乳化型大豆分離蛋白對冰淇淋質構的影響及工藝優化

王才立，張效偉，張釗

(山東嘉華保健品股份有限公司，山東 莘縣，252400)

乳化型大豆分離蛋白對冰淇淋質構的影響及工藝優化

王才立1*，張效偉，張釗

(山東嘉華保健品股份有限公司，山東 莘縣，252400)

主要研究了乳化型大豆分離蛋白(ESPI)以40%～80%的添加量替代全脂乳粉在冰淇淋中的應用，通過測定冰淇淋漿料黏度、膨脹率、融化率等指標，研究ESPI的添加量對冰淇淋品質的影響。單因素實驗表明，冰淇淋漿料粘度及硬度均隨ESPI取代率的增加而顯著提高；冰淇淋的膨脹率隨著ESPI添加量的增加而提高；隨著ESPI添加量的增加，冰淇淋的融化率有升高的趨勢，達到60%的添加量時，融化率開始下降；ESPI冰淇淋感官評價綜合指標隨著添加量的增加先升高后降低。結果還表明，跟其他大豆分離蛋白相比，這種乳化型大豆分離蛋白的替代量處于較高的水平。大豆分離蛋白冰淇淋的品質與加工過程中的ESPI替代量、CMC-Na添加量、單甘酯添加量以及水的添加量有很大關系，4個因素對ESPI冰淇淋感官評定的影響大小順序為：單甘酯添加量(C)> CMC-Na添加量(B)>水的添加量(D)> ESPI替代量(A)。結合冰淇淋的膨脹率、融化率以及感官評定的結果，其最佳組合為：ESPI替代量為60%，CMC-Na添加量為0.3%，單甘酯添加量為0.2%，水的添加量為60%。

冰淇淋；融化率；膨脹率；大豆分離蛋白

大豆分離蛋白(ESPI)是以低溫脫溶豆粕為原料生產的一種植物蛋白類食品配料，營養價值高，是植物蛋白中替代動物蛋白的首選[1]。大豆分離蛋白具有乳化性、水合性、吸油性、凝膠性、發泡性以及成膜性等多種功能特性，在冰淇淋的加工過程中，大豆分離蛋白的乳化性和發泡性對冰淇淋的品質起到重要作用。冰淇淋是以飲用水、牛乳、奶粉、奶油(或植物油脂)、食糖等為主要原料，加入適量食品添加劑，經混合、滅菌、均質、老化、凝凍、硬化等工藝制成的體積膨脹的冷凍飲品。目前，市面上的冰淇淋大部分以奶粉或奶油為主要原料[2]，雖然口感潤滑舒爽，但同時也帶有奶油的高熱量等不利因素。隨著全球奶制品價格上漲[3]，以及人們對健康食品的追求，促使植物蛋白質資源，尤其是大豆分離蛋白的開發利用日益高漲[4]，成為替代奶粉或奶油的主要原料。

本研究利用山東嘉華保健品股份有限公司生產的乳化型大豆分離蛋白(ESPI)對冰淇淋的配方進行優化調整，其乳化性能及發泡性能優勢明顯，ESPI擁有優良的加工特性與功能特性，將其添加到冰淇淋的加工應用中，替代部分全脂乳粉，可以有效降低冰淇淋中脂肪含量，降低生產成本，提高冰淇淋的感官品質以及營養價值。

1 材料與方法

1.1材料與試劑

乳化型大豆分離蛋白(ESPI)，山東嘉華保健品股份有限公司；全脂乳粉，雀巢中國公司；非轉基因大豆油，山東嘉華保健品股份有限公司；冰淇淋專用復配穩定劑、糖漿、白砂糖、單甘脂、羧甲基纖維素鈉(CMC- Na)，均為市售食品級原料。

1.2主要儀器與設備

電子天平，上海精密科學儀器有限公司；巴氏殺菌罐，上海輝展實驗設備有限公司；冰淇淋機，深圳海川食品科技有限公司；小型高壓均質機，上海申鹿機械設備有限公司；電磁爐，美的科技有限公司。

1.3試驗內容

1.3.1 乳化型大豆分離蛋白冰淇淋配方的選擇

冰淇淋基礎配方見表1。

表1 冰淇淋基礎配方表

1.3.2 冰淇淋的制作工藝

原料混合：先將糖漿、CMC-Na與白砂糖混合后溶于水中，再添加全脂奶粉、ESPI等水溶性輔料進行攪拌，然后在攪拌狀態下緩慢地加入提前加熱融化的單甘酯和非轉基因大豆油進行乳化[5]。

滅菌：利用巴氏殺菌罐在75 ℃下殺菌15 min。

均質：采用小型高壓均質機進行均質，均質機第一級壓力為50 MPa，第二級壓力為12 MPa，循環均質30 min。

老化：將均質漿料冷卻后置于4℃環境中老化3 h。

凝凍：將漿料置于冰淇淋進料室內，用冰淇淋機對漿料進行凝凍，凝凍15 min，出口溫度控制在-3 ℃～-4 ℃。

硬化：在-18 ℃冷柜中，硬化24 h。

1.3.3 冰淇淋膨脹率的測定

分別測定冰淇淋凝凍前后在相同體積下的質量，按照公式(1)[6]進行膨脹率的計算：

(1)

1.3.4 冰淇淋融化率的測定

準確稱取60 g硬化后的冰淇淋，置于100目的篩網上，然后將其置于35 ℃的環境下，20 min后，測定融化的冰淇淋的質量。按照公式(2)[7]計算冰淇淋融化率：

(2)

1.3.5 冰淇淋制作工藝單因素試驗

按照上述工藝來設計單因素試驗，考察乳化性大豆分離蛋白(ESPI)的替代量、CMC-Na的添加量、單甘酯的添加量以及水的添加量對冰淇淋品質的影響。試驗中具體操作方式如下：按40%、50%、60%、70%、80%的ESPI用量來替代奶粉，用于冰淇淋的制作；調整CMC-Na的添加量為0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%；調整單甘酯的添加量為0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%；調整水的比例為40%、50%、60%、70%、80%。

1.3.6 正交試驗

在前期單因素試驗的基礎上，采用L9(34)正交試驗設計方法[9]，以冰淇淋膨脹率、融化率以及冰淇淋的感官評定分數為評價指標，以ESPI的替代量(A)，CMC-Na的添加量(B)，單甘酯的添加量(C)以及水的添加量(D)為影響因素對工藝條件進行優化研究。正交實驗設計見表2。

表2 正交試驗因素水平 單位：%

1.3.7 冰淇淋感官評價

將冰淇淋置于-18℃冷柜中，放置24 h后取出，由6人感官評定小組按照表3對大豆分離蛋白冰淇淋進行感官評定，感官評定內容主要包括氣味、組織狀態、顏色、口感細膩程度、硬度等指標。

表3 冰淇淋感官評價得分標準

1.4數據處理

利用數據處理軟件對試驗數據進行處理與分析。

2 結果與討論

2.1乳化型大豆分離蛋白冰淇淋制作工藝單因素結果

2.1.1 ESPI的替代量對冰淇淋品質的影響

ESPI替代量對冰淇淋的品質的影響評價見表4。

表4 ESPI的替代量對冰淇淋品質的影響

從表4可以看出，隨著大豆蛋白添加量的增加，冰淇淋的膨脹率升高。在冰淇淋的加工過程中，大豆分離蛋白在體系中發揮著起泡作用，并且優良的乳化性能使油脂與蛋白結合，形成致密網狀結構，表觀上就是冰淇淋處于一個膨化的狀態，說明添加乳化型大豆分離蛋白可以提高冰淇淋的膨脹率。 另外，在一定的添加量范圍內，隨著ESPI添加量的增加，冰淇淋的融化率呈上升的趨勢，但是到了一定的添加量，比如本次試驗中，ESPI添加量為全脂奶粉的60%時，開始呈現下降的趨勢。分析其原因是ESPI的添加量過多時，水、蛋白以及油脂的結合導致了冰淇淋內部的結構發生了改變，三者的結合更加緊密，表現出來就是冰淇淋的融化率到達一定的界限后開始降低。

隨著ESPI添加量的增多，冰淇淋的口感發生了改變，其中的沙粒感表現明顯，通過分析原因，隨著ESPI的添加量增多，水、蛋白以及油脂等結合緊密，乳化效果逐漸增強，導致冰淇淋凝凍之前的漿料黏度開始變得稠密。所以經過同樣的均質時間，料漿稠的冰淇淋組織結構中顆粒相對來說就會比較多，可以通過延長均質時間進行改善。此外，冰淇淋中的小冰粒會隨著ESPI添加量的增多會逐漸消失，這是因為ESPI會和料漿中的自由水產生結合，乳化性能的提高改變了冰淇淋的質構，使自由水減少甚至消失，所以小冰粒的數量也會減少甚至消失。在ESPI添加過多時，冰淇淋的顏色和口味會有一個感官上的不適感：顏色變深、味道上會有少許豆腥味。因為ESPI本身的一些特性導致其添加量不宜過多，所以在冰淇淋生產加工過程中應考慮這種缺陷。總體來講，從表4可以看出，通過本實驗中這幾種ESPI不同添加量的冰淇淋的對比，可以得到最佳的配方是取代率為60%的冰淇淋，因此可以選取50%、60%、70%的替代率用于正交試驗。

2.1.2 CMC-Na的添加量對冰淇淋品質的影響

CMC-Na在冰淇淋的冷藏過程中可以防止其發生萎縮，對形體的保持具有良好的作用[10]。當CMC-Na的添加量分別為0.05%、0.1%、0.2%、0.3%和0.4%時，冰淇淋的膨脹率、融化率以及感官評定結果見表5。根據表5的結果可以看出，CMC-Na添加量較少時，冰淇淋的組織結構粗糙，會產生較多的冰晶；添加量過多時，冰淇淋料漿過于黏稠，冰淇淋的膨脹率會下降，口感不細膩。CMC-Na的添加量為0.2%時，冰淇淋的組織柔軟細膩，表面光滑，口感細膩、感官評價分數最高。因此，選擇CMC-Na的添加量0.1%、0.2%、0.3%作為正交試驗考察水平。

表5 CMC-Na的添加量對冰淇淋品質的影響

2.1.3 單甘酯的添加量對冰淇淋品質的影響

單甘脂在冰淇淋的加工過程中起到乳化劑的作用，具有良好的乳化作用[11]。單甘酯的添加量過少時，冰淇淋膨脹率低，容易使脂肪球析出，形成粗大冰晶，融化速度快。為了彌補這一缺陷，可以用ESPI替代脂肪，改善冰淇淋的品質。適量的單甘酯可促進油與水的混合，促進脂肪均勻分散，避免產品中出現脂肪顆粒，提高冰淇淋的貯存穩定性[12]。由表6可知，隨著單甘酯的添加量增加，冰淇淋的感官評分先增大后減小。當單甘酯添加量超過0.2%時，除增加冰淇淋的生產成本外，還會導致產品的口感變差。因此，選擇單甘酯的添加量為0.1%、0.2%、0.3%作為正交試驗優化水平。

表6 單甘酯的添加量對冰淇淋品質的影響

2.1.4 加水量對冰淇淋品質的影響

在冰淇淋加工過程中，加水量過少，冰淇淋料漿比較黏稠，膨脹率會處于一個比較低的水平，口感粗糙。如表7所示，隨著加水量的增加，超過60%時，在冷凍過程中，冰淇淋的冰晶小顆粒會隨之增加[13]，融化速度快，冰淇淋會產生發渣的口感，感官評價得分較低。綜合考慮，選取50%、60%、70%的加水量作為正交試驗優化水平。

表7 加水量對冰淇淋品質的影響

2.2正交試驗結果與分析

正交試驗結果見表8。

表8 正交試驗結果

對表8的結果進行極差分析，結果見表9和圖1、圖2、圖3。

表9 ESPI冰淇淋膨脹率、融化率和感官評定極差分析結果

圖1 ESPI冰淇淋膨脹率極差分析結果Fig.1 Extreme difference in the expansion rate of the ESPI ice cream

圖2 ESPI冰淇淋融化率極差分析結果Fig.2 Extremely poor melting results of ESPI ice cream

圖3 ESPI冰淇淋感官評定極差分析結果Fig.3 Sensory evaluation of the ESPI ice cream

從表9以及圖1 、圖2、圖3可以看出，各因素對冰淇淋膨脹率影響的大小順序依次為單甘酯添加量(C)>CMC-Na添加量(B)>ESPI替代量(A)>水的添加量(D)，就冰淇淋膨脹率而言，最優組合為A3B1C2D3，即：ESPI替代量為70%，CMC-Na添加量為0.1%，單甘酯添加量為0.2%，水的添加量為70%，在此最佳條件下制作ESPI冰淇淋，測得其膨脹率可達38.1。而對于感官評價結果，則最優組合為A2B3C2D2，即：ESPI替代量為60%，CMC-Na添加量為0.3%，單甘酯添加量為0.2%，加水量為60%，按此組合制作的冰淇淋口感順滑，組織無冰粒，組織結構細膩，可為冰淇淋的加工提供參考。

3 結論

大豆分離蛋白冰淇淋的品質與加工過程中的ESPI替代量、CMC-Na添加量、單甘酯添加量以及水的添加量有很大關系。通過單因素實驗結合正交實驗對ESPI替代量、CMC-Na添加量、單甘酯添加量以及水的添加量對冰淇淋的品質進行了分析，結果表明：

(1) 4個因素對ESPI冰淇淋膨脹率的影響大小順序為：單甘酯添加量(C)>CMC-Na添加量(B)>ESPI替代量(A)>水的添加量(D)。其最佳組合為：ESPI替代量為70%，CMC-Na添加量為0.1%，單甘酯添加量為0.2%，水的添加量為70%，在此最佳條件下制作ESPI冰淇淋，測得其膨脹率可達38.1%。

(2) 4個因素對ESPI冰淇淋融化率的影響大小順序為：ESPI替代量(A)>單甘酯添加量(C)> CMC-Na添加量(B)>水的添加量(D)。

(3) 4個因素對ESPI冰淇淋感官評定的影響大小順序為：單甘酯添加量(C)> CMC-Na添加量(B)>水的添加量(D)> ESPI替代量(A)。感官評定的結果，其最佳組合為：ESPI替代量為60%，CMC-Na添加量為0.3%，單甘酯添加量為0.2%，水的添加量為60%，在此最佳條件下制作的ESPI冰淇淋，ESPI替代率可以達到60%。

(4) 隨著乳化型ESPI添加量的增加，冰淇淋漿料的黏度會出現上升趨勢，可以促進冰淇淋漿料中水、蛋白以及油脂的結構集合緊密，冰淇淋的穩定性逐漸增強；在ESPI取代全脂奶粉的添加量的實驗范圍內，冰淇淋膨脹率呈現先上升的趨勢；冰淇淋的融化率隨著ESPI添加量的增加呈現先升高后降低的趨勢。綜合感官評價小組的評定結果，ESPI取代量在60%，即工藝配方為ESPI 6%、全脂奶粉4%、非轉基因大豆油10%、白砂糖12%、糖漿5.6%、CMC-Na 0.3%、單甘酯0.2%、穩定劑2%、水60%時，冰淇淋的膨脹率、融化率以及各項感官指標處于較佳狀態。跟其他大豆分離蛋白相比[8]，這種ESPI的替代量處于較高的水平。

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Effectofemulsifiedsoyproteinisolateonthetextureoficecreamanditsoptimizationprocess

WANG Cai-li*,ZHANG Xiao-wei,ZHANG Zhao

(Shandong Sinoglory Health Food Co.,Ltd,Shenxian 252400,China)

The application of emulsified soy protein isolate (ESPI) used in ice cream to substitute of 40%-80% of whole milk powder was studied.The viscosity,swelling and melting rate of ice cream slurry by the influence of ESPI on the quality of ice cream were studied.The results showed that the viscosity and hardness of the ice cream slurry increased significantly with the substitution rate of ESPI.The swelling rate increased with the increase of ESPI.With the increase of the ESPI,the melting rate of ice cream increased,however,it decreased after more than 60% of ESPI added.The sensory evaluation index increased first and then decreased with the increase of ESPI.The results also showed that the substitution amount of ESPI was higher than that of other soy protein isolates.The quality of the ice cream is closely related to the amount of ESPI substitution,the amount of CMC-Na,monoglyceride and the amount of water added during the processing.The order of influence of four factors on the sensory evaluation of ESPI ice cream: the content of monoglyceride (C)> CMC-Na addition (B)> amount of water added (D)> ESPI substitution (A). The best combination is: ESPI 60%,CMC-Na 0.3%,monoglyceride 0.2%,water 60%.

ice cream；melting rate； swelling rate；soy protein isolate

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.013781

碩士，工程師(本文通訊作者,E-mail:caili0628@163.com)。

2017-01-08，改回日期：2017-02-14