海藻酸丙二醇酯和果胶在饮用型桑椹酸奶中的应用.pdf

薛玉清，许丹虹，冯玉红，等.海藻酸丙二醇酯和果胶在饮用型桑椹酸奶中的应用 J.食品工业科技，2023，44（20）：273280.doi:10.13386/j.issn1002-0306.2023010129XUEYuqing,XUDanhong,FENGYuhong,etal.StudyontheApplicationofPropyleneGlycolAlginateandPectininDrinkingMulberryYoghurtJ.ScienceandTechnologyofFoodIndustry,2023,44(20):273280.(inChinesewithEnglishabstract).doi:10.13386/j.issn1002-0306.2023010129 食品添加剂 海藻酸丙二醇酯和果胶在饮用型桑椹海藻酸丙二醇酯和果胶在饮用型桑椹酸奶中的应用酸奶中的应用薛玉清1，许丹虹1，冯玉红1，李文强1，姜胡兵1，胡君荣1，张妍1，杨忻怡1，吴伟都1，李言郡1,2，成官哲1,*（1.杭州娃哈哈集团有限公司，浙江杭州310018；2.浙江省食品生物工程重点实验室，浙江杭州310018）摘要：该文研究了海藻酸丙二醇酯（PropyleneGlycolAlginate，PGA）和果胶稳定体系对饮用型桑葚酸奶稳定性及品质的影响。以桑葚酸奶的离心沉淀率、粒径分布、黏度、Zeta 电位、Lumisizer 稳定性扫描、Turbiscan 扫描结果为指标，结合桑葚酸奶的外观和口感来确定保持桑葚酸奶状态稳定、口感最优的果胶和 PGA 方案。结果表明：果胶对桑葚酸奶体系稳定有主要作用；PGA 对桑葚酸奶析水、乳清析出和持水力具有较好的效果；当果胶添加量为 0.45%、PGA 添加量为 0.1%时，桑葚酸奶感官评价较好、各指标最优，其中离心沉淀率仅 0.12%、粒径只有0.731m、Zeta 电位绝对值高达 34.95mV、黏度 20.28cP。该方案的桑椹酸奶弹性模量适中，Lumisizer 稳定性扫描结果和 Turbiscan 扫描结果也最好。由此可知：PGA 和果胶通过合理复配构建的稳定体系，对提高 UHT 杀菌方式下饮用型桑椹酸奶的整体稳定性、改善饮用型桑椹酸奶质地口感、提升饮用型桑椹酸奶整体品质有显著效果。关键词：海藻酸丙二醇酯，果胶，桑葚，稳定性本文网刊:中图分类号：TS252.54文献标识码：A文章编号：10020306（2023）20027308DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2023010129StudyontheApplicationofPropyleneGlycolAlginateandPectininDrinkingMulberryYoghurtXUEYuqing1，XUDanhong1，FENGYuhong1，LIWenqiang1，JIANGHubing1，HUJunrong1，ZHANGYan1，YANGXinyi1，WUWeidu1，LIYanjun1,2，CHENGGuanzhe1,*（1.HangzhouWahahaGroupCo.,Ltd.,Hangzhou310018,China；2.ZhejiangKeyLaboratoryofFoodBioengineering,Hangzhou310018,China）Abstract：Thispaperstudiedtheeffectofpropyleneglycolalginateandpectinstabilizationsystemonthestabilityandqualityofdrinkingmulberryyoghurt.Basedonthecentrifugationsedimentationrate,particlesizedistribution,viscosity,Zetapotential,Lumisizerstabilityscan,andTurbiscanresultsofthemulberryyogurt,andcombinedwithappearanceandtastecomparisonofthemulberryyogurt,thepectinandPGAoptimumcombinationthatmaintainthestabilityandtasteofthemulberryyogurtaredetermined.Theresultsshowedthat:Pectinplayedamajorroleinthestabilityofmulberryyoghurt.PGAhadagoodeffectonwaterseparation,wheyseparationandwaterretentionofmulberryyoghurt.Whentheadditionofpectinwas0.45%andPGAwas0.1%,thesensoryevaluationofmulberryyoghurtwasgood,andtheresultswerethebest,thecentrifugalsedimentationratewasonly0.12%andtheparticlesizewasonly0.731m,Zetapotentialabsolutevaluewasupto34.95mV,viscositywas20.28cP.Moreover,thestoragemodulusofmulberryyoghurtinthisschemewasmoderate,andtheresultsofLumisizerstabilityscanningandTurbiscanscanningwerealsothebest.Itcouldbeseenthat:ThestablesystemconstructedbythereasonablecombinationofPGAandpectinhadasignificanteffectonimprovingtheoverallstabilityofdrinkingmulberryyogurtunderUHTsterilization,improvingthetextureandtasteofdrinkingmulberryyogurt,收稿日期：20230117作者简介：薛玉清（1985），女，硕士，高级工程师，研究方向：食品原料、乳品加工，E-mail：。*通信作者：成官哲（1982），男，本科，高级工程师，研究方向：食品原料、饮料加工，E-mail：。第44卷第20期食品工业科技Vol.44No.202023年10月ScienceandTechnologyofFoodIndustryOct.2023andimprovingtheoverallqualityofdrinkingmulberryyogurt.Keywords：propyleneglycolalginate；pectin；mulberry；stability酸奶作为乳制品中不可或缺的板块销售量呈现逐年上升趋势，其中常温产品中的饮用型酸奶增长又最为显著，饮用型酸奶由于无需冷藏，内容多样，口感顺滑，营养丰富，越来越受消费者青睐12。随着消费者健康意识的不断提高，具有一些健康属性的食材和元素也越来越受到消费者的喜爱，桑椹不仅富含多种活性蛋白、维生素、矿物质，而且花青素含量丰富，具有很强的抗氧化功效，因此备受广大爱美、抗老人士的追捧34。鉴于此，开发一款营养健康的饮用型桑葚酸奶会有良好的市场前景。桑葚中存在一些不溶性成分，且这些物质的密度不同于体系分散介质的密度难以均匀分散，因此在重力或机械外力的作用下，产品在加工过程或货架期常会发生沉淀现象5。另外，牛乳中主要的蛋白质酪蛋白是一种酸敏感性蛋白质，它在牛乳发酵酸化的过程中，酪蛋白胶束被不可逆破坏，进而蛋白之间的斥力减弱，蛋白质粒子彼此靠近，发生凝聚，出现絮状物或沉淀69。根据斯托克斯定律可知，颗粒的沉降速度与颗粒大小、相密度差成正比、与液体黏度成反比1011。为了保证桑葚酸奶的稳定性，控制蛋白质颗粒、不溶性成分的聚集、沉淀对提高酸奶品质至关重要，所以，常需要在产品中添加稳定剂。目前国内外研究报道多使用淀粉、羧甲基纤维素钠、果胶、PGA、结冷胶、琼脂等胶体，通过提高产品黏度的方式来改善凝固性酸奶和搅拌型酸奶的稳定性，但高黏体系对于使用超高温瞬时杀菌（UltraHighTemperature，UHT）的饮用型酸奶来说比较局限：一方面由于UHT 杀菌时间较短，物料过于黏稠会严重影响热交换效率，导致物料中心温度低于杀菌温度，对于营养丰富的奶制品，杀菌不彻底易滋生大量微生物；另一方面过于黏稠的物料会给输送、灌装等正常生产加工带来障碍；另外过分黏稠的口感易被消费者误认为是大量添加剂所致，这与当下倡导健康、标签清洁的大趋势相背12。为了解决上述问题，开展了稳定剂选择及合理复配、优化 UHT 杀菌方式的研究，以提高饮用型酸奶的整体稳定性、改善酸奶质地、优化口感。PGA由于可溶于水形成粘稠胶体、可在 pH3-4 条件下形成凝胶且不会产生沉淀、具有较强的抗盐性、金属离子稳定性和良好的乳化稳定性，加之优良的风味释放性且能够赋予食品天然质地和顺滑口感，因此被广泛用于食品领域作增稠剂、稳定剂、乳化剂、悬浮剂和成膜剂1316。果胶是以柚子、柑橘、苹果等果实的果皮为原料提取的天然食品添加剂，对人体无毒无害，具有很高的安全性1718。另外，果胶属于一种可溶性膳食纤维，具有预防糖尿病、降低胆固醇、预防肥胖、维持肠道健康等功能，因此备受人们的重视和青睐19。其中高酯果胶在 pH 小于 4.5 时可以同酪蛋白反应，有效防止蛋白凝聚，同时作为胶凝剂所形成的凝胶在结构、外观、色、香、味等感官方面均优于其他食品凝胶，被广泛应用于酸奶中改善产品口感、提升品质、提高产品稳定性2023。鉴于此，本文就构建 PGA 复配果胶的稳定体系，优化 UHT 杀菌方式，对饮用型酸奶的整体稳定性、改善酸奶质地、口感展开了研究，旨在为 UHT 杀菌方式下酸性颗粒类乳制品研发、稳定体系构建和产品品质提升提供理论支持和依据。1材料与方法1.1材料与仪器脱脂奶粉新西兰恒天然集团；白砂糖市售；桑葚德昌川桑农业发展有限公司（采摘地点是四川德昌大凉山；采摘时间是 34 月份）；果胶美国斯比凯可商贸有限公司；PGA美国国际香精香料公司；嗜热链球菌 S.thermophilus、保加利亚乳杆菌 Lac-tobacillus bulgaricus丹尼斯克（中国）有限公司。BSA124S 分析天平上海梅特勒-托利多仪器有限公司；MBL25 高速剪切机上楚业生物科技（上海）有限公司；SH-160 生化培养箱、TD5G 离心机金坛市盛蓝仪器制造有限公司；APV-1000 型均质机丹麦 APV 公司；小型 UHT 杀菌机Armfield 设备有限公司；Mastersizer3000 激光粒度分析仪英国马尔文仪器有限公司；LVDV-2T 黏度计爱拓中国分公司；Lumisizer-651罗姆（江苏）仪器有限公司；Turbiscan 稳定性分析仪法国 Formulaction 公司；MCR302 流变仪安东帕（上海）商贸有限公司；双道打浆机山东中研鲁科机械制造有限公司。1.2实验方法1.2.1桑葚酸奶的工艺流程1.2.1.1发酵乳的制备脱脂粉 8%（m/m）50溶解杀菌（95，5min）冷却至 43接种（嗜热链球菌:保加利亚乳杆菌比例为 2:1）43 恒温静置发酵 5h冷藏（26）。1.2.1.2桑葚酸奶的调配发酵乳搅拌破乳均质（一级压力 20Bar/二级压力 5Bar）搅拌过程中加入溶解冷却好的糖浆 10%（m/m）搅拌时加入溶解冷却好的果胶和 PGA 溶液 1%（m/m）搅拌时加入桑葚浆液 10%（m/m）调酸（pH 至 4.2）定容均质UHT 杀菌室温储藏。1.2.2操作要点1.2.2.1桑葚浆液制备桑葚干果除杂后，先用 10倍量常温纯水浸泡 30min，然后预煮到 90 保持5min 软化后剪切破碎，再将剪切混合物经过双道打浆机，最后过 80 目筛网去籽获得桑葚浆液。274食品工业科技2023 年10月1.2.2.2稳定剂胶体溶液的制备剪切过程中将果胶缓慢加入到 250g/80 的纯水中，匀速剪切 10min；加入 50g 纯水使温度在 50 左右，缓慢加入 PGA，继续剪切 1015min，保证胶体充分溶解，制成胶体溶液（1L 成品溶胶水量约 300g）。1.2.3稳定剂对桑葚酸奶稳定性的影响采用 1.2.1所示的工艺制备桑葚酸奶，PGA 和高甲氧基果胶添加量分别为质量分数：高甲氧基果胶 0.3%、0.35%、0.4%、0.45%、0.5%，PGA0、0.05%、0.08%、0.1%、0.12%，室温储藏 1d 后进行感官评价、离心沉淀率、粒径、黏度、Zeta 电位、粘弹性、Lumisizer 稳定性扫描、Turbiscan 扫描测定。1.2.4实验指标测定1.2.4.1桑葚酸奶感官评定选定具有三年以上饮料开发经验的品尝者 40 人（男女各一半）作为感官鉴定小组，对添加不同浓度 PGA 和果胶的桑葚酸奶样品进行外观、口感、整体质构进行品评，最后根据外观、口感、整体质构进行综合评分，感官评分标准见表 1。1.2.4.2桑葚酸奶离心沉淀率测定在离心管（50mL）质量 m1中加入一定量桑葚酸奶样品（质量 m），4000r/min 下离心 10min，将上清液弃去得 m2，计算离心沉淀率：离心沉淀率（%）=（m2m1）/m100。1.2.4.3桑葚酸奶粒径测定用马尔文 Mastersizer3000 激光粒度分析仪，分别检测添加不同浓度 PGA和果胶的桑葚酸奶的粒径24。测试条件为：25，1800r/min。1.2.4.4桑葚酸奶黏度测定分别检测添加不同浓度 PGA 和果胶的桑葚酸奶的黏度，设置黏度计温度为 25，60r/min。1.2.4.5桑葚酸奶 Zeta 电位测定基于经典动态光散射理论，用激光粒度仪 Zetapotential 模式测定添加不同浓度 PGA 和果胶的桑葚酸奶样品的电位，平衡时间为 120s，每个样品测定 3 次取平均值。1.2.4.6桑葚酸奶弹性模量测定对添加不同浓度PGA 和果胶的桑葚酸奶样品，用流变仪进行频率扫描25。测试条件为：同心圆筒，间距 100m，上样后平衡 5min，应变 2%，温度 25，频率扫描范围 0.110Hz。1.2.4.7桑葚酸奶 Lumisizer 稳定性扫描用 Lum-isizer 稳定性分析仪检测添加不同浓度 PGA 和果胶的桑葚酸奶样品的稳定性，测试条件为：在 25，4000r/min 下 5s/条测试 500 条谱线26。1.2.4.8桑葚酸奶 Turbiscan 扫描测定用 Turbis-canLab 稳定分析仪对添加不同浓度 PGA 和果胶的桑葚酸奶样品进行稳定性分析，仪器参数设置：温度为（250.5）；连续性扫描程序：每 1h 扫描 1 次，连续扫描 24h27。1.3数据处理数据均是测量三次以均值标准差表示，采用SSPS21.0 对均值进行单因素 ANOVA 分析和最小显著差数法（LSD）多重比较，P0.05 差异有统计学意义。采用 Origin8.5 进行统计图形的绘制。2结果与分析2.1桑葚酸奶感官评定具有电负性的果胶和 PGA 可通过静电作用吸附在酸化后带正电的酪蛋白表面，从而使蛋白质颗粒表面带上均一分布的负电荷，通过负电排斥力使蛋白质颗粒保持稳定。被稳定的酪蛋白微粒，在后期均质、加热杀菌过程中不会大量聚集成大颗粒，从而保证酸奶、酸乳饮料的整体状态均匀而不发生质量问题。但过量的果胶和 PGA 非但对产品稳定性不利，还会增加生产成本，并且厚重的胶感会影响产品口感，因此找到合适的果胶和 PGA 添加量和最佳配比对成本控制、改善酸奶状态、提升产品品质非常重要。添加不同浓度果胶和 PGA 的桑葚酸奶样品，放置 1d 后，由感官鉴定小组进行外观、口感、整体质构评定，详细评价情况见表 2。由结果可知，18#、19#、22#、23#这 4 个方案的桑葚酸奶评分高于 90分，整体均匀、粘稠度适中、风味饱满柔和，没有肉眼可见的析水和沉淀，因此对其进行进一步的指标测定，加速评估货架期的稳定性情况。2.2桑葚酸奶离心沉淀率测定分别测定 18#、19#、22#、23#4 个方案桑葚酸奶的离心沉淀率，由图 1 结果可知：当 PGA 用量为0.1%，果胶用量从 0.4%增加到 0.45%时，产品的离心沉淀率大幅度下降，说明增加果胶用量对降低产品沉淀量、提高产品整体稳定性有较好的效果；当果胶用量不变，PGA 用量从 18#0.1%增加到 23#0.12%时，产品的离心沉淀率反而大幅度增加，说明 PGA的添加对桑葚酸奶沉淀量的减少具有负面作用，分析原因可能是 PGA 和酪蛋白在该 pH 条件下非最优结合状态，过量的 PGA 不仅不能更好的保护酪蛋白、防止酪蛋白聚集沉淀，反而会导致部分蛋白质随重力作用下沉，从而使产品沉淀量剧增。但由于 PGA 的表1桑葚酸奶感官评分标准Table1Standardsforsensoryevaluationofmulberryyoghurt等级项目综合指标外观（30分）口感（30分）质构（40分）优级中级差级呈均匀流体、状态较好（2530分）呈均匀流体、有轻微析水、絮花、沉淀（2025分）呈不均匀流体、有凝块、严重絮花、沉淀（20分）细腻爽滑、风味饱满柔和、粘稠度适口（2530分）略有糊口感、粘稠度不欠佳（2025分）风味不协调、粘稠度不适（20分）均一稳定、粘度适中（3540分）状态基本均一，没明显胶感（3035分）大量沉淀，太水或胶感重（85分70分70分第44卷第20期薛玉清，等：海藻酸丙二醇酯和果胶在饮用型桑椹酸奶中的应用275持水力、增稠性和对改善酸奶乳清析出的效果优于果胶，因此适量的 PGA 不仅可以提升酸奶的口感，而且可以预防酸奶乳清析出保障酸奶的状态均一稳定。综上，确定桑葚酸奶中果胶添加量为 0.45%、PGA 添加量为 0.1%。0.70.60.50.40.30.20.10.0离心沉淀率(%)18#19#22#23#图1桑葚酸奶离心沉淀率Fig.1Centrifugalsedimentationrateofmulberryyoghurt2.3桑葚酸奶粒径测定产品的粒径分布是影响颗粒物沉降的主要因素，正常情况下，颗粒物沉降速度与其粒子尺寸成正比，粒径越小、分布越均匀，其沉降速度就越慢，产品稳定性就相对越好。从图 2 粒径分布图和表 3 粒径数据可知，4 个方案桑葚酸奶的粒径分布均非标准正态分布，主要由于以下原因：桑葚打浆后虽然过筛去籽，但仍然存在一些尺寸不一的不可溶物质，它们会直接影响桑葚酸奶的粒径分布；酸化后的酪蛋白由于毛发结构塌陷出现不可逆的损坏，自身斥力下降，在产品加工过程中极易聚集成大颗粒，虽然有果胶和PGA 的保护，但在高温加工条件下，保护性胶体和酪蛋白的氢键作用力减弱，导致保护性胶体从酪蛋白表面脱落，所以酪蛋白还是会不可避免的发生聚集，而聚集后尺寸不同的蛋白质颗粒，也是导致粒径分布不对称的一大原因23。从结果可知，19#样品粒径分布图相对来说拖尾少，整体粒径小，说明 19#方案的果胶和 PGA 用量和配比对产品酪蛋白包裹性好，形成了相对较强而稳定的排斥力，最终使产品稳定性最优。18#19#22#23#876543210体积(%)0.010.11101001000粒径大小(m)图2桑葚酸奶粒径分布Fig.2Particlesizedistributionofmulberryyoghurt表3桑葚酸奶粒径结果（m）Table3Particlesizeresultsofmulberryyoghurt(m)样品名称d（0.1）d（0.5）d（0.9）D4,318#0.2270.020.5810.052.2510.081.340.0319#0.2030.020.4530.021.5030.050.7310.0322#0.2080.030.4690.022.4020.030.9230.0423#0.2010.030.4810.032.5610.020.9660.032.4桑葚酸奶黏度测定分别测定 18#、19#、22#、23#4 个方案桑葚酸奶的黏度，结果如图 3 所示。由结果可知：当果胶用量一定，增加 PGA 的用量，体系粘度大幅增加；而固定 PGA 用量，增加果胶用量时，体系黏度没有明显的变化规律，由此可知 PGA 对产品黏度的影响较果胶大，主要由于 PGA 分子量远远大于果胶分子量，而多糖的黏度跟分子量正相关。由于桑葚酸奶的稳定体系没有网络悬浮结构，产品最终稳定性和产品中颗粒尺寸和产品黏度密切相关，所以，在感官评定较好的情况下，选择黏度较高的方案对最终产品稳定性较好。19#样品虽然黏度较其他方案低，但 19#样品的整体粒径较小，因此还要结合其他指标来评估最优的方案。403530252015105018#19#22#23#黏度(cP)图3桑葚酸奶黏度结果Fig.3Viscositydiagramofmulberryyoghurt2.5桑葚酸奶 Zeta 电位测定Zeta 电位是指带电微粒表面剪切层的电位，由微粒表面电荷和周围溶液环境条件共同决定，广泛用表2桑葚酸奶感官评分标准Table2Sensoryscoreofmulberryyoghurt实验号PGA用量（%）果胶用量（%）外观口感质构综合评分1#2#3#4#5#6#7#8#9#10#11#12#13#14#15#16#17#18#19#20#21#22#23#24#25#000000.050.050.050.050.050.080.080.080.080.080.10.10.10.10.10.120.120.120.120.120.30.350.40.450.50.30.350.40.450.50.30.350.40.450.50.30.350.40.450.50.30.350.40.450.520202022222122252626232326262623252829292929292929202224212021232525222525262625252726272523272625203030303030303232343230353534313235373835353536340.01:00:280.01:00:270.01:00:280.01:00:22Delta backscattering-23#0.02:05:190.02:59:330.04:01:320.05:03:470.05:58:230.07:02:540.08:01:240.23:26:461.00:25:34图6桑葚酸奶稳定性扫描结果Fig.6Stabilityscanningdiagramofmulberryyoghurt278食品工业科技2023 年10月3结论本文就 PGA 和果胶在饮用型桑葚酸奶中的应用展开了研究，通过考察不同浓度、配比的果胶和PGA 对桑葚酸奶外观、口感、离心沉淀率、黏度、Zeta电位、弹性模量、Lumisize 稳定性扫描分析、Turbi-scan 扫描等的影响可以看出：当果胶添加量为 0.45%、PGA 添加量为 0.1%时，饮用型桑椹酸奶感官评价较好、各指标最优、整体稳定性好。通过该研究，将果胶和 PGA 的复配稳定方案推广应用到 UHT 杀菌方式的酸性乳制品中，为提升产品整体稳定性和品质提供理论支持和依据，同时对开发 UHT 杀菌方式下颗粒类酸性乳制品提供思路和借鉴方法，对进一步丰富乳制品品类有非常重要的价值，且具有广阔的市场前景。参考文献1马俊荣.酸奶零食化销量无限大J.中国乳业，2015，3：3640.MAJR.UnlimitedsalesofyoghurtsnacksJ.ChinaDairy，2015，3：3640.2陆燕,曾霞,郑克铭,等.不同品种桑葚果的风味成分分析J.现代食品科技，2020，36（2）：232240.LUY,ZENGX,ZHENGKM,etal.Analysisofflavorcomponentsofdifferentmul-berrycultivarsJ.ModernFoodScienceandTechnology，2020，36（2）：232240.3王晗,朱华平,李文钊,等.桑葚提取物中花青素分析及其体外抗氧化活性研究J.食品与发酵工业，2019，45（15）：170175.WANGH,ZHUHP,LIWZ,etal.Anthocyaninsinmulberryex-tractandtheirin 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