余志堅(jiān)，張 敏，姚夢(mèng)柯，趙 娟，陳 超，曹永強(qiáng)，楊貞耐,，*

(1.北京工商大學(xué) 北京食品營養(yǎng)與人類健康高精尖創(chuàng)新中心/北京市食品添加劑工程技術(shù)研究中心，北京 100048；2.贛州市畜牧研究所，江西 贛州 341000；3.東君乳業(yè)(禹城)有限公司，山東 德州 253000)

褐色乳酸菌飲料是指以脫脂乳粉和葡萄糖為原料，經(jīng)高溫長(zhǎng)時(shí)間美拉德反應(yīng)褐變，冷卻后接種乳酸菌，再發(fā)酵得到發(fā)酵乳，并以此為基料，加入水、甜味劑、酸味劑、穩(wěn)定劑、香精調(diào)配而成的發(fā)酵型乳酸菌飲料[1]。在高溫褐變階段，美拉德反應(yīng)賦予產(chǎn)品良好的風(fēng)味和口感；在長(zhǎng)時(shí)間發(fā)酵階段，乳糖降解為乳酸，蛋白質(zhì)降解為小肽段和氨基酸，有利于人體吸收。目前，褐色乳酸菌飲料根據(jù)其生產(chǎn)過程中發(fā)酵處理后是否經(jīng)過殺菌可分為活菌型和殺菌型?；罹彤a(chǎn)品需冷鏈運(yùn)輸保藏；而殺菌型產(chǎn)品中不存在活菌，可常溫保存6個(gè)月以上，但是產(chǎn)品易出現(xiàn)分層、沉淀等不穩(wěn)定現(xiàn)象[2]。脫脂乳粉是以新鮮牛乳為原料,離心脫脂后經(jīng)殺菌、蒸發(fā)濃縮，噴霧干燥制成，其中蛋白質(zhì)不低于非脂乳固體的34%，脂肪不高于2.0%[3]。脫脂乳粉根據(jù)其生產(chǎn)過程中脫脂乳熱處理殺菌溫度不同，通?？煞譃楦邷?80 ℃，30 min或120 ℃，1 min )、中溫(75 ℃，1～3 min)和低溫脫脂乳粉(75 ℃，15 s)。由于脫脂乳粉不同熱處理生產(chǎn)時(shí)受熱程度不同，乳酸菌飲料產(chǎn)品穩(wěn)定性也不同。合適的熱處理脫脂乳粉作為褐色乳酸菌飲料的原料，對(duì)產(chǎn)品穩(wěn)定性具有重要影響。

本研究擬通過比較不同熱處理(高溫、中溫、低溫)脫脂乳粉的理化性質(zhì)，包括溶解性、乳化性和乳化穩(wěn)定性、起泡性和起泡穩(wěn)定性、乳清蛋白氮指數(shù)及粒徑的差異；并以鮮制脫脂乳作為對(duì)照，進(jìn)一步比較以不同熱處理脫脂乳粉為原料的殺菌型褐色乳酸菌飲料在生產(chǎn)過程中的粒徑、電位、離心沉淀率及Lumisizer穩(wěn)定性等。本研究通過確定生產(chǎn)褐色乳酸菌飲料的最佳熱處理脫脂乳粉及影響飲料穩(wěn)定性的關(guān)鍵工藝，以期為改進(jìn)褐色乳酸菌飲料加工工藝并提高其儲(chǔ)藏穩(wěn)定性提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鮮牛乳，北京半截河奶牛場(chǎng)；低溫脫脂乳粉，內(nèi)蒙古蘭多河乳品有限公司；中溫脫脂乳粉，新西蘭恒天然乳品有限公司；高溫脫脂乳粉，北京萬寶乳業(yè)有限公司；色拉油，金龍魚食品有限公司；葡萄糖，山東西王糖業(yè)有限公司；白砂糖，太古糖業(yè)(中國)有限公司；干酪乳桿菌N115，北京工商大學(xué)乳品實(shí)驗(yàn)室保藏菌種；果膠，河南萬邦實(shí)業(yè)有限公司；硫酸銅、硫酸鉀、鹽酸、硼酸、氫氧化鈉、甲基紅、亞甲基藍(lán)、無水乙醇、異戊醇(均為分析純)，上海麥克林生化科技有限公司；酚酞、鄰苯二甲酸氫鉀、十二烷基硫酸鈉、氯化鈉(均為分析純)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%濃硫酸，上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

CP124S型分析天平，德國Startorius公司；CR21GⅢ型臺(tái)式離心機(jī)、U-3900型紫外可見分光光度計(jì)，日本Hitachi公司；Kjeltec8100型全自動(dòng)凱氏定氮儀，福斯分析儀器有限公司；R30型攪拌器，上海弗魯克流體機(jī)械有限公司；HZQ-Q型振蕩器，東聯(lián)電子技術(shù)有限公司；HSW12型恒溫水浴鍋、THZ-D型電熱恒溫培養(yǎng)箱、DHG-9055A型鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；D-3L型高壓均質(zhì)機(jī)，美國phd-tech公司；Nano 900型粒徑電位儀，馬爾文儀器有限公司；MLS-3750型高壓蒸汽滅菌器，日本三洋公司；Lumisizer穩(wěn)定性分析儀，德國LUM公司；BCN-1360B型超凈工作臺(tái)，北京東聯(lián)哈爾儀器制造公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1樣品液的制備

不同脫脂乳粉按每100 mL去離子水中溶解12 g脫脂乳粉還原；新鮮牛乳在室溫(25 ℃)下8 000 r/min脫脂，過濾后備用，4 ℃冷藏備用，使用前室溫下平衡1 h。

1.3.2脫脂乳主要成分及乳酸度測(cè)定

參照GB 5009.3—2016，使用直接干燥法測(cè)定水分含量。參照GB 5009.5—2016，使用凱氏定氮法測(cè)定蛋白質(zhì)含量。參照GB 5009.6—2016，使用蓋勃法測(cè)定脂肪含量。參照GB 5009.239—2016，使用酚酞指示劑法測(cè)定復(fù)原乳乳酸度。

1.3.3脫脂乳乳化性及乳化穩(wěn)定性的測(cè)定

取樣品液30 mL，緩慢加入色拉油10 mL，邊加邊攪拌，使其充分混合，12 000 r/min剪切1 min，充分乳化后得到乳狀液，吸取底部50 μL乳狀液，迅速和5 mL質(zhì)量濃度為0.1 g/mL的SDS混合均勻，于500 nm處測(cè)其吸光度，10 min后再測(cè)其吸光度。乳化性和乳化穩(wěn)定性計(jì)算見式(1)、式(2)。

(1)

(2)

式(1)、式(2)中，EAI，乳化活力指數(shù)，指每克蛋白的乳化面積，m2/g；A500 nm，樣品在500 nm下的吸光度；ρ，樣品蛋白質(zhì)量濃度，g/mL；L，比色杯直徑，cm；N，稀釋倍數(shù)；φ，油相所占體積分?jǐn)?shù)，%；ES，乳化穩(wěn)定性，%；A0，0 min吸光度；A10，10 min時(shí)吸光度。

1.3.4脫脂乳起泡性及起泡穩(wěn)定性的測(cè)定

取100 mL樣品液，10 000 r/min剪切1 min后，倒入250 mL的量筒中，泡沫體積即為起泡性(mL)，30 min后，殘留泡沫體積為起泡穩(wěn)定性(mL)。

1.3.5脫脂乳粉乳清蛋白氮指數(shù)的測(cè)定

稱取10 g脂肪乳粉復(fù)原于100 mL去離子水中。加入8.0 g NaCl沉淀酪蛋白及變性乳清蛋白，加塞后35～40 ℃水浴30 min，前15 min不停搖動(dòng)，使蛋白質(zhì)充分析出，靜置15 min，趁熱過濾后，凱氏定氮法測(cè)定濾液中的未變性的乳清蛋白質(zhì)氮含量(mg/g)，即WPN值。對(duì)WPN值進(jìn)行修正得到乳清蛋白氮指數(shù)(WPNI)，計(jì)算見式(3)。

(3)

式(3)中，WPNI，乳清蛋白氮指數(shù)；w，樣品的水分含量，%；WPN，凱氏定氮測(cè)定的樣品未變性乳清蛋白氮含量。

1.3.6脫脂乳粉的粒徑測(cè)定

用Nano 900型激光粒徑分析儀測(cè)定脫脂乳粉粒徑。測(cè)試參數(shù)：水的折光指數(shù)為1.33，蛋白質(zhì)的折光指數(shù)為1.529，吸光度為0，測(cè)試溫度為25 ℃恒溫。樣品用超純水稀釋100倍后，過膜使用。

1.3.7殺菌型褐色乳酸菌飲料生產(chǎn)工藝

殺菌型褐色乳酸菌飲料的生產(chǎn)工藝參考王光強(qiáng)等[4]的方法并有所改進(jìn)(見圖1)。葡萄糖90 ℃熱水溶解，冷卻至35 ℃?zhèn)溆?；脫脂乳?5 ℃水溶解，剪切乳化15 min，并與葡萄糖水混合后定容，靜置水合30 min。以鮮乳制備的脫脂乳為原料時(shí)，將牛乳8 000 r/min，20 min離心2次，過濾除去脂肪后，與葡萄糖水混合后定容靜置水合。將混合物進(jìn)行均質(zhì)處理(65 ℃，15 MPa)，然后殺菌(65 ℃，30 min)。95 ℃高溫褐變至標(biāo)準(zhǔn)顏色，充分冷卻至39 ℃，接種干酪乳桿菌N1115(109CFU/mL)，混合均勻后，于37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)72 h后剪切破乳，20 MPa冷均質(zhì)后備用。添加葡萄糖、白砂糖、果膠等輔料，與發(fā)酵液混合，剪切后調(diào)酸定容。將料液熱均質(zhì)(65 ℃，25 MPa)，然后灌裝。將灌裝后的飲料85 ℃殺菌30 min，冷卻后進(jìn)庫保藏。

圖1 褐色乳酸菌飲料生產(chǎn)工藝Fig.1 Production process of brown Lactobacillus beverage

1.3.8殺菌型褐色乳酸菌飲料穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

斯托克斯定律[式(4)]描述了顆粒的沉降速度與顆粒和流體的半徑及黏度的關(guān)系。

(4)

式(4)中，v，顆粒沉降速度，m/s；r，顆粒半徑，m；ρs，顆粒密度，kg/m3；ρf，流體密度，kg/m3；g，重力加速度，取9.81 m/s2；η，流體黏度，Pa·s。

根據(jù)斯托克斯定律，影響顆粒沉降速度的因素是顆粒粒徑、顆粒與流體的密度差、流體黏度。褐色乳酸菌飲料中顆粒的沉降接近于球形顆粒在層流區(qū)域的自由沉降過程，因此可以依據(jù)斯托克斯定律判定飲料的沉降過程，來評(píng)判飲料的穩(wěn)定性。

1) 粒徑測(cè)定：采用Nano 900型粒徑電位分析儀測(cè)定粒徑的分布情況。動(dòng)態(tài)光散射原理表明，粒子顆粒越小，布朗運(yùn)動(dòng)越快，光強(qiáng)變化越快。測(cè)試的參數(shù)為水的折光指數(shù)1.33，蛋白質(zhì)的折光指數(shù)1.529，吸光度0，測(cè)試溫度25 ℃恒溫。樣品用超純水稀釋100倍后，過膜使用。

2) zeta電位測(cè)定：用Nano 900型激光粒徑分析儀測(cè)定飲料體系中zeta電位。在外加電場(chǎng)時(shí)，帶電粒子向著電荷相反的方向運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度與zeta電位直接相關(guān)。測(cè)試的參數(shù)為水的折光指數(shù)1.33，蛋白質(zhì)的折光指數(shù)1.529，吸光度0，測(cè)試溫度25 ℃恒溫。樣品用超純水稀釋100倍后，過膜使用。

3) 離心沉淀率測(cè)定：在離心管中加入10 mL左右的乳飲料，進(jìn)行離心，離心條件為4 000 r/min，10 min，4 ℃，取出后棄去上層溶液，倒置靜置10 min后，準(zhǔn)確稱取沉淀質(zhì)量(g)。離心沉淀率(%)的計(jì)算見式(5)。

離心沉淀率=[m(離心后)-m(離心管)]/
[m(離心前)-m(離心管)]×100% 。

(5)

4) Lumisizer穩(wěn)定性測(cè)定：將平衡后的樣品加入Lumisizer專用樣品池中，進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)條件為曲線個(gè)數(shù)255，4 000 r/min，時(shí)間間隔為30 s。檢測(cè)完畢使用Lumisizer專用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3次，結(jié)果表示為3次平行實(shí)驗(yàn)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。采用Microsoft Excel 2016、Origin 2018等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并繪圖，IMB SPSS Statistics 25.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同熱處理脫脂乳粉的理化性質(zhì)比較

2.1.1脫脂乳粉復(fù)原乳的主要成分及乳酸度分析

表1比較了不同熱處理脫脂乳粉復(fù)原乳以及鮮制脫脂乳的水分、蛋白質(zhì)、脂肪含量及乳酸度的測(cè)定結(jié)果。除鮮制脫脂乳的脂肪含量高于復(fù)原乳外，各樣品的其他指標(biāo)差異不顯著，且均符合國家標(biāo)準(zhǔn)。蛋白質(zhì)中含氮量約為總蛋白質(zhì)含量的16%，測(cè)定出含氮量后換算得到蛋白質(zhì)的含量，蛋白質(zhì)熱變性是對(duì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的破壞，并不改變其一級(jí)結(jié)構(gòu)和含氮量，因此熱處理并未對(duì)蛋白質(zhì)含量造成顯著影響。不同預(yù)熱溫度處理對(duì)脫脂乳粉產(chǎn)品的主要成分含量和乳酸度均無顯著影響。

表1 不同熱處理脫脂乳粉復(fù)原乳及鮮制脫脂乳的主要成分及乳酸度Tab.1 Main components and acidity of reconstituted milk prepared from skim milk powder with different heat treatments and freshly skim milk

2.1.2脫脂乳粉的溶解度分析

溶解度是指乳粉在水中溶解并形成均一溶液的能力。圖2顯示低溫、中溫、高溫脫脂乳粉的溶解度分別為99.4、99.3、99.1 g/100 g，溶解度均較好且差異不顯著(P>0.05)。

2.1.3脫脂乳粉復(fù)原乳的乳化性及乳化穩(wěn)定性分析

*表示數(shù)據(jù)間差異不顯著(P>0.05)。圖2 不同熱處理脫脂乳粉的溶解度Fig.2 Solubility of reconstituted milk prepared from skim milk powder with different heat treatments

蛋白質(zhì)作為一種兩親物質(zhì)，可以降低界面張力，將油相和水相結(jié)合形成乳狀液。蛋白質(zhì)吸附在乳化微粒表面形成乳化吸附層，使微粒帶上電荷，形成電荷排斥作用[5]；另一方面，微粒之間互相接近時(shí)，乳化劑吸附層之間產(chǎn)生排斥力，防止油滴碰撞凝聚，維持乳化體系穩(wěn)定[6]。蛋白質(zhì)的乳化性與乳化穩(wěn)定性隨著熱處理強(qiáng)度的增大而顯著降低(P<0.05)，這可能與乳蛋白質(zhì)受熱變性有關(guān)，見圖3。受熱時(shí)天然蛋白高級(jí)結(jié)構(gòu)解體，蛋白質(zhì)開始凝聚，減少可以乳化和穩(wěn)定乳化液的天然蛋白含量，降低了乳化吸附層蛋白質(zhì)膜的黏度和硬度[7]；同時(shí)暴露出更多的內(nèi)部疏水基團(tuán)，蛋白質(zhì)的親水親油平衡破壞，從而降低蛋白質(zhì)的乳化性及乳化穩(wěn)定性[8]。

2.1.4脫脂乳粉復(fù)原乳的起泡性及起泡穩(wěn)定性分析

*與**表示數(shù)據(jù)間差異顯著(P<0.05)；*、#表示數(shù)據(jù)間差異不顯著(P>0.05)。圖3 不同熱處理脫脂乳粉復(fù)原乳及鮮制脫脂乳的乳化性及乳化穩(wěn)定性Fig.3 Emulsification and emulsibility of reconstituted milk prepared from skim milk powder with different heat treatments and freshly skim milk

蛋白質(zhì)能夠在氣- 液界面形成堅(jiān)韌的薄膜使大量氣體進(jìn)入，并維持所形成氣泡不破裂。隨著原料受熱程度的增大，起泡性與起泡穩(wěn)定性均顯著降低(P<0.05)，見圖4。影響蛋白質(zhì)起泡的因素有蛋白質(zhì)分子擴(kuò)散速率、界面張力大小和疏水基團(tuán)的分布[9]。泡沫蛋白膜的機(jī)械強(qiáng)度取決于分布在界面上的蛋白質(zhì)之間的各種作用力，包括經(jīng)典相互作用、氫鍵、疏水相互作用以及分子間二硫鍵的聚合作用，當(dāng)各種力達(dá)到平衡時(shí)，界面的蛋白膜會(huì)穩(wěn)定而富有彈性[10]。受熱時(shí)蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)解體內(nèi)部疏水基團(tuán)暴露[11]，增加了蛋白質(zhì)的疏水性使其發(fā)生聚集，降低蛋白質(zhì)分子擴(kuò)散成膜速率；同時(shí)二硫鍵發(fā)生不可逆變化，形成了包含高比例的所有乳清蛋白、κ-酪蛋白(к-CN)和一部分αs2-酪蛋白(αs2-CN)的二硫鍵結(jié)合聚集體[12]，導(dǎo)致蛋白膜表面作用力平衡被破壞，樣品起泡性和起泡穩(wěn)定性下降。Dissanayake等[13]將乳清蛋白噴霧干燥后，探究其溶解度、熱穩(wěn)定性、乳化和起泡性能，結(jié)果表明熱處理使乳清蛋白熱凝固時(shí)間延長(zhǎng)，起泡性降低，這與本研究結(jié)果一致。

2.1.5脫脂乳粉的蛋白質(zhì)變性程度分析

*、**、***表示數(shù)據(jù)間差異顯著(P<0.05)；#、##、###表示數(shù)據(jù)間差異顯著(P<0.05)。圖4 不同熱處理脫脂乳粉復(fù)原乳及鮮制脫脂乳的起泡性及起泡穩(wěn)定性Fig.4 Foaming property and foamability of reconstituted milk prepared from skim milk powder with different heat treatments and freshly skim milk

原料乳中的乳清蛋白熱敏性高，而酪蛋白對(duì)熱較穩(wěn)定，通過除去酪蛋白和部分變性乳清蛋白，剩余的蛋白含量可以用來表示原料乳的受熱變性情況。WPNI是指每克脫脂乳粉中未變性乳清蛋白氮的毫克數(shù)。WPNI值越高，蛋白變性程度越低[14]，見圖5。

*、**、***表示數(shù)據(jù)間差異顯著(P<0.05)。圖5 不同熱處理脫脂乳粉的乳清蛋白氮指數(shù)Fig.5 WPNI values of skim milk powder samples with different heat treatments

從圖5可以看出，原料受熱程度增加,乳清蛋白的變性程度顯著增加(P<0.05)。熱處理乳粉中未變性的乳清蛋白主要是α-La、β-Lg和BSA。熱處理會(huì)破壞乳清蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)，使蛋白質(zhì)分子伸展變性[15]。在低于100 ℃的條件下加熱脫脂乳，若加熱時(shí)間過長(zhǎng)，同樣可破壞大部分的乳清蛋白，造成乳清蛋白損失，一定程度上降低牛乳風(fēng)味[16]。

進(jìn)一步測(cè)定不同脫脂乳粉復(fù)原乳樣品的粒徑，見圖6。由圖6可知，中、高溫脫脂乳粉復(fù)原乳的粒徑顯著大于鮮制脫脂乳和低溫脫脂乳粉復(fù)原乳的粒徑(P<0.05)。酪蛋白是由β-CN、αs1-CN、αs2-CN、κ-CN 4種單體組裝的復(fù)合物[17]。熱處理使蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)受到破壞，β-CN、αs1-CN、αs2-CN從膠束上解離，膠束表面的κ-CN與β-Lg 以巰基-二硫鍵的方式進(jìn)行交換，進(jìn)而附著于膠束表面，聚合成絡(luò)合物，疏水作用增強(qiáng)會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)κ-CN與β-Lg的結(jié)合，粒徑會(huì)逐步增大[18]。同時(shí)蛋白質(zhì)電荷發(fā)生變化，蛋白質(zhì)趨于聚集，也導(dǎo)致大分子物質(zhì)的形成[19]。Corredig等[20]發(fā)現(xiàn)，隨著溫度不斷升高，酪蛋白顆粒表面粘附的小顆粒逐漸增多，顆粒直徑逐漸增大，這與本研究結(jié)果相似。

2.2 不同熱處理脫脂乳粉對(duì)殺菌型褐色乳酸菌飲料穩(wěn)定性的影響

2.2.1飲料生產(chǎn)過程中的粒徑變化

*與**表示數(shù)據(jù)間差異顯著(P<0.05)；*表示數(shù)據(jù)間差異不顯著(P>0.05)。圖6 不同熱處理脫脂乳粉復(fù)原乳及鮮制脫脂乳的粒徑Fig.6 Particle sizes of reconstituted milk prepared from skim milk powder with different heat treatments and freshly skim milk

依據(jù)斯托克斯定律，顆粒半徑越大，顆粒的沉降速度就越快，體系越容易出現(xiàn)水析分層的沉淀，樣品穩(wěn)定性越差[21]。各組樣品在飲料生產(chǎn)過程中粒徑變化趨勢(shì)一致，即在95 ℃高溫褐變及發(fā)酵后體系微粒粒徑顯著增大，均質(zhì)處理使粒徑大幅下降，見圖7。美拉德反應(yīng)可能給體系帶來更加復(fù)雜的化學(xué)組成，除了蛋白糖基化反應(yīng)，還有其他非蛋白的聚合反應(yīng)使蛋白質(zhì)顆粒體積變大，產(chǎn)品穩(wěn)定性下降[22-23]。使用中溫脫脂乳粉為原料的產(chǎn)品粒徑最小，可能是由于中溫乳粉蛋白質(zhì)變性程度適中，高級(jí)結(jié)構(gòu)適當(dāng)展開，鏈節(jié)變得更加柔軟，暴露出適量的疏水基團(tuán)，改善蛋白質(zhì)的雙親性，使蛋白質(zhì)分子有序排列，更易吸附于界面上。因此，物料的受熱程度、加工過程的均質(zhì)處理和配料定容是影響飲料穩(wěn)定性的重要因素。

圖7 不同熱處理脫脂乳粉對(duì)飲料生產(chǎn)過程中粒徑的影響Fig.7 Effects of skim milk powder with different heat treatments on particle size during process of beverage production

2.2.2飲料生產(chǎn)過程中的zeta電位變化

zeta電位絕對(duì)值反映膠體粒子表面帶電荷情況，zeta電位的絕對(duì)值越高，顆粒間電荷排斥作用增強(qiáng)，體系穩(wěn)定性越好。在飲料的生產(chǎn)過程中，中溫乳粉為原料的產(chǎn)品電位絕對(duì)值最大，見圖8。表明適當(dāng)?shù)臒崽幚硎谷榍宓鞍鬃冃裕鞍踪|(zhì)基團(tuán)暴露，體系內(nèi)電荷增多，有利于體系的穩(wěn)定；但熱處理程度進(jìn)一步加大時(shí)，蛋白質(zhì)變性嚴(yán)重，體系失穩(wěn)[24]。高溫褐變后體系電位絕對(duì)值明顯下降，加入果膠配料后體系電位絕對(duì)值顯著增加，表明高溫褐變及加入果膠配料是影響飲料穩(wěn)定性的重要工藝。酸性條件下，果膠上的—COOH負(fù)電荷和酪蛋白上的—NH2負(fù)電荷之間具有穩(wěn)定的靜電相互作用[25]，使酪蛋白微粒被帶負(fù)電荷的果膠分子包圍而帶上大量負(fù)電荷[26]。

圖8 不同熱處理脫脂乳粉對(duì)飲料生產(chǎn)過程中zeta電位的影響Fig.8 Effect of skimmed milk powder with different heat treatments on zeta potential during process of beverage production

2.2.3飲料生產(chǎn)過程中的離心沉淀率變化

酸性乳飲料中，蛋白質(zhì)會(huì)出現(xiàn)不同程度的聚集或沉降作用，致使體系失穩(wěn)而形成沉淀。通過測(cè)定離心沉淀率可以表征樣品中的粒子分布情況，進(jìn)而反映樣品的穩(wěn)定性[27]。飲料生產(chǎn)過程中的離心沉淀率變化見圖9。由圖9可知，高溫褐變顯著提高了離心沉淀率；發(fā)酵液經(jīng)均質(zhì)后，體系中游離的H+與酪蛋白表面負(fù)電荷發(fā)生中和，減弱了蛋白質(zhì)膠體之間的靜電排斥作用，蛋白質(zhì)開始聚集而沉淀[28]。因此，發(fā)酵均質(zhì)后離心沉淀率仍然較高。配料后，由于水的稀釋作用及加入果膠產(chǎn)生的保護(hù)層，離心沉淀率顯著下降。中溫脫脂乳粉為原料的產(chǎn)品離心沉淀率低于其他3組，表明以中溫脫脂乳粉生產(chǎn)的飲料穩(wěn)定性最佳；而使用鮮制脫脂乳的產(chǎn)品的穩(wěn)定性最差。

圖9 不同熱處理脫脂乳粉對(duì)飲料生產(chǎn)過程中離心沉淀率的影響Fig.9 Effect of skimmed milk powder with different heat treatments on centrifugal precipitation rate during process of beverage production

2.2.4飲料生產(chǎn)過程中的Lumisizer穩(wěn)定性變化

采用Lumisizer穩(wěn)定性分析方法可以通過對(duì)樣品中相界面的追蹤，計(jì)算出樣品體系中粒子的移動(dòng)速度，測(cè)得每個(gè)樣品不穩(wěn)定指數(shù)，以此來比較所測(cè)樣品體系穩(wěn)定性的差異，不穩(wěn)定指數(shù)越大說明體系越不穩(wěn)定，見圖10。由圖10可知，在高溫褐變處理后，物料的不穩(wěn)定指數(shù)大幅度上升，發(fā)酵均質(zhì)及配料定容后明顯下降；以中溫脫脂乳粉為原料的產(chǎn)品體系不穩(wěn)定指數(shù)值在整個(gè)生產(chǎn)過程中處于最低水平，穩(wěn)定性最佳。高溫長(zhǎng)時(shí)間熱處理使蛋白質(zhì)變性，發(fā)生聚集和交聯(lián)，使蛋白質(zhì)顆粒體積變大，產(chǎn)品穩(wěn)定性下降；同時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間熱處理脫脂乳粉會(huì)加重美拉德反應(yīng)[29]，而過度美拉德反應(yīng)會(huì)促進(jìn)非蛋白聚合反應(yīng)，從而導(dǎo)致沉淀的發(fā)生而降低體系穩(wěn)定性。各樣品穩(wěn)定性由大到小依次為中溫乳粉、高溫乳粉、低溫乳粉、鮮制脫脂乳，與基于粒徑、zeta電位和離心沉淀率的體系穩(wěn)定性結(jié)果一致。

圖10 不同熱處理脫脂乳粉對(duì)飲料生產(chǎn)過程中不穩(wěn)定指數(shù)的影響Fig.10 Effect of skim milk powder with different heat treatments on instability index during process of beverage production

3 結(jié) 論

對(duì)不同熱處理(低溫、中溫、高溫)脫脂乳粉的理化性質(zhì)研究表明：各乳粉樣品的水分、蛋白質(zhì)和脂肪含量，以及乳酸度無顯著差異；隨著脫脂乳粉受熱程度的增大，其乳化性及乳化穩(wěn)定性、起泡性及起泡穩(wěn)定性顯著降低(P<0.05)，而其溶解性均超過99%，差異不顯著；且隨著受熱程度的增大，乳清蛋白氮指數(shù)隨原料受熱程度增加而減小，樣品粒徑從160 nm增大到426 nm。在飲料生產(chǎn)過程中，高溫褐變使產(chǎn)品穩(wěn)定性下降，均質(zhì)處理及配料定容使體系更穩(wěn)定。因此，高溫褐變、均質(zhì)處理和配料環(huán)節(jié)是影響褐色乳酸菌飲料穩(wěn)定性的關(guān)鍵工藝。以不同熱處理脫脂乳為原料的產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中的穩(wěn)定性由大到小依次為中溫乳粉、高溫乳粉、低溫乳粉、鮮制脫脂乳。因此，選擇中溫脫脂乳粉作為褐色乳酸菌飲料生產(chǎn)原料。本研究以期為褐色乳酸菌飲料生產(chǎn)中選擇適宜熱處理的脫脂乳粉，優(yōu)化配料及相關(guān)工藝參數(shù)，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性提供一定的理論支撐。