大豆分離蛋白種類及取代量對冰淇淋品質(zhì)的影響

劉 麗，程建軍，，* ，石 琳，馮憲民，江連洲，生慶海

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030;2.內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)股份有限公司，內(nèi)蒙古011500)

冰淇淋是一種復(fù)雜的復(fù)合膠體，其產(chǎn)品含有脂肪液滴、乳固體、空氣泡和冰晶等［1］。近年來用大豆蛋白部分替代動物性原料制作冰淇淋的研究受到廣泛重視。這不僅因?yàn)榇蠖沟鞍踪|(zhì)是重要的營養(yǎng)物質(zhì)［2］，同時大豆蛋白質(zhì)還具有許多加工功能性質(zhì)［3-4］，如:蛋白質(zhì)的水合性質(zhì)、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用以及表面性質(zhì)等。大豆蛋白在肉制品、嬰兒食品及乳制品中應(yīng)用，這些性質(zhì)起著十分重要的作用［5］;大豆蛋白在冰淇淋中應(yīng)用［6-7］，可顯著提高冰淇淋的氮含量、稠度系數(shù)及抗融性，并能抑制在熱波動過程中冰晶的增長;但對膨脹率及風(fēng)味有負(fù)面影響，在取代脫脂乳粉20%以上時產(chǎn)生不愉快的豆腥味。本文主要研究不同來源的大豆分離蛋白在不同取代率下對冰淇淋品質(zhì)的影響，通過不同來源的大豆分離蛋白的加工特性的差異，研究探討大豆分離蛋白加工功能性質(zhì)與冰淇淋品質(zhì)的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大豆分離蛋白Ⅰ 來自于哈爾濱哈高科大豆食品公司;大豆分離蛋白Ⅱ 來自于美國杜邦公司;大豆分離蛋白Ⅲ 來自于日本不二富吉(北京)科技有限公司;大豆分離蛋白Ⅳ 來自于上海鶴善實(shí)業(yè)有限公司;全脂奶粉 內(nèi)蒙古蒙牛股份有限公司;椰子油 內(nèi)蒙古蒙牛股份有限公司;蔗糖 市售;黃原膠 丹尼斯克;刺槐豆膠 丹尼斯克;單甘酯、蔗糖酯 柳州長遠(yuǎn)食品配料有限公司;大豆油 金龍魚;SDS 實(shí)驗(yàn)室配制。

IC9308 全自動冰淇淋機(jī)Caple 客浦;RW20digital 頂置式機(jī)械攪拌器 德國IKA;ME100L高剪切乳化機(jī)上海富麥機(jī)電設(shè)備有限公司;NDJ-5S旋轉(zhuǎn)粘度計 上海精密科學(xué)設(shè)備有限公司;TA-XT2i 型質(zhì)構(gòu)儀 TA-XT plus，英國。

1.2 冰淇淋基礎(chǔ)配方

全脂奶粉10%，奶油10%，蔗糖14%，單甘酯∶蔗糖酯(1∶1)0.15%，黃原膠∶刺槐豆膠(1∶1)0.12%。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 冰淇淋生產(chǎn)工藝及大豆分離蛋白取代率 原料混合(50～60℃)→殺菌(83～85℃，15s)→均質(zhì)→老化(4℃，12h)→凝凍→硬化→冷藏

四種大豆分離蛋白分別以20%、30%、40% 及50%的取代率取代基礎(chǔ)配方中的全脂乳粉。

1.3.2 大豆分離蛋白起泡性及泡沫穩(wěn)定性 將一定濃度的SPI 溶液100mL 至于500mL 量筒中，使用高剪切乳化機(jī)以6000r/min 的速度均質(zhì)40s，連續(xù)3 次共計2min，記錄液面高度，記為V0，靜止30min 后再次記錄液面高度，記為V［10］30。起泡能力(Foaming Capacity)和泡沫穩(wěn)定性(Foaming Stability)公式如下:

1.3.3 大豆分離蛋白乳化性與乳化穩(wěn)定性 蛋白乳化性測定按照Pearce 和Kinsella 的方法進(jìn)行。取固形物為2%樣品溶液10mL，水化30min 后加入3.0mL大豆油，在7500r/min 高速剪切乳化1min，制成乳化液。分別在攪拌后0(立即從底部吸取乳狀液)、10 min 從底部取樣50μL。以25mL 0.1%(W/V)SDS 稀釋，測定500nm 處的吸光值A(chǔ)500，以SDS 溶液為空白［11］。以乳化活力指數(shù)EAI 表示:

式中:EAI 是每克蛋白質(zhì)的乳化面積(m2/g);N 是稀釋倍數(shù);φ 是體系中油相所占的分?jǐn)?shù)，本實(shí)驗(yàn)中油相占0.25;C 是蛋白質(zhì)的濃度(g/mL);L 是比色池光徑(1cm)。

乳化穩(wěn)定性(ES)用乳化穩(wěn)定指數(shù)(ESI)表示:

式中:A0，0 時刻的吸光值;At，t 時刻時的吸光值;ΔT，時間差;ΔA，ΔT 內(nèi)的吸光值差。

1.3.4 冰淇淋粘度的測定 采用NDJ-5S 旋轉(zhuǎn)粘度計，測定經(jīng)4℃老化12h 的冰淇淋漿料的粘度，選用2號轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速為12r/min。

1.3.5 冰淇淋膨脹率的測定 分別稱取凝凍前后一定體積的混合料重量，膨脹率依如下公式表示［12］:

膨脹率(%)=凝凍前混合料的質(zhì)量-凝凍后同體積冰淇淋質(zhì)量/凝凍后同體積冰淇淋質(zhì)量×100式(5)

1.3.6 冰淇淋融化率的測定 取經(jīng)硬化后的冰淇淋成品置于35℃培養(yǎng)箱中的金屬網(wǎng)上，金屬網(wǎng)下放一表面皿，計時45min 測融化物質(zhì)量。抗融性以融化率表示，融化率越低，抗融性越好［13］。

1.3.7 冰淇淋硬度的測定 利用質(zhì)構(gòu)儀的檢測探頭兩次下壓測定冰淇淋的質(zhì)地特征曲線，樣品為在冰箱硬化1 周的冰淇淋，樣品從冰箱中取出后在室溫下迅速測定，每個樣品進(jìn)行3 次平行實(shí)驗(yàn)。參數(shù)設(shè)定:測試前探頭下降速度2mm/s，測試速度3mm/s，測試后探頭回程速度5mm/s，測試距離15mm，觸發(fā)力20 ×10-2N，探頭類型P/6［14］。

1.3.8 感官評價 感官評價表，如表1。由八名食品專業(yè)學(xué)生依據(jù)感官評價表，按各項打分，然后計算總和，即得每組冰淇淋總體得分。

表1 冰淇淋感官評價表Table 1 Sensory evaluation sheet of ice cream

1.3.9 數(shù)據(jù)處理 對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用spss17，origin7.5進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 大豆分離蛋白的表面性質(zhì)

2.1.1 大豆分離蛋白的起泡性及泡沫穩(wěn)定性 四種大豆分離蛋白的起泡性如圖1 所示。在相同濃度下，品種不同其起泡性相差較大(如圖1-A)。其中大豆分離蛋白Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ的起泡性在80%～100%之間，且差異不顯著;而大豆分離蛋白Ⅲ的起泡性只有15%～25%，顯著小于其它三種。相同種類下，起泡性不隨濃度增加而改變(如圖1-B)。

大豆分離蛋白的泡沫穩(wěn)定性見圖2。在相同濃度下，品種不同泡沫穩(wěn)定性也不相同(如圖2-A)，與起泡性表現(xiàn)出一致性，其中大豆分離蛋白Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ的泡沫穩(wěn)定性在85%～100%之間，且差異性不顯著;而大豆分離蛋白Ⅲ的泡沫穩(wěn)定性只有35%～60%，顯著小于其它三種大豆分離蛋白的泡沫穩(wěn)定性。泡沫穩(wěn)定性隨濃度的改變變化較小(如圖2-B)。

圖1 大豆分離蛋白的起泡性Fig.1 The foaming capacity of soybean protein isolates

圖2 大豆分離蛋白的泡沫穩(wěn)定性Fig.2 The foaming stability of soybean protein isolates

2.1.2 大豆分離蛋白的乳化性及乳化穩(wěn)定性 大豆分離蛋白的乳化性(EAI)及乳化穩(wěn)定性(ESI)如圖3所示。大豆分離蛋白來源不同，其乳化性和乳化穩(wěn)定性也不一致。2%濃度大豆分離蛋白Ⅰ和Ⅲ的乳化性在14m2/g 附近，差異不顯著;大豆分離蛋白Ⅱ和Ⅳ的乳化性在10m2/g 附近，差異不顯著;并且大豆分離蛋白Ⅰ和大豆分離蛋白Ⅲ的乳化性顯著大于大豆分離蛋白Ⅱ和大豆分離蛋白Ⅳ的乳化性(如圖3)。

乳化穩(wěn)定性之間的差異與乳化性相似，大豆分離蛋白Ⅰ和大豆分離蛋白Ⅲ的乳化穩(wěn)定性顯著大于大豆分離蛋白Ⅱ和大豆分離蛋白Ⅳ的乳化穩(wěn)定性，其中大豆分離蛋白Ⅲ的乳化穩(wěn)定性最優(yōu)。同時測定了SPI 濃度為3%時的乳化性及乳化穩(wěn)定性，與濃度為2%時的乳化性基本一致。這是因?yàn)楫?dāng)大豆分離蛋白濃度達(dá)到2%時，該濃度為形成穩(wěn)定膠束的乳化劑(蛋白質(zhì))最低濃度，稱為臨界膠束濃度(CMC)，乳化液達(dá)到CMC 濃度后，油水界面上的乳化劑不隨濃度增加而增多，以至乳化活性與乳化穩(wěn)定性不再升高［15］。

圖3 大豆分離蛋白的乳化性及乳化穩(wěn)定性Fig.3 The EAI and ESI of soybean protein isolates

2.2 SPI 種類與取代率對冰淇淋漿料粘度的影響

大豆分離蛋白對冰淇淋混料粘度的影響如圖4所示。隨著四種不同來源的大豆分離蛋白取代率的增加，冰淇淋混料粘度均呈增加趨勢(如圖4-A)。其中大豆分離蛋白Ⅰ的冰淇淋漿料粘度提升最小，在取代率為20%～40%時，冰淇淋漿料粘度沒有顯著性提高，在取代率為50%時，粘度上升為1122mPa·s;大豆分離蛋白Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ在取代區(qū)間內(nèi)，粘度隨取代率的增加而顯著提高，從500mPa·s 左右升高至2000mPa·s 以上;其中大豆分離蛋白Ⅳ的漿料粘度上升幅度最大，在50%取代率時升高至2652mPa·s。

大豆分離蛋白種類不同，其對冰淇淋漿料粘度的影響不同，并且隨著取代率的增加，這種差異越加明顯(如圖4-B)。在取代率為20%時種類間差異最小;隨取代率的增加，大豆分離蛋白Ⅰ的漿料粘度一直小于其它三個來源的大豆分離蛋白冰淇淋的漿料粘度。

隨不同來源的大豆分離蛋白取代率的增加，冰淇淋漿料粘度均呈不同程度的上升趨勢，這源于大豆分離蛋白的吸水性，其與水之間的相互作用，使包含大豆分離蛋白的冰淇淋混料粘度會升高，且大豆分離蛋白擁有更好的持水性來獲得更高的粘度［10］。

2.3 大豆分離蛋白種類與取代率對冰淇淋膨脹率的影響

2.3.1 大豆分離蛋白對冰淇淋膨脹率的影響 大豆分離蛋白對冰淇淋膨脹率的影響如圖5 所示。隨著大豆分離蛋白取代率的增加，不同來源的大豆分離蛋白對冰淇淋膨脹率的影響并不一致。其中隨著大豆分離蛋白Ⅰ的取代率的增加，膨脹率升高;隨著大豆分離蛋白Ⅱ的取代率的增加，膨脹率沒有顯著性變化;隨著大豆分離蛋白Ⅲ取代率的增加，膨脹率先升高后下降;隨大豆分離蛋白Ⅳ取代率的增加，膨脹率呈下降趨勢(如圖5-A)。

圖4 大豆分離蛋白對冰淇淋混料粘度的影響Fig.4 Influence of SPI on the viscosity of ice cream mix

在相同取代率下，大豆分離蛋白來源不同，其膨脹率值有差異性。其中在取代率為20%時，這種差異性較小;但隨著取代率的增加差異性開始變大。在30%～50%的取代區(qū)間內(nèi)，大豆分離蛋白Ⅰ、Ⅲ的冰淇淋膨脹率顯著大于大豆分離蛋白Ⅱ、Ⅳ的冰淇淋膨脹率，且大豆分離蛋白Ⅰ與Ⅲ、大豆分離蛋白Ⅱ與Ⅳ之間差異較小(如圖5-B)。

綜合本研究測定的不同來源的大豆分離蛋白的起泡性之間的差異性(如圖1)，和四種來源大豆分離蛋白對冰淇淋膨脹率的影響。得到大豆分離蛋白Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ的起泡性顯著大于大豆分離蛋白Ⅲ的起泡性，而大豆分離蛋白Ⅰ、Ⅲ取代的冰淇淋的膨脹率大于大豆分離蛋白Ⅱ、Ⅳ取代的冰淇淋的膨脹率，可表明大豆分離蛋白取代乳粉可提高冰淇淋的膨脹率，并不是由于大豆分離蛋白具有較好的起泡性所引起的。這與之前的一些研究不一致，Muhammet Dervisoglu 研究指出大豆?jié)饪s蛋白降低了冰淇淋的膨脹率，是由于大豆?jié)饪s蛋白的起泡性沒有酪蛋白起泡性好，并同時指出大豆分離蛋白起泡性可與酪蛋白起泡性相媲美［6］。同時，Yansumatsu K 等人指出，豆制品有良好的起泡性，可應(yīng)用于冰淇淋中，提高冰淇淋的膨脹率［8］。王秀軍等人將小麥麩皮蛋白加入冰淇淋中，膨脹率有所提高，并指出可能是由于麩皮蛋白具有一定的起泡性，在攪打過程中形成了更多的氣泡，增大了冰淇淋的膨脹率［9］。

圖5 大豆分離蛋白對冰淇淋膨脹率的影響Fig.5 Influence of SPI on the overrun of ice cream

2.3.2 大豆分離蛋白乳化性與冰淇淋膨脹率的相關(guān)性分析 四種來源的大豆分離蛋白的乳化性之間的差異性，與其對冰淇淋膨脹率的影響趨勢較一致。且通過對乳化性與膨脹率二者進(jìn)行皮爾遜(Person)相關(guān)分析，結(jié)果如表2 所示，當(dāng)大豆分離蛋白取代率為30%、40%時，兩者之間相關(guān)系數(shù)分別為0.978、0.985，表明二者存在顯著性正相關(guān)，即大豆分離蛋白能提高冰淇淋的膨脹率是由于其自身乳化性的作用。

大豆蛋白的乳化功能，能顯著的降低油、水或空氣、水的界面張力［16］。由于在空氣混入時能顯著降低空氣、水界面的張力，即有利于空氣的混入與保持，表現(xiàn)為膨脹率的提高。但隨著取代量的繼續(xù)增加，體系粘度上升較大，如果體系粘度過高，則會導(dǎo)致冰淇淋物料過稠，在凝凍過程中空氣很難大量均勻的分布在冰淇淋中，從而導(dǎo)致產(chǎn)品膨脹率低，口融性差［17］，因此在適宜的粘度范圍內(nèi)，大豆分離蛋白冰淇淋膨脹率與大豆分離蛋白乳化性正相關(guān)。

表2 不同品種的SPI 的乳化性與冰淇淋膨脹率之間的相關(guān)性Table 2 The relativity of the EAI of SPI and the overrun of ice cream

2.4 大豆分離蛋白對冰淇淋融化率的影響

大豆分離蛋白種類與取代率對冰淇淋融化率的影響如圖6 所示，大豆分離蛋白來源不同，其取代率對冰淇淋融化率的影響基本一致，即隨著取代率的增加，冰淇淋的融化率略有升高或是不變，然后快速下降。

隨著大豆分離蛋白Ⅰ和Ⅲ取代率的增加，冰淇淋融化率的趨勢相似，在取代率小于50%時，大豆分離蛋白取代率對冰淇淋融化率的影響較小，融化率略有升高;取代率達(dá)到50% 時，融化率值降低幅較大。隨著大豆分離蛋白Ⅱ和Ⅳ取代率的增加，冰淇淋融化率的趨勢相似，在取代率小于40%時，大豆分離蛋白對冰淇淋融化率的影響較小;取代率達(dá)到40%時，冰淇淋的融化率開始降低。其中在大豆分離蛋白Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ取代率為50%時，冰淇淋融化率幾乎降至為零，融化率過低將會導(dǎo)致口融性差，影響風(fēng)味釋放。

表3 SPI 種類及取代率對冰淇淋硬度的影響Table 3 Influence of kinds and substitution of SPI on the hardness of ice cream

表4 感官評價得分Table 4 The score of the sensory evaluation

圖6 大豆分離蛋白對冰淇淋融化率的影響Fig.6 Influence of SPI on the melting ratio of ice cream

2.5 SPI 種類與取代率對冰淇淋硬度的影響

大豆分離蛋白的種類及取代率對冰淇淋硬度的影響如表3 所示。隨大豆分離蛋白取代量的增加，冰淇淋硬度均顯著提高。

大豆分離蛋白Ⅰ和大豆分離蛋白Ⅲ在取代區(qū)間內(nèi)，冰淇淋的硬度值由1000N 升高至1500N 左右;大豆分離蛋白Ⅱ在取代率為50% 時，硬度值升高至3500N 以上，硬度最大。冰淇淋硬度的變化可能與可溶性固形物含量增加引起冰點(diǎn)的變化有關(guān)，且冰淇淋硬度太大將影響產(chǎn)品的膨脹率和感官評分［18］。

2.6 感官評價

大豆分離蛋白冰淇淋的感官評價結(jié)果如表4，隨著大豆分離蛋白取代率的提高，感官評價得分先升高后降低。

大豆分離蛋白Ⅰ在取代率為40%時，感官評價得分最高，冰淇淋品質(zhì)最好;大豆分離蛋白Ⅱ在取代率小于50%時，感官評價得分表明，其對品質(zhì)基本沒有影響;大豆分離蛋白Ⅲ、Ⅳ在取代率為30%時，冰淇淋感官品質(zhì)最好。

由于大豆分離蛋白Ⅰ的粘度小于其他三種大豆分離蛋白的粘度，所以其對奶香味的掩蓋較少，且豆腥味明顯小于其他三種來源的大豆分離蛋白冰淇淋的豆腥味;如果體系粘度過高將導(dǎo)致產(chǎn)品口融性差［17］，影響風(fēng)味的釋放，導(dǎo)致奶香味不足、豆腥味較大。

3 結(jié)論

隨大豆分離蛋白取代率的提高，冰淇淋混料粘度及冰淇淋硬度均呈上升趨勢;在宜適的粘度范圍內(nèi)，冰淇淋的膨脹率與大豆分離蛋白的乳化性呈顯著相關(guān)性;在大豆分離蛋白20%～50%的取代區(qū)間內(nèi)，冰淇淋融化率先略有升高，然后快速下降;冰淇淋的感官評價得分隨著大豆分離蛋白取代率的增加，先升高后降低。

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