改性豌豆蛋白替代脂肪的植脂奶油開發(fā)

蔣 將王 宇劉元法

JIANG Jiang1，2WANG Yu1LIU Yuan－fa1，2

（1.江南大學(xué)，江蘇 無錫 214122；2.江南大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室，江蘇 無錫 214122）

傳統(tǒng)的攪打奶油也稱乳脂奶油，具有濃郁的奶香以及滑膩的口感［1］，但其脂肪含量達(dá)30%～40%，并含有相當(dāng)量的膽固醇［2］。植脂奶油也稱為人造攪打奶油，具有基于乳狀液的復(fù)雜的泡沫結(jié)構(gòu)［3］。由于其替代了高熱量、高脂肪的傳統(tǒng)乳脂奶油而深受歡迎［2］。

植脂奶油是一種O／W型的乳狀液，其中所含蛋白質(zhì)主要發(fā)揮營養(yǎng)［4］、乳化［1］、起泡［1］、改善體系質(zhì)構(gòu)和穩(wěn)定性［5］等作用。植脂奶油中常用的蛋白質(zhì)主要有酪蛋白、乳清蛋白和大豆分離蛋白，含量一般在1%左右，其中酪蛋白是植脂奶油中最常使用的蛋白質(zhì)，是脂肪球膜的重要組成成分［4］。植脂奶油的復(fù)雜結(jié)構(gòu)要求其中所含的脂肪在老化的過程中要形成一定程度的結(jié)晶，從而具有相應(yīng)的功能性質(zhì)與作用［6］。攪打過程中，植脂奶油中的脂肪球會在剪切力作用下相互接近，其內(nèi)部的脂肪晶體刺破脂肪球膜而形成部分聚集，這種不完全的聚集使得脂肪在氣泡表面形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即脂肪骨架，對植脂奶油的泡沫結(jié)構(gòu)產(chǎn)生保護作用［7，8］。固體脂肪含量太多或太少，脂肪球的部分聚集都難以發(fā)生，Dalgleish等［5］指出了脂肪球中結(jié)晶脂肪比例為10%～50%時脂肪部分聚集會達(dá)到最大化。趙強忠等［8，9］研究認(rèn)為油脂用量在20%～23%時感官品質(zhì)和奶油泡沫穩(wěn)定性可以達(dá)到較好的平衡，并提出在脂肪部分聚集率60%左右時，能形成穩(wěn)定的泡沫結(jié)構(gòu)。

目前中國市面上銷售的植脂奶油產(chǎn)品的脂肪含量普遍在25%～35%［2］，依然含有相當(dāng)高的脂肪。目前，低熱脂肪替代品大致有脂肪酸酯化產(chǎn)物、膠體類、淀粉類、纖維素類、蛋白質(zhì)類等幾類［10］，其中蛋白質(zhì)類主要是以蛋白質(zhì)為原料經(jīng)化學(xué)或物理處理制得的，典型的蛋白質(zhì)類脂肪替代品有著名的Simplesse等。關(guān)于低脂植脂奶油的研究，Akalin等［11］用乳清分離蛋白以及菊粉替代一部分脂肪制作一種低脂冰淇淋，并研究了其流變性質(zhì)；胡娟等［12］將菊糖作為脂肪替代品應(yīng)用到植脂奶油中取得了不錯的效果；徐愛國等［13］則嘗試用硬脂酸淀粉酯替代部分氫化植物油，所制得的低脂植脂奶油與市售產(chǎn)品性質(zhì)差距并不顯著。此外，也有一些關(guān)于無脂稀奶油的研究見諸報道［14］。

將蛋白質(zhì)作為脂肪替代品應(yīng)用于低脂植脂奶油中，可利用其良好的乳化性，在乳化液和氣泡體系中作為界面膜組分，穩(wěn)定乳狀液和支撐脂肪部分聚集網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)［11］。豌豆蛋白作為價格低廉的全價蛋白，營養(yǎng)豐富且可顯著降低成本。但商業(yè)豌豆蛋白溶解性等功能性質(zhì)不佳，不易直接用于植脂奶油，需進行改性以提高其應(yīng)用價值。本實驗室前期研究［15］發(fā)現(xiàn)豌豆蛋白經(jīng)適度變性后，其乳化性和起泡性皆有顯著提高，特別是將堿處理的豌豆蛋白替代部分脂肪時，可增加植脂奶油界面膜粘彈性，一定程度促進脂肪球的部分聚結(jié)，提高泡沫結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并獲得較好的流變性質(zhì)和感官品質(zhì)。研究還發(fā)現(xiàn)以2%堿處理豌豆蛋白替代2%油脂時，制得的植脂奶油產(chǎn)品具有可接受的應(yīng)用指標(biāo)和感官指標(biāo)。

因此，本研究主要著眼于以一定量的堿性pH偏移處理的豌豆蛋白替代不同量的脂肪，制作植脂奶油，并與對照配方相比，確定植脂奶油中脂肪含量較合適的降低度，為低脂植脂奶油開發(fā)提供理論支撐，并為豌豆蛋白開發(fā)利用提供新的途徑。

1 材料與方法

1.1 材料

完全氫化棕櫚仁油：益海嘉里糧油（深圳）有限公司；

豌豆分離蛋白：蛋白含量83.2%，煙臺東方蛋白公司；

酪蛋白：蛋白含量92.1%，澳洲MG公司；

油紅－O：分析純，美國Sigma公司；

蔗糖酯S170和S1670（HLB分別為1和16）：日本三菱化學(xué)株式會社；

大豆粉末磷脂：北京華夏厚德公司；

黃原膠、瓜爾豆膠、香蘭素：上海紫凌商貿(mào)有限公司；

淀粉糖漿：上海好成食品有限公司；

白砂糖、玉米油：中糧食品營銷有限公司；

NaCl、NaH2PO4、Na3PO4、濃鹽酸、氫氧化鈉等：分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器設(shè)備

流變儀：AR1000型，美國TA儀器公司；

循環(huán)加熱器：ME－12型，德國Julabo公司；

電子天平：PL3002型，梅特勒－托利多儀器有限公司；

高壓均質(zhì)機：APV－1000實驗型，德國APV公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 植脂奶油的制備 參照文獻［16］。

水相＋油相→乳狀液制備→巴氏殺菌→快速冷卻→老化→速凍→低溫解凍→攪打→植脂奶油

主要原料為水、白砂糖、淀粉糖漿、大豆分離蛋白、氫化油、多糖、酪蛋白酸鈉等。在70℃下，攪拌30min，100℃巴氏殺菌，在均質(zhì)壓力為40MPa的條件下均質(zhì)兩次，冰水浴降溫，隨后迅速冷卻至－18℃，使用前將乳狀液置于4℃冰箱解凍24h。

根據(jù)前期研究［15］確定基礎(chǔ)配方，采用2%堿改性豌豆蛋白替代不同含量脂肪得到低脂配方（表1）。其中堿改性豌豆蛋白的制備方法：配制4%的蛋白溶液，在40℃下加熱攪拌2h。用2mol／L的NaOH溶液滴定蛋白溶液到pH 12，40℃下攪拌1h，以2M鹽酸調(diào)pH到7。改性蛋白冷凍干燥待用，對于添加pH偏移處理改性蛋白的樣品，根據(jù)蛋白改性后NaCl含量調(diào)整配方中用量，使各樣品一致。

1.3.2 乳狀液和奶油表觀黏度的測定 參照文獻［15］。

1.3.3 脂肪部分聚集率測定 參照文獻［17］。

1.3.4 奶油攪打起泡性質(zhì)的測定 參照文獻［15］。

1.3.5 奶油屈服力、觸變性和彈性模量的測定 使用AR1000型流變儀，選用40mm平行板，間距1mm，10℃下測定其屈服應(yīng)力、觸變特性和彈性模量（G′），測定觸變特性時，剪切速率范圍設(shè)定0～200s－1，測定彈性模量時，掃描范圍為0～10Hz。

1.3.6 植脂奶油感官評定 采用前期研究的方法，選取12名感官評定員，在奶油攪打完畢后立即取樣品評。感官評定涉及5個指標(biāo)：入口即化感、油膩感、豆腥味、光澤細(xì)膩度和總體喜好［15］。入口即化感是指奶油在口中泡沫破裂模擬出的油脂融化的感覺；油膩感是指類似油脂在口中的滑膩的口感；光澤細(xì)膩度是指奶油表面和內(nèi)部的細(xì)膩程度以及光澤情況；總體喜好是對奶油的總體喜歡程度。評分標(biāo)準(zhǔn)為9分制，其中入口即化感、油膩感、光澤細(xì)膩度和總體喜好分?jǐn)?shù)越高說明越喜歡；豆腥味分?jǐn)?shù)越高說明豆腥味越重。

表1 植脂奶油配方Table1 Formula of whipped cream ／（10－2g·g－1）

1.3.7 數(shù)據(jù)處理 試驗得到的數(shù)據(jù)用Sigmaplot 11.0統(tǒng)計軟件中的方差分析（ANOVO）程序進行分析。用LSD檢驗判別數(shù)據(jù)之間的差異性，顯著差異水平P＜0.05。重復(fù)試驗所得數(shù)據(jù)以均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同植脂奶油乳狀液的表觀黏度

圖1顯示了不同奶油乳狀液體系的表觀黏度。

圖1 不同植脂奶油乳狀液的表觀黏度Figure1 Apparent viscosity of different whipped cream emulsion

由圖1可知，以2%用量的堿處理豌豆分離蛋白替代植脂奶油中的脂肪時，體系表觀黏度均顯著高于基礎(chǔ)配方樣品，這主要歸因于添加了2%改性豌豆蛋白，從而提升了體系的黏度。對于添加同等含量豌豆蛋白的植脂奶油體系，脂肪含量的降低會降低其表觀黏度，這主要是乳狀液中脂肪球數(shù)量減少所導(dǎo)致的。表觀黏度的升高意味著攪打環(huán)節(jié)可能需要更長的時間。

2.2 不同植脂奶油的脂肪部分聚集率

降低植脂奶油的脂肪含量也會對奶油中脂肪的部分聚集率產(chǎn)生影響（圖2）。奶油攪打過程一般分為快速起泡階段、快速聚集階段、凝聚穩(wěn)定階段，圖2顯示對照樣品的快速聚集階段主要在2～8min，到10min左右即達(dá)到穩(wěn)定階段，最終脂肪聚集率達(dá)到84%左右。而使用2%改性豌豆蛋白的低脂植脂奶油，其快速聚集階段相對較長，主要落在2～12min內(nèi)，甚至延長至14min，最終脂肪聚集率均顯著低于對照樣，其中脂肪含量17%和18%的樣品，其脂肪部分聚集率可達(dá)到70%以上；脂肪含量15%和16%的樣品，其脂肪部分聚集率落在50%～60%，脂肪含量14%的樣品，其脂肪部分聚集率最終僅達(dá)到44%。

圖2 不同奶油的脂肪部分聚集率Figure2 Fat partial coalescence in different whipped cream

植脂奶油攪打過程中脂肪的部分聚集對泡沫結(jié)構(gòu)的形成與穩(wěn)定有著重要的影響［7］。對于添加了改性豌豆蛋白的樣品，其脂肪部分聚集的速度明顯低于對照樣，其原因是：① 因為添加蛋白的樣品，表觀黏度較大，減緩了氣體進入乳狀液的速度，故脂肪的部分聚集速度也隨之減緩；② 因為蛋白質(zhì)優(yōu)先于脂肪球吸附在氣泡表面，降低了脂肪球吸附到氣液界面的速度，故脂肪部分聚集速率減緩［18］。然而，乳狀液黏度的增大以及氣泡表面吸附更多的蛋白，會增強體系的粘彈性，提升所形成氣泡的穩(wěn)定性。此外，脂肪含量也會影響攪打過程中脂肪球的數(shù)量，從而影響脂肪部分聚集率。脂肪含量越低，乳狀液中形成的脂肪球數(shù)量就越少，降低了脂肪球在剪切力作用下相互碰撞的幾率，且結(jié)晶脂肪不易刺破脂肪球之間的界面膜以形成橋聯(lián)，從而使得脂肪部分聚集難度增加。

2.3 不同植脂奶油的攪打起泡性質(zhì)

攪打起泡性質(zhì)是評價植脂奶油應(yīng)用性能的重要指標(biāo)，表2顯示了脂肪含量對奶油攪打起泡性質(zhì)的影響。與對照樣品相比，低脂植脂奶油樣品的起泡率及泡沫穩(wěn)定性都隨著脂肪含量的降低而降低。在起泡率方面，脂肪含量16%～18%的奶油樣品與對照樣接近，但脂肪含量14%和15%的樣品顯著低于對照樣。這可能是由于脂肪的大幅降低會降低其部分聚集率，從而減少泡沫結(jié)構(gòu)的形成。在起泡率方面，植脂奶油與冰激淋等具有類似的需求，即所起泡沫體積足夠大［19］；但在泡沫穩(wěn)定性方面，植脂奶油要求更高。表2顯示不同樣品的泡沫穩(wěn)定性差異較顯著，脂肪含量的降低對泡沫穩(wěn)定性的降低影響突出。這主要是由于脂肪含量的降低會減少脂肪球數(shù)量，氣泡表面附著的部分聚集脂肪球減少，不能形成足夠堅固的脂肪骨架來支撐氣泡膜，因此泡沫的穩(wěn)定性降低。這也是研究提出植脂奶油最佳脂肪含量為20%以上的主要原因［8］。在攪打時間方面，對照樣因脂肪快速聚集時間較短，所以在8.5min即可完成攪打，而使用2%改性豌豆蛋白的植脂奶油則因脂肪聚集速率的顯著下降需要14min左右的時間才可以完成攪打。

表2 不同奶油的攪打起泡性質(zhì)?Table2 Whipping properties of different whipped cream（n ＝6）

2.4 不同植脂奶油的流變特性

奶油的流變特性也是評價其應(yīng)用性能的重要方面［8］。特別是奶油的屈服應(yīng)力值、觸變性和彈性模量是極為常見的評價指標(biāo)。圖3顯示了不同脂肪含量的奶油體系的屈服應(yīng)力值。它反映著擠壓裱花所需的最小力，當(dāng)屈服應(yīng)力值處于100～200Pa時，樣品裱花效果較好。由圖3可知，當(dāng)脂肪含量降低到16%以后，奶油的屈服應(yīng)力開始顯著低于對照樣品，雖然仍處于可接受的范圍內(nèi)，但感官性質(zhì)上已開始呈現(xiàn)越來越軟的趨勢。

圖3 不同奶油的屈服應(yīng)力Figure3 Yield stress of different whipped cream

植脂奶油裱花時的保形性與其觸變性密切相關(guān)。圖4顯示了不同脂肪含量的植脂奶油的觸變性。由圖4可知，添加2%改性豌豆蛋白的低脂植脂奶油樣品的觸變環(huán)都比對照樣品大，其中脂肪含量16%～18%的樣品尤其明顯。較大的觸變環(huán)面積，表明在外力撤消后體系恢復(fù)到未經(jīng)外力作用的狀態(tài)所需時間會較長。對于裱花體系，觸變環(huán)面積必須足夠小以維持良好的保形性，便于制作細(xì)小的紋路、清晰的棱角和線條［8］。然而，觸變環(huán)如果沒有或者太小，入口即化感又會受影響，因此需結(jié)合感官評定來最終確定合適的參數(shù)。同時，圖4還顯示添加了pH偏移處理的豌豆蛋白的奶油樣品，其初始黏度均較對照樣高，這往往對口感不利。

圖4 不同奶油的觸變性Figure4 Thixotropy of different whipped cream

理想的植脂奶油體系應(yīng)該為彈性占主體的粘彈性體系。圖5表明不同脂肪含量的奶油樣品，其彈性模量存在一定差異。盡管各樣品的G’均表現(xiàn)出隨剪切頻率的增加而增加的趨勢，符合彈性體系的特征，但比較不同奶油樣品，可發(fā)現(xiàn)其彈性模量隨脂肪含量降低而降低，脂肪含量17%～18%的奶油樣品相對來說具有較高的彈性模量，與對照樣相近，奶油較為硬挺，其中脂肪含量18%的樣品甚至比對照樣表現(xiàn)出更好的彈性。然而，脂肪含量14%～16%的樣品則表現(xiàn)出較稀和硬度偏低的不足。

圖5 不同奶油的彈性模量Figure5 Elastic modulus（G′）of different whipped cream

2.5 不同植脂奶油的感官品質(zhì)

表3比較了幾種奶油的入口即化感、油膩感、光澤細(xì)膩度、豆腥味和總體喜好等感官品質(zhì)。在入口即化感方面，脂肪含量17%和18%的植脂奶油與對照樣品無顯著差異，但脂肪含量進一步降低則會帶來入口即化感的顯著差異。從觸變性的分析結(jié)果看，低脂植脂奶油觸變環(huán)面積均大于或接近對照樣，但入口即化感卻并不完全相符，表明蛋白添加后可能因黏度增加而影響入口即化感。在油膩感方面，各樣品總體上呈現(xiàn)隨脂肪含量減少而減少的趨勢，但受所加蛋白的影響，脂肪含量17%，18%的樣品在油膩感方面與對照樣無顯著差異。在豆腥味方面，添加堿處理豌豆蛋白的樣品表現(xiàn)出相近的豆腥味，對感官造成了一定的不利影響。光澤細(xì)膩感方面，對照樣顯著優(yōu)于各組低脂植脂奶油，表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，但脂肪含量17%和18%的樣品仍舊有較好的接受度?？傮w喜好方面，脂肪含量17%，18%的兩個樣品接近對照樣，這主要是因為它們在黏度、G′上都近似于20%脂肪樣品，并且具有較高的脂肪部分聚集率，能產(chǎn)生較好的油膩感，泡沫結(jié)構(gòu)也更加均勻穩(wěn)定，細(xì)膩感、光澤度較好。

表3 不同植脂奶油的感官品質(zhì)?Table3 Sensory qualities of different whipped cream（n ＝12）

3 結(jié)論

采用pH 12偏移處理的豌豆蛋白作為植脂奶油的脂肪替代品，在2%替代量的條件下，植脂奶油在脂肪部分聚集率、攪打性質(zhì)、流變特性和感官品質(zhì)方面會隨奶油產(chǎn)品中脂肪含量的不同而呈現(xiàn)較大差異。當(dāng)脂肪含量為17%～18%時，奶油的脂肪聚集率與含脂20%的對照樣較為接近，盡管攪打時間由8min左右延長到14min左右，但起泡率無顯著差異，泡沫穩(wěn)定性也處于可接受度范圍，其黏度和彈性也均接近對照樣。感官品質(zhì)方面，除豆腥味方面差異較大，入口即化感和油膩感與對照樣無顯著差異，光澤細(xì)膩感也接近對照樣。考慮到外加香精調(diào)節(jié)奶油產(chǎn)品氣味的技術(shù)普遍應(yīng)用［20］，可以考慮采用外加2%改性蛋白并將脂肪含量降低到17%～18%以滿足低脂需求。研究也發(fā)現(xiàn)，在目前的蛋白添加量下，當(dāng)脂肪含量降低到16%及以下時，奶油開始變稀變軟，攪打品質(zhì)、流變品質(zhì)均大幅下降。

1 李紅.植脂奶油工藝和攪打充氣機理的研究［D］.天津：天津科技大學(xué)，2003.

2 吳濤，吳輝，吳劍鋒，等.稀奶油及其應(yīng)用［J］.中國乳品工業(yè)，2005，33（2）：44～47.

3 Allen K E，Dickinson E，Murray B.Acidified sodium caseinate emulsion foams containing liquid fat：a comparison with whipped cream［J］.LWT－Food Science and Technology，2006，39（3）：225～234.

4 Early R.乳制品生產(chǎn)技術(shù) ［M］.第2版.張國農(nóng)，呂兵，盧蓉蓉，譯.北京：中國輕工業(yè)出版社，2002：218～234.

5 Dalgleish D G.Food emulsions－their structures and structuresforming properties［J］.Food Hydrocolloids，2006，20（4）：415～422.

6 Hotrum N E，Stuart M A C，van Vliet T，et al.Spreading of partially crystallized oil droplets on an air／water interface［J］.Colloids and Surfaces A，2004，240（1～3）：83～92.

7 Goff H D.Instability and partial coalescence in whippable dairy emulsions［J］.Journal of Dairy Science，1997，80（10）：2 620～2 630.

8 趙強忠，龍肇，蘇國萬，等.油脂用量對攪打稀奶油的攪打性能和品質(zhì)的影響［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2009，35（5）：170～176

9 趙強忠.攪打稀奶油的攪打性能和品質(zhì)的變化規(guī)律及其機理研究［D］.廣州：華南理工大學(xué)，2006.

10 孟令義，戴瑞彤.脂肪替代物及其在食品中的應(yīng)用［J］.肉類研究，2007（6）：40～43.

11 Akal1n AS，Karag?zlüC，Gülfem ünal G.Rheological properties of reduced－fat and low－fat ice cream containing whey protein isolate and inulin［J］.European Food Research and Technology，2008，227（3）：889～895.

12 胡娟，金征宇.菊糖在植脂摜奶油中對流變品質(zhì)的影響［J］.食品與生物技術(shù)學(xué)報，2008，27（2）：64～70.

13 徐愛國.硬脂酸玉米淀粉酯的制備、性質(zhì)及應(yīng)用［D］.無錫：江南大學(xué)，2004.

14 吳暉，吳濤，吳劍鋒.無脂稀奶油泡沫體系穩(wěn)定性的研究［J］.食品工業(yè)科技，2005，26（7）：90～95.

15 王宇，蔣將，劉元法.豌豆、大豆蛋白適度改性在低脂植脂奶油中的應(yīng)用［J］.中國油脂，2013，38（5）：24～29.

16 周雪松，王才華.改性大豆蛋白在植脂奶油中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代食品科技，2012，28（10）：1 359～1 361，1 326.

17 Palanuwech J，Potineni R，Robert R F，et al.A method to determine free fat in emulsion［J］.Food Hydrocolloids，2003，17（1）：55～62.

18 Emam－Djome Z，Mousavi M E，Ghorbani A－V，et al.Effect of whey protein concentrate addition on the physical properties of homogenized sweetened dairy creams［J］.International Journal of Dairy Technology，2008，61（2）：183～191.

19 劉杏榮，趙瑩瑩，朱道辰，等.香草牛奶冰淇淋工藝及其品質(zhì)評價［J］.食品與機械，2012，28（1）：232～234.

20 田懷香，李鳳華，馬霞.天然奶味香精的酶解工藝優(yōu)化［J］.食品與機械，2013，29（3）：120～124.