大豆-牛奶雙蛋白益生菌酸奶配方的確定及其營養(yǎng)分析

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(農(nóng)業(yè)部食物與營養(yǎng)發(fā)展研究所,北京 100081)

基于《國民營養(yǎng)計劃(2017-2030年)》提出,開發(fā)利用我國豐富的特色農(nóng)產(chǎn)品資源,針對不同人群的健康需求,著力發(fā)展雙蛋白食物等新型營養(yǎng)健康食品[1]?！半p蛋白工程”旨在利用全球植物蛋白、動物蛋白、海洋蛋白和新蛋白資源、運(yùn)用現(xiàn)代高新技術(shù)促進(jìn)不同來源蛋白的營養(yǎng)量效和精準(zhǔn)互作配制,滿足不同人群關(guān)鍵營養(yǎng)需求。優(yōu)質(zhì)的動物蛋白和植物蛋白不僅能夠協(xié)同增強(qiáng)抗阻運(yùn)動后的肌肉蛋白的生成,還能使動植物蛋白優(yōu)勢互補(bǔ),發(fā)揮各自的生理調(diào)節(jié)功效,從而改善人體健康,尤其是運(yùn)動員及老年人肌肉健康。

國內(nèi)外對蛋白食物的研究日益重視,羅永康等[2]研究表明乳清濃縮蛋白替代10%～20%的全脂奶粉和脫脂奶粉制作酸奶,酸奶保水性增加。Unal等[3]研究表明酸奶中添加乳清蛋白能夠增加血管緊張素轉(zhuǎn)化酶的抑制活性。有研究發(fā)現(xiàn),與單一乳清蛋白相比,大豆與牛奶混合蛋白促進(jìn)運(yùn)動后肌肉蛋白合成的能力增強(qiáng)[4]。Ren等[5]研究發(fā)現(xiàn)運(yùn)動后的大鼠攝入大豆-牛奶混合蛋白與攝入單獨某一種蛋白相比,能夠維持高濃度的色氨酸及支鏈必需氨基酸釋放。

益生菌是指對宿主發(fā)揮有益作用的活性微生物的總稱,當(dāng)攝入一定量時能夠耐受胃液、膽汁、定植于人體腸道、生殖系統(tǒng)內(nèi),改善宿主微生態(tài)平衡、對人體健康起到有益作用的微生物總稱。本實驗中采用雙歧桿菌,是一種生物反應(yīng)調(diào)節(jié)劑,對人體健康具有改善胃腸道功能、免疫增強(qiáng)作用、降低膽固醇等多種重要的生理功能[6]。Ataiejafari[7]研究表明添加嗜酸乳桿菌和雙歧桿菌研制益生菌酸奶,有利于降低高膽固醇患者的血清膽固醇水平。范金波等[8]研究證明雙歧桿菌BB-2和BB-3能夠促進(jìn)小鼠先天性免疫力和獲得性免疫力的提高。

目前,國內(nèi)外主要集中于對某一種蛋白的營養(yǎng)功能研究,而對雙蛋白食物的研究較少,且缺乏營養(yǎng)分析研究。本文以大豆蛋白和牛奶蛋白為主要營養(yǎng)基料,經(jīng)保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌和雙歧桿菌發(fā)酵,得出雙蛋白益生菌酸奶最適配方,并對其進(jìn)行營養(yǎng)分析,為雙蛋白食物的發(fā)展提供一定的科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

787IP大豆分離蛋白 杜邦公司;WPC8200乳清濃縮蛋白 HILMAR公司;全脂奶粉 食品級,安佳公司;蔗糖 食品級,舒可曼公司;5000乳糖 HILMAR公司;食品級植物油 聚龍糧油有限公司;YoFlex Advance 2.0發(fā)酵劑(由保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌和雙歧桿菌組成) 漢森公司;凝固型原味酸奶(共3款,編號為MY1、MY2、MY3) 市售;氫氧化鈉、酚酞 分析純,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

YP8001型電子天平 上海越平科學(xué)儀器有限公司;BT125D型分析天平 Sartorius公司;PH-070A型干燥箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司;FA25型高速剪切機(jī) 弗魯克公司;JHG-Q54-P60型高壓均質(zhì)機(jī) 上海普麗盛融合機(jī)械設(shè)備有限公司;HWS-12型水浴鍋 上海一恒科學(xué)儀器有限公司;YT-CJ-2ND型超凈工作臺 北京亞泰科隆儀器技術(shù)有限公司;DHG-9075A型培養(yǎng)箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司;DV-1粘度儀 美國博勒飛公司;L-8900型全自動氨基酸分析儀 日本日立公司;Kjeltec2300型 自動定氮儀瑞典FOSS;Soxtec2050型 全自動索氏提取器瑞典FOSS。

1.2 實驗方法

1.2.1 雙蛋白酸奶的制備 酸奶配料→溶解→剪切乳化→高壓均質(zhì)→殺菌冷卻→接種→發(fā)酵→后熟→雙蛋白益生菌酸奶

工藝要點:雙蛋白益生菌酸奶配料包括大豆分離蛋白(SPI)、乳清濃縮蛋白(WPC)、全脂奶粉(WMP)、乳糖、蔗糖、植物油、純凈水、發(fā)酵劑。高壓均質(zhì)壓力15～20 MPa,均質(zhì)溫度60～70 ℃[9]均質(zhì)2次。殺菌溫度95 ℃,時間10 min[10],冷水浴中冷卻到43～45 ℃。超凈工作臺中接種[11]。發(fā)酵溫度42 ℃,時間4 h[12]。后熟溫度4 ℃,時間24 h。

1.2.2 雙蛋白配比的確定 全脂奶粉45 g、乳糖15 g、蔗糖90 g、植物油16 g、純凈水975 g、發(fā)酵劑0.095 g、大豆分離蛋白和乳清濃縮蛋白共計45 g。實驗設(shè)計大豆分離蛋白和乳清濃縮蛋白的3種重量配比,分別為1∶2、1∶1、2∶1,依次編號為DY1、DY2、DY3,如表1所示。發(fā)酵溫度42 ℃,發(fā)酵一定時間。發(fā)酵開始時記為0 h,發(fā)酵過程中于0、1、2、3、4、5、6、7 h取樣測量樣品的pH和酸度。在發(fā)酵4 h后,4 ℃后熟24 h后測定酸奶粘度。

表1 大豆分離蛋白和乳清濃縮蛋白的配比Table 1 Ratio of soy protein isolate and whey protein concentrate

1.2.3 乳糖添加量的確定 大豆分離蛋白15 g、乳清濃縮蛋白30 g、全脂奶粉45 g、蔗糖90 g、植物油16 g、純凈水975 g、發(fā)酵劑0.095 g。乳糖以配料總重量為基準(zhǔn)分別添加0%、1%、2%(0、12、24 g),依次編號為MS0、MS1、MS2。發(fā)酵溫度42 ℃,發(fā)酵一定時間。發(fā)酵開始時記為0 h,發(fā)酵過程中于0、1、2、3、4、5、6、7 h取樣測量樣品的pH和酸度。在發(fā)酵4 h后,4 ℃后熟24 h后測定酸奶粘度。

1.2.4 營養(yǎng)分析 酸奶貯藏于4 ℃冰箱中,貯藏第3 d測定營養(yǎng)指標(biāo),同時采集外觀圖。營養(yǎng)指標(biāo)包括蛋白質(zhì)含量、氨基酸含量、脂肪含量、PDCAAS。最佳配方研制的雙蛋白益生菌酸奶,編號為DY。3款常見市售凝固型原味酸奶作為對照,編號為MY1、MY2、MY3。

1.2.5 檢測方法

1.2.5.1 pH測定 用玻璃棒攪拌樣品至均勻,樣品溫度恢復(fù)至室溫,使用pH計測量pH[13]。

1.2.5.2 酸度測定 根據(jù)GB 5009.239-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品酸度的測定》方法進(jìn)行測定。0.1 mol/L的NaOH溶液滴定法[14]。

1.2.5.3 粘度測定 酸奶樣品自然恢復(fù)至室溫,采用粘度儀5#轉(zhuǎn)子進(jìn)行測定。時間30 s,扭矩為10%～100%時記錄測定數(shù)據(jù)。

1.2.5.4 蛋白質(zhì)含量測定 根據(jù)GB 5009.5-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測定》方法進(jìn)行測定。

1.2.5.5 氨基酸含量測定 根據(jù)GB 5009.124-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中氨基酸的測定》方法進(jìn)行測定。

1.2.5.6 脂肪含量測定 根據(jù)GB 5009.6-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中脂肪的測定》方法進(jìn)行測定。

1.2.5.7 蛋白質(zhì)消化率修正的氨基酸評分 每克食物的必需氨基酸(EAA)成分與人體EAA需要量模式相比(FAO/WHO推薦2～5歲兒童EAA需要量模式為評分標(biāo)準(zhǔn),mg/g pro),得出氨基酸記分(AAS)。在AAS基礎(chǔ)上考慮到食物蛋白質(zhì)真消化率,以第一限制性氨基酸的AAS乘以食物蛋白質(zhì)真消化率,得到蛋白質(zhì)消化率修正的氨基酸評分(PDCAAS),滿分為1分,當(dāng)超過1時,則記為1分,本文中食物蛋白質(zhì)真消化率為0.92。

食物蛋白真消化率=人體吸收氮含量/食物攝入氮含量

AAS=食物蛋白質(zhì)氨基酸(mg/g pro)/(FAO/WHO)評分標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)氨基酸含量(mg/g pro)

PDCAAS=AAS×食物蛋白質(zhì)真消化率

1.3 數(shù)據(jù)處理

實驗結(jié)果重復(fù)3次,數(shù)據(jù)處理采用軟件Graphpad Prism 7,處理方法為單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 雙蛋白益生菌酸奶配方的確定

通過實驗,以發(fā)酵產(chǎn)品的pH、酸度和粘度為判斷依據(jù),確定雙蛋白益生菌酸奶最佳雙蛋白配比和乳糖添加量。

2.1.1 雙蛋白配比對酸奶發(fā)酵pH的影響 如圖1所示,發(fā)酵過程中雙蛋白益生菌酸奶pH下降。0～3 h,pH下降速度快,三者間出現(xiàn)明顯差異。4～6 h,pH下降速度降低,DY2、DY3高于DY1。主要是因為雙蛋白基料中大豆蛋白含量增加,益生菌生長速度降低,產(chǎn)酸能力下降。6～7 h,pH變化不大。主要是因為益生菌處于衰退期,乳酸產(chǎn)生速度降低,也有可能是pH降低到一定程度時對益生菌生長起到反饋抑制?？傮w分析,DY1與DY2、DY3相比pH下降速度快。

圖1 雙蛋白配比對酸奶發(fā)酵過程中pH的影響Fig.1 Effects of pH in the fermentation process of yogurt prepared by different dual protein ratio

2.1.2 雙蛋白配比對酸奶發(fā)酵酸度的影響 如圖2所示,0～3 h,酸度增長慢,DY1、DY2、DY3沒有明顯差異。3～4 h,酸度增長快。從第3 h開始,DY1、DY2、DY3間出現(xiàn)差異,DY1>DY2>DY3。4～7 h,酸度增長,但增長速度下降。第7 h,DY1最大,DY3最小。這同劉曉恒[15]用大豆分離蛋白或大豆?jié)饪s蛋白替代牛乳進(jìn)行發(fā)酵的研究結(jié)果相似?？傮w分析,DY1的酸度增長速度快于DY2、DY3。

圖2 雙蛋白配比對酸奶發(fā)酵過程中酸度的影響Fig.2 Effects of acidity in the fermentation process of yogurt prepared by different dual protein ratio

2.1.3 雙蛋白配比對酸奶粘度的影響 如圖3所示,DY2和DY3粘度大于DY1,主要因為DY2和DY3中大豆蛋白含量更高,酸奶的凝膠結(jié)構(gòu)更為致密,蛋白膠束間連接作用增強(qiáng),硬度增加,粘度升高。DY2、DY3沒有明顯差異,可能是因為大豆蛋白含量達(dá)到一定范圍,酸奶粘度變化不大。

圖3 雙蛋白配比對酸奶粘度的影響Fig.3 Effects in viscosity of yogurt prepared by different dual protein ratio

DY1與DY2、DY3相比,在發(fā)酵過程中pH下降快,酸度增長快,后熟結(jié)束時粘度較低,均符合品質(zhì)要求。因此,確定雙蛋白配比為大豆蛋白∶乳清蛋白(w/w)=1∶2。

2.2 乳糖在雙蛋白益生菌酸奶中添加量的確定

2.2.1 乳糖對酸奶發(fā)酵pH的影響 如圖4所示,0～2 h,MS0、MS1、MS2的pH變化不大,沒有明顯差異。2～5 h,pH降低速度快,MS1和MS2低于MS0。5～7 h,pH下降速度降低,MS1和MS2沒有明顯差異。主要原因是乳糖是一種易于益生菌利用的還原性糖類,能夠促進(jìn)乳酸產(chǎn)生,因此MS1和MS2的pH下降速度略快,當(dāng)乳糖添加量超過1%時pH變化不大,這同李鋒[16]的觀點相似,發(fā)酵豆奶中添加1%乳糖時酸奶品質(zhì)較佳。

圖4 乳糖添加量對酸奶發(fā)酵過程pH的影響Fig.4 Effects of pH in the fermentation process of yogurt prepared by different lactose additions

2.2.2 乳糖對酸奶發(fā)酵酸度的影響 如圖5所示,0～2 h,MS0、MS1、MS2的酸度變化不大。2～5 h,MS0、MS1、MS2的酸度增長速度加快,MS1、MS2的增長速度高于MS0。主要是因為此時乳酸產(chǎn)生速度快。5～7 h,MS0、MS1、MS2的增長速度下降。第7 h,MS1和MS2的酸度高于MS0?？傮w分析,發(fā)酵過程中MS1和MS2的酸度增長速度強(qiáng)于MS0。

圖5 乳糖添加量對酸奶發(fā)酵過程酸度的影響Fig.5 Effects of acidity in the fermentation process of yogurt prepared by different lactose additions

2.2.3 乳糖對酸奶粘度的影響 如圖6所示。MS1和MS2的粘度大于MS0,MS1和MS2沒有明顯差異,且符合酸奶品質(zhì)要求。主要是因為乳糖促進(jìn)益生菌生長,有利于大豆蛋白和牛乳蛋白產(chǎn)生凝膠;也有可能是益生菌在發(fā)酵過程中產(chǎn)生胞外多糖,促進(jìn)形成堅固、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)凝膠結(jié)構(gòu),因此粘度升高。

圖6 乳糖添加量對酸奶粘度的影響Fig.6 Effects in viscosity of yogurt prepared by different lactose additions

MS1、MS2與MS0相比,發(fā)酵pH降低,酸度升高,粘度增加。MS1和MS2沒有明顯差異,出于成本考慮,1%乳糖添加量較為合適。

綜上所述,雙蛋白益生菌酸奶最佳配方:大豆蛋白∶乳清蛋白(w/w)=1∶2,1%乳糖添加量。以此研制的雙蛋白益生菌酸奶DY和3款市售酸奶MY1、MY2、MY3的外觀圖如圖7所示。DY乳白色、光澤明亮、無乳清析出。MY1、MY2、MY3淡黃色、略有光澤、少量乳清析出。因此,雙蛋白益生菌酸奶呈現(xiàn)出較優(yōu)的外觀品質(zhì)。

圖7 4種酸奶的外觀圖Fig.7 Appearance of four kinds of yogurt

2.3 雙蛋白的益生菌酸奶的營養(yǎng)分析

按照上述雙蛋白益生菌酸奶最佳配方制備雙蛋白益生菌酸奶DY與3款市售酸奶MY1、MY2、MY3進(jìn)行營養(yǎng)成分對比。

2.3.1 基本營養(yǎng)成分 如表2所示,雙蛋白益生菌酸奶與市售酸奶相比,蛋白質(zhì)含量高,脂肪含量低。蛋白質(zhì)含量和脂肪含量分別為3.89%和2.15%,與3款市售酸奶(平均值)相比,蛋白質(zhì)含量高22.8%,脂肪含量低37.3%。

表2 不同酸奶的基本營養(yǎng)成分(%)Table 2 Basic nutrients of different yogurt(%)

2.3.2 必需氨基酸含量 如表3所示,雙蛋白益生菌酸奶和市售酸奶的E/T高于聯(lián)合國糧農(nóng)組織/世界衛(wèi)生組織(WHO/FAO)建議的40%[17]。DY的必需氨基酸總量396.8 mg/g pro高于MY1、MY2、MY3(249.1、293.4、264.5 mg/g pro),高47.5%(比平均值),色氨酸未檢測。DY中亮氨酸含量最高,其次是賴氨酸,蛋氨酸/胱氨酸含量最低,高于市售酸奶70%以上。同王芳[18]的研究相似,低溫酸奶中亮氨酸含量最高,蛋氨酸含量最低。

表3 4種酸奶的必需氨基酸含量Table 3 Essential amino acid content of four kinds of yogurt

2.3.3 蛋白質(zhì)消化率修正的氨基酸評分 蛋白質(zhì)消化率修正的氨基酸評分(PDCAAS)是一種簡單、準(zhǔn)確的蛋白質(zhì)質(zhì)量評價方法,對植物蛋白質(zhì)及其制品是一種可行的常規(guī)營養(yǎng)評價方法。

如表4所示,雙蛋白益生菌酸奶DY的PDCAAS為0.89,高于3款市售酸奶0.39、0.50、0.43,高70%以上。主要是因為雙蛋白基料中大豆蛋白和乳清蛋白含有豐富的必需氨基酸,實現(xiàn)動植物蛋白互補(bǔ)效應(yīng),因此PDCAAS高。

表4 4種酸奶的蛋白質(zhì)消化率修正的氨基酸評分Table 4 Protein digestibility-corrected amino acid score on four kinds of yogurt

3 結(jié)論

雙蛋白益生菌酸奶最佳配方:大豆蛋白∶乳清蛋白(w/w)=1∶2,乳糖添加量1%。與市售酸奶(平均值)相比,蛋白質(zhì)含量高22.8%,脂肪含量低37.3%,必需氨基酸總量高47.5%,蛋氨酸/胱氨酸含量高市售酸奶70%以上,PDCAAS高70%以上。雙蛋白益生菌酸奶有助于提高人體健康水平,是一種值得推廣的營養(yǎng)食品。