高蛋白型運(yùn)動(dòng)乳飲料的開發(fā)研究

吳達(dá)雄，肖軍秀，王 軍，林少寶，王 娟，許嘉偉，黎恒希

（1.廣州風(fēng)行乳業(yè)股份有限公司，廣東廣州 510510；2.華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東廣州 510641）

在進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間或劇烈運(yùn)動(dòng)后，機(jī)體骨骼肌纖維會(huì)發(fā)生細(xì)微損傷，稱為運(yùn)動(dòng)骨骼肌損傷，此時(shí)機(jī)體產(chǎn)生肌肉酸痛感，這與肌肉蛋白的代謝有關(guān)[1]。而研究證實(shí)，高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)后肌肉蛋白降解增多，但同時(shí)蛋白質(zhì)的合成減少，導(dǎo)致總蛋白呈降解的趨勢(shì)[2-3]。運(yùn)動(dòng)飲料在國(guó)標(biāo)[4]中的定義為：營(yíng)養(yǎng)素及其含量能適應(yīng)運(yùn)動(dòng)或體力活動(dòng)人群的生理特點(diǎn)，能為機(jī)體補(bǔ)充水分、電解質(zhì)和能量，可被迅速吸收的飲料。運(yùn)動(dòng)飲料能夠維持并促進(jìn)體液平衡、快速恢復(fù)[5-6]。隨著人們對(duì)健康的日益重視，健身已經(jīng)成為一種潮流。與此同時(shí)，運(yùn)動(dòng)飲料的消費(fèi)量得到了快速增長(zhǎng)，在茶飲料、包裝飲用水、碳酸飲料、果汁及果汁飲料之后又一新熱點(diǎn)飲品。

乳清蛋白是由β-乳球蛋白、α-乳白蛋白、血清白蛋白等活性成分構(gòu)成的復(fù)合蛋白質(zhì)，其富含人體需要的必需氨基酸[7]，同時(shí)乳清蛋白的膽固醇、乳糖、脂肪含量低，且易消化吸收，被營(yíng)養(yǎng)學(xué)界譽(yù)為“蛋白質(zhì)之王”。有研究表明，食用乳清蛋白能夠促進(jìn)肌肉蛋白合成、成骨分化，提高免疫力、改善機(jī)體內(nèi)環(huán)境并促進(jìn)體能迅速恢復(fù)，有利于提高運(yùn)動(dòng)個(gè)體的運(yùn)動(dòng)成績(jī)[8-11]。硫酸氨基葡萄糖是一種氨基單糖，具有抗炎和保護(hù)關(guān)節(jié)軟骨的作用[12-13]。賴氨酸和亮氨酸屬于支鏈氨基酸 （Branched chain amino acids，BCAA），支鏈氨基酸在骨骼肌內(nèi)氧化功能可以節(jié)省肌糖原的利用[14]、保護(hù)線粒體結(jié)構(gòu)功能狀態(tài)[15]。

試驗(yàn)以乳清蛋白為主原料，并添加了氨糖、氨基酸、維生素等物質(zhì)，以全脂奶粉、白砂糖、香精等配料調(diào)味，配制一種美味且能夠快速提供氮源的高蛋白運(yùn)動(dòng)乳飲料。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

顆?；榍宓鞍祝⊿IMPLESSE 100），CPKelco公司提供；白砂糖、全脂奶粉、硫酸氨基葡萄糖、氯化鈉、氯化鉀、牛磺酸、維C、維B6、賴氨酸、亮氨酸等，均為食品級(jí)；卡拉膠、黃原膠、單甘酯、蔗糖酯（食品級(jí)），杭州瑞霖化工有限公司提供；酒石酸鉀鈉、石油醚、氫氧化鈉、硫酸銅、亞甲基藍(lán)等試劑均為分析純。

離心機(jī)，安徽嘉文儀器裝備有限公司產(chǎn)品；糖度計(jì)，漳州市新奧光電儀器有限公司產(chǎn)品；T25型數(shù)顯型分散機(jī)，艾卡（廣州）儀器設(shè)備有限公司產(chǎn)品；HAKKE RheoStress 600型旋轉(zhuǎn)流變儀，Thermo electron公司產(chǎn)品；高壓微射流納米均質(zhì)機(jī)，美國(guó)NEWTON公司產(chǎn)品；微米粒度儀Mastersizer3000，馬爾文公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 飲料成分單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[18-19]及市售運(yùn)動(dòng)飲料的成分含量，確定部分成分比例，分別為全脂奶粉10.7 g/100 mL，?；撬?.04 g/100 mL，，氯化鉀0.03 g/100 mL，氯化鈉0.10 g/100 mL，維B60.08 g/L，維C 0.02 g/100 mL，賴氨酸0.02 g/100 mL，亮氨酸0.04 g/100 mL。同時(shí)對(duì)乳清蛋白、氨糖、白砂糖等成分含量進(jìn)行單因素試驗(yàn)。

配方單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。

表1 配方單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)/g·100 mL-1

1.2.3 飲料配方正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，采用SPSS 22.0軟件設(shè)計(jì)L9（34）正交試驗(yàn)，對(duì)乳清蛋白、氨糖、白砂糖用量作進(jìn)一步優(yōu)化，獲得綜合感官最優(yōu)的配方。結(jié)果采用極差分析法進(jìn)行分析。

配方正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表2。

1.2.4 運(yùn)動(dòng)乳飲料感官評(píng)價(jià)

表2 配方正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)/g·100 mL-1

選取運(yùn)動(dòng)乳飲料的氣味、組織狀態(tài)、滋味、色澤和口感5個(gè)項(xiàng)目對(duì)飲料進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，滿分100分。產(chǎn)品由10名食品相關(guān)專業(yè)的人員進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，結(jié)果取平均值。

感官評(píng)分見表3。

表3 感官評(píng)分

1.2.5 穩(wěn)定劑單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以離心沉淀率為指標(biāo)考查各穩(wěn)定劑對(duì)高蛋白型運(yùn)動(dòng)乳飲料穩(wěn)定性的影響：稱量離心管的質(zhì)量M，向離心管中加入同等體積的樣品，與離心管一同稱量質(zhì)量M1，以轉(zhuǎn)速4 000 r/min離心15 min，舍去上清液，將離心管倒置5 min，稱取沉淀連同離心管的質(zhì)量M2，按照公式（1）計(jì)算沉淀率。樣品進(jìn)行3次平行測(cè)定，取平均值。

式中：M——離心管的質(zhì)量，g；

M1——樣品和離心管的質(zhì)量，g；

M2——沉淀物和離心管的質(zhì)量，g。

選取卡拉膠、黃原膠、單甘酯和蔗糖酯作為高蛋白型運(yùn)動(dòng)乳飲料的穩(wěn)定劑，分別固定4種穩(wěn)定劑用量為0.05，0.06，0.15，0.15 g/100 mL，依次改變單一穩(wěn)定劑的用量，考查該穩(wěn)定劑不同用量對(duì)運(yùn)動(dòng)乳飲料穩(wěn)定性的影響。

穩(wěn)定劑單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表4。

表4 穩(wěn)定劑單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)/g·100 mL-1

1.2.6 穩(wěn)定劑正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，采用SPSS 22.0軟件設(shè)計(jì)L9（34）正交試驗(yàn)，對(duì)卡拉膠、黃原膠、單甘酯和蔗糖酯添加量作進(jìn)一步優(yōu)化，獲得離心沉淀率最低的配方。結(jié)果采用極差分析法進(jìn)行分析。

穩(wěn)定劑正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表5。

表5 穩(wěn)定劑正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)/g·100 mL-1

1.2.7 運(yùn)動(dòng)乳飲料理化指標(biāo)的測(cè)定

蛋白質(zhì)含量測(cè)定，參考國(guó)標(biāo)GB 5009.5—2016食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定燃燒法[20]；可溶性固形物含量測(cè)定，參考國(guó)標(biāo)GB/T 12143 2008飲料通用分析方法折光計(jì)法[21]；脂肪含量測(cè)定，參考國(guó)標(biāo)GB 5009.6—2016食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中脂肪的測(cè)定索氏抽提法[22]；pH值的測(cè)定，使用pH計(jì)對(duì)飲料的pH值進(jìn)行測(cè)定；平均粒徑的測(cè)定，條件為溫度25℃，測(cè)定范圍10%～20%；流變學(xué)性質(zhì)的測(cè)定，測(cè)定條件為溫度25℃，剪切速率范圍2～200（1/S）[16]。

1.2.8 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用SPSS 22.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 飲料成分單因素試驗(yàn)結(jié)果

配方單因素試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

從圖1可以看出，氨糖含量在0.01～0.11 g/100 mL內(nèi)，運(yùn)動(dòng)乳飲料的口味不受其影響；白砂糖的用量在2～7 g/100 mL內(nèi)可獲得適口的甜度；運(yùn)動(dòng)乳飲料的氣味和組織狀態(tài)明顯受乳清蛋白含量的影響，考慮到飲料的濁度、滋味，乳清蛋白用量為4.7～8.7 g/100 mL時(shí)最佳。

2.2 飲料成分正交試驗(yàn)結(jié)果

配方正交試驗(yàn)結(jié)果見表4。

從表4可以看出，影響飲料感官評(píng)分的R值按大小排序?yàn)锽＞C＞A，即乳清蛋白＞氨糖＞白砂糖。

理論最佳配方為A1B1C3，各成分含量分別為乳清蛋白4.7 g/100 mL，氨糖0.11 g/100 mL，白砂糖2.5 g/100 mL。此配方再次進(jìn)行感官評(píng)定，分值為84分，高于任一正交試驗(yàn)組，配方獲得的口感最優(yōu)。由此配方制作的運(yùn)動(dòng)乳飲料呈乳白色，具有濃厚的奶香味，質(zhì)地細(xì)膩順滑、甜味適中。

圖1 配方單因素試驗(yàn)結(jié)果

表4 配方正交試驗(yàn)結(jié)果

2.3 穩(wěn)定劑單因素試驗(yàn)結(jié)果

穩(wěn)定劑單因素試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

當(dāng)卡拉膠用量為0.05～0.09 g/100 mL時(shí)，其對(duì)乳飲料的穩(wěn)定性影響較接近，當(dāng)用量為0.03 g/100 mL時(shí)，飲料的穩(wěn)定性最好。黃原膠用量為0.02～0.1 g/100 mL時(shí)，飲料的離心沉淀率呈先下降后上升的趨勢(shì)，當(dāng)其含量為0.04 g/100 mL時(shí)，飲料的離心沉淀率最低。單甘酯和蔗糖酯的用量在試驗(yàn)水平內(nèi)，運(yùn)動(dòng)乳飲料的離心沉淀率趨勢(shì)均為先下降后升高，單甘酯的最佳用量為0.18 g/100 mL，蔗糖酯用量為0.15 g/100 mL時(shí)，飲料的穩(wěn)定性較好。

2.4 穩(wěn)定劑正交試驗(yàn)結(jié)果

穩(wěn)定劑正交試驗(yàn)結(jié)果見表7。

圖2 穩(wěn)定劑單因素試驗(yàn)結(jié)果

表7 穩(wěn)定劑正交試驗(yàn)結(jié)果

從表7可以看出，影響離心沉淀率的R'值按大小排序?yàn)?A'＞C'＞B'＞D'，即卡拉膠 ＞單甘酯 ＞黃原膠＞蔗糖酯。

理論最佳配方為A'3C'2B'3D'1，各成分用量分別為卡拉膠0.05 g/100 mL，單甘酯0.21 g/100 mL，黃原膠0.04 g/100 mL，蔗糖酯0.09 g/100 mL。該組合的運(yùn)動(dòng)乳飲料的離心沉淀率為0.94%，其穩(wěn)定效果優(yōu)于試驗(yàn)各組；離心沉淀率不足1%，說明飲料有較好的穩(wěn)定性質(zhì)，利于儲(chǔ)存。

2.5 運(yùn)動(dòng)乳飲料理化指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

2.5.1 運(yùn)動(dòng)乳飲料成分測(cè)定

運(yùn)動(dòng)乳飲料成分見表5。

從表5可以看出，乳飲料的蛋白質(zhì)含量為高于1%，符合國(guó)標(biāo)GB 21732—2008《含乳飲料》對(duì)蛋白質(zhì)含量的要求[23]。

表5 運(yùn)動(dòng)乳飲料成分/%

2.5.2 運(yùn)動(dòng)乳飲料的離心沉淀率及pH值

運(yùn)動(dòng)乳飲料的pH值為6.56，接近中性，口感溫和不刺激。

2.5.3 飲料的平均粒徑測(cè)定

運(yùn)動(dòng)乳飲料的粒度分布見圖3。

圖3 運(yùn)動(dòng)乳飲料的粒度分布

飲料的粒徑為2.24±0.5 μm，飲料的峰主要集中在0.1 μm，顆粒大小分布集中。液體體系的穩(wěn)定性受粒子大小的影響，液體體系的穩(wěn)定性與粒子的大小有關(guān)，粒子越大，越不利于體系的穩(wěn)定性[24]。由此推斷，產(chǎn)品的穩(wěn)定性較好。

2.5.4 飲料的流變學(xué)性質(zhì)

飲料的流變學(xué)特性見圖4。

圖4 飲料的流變學(xué)特性

從圖4可以看出，隨著剪切頻率的減小，飲料的黏度降低，而剪切應(yīng)力增大，說明運(yùn)動(dòng)乳飲料屬于假塑性流體[24]。由Stoks定律可知，乳狀液分散相液滴的沉降速度與分散介質(zhì)的黏度成反比，當(dāng)剪切頻率為0時(shí)，運(yùn)動(dòng)乳飲料的黏度較大，即液滴的運(yùn)動(dòng)速度較慢，有利于乳液的穩(wěn)定性[25]。

3 結(jié)論

在單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定了富含蛋白質(zhì)的運(yùn)動(dòng)乳飲料最佳配方和穩(wěn)定劑組合，顆?；榍宓鞍?.7 g/100 mL，全脂奶粉10.7 g/100 mL，白砂糖 2.5 g/100 mL，氨糖 0.11 g/100 mL，卡拉膠0.05 g/100 mL，單甘酯0.21 g/100 mL，黃原膠0.04 g/100 mL，蔗糖酯0.09 g/100 mL。由最佳配方制作的運(yùn)動(dòng)乳飲料呈乳白色，具有濃厚的奶香味，質(zhì)地細(xì)膩順滑，甜味適宜，具有良好的回味感，且具有較好的穩(wěn)定性。含有蛋白質(zhì)4.95%，脂肪2.98%，可溶性固形物16.17%，離心沉淀率為0.94%，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。