食品添加劑對飲用型高蛋白酸奶質構的改善

李星巖，楊暢*，高飛，李洪亮，李樹森，季慧蘋

內蒙古蒙牛乳業（集團）股份有限公司（呼和浩特 011500）

在酸奶的生產過程中，為改善產品品質，一般需要在產品中添加穩定劑，以增強產品的穩定性，并改善其品質[1]。常用的食品添加劑有果膠[2]、羧甲基纖維素鈉（CMC）[3]、海藻酸丙二醇酯（PGA）[4-5]等，均具有較好增稠性及穩定性，在酸性乳飲料及乳制品的生產中有廣泛的應用。研究發現，大豆多糖水溶液的黏度相比其他穩定劑要低，且在酸性產品中添加適量大豆多糖能夠有效提高其乳化性、分散穩定性，并防止酸性產品黏結[6]。唐民民等[7]發現，在相同添加量情況下，添加大豆多糖的體系黏度明顯低于比添加果膠的體系。

目前國內高蛋白酸奶增加蛋白含量的方式主要有2種：一是在配料階段添加乳清蛋白粉或全乳蛋白粉[8-9]；二是發酵乳經過離心濾掉酸乳清和水[10]，達到濃縮提高蛋白含量的目的。高蛋白酸奶的質構特性和流變特性對其包裝、運輸、貯存和口感等都有很大的影響，常用的檢測方法包括持水力檢測、凝膠強度測試和流變特性測試等[11-13]。

試驗研究一種飲用型高蛋白酸奶的配方和生產工藝，通過在配料階段添加酪蛋白來提高體系的蛋白含量的同時，起到改善體系的質構的目的。通過凝膠強度測試、黏稠度測試，系統地研究了PGA、可溶性大豆多糖、果膠和CMC的不同配比對體系質構的影響，為高蛋白酸奶的生產工藝和檢測方法提供了一定的借鑒意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 試驗材料與試劑

鮮牛乳（市售，已經過滅菌處理）。

發酵菌株863（保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌，北京沙普視科貿有限公司）；酪蛋白膠束（美國Leprino Nutrition公司）；白砂糖（青島日昇昌食品配料有限公司）；大豆多糖（泉州味博食品有限公司）；果膠（美國CP Kelco公司）；CMC（江門亞什蘭化工有限公司）；PGA（江西百盈生物技術有限公司）。試驗原輔料均為食品級。

1.1.2 試驗設備與儀器

APV-1000均質機（德國APV公司）；TA-XT Plus質構儀（英國SMS公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 高蛋白酸奶生產工藝

高蛋白酸奶生產工藝流程圖見圖1，終產品以1 kg計。

圖1中的配料過程即為PGA、大豆多糖、果膠和CMC的一種或幾種與酪蛋白膠束粉一同攪拌溶解，其他工藝過程均執行現行國家標準。

1.2.2 添加劑用量

根據GB 2760要求，對多種單體添加劑進行復配試驗，并對其結果進行分析。試驗主要使用PGA、大豆多糖、果膠、CMC作為穩定劑，將不同單體添加劑加入到標準化后的全脂乳中，在相同條件下進行發酵，發酵完成后，對酸奶質構測試，得到單體添加劑的最適使用量。

圖1 高蛋白酸奶生產工藝流程圖

1.2.3 配方優化

結合1.2.2方法得出的試驗結果，通過L9(34)正交試驗設計，并對體系的凝膠強度和黏稠度進行測試，來研究最優的穩定劑配比方案。

1.2.4 凝膠強度測試

樣品在100 mL特制的測量杯中發酵完成后，置于4 ℃的冰箱中放置1 h，取出后，在25℃的室溫下放置2 h，待溫度恒定后，置于質構測試儀下方，選擇直徑10 mm的探頭，以60 mm/min從接觸樣品表面后勻速下降20 mm，記錄凝膠強度隨下降時間的變化趨勢，將凝膠破裂點的數值作為凝膠強度。

1.2.5 凝膠稠度測試

將100 mL破乳后的樣品倒入特制的測量杯中，使用直徑為40 mm的平板探頭檢測樣品。探頭下降速率1 mm/s，上升速率30 mm/s，檢測觸發力5 g，測量距離30 mm。

2 結果與討論

2.1 不同添加劑對酸奶體系凝膠強度的影響

2.1.1 PGA的添加量對體系凝膠強度的影響

固定發酵條件不變情況下，對PGA的添加量做梯度考察試驗，PGA的添加量分別為0，0.5，1.0，1.5和2.0 g/kg。使用TX-XT Plus質構儀進行凝膠強度的測試，測試結果如圖2所示。

隨著PGA添加量的增加，體系的凝膠強度呈先增大后減小趨勢，這是因為PGA的活性位點會與酪蛋白凝膠網絡結構的活性位點通過共價鍵進行交聯[14]，由此增加體系的凝膠強度；PGA用量超過1.0 g/kg時，過量的PGA反而容易自身團聚，影響與酪蛋白凝膠網絡的結合，導致凝膠強度降低。

圖2 PGA的添加量對體系凝膠強度的影響

2.1.2 大豆多糖的添加量對體系凝膠強度的影響

固定發酵條件不變的情況下，對大豆多糖的添加量做梯度考察試驗，大豆多糖添加量分別為0，1.5，3.0，4.5和6.0 g/kg。使用TX-XT Plus質構儀進行凝膠強度的測試，測試結果如圖3所示。

隨著大豆多糖添加量增加，體系的凝膠強度呈先增大后減小趨勢，主要是因為大豆多糖與酪蛋白之間可通過靜電相互作用和空間位阻作用形成穩定的凝膠結構[15]，從而使凝膠強度變大；但過量大豆多糖會導致體系負電荷過量，產生靜電排斥作用，使體系凝膠強度出現降低趨勢。

圖3 大豆多糖的添加量對體系凝膠強度的影響

2.1.3 果膠的添加量對體系凝膠強度的影響

在固定發酵條件不變的情況下，對果膠的添加量做梯度考察試驗，果膠的添加量分別為0，0.5，1.0，1.5和2.0 g/kg。使用TX-XT Plus質構儀進行凝膠強度的測試，測試結果如圖4所示。

隨著果膠添加量增加，體系的凝膠強度呈先上升后下降趨勢，這是因為果膠在pH較低時，帶有較多負電荷，而酪蛋白形成凝膠后帶正電，二者通過靜電相互作用使得體系穩定[16]。果膠添加量1.0 g/kg時，酪蛋白與果膠的靜電相互作用達到飽和，此時，繼續添加果膠，多余的負電荷之間相互排斥，使酪蛋白的分子團聚，產生絮凝，從而降低凝膠網絡強度。

圖4 果膠的添加量對體系凝膠強度的影響

2.1.4 CMC的添加量對體系凝膠強度的影響

固定發酵條件不變情況下，對CMC的添加量做梯度考察試驗，CMC的添加量分別為0，2.0，4.0，6.0和8.0 g/kg。使用TX-XT Plus質構儀進行凝膠強度的測試，測試結果如圖5所示。

隨著CMC添加量增加，體系的凝膠強度呈先上升后急劇下降趨勢。這是因為CMC的分子結構含有羧基，與牛奶中的Ca2+結合，可形成更為牢固的交聯結構，使得酪蛋白形成的凝膠在有限的空間聚集，形成更加致密的網絡結構，從而增強體系凝膠強度[17]。但CMC在酸性條件下帶負電，過量CMC自身會形成較強的靜電排斥作用，CMC添加量超過6 g/kg時，體系的靜電排斥作用大于疏水作用，導致體系出現分層析水等現象，酪蛋白的凝膠網絡結構被破壞，體系的凝膠強度急劇下降。

圖5 CMC添加量對體系凝膠強度的影響

2.2 不同添加劑對酸奶體系凝膠稠度的影響

2.2.1 PGA的添加量對體系凝膠稠度的影響對2.1.1中的樣品進行破乳處理，攪拌的轉速設定為1 000 r/min，攪拌時間5 min，使用TX-XT Plus質構儀進行凝膠稠度的測試，測試結果如圖6所示。

隨著PGA添加量的增加，體系黏稠度數據逐漸上升，這可能是因為隨著PGA濃度升高，PGA分子占體積增大，相互作用概率增加，吸附水分子增多[18]，故黏稠度增大。

圖6 PGA添加量對體系凝膠黏稠度的影響

2.2.2 大豆多糖的添加量對體系凝膠黏稠度的影響

對2.1.2中的樣品進行破乳處理，攪拌的轉速設定為1 000 r/min，攪拌時間5 min，使用TX-XT Plus質構儀進行凝膠黏稠度的測試，測試結果如圖7所示。

大豆多糖添加量對體系黏稠度的影響較小，這是由大豆多糖自身的性質決定的，大豆多糖水溶液的黏稠度比其他糖類低，在pH上升時，黏稠度會有略微上升；但隨著發酵過程進行，pH下降，黏稠度又回到初始位置[19]，故而大豆多糖的添加量對體系黏稠度的影響較小。

圖7 大豆多糖添加量對體系凝膠黏稠度的影響

2.2.3 果膠的添加量對體系凝膠黏稠度的影響

對2.1.3中的樣品進行破乳處理，攪拌的轉速設定為1 000 r/min，攪拌時間5 min，使用TX-XT Plus質構儀進行凝膠黏稠度的測試，測試結果如圖8所示。

隨著果膠添加量的增加，體系的黏稠度逐漸上升，這與PGA的增稠機理基本一致，都是由于吸附體系的水分子增多而表現出較高黏稠性質。

圖8 果膠添加量對體系黏稠度的影響

2.2.4 CMC的添加量對體系凝膠黏稠度的影響

對2.1.4中的樣品進行破乳處理，攪拌的轉速設定為1 000 r/min，攪拌時間5 min，使用TX-XT Plus質構儀進行凝膠黏稠度的測試，測試結果如圖9所示。

隨著CMC添加量的增加，體系的黏稠度逐漸升高，這是因為一方面，CMC自身具有較高的黏稠度；另一方面，CMC與其他添加劑之間相互作用，形成彼此交聯的大分子結構，使得流體的運動變得緩慢，從而導致體系黏稠度上升。

圖9 CMC添加量對體系黏稠度的影響

2.3 添加劑用量正交試驗

為得到體系更加穩定的飲用型高蛋白酸奶，對添加劑進行復配使用顯得尤為重要。為此，設計了L9(34)正交試驗對體系的添加劑用量進行優化，以得到凝膠強度較高、黏稠度較低的產品。試驗因素水平表見表1。CMC＞果膠＞PGA＞大豆多糖，根據計算結果可得，各添加劑復配的最佳方案為：PGA 0.5 g/kg、大豆多糖4.5 g/kg、果膠1.0 g/kg、CMC 6.0 g/kg。此時凝膠強度為試驗組中最大值58.92 g。4種添加劑對凝膠黏稠度影響程度的順序與凝膠強度相同，即CMC＞果膠＞PGA＞大豆多糖，優選出的方案為PGA 0.5 g/kg、大豆多糖3.0 g/kg、果膠0.5 g/kg、CMC 4.0 g/kg，此時凝膠黏稠度為試驗組中最小值498.91 g·s。綜合考慮添加劑對體系穩定性和黏稠度的影響，調整了對體系穩定性影響最小的大豆多糖添加量，最終優化的4種添加劑配比為：PGA 0.5 g/kg、大豆多糖3.0 g/kg、果膠1.0 g/kg、CMC 6.0 g/kg。在此條件下，體系的凝膠強度測試結果為57.77 g，黏稠度為658.92 g·s。25 ℃下放置3個月，未出現乳清析水分層或蛋白聚集沉淀的現象，體系穩定性較好。

表1 試驗因素水平表

表2 L9(34)正交試驗凝膠強度與黏稠度結果

3 結論

PGA、可溶性大豆多糖、果膠、CMC作為4種常見添加劑，不同比例的復配可改善體系的質構，進而提高凝膠體系穩定性。結合樣品在25 ℃放置3個月的觀察結果，4種添加劑最佳的復配比例為：PGA 0.5 g/kg，可溶性大豆多糖 3.0 g/kg，果膠 1.0 g/kg，CMC 6.0 g/kg。在此條件下，體系的凝膠強度較高，黏稠度適中，穩定性較好，可為飲用型高蛋白酸奶工業化生產提供一定借鑒價值。