混料設(shè)計(jì)在中老年牦牛乳蛋白粉配方研究中的應(yīng)用

羅麗，宋禮，崔廣智，蘇德亮，李亞萍，張?zhí)m威

（1.甘肅華羚生物技術(shù)研究中心，甘肅蘭州730000；2.國(guó)家乳品加工技術(shù)研發(fā)分中心，甘肅蘭州730000；3.哈爾濱工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150090）

隨著年齡的增長(zhǎng)，人體各個(gè)組織、器官均發(fā)生一系列退行性變化，組織器官功能降低，基礎(chǔ)代謝降低，對(duì)蛋白質(zhì)的消化率和利用率降低，體內(nèi)酶活性降低，脂質(zhì)過(guò)氧化物聚積，血管逐漸硬化，易引起高血壓、動(dòng)脈粥樣硬化和冠心病，骨鈣流失較多，易發(fā)生骨質(zhì)疏松[1]。研究表明，牦牛乳比黑白花牛乳中各指標(biāo)含量均高，其中干物質(zhì)、脂肪、蛋白質(zhì)、碳水化合物、非脂乳固體、礦物質(zhì)分別比荷斯坦牛乳高36.98%、106.56%、81.85%、9.41%、3.81%、20.34%[2-4]。此外乳牦牛乳中還富含免疫球蛋白、乳鐵蛋白、DHA、共軛亞油酸等多種功能性成分，其中牦牛乳中酪蛋白約占總蛋白的76%～86%，包括α-酪蛋白、β-酪蛋白、κ-酪蛋白，其次是α-乳白蛋白、β-乳球蛋白和免疫球蛋白[5-7]。IgG、IgA和IgM是存在于牦牛乳中的3類主要免疫球蛋白，其中IgG占主導(dǎo)地位[8]。本研究研制的中老年牦牛乳蛋白粉，以分散性和感官評(píng)分為目標(biāo)條件，綜合分析各原輔料的營(yíng)養(yǎng)特性，結(jié)合中老年人對(duì)食品營(yíng)養(yǎng)的需求，通過(guò)混料設(shè)計(jì)[9-10]優(yōu)化大宗原料的混合配比，最終研制出口感良好、營(yíng)養(yǎng)豐富的中老年牦牛乳蛋白粉配方。

1 材料與方法

1.1 材料

牦牛乳粉：甘肅華羚乳品股份有限公司；乳清蛋白（WPC80）：新西蘭進(jìn)口；大豆分離蛋白：杜邦中國(guó)集團(tuán)有限公司；酪蛋白磷酸肽：丹麥Arla；復(fù)配維生素、復(fù)配礦物質(zhì)（食品級(jí)）：帝斯曼中國(guó)有限公司；碳酸鈣：食品級(jí)。

1.2 主要儀器和設(shè)備

AL104型電子天平：梅特-托利多儀器有限公司；V型粉末混料機(jī)：達(dá)運(yùn)機(jī)械有限公司；DZKW恒溫水浴鍋：上海試驗(yàn)儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 單因素試驗(yàn)

中老年牦牛乳蛋白粉配方設(shè)計(jì)中，以乳清蛋白、牦牛乳粉為主料，輔以大豆分離蛋白、碳酸鈣和復(fù)配維生素、復(fù)配礦物質(zhì)、酪蛋白磷酸肽，通過(guò)配比優(yōu)化，使口感與溶解分散性符合產(chǎn)品要求。產(chǎn)品配料中，酪蛋白磷酸肽0.1%，復(fù)配維生素0.2%，復(fù)配礦物質(zhì)0.2%，碳酸鈣0.5%左右，通過(guò)單因素試驗(yàn)優(yōu)化牦牛乳粉（6%、8%、10%、12%、14%），乳清蛋白（82%、84%、86%、88%、90%），大豆分離蛋白（2%、4%、6%、8%）添加范圍，按表1進(jìn)行感官評(píng)分，結(jié)合溶解分散性，確定混料設(shè)計(jì)配方的添加量范圍。

1.3.2 混料設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用Design Expert（Version 8.0.6），通過(guò)混料設(shè)計(jì)中的D-Optional方法，對(duì)中老年牦牛乳蛋白粉配料牦牛乳粉、乳清蛋白、大豆分離蛋白和碳酸鈣用量進(jìn)行優(yōu)化。試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1。

表1 試驗(yàn)變量與響應(yīng)值的目標(biāo)范圍Table 1 Desirable range for each variable and response

1.3.3 產(chǎn)品評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法

1.3.3.1 感官評(píng)價(jià)

選擇10名具有感官評(píng)價(jià)能力的人（無(wú)特殊口感偏好），采用打分制對(duì)中老年牦牛乳蛋白粉溶解后色澤和組織狀態(tài)、滋氣味、口感在同一標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行感官評(píng)分，具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standard

1.3.3.2 分散性測(cè)定[11]

在250 mL燒杯中加入100 mL去離子水，放入50℃恒溫水浴中，加入10 g牦牛乳蛋白粉，記錄從攪拌開(kāi)始到結(jié)塊組織全部分散所需的時(shí)間。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 牦牛乳粉添加范圍確定

牦牛乳粉添加量確定見(jiàn)圖1。

圖1 牦牛乳粉添加量確定Fig.1 Determination of yak milk powder content

由圖1可以看出，隨牦牛乳粉添加量增加，產(chǎn)品感官評(píng)分出現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，產(chǎn)品溶解分散時(shí)間逐漸降低。當(dāng)牦牛乳粉添加量10%～12%時(shí)，產(chǎn)品感官評(píng)分相對(duì)較高，由于牦牛乳粉具有濃郁的膻味，隨著添加量的增加，膻味逐漸被凸顯，影響產(chǎn)品整體感官。牦牛乳粉添加量8%～14%時(shí)，產(chǎn)品溶解分散時(shí)間下降較快。因此選擇添加量為10%～12%為混料設(shè)計(jì)所需的水平范圍。

2.1.2 乳清蛋白添加范圍確定

乳清蛋白添加量確定見(jiàn)圖2。

圖2 乳清蛋白添加量確定Fig.2 Determination of whey protein powder content

由圖2可以看出，隨著乳清蛋白添加量增加，產(chǎn)品感官評(píng)分出現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，產(chǎn)品溶解分散時(shí)間逐漸增加。當(dāng)牦牛乳粉添加量為86%時(shí)，產(chǎn)品感官評(píng)分最高，但溶解分散時(shí)間明顯延長(zhǎng)。研究表明，乳清蛋白可以抑制肝臟肌肉脂肪合成酶（muscle fat synthetase）的活性，從而使身體脂肪的積累減少，同時(shí)也能夠剌激肌肉組織C存糖原能量物質(zhì)以適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間不間斷的耐力訓(xùn)練[12]。但乳清蛋白易個(gè)風(fēng)味物質(zhì)結(jié)合，使產(chǎn)品具有發(fā)酵味、酸味、苦味等不良風(fēng)味，且添加量過(guò)高時(shí)，產(chǎn)品感官黏性較大，從而影響產(chǎn)品口感[13-14]。因此，乳清蛋白添加量在84%～86%。

2.1.3 大豆分離蛋白添加范圍確定

大豆分離蛋白添加量確定見(jiàn)圖3。

由圖3可以看出，隨大豆分離蛋白添加量增加，產(chǎn)品感官評(píng)分出現(xiàn)先迅速上升后緩慢下降的趨勢(shì)，但在4%～8%之間，感官差異不大。隨著大豆分離蛋白添加量的增大，產(chǎn)品溶解分散時(shí)間逐漸延長(zhǎng)，因此確定大豆分離蛋白添加量為4%～6%。

圖3 大豆分離蛋白添加量確定Fig.3 Determination of soybean protein isolate powder content

2.2 混料設(shè)計(jì)

2.2.1 模型建立及評(píng)價(jià)

混料設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)表見(jiàn)表3。

表3 混料設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)表Table 3 Mixture design and evaluation

2.2.2 方差分析

由表3所列感官評(píng)定和分散性測(cè)定結(jié)果，利用軟件對(duì)響應(yīng)值感官分值結(jié)果進(jìn)行二次多項(xiàng)式回歸擬合，建立感官分值和分散性的回歸模型，得到的回歸方程方差分析結(jié)果如表4、表5所示。

表4 感官評(píng)分回歸模型方差分析Table 4 ANOVA of the regression model analysis of sensory score

表5 分散性回歸模型方差分析Table 5 ANOVA of the regression model analysis of dispersity

感官評(píng)分回歸方程分析如表4所示，由表4可以看出，線型混合模型和二次模型都達(dá)到0.01的顯著水平，判定系數(shù)R2=0.990 4，R2Adj=0.963 4，表明模型方程具有較好的擬合度，可用于中老年牦牛乳蛋白粉感官評(píng)分的理論推測(cè)。由F值可以看出，AB、AC對(duì)回歸方程具有顯著影響。

由此得到各原料對(duì)感官評(píng)分影響的數(shù)學(xué)模型如下：R感官評(píng)分=62.49A+68.96B+85.06C+113.29D+7.7AB+9.67AC-62.57AD+2.24BC-41.14BD-48.10CD

分散性回歸方程分析如表5所示，由表5可以看出，線型混合模型和二次模型都達(dá)到0.01的顯著水平，判定系數(shù)R2=0.994 8，R2Adj=0.986 7，表明模型方程具有很好的擬合度，可用于中老年牦牛乳蛋白粉分散性的理論推測(cè)。由F值可以看出，AD、BD、CD對(duì)回歸方程具有顯著影響。

由此得到各原料對(duì)產(chǎn)品分散性影響的數(shù)學(xué)模型如下：R分散性=14.27A+14.98B+17.64C-10.73D+2.22AB+0.093AC+31.17AD+0.49BC+32.48BD+29.14CD

2.2.3 配方中各成分變化對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)分和分散性的影響

3種配料不同配比對(duì)中老年牦牛乳蛋白粉感官評(píng)分的影響見(jiàn)圖4、圖5。

圖4 感官評(píng)分模型3D圖Fig.4 The 3D surface graph of sensory scoring

圖5 感官評(píng)分等高線圖Fig.5 The contour of sensory scoring

響應(yīng)值為曲面，說(shuō)明乳清蛋白粉、大豆分離蛋白和牦牛乳粉三者之間具有一定交互作用。由回歸方程系數(shù)結(jié)合圖4、圖5可以看出，各原料對(duì)感官的影響碳酸鈣＞大豆分離蛋白＞乳清蛋白＞牦牛乳粉。在固定碳酸鈣用量時(shí)，牦牛乳粉、乳清蛋白和大豆分離蛋白交互作用對(duì)產(chǎn)品感官評(píng)價(jià)具有一定影響，隨大豆分離蛋白含量的增加，產(chǎn)品感官分值有較大幅度增加，隨著牦牛乳粉含量的增加，產(chǎn)品感官分值略有降低，隨著乳清蛋白含量的增加，產(chǎn)品感官分值逐漸降低。

3種配料不同配比對(duì)中老年牦牛乳蛋白粉分散性的影響見(jiàn)圖6、圖7。

圖6 分散性模型3D圖Fig.6 The 3D surface graph of dispersity

圖7 分散性等高線圖Fig.7 The contour of dispersity

響應(yīng)值為曲面，說(shuō)明乳清蛋白粉、大豆分離蛋白和牦牛乳粉三者之間具有一定交互作用。由回歸方程系數(shù)結(jié)合圖6、圖7可以看出，各原料對(duì)分散性的影響大豆分離蛋白＞乳清蛋白＞牦牛乳粉＞碳酸鈣。在固定碳酸鈣用量時(shí)，牦牛乳粉、乳清蛋白和大豆分離蛋白交互作用對(duì)產(chǎn)品分散性具有一定影響，隨著大豆分離蛋白含量的增加，產(chǎn)品分散性有較大幅度增加，隨著牦牛乳粉含量的增加，產(chǎn)品分散性先保持平穩(wěn)后略有降低，隨著乳清蛋白含量的增加，產(chǎn)品分散性有所降低。

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

用Design Expert（Version 8.0.6）軟件優(yōu)化出的中老年牦牛乳蛋白粉最佳配方為：牦牛乳粉10.362%、乳清蛋白粉84.0%、大豆分離蛋白4.538%、碳酸鈣0.6%。按照優(yōu)化后的配方制成中老年牦牛乳蛋白粉，感官評(píng)分為76.3，分散性為15.84 s。為便于試驗(yàn)操作，以牦牛乳粉10.4%、乳清蛋白粉84.0%、大豆分離蛋白4.5%、碳酸鈣0.6%，進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn)，得到感官評(píng)分平均值為71.3，分散性測(cè)定結(jié)果為16 s，與預(yù)測(cè)值較為接近。

3 結(jié)論

通過(guò)混料設(shè)計(jì)對(duì)中老年牦牛乳蛋白粉配方進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)原料碳酸鈣、大豆分離蛋白和乳清蛋白對(duì)產(chǎn)品的口感影響較大，大豆分離蛋白、乳清蛋白和牦牛乳粉對(duì)產(chǎn)品溶解性影響較大。通過(guò)配方優(yōu)化，得到的產(chǎn)品最優(yōu)配方為：牦牛乳粉10.4%、乳清蛋白84.0%、大豆分離蛋白4.5%、碳酸鈣0.6%、復(fù)配維生素0.2%、復(fù)配礦物質(zhì)0.2%、酪蛋白磷酸肽0.1%。在此配方下得到的產(chǎn)品蛋白含量為74.8%。