顆粒直徑、90 %通過(guò)率顆粒直徑。從圖2可以看出，在線加酸樣品以及噴霧加酸樣品粒度分布呈現(xiàn)為單峰，而直接倒酸樣品粒度分布則為雙峰。其中，在線加酸樣品粒度分布更為集中，且粒度更小。由表1可知，10%通過(guò)率的顆粒直徑數(shù)據(jù)中，直接倒酸樣品的數(shù)值最?。?0%通過(guò)率以及90%通過(guò)率數(shù)據(jù)中，在線加酸樣品的數(shù)值最小。

表1 不同加酸工藝所得產(chǎn)品粒度數(shù)據(jù)

圖2 不同加酸工藝所得產(chǎn)品粒度分布圖

這樣的粒度分布的表現(xiàn)形式是由于在加酸過(guò)程中，酸液在奶液中的擴(kuò)散以及混合共同影響的結(jié)果。

在直接倒酸工藝中，酸液集中進(jìn)入攪拌中心，該部分的酸液和奶液在極短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行混合，迅速得到一部分過(guò)酸但具有較小粒度分布的料液；而其余奶液的加酸過(guò)程則需要在剪切機(jī)的幫助下與這部分過(guò)酸的奶液進(jìn)行混合，其混合速率較慢，且會(huì)在部分區(qū)域得到pH值接近于4.6（等電點(diǎn)）的混合液，導(dǎo)致該部分的粒度變大。因此直接倒酸工藝下制備的樣品具有較小的D10值，但呈現(xiàn)為雙峰。

在噴淋加酸工藝中，酸液以霧狀與快速攪拌中的奶液進(jìn)行混合，其整體混合效果較好，奶液整體以較為均勻的速率與所加入的酸液混合，但由于噴淋加酸的速率有限，其pH值緩慢下降，導(dǎo)致料液在pH接近4.6階段停留過(guò)長(zhǎng)時(shí)間。因此噴淋加酸工藝下制備的樣品具有較為均勻但較大的粒度分布。

在線加酸工藝中，酸液經(jīng)特制的噴嘴進(jìn)入加酸管道，之后迅速與奶液一起進(jìn)入離心泵，經(jīng)離心泵槳葉混合后輸出。在該過(guò)程中，酸液和奶液的比例始終被控制在所需的比例。酸液在出噴嘴后初步擴(kuò)散，進(jìn)入離心泵經(jīng)攪拌后迅速混合完全。該過(guò)程更好地匹配了酸液在奶液中的擴(kuò)散速率及混合速率，使酸液在奶液中達(dá)到了又快又均勻的混合效果；同時(shí)控制兩者比例可以避免奶液在pH=4.6階段產(chǎn)生停留。因此，在線加酸工藝下制備的樣品的粒度分布呈現(xiàn)集中且較小的單峰。

2.2 產(chǎn)品離心沉淀率分析

表2為不同加酸工藝產(chǎn)品的黏度以及各階段離心沉淀結(jié)果。從表2中數(shù)據(jù)可知，在線加酸樣品的離心沉淀率最小，其次為直接倒酸樣品，噴淋加酸樣品的離心沉淀率最差。

表2 不同加酸工藝產(chǎn)品的黏度以及各階段離心沉淀率

該結(jié)果與粒度分布的結(jié)果較為吻合。配置型酸性含乳飲料體系為懸浮體系，顆粒的沉降與否可以根據(jù)斯托克斯定律進(jìn)行計(jì)算。

u0——沉降速度，m/s；

d——顆粒直徑，m；

ρs——顆粒密度，kg/m3；

ρ——流體密度，kg/m3；

g——重力加速度，m/s2；

μ——體系黏度，kg/m·s。

在離心沉淀測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，最終沉淀即飲料中的懸浮微粒。由式（1）可知，其沉降速度和顆粒直徑的平方以及顆粒流體密度差成正比，和體系黏度成反比。越穩(wěn)定的體系，其微粒的沉降速度越小。從表2中可以看出，不同工藝得到的產(chǎn)品黏度差異不大。因此，產(chǎn)品顆粒直徑越小，越有利于產(chǎn)品保持穩(wěn)定。根據(jù)2.1中的粒度分布結(jié)果可知，產(chǎn)品中大直徑顆粒所占比例由大到小依次為噴淋加酸、直接倒酸、在線加酸。其結(jié)果與粒度分布結(jié)果一致。由此可知，在線加酸工藝可以有效改進(jìn)產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

對(duì)飲料進(jìn)行高溫保溫試驗(yàn)可以幫助飲料生產(chǎn)企業(yè)在短時(shí)間內(nèi)對(duì)產(chǎn)品的長(zhǎng)期穩(wěn)定性有更直觀的了解。對(duì)所制得樣品進(jìn)行55 ℃保溫實(shí)驗(yàn)，保溫7天、15天后分別進(jìn)行離心沉淀檢測(cè)，所得結(jié)果見表2。根據(jù)表中結(jié)果可知，保溫后的在線加酸產(chǎn)品的離心沉淀率仍然在0.6 %以下，而其他2組產(chǎn)品在1.5 %以上，甚至高于2 %。由此可知，在線加酸工藝在55 ℃保溫狀況下同樣具有較好的穩(wěn)定性，可以推斷其產(chǎn)品具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

對(duì)所制得的樣品室溫存放6個(gè)月以后進(jìn)行離心沉淀測(cè)定，可以看到，在線加酸產(chǎn)品的穩(wěn)定性仍然優(yōu)于其他2組，該結(jié)果與55 ℃保溫實(shí)驗(yàn)的結(jié)果一致。

3 結(jié)論

在線加酸工藝所制備的配置型酸性含乳飲料粒度小且分布集中，最接近高斯分布。其產(chǎn)品的離心沉淀率比直接倒酸工藝及噴淋加酸工藝制備出的更低，且更耐高溫，在保質(zhì)期內(nèi)具有更加優(yōu)秀的產(chǎn)品穩(wěn)定性。由此可知，在線加酸工藝可以有效地改善配置型酸性含乳飲料的穩(wěn)定性，是一種具有潛力的飲料制備工藝，為飲料生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化提供新的可能性。