蛋清蛋白棒制備工藝及其質(zhì)構(gòu)特性研究

王金秋， 李柯萌， 何睿琳， 于 娟， 張雨琦， 陳 燕， 謝云霄

(1.成都大學(xué) 農(nóng)業(yè)部雜糧加工重點(diǎn)實(shí)驗室， 四川 成都 610106； 2.成都大學(xué) 藥學(xué)與生物工程學(xué)院， 四川 成都 610106)

0 引 言

蛋白質(zhì)棒是一類含有高比例蛋白質(zhì)的食品，廣泛應(yīng)用于軍事、航天、救援等特需食品領(lǐng)域，以及運(yùn)動和健身等功能食品領(lǐng)域.近來年，隨著人們對運(yùn)動和健康的重視，蛋白棒類食品的需求迅速增長[1].目前，蛋白棒中蛋白質(zhì)的來源主要為大豆分離蛋白或乳清蛋白，而以雞蛋清蛋白質(zhì)為原料制作的蛋白棒研究較少[2].我國的禽蛋產(chǎn)量居世界第一，雞蛋清中富含優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)，利用蛋清蛋白質(zhì)進(jìn)行加工和制作蛋白棒類產(chǎn)品，可以有效提高禽蛋的加工利用率和產(chǎn)品附加值，促進(jìn)蛋品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展.研究表明，食品的質(zhì)地對其組織狀態(tài)和口感具有重要影響，食品的質(zhì)構(gòu)特性已成為食品品質(zhì)分析和感官評價的重要內(nèi)容之一[3].本研究以蛋清蛋白質(zhì)為原料制作蛋白棒，并利用質(zhì)構(gòu)儀分析蛋白棒的質(zhì)構(gòu)特性以優(yōu)化和確定蛋清蛋白棒的最佳制作工藝.

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材 料

實(shí)驗所用材料包括：蛋清粉(湖北神地農(nóng)業(yè)科貿(mào)有限公司)，棕櫚油(天津市龍威糧油工業(yè)有限公司產(chǎn)品)，純牛奶(250 mL盒裝，蒙牛乳業(yè)(太原)有限公司)，魔芋片(廣東金祥食品有限公司)，魔芋粉(湖北強(qiáng)森魔芋科技有限公司)，安賽蜜(安徽金禾實(shí)業(yè)股份有限公司)，改性大豆磷脂(鄭州四維生物科技有限公司).

1.1.2 儀 器

實(shí)驗所用儀器包括：TA.TOUCH型質(zhì)構(gòu)儀(上海保圣實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司)；HH-S6型恒溫水浴鍋(鄭州長城科工貿(mào)有限公司)；鋁制模具(65 mm×33 mm×27 mm(長×寬×深))(實(shí)驗室自制).

1.2 方 法

1.2.1 市售蛋白棒和能量棒類產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)特性分析.

本實(shí)驗選擇了目前市場上暢銷的蛋白棒、士力架及巧克力等產(chǎn)品，通過對其質(zhì)構(gòu)特性的分析，為蛋清蛋白棒的制備提供參考.質(zhì)構(gòu)測試分析參數(shù)同“1.2.5”部分.

1.2.2 蛋清蛋白棒制備工藝.

蛋清蛋白棒制備工藝流程為：原輔料→混料→攪拌→揉和→放入模具→加熱成型→冷藏過夜.

1.2.3 蛋清蛋白棒工藝優(yōu)化.

本實(shí)驗以蛋清粉和牛奶為主料，棕櫚油為成型劑和輔料，改性大豆磷脂為穩(wěn)定劑，制作蛋清蛋白棒產(chǎn)品.選取牛奶棕櫚油比例、保溫溫度、保溫時間3個因素進(jìn)行單因素實(shí)驗，測定各因素對蛋清蛋白棒質(zhì)構(gòu)特性的影響，并以市售蛋白棒的穿刺硬度、擠壓硬度和彈性為主要指標(biāo)來確定最適合的制備參數(shù).

1)牛奶棕櫚油比例.準(zhǔn)確稱取蛋清粉49.5 g，改性大豆磷脂0.5 g，牛奶與棕櫚油總添加量為50 g，牛奶和棕櫚油添加比例分別為3.5∶1、3∶1、2.5∶1、2∶1、1.5∶1.棕櫚油50 ℃融化后與蛋清粉、牛奶混合均勻，裝入模具成型進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測試.

2)保溫溫度.準(zhǔn)確稱取蛋清粉49.5 g，改性大豆磷脂0.5 g，保溫時間為15 min，按上一步驟中確定的牛奶棕櫚油比例，保溫溫度依次為50、60、70、80、90 ℃，制備蛋清蛋白棒并進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測試.

3)保溫時間.準(zhǔn)確稱取蛋清粉49.5 g，改性大豆磷脂0.5 g，按以上步驟確定的牛奶棕櫚油比例和保溫溫度，設(shè)計保溫時間依次為0、15、30、45、60 min，制備蛋清蛋白棒并進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測試.

1.2.4 魔芋粉蛋清蛋白棒的制作.

在上述最佳工藝基礎(chǔ)上，利用魔芋粉替代棕櫚油，研究魔芋粉蛋清蛋白棒的質(zhì)構(gòu)特性，具體步驟為：準(zhǔn)確稱取蛋清粉49.5 g，改性大豆磷脂0.5 g，牛奶50 g，魔芋粉添加量依次為0、0.05、0.10、0.15、0.20 g/100 g，混料后加熱成型，冷藏過夜，然后進(jìn)行質(zhì)構(gòu)分析測試.

1.2.5 質(zhì)構(gòu)特性測試.

所用樣品測試前均統(tǒng)一在室溫中平衡30 min，將樣品切割成1.0 cm×1.0 cm×1.0 cm的立方體，采用質(zhì)構(gòu)儀對蛋白棒樣品進(jìn)行質(zhì)構(gòu)特性測試[4].蛋白棒的穿刺硬度通過TA-2柱形探頭(直徑2 mm)和單次測定模式測定.測定參數(shù)如下：測前速度為2.0 mm/s，測試速度為1.0 mm/s，測后速度為10 mm/s，目標(biāo)數(shù)值為5 mm，觸發(fā)力為10 gf.蛋白棒的質(zhì)構(gòu)特性用TA-36柱形探頭(直徑36 mm)和“TPA"模式測定，測定參數(shù)如下：測前速度為2.0 mm/s，測試速度為1.0 mm/s，測后速度為5 mm/s，間隔時間為2 s，目標(biāo)數(shù)值下壓變形為40%，觸發(fā)力為10 gf.

1.2.6 數(shù)據(jù)分析.

實(shí)驗數(shù)據(jù)采用GraphPad Prism 5.0軟件進(jìn)行分析，每個單因素實(shí)驗測定重復(fù)5次，顯著性分析通過軟件內(nèi)置方法進(jìn)行，P<0.05為具有顯著性差異.

2 結(jié)果與分析

2.1 市售蛋白棒質(zhì)構(gòu)特性曲線

食品質(zhì)構(gòu)特性主要是指在進(jìn)食過程中，口腔所感覺到的食物的組織狀態(tài)、結(jié)構(gòu)和觸感等[5].通過質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行TPA分析(Texture profile analysis，質(zhì)地剖面分析法)，可以對食品質(zhì)構(gòu)的主要特性進(jìn)行可量化的測定[3].TPA分析過程中，可根據(jù)食品質(zhì)地特性的不同，選用合適的測試探頭和測試模式，具有操作性強(qiáng)、客觀準(zhǔn)確等特點(diǎn)[6-7].

本研究中，利用質(zhì)構(gòu)儀柱狀探頭和“TPA"模式(2次咀嚼測試)對蛋白棒產(chǎn)品進(jìn)行測試，通過獲得的質(zhì)構(gòu)曲線(見圖1)來對質(zhì)構(gòu)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行量化分析[8].由圖1可知，市售蛋白棒的質(zhì)構(gòu)曲線較為平滑，這說明蛋白棒的質(zhì)地均勻.

圖1市售蛋白棒的TPA特征曲線

2.2 市售蛋白棒類產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)特性

本研究中，基于蛋白棒類產(chǎn)品的特點(diǎn)，選擇穿刺硬度(2 mm柱狀探頭刺破樣品表面時所施加的力)，以及TPA分析中的擠壓硬度、咀嚼性作為測定指標(biāo).其中，穿刺硬度可以簡單模擬切牙和尖牙切割食品時所施加的力，而TPA分析中的擠壓硬度可以模擬磨牙咀嚼食品時所施加的力.咀嚼性是硬度、內(nèi)聚性和彈性的綜合體現(xiàn)，可以反映連續(xù)咀嚼過程中牙齒和口腔對食品的整體感受[9].從當(dāng)?shù)爻匈徺I的蛋白棒、能量棒產(chǎn)品，通過質(zhì)構(gòu)儀對產(chǎn)品分別進(jìn)行了穿刺硬度分析和TPA分析，結(jié)果見圖2.

圖2市售蛋白棒類產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)特性測試結(jié)果

測定結(jié)果顯示，3種產(chǎn)品的穿刺硬度在1 200～2 200 gf之間，其中能量棒產(chǎn)品的穿刺硬度顯著高于2種蛋白棒產(chǎn)品(圖2(A)).TPA分析顯示，3種產(chǎn)品的擠壓硬度無顯著性差異，在3 600～4 600 gf之間(圖2(B))，咀嚼性在300～500之間(圖2(C)).市售蛋白棒和能量棒上述質(zhì)構(gòu)分析結(jié)果，可以作為參考標(biāo)準(zhǔn)用于蛋清蛋白棒產(chǎn)品的研究與開發(fā).

2.3 蛋清蛋白棒制作工藝研究

2.3.1 牛奶與棕櫚油添加比例對蛋清蛋白棒質(zhì)構(gòu)特性的影響.

市售蛋白棒產(chǎn)品的配料中，均含有棕櫚油、起酥油或可可脂，這類高熔點(diǎn)脂質(zhì)在高溫下熔化利于混料、在室溫下凝固起到產(chǎn)品賦形的作用[10].在本研究中，為了盡可能地減少棕櫚油的使用量、降低蛋清蛋白棒產(chǎn)品的總熱量，采用牛奶部分代替棕櫚油.

牛奶與棕櫚油的添加比例對蛋清蛋白棒質(zhì)構(gòu)特性的影響如圖3所示.

圖3牛奶與棕櫚油添加比例對蛋清蛋白棒質(zhì)構(gòu)特性的影響

實(shí)驗結(jié)果顯示，蛋清蛋白棒的穿刺硬度與牛奶棕櫚油添加比例無顯著相關(guān)性(圖3(A))，不同比例條件下，穿刺硬度在1 300～1 600 gf之間，與市售蛋白棒產(chǎn)品基本一致.牛奶與棕櫚油的添加比例對擠壓硬度和咀嚼性具有影響，其中牛奶與棕櫚油比例為3∶1～2∶1區(qū)間時，蛋清蛋白棒的擠壓硬度和咀嚼性均顯著高于其他比例，此時蛋清蛋白棒的擠壓硬度在3 300～4 100 gf之間、咀嚼性在200～250之間，與市售蛋白棒較為接近(圖3(B)、圖3(C)).結(jié)果表明，當(dāng)牛奶添加量較高或棕櫚油添加量較高時，蛋清蛋白棒的擠壓硬度和抗咀嚼能力均顯著下降，不利于蛋白棒口感的形成.

綜合質(zhì)構(gòu)分析數(shù)據(jù)，并基于盡量減少棕櫚油添加量的原則，確定最佳的牛奶與棕櫚油比例為3∶1.此時，蛋清蛋白棒的咀嚼性略低于市售蛋白棒，對此可考慮在混料后增加加熱成型處理，以提高產(chǎn)品的咀嚼性.

2.3.2 加熱成型溫度對蛋清蛋白棒質(zhì)構(gòu)特性的影響.

蛋清蛋白棒加熱成型溫度對其質(zhì)構(gòu)特性的影響如圖4所示.

實(shí)驗結(jié)果顯示，蛋清蛋白棒的穿刺硬度和擠壓硬度與加熱成型溫度無顯著的相關(guān)性，與未進(jìn)行加熱成型處理的蛋白棒相比，經(jīng)過加熱成型處理的蛋清蛋白棒的穿刺硬度有一定的升高，而擠壓硬度則略有下降(60～80 ℃處理條件下).不同加熱成型溫度對蛋清蛋白棒的咀嚼性具有顯著的影響[11]，在加熱溫度為80 ℃時，蛋白棒的咀嚼性出現(xiàn)大幅下降，同時，根據(jù)TPA曲線可知，此時蛋白棒的第二次下壓峰面積急劇減小，即內(nèi)聚性大幅下降，進(jìn)而導(dǎo)致其咀嚼性變差.

圖4加熱成型溫度對蛋清蛋白棒質(zhì)構(gòu)特性的影響

本實(shí)驗中，在較高溫度下，蛋清粉可能在與牛奶中的水分充分互作、在形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之前即發(fā)生熱變性，形成顆粒狀而非網(wǎng)絡(luò)狀的凝膠結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致內(nèi)聚性和咀嚼性較差[12-13].通過感官評定分析，經(jīng)過加熱成型處理后，蛋清蛋白棒的外觀質(zhì)地更為均勻，特別是經(jīng)60 ℃以上溫度處理后.以市售蛋白棒質(zhì)構(gòu)特性測試值為參考，結(jié)合樣品的外觀色澤等感官評定[14]，確定最適的保溫溫度為70 ℃.

2.3.3 加熱成型時間對蛋清蛋白棒質(zhì)構(gòu)特性的影響.

加熱成型時間對蛋清蛋白棒質(zhì)構(gòu)特性的影響如圖5所示.

圖5加熱成型時間對蛋清蛋白棒質(zhì)構(gòu)特性的影響

實(shí)驗結(jié)果顯示，隨著加熱成型時間的延長，蛋清蛋白棒的穿刺硬度沒有顯著性變化，擠壓硬度和咀嚼性隨著保溫時間的延長呈上升趨勢.結(jié)合樣品感官評定，隨著保溫時間的增大，蛋清蛋白棒表面逐漸形成一層硬的外殼，影響蛋清蛋白棒的組織形態(tài)，該現(xiàn)象在加熱成型時間為60 min時較為嚴(yán)重.以市售蛋白棒質(zhì)構(gòu)測試值為參考標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合實(shí)際樣品的感官分析[14]，確定最合適的加熱成型時間為45 min，此時蛋清蛋白棒的質(zhì)構(gòu)特性與市售2種蛋白棒基本一致.

2.3.4 最佳制作工藝條件.

通過單因素實(shí)驗與質(zhì)構(gòu)特性分析可以得出，在本實(shí)驗配方條件下，蛋清蛋白棒最佳制作工藝條件為：牛奶與棕櫚油添加比例為3∶1，加熱成型溫度為70 ℃，加熱成型時間為45 min.

2.4 魔芋粉蛋清蛋白棒質(zhì)構(gòu)特性

棕櫚油對蛋白棒具有賦形作用，是蛋白棒質(zhì)構(gòu)形成的重要因素.但隨著消費(fèi)者對健康的重視，低脂食品成為當(dāng)前和未來的消費(fèi)趨勢.本實(shí)驗中，在獲得蛋清蛋白棒最佳制作工藝的基礎(chǔ)上，嘗試采用魔芋粉替代棕櫚油對蛋白棒進(jìn)行賦形，從而探索低脂蛋白棒產(chǎn)品.

不同魔芋粉添加量對蛋清蛋白棒質(zhì)構(gòu)特性的影響如圖6所示.

圖6魔芋粉添加量對蛋清蛋白棒質(zhì)構(gòu)特性的影響

由圖6可知，在添加魔芋粉后，蛋白棒的穿刺硬度、擠壓硬度和咀嚼度均隨魔芋粉添加量的升高而升高，表明魔芋粉對蛋清蛋白棒的質(zhì)構(gòu)具有顯著的增強(qiáng)作用.魔芋粉中的主要成分為葡甘聚糖，在加熱過程中可形成較為堅實(shí)、富有彈性的凝膠，與蛋清粉中蛋白質(zhì)形成的凝膠相互作用，從而使蛋清蛋白棒的質(zhì)構(gòu)特性得到了增強(qiáng)[15-16].

與未添加魔芋粉的蛋清蛋白棒質(zhì)構(gòu)特性相比，添加魔芋粉可使蛋清蛋白棒的穿刺硬度大幅提升、擠壓硬度約提高了1倍，而咀嚼性顯著提高了約10倍左右，同時內(nèi)聚性提高了3～5倍.表明魔芋粉主要通過增強(qiáng)蛋白棒的內(nèi)聚性進(jìn)而增強(qiáng)其咀嚼性[17].

3 結(jié) 論

研究結(jié)果顯示，在以蛋清粉和牛奶為主要原料、棕櫚油為輔料、改性大豆磷脂為穩(wěn)定劑的條件下制備的蛋清蛋白棒具有較好的質(zhì)構(gòu)特性.以市售蛋白棒為參考，在上述配方條件下，經(jīng)優(yōu)化得到蛋清蛋白棒的最佳制備工藝為：牛奶與棕櫚油添加比例為3∶1，加熱成型溫度為70 ℃，加熱成型時間為45 min.采用魔芋粉替代棕櫚油， 蛋白質(zhì)與多糖的協(xié)同作用形成蛋白質(zhì)—多糖共凝膠結(jié)構(gòu)，使得蛋清蛋白棒的質(zhì)構(gòu)特性得到增強(qiáng)，但其口感接受度尚需進(jìn)一步研究.