樓盛明

上海旺旺食品集團(tuán)有限公司研發(fā)中心（上海 201103）

咖啡位居世界三大飲品之首，也是世界上除石油外的第二大貿(mào)易商品。根據(jù)歐睿（Euromonitor）咨詢(xún)的調(diào)查，2014年中國(guó)即飲咖啡市場(chǎng)約3億 L、55億元。得益于中國(guó)持續(xù)的城市化、收入水平上升，以及對(duì)西方文化和生活方式的青睞，預(yù)計(jì)該市場(chǎng)在未來(lái)5年將以年均復(fù)合增長(zhǎng)率10%速度保持增長(zhǎng)。但咖啡乳飲料存在的易出現(xiàn)油水分離、乳脂上浮及蛋白沉淀現(xiàn)象等問(wèn)題，嚴(yán)重影響飲料外觀、組織和口感。如何改善咖啡乳穩(wěn)定性，提高其感官品質(zhì)一直備受?chē)?guó)內(nèi)外各企業(yè)關(guān)注。乳化劑是一類(lèi)具有極性的親水基和非極性的親油基的表面活性物質(zhì)，并且2部分分別處于分子兩端，形成不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，因此能分別吸附在油和水2種互相排斥的相面上，形成薄分子層，降低兩相界面張力，從而使原來(lái)互不相溶物質(zhì)得以均勻混合。在乳飲料中加入乳化劑后，乳化劑在油/水界面形成界面膜，使界面上帶有一定量的電荷或者降低油/水界面張力作用等不同方式使油/水的乳狀液穩(wěn)定，阻止油滴相互結(jié)合。此外，乳化劑能與蛋白質(zhì)顆粒及其他粒子相互作用，以絡(luò)合等方式聚集加成到保護(hù)的粒子上，使被保護(hù)粒子的電荷或其溶劑化膜增強(qiáng)或者兩者同時(shí)增強(qiáng)，這些作用都能一定程度地阻止顆粒互相結(jié)合變大，維持乳飲料的穩(wěn)定。試驗(yàn)通過(guò)對(duì)樣品粒徑、Turbiscan穩(wěn)定性分析，探討不同乳化劑對(duì)咖啡乳飲料理化性質(zhì)的影響，為綜合評(píng)價(jià)乳化劑對(duì)咖啡乳飲料的穩(wěn)定效果提供理論和生產(chǎn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

雀巢速溶咖啡粉；恒天然全脂奶粉；白砂糖；小蘇打。

分子蒸餾單甘酯（GSM，丹尼斯克，型號(hào)HPC）；蔗糖脂肪酸酯（SM，三菱化學(xué)，型號(hào)P-1570）；雙乙酰酒石酸甘油酯（DATEM，巴斯夫）；琥珀酸單甘油酯（SMG，凱愛(ài)瑞）。

1.2 主要儀器與設(shè)備

高速攪拌機(jī)；水浴鍋；NS2002H型高壓均質(zhì)機(jī)；S3500激光粒度分析儀；Turbiscan穩(wěn)定性分析儀。

1.3 方法

1.3.1 咖啡乳配方

1 000 g飲料中：速溶咖啡粉6 g、全脂奶粉30 g、白砂糖60 g、小蘇打0.3～0.5 g。

分子蒸餾單甘酯、蔗糖脂肪酸酯、雙乙酰酒石酸甘油酯、琥珀酸單甘油酯均以0.7，0.9和1.1 g/kg的添加量分別加入樣品。

1.3.2 工藝流程

白砂糖、乳化劑、小蘇打溶解→全脂奶粉溶解→加入咖啡粉→均質(zhì)→加熱殺菌→灌裝→冷卻→樣品

1.3.3 粒徑測(cè)定

使用激光粒徑分析儀測(cè)定樣品粒徑分布情況。根據(jù)Stocks定律可知顆粒粒徑的減小可降低其沉降速率，從而提高產(chǎn)品穩(wěn)定性。

式中：V0為沉降速率，m/s；D為顆粒粒徑，m；ρs為流體密度，kg/m3；ρ為顆粒密度kg/m3；η為黏度，Pa·s。

1.3.4 Turbiscan穩(wěn)定性分析

采用Turbiscan穩(wěn)定性分析儀測(cè)定樣品穩(wěn)定性。將被測(cè)樣品裝入樣品池中，采用近紅外光作為光源，光源與透射光檢測(cè)器和背散射光檢測(cè)器組成測(cè)量探頭，測(cè)量探頭從樣品池的底部到樣品池的頂部進(jìn)行掃描。采用多次掃描模式，掃描溫度30℃，總掃描時(shí)間10 h，每次掃描間隔時(shí)間50 min。根據(jù)多重光散射原理，體系分散相體積分?jǐn)?shù)和粒子平均直徑發(fā)生變化時(shí)，背散射光強(qiáng)度和透射光強(qiáng)度也會(huì)隨之發(fā)生相應(yīng)變化，不穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)指數(shù)（TSI）來(lái)量化衡量不穩(wěn)定性，TSI值越大，說(shuō)明該體系變化越大，穩(wěn)定性越差，相反TSI值越小，體系穩(wěn)定性越好。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同乳化劑對(duì)咖啡乳粒徑的影響

2.1.1 平均粒徑的比較

由圖1可以看出，試驗(yàn)范圍內(nèi)，咖啡乳平均粒徑受雙乙酰酒石酸甘油酯、琥珀酸單甘油酯添加量的影響不大，兩者均在0.7 g/kg表現(xiàn)最好；而受蔗糖脂肪酸酯、分子蒸餾單甘酯添加量的影響較明顯，蔗糖脂肪酸酯、分子蒸餾單甘酯添加量越多，咖啡乳平均粒徑越小。

相同添加量時(shí)，蔗糖脂肪酸酯對(duì)改善咖啡乳粒徑效果最好，其次為分子蒸餾單甘酯，而雙乙酰酒石酸甘油酯效果相對(duì)較差。

圖1 不同樣品平均粒徑比較

2.1.2 粒徑整體分布的比較

分別選取4種乳化劑中最優(yōu)添加量比較其粒徑分布圖譜，從圖2可知，蔗糖脂肪酸酯、分子蒸餾單甘酯對(duì)咖啡乳整體粒徑的影響類(lèi)似，且效果最優(yōu)，而雙乙酰酒石酸甘油酯效果最不理想，比較結(jié)果與平均粒徑相一致。

2.2 不同乳化劑對(duì)咖啡乳T(mén)urbiscan穩(wěn)定性分析的影響

比較各咖啡乳樣品的不穩(wěn)定動(dòng)力學(xué)指數(shù)（TSI），由圖3中得到，4種乳化劑中，蔗糖脂肪酸酯、分子蒸餾單甘酯對(duì)咖啡乳樣品的整體穩(wěn)定效果較好，且其添加量對(duì)樣品穩(wěn)定性影響相對(duì)較??；而雙乙酰酒石酸甘油酯和琥珀酸單甘油酯對(duì)咖啡乳樣品的整體穩(wěn)定效果受其添加量的影響較大，需尋求最佳添加量。蔗糖脂肪酸酯、分子蒸餾單甘脂在1.1 g/kg、雙乙酰酒石酸甘油酯0.9 g/kg、琥珀酸單甘油酯0.7 g/kg時(shí)最咖啡乳的整體穩(wěn)定效果較好。

從圖4～圖6可以看出，乳化劑蔗糖脂肪酸酯、分子蒸餾單甘酯1.1 g/kg，雙乙酰酒石酸甘油酯、琥珀酸單甘油酯0.7 g/kg時(shí)均能較好改善樣品底部穩(wěn)定性；對(duì)于樣品中部穩(wěn)定性，琥珀酸單甘油酯的作用相對(duì)較差；對(duì)于樣品頂部穩(wěn)定性，雙乙酰酒石酸甘油酯的作用相對(duì)較小。

圖2 不同樣品粒徑分布圖譜比較

圖3 不同樣品整體TSI值比較

圖4 不同樣品底部TSI值比較

圖5 不同樣品中部TSI值比較

圖6 不同樣品頂部TSI值比較

3 結(jié)論與討論

就咖啡乳飲料存在的穩(wěn)定性問(wèn)題，選擇適宜的乳化劑至關(guān)重要。綜合樣品粒徑分析和Turbiscan穩(wěn)定性分析結(jié)果，各單體乳化劑的添加量分別為蔗糖酯肪酸酯和分子蒸餾單甘酯1.1 g/kg、雙乙酰酒石酸甘油酯和單雙琥珀酸單甘油酯0.7 g/kg時(shí)對(duì)咖啡乳飲料的穩(wěn)定體系效果相對(duì)較好，4種單體中蔗糖脂肪酸酯的穩(wěn)定效果最優(yōu)。

比較4種單體，分子蒸餾單甘酯和蔗糖脂肪酸酯屬于多元醇系非離子型乳化劑，雙乙酰酒石酸甘油酯和琥珀酸單甘油酯屬于陰離子型乳化劑，四者均具有親水親油結(jié)構(gòu)；但蔗糖脂肪酸酯具有相對(duì)更高的分子量和HLB值、更多的親水基和結(jié)合更多親油基團(tuán)能力，從而表現(xiàn)出更優(yōu)乳化效果。