陳焓淇,張偉健,常翠華,顧璐萍,蘇宇杰,楊嚴(yán)俊,李俊華*

1(食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江南大學(xué)),江蘇 無(wú)錫,214122) 2(國(guó)家功能食品工程技術(shù)研究中心(江南大學(xué)),江蘇 無(wú)錫,214122)3(江南大學(xué) 食品學(xué)院,江蘇 無(wú)錫,214122)

酸奶經(jīng)過(guò)發(fā)酵會(huì)產(chǎn)生獨(dú)特的風(fēng)味和口感,并且能夠維持腸道微生物群的平衡和調(diào)節(jié)腸道免疫系統(tǒng)的微環(huán)境,具有緩解腹瀉、降低結(jié)腸直腸癌的風(fēng)險(xiǎn)等健康益處[1],因此深受消費(fèi)者的青睞。為了預(yù)防因脂肪攝入過(guò)多而引起的疾病,如肥胖和心血管疾病[2-3],越來(lái)越多的消費(fèi)者傾向于選擇低脂酸奶。然而低脂酸奶由于缺乏脂肪,會(huì)出現(xiàn)質(zhì)地缺陷,乳清析出等問(wèn)題[4]。這些問(wèn)題可以通過(guò)添加合適的品質(zhì)改良劑來(lái)解決。

雞蛋清是一種能與牛乳相媲美的優(yōu)質(zhì)動(dòng)物蛋白資源,蛋清蛋白占蛋清固形物的90%以上,必需氨基酸種類齊全,最接近人體氨基酸模式,容易消化吸收[5-6]。蛋清蛋白還具有良好的凝膠性能[7]。蛋清蛋白可以通過(guò)酸誘導(dǎo)形成冷凝膠[8],凝膠形成過(guò)程有2個(gè)階段。第一階段,在中性pH和低離子強(qiáng)度下制備可溶性聚集體的熱變性蛋白質(zhì)溶液,第二階段,通過(guò)將pH值調(diào)節(jié)到蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)附近以減少聚集體之間的靜電斥力,來(lái)誘導(dǎo)凝膠發(fā)生。PU等[9]對(duì)蛋清蛋白和乳清蛋白混合酸誘導(dǎo)凝膠進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)隨著蛋清蛋白含量的增加,蛋清蛋白和乳清蛋白復(fù)合凝膠的硬度、黏附性和彈性隨之增加。除此以外,蛋清蛋白還有容易獲得、成本低的特點(diǎn),在食品工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用[10-11]。因此,蛋清可能是一個(gè)很好的品質(zhì)改良劑,能起到穩(wěn)定低脂酸奶的作用。

本研究將液體蛋清、脫脂奶粉和蔗糖按比例混合,用去離子水溶解,接種嗜熱乳鏈球菌(St.thermophilus)和保加利亞乳桿菌(L.bulgaricus)進(jìn)行發(fā)酵。然后研究了低脂凝固型酸奶的pH值、質(zhì)構(gòu)、流變學(xué)特性、水分狀態(tài)和感官特性,考察蛋清蛋白作為低脂凝固型酸奶品質(zhì)改良劑的應(yīng)用效果,并為酸奶的品質(zhì)改良提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

雞蛋、檸檬酸,市售;卡林卡脫脂奶粉(蛋白質(zhì)含量32%),綏芬河市永萊經(jīng)貿(mào)有限公司;嗜熱乳鏈球菌(Streptococcusthermophilus81)、保加利亞乳桿菌(Lactobacillusbulgaricus42)的凍干乳酸菌粉,微康益生菌(蘇州)股份有限公司;MRS肉湯和瓊脂,青島海博生物技術(shù)有限公司;其他分析級(jí)化學(xué)品,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

SP-250A型恒溫培養(yǎng)箱,南京實(shí)驗(yàn)儀器廠;Avanti J-26 XP高速離心機(jī),美國(guó)貝克曼公司;Fluka高剪切分散乳化機(jī),上海弗魯克機(jī)電公司;HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋,常州榮華儀器制造有限公司;Delta320 pH計(jì),梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;TA.XT.Plus物性測(cè)試儀,英國(guó)Stable Micro System公司;DISCOVERY HR-3型流變儀,美國(guó)沃特世公司;MesoMR23-060V-I型低場(chǎng)核磁共振(low-field nuclear magnetic resonance, LF-NMR)成像分析儀,上海紐邁電子科技有限公司。

1.3 乳酸菌的活化

將凍干乳酸菌粉溶解于無(wú)菌生理鹽水中,并呈懸浮狀,用接種環(huán)蘸取菌懸液在MRS板上劃線,在37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h,然后挑取單菌落接入10 mL MRS肉湯中,在37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中連續(xù)培養(yǎng)2次,直至活菌計(jì)數(shù)在1×108CFU/mL以上。將活化菌懸液6 000 r/min離心10 min,棄上清液,無(wú)菌水洗滌2次,用10 mL無(wú)菌水重懸待使用。上述操作在無(wú)菌條件下進(jìn)行。

1.4 酸奶的制備與發(fā)酵

取新鮮雞蛋數(shù)個(gè),用清水洗凈后打蛋,分離蛋清蛋黃,得到新鮮蛋清。將液體蛋清預(yù)攪拌5 min,以確保其均勻性。按比例在去離子水中加入新鮮蛋清、脫脂乳粉、蔗糖,使用高速分散器在6 000 r/min下均質(zhì)5 min,得到樣品溶液,具體配方見表1。

表1 酸奶配方Table 1 The formulation of yogurt

將所有的樣品置于95 ℃的水浴鍋中加熱10 min進(jìn)行滅菌,然后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%檸檬酸溶液調(diào)整pH值至7.0后,接種1%嗜熱乳鏈球菌和1%保加利亞乳桿菌,在42 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)6 h,然后放入4 ℃冰箱中冷藏后熟16 h。對(duì)樣品拍照,pH值由pH計(jì)測(cè)定。

1.5 酸奶硬度測(cè)定

采用TA.XT.Plus質(zhì)構(gòu)分析儀測(cè)定蛋清酸奶凝膠的硬度。參數(shù)設(shè)置為：P/25圓柱形探頭,觸發(fā)力設(shè)為10 g,測(cè)定時(shí)探頭速度為1 mm/s。

1.6 酸奶流變學(xué)測(cè)定

采用DISCOVERY HR-3流變儀分析酸奶的流變學(xué)特性,實(shí)驗(yàn)溫度為25 ℃。選用直徑40 mm的平板,兩板之間的間隙設(shè)置為1 mm,用勺子將大約2 mL的酸奶裝到平板上,刮去平板外多余樣品,平衡2 min。應(yīng)變?cè)O(shè)置為1%,在0.1～100 rad/s的角頻率下進(jìn)行頻率掃描,測(cè)定了儲(chǔ)能模量G′。提前進(jìn)行應(yīng)變掃描試驗(yàn),以確保測(cè)試在線性黏彈性范圍內(nèi)進(jìn)行。頻率掃描測(cè)試后,樣品在25 ℃平衡1 min。然后在0.1～100 s-1的剪切速率下測(cè)試酸奶的流動(dòng)行為。

1.7 酸奶水分狀態(tài)測(cè)定

酸奶水分狀態(tài)測(cè)定按照WANG等[12]的方法進(jìn)行,但略有修改。將約5 mL的酸奶樣品置于離心管中,并插入LF-NMR分析儀。使用Carr-Purcell-Meiboom-Gill(CPMG)序列測(cè)量酸奶水分的弛豫時(shí)間。測(cè)試參數(shù)為：回波時(shí)間0.5 ms,重復(fù)掃描等待時(shí)間6 000 ms,重復(fù)掃描次數(shù)4。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)量3次。

1.8 感官評(píng)價(jià)

感官評(píng)定小組由10名人員組成,按照表2的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)酸奶的氣味、滋味、質(zhì)地、口感、總體可接受度進(jìn)行打分。

表2 酸奶的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standard of yogurt

1.9 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS和Origin Pro 2021軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、相關(guān)性分析以及聚類分析,采用Duncan檢驗(yàn)進(jìn)行顯著性分析,以P<0.05為顯著性檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 酸奶的外觀與pH值

酸奶的外觀如圖1所示。除了A1以外,所有的酸奶經(jīng)倒置后不落下,形成良好的凝膠結(jié)構(gòu),表明蛋白質(zhì)含量對(duì)酸奶的凝膠狀態(tài)有影響?？偣绦挝锖?尤其是蛋白質(zhì)含量對(duì)酸奶凝膠的形成有直接影響[13],蛋白質(zhì)含量過(guò)低,則缺少形成凝膠的基本物質(zhì),導(dǎo)致酸奶的凝膠能力不足,表現(xiàn)出流體特征(A1)。

圖1 酸奶的外觀

酸奶的pH如圖2所示。隨著總蛋白質(zhì)含量的增加,酸奶的pH值也隨之升高,這與酸奶體系隨蛋白質(zhì)含量的升高緩沖能力增強(qiáng)有關(guān)。從乳蛋白與蛋清蛋白的比例來(lái)看,蛋清蛋白占比大的酸奶的pH顯著高于蛋清蛋白占比小的酸奶,一方面可能是蛋清中含有的溶菌酶抑制乳酸菌發(fā)酵[14-15],另一方面,蛋清的蛋白質(zhì)含量高,但其他營(yíng)養(yǎng)成分不如牛乳豐富,比如乳糖。蔗糖添加量對(duì)于酸奶的pH值沒有明顯的影響?？赡苁且?yàn)槟谭壑械娜樘且呀?jīng)滿足乳酸菌對(duì)碳水化合物的需求,不需要再利用外源添加物產(chǎn)酸。

圖2 酸奶的pH值

2.2 酸奶硬度

硬度表示破壞酸奶凝膠網(wǎng)絡(luò)使之變形時(shí)用的力,是評(píng)價(jià)凝固型酸奶品質(zhì)優(yōu)劣的一項(xiàng)重要指標(biāo)。A1的酸奶樣品沒有成型,因此無(wú)法測(cè)定硬度。酸奶的硬度如圖3所示。可以看出總蛋白質(zhì)含量與蔗糖含量并沒有對(duì)酸奶的硬度產(chǎn)生明顯的影響,但乳蛋白與蛋清蛋白的比例對(duì)酸奶的硬度有顯著的影響。酸奶的硬度隨著蛋清蛋白占比的升高而增強(qiáng),一方面是因?yàn)榈扒宓鞍妆旧砭哂辛己玫哪z能力,另一方面可能是因?yàn)榈扒宓鞍着c酪蛋白相互作用,形成致密的凝膠網(wǎng)絡(luò),改善了酸奶的質(zhì)構(gòu)特性[16]。

圖3 酸奶的硬度

2.3 流變學(xué)特性

2.3.1 儲(chǔ)能模量

儲(chǔ)能模量(G′)又稱為彈性模量,表示酸奶的彈性特征,可以有效反映蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成情況[17]。如圖4-a和4-b所示,隨著蛋白質(zhì)含量以及蛋清蛋白添加比例的升高,G′值逐漸增大,凝膠彈性不斷增強(qiáng)。隨著總蛋白質(zhì)含量的升高,凝膠網(wǎng)絡(luò)中存在更多的交聯(lián)顆粒,使得酸奶的G′值更高。B3蛋清蛋白占比最高,表現(xiàn)出最高的G′值,說(shuō)明結(jié)構(gòu)最致密,也再次證明了蛋清蛋白可以加強(qiáng)酸奶的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。蔗糖含量對(duì)G′值所產(chǎn)生的影響并不明顯,可能是因?yàn)檎崽遣⒉幌竦鞍踪|(zhì)一樣參與發(fā)酵過(guò)程中凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成[18-19]。

a-不同總蛋白質(zhì)含量;b-不同乳蛋白與蛋清蛋白比例;c-不同蔗糖含量圖4 酸奶的儲(chǔ)能模量(G′)

2.3.2 表觀黏度

酸奶的表觀黏度變化如圖5所示。所有酸奶樣品均表現(xiàn)出剪切變稀的特性,黏度隨剪切速率的增加而降低。酸奶的表觀黏度隨著總蛋白質(zhì)含量的升高而增加。A1蛋白質(zhì)含量低,凝膠結(jié)構(gòu)很弱,因此相較其他組表觀黏度最低。A2與A3的表觀黏度都高于A1,這是由于蛋白質(zhì)含量增加,凝膠結(jié)構(gòu)增強(qiáng),但A2與 A3之間的差異并不明顯,這與之前的質(zhì)構(gòu)實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合。酸奶的表觀黏度隨蛋清蛋白占比升高而升高,這可能是因?yàn)榘l(fā)酵過(guò)程中形成了較強(qiáng)的蛋白-蛋白相互作用,水結(jié)合能力增強(qiáng)[20],從而生產(chǎn)出更高黏度的酸奶。蔗糖含量對(duì)酸奶的表觀黏度沒有顯著影響。

2.4 水分狀態(tài)

酸奶樣品的水分弛豫曲線如圖6所示。酸奶水分弛豫曲線主要由10～100 ms(T21)和100～1 000 ms(T22)的弛豫峰組成,分別對(duì)應(yīng)結(jié)合水和不易流動(dòng)水[21],最大峰值出現(xiàn)在100～1 000 ms(T22)處。弛豫時(shí)間與凝膠化過(guò)程中水與蛋白質(zhì)等聚合物的相互作用有關(guān)[22],反映了持水能力。如圖7所示,A1的T21與T22最高,因?yàn)榇藭r(shí)總蛋白質(zhì)含量低(2.5%),沒有形成良好的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),對(duì)水分的束縛能力不足。A2與A3的T21與T22差異小,但都顯著低于A1,因?yàn)榭偟鞍踪|(zhì)含量增加,使得酸奶的凝膠結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定,酸奶中蛋白質(zhì)及其形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)微孔對(duì)水分束縛能力增強(qiáng)。隨著蛋清蛋白占比的升高,酸奶的T21與T22都向短弛豫時(shí)間轉(zhuǎn)變,表明蛋清蛋白添加比例的增加有利于增強(qiáng)凝固型酸奶持水能力。蔗糖含量對(duì)于T21與T22影響不明顯。

a-不同總蛋白質(zhì)含量;b-不同乳蛋白與蛋清蛋白比例;c-不同蔗糖含量圖6 酸奶的弛豫時(shí)間曲線

圖7 酸奶的T21與T22

2.5 感官評(píng)價(jià)

圖8-a是不同蛋白質(zhì)含量的酸奶感官評(píng)價(jià)得分。在質(zhì)地方面,A1凝固性不好,得分最低;在滋味和總體可接受度方面,A1得分也低于其余2組;但在口感方面,與其他2組沒有什么差異,可能因?yàn)锳1雖然未形成凝膠,但口感細(xì)膩;在氣味方面,A3的得分最低,其蛋清蛋白添加量較A1、A2多,可能有少量蛋腥味。圖8-b是不同乳蛋白與蛋清蛋白比例酸奶感官評(píng)價(jià)得分。在氣味與滋味方面,3組樣品相差不大;在質(zhì)地方面,蛋清蛋白添加比例越高,質(zhì)地得分越高,與前面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合;在口感方面,B3組得分最高,細(xì)膩潤(rùn)滑;在總體可接受度方面,B1得分最低,可能是質(zhì)地影響了感官評(píng)定人員對(duì)酸奶的接受度。圖8-c是不同蔗糖含量的酸奶感官評(píng)價(jià)得分。在氣味方面,A1得分最低,因?yàn)闆]有添加蔗糖,缺少了香甜味;在滋味方面,C1得分最低,因?yàn)闆]有添加蔗糖,酸味突出;在質(zhì)地方面,蔗糖含量越高,得分越高;在口感方面,3組樣品顯示出了明顯的差異,隨著蔗糖添加量的升高,酸奶的酸甜比例逐漸達(dá)到平衡;在總體可接受度方面,3組樣品也顯示出了明顯的差異,蔗糖含量越高,總體可接受度越高。結(jié)果顯示,乳蛋白與蛋清蛋白比例為2∶1以及蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的酸奶有較高的感官評(píng)分。

a-不同總蛋白質(zhì)含量;b-不同乳蛋白與蛋清蛋白比例;c-不同蔗糖含量圖8 酸奶的感官評(píng)價(jià)得分

2.6 相關(guān)性分析

通過(guò)Pearson相關(guān)分析,研究了酸奶的感官評(píng)價(jià)結(jié)果與理化指標(biāo)之間的依賴關(guān)系,如圖9所示?？傮w可接受度與氣味、滋味與質(zhì)地呈顯著性正相關(guān),與口感呈極顯著性正相關(guān),說(shuō)明口感是凝固型酸奶的關(guān)鍵性感官指標(biāo)。酸奶質(zhì)地是影響其口感形成的重要因素,質(zhì)地與儲(chǔ)能模量之間呈極顯著性正相關(guān),與pH之間呈顯著性正相關(guān),與T21、T22之間呈極顯著性負(fù)相關(guān)。這表明具有高儲(chǔ)能模量和pH以及弛豫時(shí)間短的酸奶有更好的質(zhì)地。儲(chǔ)能模量、pH和硬度三者之間呈極顯著性正相關(guān),且與T21和T22呈負(fù)相關(guān)。酪蛋白和蛋清蛋白的凝膠形成都受pH影響,酪蛋白的等電點(diǎn)為4.6,蛋清蛋白中含量最高的卵白蛋白等電點(diǎn)為4.5～4.9,當(dāng)pH趨近于蛋白質(zhì)等電點(diǎn),蛋白質(zhì)表面所帶的負(fù)電荷和靜電斥力減弱,從而促進(jìn)蛋白質(zhì)分子間聚集并逐漸凝膠化,形成致密的三維凝膠網(wǎng)絡(luò),黏彈性以及持水力增強(qiáng),表現(xiàn)出良好的質(zhì)地[23]。

圖9 相關(guān)性分析結(jié)果

2.7 聚類分析

如圖10所示,不同樣品組分布在5個(gè)聚類組中。第一聚類包括A2、B2、C2,這3組配方相同,因此歸為一類,口感和總體可接受度感官評(píng)分較高。第二聚類為C3,蔗糖含量最高,口感和總體可接受度感官評(píng)分最高。第三聚類為A3,總蛋白和蛋清蛋白含量高,氣味感官評(píng)分較低。第四聚類為B3,乳蛋白和蛋清蛋白比例低(2∶1),其硬度、儲(chǔ)能模量、表觀黏度以及滋味感官評(píng)分都高于其他組,弛豫時(shí)間也顯著短于其他組。第五聚類包括B1和C1,B1乳蛋白和蛋清蛋白比例高(4∶1),其硬度、儲(chǔ)能模量、表觀黏度都低于其他組,弛豫時(shí)間最長(zhǎng);C1未添加蔗糖,滋味感官評(píng)分顯著低于其他組,兩者都有明顯的不足,因此歸為一類。

圖10 聚類分析結(jié)果

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,蛋清蛋白的添加有助于改善低脂酸奶的品質(zhì),隨著蛋清蛋白添加比例的升高,酸奶的pH升高,硬度、儲(chǔ)能模量、表觀黏度顯著增加,弛豫時(shí)間縮短,說(shuō)明蛋清蛋白的添加有助于增強(qiáng)酸奶的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),增強(qiáng)酸奶持水能力。總蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%時(shí),酸奶無(wú)法形成良好的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到3.5%時(shí),酸奶凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增強(qiáng),理化特性也顯著增強(qiáng),但當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)再提高到4.5%時(shí),兩者之間的差異不明顯。蛋白質(zhì)是酸奶凝膠形成的重要物質(zhì),但靠增加蛋白質(zhì)含量來(lái)改善酸奶的品質(zhì)作用有限。蔗糖的添加能夠提升酸奶的感官品質(zhì)。相關(guān)性分析顯示酸奶質(zhì)地與其理化特性聯(lián)系最緊密,它與儲(chǔ)能模量和pH之間呈正相關(guān),與持水能力之間呈負(fù)相關(guān)。綜上所述,添加蛋清蛋白能夠賦予凝固型酸奶更優(yōu)良的質(zhì)地,從而提高其感官品質(zhì)。