連家威,張婧婕,韓 迪,李 琥,趙博雅,都 陽(yáng),王 靖,*

(1.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部食物與營(yíng)養(yǎng)發(fā)展研究所,北京 100081;2.中南民族大學(xué)武陵山區(qū)特色資源植物種質(zhì)保護(hù)與利用湖北重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢 430074)

冰淇淋是以飲用水、乳和(或)乳制品等為主要原輔料,添加或不添加食品添加劑,經(jīng)混合、滅菌、均質(zhì)、冷卻、老化、凍結(jié)、硬化等工藝制成的體積膨脹的冷凍飲品[1]。它是一種含有乳固形物、冰晶、空氣泡、脂肪等的復(fù)雜的膠體體系[2]。目前,市場(chǎng)上的冰淇淋主要以高脂、高熱量、低蛋白為主,難以滿足人們對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需求。同時(shí),消費(fèi)者對(duì)低脂、低熱量、高蛋白等食品的關(guān)注度越來(lái)越高[3]。

《中國(guó)食物與營(yíng)養(yǎng)發(fā)展綱要(2014～2020年)》指出:要保障充足的能量和蛋白質(zhì)攝入量,控制脂肪攝入量,到2020年,人均每日蛋白質(zhì)攝入量78 g,其中,優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)比例占45%以上?！秶?guó)民營(yíng)養(yǎng)計(jì)劃(2017-2030)》指出,著力發(fā)展雙蛋白食物等新型營(yíng)養(yǎng)健康食品;以優(yōu)質(zhì)動(dòng)物、植物蛋白為主要營(yíng)養(yǎng)基料,開展雙蛋白工程重點(diǎn)產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化推廣,強(qiáng)化雙蛋白工程等重大項(xiàng)目的實(shí)施力度。雙蛋白是指以大豆蛋白等植物蛋白和以牛奶蛋白等動(dòng)物蛋白為代表的天然優(yōu)質(zhì)動(dòng)植物蛋白,按照營(yíng)養(yǎng)量效關(guān)系和精準(zhǔn)互作獲得的食用蛋白源[4]。大豆蛋白和乳清蛋白均屬于優(yōu)質(zhì)蛋白[5],研究表明以大豆蛋白和牛乳蛋白組成的混合蛋白能有效促進(jìn)運(yùn)動(dòng)后骨骼肌細(xì)胞內(nèi)氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)及蛋白合成[6-7],而且雙蛋白的攝入可以改善白血病患者蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)不良的狀況,提高患者的肌肉水平和生存質(zhì)量[8]。

Zeini等[9]研究了濃縮乳清蛋白對(duì)冰淇淋品質(zhì)的影響。結(jié)果表明,濃縮乳清蛋白含量增加時(shí),冰淇淋的黏附性、彈性和粘稠度隨之增加,制作的冰淇淋感官評(píng)價(jià)良好。Pandiyan等[10]將乳清濃縮蛋白加入到冰淇淋中,結(jié)果表明,濃縮乳清蛋白的加入降低了冰淇淋的融化率。張林[11]采用超高壓均質(zhì)-磷脂復(fù)合方法對(duì)大豆分離蛋白進(jìn)行改性,向冰淇淋中加入改性后的大豆分離蛋白,其乳化活性和穩(wěn)定性均有所改善,且口感更細(xì)膩。郝建敏等[12]研究了磷脂大豆分離蛋白復(fù)合物對(duì)冰淇淋品質(zhì)的影響,結(jié)果表明,磷脂大豆分離蛋白復(fù)合物冰淇淋,具有較好的持水性,感官評(píng)價(jià)良好?，F(xiàn)有的研究主要是基于單一蛋白對(duì)冰淇淋品質(zhì)的影響,而對(duì)雙蛋白在冰淇淋中的使用研究還較少。因此,本文以大豆分離蛋白和濃縮乳清蛋白為主,研究了雙蛋白添加量對(duì)冰淇淋料液黏度、膨脹率、硬度和融化率等品質(zhì)的影響,為冰淇淋未來(lái)的發(fā)展方向提供一定的理論參考,具有廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大豆分離蛋白(Soy protein isolate,SPI) 杜邦雙匯漯河食品有限公司;濃縮乳清蛋白(Whey protein concentrate,WPC)、脫脂乳粉 恒天然(商貿(mào))上海有限公司;白砂糖 舒可曼公司;淡奶油 青島雀巢有限公司;復(fù)合乳化增稠劑SE709 VEG-CN 丹尼斯克(中國(guó))有限公司;十二烷基硫酸鈉(純度大于99%) 長(zhǎng)春晶美生物工程有限公司。

YP2002型電子天平 上海越平科學(xué)儀器有限公司;LVDV-C型DV-1粘度計(jì) 美國(guó)博勒飛公司;PH-070A干燥箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司;FA25型高速剪切機(jī) 弗魯克公司;JHG-Q54-P60型高壓均質(zhì)機(jī) 上海普麗盛融合機(jī)械設(shè)備有限公司;Universal TA型質(zhì)構(gòu)儀 上海騰拔儀器科技有限公司;XQM-2型球磨儀 上海天創(chuàng)粉末技術(shù)有限公司;ICM-1000B冰淇淋機(jī) 廣東富信科技股份有限公司;UV-1780型紫外可見分光光度計(jì) 日本島津公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 雙蛋白溶液的配制 雙蛋白粉大豆分離蛋白與濃縮乳清蛋白經(jīng)球磨儀按照1∶1(質(zhì)量比)混合后形成雙蛋白粉,按照0%、5%、10%、15%、20%的比例同冰淇淋配方中其它原輔料混合均勻。

雙蛋白溶液分別稱取1、2、3、4和5 g上述制備的雙蛋白粉(大豆分離蛋白∶濃縮乳清蛋白=1∶1),加入適當(dāng)純凈水溶解,攪拌均勻,制成濃度梯度分別為1%、2%、3%、4%、5%,備用。

1.2.2 冰淇淋制備工藝 原料混合→殺菌→均質(zhì)→老化→凝凍→硬化→成品

冰淇淋配方:脫脂奶粉10%,奶油8%,蔗糖8%,復(fù)合乳化增稠劑0.6%。

操作要點(diǎn):原料混合:將所有干粉混合均勻,用溫水充分溶解,以水定容,備用;殺菌:將混合均勻的冰淇淋料液在80 ℃下加熱25 s,準(zhǔn)備均質(zhì);均質(zhì):采用二段均質(zhì)法,第一次均質(zhì)壓力為15～20 MPa,第二次均質(zhì)壓力5 MPa;老化:對(duì)均質(zhì)好的冰淇淋料液進(jìn)行迅速降溫至4 ℃左右,在此條件下老化6 h;凝凍:對(duì)老化后的冰淇淋料液倒入冰淇淋機(jī)中進(jìn)行凝凍,最后將凝凍好的冰淇淋放入冰箱中-20 ℃下進(jìn)行硬化。

1.2.3 雙蛋白溶液的起泡性及泡沫穩(wěn)定性 取1.2.1中制備的不同濃度的雙蛋白溶液50 mL在10000 r/min下均質(zhì)2 min,25 ℃下充入空氣。攪打后的樣品立即轉(zhuǎn)移到量筒中,體積記為H0,攪打前蛋白樣品的體積記作H,攪打后的蛋白樣品在25 ℃下靜置30 min,體積記作H30[13]。蛋白起泡性(Foaming capacity,FC)和泡沫穩(wěn)定性(Foaming stability,FS),計(jì)算公式如下:

式(1)

式(2)

式中:H:攪打前蛋白溶液體積;H0:攪打后蛋白溶液體積;H30:攪打后靜置30 min的蛋白溶液體積。

1.2.4 雙蛋白溶液的乳化性及乳化穩(wěn)定性 取1.2.1中制備的不同濃度的雙蛋白溶液15 mL與5 mL大豆油以12000 r/min的速度均質(zhì)1 min。用制備好的十二烷基硫酸鈉溶液將0.25 mL乳化液稀釋至25 mL(稀釋25倍),立即測(cè)定稀釋液吸光度(A0)和乳化10 min后用紫外分光光度計(jì)在500 nm處測(cè)吸光度(A10)[14]。蛋白乳化性(Emulsifying activity index,EAI)和乳化穩(wěn)定性(Emulsion stability index,ESI)計(jì)算公式如下:

EAI=A0

式(3)

式(4)

式中:A0:稀釋液初始吸光度;A10:稀釋液乳化10 min后吸光度。

1.2.5 冰淇淋黏度的測(cè)定 采用DV-1黏度計(jì),測(cè)定經(jīng)4 ℃老化6 h的冰淇淋漿料的黏度,選用2號(hào)轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)速為50 r/min[15]。

1.2.6 冰淇淋膨脹率的測(cè)定 用80 mL的量杯分別稱取凝凍前的冰淇淋漿料和凝凍后的冰淇淋成品,將表面刮平,進(jìn)行稱重[16],計(jì)算公式如下:

式(5)

式中:M0:凝凍前冰淇淋料液質(zhì)量;M:凝凍后冰淇淋質(zhì)量。

1.2.7 冰淇淋融化率的測(cè)定 稱取30 g硬化48 h以上的冰淇淋產(chǎn)品,立即放置于(35±1) ℃恒溫培養(yǎng)箱中的篩網(wǎng)上,篩網(wǎng)下置一培養(yǎng)皿,用于盛放融化后滴下的冰淇淋,計(jì)時(shí)45 min測(cè)定融化冰淇淋的質(zhì)量,計(jì)算融化率[17],計(jì)算公式如下:

式(6)

1.2.8 冰淇淋硬度的測(cè)定 利用質(zhì)構(gòu)儀檢測(cè)冰淇淋的硬度,樣品在冰箱硬化48 h后,從冰箱中取出迅速測(cè)定,每個(gè)樣品進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)。參數(shù)設(shè)定:測(cè)試前探頭下降速度2 mm/s,測(cè)試速度3 mm/s,測(cè)試后探頭回程速度5 mm/s,測(cè)試距離15 mm,觸發(fā)力10 g,探頭類型 P/5[18]。

1.2.9 感官評(píng)價(jià) 對(duì)10名具有食品專業(yè)背景的人進(jìn)行感官能力培訓(xùn),根據(jù)表1[19]對(duì)冰淇淋進(jìn)行打分,總分100分,取10名感官評(píng)價(jià)員的平均值作為冰淇淋最終的感官分?jǐn)?shù)。

表1 冰淇淋的感官評(píng)分

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

所有數(shù)據(jù)均為三次平行測(cè)量的平均值,采用SAS9.2、GraphPad Prism5、Excel等軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析,圖或表中不同字母代表該組數(shù)據(jù)具有顯著性差異(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度雙蛋白溶液的起泡性與泡沫穩(wěn)定性的比較

本研究比較了不同濃度的雙蛋白溶液的起泡性和泡沫穩(wěn)定性,從圖1中可以看出,隨著蛋白溶液濃度的增加,蛋白的起泡性和泡沫穩(wěn)定性先上升后下降,在4%的溶液濃度時(shí),達(dá)到最大。雙蛋白溶液濃度為2%時(shí)差異顯著(P<0.05),且上升趨勢(shì)較明顯。隨著蛋白濃度的進(jìn)一步增加,3%～5%濃度區(qū)間內(nèi),蛋白起泡性差異不顯著。原因可能是蛋白的發(fā)泡性主要取決于蛋白溶液的濃度、蛋白分子的快速擴(kuò)散以及疏水基團(tuán)的分布等性質(zhì)[20]。當(dāng)?shù)鞍兹芤哼_(dá)到一定的濃度后,蛋白溶液起泡性趨于飽和,不再增加。

圖1 濃度對(duì)雙蛋白溶液的起泡性與泡沫穩(wěn)定性的影響

而泡沫穩(wěn)定性的變化趨勢(shì)同蛋白起泡性相似,先上升后基本不變。1%濃度的蛋白泡沫穩(wěn)定性同2%濃度的差異不顯著。隨著蛋白濃度的進(jìn)一步增加,泡沫穩(wěn)定性上升到一定程度后基本保持不變。因蛋白泡沫穩(wěn)定性主要由蛋白質(zhì)溶液的流變學(xué)性質(zhì)決定,當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液達(dá)到一定的濃度后,膜的厚度、吸附膜中蛋白質(zhì)的水合等作用至飽和狀態(tài),蛋白的泡沫穩(wěn)定性便趨于穩(wěn)定[20]。因此,當(dāng)雙蛋白濃度為5%時(shí),起泡性和泡沫穩(wěn)定定性趨于穩(wěn)定。

2.2 不同濃度雙蛋白溶液的乳化性與乳化穩(wěn)定性的比較

從圖2中可以看出,雙蛋白溶液的乳化性和乳化穩(wěn)定性變化相似,隨蛋白溶液濃度的升高,先上升后保持不變。1%～2%區(qū)間內(nèi),雙蛋白的乳化性和乳化穩(wěn)定性無(wú)顯著差異。隨著濃度的提升,在3%～5%區(qū)間內(nèi),其乳化性和乳化穩(wěn)定性無(wú)顯著差異?？赡苁且?yàn)榈鞍兹芤荷叩揭欢ǖ臐舛群?達(dá)到形成穩(wěn)定膠束的乳化劑最低濃度,即臨界膠束濃度,當(dāng)溶液達(dá)到臨界膠束濃度后,蛋白的乳化性及乳化穩(wěn)定性不再隨濃度的升高而升高[21],選擇雙蛋白的濃度為5%。

圖2 濃度對(duì)雙蛋白溶液的乳化性及乳化穩(wěn)定性的影響

2.3 雙蛋白添加量對(duì)冰淇淋料液黏度的影響

如圖3所示,隨著雙蛋白添加量的提高,冰淇淋料液黏度呈上升趨勢(shì)。當(dāng)雙蛋白添加量為0時(shí),其黏度是1854 cp;添加量為5%和10%,冰淇淋料液黏度沒有顯著性差異;當(dāng)添加量增加至15%時(shí),冰淇淋料液黏度大于雙蛋白添加量為10%時(shí)的黏度,結(jié)果具有顯著差異(P<0.05);隨著雙蛋白添加量繼續(xù)增加至20%時(shí),料液黏度下降,與添加量為15%時(shí)差異不顯著。適當(dāng)?shù)丶尤腚p蛋白可以增加冰淇淋料液的黏度,提升冰淇淋的固形物含量,而且蛋白的加入有助于形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),利于空氣進(jìn)入,但蛋白含量過(guò)多,會(huì)使得料液黏度過(guò)高,阻擋空氣的進(jìn)入。因此,選擇雙蛋白添加量5%～10%為宜。

圖3 雙蛋白添加量對(duì)冰淇淋料液黏度的影響

2.4 雙蛋白添加量對(duì)冰淇淋膨脹率的影響

如圖4所示,隨著雙蛋白添加量的升高,冰淇淋的膨脹率呈先下降再下降的趨勢(shì)。雙蛋白添加量5%和添加量10%,其膨脹率差異不顯著;但當(dāng)雙蛋白添加量達(dá)到15%時(shí),冰淇淋的膨脹率同添加量10%相比,顯著降低(P<0.05);同添加量20%相比,差異不顯著。添加雙蛋白后,冰淇淋膨脹率下降可能是因?yàn)楸苛芰弦吼ざ冗^(guò)大,影響了冰淇淋機(jī)的攪拌速度,導(dǎo)致進(jìn)入冰淇淋料液中的空氣含量逐漸減少,不能支撐冰淇淋的內(nèi)部結(jié)構(gòu),最終降低了冰淇淋的膨脹率[22]。因此,建議添加量為10%。

圖4 雙蛋白添加量對(duì)冰淇淋膨脹率的影響

2.5 雙蛋白添加量對(duì)冰淇淋融化率的影響

從圖5中可以看出,冰淇淋融化率隨雙蛋白添加量的升高是逐漸下降的。與雙蛋白添加量0時(shí)相比,雙蛋白添加量為5%的冰淇淋的融化率降低,且差異顯著(P<0.05)。且當(dāng)雙蛋白添加量為10%時(shí),其融化率低于添加量為5%的融化率,差異顯著(P<0.05);但同添加量為15%和20%的冰淇淋的融化率無(wú)顯著差異。冰淇淋融化率下降,可能是因?yàn)榧尤腚p蛋白后,提高了冰淇淋料液的乳化性,使得冰淇淋料液中的脂肪顆粒更加均勻,體系也就更穩(wěn)定,這同Muse、Pandiyan等研究結(jié)果相似[10,23]。而且蛋白的加入,提升了料液的黏度和固形物含量,從而降低了冰淇淋的融化率。

圖5 雙蛋白添加量對(duì)冰淇淋融化率的影響

2.6 雙蛋白添加量對(duì)冰淇淋硬度的影響

如圖6所示,隨著雙蛋白添加量的升高,冰淇淋的硬度呈上升趨勢(shì)。雙蛋白添加量為0和雙蛋白添加量為5%時(shí),冰淇淋的硬度無(wú)顯著差異;當(dāng)添加量增加到10%時(shí),其硬度與添加量為5%、15%時(shí)相比無(wú)顯著差異(P>0.05)。但當(dāng)添加量繼續(xù)增加至20%時(shí),其硬度達(dá)到14841 g,口感不能被消費(fèi)者所接受。冰淇淋硬度的變化同其料液黏度、膨脹率和融化率的變化相符,其硬度越高,料液黏度越大,膨脹率和融化率越低[24]。適當(dāng)?shù)挠捕瓤梢允贡苛芫哂辛己玫钠焚|(zhì),過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響其感官評(píng)分,這一結(jié)果同周莉研究結(jié)果相似[25],因此,冰淇淋中雙蛋白的添加量不應(yīng)超過(guò)10%,否則品質(zhì)會(huì)嚴(yán)重下降。

圖6 雙蛋白添加量對(duì)冰淇淋硬度的影響

2.7 雙蛋白添加量對(duì)冰淇淋感官評(píng)分的影響

如圖7所示,當(dāng)雙蛋白添加量低于10%時(shí),其感官評(píng)分無(wú)顯著性差異;當(dāng)添加量繼續(xù)增加至15%和20%后,其感官評(píng)分開始下降,結(jié)果具有顯著性差異(P<0.05)。當(dāng)雙蛋白添加量低于10%時(shí),蛋白的加入提高了冰淇淋的固形物含量,改善了冰淇淋組織,使其口感更飽滿,香味更濃郁,可被消費(fèi)者接受,這同Patel等的研究結(jié)果相似[26];當(dāng)雙蛋白的含量進(jìn)一步增加時(shí),冰淇淋料液變稠,空氣無(wú)法進(jìn)入,使得冰淇淋硬度過(guò)大,風(fēng)味和口感變差,難以被消費(fèi)者所接受。因此,冰淇淋中雙蛋白的含量不宜超過(guò)10%。

圖7 雙蛋白添加量對(duì)冰淇淋感官評(píng)分的影響

3 結(jié)論

雙蛋白具有良好的起泡性和乳化性,可以應(yīng)用到冰淇淋中。隨著雙蛋白添加量的增加,冰淇淋料液的黏度先上升后下降，硬度逐漸升高,融化率逐漸下降;當(dāng)添加量在0～10%的范圍時(shí),膨脹率先下降后上升;當(dāng)添加量大于10%后,膨脹率和感官評(píng)分開始下降,冰淇淋品質(zhì)變差。綜上,雙蛋白的添加量為10%時(shí),其硬度、融化率和感官評(píng)分較好,制作的冰淇淋品質(zhì)可被消費(fèi)者接受。因此,推薦雙蛋白的添加量為10%。