蛋清蛋白顆粒填充對低脂酸奶物性特征的影響

常翠華，胡欣諾，楊嚴俊

(江南大學 食品學院，江蘇 無錫，214122)

酸奶因其獨特的風味并且含有多種益生菌而廣受喜愛，益生菌對人體有多種益處，如可以維持宿主的腸道微生態平衡；產生大量乳酸、乙酸，抑制致病菌的生長；防止氨基酸分解為胺類、酚類等腐敗性內毒素；產生維生素B族等有利于增強人體免疫力的物質。

目前國內外關于新型酸奶的研發主要集中于發酵劑選擇、工藝條件優化等，以改善酸奶品質和風味。在發酵劑選擇方面，趙麗娜等[1]通過研究酸乳的凝乳時間、產酸能力、感官品質，篩選能利用水蘇糖作為益生元來發酵酸奶的乳酸菌種。張穎等[2]篩選出了能有效抑制酸奶中霉菌生長從而延長貨架期，但不影響酸奶感官品質的鼠李糖乳桿菌F32-2。孫世新等[3]篩選出了能提高酸奶中γ-氨基丁酸的含量和質量的復合發酵菌株。

然而，全脂酸奶中脂肪含量近4 g/100 mL，限制了酸奶產品的消費。目前，市面上已出現多種脫脂或低脂酸奶制品，然而其生產工藝只是單純地通過離心分離的方式降低牛奶中的脂肪含量，嚴重影響了酸奶口感。添加脂肪替代物可以很好地解決這一問題[4]。脂肪替代品能夠全部或部分代替天然油脂，保持全部或部分天然油脂賦予食品的感官特性，且脂肪替代品的熱量遠遠低于脂肪，并且可賦予飽腹感，避免脂肪攝入過多[5]。

為改良低脂酸奶品質，盧玉容等[6]在低脂酸奶中添加了少量銀耳多糖，李雨露等[7]在低糖低脂凝固型酸奶中添加了菊粉，上述物質的添加均可增強酸奶的品質。然而這些添加物因成本和來源因素尚未在實際生產中應用，大多數市售低脂酸奶采用變性淀粉來充當脂肪替代物，使酸奶質構細膩，保水性增強。但是變性淀粉可能攜帶某些不良風味，破壞酸奶整體感官評價[8]。將蛋清蛋白經過加熱變性后形成的凝膠進行破碎，可以得到低于口腔閾值、類似脂肪滑膩感的微細粒子，可以用于低脂食品的開發研究[9-10]。

本研究旨在使用蛋清蛋白凝膠顆粒(egg white protein particle, EWPP)部分替代乳脂，開發一種低脂酸奶，在保持酸奶口感及營養的基礎上降低消費者的脂肪攝入量。目前隨著人們生活質量的提高，“富貴病”頻發，因此低脂、高蛋白飲食具有廣闊的市場前景。例如，對于健身群體，高蛋白食品可以加速人體代謝，減少有氧運動后乳酸堆積；對于孕婦，高蛋白低脂膳食有利于提高嬰幼兒體內乳糖酶含量[11]。

另外，蛋奶產品綜合雞蛋和牛奶的雙營養，在市場上具有較高的接受度；并且EWPP在酸性條件下具有良好的穩定性和水合能力，在低脂酸奶應用中具有明顯優勢。為了進一步提高低脂酸奶的營養性，本論文同時考察了代糖比例對低脂酸奶質構和感官特性的影響，為低脂、高蛋白、低熱量酸奶的開發提供切實的理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料

雞蛋、檸檬酸、白砂糖，市售；發酵劑，安琪酵母股份有限公司；脫脂奶粉，新西蘭紐仕蘭；代糖(愛樂甜零卡糖),云南綠華食品有限公司；EWPP，本實驗室配制并保存。

1.2 實驗儀器與設備

HH-4數顯恒溫水浴鍋，江蘇金壇市榮華儀器制造有限公司；磁力攪拌器，廣州儀科實驗儀器有限公司；尼魯噴霧干燥機，德國GEA公司；JB5374-91電子天平、Delta 320型pH計，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；RW20電動攪拌器，德國IKA公司；Fluka高速乳化機，上海弗魯克機電公司；實驗型高壓均質機，上海申鹿公司；陶瓷爐，廣州得利亞機械設備有限公司；J-20×PI離心機、Avanti J-26 XP高速離心機，美國貝克曼公司；SP-250A型生化培養箱，南京實驗儀器廠；TA.XT.Plus物性測試儀，英國Stable Micro System公司；DHR-3型流變儀，美國沃特世公司;Centrifuge 5804R離心機，德國Eppendorf公司。

1.3 蛋清蛋白的制備

將新鮮蛋清與去離子水按照1∶1(體積比)進行稀釋，用攪拌漿攪拌均勻，用檸檬酸調節pH至 3.8～4.0后放入水浴鍋中，蓋上保鮮膜，90 ℃水浴加熱30 min，讓蛋清凝固。將凝固后的蛋清凝膠用高速乳化機以10 000 r/min進行預均質，將其攪打成無顆粒的順滑液體，之后再用離心機以1 000 r/min低速離心5 min，棄去上層泡沫；離心后的液體倒入高壓均質機，以20 MPa的壓力均質2～3次，再將均質后的液體進行噴霧干燥，噴霧干燥機入口溫度175 ℃，通過調節蠕動泵轉速保持出口溫度在80 ℃左右。

1.4 凝固型酸奶的制備

將脫脂奶粉與純凈水在食品級煮鍋中按照12∶88(質量比)復配為復原乳，將煮鍋置于95 ℃的水浴鍋中蓋上保鮮膜加熱5 min滅菌，之后將其置于冷水浴中進行快速冷卻，待其溫度降至室溫后加入0.1%(質量分數)的菌粉攪拌均勻。按照配方分別加入不同量的EWPP、白砂糖、代糖，樣品配方見表1，之后將樣品分裝于100 mL紙杯中，3 000 r/min低速剪切2 min，再將剪切后的樣品分裝于50 mL紙杯中，將盛有樣品的紙杯蓋上保鮮膜并用橡皮筋扎緊，放入42 ℃培養箱中恒溫培養10 h，之后放入4 ℃冰箱中冷藏后熟16 h。

表1 低脂酸奶配方 單位：g

1.5 酸奶pH、保水性的測定

將后熟后的凝固型酸奶用玻璃棒攪勻，pH值測定采用pH計，取3組平行結果的均值。將測定好pH的樣品用Centrifuge 5804 R離心機測定酸奶凝膠結合水的能力，離心管質量m0，放入樣品后質量m1，以4 000 r/min離心20 min，溫度設置為20 ℃，將離心后的樣品靜置2 min后除去上清液，此時質量為m2，保水率按公式(1)計算。

(1)

1.6 酸奶質構的測定

采用質構分析儀測定酸奶凝膠的質構，測定方法應用Yoghurt back extrusion；探頭選用P/25圓柱形探頭，測試距離15 mm，感應力5 g，測定前探頭速度3 mm/s，測定時探頭速度5 mm/s，測定后探頭速度5 mm/s。

1.7 酸奶流變學行為的測定

實驗溫度25 ℃，選用直徑為40 mm的平板，2個板之間的間隙設置為500 μm，用卡片刮去平板外多余樣品后加上蓋板。平衡1 min后，將剪切速率從0.1 s-1提高到300 s-1，記錄酸奶的黏度。為更好地評價制備的低脂酸奶的流變學行為，首先測量觸變環，將剪切速率以對數從1 s-1增加到300 s-1，然后對數遞減到1 s-1，記錄剪切應力以繪制觸變環，計算觸變環面積。

同時對凝膠型乳液的動態黏彈性特性進行了表征。在恒定應變為1%時，頻率在0.1～100 Hz之間變化。記錄彈性模量G′，損耗模量G″，所有的實驗均在25 ℃下進行。

1.8 感官評價

招募10名志愿者對蛋清蛋白添加量為1%的3款酸奶樣品進行感官評價，考慮到實際市場需求，招募的志愿者男女比例為4∶6，3款酸奶分別編號為1、2、3，打分依據見表2。

表2 低脂酸奶感官評定標準Table 2 Sensory evaluation method of low-fat yogurt

2 結果與分析

2.1 低脂酸奶發酵后pH值變化

從EWPP的添加量來看(圖1)，添加EWPP的實驗組pH顯著低于未添加EWPP的空白對照組；而且酸奶的pH隨著EWPP添加量的增多而減小，在EWPP添加量為1.5%時，酸奶樣品的pH最低。從白砂糖與代糖的配比來看，在m(白砂糖)∶m(代糖)=6∶0時，酸奶樣品的pH最低，但仍高于市售凝固型酸奶。由于酸奶pH值在后熟16 h后測定，推測其較高pH值可能與較短的后熟時間有關。

EWPP添加對低脂酸奶pH的影響可能是由以下3個方面造成的：首先是添加EWPP增加了發酵底物中的總固形物含量，而原料乳中總固形物含量越高，對乳酸菌發酵產酸越有利[12]；其次是添加外源蛋白使酸奶體系的緩沖能力增大，因而酸度值增大[13]；還有可能是因為EWPP本身的pH就偏低(EWPP的初始pH為3.8)，因此在酸奶發酵前即導致了pH的下降，這也說明了EWPP的添加對發酵劑的發酵無負面影響，不會阻礙發酵劑利用底物產酸。

m(白砂糖)∶m(代糖)為6∶0時pH最低的原因可能是，隨著代糖比例的提升，微生物能利用的碳源變少，產酸不足，所以pH會相應的有所升高。

圖1 低脂酸奶pH值隨EWPP添加量增加的變化Fig.1 pH value of low fat yogurt supplemented EWPP注：糖比例為白砂糖與代糖質量比(下同)

2.2 低脂酸奶發酵后保水性

影響酸奶保水性的因素有很多，宏觀上如原料乳中的干物質含量、發酵劑、穩定劑等，微觀上如蛋白種類、蛋白結構等。酸奶中的酪蛋白在酸性條件下形成具有纖維網狀的凝膠結構[14]，這種網狀結構與保水性關系密切[15]，所以保水性與酸奶體系的酸度有一定關系。如圖2所示，未添加EWPP的空白對照組的保水性低于實驗組，而且酸奶體系的保水性隨著EWPP添加量的增加而增加，可能是由于EWPP中蛋白分子結構充分舒展，有更強的水合能力，添加EWPP后使得酸奶凝膠強度提升[16]。酸奶的保水性隨著白砂糖質量比的降低而降低，可能與發酵程度不同有關。在一定范圍內白砂糖配比越高，發酵越完全，酸奶的網絡結構越致密。

圖2 酸奶保水性隨EWPP添加量的變化Fig.2 Water holding capacity of low fat yogurt supplemented with EWPP

2.3 質構特性

硬度表示食品變形所需要的力，它反映的是分子內部之間的相互作用，是一種常用來描述食物軟硬、咀嚼需要的力度大小的物理指標。如圖3所示，未添加EWPP的空白對照組的硬度低于實驗組酸奶的硬度，而且酸奶體系的硬度隨著EWPP添加量的增加而增加。這可能是由于EWPP外形類似于球狀，可以起到填充的作用。并且EWPP可以促使酸奶形成交聯度更廣的網狀結構從而進一步增強產品宏觀上的凝膠強度[14]。用純白砂糖發酵的樣品硬度較高，因為其發酵完全，凝膠強度較高。

a-硬度；b-內聚性；c-黏稠度圖3 酸奶質構特性隨EWPP添加量的變化Fig.3 Texture properties of low fat yogurt supplemented with EWPP

內聚性用于表征樣品內部收縮力。樣品的內聚性好，則抗拉伸的性能好，就不易黏連在探頭上。如圖3-b所示，未添加EWPP的空白對照組的內聚性低于實驗組酸奶，而且酸奶體系的內聚性隨著EWPP添加量的增加而增加。用純白砂糖發酵的樣品內聚性較高。這可能與保水性有關，未添加EWPP的對照組以及代糖添加較多的組別其保水性差，所以探頭下壓后造成酸奶體系形變，滲出組織的水會降低產品內部的收縮力，導致其內聚性差。

因為酸奶為半固體，所以也具有液體特性。黏稠度反映的是酸奶流動的難易程度，也是重要的感官指標之一。從圖3-c可以看出，未添加EWPP的空白對照組的稀稠度低于實驗組酸奶的稀稠度，而且酸奶體系的稀稠度隨著EWPP添加量的增加而增加，隨著代糖配比的增加而減小?？赡苁荅WPP增強了凝膠網絡結構，阻礙了流動性，所以稀稠度較高；乳酸菌不能充分利用代糖，導致發酵不充分，酸奶凝膠強度不大，致使流動性增強，稀稠度降低。

2.4 流變學特性

2.4.1 動態黏度

動態試驗測定的模量與施加的頻率有關，它表示特定條件下應力或應變之間的關系，通過動態振蕩實驗可以進一步研究酸奶樣品的黏彈特性[17]。如圖4所示，所有樣品都表現出類固體黏彈性行為，即G′>G″[18]。添加EWPP實驗組的模量均高于對照組，這與質構特性得出的結論一致。添加1.5%(質量分數)EWPP的酸奶表現出最高的儲能模量，說明結構較為緊密，也再次證明了EWPP可以加強酸奶的網絡結構[19]。

a-白砂糖∶代糖=6∶0；b-白砂糖∶代糖=4∶2；c-白砂糖∶代糖=2∶4圖4 不同EWPP和代糖比例酸奶的G′和G″Fig.4 Storage modulus (G′) and elastic modulus (G″) of yogurt with different EWPP content and ratio of sugar substitute

2.4.2 表觀黏度及觸變性

如圖5所示，低脂酸奶的剪切速率和黏度之間不是線性關系，因此為非牛頓流體。當剪切速率增加時，酸奶體系的表觀黏度會下降，因此為假塑性流體。所有樣品均表現出假塑性流體的特征，即在剪切初期表觀黏度較高，而在后期則迅速降低。體系的穩定性取決于EWPP與酪蛋白分子在網絡結構中的相互作用，說明酪蛋白和EWPP之間形成的三維網絡結構容易被剪切破壞且難以恢復[20]。

樣品的表觀黏度隨著蛋清蛋白添加量的增加而增加，在蛋清蛋白添加量為1.5%時達到最大。這可能是因為EWPP的存在增加了酪蛋白的有效密度，剪切過程中EWPP和酪蛋白顆粒之間相互纏繞，有利于分子間相互作用[21]。代糖的加入對表觀黏度的影響不是很明顯。

a-白砂糖∶代糖=6∶0；b-白砂糖∶代糖=4∶2；c-白砂糖∶代糖=2∶4圖5 不同EWPP和代糖比例酸奶的表觀黏度Fig.5 Viscosity of yogurt with different EWPP content and ratio of sugar substitute

在整個剪切速率范圍內，所有酸奶樣品都表現出觸變行為，在剪切速率下降時黏度出現滯后現象，形成觸變環。如果體系經外力作用后黏度變化大，即觸變環面積較大，則說明此體系在不受力時恢復到原來狀態所需的時間長，同時也表示體系流動性差[22]。如圖6所示，EWPP的添加導致觸變環的面積增大。

圖6 不同EWPP和代糖比例酸奶的觸變環面積Fig.6 Thixotropic loop area of yogurt with different EWPP content and ratio of sugar substitute

在EWPP添加量為1.5%的條件下制備的酸奶樣品具有最大的觸變環，表明該結構被破壞后恢復所需時間較長，可能是由于酪蛋白或蛋白質聚集顆粒之間的相互作用力被破壞后難以恢復，側面說明EWPP含量高的樣品，有著更強的相互作用力。不添加EWPP的樣品觸變性相對較小，可能是因為樣品中無EWPP填充時，凝膠強度不大，被破壞后較容易復原[23]。同時可以發現，當白砂糖與代糖的配比為6∶0時，酸奶的觸變環面積最大，這與質構實驗得出的結論較為相似。

2.5 感官評價

經過前期品嘗，發現添加0.5%EWPP的酸奶質地過于松軟，而添加1.5%EWPP的酸奶口感較為粗糙，因此選擇EWPP添加量為1.0%的酸奶作為感官評定的對象，以白砂糖與代糖的配比作為變量，對比志愿者對3款酸奶的接受程度。

由圖7可以看出，在色澤方面，白砂糖添加最多的一組色澤最好，較為均勻有光澤，而代糖添加較多的一組色澤稍遜，但3組總體的色澤評價都較高；在香氣方面，用白砂糖發酵以及用較多代糖發酵的樣品香氣較好，但3組樣品的酸味均不是很足；在滋味方面，3組樣品具有明顯的差異，純白砂糖發酵組的滋味得分較低，感官評定員普遍反映該樣品偏酸，滋味不好，而隨著代糖的添加，酸奶變得酸甜可口，代糖添加最多的組別獲得了最好的評價，可能是因為乳酸菌無法完全利用代糖，所以甜度較高[24-25]；在組織狀態方面，3種不同配比的樣品相差不大，可見不同的糖配比對整體質構影響不大，這與前面的實驗結果相符合。

圖7 不同代糖比例下含1%EWPP的酸奶感官評價得分Fig.7 Sensory score of yogurt containing 1% EWPP with different ratio of sugar substitute

3 結論

從實驗結果可以看出，EWPP的添加有助于菌種發酵，隨著EWPP添加量的增多，低脂酸奶的保水性、彈性模量、表觀黏度明顯增加，說明EWPP的添加有助于增強酸奶的凝膠網絡。白砂糖與代糖的配比越高，酸奶的保水性、硬度和內聚性越高，說明相比較而言白砂糖更有利于促進菌種充分發酵。在感官評價方面，EWPP添加量1%，白砂糖與代糖質量比為2∶4時的酸奶滋味最好，可見代糖的添加有利于低脂酸奶酸甜比的優化。