改性豌豆蛋白替代脂肪的植脂奶油開發

蔣 將王 宇劉元法

JIANG Jiang1，2WANG Yu1LIU Yuan－fa1，2

（1.江南大學，江蘇 無錫 214122；2.江南大學食品科學與技術國家重點實驗室，江蘇 無錫 214122）

傳統的攪打奶油也稱乳脂奶油，具有濃郁的奶香以及滑膩的口感［1］，但其脂肪含量達30%～40%，并含有相當量的膽固醇［2］。植脂奶油也稱為人造攪打奶油，具有基于乳狀液的復雜的泡沫結構［3］。由于其替代了高熱量、高脂肪的傳統乳脂奶油而深受歡迎［2］。

植脂奶油是一種O／W型的乳狀液，其中所含蛋白質主要發揮營養［4］、乳化［1］、起泡［1］、改善體系質構和穩定性［5］等作用。植脂奶油中常用的蛋白質主要有酪蛋白、乳清蛋白和大豆分離蛋白，含量一般在1%左右，其中酪蛋白是植脂奶油中最常使用的蛋白質，是脂肪球膜的重要組成成分［4］。植脂奶油的復雜結構要求其中所含的脂肪在老化的過程中要形成一定程度的結晶，從而具有相應的功能性質與作用［6］。攪打過程中，植脂奶油中的脂肪球會在剪切力作用下相互接近，其內部的脂肪晶體刺破脂肪球膜而形成部分聚集，這種不完全的聚集使得脂肪在氣泡表面形成網絡結構，即脂肪骨架，對植脂奶油的泡沫結構產生保護作用［7，8］。固體脂肪含量太多或太少，脂肪球的部分聚集都難以發生，Dalgleish等［5］指出了脂肪球中結晶脂肪比例為10%～50%時脂肪部分聚集會達到最大化。趙強忠等［8，9］研究認為油脂用量在20%～23%時感官品質和奶油泡沫穩定性可以達到較好的平衡，并提出在脂肪部分聚集率60%左右時，能形成穩定的泡沫結構。

目前中國市面上銷售的植脂奶油產品的脂肪含量普遍在25%～35%［2］，依然含有相當高的脂肪。目前，低熱脂肪替代品大致有脂肪酸酯化產物、膠體類、淀粉類、纖維素類、蛋白質類等幾類［10］，其中蛋白質類主要是以蛋白質為原料經化學或物理處理制得的，典型的蛋白質類脂肪替代品有著名的Simplesse等。關于低脂植脂奶油的研究，Akalin等［11］用乳清分離蛋白以及菊粉替代一部分脂肪制作一種低脂冰淇淋，并研究了其流變性質；胡娟等［12］將菊糖作為脂肪替代品應用到植脂奶油中取得了不錯的效果；徐愛國等［13］則嘗試用硬脂酸淀粉酯替代部分氫化植物油，所制得的低脂植脂奶油與市售產品性質差距并不顯著。此外，也有一些關于無脂稀奶油的研究見諸報道［14］。

將蛋白質作為脂肪替代品應用于低脂植脂奶油中，可利用其良好的乳化性，在乳化液和氣泡體系中作為界面膜組分，穩定乳狀液和支撐脂肪部分聚集網絡結構［11］。豌豆蛋白作為價格低廉的全價蛋白，營養豐富且可顯著降低成本。但商業豌豆蛋白溶解性等功能性質不佳，不易直接用于植脂奶油，需進行改性以提高其應用價值。本實驗室前期研究［15］發現豌豆蛋白經適度變性后，其乳化性和起泡性皆有顯著提高，特別是將堿處理的豌豆蛋白替代部分脂肪時，可增加植脂奶油界面膜粘彈性，一定程度促進脂肪球的部分聚結，提高泡沫結構的穩定性，并獲得較好的流變性質和感官品質。研究還發現以2%堿處理豌豆蛋白替代2%油脂時，制得的植脂奶油產品具有可接受的應用指標和感官指標。

因此，本研究主要著眼于以一定量的堿性pH偏移處理的豌豆蛋白替代不同量的脂肪，制作植脂奶油，并與對照配方相比，確定植脂奶油中脂肪含量較合適的降低度，為低脂植脂奶油開發提供理論支撐，并為豌豆蛋白開發利用提供新的途徑。

1 材料與方法

1.1 材料

完全氫化棕櫚仁油：益海嘉里糧油（深圳）有限公司；

豌豆分離蛋白：蛋白含量83.2%，煙臺東方蛋白公司；

酪蛋白：蛋白含量92.1%，澳洲MG公司；

油紅－O：分析純，美國Sigma公司；

蔗糖酯S170和S1670（HLB分別為1和16）：日本三菱化學株式會社；

大豆粉末磷脂：北京華夏厚德公司；

黃原膠、瓜爾豆膠、香蘭素：上海紫凌商貿有限公司；

淀粉糖漿：上海好成食品有限公司；

白砂糖、玉米油：中糧食品營銷有限公司；

NaCl、NaH2PO4、Na3PO4、濃鹽酸、氫氧化鈉等：分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器設備

流變儀：AR1000型，美國TA儀器公司；

循環加熱器：ME－12型，德國Julabo公司；

電子天平：PL3002型，梅特勒－托利多儀器有限公司；

高壓均質機：APV－1000實驗型，德國APV公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 植脂奶油的制備 參照文獻［16］。

水相＋油相→乳狀液制備→巴氏殺菌→快速冷卻→老化→速凍→低溫解凍→攪打→植脂奶油

主要原料為水、白砂糖、淀粉糖漿、大豆分離蛋白、氫化油、多糖、酪蛋白酸鈉等。在70℃下，攪拌30min，100℃巴氏殺菌，在均質壓力為40MPa的條件下均質兩次，冰水浴降溫，隨后迅速冷卻至－18℃，使用前將乳狀液置于4℃冰箱解凍24h。

根據前期研究［15］確定基礎配方，采用2%堿改性豌豆蛋白替代不同含量脂肪得到低脂配方（表1）。其中堿改性豌豆蛋白的制備方法：配制4%的蛋白溶液，在40℃下加熱攪拌2h。用2mol／L的NaOH溶液滴定蛋白溶液到pH 12，40℃下攪拌1h，以2M鹽酸調pH到7。改性蛋白冷凍干燥待用，對于添加pH偏移處理改性蛋白的樣品，根據蛋白改性后NaCl含量調整配方中用量，使各樣品一致。

1.3.2 乳狀液和奶油表觀黏度的測定 參照文獻［15］。

1.3.3 脂肪部分聚集率測定 參照文獻［17］。

1.3.4 奶油攪打起泡性質的測定 參照文獻［15］。

1.3.5 奶油屈服力、觸變性和彈性模量的測定 使用AR1000型流變儀，選用40mm平行板，間距1mm，10℃下測定其屈服應力、觸變特性和彈性模量（G′），測定觸變特性時，剪切速率范圍設定0～200s－1，測定彈性模量時，掃描范圍為0～10Hz。

1.3.6 植脂奶油感官評定 采用前期研究的方法，選取12名感官評定員，在奶油攪打完畢后立即取樣品評。感官評定涉及5個指標：入口即化感、油膩感、豆腥味、光澤細膩度和總體喜好［15］。入口即化感是指奶油在口中泡沫破裂模擬出的油脂融化的感覺；油膩感是指類似油脂在口中的滑膩的口感；光澤細膩度是指奶油表面和內部的細膩程度以及光澤情況；總體喜好是對奶油的總體喜歡程度。評分標準為9分制，其中入口即化感、油膩感、光澤細膩度和總體喜好分數越高說明越喜歡；豆腥味分數越高說明豆腥味越重。

表1 植脂奶油配方Table1 Formula of whipped cream ／（10－2g·g－1）

1.3.7 數據處理 試驗得到的數據用Sigmaplot 11.0統計軟件中的方差分析（ANOVO）程序進行分析。用LSD檢驗判別數據之間的差異性，顯著差異水平P＜0.05。重復試驗所得數據以均值±標準差表示。

2 結果與討論

2.1 不同植脂奶油乳狀液的表觀黏度

圖1顯示了不同奶油乳狀液體系的表觀黏度。

圖1 不同植脂奶油乳狀液的表觀黏度Figure1 Apparent viscosity of different whipped cream emulsion

由圖1可知，以2%用量的堿處理豌豆分離蛋白替代植脂奶油中的脂肪時，體系表觀黏度均顯著高于基礎配方樣品，這主要歸因于添加了2%改性豌豆蛋白，從而提升了體系的黏度。對于添加同等含量豌豆蛋白的植脂奶油體系，脂肪含量的降低會降低其表觀黏度，這主要是乳狀液中脂肪球數量減少所導致的。表觀黏度的升高意味著攪打環節可能需要更長的時間。

2.2 不同植脂奶油的脂肪部分聚集率

降低植脂奶油的脂肪含量也會對奶油中脂肪的部分聚集率產生影響（圖2）。奶油攪打過程一般分為快速起泡階段、快速聚集階段、凝聚穩定階段，圖2顯示對照樣品的快速聚集階段主要在2～8min，到10min左右即達到穩定階段，最終脂肪聚集率達到84%左右。而使用2%改性豌豆蛋白的低脂植脂奶油，其快速聚集階段相對較長，主要落在2～12min內，甚至延長至14min，最終脂肪聚集率均顯著低于對照樣，其中脂肪含量17%和18%的樣品，其脂肪部分聚集率可達到70%以上；脂肪含量15%和16%的樣品，其脂肪部分聚集率落在50%～60%，脂肪含量14%的樣品，其脂肪部分聚集率最終僅達到44%。

圖2 不同奶油的脂肪部分聚集率Figure2 Fat partial coalescence in different whipped cream

植脂奶油攪打過程中脂肪的部分聚集對泡沫結構的形成與穩定有著重要的影響［7］。對于添加了改性豌豆蛋白的樣品，其脂肪部分聚集的速度明顯低于對照樣，其原因是：① 因為添加蛋白的樣品，表觀黏度較大，減緩了氣體進入乳狀液的速度，故脂肪的部分聚集速度也隨之減緩；② 因為蛋白質優先于脂肪球吸附在氣泡表面，降低了脂肪球吸附到氣液界面的速度，故脂肪部分聚集速率減緩［18］。然而，乳狀液黏度的增大以及氣泡表面吸附更多的蛋白，會增強體系的粘彈性，提升所形成氣泡的穩定性。此外，脂肪含量也會影響攪打過程中脂肪球的數量，從而影響脂肪部分聚集率。脂肪含量越低，乳狀液中形成的脂肪球數量就越少，降低了脂肪球在剪切力作用下相互碰撞的幾率，且結晶脂肪不易刺破脂肪球之間的界面膜以形成橋聯，從而使得脂肪部分聚集難度增加。

2.3 不同植脂奶油的攪打起泡性質

攪打起泡性質是評價植脂奶油應用性能的重要指標，表2顯示了脂肪含量對奶油攪打起泡性質的影響。與對照樣品相比，低脂植脂奶油樣品的起泡率及泡沫穩定性都隨著脂肪含量的降低而降低。在起泡率方面，脂肪含量16%～18%的奶油樣品與對照樣接近，但脂肪含量14%和15%的樣品顯著低于對照樣。這可能是由于脂肪的大幅降低會降低其部分聚集率，從而減少泡沫結構的形成。在起泡率方面，植脂奶油與冰激淋等具有類似的需求，即所起泡沫體積足夠大［19］；但在泡沫穩定性方面，植脂奶油要求更高。表2顯示不同樣品的泡沫穩定性差異較顯著，脂肪含量的降低對泡沫穩定性的降低影響突出。這主要是由于脂肪含量的降低會減少脂肪球數量，氣泡表面附著的部分聚集脂肪球減少，不能形成足夠堅固的脂肪骨架來支撐氣泡膜，因此泡沫的穩定性降低。這也是研究提出植脂奶油最佳脂肪含量為20%以上的主要原因［8］。在攪打時間方面，對照樣因脂肪快速聚集時間較短，所以在8.5min即可完成攪打，而使用2%改性豌豆蛋白的植脂奶油則因脂肪聚集速率的顯著下降需要14min左右的時間才可以完成攪打。

表2 不同奶油的攪打起泡性質?Table2 Whipping properties of different whipped cream（n ＝6）

2.4 不同植脂奶油的流變特性

奶油的流變特性也是評價其應用性能的重要方面［8］。特別是奶油的屈服應力值、觸變性和彈性模量是極為常見的評價指標。圖3顯示了不同脂肪含量的奶油體系的屈服應力值。它反映著擠壓裱花所需的最小力，當屈服應力值處于100～200Pa時，樣品裱花效果較好。由圖3可知，當脂肪含量降低到16%以后，奶油的屈服應力開始顯著低于對照樣品，雖然仍處于可接受的范圍內，但感官性質上已開始呈現越來越軟的趨勢。

圖3 不同奶油的屈服應力Figure3 Yield stress of different whipped cream

植脂奶油裱花時的保形性與其觸變性密切相關。圖4顯示了不同脂肪含量的植脂奶油的觸變性。由圖4可知，添加2%改性豌豆蛋白的低脂植脂奶油樣品的觸變環都比對照樣品大，其中脂肪含量16%～18%的樣品尤其明顯。較大的觸變環面積，表明在外力撤消后體系恢復到未經外力作用的狀態所需時間會較長。對于裱花體系，觸變環面積必須足夠小以維持良好的保形性，便于制作細小的紋路、清晰的棱角和線條［8］。然而，觸變環如果沒有或者太小，入口即化感又會受影響，因此需結合感官評定來最終確定合適的參數。同時，圖4還顯示添加了pH偏移處理的豌豆蛋白的奶油樣品，其初始黏度均較對照樣高，這往往對口感不利。

圖4 不同奶油的觸變性Figure4 Thixotropy of different whipped cream

理想的植脂奶油體系應該為彈性占主體的粘彈性體系。圖5表明不同脂肪含量的奶油樣品，其彈性模量存在一定差異。盡管各樣品的G’均表現出隨剪切頻率的增加而增加的趨勢，符合彈性體系的特征，但比較不同奶油樣品，可發現其彈性模量隨脂肪含量降低而降低，脂肪含量17%～18%的奶油樣品相對來說具有較高的彈性模量，與對照樣相近，奶油較為硬挺，其中脂肪含量18%的樣品甚至比對照樣表現出更好的彈性。然而，脂肪含量14%～16%的樣品則表現出較稀和硬度偏低的不足。

圖5 不同奶油的彈性模量Figure5 Elastic modulus（G′）of different whipped cream

2.5 不同植脂奶油的感官品質

表3比較了幾種奶油的入口即化感、油膩感、光澤細膩度、豆腥味和總體喜好等感官品質。在入口即化感方面，脂肪含量17%和18%的植脂奶油與對照樣品無顯著差異，但脂肪含量進一步降低則會帶來入口即化感的顯著差異。從觸變性的分析結果看，低脂植脂奶油觸變環面積均大于或接近對照樣，但入口即化感卻并不完全相符，表明蛋白添加后可能因黏度增加而影響入口即化感。在油膩感方面，各樣品總體上呈現隨脂肪含量減少而減少的趨勢，但受所加蛋白的影響，脂肪含量17%，18%的樣品在油膩感方面與對照樣無顯著差異。在豆腥味方面，添加堿處理豌豆蛋白的樣品表現出相近的豆腥味，對感官造成了一定的不利影響。光澤細膩感方面，對照樣顯著優于各組低脂植脂奶油，表現出明顯的優勢，但脂肪含量17%和18%的樣品仍舊有較好的接受度。總體喜好方面，脂肪含量17%，18%的兩個樣品接近對照樣，這主要是因為它們在黏度、G′上都近似于20%脂肪樣品，并且具有較高的脂肪部分聚集率，能產生較好的油膩感，泡沫結構也更加均勻穩定，細膩感、光澤度較好。

表3 不同植脂奶油的感官品質?Table3 Sensory qualities of different whipped cream（n ＝12）

3 結論

采用pH 12偏移處理的豌豆蛋白作為植脂奶油的脂肪替代品，在2%替代量的條件下，植脂奶油在脂肪部分聚集率、攪打性質、流變特性和感官品質方面會隨奶油產品中脂肪含量的不同而呈現較大差異。當脂肪含量為17%～18%時，奶油的脂肪聚集率與含脂20%的對照樣較為接近，盡管攪打時間由8min左右延長到14min左右，但起泡率無顯著差異，泡沫穩定性也處于可接受度范圍，其黏度和彈性也均接近對照樣。感官品質方面，除豆腥味方面差異較大，入口即化感和油膩感與對照樣無顯著差異，光澤細膩感也接近對照樣。考慮到外加香精調節奶油產品氣味的技術普遍應用［20］，可以考慮采用外加2%改性蛋白并將脂肪含量降低到17%～18%以滿足低脂需求。研究也發現，在目前的蛋白添加量下，當脂肪含量降低到16%及以下時，奶油開始變稀變軟，攪打品質、流變品質均大幅下降。

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