中性液態(tài)乳穩(wěn)定劑應(yīng)用進(jìn)展

劉晶，賀保平，樊啟程，巴根納

內(nèi)蒙古伊利實(shí)業(yè)集團(tuán)股份有限公司 液態(tài)奶事業(yè)部研發(fā)部（呼和浩特 010110）

食品添加劑在我國的使用已具有較長的歷史，我國自20世紀(jì)90年代年以來便開始頒布相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范食品添加劑的使用。穩(wěn)定劑作為一種食品添加劑，具有保持食品質(zhì)地、形態(tài)的作用，因此在中性液態(tài)乳加工過程被廣泛使用，并且積累了較多的學(xué)術(shù)研究成果。文章以結(jié)冷膠、卡拉膠、海藻酸鈉、黃原膠和微晶纖維素五類中性液態(tài)乳中較為常用的穩(wěn)定劑為切入點(diǎn)，分別介紹各穩(wěn)定劑的凝膠機(jī)理及最新研究進(jìn)展，并總結(jié)討論未來穩(wěn)定劑的發(fā)展方向。

1 結(jié)冷膠

1.1 結(jié)冷膠簡介與凝膠機(jī)理

結(jié)冷膠是由鞘脂單胞菌發(fā)酵得到的一種聚陰離子多糖，分子呈螺旋結(jié)構(gòu)，可分為高酰基結(jié)冷膠與低?；Y(jié)冷膠。中性液態(tài)乳產(chǎn)品中應(yīng)用較多的為高?；Y(jié)冷膠，具有維持蛋白穩(wěn)定性的特點(diǎn)[1]。高?；Y(jié)冷膠通過加熱水可使分子呈無規(guī)則卷曲狀態(tài)，隨著體系溫度降低，結(jié)冷膠分子逐漸形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，同時(shí)在分子間作用力的作用下聚集形成交聯(lián)的凝膠狀態(tài)，最后通過一定壓力的均質(zhì)處理將交聯(lián)的凝膠狀態(tài)均勻地分布在體系內(nèi)，形成交聯(lián)體凝膠，最終起到懸浮固形物、增稠的作用[2]。

1.2 結(jié)冷膠的應(yīng)用進(jìn)展

結(jié)冷膠常用于懸浮體系中的顆粒物，如乳礦物鹽、可可粉等。當(dāng)結(jié)冷膠與鈣離子結(jié)合后，可以增強(qiáng)其懸浮性。潘蕾等[3]在奇亞籽蛋白飲料懸浮穩(wěn)定性的研究中，證明添加乳酸鈣可輔助增強(qiáng)結(jié)冷膠懸浮奇亞籽的能力，當(dāng)結(jié)冷膠濃度為定值時(shí)，在一定范圍內(nèi)增加鈣離子濃度可以增加結(jié)冷膠的懸浮性。最終該奇亞籽蛋白飲料的最佳穩(wěn)定配方為結(jié)冷膠添加0.045%，乳酸鈣添加0.04%。類似的研究也可證實(shí)結(jié)冷膠更適合作為高鈣體系的穩(wěn)定劑。王輝[4]研究了在高鈣牛奶體系中結(jié)冷膠、卡拉膠、微晶纖維素等不同穩(wěn)定體系下產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)情況，結(jié)果表明在高蛋白、高脂肪、高鈣體系中，卡拉膠和微晶纖維素單獨(dú)或復(fù)配使用作用效果均不佳，單獨(dú)添加0.025%~0.027%的結(jié)冷膠穩(wěn)定體系效果最佳。結(jié)冷膠穩(wěn)定劑不僅對含鈣體系具有良好的穩(wěn)定性，其搭配不同穩(wěn)定劑組成的復(fù)配穩(wěn)定體系也被證實(shí)對其他液態(tài)乳飲品具有良好的穩(wěn)定效果。薛玉清等[5]在結(jié)冷膠與卡拉膠復(fù)配穩(wěn)定體系的研究中發(fā)現(xiàn)，結(jié)冷膠對可可奶體系穩(wěn)定有主導(dǎo)作用，當(dāng)結(jié)冷膠與卡拉膠添加量均為0.025%時(shí)，是可可奶穩(wěn)定體系的最佳方案。

2 卡拉膠

2.1 卡拉膠簡介與凝膠機(jī)理

卡拉膠是從紅藻綱植物中提取的一種大分子多糖，主要由半乳糖硫酸酯鉀、鎂、鈉和鈣以及3.6-脫水半乳糖共聚物組成[6]?？ɡz既可和自己形成雙螺旋結(jié)構(gòu)進(jìn)而形成凝膠，也可以和體系中的蛋白等帶電體相互作用，因此對酪蛋白的穩(wěn)定能力較強(qiáng)。目前商業(yè)上最常用的卡拉膠多糖有三種，分別為ι（Iota）型、κ（Kappa）型和λ（Lambda）型，其中κ型和ι型卡拉膠是一種熱可逆性凝膠，加熱可溶解成溶液，冷卻至特定溫度后可固化形成水凝膠。而λ型卡拉膠無法形成凝膠，在食品添加劑中更多用于食品增稠劑[7]。

2.2 卡拉膠的應(yīng)用進(jìn)展

卡拉膠常用于懸浮中性液態(tài)乳體系中的固體顆粒，穩(wěn)定體系研究方向多為復(fù)配穩(wěn)定體系。郭慧青[8]在黑糖姜汁乳飲料的配方及穩(wěn)定性研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)卡拉膠、黃原膠、蔗糖酯和單甘酯（1∶1）混合物以0.15%∶0.15%∶0.05%比例制成的復(fù)配穩(wěn)定體系對黑糖姜汁乳飲料具有良好的穩(wěn)定作用。馬永軒等[9]在花生牛奶穩(wěn)定劑配方研制中，通過單因子試驗(yàn)對蒸餾單硬脂酸甘油酯、蔗糖脂肪酸酯、卡拉膠、微晶纖維素、黃原膠和海藻酸鈉進(jìn)行穩(wěn)定效果測試，得出卡拉膠、黃原膠、蒸餾單硬脂酸甘油酯是穩(wěn)定效果的顯著影響因素，隨即對上述三種穩(wěn)定成分進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過響應(yīng)優(yōu)化器和回歸分析確認(rèn)最佳穩(wěn)定劑配方，最終在卡拉膠添加量0.13%、黃原膠添加量0.09%、蒸餾單硬脂酸甘油酯添加量0.09%的穩(wěn)定劑配方下，實(shí)測產(chǎn)品沉淀率為4.98%，在所有穩(wěn)定體系中沉淀率最低。朱力杰等[10]在高蛋白花生露穩(wěn)定性的研究中確認(rèn)了花生蛋白粉含量為6.05%，蛋白質(zhì)含量為7.12%的花生飲品最佳穩(wěn)定體系。通過回歸分析與響應(yīng)曲面分析確認(rèn)當(dāng)黃原膠添加量為0.04%，卡拉膠添加量為0.05%，蔗糖酯的添加量為0.12%時(shí)，高蛋白花生露的沉淀率為1.13%，在所有穩(wěn)定體系中沉淀率最低。

3 海藻酸鈉

3.1 海藻酸鈉簡介與凝膠機(jī)理

海藻酸鈉是一種以海藻、海帶為原料提取制成的鏈鎖狀水溶性高分子多糖聚合物。在除鎂離子外的多價(jià)陽離子存在的條件下反應(yīng)生成交聯(lián)鍵，形成熱不可逆凝膠[11]。海藻酸鈉的凝膠性具有可調(diào)性，可通過改變陽離子濃度、氫離子濃度、多糖濃度等方式對其質(zhì)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控[12]。

3.2 海藻酸鈉的應(yīng)用進(jìn)展

海藻酸鈉具有良好的穩(wěn)定性，可防止體系中粉末沉淀[13]。黃華平[14]在海藻酸鈉對花生乳穩(wěn)定性影響的研究中發(fā)現(xiàn)，海藻酸鈉的增稠能力隨其分子量的增加而增加，花生乳中沉淀隨海藻酸鈉分子量的增加而降低。此外，海藻酸鈉與其他穩(wěn)定劑組成復(fù)配穩(wěn)定體系也被廣泛研究。李安琪[12]在海藻酸鈉與結(jié)冷膠復(fù)合體系的研究中發(fā)現(xiàn)：海藻酸鈉與結(jié)冷膠的凝膠化程度與時(shí)間、溫度有關(guān)，且海藻酸鈉與鈣離子的結(jié)合能力強(qiáng)于結(jié)冷膠；在海藻酸鈉與酪蛋白復(fù)合凝膠體系研究中發(fā)現(xiàn)海藻酸鈉和酪蛋白復(fù)合體系在低于酪蛋白等電點(diǎn)時(shí)會發(fā)生靜電吸引，因此在體系pH 3.2的條件下可以觀察到明顯的團(tuán)聚物；在海藻酸鈉乳液凝膠體系的研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)油相分?jǐn)?shù)為5%~30%，氯化鈣添加量在0.05%~0.15%（w/v）范圍內(nèi)時(shí)，凝膠體系呈現(xiàn)較好的穩(wěn)定性和觸變性。楊旭等[15]在黑米黑豆芝麻乳飲料的研究過程中利用正交試驗(yàn)研究了黃原膠、海藻酸鈉和羧甲基纖維素鈉對體系穩(wěn)定性的影響，最終確認(rèn)當(dāng)海藻酸鈉、黃原膠、羥甲基纖維素鈉添加量均為0.07%時(shí)，產(chǎn)品的口感與穩(wěn)定性最佳。

4 黃原膠

4.1 黃原膠簡介與凝膠機(jī)理

黃原膠是黃單胞菌分泌的一種水溶性多糖，是由D-葡萄糖、D-甘露糖、D-葡糖糖醛酸、乙酸和丙酮酸構(gòu)成的五糖重復(fù)單元分子結(jié)構(gòu)。黃原膠溶于水后通過分子間作用力形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，具有優(yōu)秀的懸浮能力[16]。

4.2 黃原膠的應(yīng)用進(jìn)展

黃原膠由于特殊的分子結(jié)構(gòu)致使其同時(shí)具備優(yōu)異的穩(wěn)定、增稠性能，可作為中性液態(tài)乳穩(wěn)定劑單獨(dú)使用。張瑩麗等[17]在花生枸杞奶的配方工藝研究中通過單因子試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)體系黏稠度隨黃原膠的添加比例增加而增加的規(guī)律。隨后通過正交實(shí)驗(yàn)確定了花生枸杞奶的最佳配方：枸杞汁與花生汁的體積比為20∶80，牛奶的添加量為55 mL，黃原膠的添加量為0.04%，白砂糖的添加量為6 g。另外，由于黃原膠與其他種類的親水性膠體復(fù)配后會呈現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)，因此也會與其他穩(wěn)定劑復(fù)配使用。郝娟等[18]在黑芝麻碎米谷物乳乳化穩(wěn)定劑的篩選及配比優(yōu)化研究中通過單因子試驗(yàn)確認(rèn)蔗糖脂肪酸酯、黃原膠和微晶纖維素對黑芝麻碎米谷物體系存在顯著的穩(wěn)定性影響，并通過正交試驗(yàn)最終確認(rèn)穩(wěn)定劑的最佳配方：蔗糖脂肪酸酯0.07%、黃原膠0.09%和微晶纖維素0.13%。

5 微晶纖維素

5.1 微晶纖維素簡介與凝膠機(jī)理

微晶纖維素是由纖維素水解得到的可自由流動的棒狀結(jié)晶聚合物[19-20]。當(dāng)微晶纖維素溶液受到剪切力時(shí)，棒狀纖維素結(jié)晶按受力方向排列，溶液稠度降低；當(dāng)停止外力作用后，棒狀結(jié)晶會與水分子結(jié)合成具有取向性的氫鍵形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，致使溶液稠度增加[21-22]，可防止體系中不溶性顆粒的沉降以及脂質(zhì)粒的重聚。

5.2 微晶纖維素的應(yīng)用進(jìn)展

微晶纖維素在乳制品中無法和乳蛋白發(fā)生締合，而結(jié)冷膠、卡拉膠等穩(wěn)定劑具有穩(wěn)定酪蛋白膠束的作用。因此在中性液態(tài)乳飲品中微晶纖維素和卡拉膠、結(jié)冷膠等復(fù)配使用穩(wěn)定效果更好[23]。于鵬[24]在顆粒型燕麥牛乳飲品配方研究中探究了顆粒型燕麥乳的穩(wěn)定劑配方，通過正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)最佳穩(wěn)定劑配方：微晶纖維素添加量0.20%、羧甲基纖維素鈉添加量0.020%、結(jié)冷膠添加量0.04%、卡拉膠添加量0.020%。王瑞云等[25]在新式茶飲乳基底產(chǎn)品的研制過程中，經(jīng)正交試驗(yàn)測試添加0.9%復(fù)配穩(wěn)定劑的產(chǎn)品（其中復(fù)配穩(wěn)定劑配方中結(jié)冷膠含0.05%，磷脂含0.5%，微晶纖維素含1%），此時(shí)產(chǎn)品無脂肪上浮、分層、沉淀現(xiàn)象，穩(wěn)定性較好。

6 結(jié)語與展望

文章介紹的5種穩(wěn)定劑，均是在溶液中形成了特殊的分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而展現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。其中，結(jié)冷膠、卡拉膠、海藻酸鈉、黃原膠屬于多糖，因此在凝膠機(jī)理上存在相似之處，但由于分子結(jié)構(gòu)存在差異，上述4種穩(wěn)定劑的適用場景也略有不同。而微晶纖維素屬于棒狀結(jié)晶聚合物，其穩(wěn)定能力受棒狀結(jié)構(gòu)的取向性排列所影響，因此其流變性與結(jié)冷膠等存在明顯差異。綜合近年來各穩(wěn)定劑的研究成果不難看出，使用單一品類穩(wěn)定劑往往不再滿足逐漸多元化的乳制品體系的穩(wěn)定要求，多種穩(wěn)定劑形成的復(fù)配穩(wěn)定體系研究逐漸成為主流研究方向，同時(shí)復(fù)配穩(wěn)定劑的配方研究也逐漸趨于科學(xué)化、數(shù)據(jù)化。