蛋清蛋白棒制備工藝及其質構特性研究

王金秋， 李柯萌， 何睿琳， 于 娟， 張雨琦， 陳 燕， 謝云霄

(1.成都大學 農業部雜糧加工重點實驗室， 四川 成都 610106； 2.成都大學 藥學與生物工程學院， 四川 成都 610106)

0 引 言

蛋白質棒是一類含有高比例蛋白質的食品，廣泛應用于軍事、航天、救援等特需食品領域，以及運動和健身等功能食品領域.近來年，隨著人們對運動和健康的重視，蛋白棒類食品的需求迅速增長[1].目前，蛋白棒中蛋白質的來源主要為大豆分離蛋白或乳清蛋白，而以雞蛋清蛋白質為原料制作的蛋白棒研究較少[2].我國的禽蛋產量居世界第一，雞蛋清中富含優質的蛋白質，利用蛋清蛋白質進行加工和制作蛋白棒類產品，可以有效提高禽蛋的加工利用率和產品附加值，促進蛋品產業的發展.研究表明，食品的質地對其組織狀態和口感具有重要影響，食品的質構特性已成為食品品質分析和感官評價的重要內容之一[3].本研究以蛋清蛋白質為原料制作蛋白棒，并利用質構儀分析蛋白棒的質構特性以優化和確定蛋清蛋白棒的最佳制作工藝.

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材 料

實驗所用材料包括：蛋清粉(湖北神地農業科貿有限公司)，棕櫚油(天津市龍威糧油工業有限公司產品)，純牛奶(250 mL盒裝，蒙牛乳業(太原)有限公司)，魔芋片(廣東金祥食品有限公司)，魔芋粉(湖北強森魔芋科技有限公司)，安賽蜜(安徽金禾實業股份有限公司)，改性大豆磷脂(鄭州四維生物科技有限公司).

1.1.2 儀 器

實驗所用儀器包括：TA.TOUCH型質構儀(上海保圣實業發展有限公司)；HH-S6型恒溫水浴鍋(鄭州長城科工貿有限公司)；鋁制模具(65 mm×33 mm×27 mm(長×寬×深))(實驗室自制).

1.2 方 法

1.2.1 市售蛋白棒和能量棒類產品質構特性分析.

本實驗選擇了目前市場上暢銷的蛋白棒、士力架及巧克力等產品，通過對其質構特性的分析，為蛋清蛋白棒的制備提供參考.質構測試分析參數同“1.2.5”部分.

1.2.2 蛋清蛋白棒制備工藝.

蛋清蛋白棒制備工藝流程為：原輔料→混料→攪拌→揉和→放入模具→加熱成型→冷藏過夜.

1.2.3 蛋清蛋白棒工藝優化.

本實驗以蛋清粉和牛奶為主料，棕櫚油為成型劑和輔料，改性大豆磷脂為穩定劑，制作蛋清蛋白棒產品.選取牛奶棕櫚油比例、保溫溫度、保溫時間3個因素進行單因素實驗，測定各因素對蛋清蛋白棒質構特性的影響，并以市售蛋白棒的穿刺硬度、擠壓硬度和彈性為主要指標來確定最適合的制備參數.

1)牛奶棕櫚油比例.準確稱取蛋清粉49.5 g，改性大豆磷脂0.5 g，牛奶與棕櫚油總添加量為50 g，牛奶和棕櫚油添加比例分別為3.5∶1、3∶1、2.5∶1、2∶1、1.5∶1.棕櫚油50 ℃融化后與蛋清粉、牛奶混合均勻，裝入模具成型進行質構測試.

2)保溫溫度.準確稱取蛋清粉49.5 g，改性大豆磷脂0.5 g，保溫時間為15 min，按上一步驟中確定的牛奶棕櫚油比例，保溫溫度依次為50、60、70、80、90 ℃，制備蛋清蛋白棒并進行質構測試.

3)保溫時間.準確稱取蛋清粉49.5 g，改性大豆磷脂0.5 g，按以上步驟確定的牛奶棕櫚油比例和保溫溫度，設計保溫時間依次為0、15、30、45、60 min，制備蛋清蛋白棒并進行質構測試.

1.2.4 魔芋粉蛋清蛋白棒的制作.

在上述最佳工藝基礎上，利用魔芋粉替代棕櫚油，研究魔芋粉蛋清蛋白棒的質構特性，具體步驟為：準確稱取蛋清粉49.5 g，改性大豆磷脂0.5 g，牛奶50 g，魔芋粉添加量依次為0、0.05、0.10、0.15、0.20 g/100 g，混料后加熱成型，冷藏過夜，然后進行質構分析測試.

1.2.5 質構特性測試.

所用樣品測試前均統一在室溫中平衡30 min，將樣品切割成1.0 cm×1.0 cm×1.0 cm的立方體，采用質構儀對蛋白棒樣品進行質構特性測試[4].蛋白棒的穿刺硬度通過TA-2柱形探頭(直徑2 mm)和單次測定模式測定.測定參數如下：測前速度為2.0 mm/s，測試速度為1.0 mm/s，測后速度為10 mm/s，目標數值為5 mm，觸發力為10 gf.蛋白棒的質構特性用TA-36柱形探頭(直徑36 mm)和“TPA"模式測定，測定參數如下：測前速度為2.0 mm/s，測試速度為1.0 mm/s，測后速度為5 mm/s，間隔時間為2 s，目標數值下壓變形為40%，觸發力為10 gf.

1.2.6 數據分析.

實驗數據采用GraphPad Prism 5.0軟件進行分析，每個單因素實驗測定重復5次，顯著性分析通過軟件內置方法進行，P<0.05為具有顯著性差異.

2 結果與分析

2.1 市售蛋白棒質構特性曲線

食品質構特性主要是指在進食過程中，口腔所感覺到的食物的組織狀態、結構和觸感等[5].通過質構儀進行TPA分析(Texture profile analysis，質地剖面分析法)，可以對食品質構的主要特性進行可量化的測定[3].TPA分析過程中，可根據食品質地特性的不同，選用合適的測試探頭和測試模式，具有操作性強、客觀準確等特點[6-7].

本研究中，利用質構儀柱狀探頭和“TPA"模式(2次咀嚼測試)對蛋白棒產品進行測試，通過獲得的質構曲線(見圖1)來對質構相關指標進行量化分析[8].由圖1可知，市售蛋白棒的質構曲線較為平滑，這說明蛋白棒的質地均勻.

圖1市售蛋白棒的TPA特征曲線

2.2 市售蛋白棒類產品質構特性

本研究中，基于蛋白棒類產品的特點，選擇穿刺硬度(2 mm柱狀探頭刺破樣品表面時所施加的力)，以及TPA分析中的擠壓硬度、咀嚼性作為測定指標.其中，穿刺硬度可以簡單模擬切牙和尖牙切割食品時所施加的力，而TPA分析中的擠壓硬度可以模擬磨牙咀嚼食品時所施加的力.咀嚼性是硬度、內聚性和彈性的綜合體現，可以反映連續咀嚼過程中牙齒和口腔對食品的整體感受[9].從當地超市購買的蛋白棒、能量棒產品，通過質構儀對產品分別進行了穿刺硬度分析和TPA分析，結果見圖2.

圖2市售蛋白棒類產品質構特性測試結果

測定結果顯示，3種產品的穿刺硬度在1 200～2 200 gf之間，其中能量棒產品的穿刺硬度顯著高于2種蛋白棒產品(圖2(A)).TPA分析顯示，3種產品的擠壓硬度無顯著性差異，在3 600～4 600 gf之間(圖2(B))，咀嚼性在300～500之間(圖2(C)).市售蛋白棒和能量棒上述質構分析結果，可以作為參考標準用于蛋清蛋白棒產品的研究與開發.

2.3 蛋清蛋白棒制作工藝研究

2.3.1 牛奶與棕櫚油添加比例對蛋清蛋白棒質構特性的影響.

市售蛋白棒產品的配料中，均含有棕櫚油、起酥油或可可脂，這類高熔點脂質在高溫下熔化利于混料、在室溫下凝固起到產品賦形的作用[10].在本研究中，為了盡可能地減少棕櫚油的使用量、降低蛋清蛋白棒產品的總熱量，采用牛奶部分代替棕櫚油.

牛奶與棕櫚油的添加比例對蛋清蛋白棒質構特性的影響如圖3所示.

圖3牛奶與棕櫚油添加比例對蛋清蛋白棒質構特性的影響

實驗結果顯示，蛋清蛋白棒的穿刺硬度與牛奶棕櫚油添加比例無顯著相關性(圖3(A))，不同比例條件下，穿刺硬度在1 300～1 600 gf之間，與市售蛋白棒產品基本一致.牛奶與棕櫚油的添加比例對擠壓硬度和咀嚼性具有影響，其中牛奶與棕櫚油比例為3∶1～2∶1區間時，蛋清蛋白棒的擠壓硬度和咀嚼性均顯著高于其他比例，此時蛋清蛋白棒的擠壓硬度在3 300～4 100 gf之間、咀嚼性在200～250之間，與市售蛋白棒較為接近(圖3(B)、圖3(C)).結果表明，當牛奶添加量較高或棕櫚油添加量較高時，蛋清蛋白棒的擠壓硬度和抗咀嚼能力均顯著下降，不利于蛋白棒口感的形成.

綜合質構分析數據，并基于盡量減少棕櫚油添加量的原則，確定最佳的牛奶與棕櫚油比例為3∶1.此時，蛋清蛋白棒的咀嚼性略低于市售蛋白棒，對此可考慮在混料后增加加熱成型處理，以提高產品的咀嚼性.

2.3.2 加熱成型溫度對蛋清蛋白棒質構特性的影響.

蛋清蛋白棒加熱成型溫度對其質構特性的影響如圖4所示.

實驗結果顯示，蛋清蛋白棒的穿刺硬度和擠壓硬度與加熱成型溫度無顯著的相關性，與未進行加熱成型處理的蛋白棒相比，經過加熱成型處理的蛋清蛋白棒的穿刺硬度有一定的升高，而擠壓硬度則略有下降(60～80 ℃處理條件下).不同加熱成型溫度對蛋清蛋白棒的咀嚼性具有顯著的影響[11]，在加熱溫度為80 ℃時，蛋白棒的咀嚼性出現大幅下降，同時，根據TPA曲線可知，此時蛋白棒的第二次下壓峰面積急劇減小，即內聚性大幅下降，進而導致其咀嚼性變差.

圖4加熱成型溫度對蛋清蛋白棒質構特性的影響

本實驗中，在較高溫度下，蛋清粉可能在與牛奶中的水分充分互作、在形成網絡結構之前即發生熱變性，形成顆粒狀而非網絡狀的凝膠結構，導致內聚性和咀嚼性較差[12-13].通過感官評定分析，經過加熱成型處理后，蛋清蛋白棒的外觀質地更為均勻，特別是經60 ℃以上溫度處理后.以市售蛋白棒質構特性測試值為參考，結合樣品的外觀色澤等感官評定[14]，確定最適的保溫溫度為70 ℃.

2.3.3 加熱成型時間對蛋清蛋白棒質構特性的影響.

加熱成型時間對蛋清蛋白棒質構特性的影響如圖5所示.

圖5加熱成型時間對蛋清蛋白棒質構特性的影響

實驗結果顯示，隨著加熱成型時間的延長，蛋清蛋白棒的穿刺硬度沒有顯著性變化，擠壓硬度和咀嚼性隨著保溫時間的延長呈上升趨勢.結合樣品感官評定，隨著保溫時間的增大，蛋清蛋白棒表面逐漸形成一層硬的外殼，影響蛋清蛋白棒的組織形態，該現象在加熱成型時間為60 min時較為嚴重.以市售蛋白棒質構測試值為參考標準，結合實際樣品的感官分析[14]，確定最合適的加熱成型時間為45 min，此時蛋清蛋白棒的質構特性與市售2種蛋白棒基本一致.

2.3.4 最佳制作工藝條件.

通過單因素實驗與質構特性分析可以得出，在本實驗配方條件下，蛋清蛋白棒最佳制作工藝條件為：牛奶與棕櫚油添加比例為3∶1，加熱成型溫度為70 ℃，加熱成型時間為45 min.

2.4 魔芋粉蛋清蛋白棒質構特性

棕櫚油對蛋白棒具有賦形作用，是蛋白棒質構形成的重要因素.但隨著消費者對健康的重視，低脂食品成為當前和未來的消費趨勢.本實驗中，在獲得蛋清蛋白棒最佳制作工藝的基礎上，嘗試采用魔芋粉替代棕櫚油對蛋白棒進行賦形，從而探索低脂蛋白棒產品.

不同魔芋粉添加量對蛋清蛋白棒質構特性的影響如圖6所示.

圖6魔芋粉添加量對蛋清蛋白棒質構特性的影響

由圖6可知，在添加魔芋粉后，蛋白棒的穿刺硬度、擠壓硬度和咀嚼度均隨魔芋粉添加量的升高而升高，表明魔芋粉對蛋清蛋白棒的質構具有顯著的增強作用.魔芋粉中的主要成分為葡甘聚糖，在加熱過程中可形成較為堅實、富有彈性的凝膠，與蛋清粉中蛋白質形成的凝膠相互作用，從而使蛋清蛋白棒的質構特性得到了增強[15-16].

與未添加魔芋粉的蛋清蛋白棒質構特性相比，添加魔芋粉可使蛋清蛋白棒的穿刺硬度大幅提升、擠壓硬度約提高了1倍，而咀嚼性顯著提高了約10倍左右，同時內聚性提高了3～5倍.表明魔芋粉主要通過增強蛋白棒的內聚性進而增強其咀嚼性[17].

3 結 論

研究結果顯示，在以蛋清粉和牛奶為主要原料、棕櫚油為輔料、改性大豆磷脂為穩定劑的條件下制備的蛋清蛋白棒具有較好的質構特性.以市售蛋白棒為參考，在上述配方條件下，經優化得到蛋清蛋白棒的最佳制備工藝為：牛奶與棕櫚油添加比例為3∶1，加熱成型溫度為70 ℃，加熱成型時間為45 min.采用魔芋粉替代棕櫚油， 蛋白質與多糖的協同作用形成蛋白質—多糖共凝膠結構，使得蛋清蛋白棒的質構特性得到增強，但其口感接受度尚需進一步研究.