大豆-牛奶雙蛋白益生菌酸奶配方的確定及其營養(yǎng)分析

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(農(nóng)業(yè)部食物與營養(yǎng)發(fā)展研究所,北京 100081)

基于《國民營養(yǎng)計(jì)劃(2017-2030年)》提出,開發(fā)利用我國豐富的特色農(nóng)產(chǎn)品資源,針對(duì)不同人群的健康需求,著力發(fā)展雙蛋白食物等新型營養(yǎng)健康食品[1]。“雙蛋白工程”旨在利用全球植物蛋白、動(dòng)物蛋白、海洋蛋白和新蛋白資源、運(yùn)用現(xiàn)代高新技術(shù)促進(jìn)不同來源蛋白的營養(yǎng)量效和精準(zhǔn)互作配制,滿足不同人群關(guān)鍵營養(yǎng)需求。優(yōu)質(zhì)的動(dòng)物蛋白和植物蛋白不僅能夠協(xié)同增強(qiáng)抗阻運(yùn)動(dòng)后的肌肉蛋白的生成,還能使動(dòng)植物蛋白優(yōu)勢互補(bǔ),發(fā)揮各自的生理調(diào)節(jié)功效,從而改善人體健康,尤其是運(yùn)動(dòng)員及老年人肌肉健康。

國內(nèi)外對(duì)蛋白食物的研究日益重視,羅永康等[2]研究表明乳清濃縮蛋白替代10%～20%的全脂奶粉和脫脂奶粉制作酸奶,酸奶保水性增加。Unal等[3]研究表明酸奶中添加乳清蛋白能夠增加血管緊張素轉(zhuǎn)化酶的抑制活性。有研究發(fā)現(xiàn),與單一乳清蛋白相比,大豆與牛奶混合蛋白促進(jìn)運(yùn)動(dòng)后肌肉蛋白合成的能力增強(qiáng)[4]。Ren等[5]研究發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)后的大鼠攝入大豆-牛奶混合蛋白與攝入單獨(dú)某一種蛋白相比,能夠維持高濃度的色氨酸及支鏈必需氨基酸釋放。

益生菌是指對(duì)宿主發(fā)揮有益作用的活性微生物的總稱,當(dāng)攝入一定量時(shí)能夠耐受胃液、膽汁、定植于人體腸道、生殖系統(tǒng)內(nèi),改善宿主微生態(tài)平衡、對(duì)人體健康起到有益作用的微生物總稱。本實(shí)驗(yàn)中采用雙歧桿菌,是一種生物反應(yīng)調(diào)節(jié)劑,對(duì)人體健康具有改善胃腸道功能、免疫增強(qiáng)作用、降低膽固醇等多種重要的生理功能[6]。Ataiejafari[7]研究表明添加嗜酸乳桿菌和雙歧桿菌研制益生菌酸奶,有利于降低高膽固醇患者的血清膽固醇水平。范金波等[8]研究證明雙歧桿菌BB-2和BB-3能夠促進(jìn)小鼠先天性免疫力和獲得性免疫力的提高。

目前,國內(nèi)外主要集中于對(duì)某一種蛋白的營養(yǎng)功能研究,而對(duì)雙蛋白食物的研究較少,且缺乏營養(yǎng)分析研究。本文以大豆蛋白和牛奶蛋白為主要營養(yǎng)基料,經(jīng)保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌和雙歧桿菌發(fā)酵,得出雙蛋白益生菌酸奶最適配方,并對(duì)其進(jìn)行營養(yǎng)分析,為雙蛋白食物的發(fā)展提供一定的科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

787IP大豆分離蛋白 杜邦公司;WPC8200乳清濃縮蛋白 HILMAR公司;全脂奶粉 食品級(jí),安佳公司;蔗糖 食品級(jí),舒可曼公司;5000乳糖 HILMAR公司;食品級(jí)植物油 聚龍糧油有限公司;YoFlex Advance 2.0發(fā)酵劑(由保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌和雙歧桿菌組成) 漢森公司;凝固型原味酸奶(共3款,編號(hào)為MY1、MY2、MY3) 市售;氫氧化鈉、酚酞 分析純,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

YP8001型電子天平 上海越平科學(xué)儀器有限公司;BT125D型分析天平 Sartorius公司;PH-070A型干燥箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司;FA25型高速剪切機(jī) 弗魯克公司;JHG-Q54-P60型高壓均質(zhì)機(jī) 上海普麗盛融合機(jī)械設(shè)備有限公司;HWS-12型水浴鍋 上海一恒科學(xué)儀器有限公司;YT-CJ-2ND型超凈工作臺(tái) 北京亞泰科隆儀器技術(shù)有限公司;DHG-9075A型培養(yǎng)箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司;DV-1粘度儀 美國博勒飛公司;L-8900型全自動(dòng)氨基酸分析儀 日本日立公司;Kjeltec2300型 自動(dòng)定氮儀瑞典FOSS;Soxtec2050型 全自動(dòng)索氏提取器瑞典FOSS。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 雙蛋白酸奶的制備 酸奶配料→溶解→剪切乳化→高壓均質(zhì)→殺菌冷卻→接種→發(fā)酵→后熟→雙蛋白益生菌酸奶

工藝要點(diǎn):雙蛋白益生菌酸奶配料包括大豆分離蛋白(SPI)、乳清濃縮蛋白(WPC)、全脂奶粉(WMP)、乳糖、蔗糖、植物油、純凈水、發(fā)酵劑。高壓均質(zhì)壓力15～20 MPa,均質(zhì)溫度60～70 ℃[9]均質(zhì)2次。殺菌溫度95 ℃,時(shí)間10 min[10],冷水浴中冷卻到43～45 ℃。超凈工作臺(tái)中接種[11]。發(fā)酵溫度42 ℃,時(shí)間4 h[12]。后熟溫度4 ℃,時(shí)間24 h。

1.2.2 雙蛋白配比的確定 全脂奶粉45 g、乳糖15 g、蔗糖90 g、植物油16 g、純凈水975 g、發(fā)酵劑0.095 g、大豆分離蛋白和乳清濃縮蛋白共計(jì)45 g。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)大豆分離蛋白和乳清濃縮蛋白的3種重量配比,分別為1∶2、1∶1、2∶1,依次編號(hào)為DY1、DY2、DY3,如表1所示。發(fā)酵溫度42 ℃,發(fā)酵一定時(shí)間。發(fā)酵開始時(shí)記為0 h,發(fā)酵過程中于0、1、2、3、4、5、6、7 h取樣測量樣品的pH和酸度。在發(fā)酵4 h后,4 ℃后熟24 h后測定酸奶粘度。

表1 大豆分離蛋白和乳清濃縮蛋白的配比Table 1 Ratio of soy protein isolate and whey protein concentrate

1.2.3 乳糖添加量的確定 大豆分離蛋白15 g、乳清濃縮蛋白30 g、全脂奶粉45 g、蔗糖90 g、植物油16 g、純凈水975 g、發(fā)酵劑0.095 g。乳糖以配料總重量為基準(zhǔn)分別添加0%、1%、2%(0、12、24 g),依次編號(hào)為MS0、MS1、MS2。發(fā)酵溫度42 ℃,發(fā)酵一定時(shí)間。發(fā)酵開始時(shí)記為0 h,發(fā)酵過程中于0、1、2、3、4、5、6、7 h取樣測量樣品的pH和酸度。在發(fā)酵4 h后,4 ℃后熟24 h后測定酸奶粘度。

1.2.4 營養(yǎng)分析 酸奶貯藏于4 ℃冰箱中,貯藏第3 d測定營養(yǎng)指標(biāo),同時(shí)采集外觀圖。營養(yǎng)指標(biāo)包括蛋白質(zhì)含量、氨基酸含量、脂肪含量、PDCAAS。最佳配方研制的雙蛋白益生菌酸奶,編號(hào)為DY。3款常見市售凝固型原味酸奶作為對(duì)照,編號(hào)為MY1、MY2、MY3。

1.2.5 檢測方法

1.2.5.1 pH測定 用玻璃棒攪拌樣品至均勻,樣品溫度恢復(fù)至室溫,使用pH計(jì)測量pH[13]。

1.2.5.2 酸度測定 根據(jù)GB 5009.239-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品酸度的測定》方法進(jìn)行測定。0.1 mol/L的NaOH溶液滴定法[14]。

1.2.5.3 粘度測定 酸奶樣品自然恢復(fù)至室溫,采用粘度儀5#轉(zhuǎn)子進(jìn)行測定。時(shí)間30 s,扭矩為10%～100%時(shí)記錄測定數(shù)據(jù)。

1.2.5.4 蛋白質(zhì)含量測定 根據(jù)GB 5009.5-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測定》方法進(jìn)行測定。

1.2.5.5 氨基酸含量測定 根據(jù)GB 5009.124-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中氨基酸的測定》方法進(jìn)行測定。

1.2.5.6 脂肪含量測定 根據(jù)GB 5009.6-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中脂肪的測定》方法進(jìn)行測定。

1.2.5.7 蛋白質(zhì)消化率修正的氨基酸評(píng)分 每克食物的必需氨基酸(EAA)成分與人體EAA需要量模式相比(FAO/WHO推薦2～5歲兒童EAA需要量模式為評(píng)分標(biāo)準(zhǔn),mg/g pro),得出氨基酸記分(AAS)。在AAS基礎(chǔ)上考慮到食物蛋白質(zhì)真消化率,以第一限制性氨基酸的AAS乘以食物蛋白質(zhì)真消化率,得到蛋白質(zhì)消化率修正的氨基酸評(píng)分(PDCAAS),滿分為1分,當(dāng)超過1時(shí),則記為1分,本文中食物蛋白質(zhì)真消化率為0.92。

食物蛋白真消化率=人體吸收氮含量/食物攝入氮含量

AAS=食物蛋白質(zhì)氨基酸(mg/g pro)/(FAO/WHO)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)氨基酸含量(mg/g pro)

PDCAAS=AAS×食物蛋白質(zhì)真消化率

1.3 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)結(jié)果重復(fù)3次,數(shù)據(jù)處理采用軟件Graphpad Prism 7,處理方法為單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 雙蛋白益生菌酸奶配方的確定

通過實(shí)驗(yàn),以發(fā)酵產(chǎn)品的pH、酸度和粘度為判斷依據(jù),確定雙蛋白益生菌酸奶最佳雙蛋白配比和乳糖添加量。

2.1.1 雙蛋白配比對(duì)酸奶發(fā)酵pH的影響 如圖1所示,發(fā)酵過程中雙蛋白益生菌酸奶pH下降。0～3 h,pH下降速度快,三者間出現(xiàn)明顯差異。4～6 h,pH下降速度降低,DY2、DY3高于DY1。主要是因?yàn)殡p蛋白基料中大豆蛋白含量增加,益生菌生長速度降低,產(chǎn)酸能力下降。6～7 h,pH變化不大。主要是因?yàn)橐嫔幱谒ネ似?乳酸產(chǎn)生速度降低,也有可能是pH降低到一定程度時(shí)對(duì)益生菌生長起到反饋抑制。總體分析,DY1與DY2、DY3相比pH下降速度快。

圖1 雙蛋白配比對(duì)酸奶發(fā)酵過程中pH的影響Fig.1 Effects of pH in the fermentation process of yogurt prepared by different dual protein ratio

2.1.2 雙蛋白配比對(duì)酸奶發(fā)酵酸度的影響 如圖2所示,0～3 h,酸度增長慢,DY1、DY2、DY3沒有明顯差異。3～4 h,酸度增長快。從第3 h開始,DY1、DY2、DY3間出現(xiàn)差異,DY1>DY2>DY3。4～7 h,酸度增長,但增長速度下降。第7 h,DY1最大,DY3最小。這同劉曉恒[15]用大豆分離蛋白或大豆?jié)饪s蛋白替代牛乳進(jìn)行發(fā)酵的研究結(jié)果相似。總體分析,DY1的酸度增長速度快于DY2、DY3。

圖2 雙蛋白配比對(duì)酸奶發(fā)酵過程中酸度的影響Fig.2 Effects of acidity in the fermentation process of yogurt prepared by different dual protein ratio

2.1.3 雙蛋白配比對(duì)酸奶粘度的影響 如圖3所示,DY2和DY3粘度大于DY1,主要因?yàn)镈Y2和DY3中大豆蛋白含量更高,酸奶的凝膠結(jié)構(gòu)更為致密,蛋白膠束間連接作用增強(qiáng),硬度增加,粘度升高。DY2、DY3沒有明顯差異,可能是因?yàn)榇蠖沟鞍缀窟_(dá)到一定范圍,酸奶粘度變化不大。

圖3 雙蛋白配比對(duì)酸奶粘度的影響Fig.3 Effects in viscosity of yogurt prepared by different dual protein ratio

DY1與DY2、DY3相比,在發(fā)酵過程中pH下降快,酸度增長快,后熟結(jié)束時(shí)粘度較低,均符合品質(zhì)要求。因此,確定雙蛋白配比為大豆蛋白∶乳清蛋白(w/w)=1∶2。

2.2 乳糖在雙蛋白益生菌酸奶中添加量的確定

2.2.1 乳糖對(duì)酸奶發(fā)酵pH的影響 如圖4所示,0～2 h,MS0、MS1、MS2的pH變化不大,沒有明顯差異。2～5 h,pH降低速度快,MS1和MS2低于MS0。5～7 h,pH下降速度降低,MS1和MS2沒有明顯差異。主要原因是乳糖是一種易于益生菌利用的還原性糖類,能夠促進(jìn)乳酸產(chǎn)生,因此MS1和MS2的pH下降速度略快,當(dāng)乳糖添加量超過1%時(shí)pH變化不大,這同李鋒[16]的觀點(diǎn)相似,發(fā)酵豆奶中添加1%乳糖時(shí)酸奶品質(zhì)較佳。

圖4 乳糖添加量對(duì)酸奶發(fā)酵過程pH的影響Fig.4 Effects of pH in the fermentation process of yogurt prepared by different lactose additions

2.2.2 乳糖對(duì)酸奶發(fā)酵酸度的影響 如圖5所示,0～2 h,MS0、MS1、MS2的酸度變化不大。2～5 h,MS0、MS1、MS2的酸度增長速度加快,MS1、MS2的增長速度高于MS0。主要是因?yàn)榇藭r(shí)乳酸產(chǎn)生速度快。5～7 h,MS0、MS1、MS2的增長速度下降。第7 h,MS1和MS2的酸度高于MS0。總體分析,發(fā)酵過程中MS1和MS2的酸度增長速度強(qiáng)于MS0。

圖5 乳糖添加量對(duì)酸奶發(fā)酵過程酸度的影響Fig.5 Effects of acidity in the fermentation process of yogurt prepared by different lactose additions

2.2.3 乳糖對(duì)酸奶粘度的影響 如圖6所示。MS1和MS2的粘度大于MS0,MS1和MS2沒有明顯差異,且符合酸奶品質(zhì)要求。主要是因?yàn)槿樘谴龠M(jìn)益生菌生長,有利于大豆蛋白和牛乳蛋白產(chǎn)生凝膠;也有可能是益生菌在發(fā)酵過程中產(chǎn)生胞外多糖,促進(jìn)形成堅(jiān)固、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)凝膠結(jié)構(gòu),因此粘度升高。

圖6 乳糖添加量對(duì)酸奶粘度的影響Fig.6 Effects in viscosity of yogurt prepared by different lactose additions

MS1、MS2與MS0相比,發(fā)酵pH降低,酸度升高,粘度增加。MS1和MS2沒有明顯差異,出于成本考慮,1%乳糖添加量較為合適。

綜上所述,雙蛋白益生菌酸奶最佳配方:大豆蛋白∶乳清蛋白(w/w)=1∶2,1%乳糖添加量。以此研制的雙蛋白益生菌酸奶DY和3款市售酸奶MY1、MY2、MY3的外觀圖如圖7所示。DY乳白色、光澤明亮、無乳清析出。MY1、MY2、MY3淡黃色、略有光澤、少量乳清析出。因此,雙蛋白益生菌酸奶呈現(xiàn)出較優(yōu)的外觀品質(zhì)。

圖7 4種酸奶的外觀圖Fig.7 Appearance of four kinds of yogurt

2.3 雙蛋白的益生菌酸奶的營養(yǎng)分析

按照上述雙蛋白益生菌酸奶最佳配方制備雙蛋白益生菌酸奶DY與3款市售酸奶MY1、MY2、MY3進(jìn)行營養(yǎng)成分對(duì)比。

2.3.1 基本營養(yǎng)成分 如表2所示,雙蛋白益生菌酸奶與市售酸奶相比,蛋白質(zhì)含量高,脂肪含量低。蛋白質(zhì)含量和脂肪含量分別為3.89%和2.15%,與3款市售酸奶(平均值)相比,蛋白質(zhì)含量高22.8%,脂肪含量低37.3%。

表2 不同酸奶的基本營養(yǎng)成分(%)Table 2 Basic nutrients of different yogurt(%)

2.3.2 必需氨基酸含量 如表3所示,雙蛋白益生菌酸奶和市售酸奶的E/T高于聯(lián)合國糧農(nóng)組織/世界衛(wèi)生組織(WHO/FAO)建議的40%[17]。DY的必需氨基酸總量396.8 mg/g pro高于MY1、MY2、MY3(249.1、293.4、264.5 mg/g pro),高47.5%(比平均值),色氨酸未檢測。DY中亮氨酸含量最高,其次是賴氨酸,蛋氨酸/胱氨酸含量最低,高于市售酸奶70%以上。同王芳[18]的研究相似,低溫酸奶中亮氨酸含量最高,蛋氨酸含量最低。

表3 4種酸奶的必需氨基酸含量Table 3 Essential amino acid content of four kinds of yogurt

2.3.3 蛋白質(zhì)消化率修正的氨基酸評(píng)分 蛋白質(zhì)消化率修正的氨基酸評(píng)分(PDCAAS)是一種簡單、準(zhǔn)確的蛋白質(zhì)質(zhì)量評(píng)價(jià)方法,對(duì)植物蛋白質(zhì)及其制品是一種可行的常規(guī)營養(yǎng)評(píng)價(jià)方法。

如表4所示,雙蛋白益生菌酸奶DY的PDCAAS為0.89,高于3款市售酸奶0.39、0.50、0.43,高70%以上。主要是因?yàn)殡p蛋白基料中大豆蛋白和乳清蛋白含有豐富的必需氨基酸,實(shí)現(xiàn)動(dòng)植物蛋白互補(bǔ)效應(yīng),因此PDCAAS高。

表4 4種酸奶的蛋白質(zhì)消化率修正的氨基酸評(píng)分Table 4 Protein digestibility-corrected amino acid score on four kinds of yogurt

3 結(jié)論

雙蛋白益生菌酸奶最佳配方:大豆蛋白∶乳清蛋白(w/w)=1∶2,乳糖添加量1%。與市售酸奶(平均值)相比,蛋白質(zhì)含量高22.8%,脂肪含量低37.3%,必需氨基酸總量高47.5%,蛋氨酸/胱氨酸含量高市售酸奶70%以上,PDCAAS高70%以上。雙蛋白益生菌酸奶有助于提高人體健康水平,是一種值得推廣的營養(yǎng)食品。