蛋清蛋白顆粒填充對低脂酸奶物性特征的影響

常翠華，胡欣諾，楊嚴俊

(江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無錫，214122)

酸奶因其獨特的風(fēng)味并且含有多種益生菌而廣受喜愛，益生菌對人體有多種益處，如可以維持宿主的腸道微生態(tài)平衡；產(chǎn)生大量乳酸、乙酸，抑制致病菌的生長；防止氨基酸分解為胺類、酚類等腐敗性內(nèi)毒素；產(chǎn)生維生素B族等有利于增強人體免疫力的物質(zhì)。

目前國內(nèi)外關(guān)于新型酸奶的研發(fā)主要集中于發(fā)酵劑選擇、工藝條件優(yōu)化等，以改善酸奶品質(zhì)和風(fēng)味。在發(fā)酵劑選擇方面，趙麗娜等[1]通過研究酸乳的凝乳時間、產(chǎn)酸能力、感官品質(zhì)，篩選能利用水蘇糖作為益生元來發(fā)酵酸奶的乳酸菌種。張穎等[2]篩選出了能有效抑制酸奶中霉菌生長從而延長貨架期，但不影響酸奶感官品質(zhì)的鼠李糖乳桿菌F32-2。孫世新等[3]篩選出了能提高酸奶中γ-氨基丁酸的含量和質(zhì)量的復(fù)合發(fā)酵菌株。

然而，全脂酸奶中脂肪含量近4 g/100 mL，限制了酸奶產(chǎn)品的消費。目前，市面上已出現(xiàn)多種脫脂或低脂酸奶制品，然而其生產(chǎn)工藝只是單純地通過離心分離的方式降低牛奶中的脂肪含量，嚴重影響了酸奶口感。添加脂肪替代物可以很好地解決這一問題[4]。脂肪替代品能夠全部或部分代替天然油脂，保持全部或部分天然油脂賦予食品的感官特性，且脂肪替代品的熱量遠遠低于脂肪，并且可賦予飽腹感，避免脂肪攝入過多[5]。

為改良低脂酸奶品質(zhì)，盧玉容等[6]在低脂酸奶中添加了少量銀耳多糖，李雨露等[7]在低糖低脂凝固型酸奶中添加了菊粉，上述物質(zhì)的添加均可增強酸奶的品質(zhì)。然而這些添加物因成本和來源因素尚未在實際生產(chǎn)中應(yīng)用，大多數(shù)市售低脂酸奶采用變性淀粉來充當(dāng)脂肪替代物，使酸奶質(zhì)構(gòu)細膩，保水性增強。但是變性淀粉可能攜帶某些不良風(fēng)味，破壞酸奶整體感官評價[8]。將蛋清蛋白經(jīng)過加熱變性后形成的凝膠進行破碎，可以得到低于口腔閾值、類似脂肪滑膩感的微細粒子，可以用于低脂食品的開發(fā)研究[9-10]。

本研究旨在使用蛋清蛋白凝膠顆粒(egg white protein particle, EWPP)部分替代乳脂，開發(fā)一種低脂酸奶，在保持酸奶口感及營養(yǎng)的基礎(chǔ)上降低消費者的脂肪攝入量。目前隨著人們生活質(zhì)量的提高，“富貴病”頻發(fā)，因此低脂、高蛋白飲食具有廣闊的市場前景。例如，對于健身群體，高蛋白食品可以加速人體代謝，減少有氧運動后乳酸堆積；對于孕婦，高蛋白低脂膳食有利于提高嬰幼兒體內(nèi)乳糖酶含量[11]。

另外，蛋奶產(chǎn)品綜合雞蛋和牛奶的雙營養(yǎng)，在市場上具有較高的接受度；并且EWPP在酸性條件下具有良好的穩(wěn)定性和水合能力，在低脂酸奶應(yīng)用中具有明顯優(yōu)勢。為了進一步提高低脂酸奶的營養(yǎng)性，本論文同時考察了代糖比例對低脂酸奶質(zhì)構(gòu)和感官特性的影響，為低脂、高蛋白、低熱量酸奶的開發(fā)提供切實的理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料

雞蛋、檸檬酸、白砂糖，市售；發(fā)酵劑，安琪酵母股份有限公司；脫脂奶粉，新西蘭紐仕蘭；代糖(愛樂甜零卡糖),云南綠華食品有限公司；EWPP，本實驗室配制并保存。

1.2 實驗儀器與設(shè)備

HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋，江蘇金壇市榮華儀器制造有限公司；磁力攪拌器，廣州儀科實驗儀器有限公司；尼魯噴霧干燥機，德國GEA公司；JB5374-91電子天平、Delta 320型pH計，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；RW20電動攪拌器，德國IKA公司；Fluka高速乳化機，上海弗魯克機電公司；實驗型高壓均質(zhì)機，上海申鹿公司；陶瓷爐，廣州得利亞機械設(shè)備有限公司；J-20×PI離心機、Avanti J-26 XP高速離心機，美國貝克曼公司；SP-250A型生化培養(yǎng)箱，南京實驗儀器廠；TA.XT.Plus物性測試儀，英國Stable Micro System公司；DHR-3型流變儀，美國沃特世公司;Centrifuge 5804R離心機，德國Eppendorf公司。

1.3 蛋清蛋白的制備

將新鮮蛋清與去離子水按照1∶1(體積比)進行稀釋，用攪拌漿攪拌均勻，用檸檬酸調(diào)節(jié)pH至 3.8～4.0后放入水浴鍋中，蓋上保鮮膜，90 ℃水浴加熱30 min，讓蛋清凝固。將凝固后的蛋清凝膠用高速乳化機以10 000 r/min進行預(yù)均質(zhì)，將其攪打成無顆粒的順滑液體，之后再用離心機以1 000 r/min低速離心5 min，棄去上層泡沫；離心后的液體倒入高壓均質(zhì)機，以20 MPa的壓力均質(zhì)2～3次，再將均質(zhì)后的液體進行噴霧干燥，噴霧干燥機入口溫度175 ℃，通過調(diào)節(jié)蠕動泵轉(zhuǎn)速保持出口溫度在80 ℃左右。

1.4 凝固型酸奶的制備

將脫脂奶粉與純凈水在食品級煮鍋中按照12∶88(質(zhì)量比)復(fù)配為復(fù)原乳，將煮鍋置于95 ℃的水浴鍋中蓋上保鮮膜加熱5 min滅菌，之后將其置于冷水浴中進行快速冷卻，待其溫度降至室溫后加入0.1%(質(zhì)量分數(shù))的菌粉攪拌均勻。按照配方分別加入不同量的EWPP、白砂糖、代糖，樣品配方見表1，之后將樣品分裝于100 mL紙杯中，3 000 r/min低速剪切2 min，再將剪切后的樣品分裝于50 mL紙杯中，將盛有樣品的紙杯蓋上保鮮膜并用橡皮筋扎緊，放入42 ℃培養(yǎng)箱中恒溫培養(yǎng)10 h，之后放入4 ℃冰箱中冷藏后熟16 h。

表1 低脂酸奶配方 單位：g

1.5 酸奶pH、保水性的測定

將后熟后的凝固型酸奶用玻璃棒攪勻，pH值測定采用pH計，取3組平行結(jié)果的均值。將測定好pH的樣品用Centrifuge 5804 R離心機測定酸奶凝膠結(jié)合水的能力，離心管質(zhì)量m0，放入樣品后質(zhì)量m1，以4 000 r/min離心20 min，溫度設(shè)置為20 ℃，將離心后的樣品靜置2 min后除去上清液，此時質(zhì)量為m2，保水率按公式(1)計算。

(1)

1.6 酸奶質(zhì)構(gòu)的測定

采用質(zhì)構(gòu)分析儀測定酸奶凝膠的質(zhì)構(gòu)，測定方法應(yīng)用Yoghurt back extrusion；探頭選用P/25圓柱形探頭，測試距離15 mm，感應(yīng)力5 g，測定前探頭速度3 mm/s，測定時探頭速度5 mm/s，測定后探頭速度5 mm/s。

1.7 酸奶流變學(xué)行為的測定

實驗溫度25 ℃，選用直徑為40 mm的平板，2個板之間的間隙設(shè)置為500 μm，用卡片刮去平板外多余樣品后加上蓋板。平衡1 min后，將剪切速率從0.1 s-1提高到300 s-1，記錄酸奶的黏度。為更好地評價制備的低脂酸奶的流變學(xué)行為，首先測量觸變環(huán)，將剪切速率以對數(shù)從1 s-1增加到300 s-1，然后對數(shù)遞減到1 s-1，記錄剪切應(yīng)力以繪制觸變環(huán)，計算觸變環(huán)面積。

同時對凝膠型乳液的動態(tài)黏彈性特性進行了表征。在恒定應(yīng)變?yōu)?%時，頻率在0.1～100 Hz之間變化。記錄彈性模量G′，損耗模量G″，所有的實驗均在25 ℃下進行。

1.8 感官評價

招募10名志愿者對蛋清蛋白添加量為1%的3款酸奶樣品進行感官評價，考慮到實際市場需求，招募的志愿者男女比例為4∶6，3款酸奶分別編號為1、2、3，打分依據(jù)見表2。

表2 低脂酸奶感官評定標準Table 2 Sensory evaluation method of low-fat yogurt

2 結(jié)果與分析

2.1 低脂酸奶發(fā)酵后pH值變化

從EWPP的添加量來看(圖1)，添加EWPP的實驗組pH顯著低于未添加EWPP的空白對照組；而且酸奶的pH隨著EWPP添加量的增多而減小，在EWPP添加量為1.5%時，酸奶樣品的pH最低。從白砂糖與代糖的配比來看，在m(白砂糖)∶m(代糖)=6∶0時，酸奶樣品的pH最低，但仍高于市售凝固型酸奶。由于酸奶pH值在后熟16 h后測定，推測其較高pH值可能與較短的后熟時間有關(guān)。

EWPP添加對低脂酸奶pH的影響可能是由以下3個方面造成的：首先是添加EWPP增加了發(fā)酵底物中的總固形物含量，而原料乳中總固形物含量越高，對乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)酸越有利[12]；其次是添加外源蛋白使酸奶體系的緩沖能力增大，因而酸度值增大[13]；還有可能是因為EWPP本身的pH就偏低(EWPP的初始pH為3.8)，因此在酸奶發(fā)酵前即導(dǎo)致了pH的下降，這也說明了EWPP的添加對發(fā)酵劑的發(fā)酵無負面影響，不會阻礙發(fā)酵劑利用底物產(chǎn)酸。

m(白砂糖)∶m(代糖)為6∶0時pH最低的原因可能是，隨著代糖比例的提升，微生物能利用的碳源變少，產(chǎn)酸不足，所以pH會相應(yīng)的有所升高。

圖1 低脂酸奶pH值隨EWPP添加量增加的變化Fig.1 pH value of low fat yogurt supplemented EWPP注：糖比例為白砂糖與代糖質(zhì)量比(下同)

2.2 低脂酸奶發(fā)酵后保水性

影響酸奶保水性的因素有很多，宏觀上如原料乳中的干物質(zhì)含量、發(fā)酵劑、穩(wěn)定劑等，微觀上如蛋白種類、蛋白結(jié)構(gòu)等。酸奶中的酪蛋白在酸性條件下形成具有纖維網(wǎng)狀的凝膠結(jié)構(gòu)[14]，這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與保水性關(guān)系密切[15]，所以保水性與酸奶體系的酸度有一定關(guān)系。如圖2所示，未添加EWPP的空白對照組的保水性低于實驗組，而且酸奶體系的保水性隨著EWPP添加量的增加而增加，可能是由于EWPP中蛋白分子結(jié)構(gòu)充分舒展，有更強的水合能力，添加EWPP后使得酸奶凝膠強度提升[16]。酸奶的保水性隨著白砂糖質(zhì)量比的降低而降低，可能與發(fā)酵程度不同有關(guān)。在一定范圍內(nèi)白砂糖配比越高，發(fā)酵越完全，酸奶的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越致密。

圖2 酸奶保水性隨EWPP添加量的變化Fig.2 Water holding capacity of low fat yogurt supplemented with EWPP

2.3 質(zhì)構(gòu)特性

硬度表示食品變形所需要的力，它反映的是分子內(nèi)部之間的相互作用，是一種常用來描述食物軟硬、咀嚼需要的力度大小的物理指標。如圖3所示，未添加EWPP的空白對照組的硬度低于實驗組酸奶的硬度，而且酸奶體系的硬度隨著EWPP添加量的增加而增加。這可能是由于EWPP外形類似于球狀，可以起到填充的作用。并且EWPP可以促使酸奶形成交聯(lián)度更廣的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)從而進一步增強產(chǎn)品宏觀上的凝膠強度[14]。用純白砂糖發(fā)酵的樣品硬度較高，因為其發(fā)酵完全，凝膠強度較高。

a-硬度；b-內(nèi)聚性；c-黏稠度圖3 酸奶質(zhì)構(gòu)特性隨EWPP添加量的變化Fig.3 Texture properties of low fat yogurt supplemented with EWPP

內(nèi)聚性用于表征樣品內(nèi)部收縮力。樣品的內(nèi)聚性好，則抗拉伸的性能好，就不易黏連在探頭上。如圖3-b所示，未添加EWPP的空白對照組的內(nèi)聚性低于實驗組酸奶，而且酸奶體系的內(nèi)聚性隨著EWPP添加量的增加而增加。用純白砂糖發(fā)酵的樣品內(nèi)聚性較高。這可能與保水性有關(guān)，未添加EWPP的對照組以及代糖添加較多的組別其保水性差，所以探頭下壓后造成酸奶體系形變，滲出組織的水會降低產(chǎn)品內(nèi)部的收縮力，導(dǎo)致其內(nèi)聚性差。

因為酸奶為半固體，所以也具有液體特性。黏稠度反映的是酸奶流動的難易程度，也是重要的感官指標之一。從圖3-c可以看出，未添加EWPP的空白對照組的稀稠度低于實驗組酸奶的稀稠度，而且酸奶體系的稀稠度隨著EWPP添加量的增加而增加，隨著代糖配比的增加而減小?？赡苁荅WPP增強了凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，阻礙了流動性，所以稀稠度較高；乳酸菌不能充分利用代糖，導(dǎo)致發(fā)酵不充分，酸奶凝膠強度不大，致使流動性增強，稀稠度降低。

2.4 流變學(xué)特性

2.4.1 動態(tài)黏度

動態(tài)試驗測定的模量與施加的頻率有關(guān)，它表示特定條件下應(yīng)力或應(yīng)變之間的關(guān)系，通過動態(tài)振蕩實驗可以進一步研究酸奶樣品的黏彈特性[17]。如圖4所示，所有樣品都表現(xiàn)出類固體黏彈性行為，即G′>G″[18]。添加EWPP實驗組的模量均高于對照組，這與質(zhì)構(gòu)特性得出的結(jié)論一致。添加1.5%(質(zhì)量分數(shù))EWPP的酸奶表現(xiàn)出最高的儲能模量，說明結(jié)構(gòu)較為緊密，也再次證明了EWPP可以加強酸奶的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[19]。

a-白砂糖∶代糖=6∶0；b-白砂糖∶代糖=4∶2；c-白砂糖∶代糖=2∶4圖4 不同EWPP和代糖比例酸奶的G′和G″Fig.4 Storage modulus (G′) and elastic modulus (G″) of yogurt with different EWPP content and ratio of sugar substitute

2.4.2 表觀黏度及觸變性

如圖5所示，低脂酸奶的剪切速率和黏度之間不是線性關(guān)系，因此為非牛頓流體。當(dāng)剪切速率增加時，酸奶體系的表觀黏度會下降，因此為假塑性流體。所有樣品均表現(xiàn)出假塑性流體的特征，即在剪切初期表觀黏度較高，而在后期則迅速降低。體系的穩(wěn)定性取決于EWPP與酪蛋白分子在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的相互作用，說明酪蛋白和EWPP之間形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)容易被剪切破壞且難以恢復(fù)[20]。

樣品的表觀黏度隨著蛋清蛋白添加量的增加而增加，在蛋清蛋白添加量為1.5%時達到最大。這可能是因為EWPP的存在增加了酪蛋白的有效密度，剪切過程中EWPP和酪蛋白顆粒之間相互纏繞，有利于分子間相互作用[21]。代糖的加入對表觀黏度的影響不是很明顯。

a-白砂糖∶代糖=6∶0；b-白砂糖∶代糖=4∶2；c-白砂糖∶代糖=2∶4圖5 不同EWPP和代糖比例酸奶的表觀黏度Fig.5 Viscosity of yogurt with different EWPP content and ratio of sugar substitute

在整個剪切速率范圍內(nèi)，所有酸奶樣品都表現(xiàn)出觸變行為，在剪切速率下降時黏度出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，形成觸變環(huán)。如果體系經(jīng)外力作用后黏度變化大，即觸變環(huán)面積較大，則說明此體系在不受力時恢復(fù)到原來狀態(tài)所需的時間長，同時也表示體系流動性差[22]。如圖6所示，EWPP的添加導(dǎo)致觸變環(huán)的面積增大。

圖6 不同EWPP和代糖比例酸奶的觸變環(huán)面積Fig.6 Thixotropic loop area of yogurt with different EWPP content and ratio of sugar substitute

在EWPP添加量為1.5%的條件下制備的酸奶樣品具有最大的觸變環(huán)，表明該結(jié)構(gòu)被破壞后恢復(fù)所需時間較長，可能是由于酪蛋白或蛋白質(zhì)聚集顆粒之間的相互作用力被破壞后難以恢復(fù)，側(cè)面說明EWPP含量高的樣品，有著更強的相互作用力。不添加EWPP的樣品觸變性相對較小，可能是因為樣品中無EWPP填充時，凝膠強度不大，被破壞后較容易復(fù)原[23]。同時可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)白砂糖與代糖的配比為6∶0時，酸奶的觸變環(huán)面積最大，這與質(zhì)構(gòu)實驗得出的結(jié)論較為相似。

2.5 感官評價

經(jīng)過前期品嘗，發(fā)現(xiàn)添加0.5%EWPP的酸奶質(zhì)地過于松軟，而添加1.5%EWPP的酸奶口感較為粗糙，因此選擇EWPP添加量為1.0%的酸奶作為感官評定的對象，以白砂糖與代糖的配比作為變量，對比志愿者對3款酸奶的接受程度。

由圖7可以看出，在色澤方面，白砂糖添加最多的一組色澤最好，較為均勻有光澤，而代糖添加較多的一組色澤稍遜，但3組總體的色澤評價都較高；在香氣方面，用白砂糖發(fā)酵以及用較多代糖發(fā)酵的樣品香氣較好，但3組樣品的酸味均不是很足；在滋味方面，3組樣品具有明顯的差異，純白砂糖發(fā)酵組的滋味得分較低，感官評定員普遍反映該樣品偏酸，滋味不好，而隨著代糖的添加，酸奶變得酸甜可口，代糖添加最多的組別獲得了最好的評價，可能是因為乳酸菌無法完全利用代糖，所以甜度較高[24-25]；在組織狀態(tài)方面，3種不同配比的樣品相差不大，可見不同的糖配比對整體質(zhì)構(gòu)影響不大，這與前面的實驗結(jié)果相符合。

圖7 不同代糖比例下含1%EWPP的酸奶感官評價得分Fig.7 Sensory score of yogurt containing 1% EWPP with different ratio of sugar substitute

3 結(jié)論

從實驗結(jié)果可以看出，EWPP的添加有助于菌種發(fā)酵，隨著EWPP添加量的增多，低脂酸奶的保水性、彈性模量、表觀黏度明顯增加，說明EWPP的添加有助于增強酸奶的凝膠網(wǎng)絡(luò)。白砂糖與代糖的配比越高，酸奶的保水性、硬度和內(nèi)聚性越高，說明相比較而言白砂糖更有利于促進菌種充分發(fā)酵。在感官評價方面，EWPP添加量1%，白砂糖與代糖質(zhì)量比為2∶4時的酸奶滋味最好，可見代糖的添加有利于低脂酸奶酸甜比的優(yōu)化。