改性大豆分離蛋白-磷脂復合物對冰淇淋品質(zhì)的影響

鄭環(huán)宇 閆國森 孫美馨 崔月婷 張 林 王英男

(東北農(nóng)業(yè)大學食品學院1，哈爾濱 150030)

(黑龍江省綠色食品科學研究院2，哈爾濱 150028)

(國家大豆工程技術(shù)研究中心3，哈爾濱 150028)

冰淇淋有著獨特的風味和綿滑細膩的口感，備受廣大消費者喜愛。但是現(xiàn)在人們的健康意識逐步提高，對食品的要求也向綠色健康發(fā)展[1]。傳統(tǒng)冰淇淋高脂肪、高膽固醇等問題亟待解決，生產(chǎn)新型安全健康的冰淇淋已經(jīng)成為行業(yè)趨勢。

大豆分離蛋白(soybean protein isolated, SPI)具有營養(yǎng)價值高、功能性良好和價格低廉等特點[2,3]，取代部分乳粉制得冰淇淋后，可顯著提高產(chǎn)品的營養(yǎng)價值，降低產(chǎn)品成本，且能有效改善產(chǎn)品的感官品質(zhì)[4]。目前，已有學者已經(jīng)開展了有關(guān)大豆分離蛋白冰淇淋的研究。Sutar等[5]研究顯示向冰淇淋漿料中加入不同品種的SPI均可不同程度增加其蛋白質(zhì)含量。Pereira等[6]研究了SPI對低脂冰淇淋的風味和外觀的影響，結(jié)果表明，雖然添加SPI后對冰淇淋的風味和色澤存在一定影響，但是消費者感官評價并沒有明顯不同，并且提出當SPI添加量為4%時的產(chǎn)品更受消費者喜愛。Dervisoglu等[7]發(fā)現(xiàn)SPI濃縮物的加入對草莓冰淇淋的品質(zhì)有改善作用，SPI濃縮物增加了草莓冰淇淋的蛋白含量，并且使產(chǎn)品黏度增大，抗融化性變好，加入SPI濃縮物1.5%～3.0%不會影響冰淇淋的感官評價。

天然的SPI其功能特性并不明顯，在食品體系的應(yīng)用中存在著很多不足，并不能顯著改善食品的質(zhì)構(gòu)和功能特性。而對SPI進行適當改性處理，可使SPI某些的功能特性更為突出，使其能更好的滿足食品體系對蛋白質(zhì)功能特性的不同需求。其中超高壓均質(zhì)改性大豆分離蛋白(ultrahigh pressure homogenization modified soybean protein isolate, USPI)，使蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，α-螺旋增加，β-折疊下降，SPI的疏水基團暴露，能夠顯著地改善SPI的乳化性、溶解性、穩(wěn)定性等功能特性[8-11]；而酶解法可通過酶的水解作用使SPI的多肽鏈長短發(fā)生改變，致使SPI分子的三維結(jié)構(gòu)變化，從而暴露出某些被掩埋的氨基酸殘基，使SPI的理化性質(zhì)得以改變，最終達到改善其功能特性的目的[12,13]。一些學者利用木瓜蛋白酶酶解-轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶交聯(lián)方法改善SPI功能性，從而提高冰淇淋的品質(zhì)[14-16]。郝建敏等[17]研究大豆分離蛋白-磷脂復合物對冰淇淋影響，制備出高膨脹率冰淇淋。但迄今用超高壓均質(zhì)方法預(yù)處理聯(lián)合磷脂改性大豆分離蛋白加入冰淇淋中的研究未見報道。本研究采用超高壓均質(zhì)大豆分離蛋白-磷脂復合物(ultra-pressure homogenizing modified soybean protein isolate-phospholipid complex, USPI-PLW)代替部分乳粉對冰淇淋品質(zhì)的影響進行了研究，旨在解決SPI取代部分乳粉加入冰淇淋中后，冰淇淋出現(xiàn)膨脹率低、易融化、口感粗糙、有豆腥味等問題。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

脫脂奶粉、大豆分離蛋白(蛋白質(zhì)量分數(shù)為85.35%)、稀奶油、蔗糖、大豆油(一級大豆油)、卡拉膠、刺槐豆膠、羧甲基纖維素鈉、單甘脂、蔗糖酯、羥基化水溶性大豆磷脂粉末(PLW)；磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉等均為分析純。

FD-1D-50真空冷凍干燥機、AH-100D均質(zhì)機、DelonghiICK5000冰淇淋機、FSH-2勻漿機、GB-2A型磁力攪拌、TA-XT plus物性測定儀、BS203型生物顯微鏡、MAL1038384型旋轉(zhuǎn)流變儀。

1.2 實驗方法

1.2.1 大豆分離蛋白磷脂復合物的制備流程[18]

5%SPI溶液→高速勻漿機勻漿(10 000 r/min，2 min)→超高壓均質(zhì)(100 MPa, 均質(zhì)2次)→真空冷凍干燥(-48.6 ℃，24 h，0.1 MPa)→超高壓均質(zhì)改性大豆分離蛋白(USPI)；

磷脂溶液：pH為7.2磷酸緩沖液，磷脂∶緩沖液為1∶20，55 ℃，攪拌60 min；

USPI溶液：pH為7.2磷酸緩沖液; 磷脂∶緩沖液為1∶20; 室溫; 攪拌60 min；

USPI溶液+磷脂溶液(磷脂溶液∶USPI溶液為1∶20)→攪拌(室溫；60 min) →真空冷凍干燥(-48.6 ℃，24 h，0.1 MPa)→USPI-磷脂復合物。

1.2.2 冰淇淋加工方法及工藝流程[19]

冰淇淋加工工藝流程：原料→混合(50～60 ℃)→殺菌(80 ℃，10 min)→均質(zhì)(60～65 ℃，18～20 MPa)→冷卻(0～4 ℃)→老化(2～4 ℃，4 h)→凝凍(-15～-20 ℃，40 min)→罐裝成型→硬化(-20 ℃，48 h)→冷藏(-18 ℃)

冰淇淋的配方如表1所示。

表1 冰淇淋配方/%

注：乳化劑為∶蔗糖酯∶單甘脂=1∶1，穩(wěn)定劑為∶卡拉膠∶刺槐豆膠∶羧甲基纖維素鈉= 1∶7.9∶3.6。

1.2.3 指標測定

1.2.3.1 冰淇淋膨脹率的測定

按(SB/T 10012—1992)標準規(guī)定的方法測定，計算公式如下：

1.2.3.2 冰淇淋融化率的測定[20]

冰淇淋經(jīng)72 h硬化后，將其置于30 ℃培養(yǎng)箱中，將冰淇淋放在箱內(nèi)金屬網(wǎng)上，然后在下面放一表面皿，計時45 min，最后測量融化物的質(zhì)量。

1.2.3.3 冰淇淋硬度的測定

冰淇淋經(jīng)72 h硬化后，利用質(zhì)構(gòu)儀測定其的質(zhì)地特征曲線，通過檢測探頭兩次下壓即可確定。在室溫下將每個樣品平行測定3次。實驗參數(shù)：測試前探頭下降速度為2 mm/s，測試速度為2 mm/s，測試后探頭回程速度2 mm/s，測試距離15 mm，觸發(fā)力20×10-2N，探頭類型 P/5。

1.2.3.4 冰淇淋流變學性質(zhì)的測定

取經(jīng)24 h老化后的樣品置于測試平臺上，選用平板(直徑60 mm)作為夾具進行測試，測試條件：間距為500 μm，剪切速率為0.01～100 s-1，溫度為4 ℃，以剪切速率和黏度分別為橫縱坐標，繪制剪切速率與黏度的關(guān)系圖。

1.2.3.5 冰淇淋微觀結(jié)構(gòu)的測定

冰淇淋的微觀結(jié)構(gòu)中氣泡的大小與分布的測定需將融化后的冰淇淋液滴，分別在BS203 生物顯微鏡的100倍、400倍鏡頭下進行觀察。

1.2.3.6 冰淇淋感官評價

將冰淇淋置于-20 ℃冰柜中，48 h后取出，邀請16名品評人員(食品專業(yè)碩士研究生，男女比例1∶1)進行感官評定，評定工作在安靜、無異味的評定室內(nèi)進行，品評順序隨機并在每次品評后用溫水進行漱口，按照評分標準進行記錄。

表2 冰淇淋感官評定標準

1.3 統(tǒng)計學分析

每個試驗重復3次，結(jié)果表示為：Mean±SD。采用SPSS 20.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行ANOVA差異顯著性分析(P<0.05為顯著性差異)。采用 SigmaPlot 12.5進行繪圖工作。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同乳粉替代物對冰淇淋漿料體系靜態(tài)流變學性能的影響

如圖1所示，不同改性產(chǎn)物替代部分乳粉制成的冰淇淋漿料中，表觀黏度和剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系曲線均與屈服-假塑性流體流動特性曲線一致。即表現(xiàn)為具有屈服應(yīng)力的流體，液體流動后展示了假塑性流體的特征。假塑性流體其流變可用冪律方程表示：T=K(r)n，其中T被稱為剪切應(yīng)力，r被稱為剪切速率，K、n是常數(shù)，K被稱作稠度系數(shù)，n被稱作流動指數(shù)。

圖1 不同改性產(chǎn)物冰淇淋漿料流變特性曲線

將假塑性流體的流變特性曲線線性回歸后，可得到假塑性流體回歸方程，從而可知K值和n值，不同樣品的K值和n值見表3。從表3可知，各樣品的n值均小于1，因此冰淇淋漿料為假塑性流體。其中USPI-PLW、SPI-PLW冰淇淋料漿的K值偏大，n值減小，說明流體黏度升高，流動性降低。

表3 不同樣品冰淇淋的剪切速率掃描曲線冪律方程擬合參數(shù)

由圖1b可以看出，所有的樣品均出現(xiàn)剪切稀化現(xiàn)象[21]，加入不同改性產(chǎn)物的樣品料漿體系中，當無剪切作用時，流動液體具有較高的表觀黏度，當剪切速率逐漸增大，料漿黏度迅速下降并趨于穩(wěn)定。原因是冰淇淋經(jīng)漿料老化后，脂肪與水溶性組分在乳化劑的作用下結(jié)合，使?jié){料分子間形成緊密連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出高黏度的特性。在低速剪切過程中，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸被破壞，表現(xiàn)為黏度逐漸下降。隨著剪切速率到達一定水平，體系結(jié)構(gòu)被嚴重破壞，表觀黏度趨于穩(wěn)定[22,23]。

與普通冰淇淋相比，加入SPI后，剪切稀化速率有少量減小，而加入USPI-PLW的冰淇淋漿料剪切稀化速率減小最為明顯，這可能由于USPI和磷脂均是良好的表面活性劑，當磷脂和USPI交聯(lián)時，因為磷脂的雙親構(gòu)型，造成磷脂和USPI分子之間作用力加強，乳化性能增強，漿料中脂肪與水溶性組分的結(jié)合更為穩(wěn)定，從而減小剪切稀化速率，同時表現(xiàn)出最大的表觀黏度。

2.2 不同乳粉替代物對冰淇淋膨脹率的影響

冰淇淋的膨脹率是評價冰淇淋品質(zhì)的主要指標之一。如圖2所示，5種加入不同改性產(chǎn)物的樣品膨脹率在44.58%～86.86%，其中添加USPI-PLW的產(chǎn)品膨脹率提升最為顯著(P<0.05)，與普通低脂冰淇淋相比，膨脹率增加了94.84%，與SPI冰淇淋相比，增加了56.28%。根據(jù)劉麗等[24]研究，SPI能提高冰淇淋的膨脹率是由于其自身乳化性的作用。研究表明在超高壓均質(zhì)改性-磷脂復合的過程中SPI的乳化性質(zhì)和起泡性質(zhì)增強[25]，因此USPI-PLW乳狀液冷卻后穩(wěn)定性的提高最為顯著，所以料漿在剪切-冷凍時，其起泡性、泡沫穩(wěn)定性更強，進而產(chǎn)品的膨脹率顯著提高(P<0.05)。

注：1為普通冰淇淋， 2為SPI冰淇淋，3 為USPI冰淇淋，4為 USPI-PLW冰淇淋，5為 SPI-PLW冰淇淋，余同。圖2 不同改性產(chǎn)物對冰淇淋膨脹率的影響

2.3 不同乳粉替代物對冰淇淋融化率的影響

如圖3所示，分別用SPI、USPI、SPI-PLW、USPI-PLW取代部分乳粉制成冰淇淋后，其融化率有所不同。傳統(tǒng)低脂冰淇淋的融化率為45.35%，當SPI替代部分乳粉時，冰淇淋樣品融化率與普通低脂冰淇淋相比有所下降，這和SPI使料漿黏度增加有關(guān)[26]。而USPI卻使料漿黏度下降，產(chǎn)品的融化率升高。結(jié)果表明，加入USPI-PLW的冰淇淋表現(xiàn)出最低的融化率33.17%，較傳統(tǒng)低脂冰淇淋融化率降低26.86%，具有顯著性差異(P<0.05)。這與USPI-PLW冰淇淋漿料的表觀黏度最高相符。且由于磷脂的存在，可通過抑制巰基氧化或降低游離巰基之間的反應(yīng)機理提高漿料的熱穩(wěn)定性[27]。

圖3 不同改性產(chǎn)物對冰淇淋融化率的影響

2.4 不同乳粉替代物對冰淇淋硬度的影響

硬度是影響冰淇淋口感的主要因素之一，由圖4可知，不同改性產(chǎn)物替代部分乳粉后制作的冰淇淋硬度不同。SPI冰淇淋的硬度較普通低脂冰淇淋明顯增大，而超高壓均質(zhì)處理后的SPI添加至冰淇淋中其產(chǎn)品硬度略有下降。而USPI-PLW冰淇淋硬度下降最為顯著(P<0.05)，與普通冰淇淋無異。

一般情況下，未經(jīng)改性的大豆分離蛋白可與兩分子水交聯(lián)，在冷凍過程中，這些具有較高水分含量的蛋白增加了冰淇淋的硬度，這可能由于含較多大冰晶時冰淇淋的硬度也會增大[28,29]。而經(jīng)過超高壓均質(zhì)改性之后，SPI的空間構(gòu)象舒展，疏水殘基大量暴露，水合能力減弱，使冰淇淋硬度略有降低。與磷脂復合后，磷脂的雙親結(jié)構(gòu)使蛋白質(zhì)與水的結(jié)合部位進一步變少，磷脂與蛋白形成的膠體結(jié)構(gòu)中水分子分布更加均勻，形成的冰晶更小，使冰淇淋的硬度顯著降低。

圖4 不同改性產(chǎn)物對冰淇淋硬度的影響

2.5 不同乳粉替代物對冰淇淋漿料微觀結(jié)構(gòu)的影響

如圖5所示，未添加大豆分離蛋白的普通低脂冰淇淋的氣泡直徑較小，氣泡體積差別較小，分散較為均勻；當SPI取代乳粉加入后，氣泡體積顯著增大；USPI取代乳粉加入后，部分氣泡變小，但仍有大氣泡存在，混料中氣泡大小與分布不均勻；當加入USPI-PLW、SPI-PLW取代乳粉后，氣泡直徑較為均勻，數(shù)量有所增加，分散均勻，有利于微觀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。并且USPI-PLW漿料內(nèi)氣泡數(shù)量增多和分散的更均勻也正是USPI-PLW使冰淇淋膨脹率升高、硬度降低的原因，同時由于均勻且穩(wěn)定的氣泡存在使冰淇淋的傳熱能力減弱，進而融化率更低。

注：A、a為普通冰淇淋；B、b為SPI冰淇淋；C、c為USPI冰淇淋；D、d為SPI-PLW冰淇淋；E、e為USPI-PLW冰淇淋。A、B、C、D、E為在400倍下觀察到的冰淇淋融化料液中氣泡的存在狀態(tài)，a、b、c、d、e為在100倍條件下觀察到的冰淇淋融化料液中氣泡的存在狀態(tài)。圖5 添加不同改性樣品對冰淇淋微觀形態(tài)的影響

2.6 不同乳粉替代物對冰淇淋感官評價的影響

如表4所示，USPI、USPI-PLW冰淇淋成品豆腥味均小于直接將大豆分離蛋白加入，這可能是因為超高壓均質(zhì)過程由于溫度的增加有助于豆腥味的去除且超高壓狀態(tài)下脂肪氧合酶的失活不可逆[30,31]。且USPI-PLW冰淇淋經(jīng)硬化后，組織中無較大冰晶存在，其口感最為細膩順滑，受到評價者的廣泛好評。綜合來看，USPI-PLW冰淇淋的膨脹率、融化率和感官指標最為理想。

表4 添加不同改性樣品對冰淇淋感官評價的影響

3 結(jié)論

經(jīng)過USPI-PLW替代部分乳粉后，冰淇淋的膨脹率可達86.86%，較普通低脂冰淇淋提高了94.84%，比SPI冰淇淋提高了56.28%。同時加入USPI-PLW的冰淇淋融化率僅為33.17%，融化率顯著降低(P<0.05)，冰淇淋更穩(wěn)定。在72 h儲藏硬化后，USPI-PLW冰淇淋硬度最低，無較大冰晶，口感綿滑，微觀結(jié)構(gòu)分析顯示口感細膩可能因為加入USPI-PLW的冰淇淋氣泡更小，分布更均勻，且在超高壓均質(zhì)過程中由于溫度的增加可能有助于豆腥味的去除，使其風味更受歡迎。通過對比四種不同大豆分離蛋白冰淇淋的品質(zhì)，結(jié)果顯示：以USPI-PLW制作的冰淇淋最為理想，膨脹率可達86.86%，淋融化率為33.17%，較傳統(tǒng)低脂冰淇淋融化率降低26.86%，膨脹率提高了94.84%，狀態(tài)穩(wěn)定，外觀形態(tài)良好，且口感細膩順滑，豆腥味微弱。