植脂搅打稀奶油是一种典型的搅打起泡产品,其脂肪含量一般在30%～40%[1],可应用于蛋糕、甜点等的装饰及夹心。由于其不含胆固醇、发热量低,泡沫稳定性强,保形性好,近年来占据了越来越多的市场份额。但植脂搅打稀奶油多使用部分氢化油脂为基料油,其反式脂肪酸含量较高,对人体健康危害较大[2]。采用初榨椰子油代替氢化植物油可制备零反式脂肪酸植脂搅打稀奶油[3-4]。初榨椰子油是从新鲜成熟椰肉中制得的一种可直接食用的油脂[5],具有无异味、椰香味醇正、营养丰富等优点[6]。初榨椰子油基搅打稀奶油既可以满足植脂奶油的多种优势,又消除了氢化脂肪带来的反式脂肪酸危害,具有广阔的市场前景。
植脂搅打稀奶油体系的建立与乳化剂的种类及特点密切相关。乳化剂是一种脂肪结晶调节剂,可以显著影响稀奶油脂肪晶体的形成[7],其对水相和油相亲和能力的差异通常用亲水亲油平衡值(hydrophile lipophilic balance, HLB)来表示[8]。低HLB值乳化剂具有较好的调节脂肪结晶的能力,而高HLB值乳化剂具有较强的表面活性[9],合适的HLB值是乳液稳定的基础[10]。研究发现,低HLB值乳化剂与高HLB值乳化剂复配使用对稀奶油粒径大小、晶体状态、流变特性、zeta电位以及乳化剂的界面行为都有显著影响[7-8,11]。因此,在实际应用中,通常将低HLB值乳化剂与高HLB值乳化剂复配使用,以制备搅打性能更好的稀奶油产品。
但目前,复配乳化剂HLB值对初榨椰子油基搅打稀奶油产品搅打性能与品质的影响尚未有报道。单甘脂是低HLB值乳化剂,被认为是最安全的食品添加剂,具有良好的表面活性;蔗糖酯是高HLB值乳化剂,由蔗糖基团和脂肪酸酯化时形成的非离子型乳化剂,具有无毒、易消化、易降解等作用,两者在食品中均具有广泛的应用[12]。因此,本文将单甘脂与蔗糖酯按一定添加量复配成具有不同HLB值的乳化剂,研究不同HLB值对稀奶油品质的影响。
1 材料与方法
1.1 实验材料
初榨椰子油,文昌椰富工贸有限公司;单甘脂(食品级),佳力士添加剂(海安)有限公司;蔗糖酯SE-11,杭州瑞霖化工有限公司;羧甲基纤维素钠,上海长光企业发展有限公司;麦芽糊精(食品级),山东西王糖业有限公司;油红-O,上海泛柯实业有限公司。
1.2 仪器与设备
AM-SP105型手持混合器,北美电器(珠海)有限公司;MCR102型Anton Paar流变仪,奥地利安东帕有限公司;BT-9300S激光粒度分布仪,丹东百特仪器有限公司;加拿大AH-2010均质机,郑州科泰实验设备有限公司;Lambda265紫外可见分光光度计,Perkin Elmer股份有限公司;TMS-PRO食品物性分析仪,北京盈泰科技有限公司;Avanti J-26S高速冷冻离心机,贝壳曼库尔特(美国)有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 复配乳化剂HLB值及添加量的确定
以制备300 g稀奶油为例,复配乳化剂占稀奶油总量的0.3%。根据公式(1)[11],计算HLBMIX分别为4.0、4.5、5.0、5.5、6.0时,单甘脂与蔗糖酯的添加量。各乳化剂添加量如表1所示。
HLBMIX=HLBaXa+HLBbXb
(1)
表1 配制300 g稀奶油所需单甘脂、蔗糖酯的添加量
Table 1 The amount of monoglycerides and sucrose esters required to prepare 300 g of cream
HLB值单甘脂添加量/g蔗糖酯添加量/g4.00.8750.0254.50.8130.0875.00.7500.1505.50.6870.2136.00.6250.275
式中:HLBMIX为单甘酯、蔗糖酯2种乳化剂混合后的HLB值;HLBa、HLBb分别为乳化剂单甘酯、蔗糖酯的HLB值,为3.8、11;Xa、Xb分别为单甘酯、蔗糖酯占乳化剂总量的质量分数。
1.3.2 搅打稀奶油的制备
参考黎明珠等[4]的方法,以制作300 g稀奶油为例,按实验设计分别称取一定量的单甘脂和蔗糖酯、初榨椰子油(96 g)、麦芽糊精(5.50 g)、羧甲基纤维素钠(0.55 g)和黄原胶(0.30 g)于烧杯中,使其充分混合均匀得稀奶油油相;去离子水加热至85 ℃为水相。缓慢向油相中加入水相,用手持混合器以最低转速混合搅拌1 min,两相充分混合均匀后在85 ℃条件下水浴保温5 min充分乳化。乳化完成后的稀奶油乳浊液在均质压力为10 MPa的条件下进行2次均质。均质完成后将稀奶油放置冰浴中快速冷却至10 ℃左右,冷却后的样品于4 ℃条件下冷藏老化24 h,即得不同HLB值下的椰子油基搅打稀奶油产品。
1.3.3 搅打时间的测定
在搅拌容器中加入200 mL预先冷却至4 ℃的稀奶油,用手持混合搅拌器的最低速度对稀奶油进行机器搅打,直至稀奶油能够形成坚挺的锥形为搅打终点,记录搅打时间,每个样品重复测定3次。
1.3.4 搅打起泡率的测定
参考傅礼玮等[13]的方法,并作适当修改,将搅打前后的稀奶油乳液及泡沫分别填充到塑料皿中,并用刮刀将塑料皿表面抹平,按公式(2)计算搅打起泡率,每个样品重复测定3次。
搅打起泡率
(2)
式中:M1为同体积未搅打稀奶油乳液的质量,g;M2为同体积搅打后稀奶油泡沫的质量,g。
1.3.5 泡沫稳定性的测定
根据王吉栋[14]的测定方法,并进行适当修改,将3 g左右搅打后的稀奶油泡沫(M泡沫)放置于筛网上,在温度为30 ℃恒温培养箱中放置1 h,记录滴下的乳清质量(M乳清),按公式(3)计算泡沫稳定性,每个样品重复测定3次。
泡沫稳定性
(3)
1.3.6 粒径分布的测定
利用激光粒度分析仪对稀奶油乳液的粒径大小和分布情况进行测定。以去离子水为分散相,在样品池中分别加入少量稀奶油进行测定。将样品的吸收率和折射率分别设置为0.001和1.449,连续相的折射率设置为1.330[15],每个样品重复测定3次。
1.3.7 流变特性的测定
利用流变仪测定稀奶油乳液的表观黏度。将25 mL的稀奶油乳液注入直径为27 mm的同心圆筒转子中,设定剪切速率从1 s-1增加到100 s-1,测定整个过程中稀奶油乳液的黏度与剪切速率之间的关系[4]。
1.3.8 脂肪部分聚结率的测定
参照袁佩佩等[16]的方法,并做适当修改,精确称取500 g玉米油于1 000 mL烧杯中,加入油红-O色素0.005 g,用锡纸包裹烧杯使其在避光条件下慢速搅拌12 h,直到油红-O完全溶解。准确称取打发后稀奶油泡沫12 g于离心管中,加入制备好的油红-O溶液4 g充分摇匀,在10 000 r/min的条件下离心30 min。离心后取上层澄清透明的红色油液于比色皿中,在520 nm波长下测定吸光值。按公式(4)计算脂肪部分聚结率,每个样品重复测定3次。
(4)
式中:φd,脂肪部分聚结率,%;φ,乳浊液中的脂肪质量分数,%;m0,油红-O色素溶液的质量,g;me,打发后奶油质量,g;A1,油红-O色素溶液离心前的吸光值;A2,油红-O色素溶液离心后的吸光值。
1.3.9 质构特性及裱花形态的测定
质构特性:将打发后的稀奶油泡沫置于测定容器中,采用食品物性分析仪测定打发后稀奶油的质构特性。测定条件为:感应元附件为250 N;探头回升到样品表面上面的高度为70 mm;形变量为30%;检测速度为30 mm/min;起始力为0.2 N,每个样品重复测定3次[4]。
裱花形态:将搅打后的稀奶油置于裱花枪中,选择合适花嘴裱花塑形,观察不同HLB值的稀奶油刚裱花后的光泽、纹路清晰程度等的形态差异,并观察裱花后的奶油在25 ℃放置1 h后的析水情况。
1.4 数据分析
采用Origin 2019b绘图软件对数据之间的线性关系进行分析。采用SPSS 18.0统计分析软件对实验结果进行方差分析,P<0.05为差异显著。
2 结果与分析
2.1 HLB值对稀奶油搅打时间及搅打起泡率的影响
稀奶油的搅打充气所需时间与消费者的体验密切相关。搅打时间过长则消费者体验差,同时会破坏稀奶油中的脂肪晶体,影响泡沫结构的形成[17];搅打时间过短,则稀奶油部分聚结速率快、聚结率高,脂肪球会形成更大的聚集体,降低稀奶油泡沫稳定性及感官品质,影响消费者的选择[9]。用手持烘焙打发器对稀奶油进行机器搅打,不同HLB值对稀奶油乳液搅打时间及搅打起泡率的影响如图1所示。由图1可以看出,随着HLB值的增大,稀奶油搅打时间逐渐降低。HLB值为4.0时,稀奶油搅打时间最长为192.67 s,而当HLB值为6.0时,稀奶油搅打时间显著降低至62.67 s(P<0.05)。这可能是因为随着HLB值的增加,亲水性蔗糖酯所占比例增大,更多蔗糖酯松散的吸附在脂肪球表面,使稀奶油体系内的油-水界面膜变薄,从而脂肪晶体更易刺穿界面膜并与相邻脂肪球之间形成桥梁,加快部分聚结网络结构的形成,进而缩短搅打时间[18]。
图1 HLB值对稀奶油搅打时间及搅打起泡率的影响
Fig.1 Effect of HLB value on whipped time and whipped foaming rate of whipped cream
注:不同小写字母代表差异显著(P<0.05)(下同)。
搅打起泡率是评价稀奶油质地及稳定性的最有效指标之一[19]。由图1可知,随着乳化剂HLB值的增加稀奶油搅打起泡率呈下降趋势。当HLB值为4.0时,稀奶油搅打起泡率最高为95.11%,这可能是由于在该HLB值下,稀奶油乳液黏度与打发后脂肪部分聚结率均最低,所以,搅打时稀奶油体系可充入大量气泡,且这些气泡不能完全被部分聚结的脂肪网络包裹,最终表现为搅打起泡率较高[20]。随着HLB值的增加,稀奶油搅打起泡率显著降低(P<0.05),当HLB值为6.0时,稀奶油搅打起泡率为58.80%。这可能是因为较高HLB值时,亲水型蔗糖酯比例增加,界面膜强度减弱,结晶脂肪更易刺破界面膜,促进部分聚结的发生和发展,导致脂肪的过度聚结,而过度聚结的脂肪晶体会刺破气泡从而降低搅打起泡率[21]。
2.2 HLB值对稀奶油泡沫稳定性的影响
乳化剂在动力学稳定性中起着2个作用:a)降低油-水界面张力;b)在液滴周围形成机械的、有黏性的界面膜,从而防止过度聚结[22]。图2为不同复配乳化剂HLB值对搅打奶泡沫油稳定性的影响。由图2可以看出,随着复配乳化剂HLB值的增加,搅打稀奶油泡沫稳定性整体呈下降趋势。当HLB值为4.0～5.0时,泡沫稳定性较高且无显著性变化(P>0.05),继续增大HLB值,泡沫稳定性显著降低(P<0.05),这与乳化剂的性质有关。当HLB值较大时,乳化剂对水相表现出更强的亲和力,可以保持较小液滴所需的界面张力;同时,随着HLB值的增加,亲油型单甘脂含量降低,其对体系内脂肪的结晶修饰作用减弱,脂肪内部晶体变得粗大,在剪切作用下更易刺破体系内形成的气泡,导致脂肪过度聚结,降低泡沫稳定性[8,18]。
图2 HLB值对稀奶油泡沫稳定性的影响
Fig.2 Effect of HLB value on foam stability of whipped cream
2.3 HLB值对稀奶油脂肪部分聚结率的影响
搅打过程中脂肪的部分聚结是搅打奶油稳定的基础[23],适当的部分聚结率可以为产品带来理想的质地。图3展示了复配乳化剂不同HLB值对稀奶油部分聚结率的影响。由图3可知,HLB值由4.0增加至6.0的过程中,搅打奶油的脂肪部分聚结率逐渐增大,而稀奶油脂肪部分聚结的程度与界面膜强度密切相关,随着HLB值的增加,复配乳化剂可以迅速吸附在脂肪球表面,形成新的界面膜,降低界面膜黏弹性,使脂肪球耐搅打能力下降,搅打时更易促进脂肪的聚结[24]。当HLB值增大至5.5时,稀奶油脂肪部分聚结率达到81.06%,此时聚结率较高,脂肪球易发生过度聚结从而聚集成较粗大的脂肪晶体,破坏稀奶油的结构,影响稀奶油的稳定性[9]。
图3 HLB值对稀奶油脂肪部分聚结率的影响
Fig.3 Effect of HLB value on the fat coalescence rate of whipped cream
2.4 HLB值对稀奶油粒径分布的影响
平均粒径和粒径分布反映了搅打奶油体系中脂肪球体积大小及均一程度,体积越小,均一程度越高,说明乳液稳定性越高[25-26]。液滴大小还与乳化剂的界面行为密切相关,不同HLB值的乳化剂的界面活性不同,对粒径的影响也不同[8]。稀奶油乳液的粒径分布及表面积平均粒径D[3,2]大小如图4所示。由图4-A可知,当HLB值为4.0时,稀奶油乳液粒径分布均一度最高,肩峰所占面积最小,所以,此时整个乳化体系最稳定,因而搅打时间会延长[27]。随着HLB值的增加,乳化剂对水相表现出更强的亲和力,并且可以保持较小液滴所需的界面张力,因此粒径分布主峰位置逐渐向左移动。由图4-B可知,随着HLB值的增加,稀奶油粒径D[3,2]由1.78 μm显著降低至1.46 μm(P<0.05)。这可能是因为HLB值增加后,亲水性蔗糖酯含量增大,与水的亲和力增强,均质过程中会迅速扩展至乳浆与脂肪界面处,形成完整界面膜,包裹脂肪球促进O/W乳液的形成[28]。
A-粒径分布;B-D[3,2]
图4 HLB值对稀奶油乳液粒径分布的影响
Fig.4 Effect of HLB value on particle size distribution of whipped cream
2.5 HLB值对稀奶油流变特性的影响
乳液中液滴的运动会受到其他物质相互作用的阻碍,在宏观上可以表示为液体的表观黏度[8]。图5为复配乳化剂HLB值对稀奶油乳液流变性质的影响。由图5可知,各HLB值稀奶油乳液的黏度均随着剪切速率(从0.01 s-1至100 s-1)的增加而下降,呈剪切稀化的性质,表明其三维结构发生了破坏[29],且HLB值越大,乳液表观黏度越大。HLB值为4.0～4.5时,乳液初始表观黏度为11.71～12.76 Pa·s,较为接近;而当HLB值超过4.5后,稀奶油乳液表观黏度显著增加(P<0.05),当HLB值为6.0时,稀奶油乳液表观黏度最大为24.23 Pa·s,这可能与稀奶油乳液粒径有关。由图4-B可知,随着HLB值的增加,稀奶油乳液平均粒径逐渐减小,体系内脂肪球数量逐渐增多,因此,脂肪球彼此之间相互接近,不断堆积,形成了具有特定结构的脂肪球网络,从而增大了乳液黏度[14,30]。
图5 HLB值对稀奶油流变特性的影响
Fig.5 Effect of HLB value on rheological properties of whipped cream
2.6 HLB值对稀奶油质构特性及裱花形态的影响
获得理想的质构特性是食品生产的目标之一,其中,硬度是反映稀奶油质构特性的重要指标,但会受到加入的乳化剂、稳定剂以及体系内脂肪聚结等多种因素的影响[31]。HLB值对稀奶油质构特性及裱花形态影响如表2与图6所示。由表2可知,随着HLB值的增加,打发后稀奶油泡沫硬度显著增大(P<0.05)。因为随着HLB值的增大,乳液黏度增加,而较高黏度乳液有利于体系内凝胶网络的形成,增强聚结的脂肪球包裹空气的能力,所以稀奶油硬度也会随之升高[14]。此外,HLB值增加,搅打稀奶油脂肪部分聚结速率也会增加,更高程度的部分聚结可以形成更强的部分聚合脂肪球网络,为搅打奶油提供足够的强度,从而获得更高的硬度[32]。咀嚼性大小与硬度大小呈正相关,硬度合适的食品可以给消费者带来舒适的咀嚼感受,提高食品的风味和口感。当HLB值为4.0时,稀奶油硬度为1.05 N,此时硬度较小,打发后奶油较软,咀嚼性最小,易导致过快进食和消化问题;当HLB值>5.0时,打发后奶油咀嚼性较大,会使稀奶油适口感显著降低。
A-打发后立即裱花拍照;B-25 ℃放置1 h后拍照
图6 HLB值对稀奶油裱花形态的影响
Fig.6 Effect of HLB value on the decoration performance of whipped cream
表2 HLB值对稀奶油质构特性的影响
Table 2 Effect of HLB value on texture characteristics of whipped cream
HLB值硬度/N内聚性弹性/mm胶黏性/N咀嚼性/mJ4.01.06±0.07e0.94±0.03b10.71±0.08c1.02±0.09e10.64±0.05e4.51.78±0.14d1.13±0.06a11.28±0.06b1.52±0.06d16.34±0.06d5.02.59±0.11c0.86±0.06b11.99±0.13a2.43±0.06c28.98±0.07c5.55.49±0.11b0.58±0.07c9.47±0.10d3.24±0.09b30.27±0.04b6.06.67±0.13a0.53±0.04c9.67±0.06d3.51±0.06a33.80±0.05a
注：同一列字母不同表示有显著性差异(P<0.05)。
稀奶油裱花形态也与其硬度大小有关。当HLB值为4.0时,裱花奶油较软,25 ℃放置1 h后塌陷明显;当HLB值为5.5～6.0时,裱花奶油硬度较大,裱花边缘粗糙,25 ℃放置1 h后有大量乳清析出。而当HLB值为5.0时,稀奶油硬度适中(2.59 N),裱花奶油挺立度较高且泡沫稳定性较好,此时,稀奶油也有较好的搅打性能。因此,综合分析,HLB值为5.0时稀奶油裱花性能最佳。
3 结论
稀奶油的搅打充气是一个复杂的过程,受多种因素的影响。本文研究了单甘酯和蔗糖酯复配后乳化剂HLB值为4.0～6.0时初榨椰子油基搅打稀奶油搅打性能及品质的变化。结果表明,随着复配乳化剂HLB值的增加,稀奶油的表面积平均粒径D[3,2]逐渐减小,表明较小粒径脂肪球数量逐渐增加,从而稀奶油乳液表观黏度逐渐增大,泡沫硬度也随之增加。当HLB值为4.0～4.5时,稀奶油搅打起泡率较高,泡沫稳定性较好,但其搅打时间较长且泡沫硬度较低,裱花奶油挺立度差、易塌陷。而当HLB值大于5.0时,稀奶油搅打性能显著降低,且裱花奶油表面粗糙,25 ℃放置1 h后有明显乳清析出。在最适HLB值5.0时,即体系中单甘脂添加量为0.25%、蔗糖酯添加量为0.05%,此时,稀奶油搅打性能及其他品质指标均较好,且裱花奶油组织细腻,挺立度较好。因此,综合分析,当HLB值为5.0时可以得到较高品质的初榨椰子油基搅打稀奶油。
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