雙蛋白對冰淇淋品質的影響

連家威,張婧婕,韓 迪,李 琥,趙博雅,都 陽,王 靖,*

(1.農業(yè)農村部食物與營養(yǎng)發(fā)展研究所,北京 100081;2.中南民族大學武陵山區(qū)特色資源植物種質保護與利用湖北重點實驗室,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,經混合、滅菌、均質、冷卻、老化、凍結、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、脂肪等的復雜的膠體體系[2]。目前,市場上的冰淇淋主要以高脂、高熱量、低蛋白為主,難以滿足人們對營養(yǎng)的需求。同時,消費者對低脂、低熱量、高蛋白等食品的關注度越來越高[3]。

《中國食物與營養(yǎng)發(fā)展綱要(2014～2020年)》指出:要保障充足的能量和蛋白質攝入量,控制脂肪攝入量,到2020年,人均每日蛋白質攝入量78 g,其中,優(yōu)質蛋白質比例占45%以上。《國民營養(yǎng)計劃(2017-2030)》指出,著力發(fā)展雙蛋白食物等新型營養(yǎng)健康食品;以優(yōu)質動物、植物蛋白為主要營養(yǎng)基料,開展雙蛋白工程重點產品的轉化推廣,強化雙蛋白工程等重大項目的實施力度。雙蛋白是指以大豆蛋白等植物蛋白和以牛奶蛋白等動物蛋白為代表的天然優(yōu)質動植物蛋白,按照營養(yǎng)量效關系和精準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運動后骨骼肌細胞內氨基酸轉運及蛋白合成[6-7],而且雙蛋白的攝入可以改善白血病患者蛋白質營養(yǎng)不良的狀況,提高患者的肌肉水平和生存質量[8]。

Zeini等[9]研究了濃縮乳清蛋白對冰淇淋品質的影響。結果表明,濃縮乳清蛋白含量增加時,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價良好。Pandiyan等[10]將乳清濃縮蛋白加入到冰淇淋中,結果表明,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-磷脂復合方法對大豆分離蛋白進行改性,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,且口感更細膩。郝建敏等[12]研究了磷脂大豆分離蛋白復合物對冰淇淋品質的影響,結果表明,磷脂大豆分離蛋白復合物冰淇淋,具有較好的持水性,感官評價良好。現(xiàn)有的研究主要是基于單一蛋白對冰淇淋品質的影響,而對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冰淇淋料液黏度、膨脹率、硬度和融化率等品質的影響,為冰淇淋未來的發(fā)展方向提供一定的理論參考,具有廣泛的市場應用前景。

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)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;復合乳化增稠劑SE709 VEG-CN 丹尼斯克(中國)有限公司;十二烷基硫酸鈉(純度大于99%) 長春晶美生物工程有限公司。

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

1.2 實驗方法

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球磨儀按照1∶1(質量比)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→老化→凝凍→硬化→成品

冰淇淋配方:脫脂奶粉10%,奶油8%,蔗糖8%,復合乳化增稠劑0.6%。

操作要點: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,準備均質;均質:采用二段均質法,第一次均質壓力為15～20 MPa,第二次均質壓力5 MPa;老化:對均質好的冰淇淋料液進行迅速降溫至4 ℃左右,在此條件下老化6 h;凝凍:對老化后的冰淇淋料液倒入冰淇淋機中進行凝凍,最后將凝凍好的冰淇淋放入冰箱中-20 ℃下進行硬化。

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2 min,25 ℃下充入空氣。攪打后的樣品立即轉移到量筒中,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),立即測定稀釋液吸光度(A0)和乳化10 min后用紫外分光光度計在500 nm處測吸光度(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 冰淇淋黏度的測定 采用DV-1黏度計,測定經4 ℃老化6 h的冰淇淋漿料的黏度,選用2號轉子,轉速為50 r/min[15]。

1.2.6 冰淇淋膨脹率的測定 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,進行稱重[16],計算公式如下:

式(5)

式中:M0:凝凍前冰淇淋料液質量;M:凝凍后冰淇淋質量。

1.2.7 冰淇淋融化率的測定 稱取30 g硬化48 h以上的冰淇淋產品,立即放置于(35±1) ℃恒溫培養(yǎng)箱中的篩網上,篩網下置一培養(yǎng)皿,用于盛放融化后滴下的冰淇淋,計時45 min測定融化冰淇淋的質量,計算融化率[17],計算公式如下:

式(6)

1.2.8 冰淇淋硬度的測定 利用質構儀檢測冰淇淋的硬度,樣品在冰箱硬化48 h后,從冰箱中取出迅速測定,每個樣品進行3次平行實驗。參數(shù)設定:測試前探頭下降速度2 mm/s,測試速度3 mm/s,測試后探頭回程速度5 mm/s,測試距離15 mm,觸發(fā)力10 g,探頭類型 P/5[18]。

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

表1 冰淇淋的感官評分

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

所有數(shù)據(jù)均為三次平行測量的平均值,采用SAS9.2、GraphPad Prism5、Excel等軟件對數(shù)據(jù)進行處理與分析,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,達到最大。雙蛋白溶液濃度為2%時差異顯著(P<0.05),且上升趨勢較明顯。隨著蛋白濃度的進一步增加,3%～5%濃度區(qū)間內,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、蛋白分子的快速擴散以及疏水基團的分布等性質[20]。當?shù)鞍兹芤哼_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)定性主要由蛋白質溶液的流變學性質決定,當?shù)鞍踪|溶液達到一定的濃度后,膜的厚度、吸附膜中蛋白質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,當雙蛋白濃度為5%時,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,雙蛋白的乳化性和乳化穩(wěn)定性無顯著差異。隨著濃度的提升,在3%～5%區(qū)間內,其乳化性和乳化穩(wěn)定性無顯著差異。可能是因為蛋白溶液升高到一定的濃度后,達到形成穩(wěn)定膠束的乳化劑最低濃度,即臨界膠束濃度,當溶液達到臨界膠束濃度后,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。當雙蛋白添加量為0時,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;當添加量增加至15%時,冰淇淋料液黏度大于雙蛋白添加量為10%時的黏度,結果具有顯著差異(P<0.05);隨著雙蛋白添加量繼續(xù)增加至20%時,料液黏度下降,與添加量為15%時差異不顯著。適當?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狀結構,利于空氣進入,但蛋白含量過多,會使得料液黏度過高,阻擋空氣的進入。因此,選擇雙蛋白添加量5%～10%為宜。

圖3 雙蛋白添加量對冰淇淋料液黏度的影響

2.4 雙蛋白添加量對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。雙蛋白添加量5%和添加量10%,其膨脹率差異不顯著;但當雙蛋白添加量達到15%時,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為冰淇淋料液黏度過大,影響了冰淇淋機的攪拌速度,導致進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部結構,最終降低了冰淇淋的膨脹率[22]。因此,建議添加量為10%。

圖4 雙蛋白添加量對冰淇淋膨脹率的影響

2.5 雙蛋白添加量對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)。且當雙蛋白添加量為10%時,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顯著差異。冰淇淋融化率下降,可能是因為加入雙蛋白后,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 雙蛋白添加量對冰淇淋融化率的影響

2.6 雙蛋白添加量對冰淇淋硬度的影響

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。雙蛋白添加量為0和雙蛋白添加量為5%時,冰淇淋的硬度無顯著差異;當添加量增加到10%時,其硬度與添加量為5%、15%時相比無顯著差異(P>0.05)。但當添加量繼續(xù)增加至20%時,其硬度達到14841 g,口感不能被消費者所接受。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?shù)挠捕瓤梢允贡苛芫哂辛己玫钠焚|,過高或過低都會影響其感官評分,這一結果同周莉研究結果相似[25],因此,冰淇淋中雙蛋白的添加量不應超過10%,否則品質會嚴重下降。

圖6 雙蛋白添加量對冰淇淋硬度的影響

2.7 雙蛋白添加量對冰淇淋感官評分的影響

如圖7所示,當雙蛋白添加量低于10%時,其感官評分無顯著性差異;當添加量繼續(xù)增加至15%和20%后,其感官評分開始下降,結果具有顯著性差異(P<0.05)。當雙蛋白添加量低于10%時,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,可被消費者接受,這同Patel等的研究結果相似[26];當雙蛋白的含量進一步增加時,冰淇淋料液變稠,空氣無法進入,使得冰淇淋硬度過大,風味和口感變差,難以被消費者所接受。因此,冰淇淋中雙蛋白的含量不宜超過10%。

圖7 雙蛋白添加量對冰淇淋感官評分的影響

3 結論

雙蛋白具有良好的起泡性和乳化性,可以應用到冰淇淋中。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;當添加量在0～10%的范圍時,膨脹率先下降后上升;當添加量大于10%后,膨脹率和感官評分開始下降,冰淇淋品質變差。綜上,雙蛋白的添加量為10%時,其硬度、融化率和感官評分較好,制作的冰淇淋品質可被消費者接受。因此,推薦雙蛋白的添加量為10%。