雙蛋白奶發(fā)酵乳飲料制備工藝研究

馬子涵，張英睿，袁紫旭，劉雙奇

（東北農(nóng)業(yè)大學食品學院，黑龍江哈爾濱 150030）

0 引言

乳清蛋白是從牛奶中提取的一種球狀蛋白質(zhì)混合物，根據(jù)乳清蛋白濃度和特性，分為乳清蛋白濃縮物（脂肪、乳糖及29%～89%蛋白質(zhì)） 和水解乳清蛋白。乳清蛋白及其衍生物具有減少氧化應激、促進肌肉生長、控制食欲、降低血糖、降低患心血管疾病風險等廣泛的功能[1]。大豆蛋白是一種植物性蛋白質(zhì)，含量約為大豆的40%。根據(jù)其是否能夠在pH值4.5～4.8 沉淀，分為大豆球蛋白（沉淀部分，約90%） 和大豆乳清蛋白。大豆蛋白具有良好的起泡性、乳化性、凝膠性、持油性、持水性等功能特性，可有效改善食品的口感、提高保水保油能力、增加食品的彈性[2]。

2006 年，“第二屆中國大豆食品產(chǎn)業(yè)圓桌峰會”首次提出，植物蛋白中的大豆蛋白與動物蛋白的牛奶蛋白2 種蛋白的優(yōu)點相結(jié)合，可滿足人們對蛋白質(zhì)的營養(yǎng)健康需求的混合蛋白質(zhì)為“雙蛋白”[3]。研究表明，將動物蛋白與植物蛋白混合，可以使食物營養(yǎng)均衡且降低人類患病風險[4]。與傳統(tǒng)的單一蛋白來源發(fā)酵乳飲料相比，以雙蛋白原料發(fā)酵制備的雙蛋白奶發(fā)酵乳飲料解決了植物蛋白口感較差、動物蛋白脂肪含量過高等問題，二者優(yōu)勢互補，提高了產(chǎn)品的營養(yǎng)價值及附加值，改善了口感[5]。因此，為解決國民健康的雙重營養(yǎng)問題，利用“雙蛋白體系”的蛋白質(zhì)互補原理提升蛋白質(zhì)利用率，并研制口感豐富、營養(yǎng)健康的發(fā)酵乳飲料是有必要的，有助于提升我國乳業(yè)的未來發(fā)展空間。

通過測定雙蛋白體系的離心沉淀率及穩(wěn)定性系數(shù)確定穩(wěn)定性較好的雙蛋白體系，并以混合蛋白粉、乳粉、白砂糖為原料，利用單因素試驗和正交試驗，以組織狀態(tài)、酸甜度、色澤、風味等感官評價為主要評價指標優(yōu)化雙蛋白奶發(fā)酵乳飲料制備工藝，制備口感豐富、風味獨特、質(zhì)地均勻的雙蛋白奶發(fā)酵乳飲料。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

豌豆蛋白粉、小麥蛋白粉、大豆蛋白粉、乳清蛋白粉、白砂糖、乳粉，均購于當?shù)爻校恢蓖妒桨l(fā)酵劑（YOMIX883LYO），中國丹尼斯克公司提供。

1.2 儀器與設備

JY-3002 型電子天平，上海精密科學儀器有限公司產(chǎn)品；200 mm 型申環(huán)Mini 離心機，張家港市離心機制造廠產(chǎn)品；GJJ-0.03/100 型高壓均質(zhì)機，上海東華高壓均質(zhì)機廠產(chǎn)品；DK-98-1 型數(shù)控電熱恒溫水浴鍋，余姚市東方電工儀器廠產(chǎn)品；NDJ-8S 型黏度儀，上海精密科學儀器有限公司產(chǎn)品；隔水式恒溫培養(yǎng)箱，上?？坪銓崢I(yè)發(fā)展有限公司產(chǎn)品；SW-CJ-1D 型單人凈化工作臺，蘇州凈化設備有限公司產(chǎn)品；UV-1240 型紫外分光光度計，日本島津公司產(chǎn)品。

1.3 雙蛋白體系穩(wěn)定性測定

1.3.1 離心沉淀率的測定

準確稱取豌豆蛋白粉3.0 g，小麥蛋白粉3.0 g，大豆蛋白粉3.0 g 和乳清蛋白粉3.0 g，分別按1∶1配比混合制備豌豆- 乳清蛋白、小麥- 乳清蛋白、大豆- 乳清蛋白，混合蛋白粉中加入蒸餾水充分混合均勻，配置相同濃度的雙蛋白溶液并置于離心管中，以轉(zhuǎn)速4 000 r/min 離心15 min，除去上清液，得沉淀物，分析天平稱取質(zhì)量，每個樣品進行3 次重復，計算離心沉淀率。離心沉淀率越小，產(chǎn)品越穩(wěn)定[6]。

1.3.2 穩(wěn)定性系數(shù)的測定

將質(zhì)量濃度為1.0 mg/mL 蛋白質(zhì)溶液水合12 h，于波長785 nm 處測定樣品吸光度A前，對樣品進行離心（以轉(zhuǎn)速4 000 r/min 離心5 min），離心后于波長785 nm 處測定樣品吸光度A后。R值為A前與A后的比值，R值越大說明體系越穩(wěn)定[6]。

1.4 試驗步驟

雙蛋白奶發(fā)酵乳飲料生產(chǎn)工藝流程：

大豆- 乳清蛋白雙蛋白混合溶液→調(diào)配（白砂糖4%～6%，乳粉11%～13%） →均質(zhì)（50 ℃，20 MPa）滅菌（95 ℃，5～10 min） →冷卻至43 ℃→接種（發(fā)酵劑0.004%） →發(fā)酵（43 ℃，7 h） →冷藏后熟（4 ℃，約24 h） →成品。

稱取大豆- 乳清蛋白雙蛋白粉末，蒸餾水溶解，置于磁力攪拌器上攪拌3 h，放置冰箱內(nèi)水合12 h，得到大豆- 乳清蛋白雙蛋白混合溶液[5]。大豆- 乳清蛋白雙蛋白混合溶液中添加白砂糖和乳粉，升溫至90 ℃滅菌5～10 min，冷卻至37～45 ℃，接種發(fā)酵劑，置于隔水式恒溫培養(yǎng)箱，于43 ℃條件下發(fā)酵7 h。發(fā)酵好的雙蛋白奶發(fā)酵乳飲料置于0～4 ℃冰箱內(nèi)冷藏24 h[14]，完成后熟過程，即為成品[7]。

1.5 單因素試驗設計

乳清蛋白與大豆蛋白比例分別以3∶1，4∶1，5∶1，6∶1，7∶1 比例混合，白砂糖添加量為6%，乳粉添加量為13%，發(fā)酵后熟后進行感官評價。

（1） 白砂糖添加量。乳清蛋白與大豆蛋白以5∶1配比混合，白砂糖的添加量為3%，4%，5%，6%，7%，乳粉的添加量為13%，發(fā)酵后熟后進行感官評價。

（2） 乳粉添加量。乳清蛋白與大豆蛋白以5∶1比例混合，白砂糖添加量為6%，選擇乳粉添加量為10%，11%，12%，13%，14%，發(fā)酵后熟后進行感官評價。

1.6 正交試驗設計

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，依據(jù)正交試驗原理對雙蛋白奶發(fā)酵乳飲料生產(chǎn)工藝過程中的乳清蛋白與大豆蛋白比例、白砂糖添加量、乳粉添加量3 個發(fā)酵配方參數(shù)進行優(yōu)化。采用三因素三水平的正交表進行試驗設計，每個因素選擇3 個水平。

Box-behnken 試驗設計因素與水平設計見表1。

表1 Box-behnken 試驗設計因素與水平設計

1.7 感官評價

由食品專業(yè)學生組成感官評定小組，分別從產(chǎn)品的組織狀態(tài)（25 分）、酸甜度（25 分）、色澤（25分） 和風味（25 分） 4 個方面進行打分，滿分100分[17]，最后計算得平均數(shù)表示產(chǎn)品最終成績。

雙蛋白奶發(fā)酵乳飲料感官評定標準見表2。

表2 雙蛋白奶發(fā)酵乳飲料感官評定標準

1.8 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 2022 對數(shù)據(jù)進行計算整理并繪制試驗圖表，以及SPSS 軟件分析數(shù)據(jù)之間的顯著性差異，每組試驗重復3 次（用平均值表示評分結(jié)果）。

2 結(jié)果與分析

2.1 雙蛋白體系的穩(wěn)定性結(jié)果分析

2.1.1 離心沉淀率

大豆- 乳清蛋白、豌豆- 乳清蛋白、小麥- 乳清蛋白離心沉淀率見圖1。

圖1 大豆- 乳清蛋白、豌豆- 乳清蛋白、小麥- 乳清蛋白離心沉淀率

溶液的離心沉淀率越小，穩(wěn)定越好。由圖1 可知，大豆- 乳清蛋白雙蛋白體系的離心沉淀率最小為1.2%，穩(wěn)定性最好；小麥- 乳清蛋白雙蛋白體系的穩(wěn)定性稍微次之；豌豆- 乳清蛋白雙蛋白體系的穩(wěn)定性最差。

2.1.2 穩(wěn)定性系數(shù)

大豆- 乳清蛋白、豌豆- 乳清蛋白、小麥- 乳清蛋白穩(wěn)定性系數(shù)見圖2。

圖2 大豆- 乳清蛋白、豌豆- 乳清蛋白、小麥- 乳清蛋白穩(wěn)定性系數(shù)

由圖2 可知，大豆- 乳清蛋白雙蛋白體系的穩(wěn)定性系數(shù)為26.7%，優(yōu)于小麥- 乳清雙蛋白體系和豌豆- 乳清雙蛋白體系。結(jié)合穩(wěn)定性測試結(jié)果，選擇大豆- 乳清蛋白雙蛋白體系為原料研制雙蛋白奶發(fā)酵乳飲料。

2.2 單因素試驗結(jié)果與分析

2.2.1 乳清蛋白和大豆蛋白配比的確定

乳清蛋白和大豆蛋白配比對雙蛋白奶發(fā)酵乳飲料感官評價結(jié)果影響見圖3。

圖3 乳清蛋白和大豆蛋白配比對雙蛋白奶發(fā)酵乳飲料感官評價結(jié)果影響

由圖3 可知，隨著乳清蛋白配比增加，雙蛋白發(fā)酵乳飲料的感官評分呈先增加后降低的趨勢。當乳清蛋白和大豆蛋白配比為7∶1 時，雙蛋白奶發(fā)酵乳飲料質(zhì)地不均勻、口感粗糙、流動性不好、有結(jié)塊、雜質(zhì)較多，有明顯分層現(xiàn)象；當乳清蛋白和大豆蛋白配比為5∶1 時，雙蛋白奶發(fā)酵乳飲料感官評分達到最高分，為86 分，在此條件下，雙蛋白發(fā)酵乳飲料呈乳白色，均勻一致、質(zhì)地細膩均勻、口感爽滑；當乳清蛋白和大豆蛋白配比為3∶1 和4∶1時，雙蛋白發(fā)酵乳飲料在組織狀態(tài)上基本無明顯差異。因此，選擇乳清蛋白和大豆蛋白配比為3∶1，4∶1，5∶1 作為正交試驗因素水平。

2.2.2 白砂糖添加量確定

白砂糖添加量對雙蛋白奶發(fā)酵乳飲料感官評價結(jié)果影響見圖4。

圖4 白砂糖添加量對雙蛋白奶發(fā)酵乳飲料感官評價結(jié)果影響

由圖4 可知，隨著白砂糖添加量增加，雙蛋白發(fā)酵乳飲料的感官評分呈先升高后降低的趨勢。白砂糖添加量對于評分標準中酸甜度、風味的指標影響較大。當白砂糖添加量為7%時，雙蛋白發(fā)酵乳飲料感官評分最高為71 分，組織狀態(tài)上開始出現(xiàn)流動性不佳的情況；當添加量為5%時，雙蛋白發(fā)酵乳飲料感官評分最高為88 分，雙蛋白發(fā)酵乳飲料酸甜適中，組織狀態(tài)較好；當添加量為4%，6%時，雙蛋白發(fā)酵乳飲料感官評分接近。這可能是因為白砂糖添加量較低時更能突出雙蛋白發(fā)酵乳飲料本身的風味，但白砂糖添加量為3%時，雙蛋白發(fā)酵乳飲料口感過酸，而白砂糖添加量較高時可能會掩蓋雙蛋白發(fā)酵乳飲料的口感，加重甜膩感。因此，選擇白砂糖添加量4%，5%，6%作為正交試驗因素水平。

2.2.3 乳粉添加量確定

乳粉添加量對雙蛋白奶發(fā)酵乳飲料感官評價結(jié)果影響見圖5。

圖5 乳粉添加量對雙蛋白奶發(fā)酵乳飲料感官評價結(jié)果影響

乳粉作為提香的重要原料，對雙蛋白奶發(fā)酵乳飲料各項感官評價指標的影響很大[8]。由圖5 可知，隨著乳粉添加量增加，雙蛋白發(fā)酵乳飲料的感官評分呈先升高后降低的趨勢。當乳粉添加量為12%時，雙蛋白發(fā)酵乳飲料感官評分最高為87 分，質(zhì)地細膩、口感厚實、奶香濃郁；當乳粉添加量過少時，雙蛋白發(fā)酵乳飲料流動性、質(zhì)地很好，但其色澤不夠透亮、組織狀態(tài)黏稠度不足，同時飲料整體口味單調(diào)、乳香味微弱、口感偏??；當乳粉添加量過多時，低溫后熟操作容易導致飲料中析出細小的乳粉結(jié)塊，不利于低溫的飲用口感和貯存；同時，品嘗時具有顆粒感，味道過于黏膩，厚重的奶味容易掩蓋住飲料本身的味道，色澤不夠透亮，有輕微渾濁。因此，選擇乳粉添加量11%，12%，13%作為正交試驗因素水平。

2.3 雙蛋白飲料最佳配方的確定

在單因素試驗的基礎上，以乳清蛋白與大豆蛋白配比、白砂糖添加量、乳粉添加量為試驗因素，選取L9（34）的試驗方案進行正交試驗，以雙蛋白奶發(fā)酵乳飲料的感官評定得分為指標。

L9（34）正交試驗結(jié)果見表3。

表3 L9（34）正交試驗結(jié)果

由極差分析得，差值越大，對試驗結(jié)果的影響也就越大[9]。由表3 可知，各因素影響雙蛋白飲料感官品質(zhì)的主次順序為乳清蛋白和大豆蛋白比例＞乳粉添加量＞白砂糖添加量。

以感官評分為指標的正交試驗得出，制作雙蛋白奶發(fā)酵乳飲料最佳工藝組合為A2B3C3，即乳清蛋白與大豆蛋白配比4∶1，乳粉添加量13%，白砂糖添加量6%。根據(jù)上述的正交試驗結(jié)果進行驗證試驗，經(jīng)評定小組的感官評價，得出乳清蛋白和大豆蛋白配比4∶1，白砂糖添加量為6%，乳粉添加量為13%時感官評分較高。此配方發(fā)酵乳飲料組織狀態(tài)上質(zhì)地細膩均勻、流動性好，無沉淀和乳清析出；風味指標上幾乎無豆腥味，口感清爽，同時奶香濃郁、酸甜適中。最終確定乳清蛋白和大豆蛋白質(zhì)量比為4∶1，白砂糖添加量為6%，乳粉添加量為13%為最佳配方。

3 結(jié)論

以混合蛋白粉、白砂糖、乳粉為原料，研制雙蛋白奶發(fā)酵乳飲料。通過雙蛋白體系穩(wěn)定性指標選出優(yōu)質(zhì)大豆- 乳清雙蛋白體系，以產(chǎn)品感官評價得分為標準，優(yōu)化雙蛋白奶發(fā)酵乳飲料的制備工藝。以單因素試驗為基礎，確定各種原材料的最佳用量范圍，以乳清蛋白與大豆蛋白配比、白砂糖添加量、乳粉添加量為3 個因素水平，進行L9（34）正交試驗。結(jié)果顯示，乳清蛋白與大豆蛋白質(zhì)量比為4∶1，乳粉添加量為13%，白砂糖添加量為6%時制作出來的雙蛋白奶發(fā)酵乳飲料感官評分最高，為93 分，且質(zhì)地細膩、口感豐富、營養(yǎng)均衡。為雙蛋白奶發(fā)酵乳飲料提升蛋白質(zhì)利用率和發(fā)酵乳飲料新品種的研發(fā)提供理論依據(jù)。