菊粉對(duì)綠豆蛋白低脂植物酸奶品質(zhì)的影響

楊 媚，李娜娜，范 蓓，佟立濤，王麗麗，郭雅紅，張 爍，王鳳忠，劉麗婭

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193）

近幾年，豆類植物酸奶因其低熱量、高蛋白的特點(diǎn)，受到消費(fèi)者的廣泛關(guān)注。綠豆（L.）是一種廣泛種植在亞洲的豆類作物，富含蛋白質(zhì)。綠豆蛋白具有均衡的氨基酸組成，同時(shí)具有多種生理功效，例如降低膽固醇、抗肥胖、抗氧化等。此外，綠豆蛋白具有起泡、乳化、持油、持水能力和凝膠等功能性質(zhì)。基于以上特征，綠豆蛋白是制備植物酸奶的理想原料之一。然而，綠豆蛋白往往作為綠豆淀粉生產(chǎn)的副產(chǎn)物被廢棄，其附加值并未得到充分利用造成蛋白資源的浪費(fèi)。因此，綠豆蛋白在植物基酸奶中的應(yīng)用不僅會(huì)提高其附加值，同時(shí)也為消費(fèi)者提供更多植物基酸奶種類的選擇。

植物基酸奶應(yīng)具有與傳統(tǒng)酸奶相似的營(yíng)養(yǎng)成分。與傳統(tǒng)酸奶相比，綠豆蛋白植物酸奶在蛋白含量上能夠與傳統(tǒng)酸奶相當(dāng)，但因其原料中脂肪含量較低，需外源添加油以達(dá)到與傳統(tǒng)酸奶相近的脂肪含量，但添加大量脂肪卻不利于人體健康。因此，需要研發(fā)可接受度較高的綠豆蛋白低脂酸奶以滿足消費(fèi)者的需求。脂肪與產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)和口感等品質(zhì)特性密切相關(guān)，而直接減少配料中的脂肪含量會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的品質(zhì)下降。有研究報(bào)道可通過添加一些脂肪替代物以提升低脂產(chǎn)品的品質(zhì)。

菊粉是一種廣泛存在于植物組織中的可溶性膳食纖維，尤其在菊芋、菊苣塊根中。菊粉具有膳食纖維和益生元的雙重功效，它還具有預(yù)防肥胖、控制血脂、調(diào)節(jié)血糖等作用。此外，菊粉具有良好的結(jié)合水能力，可起到增稠、乳化、凝膠的作用，可以產(chǎn)生類似脂肪的流動(dòng)特性。崔利敏等研究菊粉對(duì)低脂益生菌冷凍酸乳品質(zhì)的影響，結(jié)果顯示，菊粉可以增加產(chǎn)品的甜度，降低酸度，還可以改善產(chǎn)品的細(xì)膩度、順滑度以及冰感。El-Kholy等在益生菌酸奶中添加一定量的菊粉能夠促進(jìn)益生菌生長(zhǎng)，而在質(zhì)構(gòu)、微觀和感官性質(zhì)上也與全脂益生菌酸奶接近。Narala等采用菊粉作為脂肪替代物開發(fā)低脂豌豆蛋白素食冰淇淋，其質(zhì)構(gòu)和感官評(píng)價(jià)的接受度較高。菊粉作為脂肪替代物已廣泛用于低脂食品中，但菊粉作為脂肪替代物在綠豆蛋白低脂酸奶中的應(yīng)用相關(guān)研究鮮有報(bào)道。

因此，本研究將菊粉應(yīng)用于綠豆蛋白低脂酸奶中，研究不同濃度的菊粉（2%、4%、6%）對(duì)綠豆蛋白低脂酸奶的流變、質(zhì)構(gòu)、持水力、微觀結(jié)構(gòu)及感官品質(zhì)的影響，并與不添加菊粉的綠豆蛋白高脂酸奶（3%葵花籽油）進(jìn)行比較，以評(píng)估其替代部分脂肪的效果，為研發(fā)高品質(zhì)的綠豆蛋白低脂酸奶提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

綠豆蛋白（蛋白含量80.70%，脂肪含量0.35%）煙臺(tái)雙塔食品有限公司提供；葵花籽油 多力食品有限公司；白砂糖 佛山市層層高食品有限公司；VEGE 022 酸奶發(fā)酵劑（，subsp.，（NCFM）and（HN019?）） 丹尼斯克公司（丹麥哥本哈根）提供；菊粉 重慶驕王天然產(chǎn)物股份有限公司。

XHF-DY型高速分散器、Scientz-150型高壓均質(zhì)機(jī) 寧波新芝生物科技股份有限公司；YJ-VS-1超凈工作臺(tái) 無錫一凈設(shè)備有限公司；FE28型pH計(jì)梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；LRH-250F型發(fā)酵培養(yǎng)箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司；Physica MCR301型流變儀 奧地利Anton Paar有限公司；TA.HDplus質(zhì)構(gòu)儀 英國(guó)Stable公司；Leica TCS SP8型激光共聚焦顯微鏡 徠卡顯微系統(tǒng)（上海）貿(mào)易有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 綠豆蛋白酸奶的制備 參考Yang等的方法。工藝流程為：綠豆蛋白水化→添加菊粉→添加葵花籽油和白砂糖→高速分散→均質(zhì)→殺菌→冷卻→接種→發(fā)酵→冷藏后熟→綠豆蛋白酸奶。

操作要點(diǎn)如下：

配料：綠豆蛋白植物酸奶發(fā)酵基料中綠豆蛋白濃度為3%，白砂糖濃度為5%，葵花籽油濃度為1%/3.0%（根據(jù)脂肪含量乳制品酸奶的分類，本研究中綠豆蛋白低脂酸奶中葵花籽油添加量設(shè)為1%，綠豆蛋白高脂酸奶中葵花籽油設(shè)為3%）。此外，根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇對(duì)綠豆蛋白低脂酸奶（1%葵花籽油）品質(zhì)具有明顯改善效果的三個(gè)水平的菊粉添加量，即菊粉添加量分別為2%、4%、6%。

高速分散：采用高速分散器將配料混合并于10000 r/min下高速剪切1 min。

均質(zhì)：蛋白乳液在常溫下40 MPa壓力下均質(zhì)2次。

殺菌：取預(yù)處理后蛋白乳液在85 °C下殺菌30 min。

冷卻：取殺菌后蛋白乳液置于冰水浴中迅速冷卻到37 °C左右。

接種：選擇直投式酸奶發(fā)酵劑VEGE 022接種，接種量為 1‰（乳酸菌數(shù)＞1×10CFU/mL）。

發(fā)酵：在發(fā)酵培養(yǎng)箱中進(jìn)行發(fā)酵，37 °C下發(fā)酵至pH4.6。

后熟：取發(fā)酵終點(diǎn)pH4.6的酸奶于4 °C下冷藏后熟24 h。

1.2.2 流變特性分析 參考Pang等和Zhou等的方法對(duì)綠豆蛋白酸奶進(jìn)行時(shí)間和頻率掃描。

1.2.2.1 時(shí)間掃描 模擬酸奶發(fā)酵過程，將接種后的綠豆蛋白乳充分?jǐn)嚢杈鶆颍湃肓髯儍x的樣品池中進(jìn)行發(fā)酵。時(shí)間掃描程序參數(shù)根據(jù)酸奶發(fā)酵過程條件設(shè)定，溫度設(shè)定37 ℃，使用pH計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)pH，當(dāng)pH達(dá)到4.6時(shí)，發(fā)酵終止。發(fā)酵過程中的儲(chǔ)能模量（G）和損耗模量（G）被測(cè)定并記錄。

1.2.2.2 頻率掃描 模擬酸奶后熟過程，將溫度冷卻至4 ℃，對(duì)發(fā)酵完成的酸奶樣品從0.1～100 Hz進(jìn)行頻率掃描，測(cè)定G'和G"隨頻率的變化。冷卻速率為1 ℃/min，應(yīng)變固定在0.5%。

1.2.3 質(zhì)構(gòu)測(cè)定 將后熟完成的綠豆蛋白酸奶采用質(zhì)構(gòu)儀對(duì)質(zhì)構(gòu)進(jìn)行評(píng)價(jià)，采用圓柱形探頭P36；測(cè)試前、測(cè)試和測(cè)試后的速度均設(shè)置為1.0 mm/s；壓縮比50%；松弛時(shí)間5 s；觸發(fā)力為5 g；硬度、內(nèi)聚性、彈性和咀嚼性參數(shù)用于表征綠豆蛋白酸奶的質(zhì)構(gòu)。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定3 次。

1.2.4 持水力的測(cè)定 參照馬文藝的方法進(jìn)行測(cè)定，將接種后的綠豆蛋白乳（20 g）分裝到50 mL 離心管中，37 ℃發(fā)酵至pH4.6。將發(fā)酵完成的綠豆蛋白基酸奶迅速冷卻至4 ℃，并在4 ℃后熟24 h，然后離心（5000×g，15 min），去除乳清后稱重。持水力為離心后樣品質(zhì)量與離心前樣品質(zhì)量的比值。

1.2.5 微觀結(jié)構(gòu) 采用激光掃描共聚焦顯微鏡（Confocal laser scanning microscope，CLSM）觀察蛋白凝膠的微觀結(jié)構(gòu)，參考劉瀟和Nguyena等的方法并略作修改。采用尼羅藍(lán)染料對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行染色（激發(fā)波長(zhǎng)為633 nm），在1 mL酸奶樣品中加入40 μL染料（0.1%尼羅藍(lán)），混合均勻。選用63×油鏡，觀察樣品并采集圖片。

1.2.6 感官評(píng)價(jià) 根據(jù)（RHB 104-2020《發(fā)酵乳感官評(píng)鑒細(xì)則》）進(jìn)行感官評(píng)定，參評(píng)人員 10人男女各5名，具備發(fā)酵乳感官評(píng)定的專業(yè)知識(shí)。取新鮮綠豆蛋白酸奶樣品進(jìn)行感官評(píng)定，不同的樣品被分在不同的塑料品嘗杯中，并給它們進(jìn)行隨機(jī)編碼（三位數(shù)代碼），樣品的品嘗順序也是隨機(jī)的。在燈光下觀察色澤、組織狀態(tài)，之后聞其氣味，然后用溫開水漱口，再品嘗樣品的滋味。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)釆用評(píng)分制，取平均值為產(chǎn)品的最后得分。參照表1 的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，來進(jìn)行評(píng)分。

表1 綠豆蛋白酸奶感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory standard of mung bean protein-based yogurt

1.3 數(shù)據(jù)處理

除感官評(píng)價(jià)以外的所有處理均設(shè)三次重復(fù)，所得結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。使用SPSS 23.0和Origin 8.0分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析和繪圖，通過SPSS23.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的方差分析（ANOVA），根據(jù)單因素方差分析結(jié)果進(jìn)行Ducan's多重比較分析差異顯著性，＜0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 菊粉對(duì)綠豆蛋白低脂植物酸奶流變特性的影響

2.1.1 時(shí)間掃描測(cè)定結(jié)果 儲(chǔ)能模量G'和損耗模量G''通常代表樣品的彈性和粘性特征。時(shí)間掃描用來監(jiān)測(cè)綠豆蛋白酸奶在發(fā)酵過程中pH和粘彈性的變化。圖1A顯示，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，菊粉濃度對(duì)酸奶pH的影響越來越明顯。菊粉濃度越高，體系pH降低的速率越慢，即發(fā)酵速率減緩。對(duì)照樣品即不添加菊粉的綠豆蛋白高脂酸奶大概需要3 h左右達(dá)到發(fā)酵終點(diǎn)（pH4.6），而添加菊粉的綠豆蛋白低脂酸奶的發(fā)酵時(shí)間較長(zhǎng)，尤其是添加6%菊粉的發(fā)酵時(shí)間達(dá)到4 h。推測(cè)可能是因?yàn)檩^高濃度的菊粉在一定程度上阻礙乳酸菌對(duì)酸奶中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用，從而抑制了乳酸菌的生長(zhǎng)繁殖。圖1B顯示，所有樣品的彈性模量在發(fā)酵酸化形成凝膠過程中變化比粘性模量快，發(fā)酵終點(diǎn)的所有樣品的G'＞G''，這也表明四種綠豆蛋白酸奶樣品中彈性成分占主導(dǎo)。其中，添加6%菊粉的酸奶樣品G'和G''最高，而添加2%菊粉和4%菊粉樣品的G'和G''差距不明顯且與對(duì)照組接近。

圖1 時(shí)間掃描過程中綠豆蛋白酸奶的pH（A）和粘彈性（B）變化Fig.1 Changes in pH (A) and viscoelasticity (B) of mung bean protein-based yogurt samples during time scanning

2.1.2 頻率掃描測(cè)定結(jié)果 綠豆蛋白酸奶的頻率掃描結(jié)果如圖2A所示，所有酸奶樣品中G'和G''均隨掃描頻率的增加而增加，且 G＞G，顯示出 G和G均具有頻率依賴性，這表明綠豆蛋白酸奶凝膠具有近似固態(tài)糊狀的粘彈性行為。圖2B顯示頻率掃描條件下相應(yīng)的tan（G''/G'）值。通常tan越大，樣品更趨向于黏性/流體行為，tan越小，樣品越趨向彈性/固體性質(zhì)。結(jié)果顯示所有酸奶樣品的tan＜1，表明綠豆蛋白酸奶樣品表現(xiàn)出類固體的特征，這與Huang等描述的酸奶流變特性一致。此外，在0.1和10 Hz的頻率條件下，四種樣品的粘彈性變化趨勢(shì)穩(wěn)定。當(dāng)剪切頻率達(dá)到100 Hz時(shí)，添加4%和6%菊粉的綠豆蛋白酸奶G'較高，而添加2%菊粉的綠豆蛋白低脂酸奶組低于對(duì)照高脂酸奶組。另外，添加4%和6%菊粉的綠豆蛋白低脂酸奶的tan較低，這也說明添加4%和6%菊粉的綠豆蛋白低脂酸奶趨向彈性/固體特征更明顯。推測(cè)可能是因?yàn)楦邼舛鹊木辗蹖?dǎo)致蛋白質(zhì)聚集體的聚集方式發(fā)生變化，產(chǎn)生高度交聯(lián)的凝膠網(wǎng)絡(luò)而使凝膠強(qiáng)度增強(qiáng)。

圖2 綠豆蛋白酸奶在頻率掃描條件下的G′、G′′（A）和 tanδ（B）變化Fig.2 Changes in storage energy (G') , loss energy (G'') (A),and phase angle (tanδ) (B) of mung bean protein-based yogurt samples under frequency scanning conditions

2.2 菊粉對(duì)綠豆蛋白低脂植物酸奶質(zhì)構(gòu)特性的影響

四種綠豆蛋白酸奶的質(zhì)構(gòu)特性如表2所示。與對(duì)照綠豆蛋白高脂酸奶相比，添加菊粉的綠豆蛋白低脂酸奶的硬度、內(nèi)聚性、咀嚼性呈上升趨勢(shì)，且隨菊粉濃度的增加而增加，而菊粉對(duì)綠豆蛋白低脂酸奶的彈性沒有顯著影響（＞0.05）。此外，添加2%菊粉的綠豆蛋白酸奶和對(duì)照高脂酸奶具有相近的硬度、彈性和咀嚼性（＞0.05），而添加4%和6%菊粉的綠豆蛋白酸奶硬度和咀嚼性顯著高于對(duì)照高脂酸奶組（＜0.05）。硬度和咀嚼性的增加也說明菊粉能夠增強(qiáng)綠豆蛋白低脂酸奶的凝膠強(qiáng)度。質(zhì)構(gòu)分析結(jié)果表明：添加2%菊粉的綠豆蛋白低脂酸奶的質(zhì)構(gòu)特性能夠與綠豆蛋白高脂酸奶相當(dāng)。當(dāng)菊粉添加量為4%～6%時(shí)，菊粉能夠顯著提高綠豆蛋白低脂酸奶的質(zhì)構(gòu)特性（＜0.05），起到了替代脂肪的目的。

表2 綠豆蛋白酸奶的質(zhì)構(gòu)特性Table 2 Texture characteristics of mung bean protein-based yogurt

2.3 菊粉對(duì)綠豆蛋白低脂植物酸奶持水力的影響

酸奶的持水力與口感和組織狀態(tài)密切相關(guān)。由圖3可知，對(duì)照組高脂酸奶的持水力為85.92%±1.26%，與對(duì)照組相比，添加菊粉的綠豆蛋白低脂酸奶持水力明顯提升，在87%～89%之間。這也說明菊粉的添加有助于提升綠豆蛋白低脂酸奶的持水力。這可能是因?yàn)榫辗壑泻幸恍┯H水基團(tuán)，它能夠促進(jìn)綠豆蛋白低脂酸奶的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，使酸奶凝膠中的水分不易析出。酸奶較高的持水力也有利于提高產(chǎn)品的保質(zhì)期。

圖3 綠豆蛋白酸奶樣品的持水力Fig.3 The water holding capacity of mung bean protein-based yogurt

2.4 菊粉對(duì)綠豆蛋白低脂植物酸奶微觀結(jié)構(gòu)的影響

酸奶通常是以蛋白質(zhì)穩(wěn)定的乳液凝膠形式存在，通過CLSM觀察綠豆蛋白酸奶凝膠的微觀結(jié)構(gòu)。如圖4所示，蛋白用綠色標(biāo)記。結(jié)果顯示，對(duì)照高脂綠豆蛋白酸奶凝膠樣品具有最均勻和最致密的蛋白質(zhì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。添加2%和4%菊粉的綠豆蛋白低脂酸奶中的蛋白結(jié)構(gòu)與對(duì)照高脂酸奶樣品的蛋白結(jié)構(gòu)相似，而添加6%菊粉的低脂酸奶微觀結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出較多孔以及不均勻的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這可能歸因于較高濃度的菊粉導(dǎo)致蛋白質(zhì)聚集體的聚集方式和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。這也說明高濃度的菊粉可能會(huì)劣化蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。Xu等的研究也發(fā)現(xiàn)高濃度的菊粉（7%）會(huì)導(dǎo)致豌豆蛋白乳液凝膠的微觀結(jié)構(gòu)變得不均勻。微觀結(jié)構(gòu)研究結(jié)果表明：添加2%和4%菊粉的綠豆蛋白低脂酸奶具有均勻致密的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而添加6%的菊粉會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)劣化。

圖4 綠豆蛋白酸奶的微觀結(jié)構(gòu)Fig.4 The microstructure of mung bean protein-based yogurt

2.5 感官評(píng)價(jià)

如圖5所示，雖然添加菊粉的三種綠豆蛋白低脂酸奶在色澤上與對(duì)照高脂酸奶略有差別但并不顯著（＞0.05），但是添加2%和4%菊粉的綠豆蛋白低脂酸奶在組織和口感上高于對(duì)照高脂酸奶樣品，可接受程度也較高。而添加6%菊粉的綠豆蛋白低脂酸奶過于濃稠，適口性略差，質(zhì)地略硬，這與綠豆蛋白酸奶的流變、質(zhì)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)的結(jié)果一致。另外，添加菊粉的綠豆蛋白低脂酸奶的氣味沒有明顯變化。感官評(píng)價(jià)總分結(jié)果顯示，添加2%菊粉的綠豆蛋白低脂酸奶感官總分與對(duì)照高脂酸奶相近，添加4%菊粉的綠豆蛋白低脂酸奶的感官評(píng)價(jià)總分顯著高于對(duì)照組（＜0.05），感官評(píng)分最高達(dá)到80分，整體感官品質(zhì)最佳，而添加6%菊粉的綠豆蛋白酸奶的感官評(píng)分最低。感官評(píng)價(jià)結(jié)果顯示：菊粉的最適添加量應(yīng)選擇在2%～4%。

圖5 綠豆蛋白酸奶的感官評(píng)分Fig.5 Sensory scores of mung bean protein-based yogurt

3 結(jié)論

本研究以菊粉作為脂肪替代物，探究不同菊粉添加量對(duì)綠豆蛋白低脂酸奶品質(zhì)的影響。結(jié)果表明：與對(duì)照綠豆蛋白高脂酸奶相比，當(dāng)菊粉添加量為2%時(shí)，綠豆蛋白低脂酸奶與綠豆蛋白高脂酸奶具有了相似的硬度、咀嚼性、持水能力和微觀結(jié)構(gòu)（＞0.05）。當(dāng)菊粉添加量為4%時(shí)，綠豆蛋白低脂酸奶的硬度和咀嚼性分別顯著提高了21.56%和32.34%（＜0.05），持水能力達(dá)到88.55%。此時(shí)，綠豆蛋白低脂酸奶整體的感官品質(zhì)最佳。當(dāng)菊粉添加量為6%時(shí)，綠豆蛋白低脂酸奶的硬度、咀嚼性、持水能力都顯著提高（＞0.05），但是其微觀結(jié)構(gòu)顯示出多孔以及不均勻的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其組織和口感變差，總體感官品質(zhì)最差。這些結(jié)果也表明添加2%～4%菊粉可以改善綠豆蛋白低脂酸奶的品質(zhì)，達(dá)到替代脂肪的作用。