摘要:本文通过对乳饮料稳定性分析方法的介绍,概括描述了目前乳饮料产品稳定性评价方式的优劣。通过Stokes`Law,Lambert-Beer Law两个理论建立了新型的评价手段---实时动态光谱分析,通过该技术形成的快速的稳定性分析方法,提升了产品快速分析判断的准确性。


关键词:稳定性;实时动态光谱分析;乳饮料


中国的乳业近几年蓬勃发展,2006年我国乳品加工企业销售总额1041.42 亿元市场广阔,但是我国乳品行业业内竞争激烈,乳品企业之间的价格战、奶源争夺战已经开始并仍将继续,优胜劣汰的法则已经开始表现。消费者对乳品质量安全的关注程度日益提高,健康消费的观念日益深入人心、市场的变化已促使一些企业开始注重提高乳品质量安全,细化乳品市场,开发高端产品。乳品企业要想抢得发展先机,必须加强乳品质量安全控制。

在含乳化饮料、植物蛋白饮料、悬浮饮料中,稳定性虽不被写在标签上,但它仍是衡量这类饮料质量的一个重要指标。沉淀、油析分层等现象不但影响产品的外观,还造成其保质期的缩短。因此产品的稳定性问题是企业在研发和生产过程中最关注的问题。


一、稳定性监测的重要性


产品发生稳定性问题通常包括以下几个方面:

产品在储存放置的过程中出现浮油或者出现析水,与此同时可能伴随着沉淀。

比较严重的问题是在生产过程中或者短时间内出现产品整体上浮、分层、凝胶。

对于企业而言这些问题的出现直接的影响就是产品的质量下降、出现口感差、产品外观差,同时导致产品保质期缩短。间接的会出现产品的投诉率增加、废品率上升、退货率上升,整体的产品生产成本增加。从企业的技术角度分析,问题出现需要解决,间接的影响新产品如期上市、产品质量保障下降,同时也影响了企业高端产品开发减缓,产品的研发周期无形中被拉长。但是市场变化快、要求新产品的上市速度加快、留给企业研发人员的开发时间在缩短,因此短时间内判断产品稳定性成为了研发人员最集中的困扰。

企业需求是快速确认产品的稳定性,实际上就是一种准确、快速、直观、可靠的快速分析方法。


二、传统稳定性监测分析方法


对于稳定性问题,产品研发人员一直在寻找合适的快速判定方法。目前企业通常采用的方式有以下几种情况。


表1  稳定性分析方法


从表1中可以发现,静止观察法是最准确、直观和可靠的,但是快速性差,影响我们的判断速度,目前企业的产品更新速度已经不准许我们采用静置观察法来判断产品的稳定性。离心观察法判断速度很快,但是由于其人为因素和判断标准的不同会导致判断中其准确性、可靠性差。直接分析法通常会采用显微镜检测、分光光度计检测、电导率检测等方式对产品的指标进行分析,但是这种方法同静止观察法一样需要等到产品出现问题后,才能够准确反映产品稳定性,速度慢。间接分析方法采用粘度、密度检测,粒子尺寸分布和形状检测、电泳或者ZATA电位检测,此类方法是通过检测测定产品的指标,来估测产品的未来变化方式,速度很快,但是需要判断人员进行推理,所以准确性、直观性、可靠性较差。

基于以上的产品稳定性评价方式的优劣,我们整合了以上的检测方式的优势,提出了实时动态光谱分析技术,采用此技术可以快速、准确、直观、可靠的判断产品的稳定性,从而为乳品的研发提供了很好的评价平台。



三、实时动态光谱分析技术


实时动态光谱分析技术主要是通过离心加速溶液中的粒子沉降或者上浮,并且测定其沉淀或者上浮速度,同时通过透射光扫描表征产品,直接客观的反映产品的状态变化。

实现这一技术的是一台具备同时加速离心并且能够将变化过程通过光谱形式收集整理的仪器--------LUMI稳定性分析仪。产品图如下:


图1  稳定性分析仪

图2  稳定性分析仪构成


产品分析的过程和仪器的设计理念都是源自Stokes`Law,和Lambert-Beer Law两个理论。


通过结构图可以看到,检测样品是放置在一个可以高速旋转的离心转盘上,离心装置的上方是发射近红外光的发射器,它发射的近红外光实时对样品的检测区域进行扫描,我们可以将透射光通过装置底部的CCD检测器进行收集,并通过电脑进行分析。由于离心过程中检测的乳制品的状态是实时变化的,那么通过检测我们可以收集到透射光也会表现出不同的变化,整合检测产品各个位置的透射光变化过程,就形成了我们可以直观看到的图谱,从而分析产品的性能特点。


四、实时动态光谱分析技术的应用


通过结合静置观察法试验证实,图谱反映出产品的变化趋势和现象的不同可以判断产品的稳定性。图3是乳饮料的稳定图谱,从图谱上可以发现,产品在高速离心的情况下只是出现了少量的脂肪上浮和沉淀,产品总体的透光率变化趋势小;图4是乳饮料的不稳定图谱,从图谱上可以发现,检测样品的顶部出现了明显的透过率增加,出现了大量析水透过率为变化,出现了大量沉淀。 


图3   乳饮料稳定图谱

图4  乳饮料不稳定图谱     


作为企业而言,成本问题是厂家最关心的问题,通过实时动态光谱分析技术可以针对稳定剂的最佳用量进行筛选,选择在稳定性一致的条件下,稳定剂用量最小值。从而确定稳定剂的最优化用量。

采用实时动态光谱分析,我们可以发现产品原辅料变化,产品的图谱也会相应的出现不同。因此,对于原辅料变化的检测,此项技术可以应用。

产品的沉降速率和重力加速度可以建立线性关系,通过测算不同重力加速度下得到的沉降速率或者上浮速率,我们可以计算出一个重力加速度的环境下产品的沉降速率或者上浮速率。在明确了产品保质期的产品沉降或者上浮的标准后,通过计算可以得到产品出现问题的时间,进而测算出产品的保质期。


五、结论


在乳品中,实时动态光谱分析技术能够快速准确的判断乳品稳定性,选择稳定剂最优用量,区别稳定剂体系原辅料变化,预测乳品保质期。


乳液稳定性和破乳剂 (反乳化剂) 用量 – 实时的并加速的分析研究
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