改性大豆分離蛋白-磷脂復合物對冰淇淋品質的影響

鄭環宇 閆國森 孫美馨 崔月婷 張 林 王英男

(東北農業大學食品學院1，哈爾濱 150030)

(黑龍江省綠色食品科學研究院2，哈爾濱 150028)

(國家大豆工程技術研究中心3，哈爾濱 150028)

冰淇淋有著獨特的風味和綿滑細膩的口感，備受廣大消費者喜愛。但是現在人們的健康意識逐步提高，對食品的要求也向綠色健康發展[1]。傳統冰淇淋高脂肪、高膽固醇等問題亟待解決，生產新型安全健康的冰淇淋已經成為行業趨勢。

大豆分離蛋白(soybean protein isolated, SPI)具有營養價值高、功能性良好和價格低廉等特點[2,3]，取代部分乳粉制得冰淇淋后，可顯著提高產品的營養價值，降低產品成本，且能有效改善產品的感官品質[4]。目前，已有學者已經開展了有關大豆分離蛋白冰淇淋的研究。Sutar等[5]研究顯示向冰淇淋漿料中加入不同品種的SPI均可不同程度增加其蛋白質含量。Pereira等[6]研究了SPI對低脂冰淇淋的風味和外觀的影響，結果表明，雖然添加SPI后對冰淇淋的風味和色澤存在一定影響，但是消費者感官評價并沒有明顯不同，并且提出當SPI添加量為4%時的產品更受消費者喜愛。Dervisoglu等[7]發現SPI濃縮物的加入對草莓冰淇淋的品質有改善作用，SPI濃縮物增加了草莓冰淇淋的蛋白含量，并且使產品黏度增大，抗融化性變好，加入SPI濃縮物1.5%～3.0%不會影響冰淇淋的感官評價。

天然的SPI其功能特性并不明顯，在食品體系的應用中存在著很多不足，并不能顯著改善食品的質構和功能特性。而對SPI進行適當改性處理，可使SPI某些的功能特性更為突出，使其能更好的滿足食品體系對蛋白質功能特性的不同需求。其中超高壓均質改性大豆分離蛋白(ultrahigh pressure homogenization modified soybean protein isolate, USPI)，使蛋白質二級結構發生改變，α-螺旋增加，β-折疊下降，SPI的疏水基團暴露，能夠顯著地改善SPI的乳化性、溶解性、穩定性等功能特性[8-11]；而酶解法可通過酶的水解作用使SPI的多肽鏈長短發生改變，致使SPI分子的三維結構變化，從而暴露出某些被掩埋的氨基酸殘基，使SPI的理化性質得以改變，最終達到改善其功能特性的目的[12,13]。一些學者利用木瓜蛋白酶酶解-轉谷氨酰胺酶交聯方法改善SPI功能性，從而提高冰淇淋的品質[14-16]。郝建敏等[17]研究大豆分離蛋白-磷脂復合物對冰淇淋影響，制備出高膨脹率冰淇淋。但迄今用超高壓均質方法預處理聯合磷脂改性大豆分離蛋白加入冰淇淋中的研究未見報道。本研究采用超高壓均質大豆分離蛋白-磷脂復合物(ultra-pressure homogenizing modified soybean protein isolate-phospholipid complex, USPI-PLW)代替部分乳粉對冰淇淋品質的影響進行了研究，旨在解決SPI取代部分乳粉加入冰淇淋中后，冰淇淋出現膨脹率低、易融化、口感粗糙、有豆腥味等問題。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

脫脂奶粉、大豆分離蛋白(蛋白質量分數為85.35%)、稀奶油、蔗糖、大豆油(一級大豆油)、卡拉膠、刺槐豆膠、羧甲基纖維素鈉、單甘脂、蔗糖酯、羥基化水溶性大豆磷脂粉末(PLW)；磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉等均為分析純。

FD-1D-50真空冷凍干燥機、AH-100D均質機、DelonghiICK5000冰淇淋機、FSH-2勻漿機、GB-2A型磁力攪拌、TA-XT plus物性測定儀、BS203型生物顯微鏡、MAL1038384型旋轉流變儀。

1.2 實驗方法

1.2.1 大豆分離蛋白磷脂復合物的制備流程[18]

5%SPI溶液→高速勻漿機勻漿(10 000 r/min，2 min)→超高壓均質(100 MPa, 均質2次)→真空冷凍干燥(-48.6 ℃，24 h，0.1 MPa)→超高壓均質改性大豆分離蛋白(USPI)；

磷脂溶液：pH為7.2磷酸緩沖液，磷脂∶緩沖液為1∶20，55 ℃，攪拌60 min；

USPI溶液：pH為7.2磷酸緩沖液; 磷脂∶緩沖液為1∶20; 室溫; 攪拌60 min；

USPI溶液+磷脂溶液(磷脂溶液∶USPI溶液為1∶20)→攪拌(室溫；60 min) →真空冷凍干燥(-48.6 ℃，24 h，0.1 MPa)→USPI-磷脂復合物。

1.2.2 冰淇淋加工方法及工藝流程[19]

冰淇淋加工工藝流程：原料→混合(50～60 ℃)→殺菌(80 ℃，10 min)→均質(60～65 ℃，18～20 MPa)→冷卻(0～4 ℃)→老化(2～4 ℃，4 h)→凝凍(-15～-20 ℃，40 min)→罐裝成型→硬化(-20 ℃，48 h)→冷藏(-18 ℃)

冰淇淋的配方如表1所示。

表1 冰淇淋配方/%

注：乳化劑為∶蔗糖酯∶單甘脂=1∶1，穩定劑為∶卡拉膠∶刺槐豆膠∶羧甲基纖維素鈉= 1∶7.9∶3.6。

1.2.3 指標測定

1.2.3.1 冰淇淋膨脹率的測定

按(SB/T 10012—1992)標準規定的方法測定，計算公式如下：

1.2.3.2 冰淇淋融化率的測定[20]

冰淇淋經72 h硬化后，將其置于30 ℃培養箱中，將冰淇淋放在箱內金屬網上，然后在下面放一表面皿，計時45 min，最后測量融化物的質量。

1.2.3.3 冰淇淋硬度的測定

冰淇淋經72 h硬化后，利用質構儀測定其的質地特征曲線，通過檢測探頭兩次下壓即可確定。在室溫下將每個樣品平行測定3次。實驗參數：測試前探頭下降速度為2 mm/s，測試速度為2 mm/s，測試后探頭回程速度2 mm/s，測試距離15 mm，觸發力20×10-2N，探頭類型 P/5。

1.2.3.4 冰淇淋流變學性質的測定

取經24 h老化后的樣品置于測試平臺上，選用平板(直徑60 mm)作為夾具進行測試，測試條件：間距為500 μm，剪切速率為0.01～100 s-1，溫度為4 ℃，以剪切速率和黏度分別為橫縱坐標，繪制剪切速率與黏度的關系圖。

1.2.3.5 冰淇淋微觀結構的測定

冰淇淋的微觀結構中氣泡的大小與分布的測定需將融化后的冰淇淋液滴，分別在BS203 生物顯微鏡的100倍、400倍鏡頭下進行觀察。

1.2.3.6 冰淇淋感官評價

將冰淇淋置于-20 ℃冰柜中，48 h后取出，邀請16名品評人員(食品專業碩士研究生，男女比例1∶1)進行感官評定，評定工作在安靜、無異味的評定室內進行，品評順序隨機并在每次品評后用溫水進行漱口，按照評分標準進行記錄。

表2 冰淇淋感官評定標準

1.3 統計學分析

每個試驗重復3次，結果表示為：Mean±SD。采用SPSS 20.0軟件對試驗數據進行ANOVA差異顯著性分析(P<0.05為顯著性差異)。采用 SigmaPlot 12.5進行繪圖工作。

2 結果與分析

2.1 不同乳粉替代物對冰淇淋漿料體系靜態流變學性能的影響

如圖1所示，不同改性產物替代部分乳粉制成的冰淇淋漿料中，表觀黏度和剪切應力與剪切速率的關系曲線均與屈服-假塑性流體流動特性曲線一致。即表現為具有屈服應力的流體，液體流動后展示了假塑性流體的特征。假塑性流體其流變可用冪律方程表示：T=K(r)n，其中T被稱為剪切應力，r被稱為剪切速率，K、n是常數，K被稱作稠度系數，n被稱作流動指數。

圖1 不同改性產物冰淇淋漿料流變特性曲線

將假塑性流體的流變特性曲線線性回歸后，可得到假塑性流體回歸方程，從而可知K值和n值，不同樣品的K值和n值見表3。從表3可知，各樣品的n值均小于1，因此冰淇淋漿料為假塑性流體。其中USPI-PLW、SPI-PLW冰淇淋料漿的K值偏大，n值減小，說明流體黏度升高，流動性降低。

表3 不同樣品冰淇淋的剪切速率掃描曲線冪律方程擬合參數

由圖1b可以看出，所有的樣品均出現剪切稀化現象[21]，加入不同改性產物的樣品料漿體系中，當無剪切作用時，流動液體具有較高的表觀黏度，當剪切速率逐漸增大，料漿黏度迅速下降并趨于穩定。原因是冰淇淋經漿料老化后，脂肪與水溶性組分在乳化劑的作用下結合，使漿料分子間形成緊密連接的網絡結構，表現出高黏度的特性。在低速剪切過程中，網絡結構逐漸被破壞，表現為黏度逐漸下降。隨著剪切速率到達一定水平，體系結構被嚴重破壞，表觀黏度趨于穩定[22,23]。

與普通冰淇淋相比，加入SPI后，剪切稀化速率有少量減小，而加入USPI-PLW的冰淇淋漿料剪切稀化速率減小最為明顯，這可能由于USPI和磷脂均是良好的表面活性劑，當磷脂和USPI交聯時，因為磷脂的雙親構型，造成磷脂和USPI分子之間作用力加強，乳化性能增強，漿料中脂肪與水溶性組分的結合更為穩定，從而減小剪切稀化速率，同時表現出最大的表觀黏度。

2.2 不同乳粉替代物對冰淇淋膨脹率的影響

冰淇淋的膨脹率是評價冰淇淋品質的主要指標之一。如圖2所示，5種加入不同改性產物的樣品膨脹率在44.58%～86.86%，其中添加USPI-PLW的產品膨脹率提升最為顯著(P<0.05)，與普通低脂冰淇淋相比，膨脹率增加了94.84%，與SPI冰淇淋相比，增加了56.28%。根據劉麗等[24]研究，SPI能提高冰淇淋的膨脹率是由于其自身乳化性的作用。研究表明在超高壓均質改性-磷脂復合的過程中SPI的乳化性質和起泡性質增強[25]，因此USPI-PLW乳狀液冷卻后穩定性的提高最為顯著，所以料漿在剪切-冷凍時，其起泡性、泡沫穩定性更強，進而產品的膨脹率顯著提高(P<0.05)。

注：1為普通冰淇淋， 2為SPI冰淇淋，3 為USPI冰淇淋，4為 USPI-PLW冰淇淋，5為 SPI-PLW冰淇淋，余同。圖2 不同改性產物對冰淇淋膨脹率的影響

2.3 不同乳粉替代物對冰淇淋融化率的影響

如圖3所示，分別用SPI、USPI、SPI-PLW、USPI-PLW取代部分乳粉制成冰淇淋后，其融化率有所不同。傳統低脂冰淇淋的融化率為45.35%，當SPI替代部分乳粉時，冰淇淋樣品融化率與普通低脂冰淇淋相比有所下降，這和SPI使料漿黏度增加有關[26]。而USPI卻使料漿黏度下降，產品的融化率升高。結果表明，加入USPI-PLW的冰淇淋表現出最低的融化率33.17%，較傳統低脂冰淇淋融化率降低26.86%，具有顯著性差異(P<0.05)。這與USPI-PLW冰淇淋漿料的表觀黏度最高相符。且由于磷脂的存在，可通過抑制巰基氧化或降低游離巰基之間的反應機理提高漿料的熱穩定性[27]。

圖3 不同改性產物對冰淇淋融化率的影響

2.4 不同乳粉替代物對冰淇淋硬度的影響

硬度是影響冰淇淋口感的主要因素之一，由圖4可知，不同改性產物替代部分乳粉后制作的冰淇淋硬度不同。SPI冰淇淋的硬度較普通低脂冰淇淋明顯增大，而超高壓均質處理后的SPI添加至冰淇淋中其產品硬度略有下降。而USPI-PLW冰淇淋硬度下降最為顯著(P<0.05)，與普通冰淇淋無異。

一般情況下，未經改性的大豆分離蛋白可與兩分子水交聯，在冷凍過程中，這些具有較高水分含量的蛋白增加了冰淇淋的硬度，這可能由于含較多大冰晶時冰淇淋的硬度也會增大[28,29]。而經過超高壓均質改性之后，SPI的空間構象舒展，疏水殘基大量暴露，水合能力減弱，使冰淇淋硬度略有降低。與磷脂復合后，磷脂的雙親結構使蛋白質與水的結合部位進一步變少，磷脂與蛋白形成的膠體結構中水分子分布更加均勻，形成的冰晶更小，使冰淇淋的硬度顯著降低。

圖4 不同改性產物對冰淇淋硬度的影響

2.5 不同乳粉替代物對冰淇淋漿料微觀結構的影響

如圖5所示，未添加大豆分離蛋白的普通低脂冰淇淋的氣泡直徑較小，氣泡體積差別較小，分散較為均勻；當SPI取代乳粉加入后，氣泡體積顯著增大；USPI取代乳粉加入后，部分氣泡變小，但仍有大氣泡存在，混料中氣泡大小與分布不均勻；當加入USPI-PLW、SPI-PLW取代乳粉后，氣泡直徑較為均勻，數量有所增加，分散均勻，有利于微觀結構的穩定性。并且USPI-PLW漿料內氣泡數量增多和分散的更均勻也正是USPI-PLW使冰淇淋膨脹率升高、硬度降低的原因，同時由于均勻且穩定的氣泡存在使冰淇淋的傳熱能力減弱，進而融化率更低。

注：A、a為普通冰淇淋；B、b為SPI冰淇淋；C、c為USPI冰淇淋；D、d為SPI-PLW冰淇淋；E、e為USPI-PLW冰淇淋。A、B、C、D、E為在400倍下觀察到的冰淇淋融化料液中氣泡的存在狀態，a、b、c、d、e為在100倍條件下觀察到的冰淇淋融化料液中氣泡的存在狀態。圖5 添加不同改性樣品對冰淇淋微觀形態的影響

2.6 不同乳粉替代物對冰淇淋感官評價的影響

如表4所示，USPI、USPI-PLW冰淇淋成品豆腥味均小于直接將大豆分離蛋白加入，這可能是因為超高壓均質過程由于溫度的增加有助于豆腥味的去除且超高壓狀態下脂肪氧合酶的失活不可逆[30,31]。且USPI-PLW冰淇淋經硬化后，組織中無較大冰晶存在，其口感最為細膩順滑，受到評價者的廣泛好評。綜合來看，USPI-PLW冰淇淋的膨脹率、融化率和感官指標最為理想。

表4 添加不同改性樣品對冰淇淋感官評價的影響

3 結論

經過USPI-PLW替代部分乳粉后，冰淇淋的膨脹率可達86.86%，較普通低脂冰淇淋提高了94.84%，比SPI冰淇淋提高了56.28%。同時加入USPI-PLW的冰淇淋融化率僅為33.17%，融化率顯著降低(P<0.05)，冰淇淋更穩定。在72 h儲藏硬化后，USPI-PLW冰淇淋硬度最低，無較大冰晶，口感綿滑，微觀結構分析顯示口感細膩可能因為加入USPI-PLW的冰淇淋氣泡更小，分布更均勻，且在超高壓均質過程中由于溫度的增加可能有助于豆腥味的去除，使其風味更受歡迎。通過對比四種不同大豆分離蛋白冰淇淋的品質，結果顯示：以USPI-PLW制作的冰淇淋最為理想，膨脹率可達86.86%，淋融化率為33.17%，較傳統低脂冰淇淋融化率降低26.86%，膨脹率提高了94.84%，狀態穩定，外觀形態良好，且口感細膩順滑，豆腥味微弱。