零脂咖啡伴侶的制備工藝優(yōu)化及產(chǎn)品評價

馮思思，張滿，孟祥娟，李嘉慧，貝藝春，姬長建，梁彬*，孫嬋嬋*

（1.魯東大學(xué)食品工程學(xué)院，山東 煙臺 264025；2.煙臺大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東 煙臺 264003；3.齊魯師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院，山東 濟南 250200）

我國的豌豆資源較為豐富，全國20 多個省份均有種植。豌豆分離蛋白（pea protein isolate，PPI）中氨基酸比例較為均衡，含有8 種人體必需氨基酸，生物價高，具有低致敏性，安全性比大豆蛋白更高[1]。PPI 具有良好的乳化性、分散性、保油和保水能力[2]，在食品加工與生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。

黑咖啡具有抗衰老[3]、預(yù)防糖尿病[4]、降低呼吸道疾病發(fā)病率[5]等優(yōu)點，但其苦澀的口感令很多人望而卻步?？Х劝閭H的加入，使黑咖啡飲用起來口感更加細膩?？Х劝閭H配方中常見的植脂末，其主要成分氫化植物油是一種通過人工催化加氫而形成的半固態(tài)油脂，植物油在氫化過程中產(chǎn)生的反式脂肪酸會造成動脈粥樣硬化、血栓以及冠心病[6]等心血管疾病。隨著人們對健康意識的提高，人們對含有氫化植物油的產(chǎn)品產(chǎn)生了排斥心理。世界衛(wèi)生組織已計劃，逐步消除全球食品工業(yè)中的反式脂肪[7]。

微?；夹g(shù)是指利用物理剪切力，使蛋白質(zhì)粒徑達到10 μm 以下，此粒徑小于人體口腔黏膜感知的閾值，可以達到模擬脂肪細膩絲滑的效果[8-9]。微?；鞍椎姆椒ㄖ饕须p乳化法、相分離法以及機械處理法[10]，其中機械處理法中最常見的方法是高壓高剪切力和熱處理。目前，已經(jīng)有研究證明蛋白質(zhì)可以較好地全部或部分替代食品中的脂肪，提高食品營養(yǎng)的同時并且不改變食品本身的口感。吳達雄等[11]利用高壓均質(zhì)技術(shù)對乳清蛋白進行微?；幚恚苽涑鼍哂屑毮來樆诟械男滦碗p蛋白杏仁乳飲料。劉雨陽[12]用微?；幚淼男←湹鞍滋娲苛柚械牟糠种?，降低冰淇淋硬度的同時，不改變其理化性質(zhì)和口感。

本研究以PPI 為主要原料，通過濕熱處理、高速剪切技術(shù)對PPI 進行微?；幚?，優(yōu)化多糖、添加劑（三聚磷酸鈉、磷酸三鈣）添加量后，利用噴霧干燥技術(shù)開發(fā)出一種不含有氫化植物油、感官與市售咖啡伴侶接近的咖啡伴侶。隨著大眾的食品安全意識逐漸提高，健康成為消費者的最高追求。通過不斷優(yōu)化產(chǎn)品的工藝和配方，低脂食品將會逐漸替代或部分替代油脂成為市場的主流，從而使人們飲食更加健康。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

豌豆分離蛋白粉（蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為85%）：煙臺優(yōu)承生物科技有限公司；瓜爾豆膠、無水檸檬酸：食之味食品有限公司；磷酸三鈣：連云港科德食品有限公司；三聚磷酸鈉：江蘇泰萊豪蓓特食品有限公司；黑咖啡、三合一咖啡、咖啡伴侶：東莞雀巢有限公司，以上試劑均為食品級。

1.2 儀器與設(shè)備

EMS-30S 磁力攪拌水浴鍋：常州市人和儀器廠；PHS-25 型pH 計：上海雷磁科學(xué)儀器有限公司；NDJ-5S 旋轉(zhuǎn)式黏度計：上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司；CS-800分光測色計：廣州卓諧儀器設(shè)備有限公司；DNP-9082離心機：長沙高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)湘儀離心機儀器有限公司；T6 分光光度計、TU-1900 雙光束紫外可見分光光度計：北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；Nano-Brook 90Plus 激光粒度儀：美國布魯克海文儀器公司；T18 高速分散均質(zhì)機：艾卡廣州儀器設(shè)備有限公司；YC-1800 噴霧干燥機：上海雅程儀器設(shè)備有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 豌豆分離蛋白凝膠的制備

將豌豆分離蛋白粉溶于去離子水，配制15%（質(zhì)量分數(shù)）豌豆蛋白分散液。25 ℃下攪拌2 h 使其充分水合，得到豌豆分離蛋白分散液。用無水檸檬酸將豌豆分離蛋白分散液的pH 值調(diào)至7.0、6.5、6.0、5.5、5.0、4.5、4.0、3.5、3.0。將9 個樣品放于90 ℃水浴鍋中加熱30 min，取出立刻冷卻至室溫，放入冰箱陳化過夜。

1.3.2 豌豆分離蛋白凝膠pH 值的篩選

1.3.2.1 粒徑的測定

不同pH 值的豌豆分離蛋白凝膠分別用分散均質(zhì)機8 000 r/min 進行均質(zhì)3 min，分別用去離子水稀釋125 倍，用粒度儀測定其粒徑。

1.3.2.2 電勢的測定

在pH3～8 時，以pH 值每升高0.5 為單位，用粒度儀測定0.5%豌豆分離蛋白凝膠電勢，測定溫度為25 ℃。

1.3.2.3 黏度的測定

按步驟1.3.1 制備pH4.0、4.5、5.0、5.5 的豌豆分離蛋白凝膠，均質(zhì)后取分散液于離心管中，用旋轉(zhuǎn)式黏度計2 號轉(zhuǎn)子60 r/min 測定其黏度大小。

1.3.3 pH 值的測定

采用pH 計測定不同咖啡樣品的pH 值。

1.3.4 復(fù)配瓜爾豆膠添加量的確定

選擇1%的瓜爾豆膠溶液作為試驗基點[13]。燒杯中量取100 mL 去離子水后置于46 ℃水浴鍋中，稱取1.0 g 瓜爾豆膠邊攪拌邊緩慢加入，攪拌40 min 至瓜爾豆膠全部溶解，溶液變?yōu)橥该髂z狀，得到1%的瓜爾豆膠。取pH 值為5.5 均質(zhì)后的蛋白分散液14.8、25.0、20.0、15.0、10.0 g，分別加入0、2.8、8.5、15.0、23.3 g 的1%的瓜爾豆膠。使得瓜爾豆膠在整個蛋白-多糖體系中的濃度依次為0%、0.1%、0.3%、0.5%、0.7%，于25 ℃水浴鍋中700 r/min 磁力攪拌30 min。

1.3.5 確定制備后豌豆分離蛋白凝膠的最佳pH 值

按步驟1.3.4 制備1%的瓜爾豆膠，分別取pH4.0、4.5、5.0、5.5 值均質(zhì)后的蛋白分散液加入5.6 g 的瓜爾豆膠，使得瓜爾豆膠在整個體系中的濃度為0.1%，在25 ℃水浴鍋中700 r/min 磁力攪拌30 min。

1.3.5.1 粒徑的測定

測定制備后分散液初始粒徑，靜置4 d 后粒徑以及靜置4 d 后沸水沖調(diào)后粒徑。測定方法同1.3.2.1。

1.3.5.2 黏度的測定

取復(fù)配多糖后的蛋白分散液30 mL 于離心管中，用旋轉(zhuǎn)式黏度計2 號轉(zhuǎn)子在60 r/min 下測定黏度值。

1.3.6 穩(wěn)定劑添加量的確定

由于蛋白類飲品沉淀現(xiàn)象比較嚴重，大多數(shù)蛋白類飲料都會添加磷酸鹽來穩(wěn)定飲料[14]。本試驗選擇三聚磷酸鈉作為穩(wěn)定劑。按步驟1.3.1 制備pH 值為5.5的豌豆分離蛋白凝膠并進行均質(zhì)。添加1%的瓜爾豆膠2.2 g 于17.8 g 的豌豆分離蛋白分散液中，25 ℃水浴鍋中700 r/min 磁力攪拌30 min。以凝膠中蛋白的質(zhì)量為基礎(chǔ)分別添加三聚磷酸鈉0、0.003、0.006、0.009、0.012、0.015 g，使得三聚磷酸鈉添加量為0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%。在25 ℃水浴鍋中，700 r/min磁力攪拌30 min。

取未添加三聚磷酸鈉的空白樣品稀釋125 倍進行300～800 nm 全波長掃描，找出最大吸收峰。5 個梯度各取0.13 g 樣品添加60 mL 去離子水稀釋425 倍，取30 mL 樣品于離心管中1 500 r/min 離心10 min，將剩余30 mL 樣品靜置10 min，400 nm 下測其兩部分吸光度，其比值為穩(wěn)定系數(shù)R[15]。

1.3.7 噴霧干燥

按步驟1.3.4 制備蛋白-多糖分散液，將豌豆分離蛋白稀釋至1%，防止堵塞噴霧干燥機的噴霧頭。噴霧干燥參數(shù)設(shè)定為進風(fēng)溫度160 ℃；出風(fēng)溫度103.6 ℃；風(fēng)機設(shè)定30；通針設(shè)定8；蠕動速度16 r/min。

1.3.8 最佳沖調(diào)量的確定

0.36 g 市售黑咖啡和0.80 g 市售咖啡伴侶溶于30 mL 的70 ℃熱水中，冷卻后測定其色度，并以其色度為參考，確定最接近參考色度的豌豆分離蛋白-瓜爾豆膠粉末的沖調(diào)量。設(shè)置豌豆分離蛋白-瓜爾豆膠粉末在沖調(diào)體系中的濃度梯度為2.6%、3.2%、3.8%、4.4%、5.0%，分別用色差計測定其色度。

1.3.9 溶解度的測定

參考文獻[16]的方法確定磷酸三鈣添加量為0.05%，磷酸三鈣添加量與豌豆分離蛋白添加量比為1.1∶100。取步驟1.3.6 中105.00 g 蛋白-多糖分散液加入0.17 g 磷酸三鈣，加入0.02 g 的三聚磷酸鈉，置于25 ℃水浴鍋中700 r/min 轉(zhuǎn)速下磁力攪拌1 h 進行充分混合，加入去離子水將豌豆分離蛋白稀釋至1%，噴霧干燥得到混合粉末，即制得零脂咖啡伴侶。分別取0.40 g市售咖啡伴侶和零脂咖啡伴侶，兩者都加入0.18 g 黑咖啡再分別溶于15 mL 沸水中，用玻璃棒勻速攪拌，記錄兩者溶解完全的時間。

1.3.10 感官評定

零脂咖啡伴侶產(chǎn)品按最佳沖調(diào)量進行沖調(diào)；市售咖啡伴侶按照0.18 g 黑咖啡，0.40 g 咖啡伴侶，15 mL沸水進行沖調(diào)。二者進行比較，感官評價評分標準[16]如表1所示。

表1 感官評價評分標準Table 1 Sensory evaluation scoring table

1.4 統(tǒng)計分析

每組試驗做3 次平行，采用SPSS 22 統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行顯著性分析（P＜0.05），利用Origin 2021 軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 pH 值對豌豆分離蛋白形成凝膠的影響

不同pH 值下制備豌豆分離蛋白凝膠顆粒的粒徑和電勢的結(jié)果分別見圖1 和圖2。

圖1 pH 值對豌豆分離蛋白微凝膠粒徑影響Fig.1 Effects of pH values on microgel size of PPI

圖2 豌豆分離蛋白電勢圖Fig.2 Diagram of potential determination of PPI

從圖1 中可以看出，在pH3～7 時，剪切后的豌豆分離蛋白微凝膠顆粒的粒徑最大值為5.92 μm，該pH值范圍內(nèi)的粒徑都滿足0.1～10 μm 的要求，表明此pH值范圍內(nèi)顆?？诟卸急容^細膩[8]。由圖2 可以看出，豌豆分離蛋白的等電點在3 左右。在等電點附近，蛋白質(zhì)的表面電荷基本為0，分子之間相互碰撞容易發(fā)生聚集，蛋白的溶解性較差[17]。當(dāng)pH 值遠小于等電點時，分子之間會產(chǎn)生纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚合物，當(dāng)pH 值遠大于等電點時，分子之間會產(chǎn)生無序形狀的聚合物[18]。

經(jīng)測定，市售黑咖啡的pH 值為5，市售三合一咖啡的pH 值為6.45。所以市售黑咖啡沖調(diào)后溶液呈酸性，市售三合一咖啡沖調(diào)后溶液也呈酸性，其pH 值較黑咖啡溶液略有升高，說明添加植脂末后，咖啡的pH值升高。為最大程度保持咖啡的品質(zhì)，制備咖啡伴侶時pH 值也應(yīng)在酸性范圍內(nèi)，且以稍高于5 為宜。因此，本試驗選擇pH 值4.0、4.5、5.0、5.5 制備豌豆分離蛋白凝膠進行接下來的研究。

2.2 pH 值對豌豆分離蛋白凝膠體系的影響

圖3 為豌豆分離蛋白凝膠均質(zhì)后黏度隨pH 值的變化。

圖3 pH 值對豌豆分離蛋白微凝膠黏度的影響Fig.3 Effects of pH values on viscosity of PPI

由圖3 可知，均質(zhì)后的豌豆分離蛋白分散液黏度基本隨著pH 值的增加整體呈上升趨勢，在pH5.5 時黏度最大，最大黏度為217 mPa·s，且該黏度的分散液感官上仍呈流動狀態(tài)。pH 值為5.5 時，黏度最大，其原因可能是在此pH 值下豌豆分離蛋白分散液的粒徑最小，顆粒之間位置相對緊湊，該pH 值遠離豌豆分離蛋白的等電點，蛋白質(zhì)液滴之間的靜電斥力增強，粒徑變小，溶解度增強[19]，水合性增強，使分散液的黏度增加。

2.3 復(fù)配不同濃度瓜爾豆膠對豌豆分離蛋白微凝膠粒徑的影響

相同pH 值復(fù)配不同濃度瓜爾豆膠對豌豆分離蛋白微凝膠顆粒的粒徑如圖4所示。

圖4 不同濃度瓜爾豆膠對豌豆分離蛋白微凝膠粒徑的影響Fig.4 Effect of guar gum concentration on microgel size of PPI

將復(fù)配多糖后的豌豆分離蛋白分散液進行靜置處理和100 ℃熱水沖調(diào)處理，通過比較三者的粒徑，可以選擇出具有最佳的熱穩(wěn)定性和靜置穩(wěn)定性的試驗組。由圖4 整體來看，除濃度為0.7%外，每組放置4 d后和放置4 d 沸水沖調(diào)后顆粒粒徑都較初始值大，但增大的幅度不同，熱穩(wěn)定性差的分散液，沸水沖調(diào)時蛋白顆粒發(fā)生聚集的程度也較大。比較放置4 d 后和放置4 d 沸水沖調(diào)后的粒徑，發(fā)現(xiàn)當(dāng)多糖添加量占整個體系濃度為0.1%和0.3%時，這兩種條件下的粒徑變化沒有顯著性差異，表明按兩者濃度添加時，分散液的熱穩(wěn)定性較好。在放置過程中，靜置穩(wěn)定性差的分散液，蛋白質(zhì)顆粒會發(fā)生聚集[20]導(dǎo)致顆粒的粒徑增大。比較剛復(fù)配完初始值和放置4 d 后的粒徑，發(fā)現(xiàn)都有顯著性差異但差異較小的為0.1%、0.5%、0.7%添加濃度。綜上所述，為節(jié)省原料，選擇0.1%作為試驗接下來多糖在蛋白分散液的添加量。

2.4 不同pH 值復(fù)配相同濃度瓜爾豆膠對豌豆分離蛋白微凝膠粒徑的影響

圖5 為不同pH 值復(fù)配相同濃度的瓜爾豆膠對豌豆分離蛋白微凝膠顆粒粒徑的影響。

圖5 不同pH 值復(fù)配相同濃度瓜爾豆膠對豌豆分離蛋白微凝膠粒徑的影響Fig.5 Effects of different pH values and the same concentration of guar gum on particle size of PPI

由圖5 可知，對比復(fù)配后豌豆分離蛋白分散液的加熱穩(wěn)定性和靜置穩(wěn)定性，以及初始值和沸水沖調(diào)后的顆粒粒徑可以看出，當(dāng)pH 值為4.0 時，初始值粒徑和沸水沖調(diào)后的粒徑無顯著差異，熱穩(wěn)定性較好，其次，在有顯著性差異情況下，熱穩(wěn)定性從高到低依次是pH5.5、5.0、4.5。通過比較初始值和放置4 d 后的顆粒粒徑發(fā)現(xiàn)pH 值為4.5 和pH 值為5.5 時，初始值顆粒粒徑和放置4 d 后顆粒粒徑?jīng)]有顯著性差異，表明靜置穩(wěn)定性較好。由于pH 值為4.5 的豌豆分離蛋白分散液的熱穩(wěn)定較pH 值為5.5 時差，所以選擇pH 值為4.0 和5.5。

2.5 不同pH 值復(fù)配相同濃度瓜爾豆膠對豌豆分離蛋白微凝膠黏度影響

不同pH 值復(fù)配相同濃度瓜爾豆膠后，豌豆分離蛋白微凝膠顆粒的黏度如圖6所示。

圖6 不同pH 值復(fù)配相同濃度瓜爾豆膠對豌豆分離蛋白微凝膠黏度的影響Fig.6 Effects of different pH values and the same concentration of guar gum on viscosity of PPI

瓜爾豆膠是中性多糖，在溶液中不帶電荷，pH 值為4.0、4.5、5.0、5.5 時，豌豆分離蛋白帶負電荷，帶負電的蛋白顆粒會吸附不帶電荷的瓜爾豆膠，適當(dāng)?shù)牡鞍?多糖復(fù)合物搭配可以提高溶解性和穩(wěn)定性[21]。由圖6可知，與圖3 相比，僅有pH 值為5.5 時分散液的黏度明顯增大，表明pH 值為5.5 時，豌豆分離蛋白具有更好的吸附力。因此，選擇制備豌豆分離蛋白-瓜爾豆膠復(fù)合物的最佳pH 值為5.5。

2.6 豌豆分離蛋白-瓜爾豆膠復(fù)合物最大吸收峰

采用雙光束紫外可見分光光度計，對豌豆分離蛋白-瓜爾豆膠復(fù)合物進行全波長掃描，結(jié)果如圖7所示。

圖7 豌豆分離蛋白-瓜爾豆膠復(fù)合物全波長掃描Fig.7 Full wavelength scan of the proteoglycan complex

由圖7 可知，測得的豌豆分離蛋白-瓜爾豆膠復(fù)合物最大吸收波長為400 nm，在此波長下，吸光度變化不大，具有較高靈敏性，不會造成朗伯比爾定律的偏移，具有較高的準確度。

2.7 三聚磷酸鈉不同添加量對體系吸光度的影響

當(dāng)豌豆分離蛋白微凝膠顆粒分散體系中添加不同濃度三聚磷酸鈉時，在400 nm 下離心和靜置后的吸光度比值結(jié)果如圖8所示。

圖8 不同三聚磷酸鈉添加量對體系穩(wěn)定系數(shù)R 的影響Fig.8 Effects of different sodium tripolyphosphate additions on stability coefficient R

穩(wěn)定系數(shù)R 指的是離心后分散液的吸光度比靜置后分散液的吸光度，R 值越接近1，表明體系內(nèi)物質(zhì)的沉淀變化比較小，體系越穩(wěn)定[22]。由圖8 可知，當(dāng)三聚磷酸鈉添加量為0.2%時，穩(wěn)定系數(shù)R（A離心/A靜置）最接近1，說明此時體系內(nèi)物質(zhì)的較為穩(wěn)定。因此，選用0.2%作為三聚磷酸鈉最佳添加量。

2.8 零脂咖啡伴侶沖調(diào)量對咖啡色度的影響

不同零脂咖啡伴侶沖調(diào)量對咖啡的色度影響如圖9所示。

圖9 沖調(diào)量對咖啡色度的影響Fig.9 The influence of brewing quantity on coffee chroma

咖啡伴侶除了改善咖啡的酸澀口感還對咖啡有增白效果，好的色度可以使人的食欲增加。由圖9 可知，從亮度L*可以看出，最接近市售伴侶搭配黑咖啡的零脂咖啡伴侶濃度為依次為4.4%、3.8%、5.0%；從紅綠值a*可以看出，最接近市售伴侶搭配黑咖啡的零脂咖啡伴侶濃度依次為4.4%、3.8%、3.2%；從黃藍值b*可以看出，最接近市售伴侶搭配黑咖啡的零脂咖啡伴侶濃度依次為4.4%、5.0%、3.8%。所以，最后選擇濃度為4.4%的搭配，即沖調(diào)配方為2 g 咖啡，7 g 伴侶和150 mL 水。

2.9 溶解性以及感官評定結(jié)果

不同產(chǎn)品溶解性測定結(jié)果如表2所示。抽選感官評價人員，按感官評價表對兩種咖啡伴侶分別搭配黑咖啡進行感官品嘗打分，結(jié)果如圖10所示。

圖10 感官評價得分圖Fig.10 Sensory evaluation score chart

表2 產(chǎn)品溶解性測定Table 2 Determination of solubility of products

由表2 可知，零脂咖啡伴侶搭配黑咖啡的溶解性與市售咖啡伴侶搭配黑咖啡相比還有較大差距，可能原因是本試驗咖啡伴侶中未加蔗糖、甜味劑等助溶劑，導(dǎo)致咖啡伴侶在水中的分散性較差。由圖10 可知，零脂咖啡伴侶搭配黑咖啡在外觀上與市售咖啡伴侶搭配黑咖啡相當(dāng)，其他各項得分都低于市售咖啡伴侶搭配黑咖啡的評分，但其對黑咖啡的風(fēng)味、口感上有所改善。本試驗說明零脂咖啡伴侶仍有較大的改進空間。

3 結(jié)論

本試驗以豌豆分離蛋白和瓜爾豆膠為主要原料，制備零脂咖啡伴侶。通過對制備工藝進行優(yōu)化得到豌豆分離蛋白處理的pH 值為5.5。零脂咖啡伴侶制備的最佳配方為100 g 豌豆分離蛋白粉、0.75 g 瓜爾豆膠、0.2 g 三聚磷酸鈉、1.1 g 磷酸三鈣。成品的最佳沖調(diào)量為2 g 黑咖啡和7 g 零脂咖啡伴侶溶于150 mL 水中。通過感官和色差測定，本產(chǎn)品與市售咖啡伴侶之間在色度上很接近，但在味道和溶解性上還存在一定的差異，今后可以再通過進一步優(yōu)化添加劑的添加量和多糖的種類來改善零脂咖啡伴侶，使其更接近市售咖啡伴侶。本試驗研究將有助于提高豌豆分離蛋白的附加值，促進其在低脂食品中的應(yīng)用。