多糖穩(wěn)定劑在大豆冰淇淋中的應(yīng)用

張欣，解雙瑜，孫波

（1.黑龍江省輕工科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150010；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150030）

大豆冰淇淋是指采用大豆蛋白代替動(dòng)物性蛋白所制作的冰淇淋。近年來(lái)，基于人們對(duì)大豆制品的需求量越來(lái)越高[1-2]，使用大豆蛋白制作冰淇淋也受到了廣泛的關(guān)注，不僅能夠增加冰淇淋的種類和口味，同時(shí)能豐富人們的蛋白營(yíng)養(yǎng)來(lái)源[3-4]。在冰淇淋的制作過(guò)程中，蛋白質(zhì)通常起到乳化的作用[5-6]，維持冰淇淋體系的穩(wěn)定[7-8]。與常見的牛乳蛋白等動(dòng)物蛋白相比[9-10]，植物蛋白的疏水性過(guò)高，缺少良好的穩(wěn)定水-油或水-空氣界面所需的親水基團(tuán)[11-13]。因此，親水性多糖與疏水性植物蛋白的結(jié)合可能在界面活性方面具有協(xié)同作用。疏水性較強(qiáng)的植物蛋白主要存在于油相中，親水性多糖在水相中來(lái)提供靜電排斥和空間位阻效應(yīng)[14-15]。同時(shí)，它們能夠通過(guò)增加混合體系的黏度，抑制液滴的移動(dòng)，進(jìn)而起到穩(wěn)定的作用[16-17]。因此，在使用大豆蛋白制作冰淇淋時(shí)，多糖類的穩(wěn)定劑起到了至關(guān)重要的作用。

基于此，本文選取羥甲基纖維素鈉（carboxymethylcellulose sodium，CMC）、海藻酸鈉、槐豆膠、黃原膠4種多糖穩(wěn)定劑，按不同質(zhì)量比制備成大豆冰淇淋體系，測(cè)定其黏度、持水率、穩(wěn)定性及大豆冰淇淋成品的膨脹率、融化率及感官品質(zhì)。然后，以大豆冰淇淋成品的感官品質(zhì)為指標(biāo)，對(duì)4種多糖穩(wěn)定劑進(jìn)行正交優(yōu)化，以期選擇出適用于大豆冰淇淋的多糖穩(wěn)定劑配比。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

豆粉：黑龍江省北大荒綠色健康食品有限責(zé)任公司；大豆磷脂：黑龍江珍寶島生物工程有限公司；綿白糖：黑龍江北方糖業(yè)股份有限公司；海藻酸鈉：青島海之林生物科技開發(fā)有限公司；黃原膠：內(nèi)蒙古健隆生化有限公司；槐豆膠：安迪布朗中國(guó)有限公司；CMC：上海申光食用化學(xué)品有限公司。

1.1.2 儀器

電動(dòng)攪拌器（JJ-1）：金壇市雙捷實(shí)驗(yàn)儀器廠；冰箱（BCD-237ZE3CS）：長(zhǎng)虹美菱股份有限公司；旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)（DVS+）：美國(guó)BROOKFIELD公司；高速冷凍離心機(jī)（TGD-20MC）：湖南邁達(dá)儀器有限公司；分析天平（JEA502）：上海浦春計(jì)量?jī)x器有限公司；鼓風(fēng)干燥箱（101-0A）：天津市泰斯特儀器有限公司；全自動(dòng)快速冰淇淋機(jī)（IC8608C）：北京中興柏翠電器有限公司；場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（SU8010）、離子濺射儀（MCI1000）：日本日立公司；生物顯微鏡（DM2500）：徠卡顯微系統(tǒng)（上海）有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 大豆冰淇淋基本配方

大豆冰淇淋基本配方組成為水65%、豆粉20%、綿白糖13%、大豆磷脂2%。

1.2.2 大豆冰淇淋生產(chǎn)工藝流程

混料→溶解→均質(zhì)→老化（4℃、15 min）→凝凍（40 min）→硬化（-18℃、12 h）→成品

1.2.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.3.1 不同多糖穩(wěn)定劑添加量對(duì)大豆冰淇淋混合體系性質(zhì)的影響

在大豆冰淇淋基本配方的基礎(chǔ)上按其總質(zhì)量的0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%分別添加 4種多糖穩(wěn)定劑，配制成大豆冰淇淋混合體系，測(cè)定其在室溫（20℃）下的黏度、持水率、穩(wěn)定性，并將不添加任何多糖穩(wěn)定劑的混合體系作為對(duì)照。

1.2.3.2 不同多糖穩(wěn)定劑添加量對(duì)大豆冰淇淋成品性質(zhì)的影響

在大豆冰淇淋基本配方的基礎(chǔ)上按其總質(zhì)量0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%分別添加4種多糖穩(wěn)定劑，配制成大豆冰淇淋混合體系，將混合體系在冰淇淋機(jī)中凝凍40 min，然后轉(zhuǎn)移至-18℃硬化12 h，測(cè)定成品的膨脹率、融化率和感官品質(zhì)，并將不添加任何多糖穩(wěn)定劑的混合體系作為對(duì)照。

1.2.3.3 多糖穩(wěn)定劑對(duì)大豆冰淇淋混合體系微觀結(jié)構(gòu)的影響

在大豆冰淇淋基本配方的基礎(chǔ)上按其總質(zhì)量的0.5%分別添加4種多糖穩(wěn)定劑，配制成大豆冰淇淋混合體系，并使用顯微鏡與場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察。

1.2.4 檢測(cè)方法

1.2.4.1 大豆冰淇淋混合體系黏度的測(cè)定

采用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的61、62號(hào)轉(zhuǎn)子，測(cè)定經(jīng)4℃老化15 min的大豆冰淇淋混合體系的黏度。

1.2.4.2 大豆冰淇淋混合體系持水率的測(cè)定

取5g老化后的大豆冰淇淋混合體系在5000r/min下離心10 min，將上層清液快速倒出，稱取離心后離心管內(nèi)沉淀物的質(zhì)量，持水率計(jì)算公式如下[18-19]。

1.2.4.3 大豆冰淇淋混合體系穩(wěn)定性的測(cè)定

將均質(zhì)后的大豆冰淇淋混合體系置于4℃冰箱中，保存48 h，測(cè)定大豆冰淇淋混合體系分層后的乳清相高度及其總高度，計(jì)算冰淇淋的穩(wěn)定性[20]。

1.2.4.4 大豆冰淇淋膨脹率的測(cè)定

分別稱取相同體積的凝凍前大豆冰淇淋混合體系與凝凍后大豆冰淇淋成品，分別測(cè)定其質(zhì)量，膨脹率計(jì)算公式如下[21-22]。

1.2.4.5 大豆冰淇淋融化率的測(cè)定

取經(jīng)硬化后的冰淇淋成品置于30℃培養(yǎng)箱中的金屬網(wǎng)上，金屬網(wǎng)下放一表面皿，計(jì)時(shí)45 min測(cè)融化物質(zhì)量，按如下公式計(jì)算其融化率[23-24]。

1.2.4.6 感官品質(zhì)測(cè)定

挑選10名經(jīng)過(guò)訓(xùn)練后的品評(píng)人員，對(duì)大豆冰淇淋成品進(jìn)行色澤、口感、組織及形態(tài)的品評(píng)。具體操作方法如下：取硬化12 h后的大豆冰淇淋成品，觀察色澤和均勻度，然后用提前預(yù)冷的刀將冰淇淋切開，觀察剖面組織形態(tài)，并品嘗其味道，評(píng)價(jià)其口味、咀嚼感、細(xì)膩程度，每品嘗完一個(gè)樣品，用清水漱口，再進(jìn)行下一個(gè)樣品的品嘗，具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 大豆冰淇淋感官品質(zhì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Soybean ice cream sensory quality scoring standard

1.2.4.7 大豆冰淇淋混合體系光學(xué)顯微鏡微觀結(jié)構(gòu)觀察

取一滴大豆冰淇淋混合體系于載玻片上，從側(cè)面蓋上蓋玻片，排除氣泡，吸去多余液體，置于40倍光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行觀察拍照。

1.2.4.8 大豆冰淇淋混合體系場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡微觀結(jié)構(gòu)觀察

將制好的樣品平鋪于培養(yǎng)皿中，放入-18℃下冷凍，再轉(zhuǎn)移至真空冷凍干燥機(jī)內(nèi)，冷凍干燥12 h。將干燥后的樣品固定在雙面導(dǎo)電的樣品臺(tái)上，使用離子濺射儀使樣品具有導(dǎo)電性。分別在5 000、10 000放大倍率下，使用場(chǎng)發(fā)射電子顯微鏡觀察樣品微觀結(jié)構(gòu)，選擇具有代表性的視野記錄拍照[25]。

1.2.5 多糖穩(wěn)定劑正交優(yōu)化試驗(yàn)

在1.2.3.2基礎(chǔ)上，以冰淇淋感官品質(zhì)為指標(biāo)，對(duì)4種多糖穩(wěn)定劑的添加量進(jìn)行四因素三水平正交試驗(yàn)優(yōu)化，選擇適用于添加在大豆冰淇淋中的多糖穩(wěn)定劑配比。正交條件如表2所示。

表2 多糖穩(wěn)定劑添加量正交因素水平Table 2 Polysaccharide stabilizer addition amount orthogonal factor level

1.3 數(shù)據(jù)處理

樣品均平行測(cè)定3次，使用Origin8.0、SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同多糖穩(wěn)定劑添加量對(duì)大豆冰淇淋混合體系的影響

2.1.1 不同多糖穩(wěn)定劑添加量對(duì)大豆冰淇淋混合體系黏度的影響

圖1為不同多糖穩(wěn)定劑添加量對(duì)大豆冰淇淋混合體系黏度的影響。

圖1 不同多糖穩(wěn)定劑添加量對(duì)大豆冰淇淋混合體系黏度的影響Fig.1 Effect of different polysaccharide stabilizer additive amounts on the viscosity of soybean ice cream mixed system

由圖1可知，隨著4種多糖穩(wěn)定劑添加量的增加，大豆冰淇淋混合體系黏度也在增加。當(dāng)多糖穩(wěn)定劑添加量為0%，大豆冰淇淋混合體系的黏度為24.7 mPa·s。在添加量為0.5%時(shí)，添加黃原膠的大豆冰淇淋混合體系黏度最大，為3 851 mPa·s；其次是槐豆膠，黏度為740 mPa·s；添加海藻酸鈉和CMC的大豆冰淇淋混合體系黏度相對(duì)較小，分別為401.9 mPa·s和86.1 mPa·s。相比于添加其他3種穩(wěn)定劑，在相同添加量條件下添加黃原膠時(shí)黏度變化最明顯，因此黃原膠對(duì)大豆冰淇淋混合體系黏度影響最大。

2.1.2 不同多糖穩(wěn)定劑添加量對(duì)大豆冰淇淋混合體系持水率的影響

圖2為不同多糖穩(wěn)定劑添加量對(duì)大豆冰淇淋混合體系持水率的影響。

圖2 不同多糖穩(wěn)定劑添加量對(duì)大豆冰淇淋混合體系持水率的影響Fig.2 Effect of different polysaccharide stabilizer additive amounts on water holding capacity of soybean ice cream mixed system

由圖2可知，隨著4種多糖穩(wěn)定劑添加量的增加，大豆冰淇淋混合體系的持水率整體呈增加趨勢(shì)。當(dāng)多糖穩(wěn)定劑添加量為0%時(shí)，大豆冰淇淋混合體系的持水率為41.75%。當(dāng)添加量為0.5%時(shí)，添加黃原膠的大豆冰淇淋混合體系持水率最大，為67.0%；其次為CMC，持水率為57.3%；添加海藻酸鈉和槐豆膠的大豆冰淇淋混合體系持水率相對(duì)較小，分別為55.0%和54.7%。相比于添加其他3種穩(wěn)定劑，在相同添加量條件下添加黃原膠時(shí)持水率變化最明顯，因此黃原膠對(duì)大豆冰淇淋混合體系持水率影響最大。

2.1.3 不同多糖穩(wěn)定劑添加量對(duì)大豆冰淇淋混合體系穩(wěn)定性的影響

圖3為不同多糖穩(wěn)定劑添加量對(duì)大豆冰淇淋混合體系穩(wěn)定性的影響。

圖3 不同多糖穩(wěn)定劑添加量對(duì)大豆冰淇淋混合體系穩(wěn)定性的影響Fig.3 Effect of different polysaccharide stabilizer additive amounts on the stability of soybean ice cream mixed system

由圖3可知，隨著4種多糖穩(wěn)定劑添加量的增加，大豆冰淇淋混合體系的穩(wěn)定性也在增加。當(dāng)多糖穩(wěn)定劑添加量為0%時(shí)，大豆冰淇淋混合體系的穩(wěn)定性為57%。當(dāng)添加量為0.5%時(shí)，添加CMC、海藻酸鈉、槐豆膠的大豆冰淇淋混合體系的穩(wěn)定性均達(dá)到100%。黃原膠的添加量為0.5%時(shí)，其穩(wěn)定性為98%。而當(dāng)槐豆膠的添加量為0.4%時(shí)，穩(wěn)定性就達(dá)到100%；其他3種多糖穩(wěn)定劑在添加量為0.4%時(shí)，其大豆冰淇淋混合體系的穩(wěn)定性均不能達(dá)到100%。相比于添加其他3種穩(wěn)定劑，在相同添加量條件下添加槐豆膠時(shí)穩(wěn)定性變化最明顯，因此槐豆膠對(duì)大豆冰淇淋混合體系穩(wěn)定性影響最大。

2.2 不同多糖穩(wěn)定劑添加量對(duì)大豆冰淇淋成品的影響

2.2.1 不同多糖穩(wěn)定劑添加量對(duì)大豆冰淇淋成品膨脹率的影響

圖4為不同多糖穩(wěn)定劑添加量對(duì)大豆冰淇淋混合體系膨脹率的影響。

圖4 不同多糖穩(wěn)定劑添加量對(duì)大豆冰淇淋成品膨脹率的影響Fig.4 Effect of different polysaccharide stabilizer additive amounts on the expansion rate of soybean ice cream

由圖4可知，隨著CMC、海藻酸鈉、槐豆膠這3種多糖穩(wěn)定劑添加量的增加，大豆冰淇淋混合體系的成品膨脹率整體呈上升趨勢(shì)。當(dāng)多糖穩(wěn)定劑添加量為0%，大豆冰淇淋成品的膨脹率為14.3%。當(dāng)添加量為0.5%時(shí)，添加CMC的大豆冰淇淋成品膨脹率最大，為46.3%；其次是海藻酸鈉，膨脹率為42.0%；添加槐豆膠的大豆冰淇淋成品膨脹率為37.2%。當(dāng)黃原膠添加量為0.2%時(shí)，大豆冰淇淋成品膨脹率達(dá)到最大值24.4%，隨后呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)。相比于添加其他3種穩(wěn)定劑，在相同添加量條件下添加CMC時(shí)成品的膨脹率變化最明顯，因此CMC對(duì)大豆冰淇淋成品膨脹率影響最大。

2.2.2 不同多糖穩(wěn)定劑添加量對(duì)大豆冰淇淋成品融化率的影響

圖5為不同多糖穩(wěn)定劑添加量對(duì)大豆冰淇淋成品融化率的影響。

圖5 不同多糖穩(wěn)定劑添加量對(duì)大豆冰淇淋成品融化率的影響Fig.5 Effect of different polysaccharide stabilizer additive amounts on melt rate of soybean ice cream

由圖5可知，隨著4種多糖穩(wěn)定劑添加量的增加，大豆冰淇淋成品的融化率呈下降趨勢(shì)。當(dāng)多糖穩(wěn)定劑添加量為0%時(shí)，大豆冰淇淋成品的融化率為85.6%。當(dāng)添加量為0.5%時(shí)，添加CMC的大豆冰淇淋成品融化率最小，為33.17%，其次是黃原膠，融化率為34.02%，添加海藻酸鈉和槐豆膠的大豆冰淇淋成品融化率分別為49.53%和55.33%。相比于添加其他3種穩(wěn)定劑，隨著添加量的增加，添加CMC時(shí)成品的融化率變化最明顯，因此CMC對(duì)大豆冰淇淋成品融化率影響最大。

2.2.3 不同多糖穩(wěn)定劑添加量對(duì)大豆冰淇淋感官品質(zhì)的影響

圖6為不同多糖穩(wěn)定劑添加量對(duì)大豆冰淇淋成品感官品質(zhì)的影響。

由圖6可知，隨著CMC、海藻酸鈉、槐豆膠這3種多糖穩(wěn)定劑添加量的增加，大豆冰淇淋成品的感官評(píng)分也在增加。當(dāng)多糖穩(wěn)定劑添加量為0%時(shí)，大豆冰淇淋成品的感官評(píng)分為62.4。當(dāng)添加量為0.5%時(shí)，添加海藻酸鈉的大豆冰淇淋成品感官評(píng)分最高，為86.8；其次為CMC和槐豆膠，其感官評(píng)分為84.1和79.3；黃原膠的添加量為0.3%時(shí)，大豆冰淇淋成品感官評(píng)分達(dá)到最大為82.4，隨后隨著添加量的增加，感官評(píng)分呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。相比于添加其他3種穩(wěn)定劑，隨著添加量的增加，添加海藻酸鈉時(shí)成品的感官品質(zhì)變化最明顯，因此海藻酸鈉對(duì)大豆冰淇淋成品融化率影響最大。

圖6 不同多糖穩(wěn)定劑添加量對(duì)大豆冰淇淋成品感官品質(zhì)的影響Fig.6 Effect of different polysaccharide stabilizer additive amounts on the sensory quality of soybean ice cream

2.3 多糖穩(wěn)定劑對(duì)大豆冰淇淋體系微觀結(jié)構(gòu)的影響

2.3.1 大豆冰淇淋混合體系顯微鏡微觀結(jié)構(gòu)觀察

圖7為大豆冰淇淋混合體系光學(xué)顯微鏡微觀結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果。

圖7 大豆冰淇淋混合體系光學(xué)顯微鏡微觀結(jié)構(gòu)觀察Fig.7 Observation of the microstructure of soy ice cream mixed system by optical microscope

由圖7可知，未添加多糖穩(wěn)定劑的大豆冰淇淋混合體系中，氣泡分布不均勻，大小差異明顯，存在許多直徑較大的氣泡；添加0.5%CMC后，混合體系內(nèi)大氣泡消失，存在個(gè)別中等大小的氣泡，但其余氣泡大小基本一致，且分布變得均勻；添加0.5%海藻酸鈉和槐豆膠后，體系中仍存在少量中等大小的氣泡，但氣泡分布較均勻，存在少量無(wú)氣泡的區(qū)域；添加0.5%黃原膠后，體系內(nèi)幾乎無(wú)氣泡分布，僅存在少量直徑較小的氣泡，且分布不均勻。

2.3.2 大豆冰淇淋混合體系場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡微觀結(jié)構(gòu)觀察

圖8為大豆冰淇淋混合體系場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡微觀結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果。

圖8 大豆冰淇淋混合體系場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡微觀結(jié)構(gòu)觀察Fig.8 Observation on the microstructure of soy ice cream mixed system by field emission scanning electron microscope

由圖8可知，未添加多糖穩(wěn)定劑的大豆冰淇淋混合體系，從斷裂處進(jìn)行觀察可以發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部有許多大小不一且分布不均勻的凹陷，這些凹陷是大豆冰淇淋混合體系中所包裹的氣泡及體系中凍結(jié)后的冰晶干燥后形成的；添加0.5%CMC后，斷裂處內(nèi)部的凹陷變小，大小相似且分布較為均勻一致；添加0.5%海藻酸鈉和刺槐豆膠后，斷裂處內(nèi)部的凹陷大小略有差異，且分布較為均勻；添加0.5%黃原膠后，斷裂處內(nèi)部表面光滑，幾乎無(wú)凹陷。

2.4 多糖穩(wěn)定劑正交優(yōu)化試驗(yàn)

參照表1對(duì)多糖穩(wěn)定劑在大豆冰淇淋中添加量進(jìn)行正交試驗(yàn)優(yōu)化，結(jié)果如表3所示。

表3 多糖穩(wěn)定劑正交試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Orthogonal test results of polysaccharide stabilizer

由表3可知，4種多糖穩(wěn)定劑對(duì)于感官評(píng)分質(zhì)影響由高到低排序?yàn)楹Ｔ逅徕c添加量＞槐豆膠添加量＞CMC添加量＞黃原膠添加量，K值最優(yōu)條件為A2B3C3D3。在上述最優(yōu)條件下做驗(yàn)證試驗(yàn)，平行3次，得到大豆冰淇淋成品的感官評(píng)分為95.2，高于試驗(yàn)組A2B2C3D1的大豆冰淇淋成品的感官評(píng)分（93.6）。因此在大豆冰淇淋中添加CMC添加量0.075%，海藻酸鈉添加量0.100%，槐豆膠添加量0.100%，黃原膠添加量0.100%為最佳的多糖穩(wěn)定劑添加量。

3 結(jié)論

由以上研究結(jié)果可以看出，多糖穩(wěn)定劑在一定程度上提高了大豆冰淇淋的各種性質(zhì)。在添加量為0.5%時(shí)，CMC對(duì)大豆冰淇淋成品的膨脹率和融化率影響最大，海藻酸鈉對(duì)大豆冰淇淋成品感官品質(zhì)影響最大，槐豆膠對(duì)大豆冰淇淋混合體系的穩(wěn)定性影響最大，黃原膠對(duì)大豆冰淇淋混合體系的黏度、持水率影響最大。對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，可以發(fā)現(xiàn)，與未添加多糖穩(wěn)定劑的大豆冰淇淋混合體系相比，添加多糖穩(wěn)定劑后體系中原有的分布不均勻的大氣泡變?yōu)榉植季鶆虻男馀荩移渲袣馀菖c冰晶的大小相似，分布更加均勻且其組織結(jié)構(gòu)更加致密有序，這可能是多糖穩(wěn)定劑提高了大豆冰淇淋各種性質(zhì)的原因。

綜上所述，雖然這4種多糖穩(wěn)定劑都能在不同程度上提高大豆冰淇淋的各項(xiàng)理化性質(zhì)，但每種多糖穩(wěn)定劑對(duì)大豆冰淇淋理化性質(zhì)的提高均集中在個(gè)別的理化性質(zhì)，很難做到對(duì)大豆冰淇淋所有性質(zhì)的提升。因此需要幾種穩(wěn)定劑的復(fù)合使用，才能達(dá)到較好的效果。對(duì)4種穩(wěn)定劑進(jìn)行正交優(yōu)化，可以看出，在CMC 0.075%，海藻酸鈉0.100%，槐豆膠0.100%，黃原膠0.100%組合下，大豆冰淇淋成品的感官評(píng)分為95.2，是添加在大豆冰淇淋混合體系中合理的復(fù)合多糖穩(wěn)定劑配比。