蛋清蛋白對低脂凝固型酸奶品質的影響

陳焓淇,張偉健,常翠華,顧璐萍,蘇宇杰,楊嚴俊,李俊華*

1(食品科學與技術國家重點實驗室(江南大學),江蘇 無錫,214122) 2(國家功能食品工程技術研究中心(江南大學),江蘇 無錫,214122)3(江南大學 食品學院,江蘇 無錫,214122)

酸奶經過發酵會產生獨特的風味和口感,并且能夠維持腸道微生物群的平衡和調節腸道免疫系統的微環境,具有緩解腹瀉、降低結腸直腸癌的風險等健康益處[1],因此深受消費者的青睞。為了預防因脂肪攝入過多而引起的疾病,如肥胖和心血管疾病[2-3],越來越多的消費者傾向于選擇低脂酸奶。然而低脂酸奶由于缺乏脂肪,會出現質地缺陷,乳清析出等問題[4]。這些問題可以通過添加合適的品質改良劑來解決。

雞蛋清是一種能與牛乳相媲美的優質動物蛋白資源,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]。蛋清蛋白可以通過酸誘導形成冷凝膠[8],凝膠形成過程有2個階段。第一階段,在中性pH和低離子強度下制備可溶性聚集體的熱變性蛋白質溶液,第二階段,通過將pH值調節到蛋白質的等電點附近以減少聚集體之間的靜電斥力,來誘導凝膠發生。PU等[9]對蛋清蛋白和乳清蛋白混合酸誘導凝膠進行了研究,發現隨著蛋清蛋白含量的增加,蛋清蛋白和乳清蛋白復合凝膠的硬度、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,在食品工業中得到了廣泛的應用[10-11]。因此,蛋清可能是一個很好的品質改良劑,能起到穩定低脂酸奶的作用。

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)進行發酵。然后研究了低脂凝固型酸奶的pH值、質構、流變學特性、水分狀態和感官特性,考察蛋清蛋白作為低脂凝固型酸奶品質改良劑的應用效果,并為酸奶的品質改良提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

雞蛋、檸檬酸,市售;卡林卡脫脂奶粉(蛋白質含量32%),綏芬河市永萊經貿有限公司;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,青島海博生物技術有限公司;其他分析級化學品,國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

SP-250A型恒溫培養箱,南京實驗儀器廠;Avanti J-26 XP高速離心機,美國貝克曼公司;Fluka高剪切分散乳化機,上海弗魯克機電公司;HH-4數顯恒溫水浴鍋,常州榮華儀器制造有限公司;Delta320 pH計,梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;TA.XT.Plus物性測試儀,英國Stable Micro System公司;DISCOVERY HR-3型流變儀,美國沃特世公司;MesoMR23-060V-I型低場核磁共振(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菌生理鹽水中,并呈懸浮狀,用接種環蘸取菌懸液在MRS板上劃線,在37 ℃恒溫培養箱中培養48 h,然后挑取單菌落接入10 mL MRS肉湯中,在37 ℃恒溫培養箱中連續培養2次,直至活菌計數在1×108CFU/mL以上。將活化菌懸液6 000 r/min離心10 min,棄上清液,無菌水洗滌2次,用10 mL無菌水重懸待使用。上述操作在無菌條件下進行。

1.4 酸奶的制備與發酵

取新鮮雞蛋數個,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進行滅菌,然后用質量分數為2%檸檬酸溶液調整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 ℃恒溫培養箱中培養6 h,然后放入4 ℃冰箱中冷藏后熟16 h。對樣品拍照,pH值由pH計測定。

1.5 酸奶硬度測定

采用TA.XT.Plus質構分析儀測定蛋清酸奶凝膠的硬度。參數設置為：P/25圓柱形探頭,觸發力設為10 g,測定時探頭速度為1 mm/s。

1.6 酸奶流變學測定

采用DISCOVERY HR-3流變儀分析酸奶的流變學特性,實驗溫度為25 ℃。選用直徑40 mm的平板,兩板之間的間隙設置為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。應變設置為1%,在0.1～100 rad/s的角頻率下進行頻率掃描,測定了儲能模量G′。提前進行應變掃描試驗,以確保測試在線性黏彈性范圍內進行。頻率掃描測試后,樣品在25 ℃平衡1 min。然后在0.1～100 s-1的剪切速率下測試酸奶的流動行為。

1.7 酸奶水分狀態測定

酸奶水分狀態測定按照WANG等[12]的方法進行,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)序列測量酸奶水分的弛豫時間。測試參數為：回波時間0.5 ms,重復掃描等待時間6 000 ms,重復掃描次數4。每個樣品重復測量3次。

1.8 感官評價

感官評定小組由10名人員組成,按照表2的評分標準對酸奶的氣味、滋味、質地、口感、總體可接受度進行打分。

表2 酸奶的感官評價標準Table 2 Sensory evaluation standard of yogurt

1.9 數據處理

采用SPSS和Origin Pro 2021軟件進行數據分析、相關性分析以及聚類分析,采用Duncan檢驗進行顯著性分析,以P<0.05為顯著性檢驗標準。

2 結果與分析

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,所有的酸奶經倒置后不落下,形成良好的凝膠結構,表明蛋白質含量對酸奶的凝膠狀態有影響。總固形物含量,尤其是蛋白質含量對酸奶凝膠的形成有直接影響[13],蛋白質含量過低,則缺少形成凝膠的基本物質,導致酸奶的凝膠能力不足,表現出流體特征(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含量的升高緩沖能力增強有關。從乳蛋白與蛋清蛋白的比例來看,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酵[14-15],另一方面,蛋清的蛋白質含量高,但其他營養成分不如牛乳豐富,比如乳糖。蔗糖添加量對于酸奶的pH值沒有明顯的影響。可能是因為奶粉中的乳糖已經滿足乳酸菌對碳水化合物的需求,不需要再利用外源添加物產酸。

圖2 酸奶的pH值

2.2 酸奶硬度

硬度表示破壞酸奶凝膠網絡使之變形時用的力,是評價凝固型酸奶品質優劣的一項重要指標。A1的酸奶樣品沒有成型,因此無法測定硬度。酸奶的硬度如圖3所示。可以看出總蛋白質含量與蔗糖含量并沒有對酸奶的硬度產生明顯的影響,但乳蛋白與蛋清蛋白的比例對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,一方面是因為蛋清蛋白本身具有良好的凝膠能力,另一方面可能是因為蛋清蛋白與酪蛋白相互作用,形成致密的凝膠網絡,改善了酸奶的質構特性[16]。

圖3 酸奶的硬度

2.3 流變學特性

2.3.1 儲能模量

儲能模量(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絡結構的形成情況[17]。如圖4-a和4-b所示,隨著蛋白質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。隨著總蛋白質含量的升高,凝膠網絡中存在更多的交聯顆粒,使得酸奶的G′值更高。B3蛋清蛋白占比最高,表現出最高的G′值,說明結構最致密,也再次證明了蛋清蛋白可以加強酸奶的凝膠網絡結構。蔗糖含量對G′值所產生的影響并不明顯,可能是因為蔗糖并不像蛋白質一樣參與發酵過程中凝膠網絡結構的形成[18-19]。

a-不同總蛋白質含量;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含量的升高而增加。A1蛋白質含量低,凝膠結構很弱,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,這是由于蛋白質含量增加,凝膠結構增強,但A2與 A3之間的差異并不明顯,這與之前的質構實驗結果相符合。酸奶的表觀黏度隨蛋清蛋白占比升高而升高,這可能是因為發酵過程中形成了較強的蛋白-蛋白相互作用,水結合能力增強[20],從而生產出更高黏度的酸奶。蔗糖含量對酸奶的表觀黏度沒有顯著影響。

2.4 水分狀態

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,分別對應結合水和不易流動水[21],最大峰值出現在100～1 000 ms(T22)處。弛豫時間與凝膠化過程中水與蛋白質等聚合物的相互作用有關[22],反映了持水能力。如圖7所示,A1的T21與T22最高,因為此時總蛋白質含量低(2.5%),沒有形成良好的凝膠網絡結構,對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,因為總蛋白質含量增加,使得酸奶的凝膠結構更穩定,酸奶中蛋白質及其形成的凝膠網絡微孔對水分束縛能力增強。隨著蛋清蛋白占比的升高,酸奶的T21與T22都向短弛豫時間轉變,表明蛋清蛋白添加比例的增加有利于增強凝固型酸奶持水能力。蔗糖含量對于T21與T22影響不明顯。

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

圖7 酸奶的T21與T22

2.5 感官評價

圖8-a是不同蛋白質含量的酸奶感官評價得分。在質地方面,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,可能因為A1雖然未形成凝膠,但口感細膩;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價得分。在氣味與滋味方面,3組樣品相差不大;在質地方面,蛋清蛋白添加比例越高,質地得分越高,與前面的實驗結果相符合;在口感方面,B3組得分最高,細膩潤滑;在總體可接受度方面,B1得分最低,可能是質地影響了感官評定人員對酸奶的接受度。圖8-c是不同蔗糖含量的酸奶感官評價得分。在氣味方面,A1得分最低,因為沒有添加蔗糖,缺少了香甜味;在滋味方面,C1得分最低,因為沒有添加蔗糖,酸味突出;在質地方面,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。結果顯示,乳蛋白與蛋清蛋白比例為2∶1以及蔗糖質量分數為6%的酸奶有較高的感官評分。

a-不同總蛋白質含量;b-不同乳蛋白與蛋清蛋白比例;c-不同蔗糖含量圖8 酸奶的感官評價得分

2.6 相關性分析

通過Pearson相關分析,研究了酸奶的感官評價結果與理化指標之間的依賴關系,如圖9所示。總體可接受度與氣味、滋味與質地呈顯著性正相關,與口感呈極顯著性正相關,說明口感是凝固型酸奶的關鍵性感官指標。酸奶質地是影響其口感形成的重要因素,質地與儲能模量之間呈極顯著性正相關,與pH之間呈顯著性正相關,與T21、T22之間呈極顯著性負相關。這表明具有高儲能模量和pH以及弛豫時間短的酸奶有更好的質地。儲能模量、pH和硬度三者之間呈極顯著性正相關,且與T21和T22呈負相關。酪蛋白和蛋清蛋白的凝膠形成都受pH影響,酪蛋白的等電點為4.6,蛋清蛋白中含量最高的卵白蛋白等電點為4.5～4.9,當pH趨近于蛋白質等電點,蛋白質表面所帶的負電荷和靜電斥力減弱,從而促進蛋白質分子間聚集并逐漸凝膠化,形成致密的三維凝膠網絡,黏彈性以及持水力增強,表現出良好的質地[23]。

圖9 相關性分析結果

2.7 聚類分析

如圖10所示,不同樣品組分布在5個聚類組中。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、儲能模量、表觀黏度以及滋味感官評分都高于其他組,弛豫時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、儲能模量、表觀黏度都低于其他組,弛豫時間最長;C1未添加蔗糖,滋味感官評分顯著低于其他組,兩者都有明顯的不足,因此歸為一類。

圖10 聚類分析結果

3 結論

實驗結果表明,蛋清蛋白的添加有助于改善低脂酸奶的品質,隨著蛋清蛋白添加比例的升高,酸奶的pH升高,硬度、儲能模量、表觀黏度顯著增加,弛豫時間縮短,說明蛋清蛋白的添加有助于增強酸奶的凝膠網絡結構,增強酸奶持水能力。總蛋白質質量分數為2.5%時,酸奶無法形成良好的凝膠網絡結構;當蛋白質質量分數提高到3.5%時,酸奶凝膠網絡結構增強,理化特性也顯著增強,但當蛋白質質量分數再提高到4.5%時,兩者之間的差異不明顯。蛋白質是酸奶凝膠形成的重要物質,但靠增加蛋白質含量來改善酸奶的品質作用有限。蔗糖的添加能夠提升酸奶的感官品質。相關性分析顯示酸奶質地與其理化特性聯系最緊密,它與儲能模量和pH之間呈正相關,與持水能力之間呈負相關。綜上所述,添加蛋清蛋白能夠賦予凝固型酸奶更優良的質地,從而提高其感官品質。