如何搅打稀奶油：加工工艺、发泡原理及影响因素

搅打稀奶油是指搅打充气后能够形成稳定泡沫，脂肪含量为30%～40%稀奶油产品，可用于蛋糕裱花、甜点的装饰等。本节主要介绍搅打稀奶油的加工工艺、发泡原理以及影响其打发效果的因素等。

（一）加工工艺

巴氏杀菌和UHT搅打稀奶油生产工艺见图6-21。首先，标准化原料稀奶油至脂肪含量30%～40%，加入合适的稳定剂后进行热杀菌处理。杀菌强度差异性，决定搅打稀奶油存储条件和保质期。80℃、10s杀菌产品，冷藏能够保存21d左右；90～95℃、10s，冷藏条件保存30～45d；UHT管式灭菌，即高于135℃下保持3～5s，产品可室温下保存几个月甚至更长。前两种杀菌处理产品，即使不添加稳定剂，产品在保质期内有较好的稳定性和加工应用性质。但UHT产品一般需要添加合适稳定剂，且UHT处理后还应进行均质处理，破碎热处理过程中形成的脂肪球聚集物，防止保质期内产品发生分层。均质工艺参数应当合适，过度均质会影响稀奶油产品打发性质。可采用两阶段均质工艺，第一阶段压力为3MPa，第二阶段为1MPa。

图6-21 巴氏杀菌和UHT搅打稀奶油工艺流程图

上述杀菌方式均为间接杀菌方式，其中UHT管式杀菌，会给产品带来蒸煮风味。采用直接UHT杀菌工艺，如蒸汽直喷方式杀菌，温度≥135℃，保持时间更短，能够一定程度避免热处理对产品感官和理化性质影响。

斯堪尼亚公司（Scania）生产搅打稀奶油工艺设备流程如图6-22。

加热原料乳至62～64℃，离心分离稀奶油。将分离出稀奶油标准化，并打入储料罐（图6-22中1），此时温度仍为62～64℃，在此温度下保持15～30min，使大部分的脂肪酶钝化。从灌满到排空储藏罐，最长时间不得超过4h。

图6-22 斯堪尼亚公司（Scania）工业实际生产搅打稀奶油流程图

1—储料罐 2—物料泵 3—杀菌器 4—增压泵 5—保持管 6—成熟罐

稀奶油从储料罐中进入板式热交换器（图6-22中3），再通过增压泵（图6-22中4）泵送至板式换热器中进一步升温后，进入保温管保温（图6-22中5）。从设备1～5过程中，稀奶油温度都高于60℃，脂肪球可一定程度耐机械剪切，因此泵2和4都可以采用离心泵。稀奶油经过保温管5中80～95℃处理10s，接着进入板式热交换器中的冷却段冷却，最后进入成熟罐中进行成熟。随着脂肪含量增加，冷却温度升高。35%～40%脂肪含量产品，最佳冷却温度为8℃；高脂肪含量产品，冷却温度应高于8℃，温度太低会导致产品黏度过高，形成“奶油栓”。稀奶油从成熟罐的底部打入，缓慢搅拌，冷却成熟5～6h，最大程度形成脂肪结晶。

脂肪球结晶过程中，结构非常不稳定，因此热交换器的冷却段和结晶罐中，应尽可能避免剪切处理，如缩短管道长度，避免使用泵等。从成熟罐到包装机过程中，稀奶油大部分脂肪球已经完全结晶，能够耐住一定的剪切处理。在较低的压降下（0.12MPa），可使用变频的离心泵。压降高于0.12MPa，但不超过0.3MPa条件下，推荐使用罗茨泵，最大转速为250～300r/m。

稀奶油产品包材应当能够隔氧、阻光，防止不饱和脂肪酸发生氧化。纸质包装罐的表层为聚乙烯，内包装为多层铝箔。灌装过程中，尽可能减少包装内和稀奶油产品中的氧气含量。UHT稀奶油产品中，一定量的氧气残留是必要的，因为UHT处理会导致β-乳球蛋白的自由巯基暴露，释放出硫化氢气体，形成典型的蒸煮味。而硫基和氧气之间的氧化/抗氧化作用可以一定程度缓解蒸煮味。

（二）稀奶油的打发

1. 稀奶油打发原理

稀奶油打发的初始阶段，空气进入稀奶油形成气泡，气泡的平均粒径约为150μm，β-酪蛋白和乳清蛋白迅速吸附于气泡表面，由于β-酪蛋白和乳清蛋白具有表面活性，且β-酪蛋白在低温下为非胶束结构，易于吸附气泡表面，这都有助于形成稳定的泡沫结构。随着搅打进行，气泡粒径降低3倍，同时乳脂肪球代替了部分蛋白吸附于气泡表面，并形成了气-脂界面。搅打后期，空气气泡粒径继续降低，形成小气泡，同时吸附于大气泡表面的脂肪球膜受到破坏，这也是造成脂肪球聚集的重要原因。聚集脂肪球形成的网状结构，可以包裹大量小气泡，有助于提高产品的结构稳定性。稀奶油打发过程的示意图如图6-23所示，未经打发和打发后稀奶油的微观结构如图6-24所示。

图6-23 未经均质稀奶油打发过程示意图

（1）液态稀奶油；（2）打发初始阶段；（3）打发完成后稀奶油状态

2. 搅打工艺

主要研究在搅打器内稀奶油的经典搅打方式。可能会出现下列过程：

①大气泡会搅打进稀奶油中。

图6-24 电子显微镜照片

（1）未打发稀奶油；（2）打发稀奶油（阴影黑色区域为空气气泡）

②气泡会被击碎成更小的气泡，这种方式类似于均质机内脂肪球的破碎。

③气泡彼此碰撞，可能发生聚集。

④蛋白质吸附到空气-水界面，气泡的聚集速率明显降低。

⑤气泡可能与稀奶油上部的空气聚集，因此会消失。对较大的空气体积分数、较大的气泡和较低的黏度系统而言，③、④和⑤的过程速率较高。

⑥脂肪球与空气泡相撞，并吸附到空气泡上。

⑦来自脂肪球的某些液态脂肪铺展在空气-水界面。

⑧出现了脂肪球的部分聚集。这可能出现在基质相中，因为较高的速率梯度，也可能出现在气泡表面，因为空气泡的聚集。气泡表面积的减小使得吸附的球体彼此更接近，空气-水界面上的液态脂肪可以作为黏合剂。最终，会形成相当大的团块。

这些工艺过程几乎同时发生，虽然①的速率会降低，因为系统会变得很黏，⑧变得迟缓。

搅打过程会形成特定的结构，在该结构中：①空气占有50%～60%的体积；②空气泡的直径在10～100μm；③气泡被脂肪球和脂肪球团块完全覆盖；④在整个基质相中，结团的脂肪球会形成充满空间的网络。这种网络也会与气泡接触。按照这种方式，会形成一种硬实的、光滑的和相对稳定的产品。

图6-25 稀奶油搅打期间参数的变化

注：硬度参数是降低质量到产品所需要的时间泄露，指在特定时间从特定体积排出的液体的量在断裂线之间产品是可以接受的；以上是近似结果。

（1）变化的速率 是否可以获得这种结果取决于上面提及的工艺出现的相对速率。假定足够快地形成小气泡，两种速率是很关键的。第一个是脂肪球吸附到气泡上的速率。需要利用脂肪球或小团块全部覆盖气泡，可以阻止气泡的聚集。第二个是部分聚集的速率。如果聚集速率太慢，在合理的时间内不会形成固态网络。如果聚集速率很快，将会形成可见的奶油粒；不会形成满意的网络。过度单纯化的形成网络，需要搅打和搅拌之间的平衡。图6-25显示了搅打期间出现的变化速率。最终搅拌会占主要方面；因此在团块变得很大之前，停止搅打。(www.xing528.com)

最重要的是搅打速率。搅打器的金属丝的转动速率在1m/s，在合理的时间达到适当的搅打率。当搅打速率从1m/s提高到3m/s，搅打时间明显降低，从10min降低到1min。时间也与钵的大小和搅打装置的形状有关。随着搅打速率增加，上述提及的多数变化的速率增加，尤其是①、②、⑥、⑧过程。脂肪含量也有明显影响，如图6-26所示，但是影响与搅打强度有关。搅打越快，形成稳定泡沫的需要的脂肪含量越低，搅打率越高。在很低的脂肪含量时，即20%以下，没有足够多的脂肪球来稳定气泡；随着脂肪含量降低，搅打率也降低。

图6-26 脂肪含量对搅打时间、搅打率、硬度（近似屈服应力）以及泄露的液体量的影响

注：对于常规的搅打稀奶油（—）和添加乳化剂的产品（---）近似的结果。

资料来源：H. Mulder和P. Walstra，乳脂肪球，Pudoc，Wageningen，1974。

如上所述，部分聚集的速率也是重要的。随着搅打速率和脂肪含量的增加，聚集速率增加。另外，随着团块大小增加，速率增加（图6-25）。另外一个重要的变量是固态脂肪含量。实际上，这意味着搅打温度是关键的变量。在5℃，部分聚集相当缓慢，这需要空气泡的存在；如果脂肪在低温时有很高的固态脂肪含量，稀奶油很难被打发。在较高的温度，结团过程进行很快；结团也可能出现在乳基质中，此过程进行得太快，以至于不允许足够的空气进入。如果脂肪完全呈液体状态，搅打是不可能的。

在均质稀奶油中，部分聚集是很慢的，因为脂肪球太小，它们的蛋白质表层提供了良好的稳定性。但是，两段（即在35℃采用2和0.7MPa的压力）低压均质（1MPa到4MPa）产生了15μm的均质簇，这样的一种稀奶油可以被打发。促进搅打性的另外一种措施是添加适合的小分子表面物质（通常称为乳化剂），取代脂肪球表面的部分蛋白质。这促进了脂肪球易于产生聚集，明显影响搅打特性（图6-26）。这种结果在某种程度上与表面活性剂的种类有关，还没有充分理解。吐温20和单油酸甘油酯是通常使用的乳化剂。

（2）稳定性 搅打稀奶油因为存在物理变化，不是完全稳定的。主要的不稳定来自：

①从产品中泄露出乳基质：如果搅打稀奶油的结构如前所述，泄露是不明显的。图6-25和图6-26显示了一些因素的影响。添加增稠剂可以阻止析水，但是需要相当高的浓度。

②奥斯瓦德成熟：这几乎发生在每一个泡沫中，因为气泡大小差异明显，在水中气体的溶解度相当高。在传统的搅打稀奶油中，速率是缓慢的。这是因为气泡大部分是由脂肪球层和团块覆盖；这意味着气泡几乎不能收缩。在低脂肪含量和高搅打率的稀奶油中，奥斯瓦德成熟是必要的。

③泡沫的塌陷：如果奥斯瓦德成熟是真实的，就会出现空气泡的聚合，在贮存期间产品的体积减小。在多数搅拌稀奶油中，这是一个缓慢过程。

④塌陷：即使不会出现溃崩，搅打稀奶油也会在其重力下塌陷，如果产品不是足够坚实。大约300Pa的屈服应力可以保证在多数情况下的“保形性”。

传统的搅打稀奶油可以稳定几个小时，但是这对所有的改性稀奶油则不真实。尤其是从气溶胶罐喷出的搅打稀奶油相当不稳定。在气泡快速形成和膨胀的过程中，几乎没有可能使得脂肪球黏附在气泡上或结块。为了赋予产品适宜的硬度，必须是很紧簇的气泡体系，至少达到0.8的气泡体积分数（搅打率达到400%）。另外，N₂O在水中是高度可溶的，导致快速的奥斯瓦德成熟，导致快速塌陷，30min内几乎没有泡沫存在。

3. 稀奶油搅打性质的评价

通常使用三种指标来评价搅打稀奶油的打发性质，包括打发时间，打发率和打发后形成泡沫硬度。

（1）打发率 打发率是指进入搅打稀奶油中空气含量，可通过计算充气前后稀奶油的密度变化来衡量，计算公式如下：

打发率=（未打发稀奶油的密度-打发后稀奶油密度）/打发后稀奶油密度× 100%

在实际生产中，为了便于操作，通常使用打发前后稀奶油的体积，代替密度计算其打发率。

（2）打发时间 打发时间是指稀奶油达到打发终点所需要的时间，打发终点可根据经验判断，脂肪含量为40%的稀奶油，打发时间一般为2min左右，打发率为100%～130%。

（3）泡沫质地评价 泡沫硬度是指稀奶油打发后形成泡沫的质地，可使用质构仪进行测定。消费者通常喜欢硬度较高、质地细腻的泡沫。实际生产中评价泡沫质地方法是取一定量的打发后稀奶油放在平的筛网上，再将筛网置于适当尺寸漏斗上面，然后放在带有刻度容器上，在18～20℃，相对湿度为75%条件下静置2h后，读取刻度容器内的液体量（如图6-27）。判断标准为：0～1mL为非常好（不包括1mL）；1～4mL为一般（包括1mL和4mL）；＞4mL为不太好。

图6-27 2h后在18～20℃、75%相对湿度下测定搅打稀奶油的渗透

4. 影响搅打稀奶油打发性质的因素

（1）加工条件对于搅打稀奶油打发性质的影响 影响稀奶油加工性质的主要工艺包括均质和热处理等，其中均质对稀奶油的打发性质有不利影响，会延长打发时间，降低打发率和泡沫硬度。这是因为均质后，脂肪球膜的主要成分为酪蛋白，这些酪蛋白不易吸附于气泡的表面。UHT产品工艺中通常需要均质，以防止稀奶油中脂肪球上浮。

R. Kovác^ˇová等比较了巴氏杀菌，UHT灭菌以及UHT与高压均质[13～14MPa，（70±7）℃]结合处理，对于搅打稀奶油产品稳定性和加工性质的影响。其中UHT杀菌为管式灭菌，条件为（136±2）℃，1.5s。研究结果显示，UHT处理后稀奶油粒径和黏度略有降低，而UHT与均质结合处理样品黏度高于巴氏杀菌样品。不论何种热处理方式，随着剪切时间延长，样品的黏度都呈现下降趋势。R. Ková c^ˇová，J.Štetina、L. Curda还观察了5和20℃分别放置2个月产品的稳定性，均质处理能够显著提高储藏期间产品的稳定性，但正如上文所述，均质处理对于稀奶油的打发性质有不利影响，UHT与均质结合处理，打发时间延长了2.5～3倍，而只使用UHT处理，打发时间稍有延长，原因是脂肪球膜表面成分的变化。三种处理方式对于稀奶油的泡沫稳定性没有显著影响。

（2）稀奶油成分对其打发性质的影响 稀奶油中蛋白质和脂肪组成及其含量会影响产品打发性质。蛋白质含量会影响产品黏度，一定范围内降低蛋白质含量会缩短打发时间，降低泡沫硬度，且不会影响产品打发率。可加入食品添加剂，来提高产品的液相黏度，打发时间随着液相黏度增加而延长，这时因为剪切作用对于脂肪球聚凝的作用力降低，延长了脂肪球聚凝并形成网络结构所需时间。

搅打稀奶油脂肪含量通常不低于28%，以保证在气-液界面有足够多的脂肪球；脂肪球膜的结构不能够太稳定，否则机械剪切难于将其破坏，从而脂肪球无法聚集形成稳定的结构。脂肪含量对于稀奶油打发性质的影响如图6-28所示，随着脂肪含量由25%升高至45%，打发时间缩短，打发所形成的泡沫硬度增加。脂肪含量30%产品打发率最大，这是因为此脂肪含量条件下，部分聚集的脂肪球能够形成网状结构。脂肪的结晶程度也是影响产品打发性质的重要因素。脂肪球内部基质结晶，能够促进部分脂肪球聚集，提高泡沫的稳定性。调整脂肪结晶条件，可获得打发性质较好产品，通常认为5℃左右产品打发性质最佳。稀奶油中其他成分，如乳糖和盐类是否对打发性质有影响，至今仍没有详细的研究报道。

图6-28 稀奶油脂肪含量对于打发时间（●）、硬度（○）和打发率（▼）的影响

资料来源：Anderson & Brooker，1988。

（3）稳定剂和乳化剂对于稀奶油打发性质影响 搅打稀奶油产品中，可添加《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》（GB 2760—2014）中，允许使用的食品添加剂，以提高稳定性和打发性质。乳化剂可促进脂肪球部分聚集，防止分层，提高产品稳定性，缩短打发时间。常用乳化剂为单甘酯或者双甘酯，还可使用酪乳中分离出的磷脂，磷脂一般加工成酪乳粉来添加。但酪乳粉会显著增加奶油的蛋白质含量，这可能会影响稀奶油打发性质。聚山梨醇酯能提高脂肪球在打发过程中相互交联，可缩短打发时间，提高泡沫的挺立度。

选择合适的稳定剂，可降低稀奶油在储藏期间脂肪球上浮现象，提高打发后泡沫的硬度和稳定性。一般长保质期稀奶油产品，如UHT稀奶油，为保证其保质期内产品较好的性质，很有必要加入稳定剂。最常用的稳定剂为多糖类，如黄原胶、海藻酸钠、淀粉以及其他高分子质量的胶体等。海藻酸钠能够与稀奶油中钙离子结合，形成海藻酸钙沉淀，沉淀吸附于气泡的表面，提高脂肪在体系中的稳定性。加入果胶可提高体系黏度，从而提高打发性质。还可以加入稳定剂来提高稀奶油泡沫硬度，但不会影响产品的打发时间和打发率。

5. 搅打稀奶油常见质量问题

原料乳中含有种类繁多的酶类，如脂肪酶水解乳脂肪生成的脂肪酸，给产品带来酸败风味。原料乳中微生物也会产生脂肪酶，如假单胞菌和革兰阴性嗜冷菌，且其产生的脂肪酶能够耐受热处理，甚至UHT处理产品中仍可检出酶活性。脂肪球膜能够防止乳脂肪受到脂肪酶水解，因此加工过程中尽可能避免机械处理对脂肪球膜造成破坏。

牛乳中天然蛋白酶以及微生物产生蛋白酶，会水解蛋白质形成苦味肽和不良风味，破坏酪蛋白胶束稳定性，增加产品黏度。革兰阴性菌产生的蛋白酶，能够耐受热处理，UHT稀奶油中仍能检出碱性蛋白酶活性。

均质后稀奶油对于光照比较敏感，热处理强度也会影响稀奶油对于光照敏感性受。UHT处理使β-乳球蛋白产生巯基和硫化氢，产生蒸煮味。而如果在存放期间这些基团发生氧化，蒸煮味会消失。