菊粉對綠豆蛋白低脂植物酸奶品質的影響

楊 媚，李娜娜，范 蓓，佟立濤，王麗麗，郭雅紅，張 爍，王鳳忠，劉麗婭

（中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工重點實驗室，北京 100193）

近幾年，豆類植物酸奶因其低熱量、高蛋白的特點，受到消費者的廣泛關注。綠豆（L.）是一種廣泛種植在亞洲的豆類作物，富含蛋白質。綠豆蛋白具有均衡的氨基酸組成，同時具有多種生理功效，例如降低膽固醇、抗肥胖、抗氧化等。此外，綠豆蛋白具有起泡、乳化、持油、持水能力和凝膠等功能性質。基于以上特征，綠豆蛋白是制備植物酸奶的理想原料之一。然而，綠豆蛋白往往作為綠豆淀粉生產(chǎn)的副產(chǎn)物被廢棄，其附加值并未得到充分利用造成蛋白資源的浪費。因此，綠豆蛋白在植物基酸奶中的應用不僅會提高其附加值，同時也為消費者提供更多植物基酸奶種類的選擇。

植物基酸奶應具有與傳統(tǒng)酸奶相似的營養(yǎng)成分。與傳統(tǒng)酸奶相比，綠豆蛋白植物酸奶在蛋白含量上能夠與傳統(tǒng)酸奶相當，但因其原料中脂肪含量較低，需外源添加油以達到與傳統(tǒng)酸奶相近的脂肪含量，但添加大量脂肪卻不利于人體健康。因此，需要研發(fā)可接受度較高的綠豆蛋白低脂酸奶以滿足消費者的需求。脂肪與產(chǎn)品的質構和口感等品質特性密切相關，而直接減少配料中的脂肪含量會導致產(chǎn)品的品質下降。有研究報道可通過添加一些脂肪替代物以提升低脂產(chǎn)品的品質。

菊粉是一種廣泛存在于植物組織中的可溶性膳食纖維，尤其在菊芋、菊苣塊根中。菊粉具有膳食纖維和益生元的雙重功效，它還具有預防肥胖、控制血脂、調節(jié)血糖等作用。此外，菊粉具有良好的結合水能力，可起到增稠、乳化、凝膠的作用，可以產(chǎn)生類似脂肪的流動特性。崔利敏等研究菊粉對低脂益生菌冷凍酸乳品質的影響，結果顯示，菊粉可以增加產(chǎn)品的甜度，降低酸度，還可以改善產(chǎn)品的細膩度、順滑度以及冰感。El-Kholy等在益生菌酸奶中添加一定量的菊粉能夠促進益生菌生長，而在質構、微觀和感官性質上也與全脂益生菌酸奶接近。Narala等采用菊粉作為脂肪替代物開發(fā)低脂豌豆蛋白素食冰淇淋，其質構和感官評價的接受度較高。菊粉作為脂肪替代物已廣泛用于低脂食品中，但菊粉作為脂肪替代物在綠豆蛋白低脂酸奶中的應用相關研究鮮有報道。

因此，本研究將菊粉應用于綠豆蛋白低脂酸奶中，研究不同濃度的菊粉（2%、4%、6%）對綠豆蛋白低脂酸奶的流變、質構、持水力、微觀結構及感官品質的影響，并與不添加菊粉的綠豆蛋白高脂酸奶（3%葵花籽油）進行比較，以評估其替代部分脂肪的效果，為研發(fā)高品質的綠豆蛋白低脂酸奶提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

綠豆蛋白（蛋白含量80.70%，脂肪含量0.35%）煙臺雙塔食品有限公司提供；葵花籽油 多力食品有限公司；白砂糖 佛山市層層高食品有限公司；VEGE 022 酸奶發(fā)酵劑（，subsp.，（NCFM）and（HN019?）） 丹尼斯克公司（丹麥哥本哈根）提供；菊粉 重慶驕王天然產(chǎn)物股份有限公司。

XHF-DY型高速分散器、Scientz-150型高壓均質機 寧波新芝生物科技股份有限公司；YJ-VS-1超凈工作臺 無錫一凈設備有限公司；FE28型pH計梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；LRH-250F型發(fā)酵培養(yǎng)箱 上海一恒科學儀器有限公司；Physica MCR301型流變儀 奧地利Anton Paar有限公司；TA.HDplus質構儀 英國Stable公司；Leica TCS SP8型激光共聚焦顯微鏡 徠卡顯微系統(tǒng)（上海）貿易有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 綠豆蛋白酸奶的制備 參考Yang等的方法。工藝流程為：綠豆蛋白水化→添加菊粉→添加葵花籽油和白砂糖→高速分散→均質→殺菌→冷卻→接種→發(fā)酵→冷藏后熟→綠豆蛋白酸奶。

操作要點如下：

配料：綠豆蛋白植物酸奶發(fā)酵基料中綠豆蛋白濃度為3%，白砂糖濃度為5%，葵花籽油濃度為1%/3.0%（根據(jù)脂肪含量乳制品酸奶的分類，本研究中綠豆蛋白低脂酸奶中葵花籽油添加量設為1%，綠豆蛋白高脂酸奶中葵花籽油設為3%）。此外，根據(jù)預實驗結果，選擇對綠豆蛋白低脂酸奶（1%葵花籽油）品質具有明顯改善效果的三個水平的菊粉添加量，即菊粉添加量分別為2%、4%、6%。

高速分散：采用高速分散器將配料混合并于10000 r/min下高速剪切1 min。

均質：蛋白乳液在常溫下40 MPa壓力下均質2次。

殺菌：取預處理后蛋白乳液在85 °C下殺菌30 min。

冷卻：取殺菌后蛋白乳液置于冰水浴中迅速冷卻到37 °C左右。

接種：選擇直投式酸奶發(fā)酵劑VEGE 022接種，接種量為 1‰（乳酸菌數(shù)＞1×10CFU/mL）。

發(fā)酵：在發(fā)酵培養(yǎng)箱中進行發(fā)酵，37 °C下發(fā)酵至pH4.6。

后熟：取發(fā)酵終點pH4.6的酸奶于4 °C下冷藏后熟24 h。

1.2.2 流變特性分析 參考Pang等和Zhou等的方法對綠豆蛋白酸奶進行時間和頻率掃描。

1.2.2.1 時間掃描 模擬酸奶發(fā)酵過程，將接種后的綠豆蛋白乳充分攪拌均勻，放入流變儀的樣品池中進行發(fā)酵。時間掃描程序參數(shù)根據(jù)酸奶發(fā)酵過程條件設定，溫度設定37 ℃，使用pH計實時監(jiān)測pH，當pH達到4.6時，發(fā)酵終止。發(fā)酵過程中的儲能模量（G）和損耗模量（G）被測定并記錄。

1.2.2.2 頻率掃描 模擬酸奶后熟過程，將溫度冷卻至4 ℃，對發(fā)酵完成的酸奶樣品從0.1～100 Hz進行頻率掃描，測定G'和G"隨頻率的變化。冷卻速率為1 ℃/min，應變固定在0.5%。

1.2.3 質構測定 將后熟完成的綠豆蛋白酸奶采用質構儀對質構進行評價，采用圓柱形探頭P36；測試前、測試和測試后的速度均設置為1.0 mm/s；壓縮比50%；松弛時間5 s；觸發(fā)力為5 g；硬度、內聚性、彈性和咀嚼性參數(shù)用于表征綠豆蛋白酸奶的質構。每個樣品重復測定3 次。

1.2.4 持水力的測定 參照馬文藝的方法進行測定，將接種后的綠豆蛋白乳（20 g）分裝到50 mL 離心管中，37 ℃發(fā)酵至pH4.6。將發(fā)酵完成的綠豆蛋白基酸奶迅速冷卻至4 ℃，并在4 ℃后熟24 h，然后離心（5000×g，15 min），去除乳清后稱重。持水力為離心后樣品質量與離心前樣品質量的比值。

1.2.5 微觀結構 采用激光掃描共聚焦顯微鏡（Confocal laser scanning microscope，CLSM）觀察蛋白凝膠的微觀結構，參考劉瀟和Nguyena等的方法并略作修改。采用尼羅藍染料對蛋白質進行染色（激發(fā)波長為633 nm），在1 mL酸奶樣品中加入40 μL染料（0.1%尼羅藍），混合均勻。選用63×油鏡，觀察樣品并采集圖片。

1.2.6 感官評價 根據(jù)（RHB 104-2020《發(fā)酵乳感官評鑒細則》）進行感官評定，參評人員 10人男女各5名，具備發(fā)酵乳感官評定的專業(yè)知識。取新鮮綠豆蛋白酸奶樣品進行感官評定，不同的樣品被分在不同的塑料品嘗杯中，并給它們進行隨機編碼（三位數(shù)代碼），樣品的品嘗順序也是隨機的。在燈光下觀察色澤、組織狀態(tài)，之后聞其氣味，然后用溫開水漱口，再品嘗樣品的滋味。評分標準釆用評分制，取平均值為產(chǎn)品的最后得分。參照表1 的感官評價標準，來進行評分。

表1 綠豆蛋白酸奶感官評分標準Table 1 Sensory standard of mung bean protein-based yogurt

1.3 數(shù)據(jù)處理

除感官評價以外的所有處理均設三次重復，所得結果用平均值±標準差表示。使用SPSS 23.0和Origin 8.0分別進行統(tǒng)計學分析和繪圖，通過SPSS23.0軟件進行數(shù)據(jù)的方差分析（ANOVA），根據(jù)單因素方差分析結果進行Ducan's多重比較分析差異顯著性，＜0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 菊粉對綠豆蛋白低脂植物酸奶流變特性的影響

2.1.1 時間掃描測定結果 儲能模量G'和損耗模量G''通常代表樣品的彈性和粘性特征。時間掃描用來監(jiān)測綠豆蛋白酸奶在發(fā)酵過程中pH和粘彈性的變化。圖1A顯示，隨著發(fā)酵時間的延長，菊粉濃度對酸奶pH的影響越來越明顯。菊粉濃度越高，體系pH降低的速率越慢，即發(fā)酵速率減緩。對照樣品即不添加菊粉的綠豆蛋白高脂酸奶大概需要3 h左右達到發(fā)酵終點（pH4.6），而添加菊粉的綠豆蛋白低脂酸奶的發(fā)酵時間較長，尤其是添加6%菊粉的發(fā)酵時間達到4 h。推測可能是因為較高濃度的菊粉在一定程度上阻礙乳酸菌對酸奶中營養(yǎng)物質的利用，從而抑制了乳酸菌的生長繁殖。圖1B顯示，所有樣品的彈性模量在發(fā)酵酸化形成凝膠過程中變化比粘性模量快，發(fā)酵終點的所有樣品的G'＞G''，這也表明四種綠豆蛋白酸奶樣品中彈性成分占主導。其中，添加6%菊粉的酸奶樣品G'和G''最高，而添加2%菊粉和4%菊粉樣品的G'和G''差距不明顯且與對照組接近。

圖1 時間掃描過程中綠豆蛋白酸奶的pH（A）和粘彈性（B）變化Fig.1 Changes in pH (A) and viscoelasticity (B) of mung bean protein-based yogurt samples during time scanning

2.1.2 頻率掃描測定結果 綠豆蛋白酸奶的頻率掃描結果如圖2A所示，所有酸奶樣品中G'和G''均隨掃描頻率的增加而增加，且 G＞G，顯示出 G和G均具有頻率依賴性，這表明綠豆蛋白酸奶凝膠具有近似固態(tài)糊狀的粘彈性行為。圖2B顯示頻率掃描條件下相應的tan（G''/G'）值。通常tan越大，樣品更趨向于黏性/流體行為，tan越小，樣品越趨向彈性/固體性質。結果顯示所有酸奶樣品的tan＜1，表明綠豆蛋白酸奶樣品表現(xiàn)出類固體的特征，這與Huang等描述的酸奶流變特性一致。此外，在0.1和10 Hz的頻率條件下，四種樣品的粘彈性變化趨勢穩(wěn)定。當剪切頻率達到100 Hz時，添加4%和6%菊粉的綠豆蛋白酸奶G'較高，而添加2%菊粉的綠豆蛋白低脂酸奶組低于對照高脂酸奶組。另外，添加4%和6%菊粉的綠豆蛋白低脂酸奶的tan較低，這也說明添加4%和6%菊粉的綠豆蛋白低脂酸奶趨向彈性/固體特征更明顯。推測可能是因為高濃度的菊粉導致蛋白質聚集體的聚集方式發(fā)生變化，產(chǎn)生高度交聯(lián)的凝膠網(wǎng)絡而使凝膠強度增強。

圖2 綠豆蛋白酸奶在頻率掃描條件下的G′、G′′（A）和 tanδ（B）變化Fig.2 Changes in storage energy (G') , loss energy (G'') (A),and phase angle (tanδ) (B) of mung bean protein-based yogurt samples under frequency scanning conditions

2.2 菊粉對綠豆蛋白低脂植物酸奶質構特性的影響

四種綠豆蛋白酸奶的質構特性如表2所示。與對照綠豆蛋白高脂酸奶相比，添加菊粉的綠豆蛋白低脂酸奶的硬度、內聚性、咀嚼性呈上升趨勢，且隨菊粉濃度的增加而增加，而菊粉對綠豆蛋白低脂酸奶的彈性沒有顯著影響（＞0.05）。此外，添加2%菊粉的綠豆蛋白酸奶和對照高脂酸奶具有相近的硬度、彈性和咀嚼性（＞0.05），而添加4%和6%菊粉的綠豆蛋白酸奶硬度和咀嚼性顯著高于對照高脂酸奶組（＜0.05）。硬度和咀嚼性的增加也說明菊粉能夠增強綠豆蛋白低脂酸奶的凝膠強度。質構分析結果表明：添加2%菊粉的綠豆蛋白低脂酸奶的質構特性能夠與綠豆蛋白高脂酸奶相當。當菊粉添加量為4%～6%時，菊粉能夠顯著提高綠豆蛋白低脂酸奶的質構特性（＜0.05），起到了替代脂肪的目的。

表2 綠豆蛋白酸奶的質構特性Table 2 Texture characteristics of mung bean protein-based yogurt

2.3 菊粉對綠豆蛋白低脂植物酸奶持水力的影響

酸奶的持水力與口感和組織狀態(tài)密切相關。由圖3可知，對照組高脂酸奶的持水力為85.92%±1.26%，與對照組相比，添加菊粉的綠豆蛋白低脂酸奶持水力明顯提升，在87%～89%之間。這也說明菊粉的添加有助于提升綠豆蛋白低脂酸奶的持水力。這可能是因為菊粉中含有一些親水基團，它能夠促進綠豆蛋白低脂酸奶的蛋白質網(wǎng)絡結構增強，使酸奶凝膠中的水分不易析出。酸奶較高的持水力也有利于提高產(chǎn)品的保質期。

圖3 綠豆蛋白酸奶樣品的持水力Fig.3 The water holding capacity of mung bean protein-based yogurt

2.4 菊粉對綠豆蛋白低脂植物酸奶微觀結構的影響

酸奶通常是以蛋白質穩(wěn)定的乳液凝膠形式存在，通過CLSM觀察綠豆蛋白酸奶凝膠的微觀結構。如圖4所示，蛋白用綠色標記。結果顯示，對照高脂綠豆蛋白酸奶凝膠樣品具有最均勻和最致密的蛋白質網(wǎng)狀結構。添加2%和4%菊粉的綠豆蛋白低脂酸奶中的蛋白結構與對照高脂酸奶樣品的蛋白結構相似，而添加6%菊粉的低脂酸奶微觀結構表現(xiàn)出較多孔以及不均勻的蛋白質網(wǎng)絡結構，這可能歸因于較高濃度的菊粉導致蛋白質聚集體的聚集方式和結構發(fā)生變化。這也說明高濃度的菊粉可能會劣化蛋白質網(wǎng)絡結構。Xu等的研究也發(fā)現(xiàn)高濃度的菊粉（7%）會導致豌豆蛋白乳液凝膠的微觀結構變得不均勻。微觀結構研究結果表明：添加2%和4%菊粉的綠豆蛋白低脂酸奶具有均勻致密的蛋白質網(wǎng)絡結構，而添加6%的菊粉會導致蛋白質網(wǎng)絡結構劣化。

圖4 綠豆蛋白酸奶的微觀結構Fig.4 The microstructure of mung bean protein-based yogurt

2.5 感官評價

如圖5所示，雖然添加菊粉的三種綠豆蛋白低脂酸奶在色澤上與對照高脂酸奶略有差別但并不顯著（＞0.05），但是添加2%和4%菊粉的綠豆蛋白低脂酸奶在組織和口感上高于對照高脂酸奶樣品，可接受程度也較高。而添加6%菊粉的綠豆蛋白低脂酸奶過于濃稠，適口性略差，質地略硬，這與綠豆蛋白酸奶的流變、質構、微觀結構的結果一致。另外，添加菊粉的綠豆蛋白低脂酸奶的氣味沒有明顯變化。感官評價總分結果顯示，添加2%菊粉的綠豆蛋白低脂酸奶感官總分與對照高脂酸奶相近，添加4%菊粉的綠豆蛋白低脂酸奶的感官評價總分顯著高于對照組（＜0.05），感官評分最高達到80分，整體感官品質最佳，而添加6%菊粉的綠豆蛋白酸奶的感官評分最低。感官評價結果顯示：菊粉的最適添加量應選擇在2%～4%。

圖5 綠豆蛋白酸奶的感官評分Fig.5 Sensory scores of mung bean protein-based yogurt

3 結論

本研究以菊粉作為脂肪替代物，探究不同菊粉添加量對綠豆蛋白低脂酸奶品質的影響。結果表明：與對照綠豆蛋白高脂酸奶相比，當菊粉添加量為2%時，綠豆蛋白低脂酸奶與綠豆蛋白高脂酸奶具有了相似的硬度、咀嚼性、持水能力和微觀結構（＞0.05）。當菊粉添加量為4%時，綠豆蛋白低脂酸奶的硬度和咀嚼性分別顯著提高了21.56%和32.34%（＜0.05），持水能力達到88.55%。此時，綠豆蛋白低脂酸奶整體的感官品質最佳。當菊粉添加量為6%時，綠豆蛋白低脂酸奶的硬度、咀嚼性、持水能力都顯著提高（＞0.05），但是其微觀結構顯示出多孔以及不均勻的蛋白質網(wǎng)絡結構，其組織和口感變差，總體感官品質最差。這些結果也表明添加2%～4%菊粉可以改善綠豆蛋白低脂酸奶的品質，達到替代脂肪的作用。