酸奶和乳清蛋白比例對凍干藍莓酸奶品質影響研究

李 原 畢金峰 易建勇，* 馬有川 郭樹松 陳高飛 鄒少強

（1中國農業科學院農產品加工研究所/農業農村部農產品加工綜合性重點實驗室，北京 100193；2福建立興食品有限公司，福建 漳州 363000）

藍莓（VacciniumcorymbosumL.），杜鵑花科越橘屬，果實為藍色，呈近球體，滋味酸甜可口［1］。藍莓富含花色苷、多酚和超氧化物歧化酶等功能成分，其中總花色苷含量高達1.30～5.38 mg·g-1，被譽為“漿果之王”，具有保護視力、抗氧化、預防心腦血管疾病等功能性作用［2-3］。2020年底，我國藍莓栽培面積6.64萬公頃，總產量34.72 萬噸，全球排名第五［4］。但藍莓采后軟化較快，不易保存，且容易受到機械損傷和微生物污染，發生腐敗、變質等品質劣變［5］。因此，藍莓的加工工藝研究和產品創新直接關系到藍莓產業的未來發展。

真空冷凍干燥藍莓酸奶塊是一種新型即食休閑食品，是將藍莓和酸奶等原輔料混合后，利用真空冷凍干燥（freeze-drying，FD）技術［6］制備而成，最大限度地保留了物料中的營養物質，維持了其原有形態［7-8］。該類產品具有口感酥脆、入口即化、食用方便等特點。隨著凍干技術的發展和休閑食品的普及，凍干藍莓酸奶塊逐漸占有穩定的消費市場，但如今對凍干藍莓酸奶塊品質分析的研究較少，僅對凍干酸奶和凍干酸奶溶豆的配方和工藝進行了優化［9-10］。Lao等［11］研究發現，在制備羽衣甘藍酸奶溶豆時，將微波和紅外輻照處理與凍干結合，可以節省干燥時間，減少耗能，保持樣品的形狀、色彩和營養品質。Feng 等［12］研究發現在凍干后，果膠等大分子物質作為支撐結構的主要成分，能夠提供一定的結構剛性骨架。現階段凍干藍莓酸奶塊存在易破碎、掉渣、藍莓含量低和粘牙等問題，產品中藍莓和酸奶比例有待優化。此外，乳清蛋白、果膠和小分子糖等物質對產品質構、吸濕性和色澤等品質的影響尚不明確。

因此，本試驗研究了商業酸奶、自制酸奶和乳清蛋白不同添加比例對真空冷凍干燥藍莓酸奶塊質構、吸濕性、粘牙性、營養成分等品質的影響，探討乳清蛋白、小分子糖對產品品質的影響，旨在為制備高質量真空冷凍干燥藍莓酸奶塊提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

材料：藍莓（藍豐，產自山東省青島市）；酸奶（伊利益消）、牛奶（三元特品鮮牛奶），購于北京市幸福榮耀超市；川秀酸奶發酵劑。

試劑：氯化鈉、無水碳酸鈉、濃鹽酸、氯化鉀、無水醋酸鈉、苯酚、濃硫酸、無水葡萄糖（分析純），上海國藥集團化學試劑有限公司；福林酚、沒食子酸標品，上海Sigma-Aldrich 中國公司；冰醋酸、甲醇（分析純），北京市通廣精細化公司；乳清蛋白（分析純），上海源葉生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

ULT1386-3-V41 超低溫冰箱，中國賽默飛科技有限公司；BLK190613PD真空冷凍干燥機，江蘇博萊客冷凍科技發展有限公司；CM-5 色澤測定儀，日本Konica Minolta公司；TA.XTC-18質構儀，上海保圣實業發展有限公司；SU8010 電子掃描顯微鏡，日本日立公司；Spark?多功能微孔板檢測儀，瑞士Tecan 公司；SB25-12DTN超聲機，寧波新芝生物科技股份有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 酸奶和藍莓漿制備 將需要使用的燒杯等儀器在90 ℃水浴中滅菌5 min，滅菌后瀝干、冷卻至室溫。稱取1 kg 牛奶。將裝有牛奶的燒杯于90 ℃水浴中滅菌5 min，然后冷卻至40～50 ℃。將2 g 酸奶發酵劑接種至40～45 ℃的牛奶中，充分攪勻。把接種后的發酵瓶置于43 ℃烘箱中發酵8 h。在酸奶發酵形成凝塊之后，將酸奶置于4 ℃低溫下冷藏12 h，后熟，備用。將藍莓從冰箱取出，解凍，進行全果打漿，備用。

1.3.2 不同比例商業酸奶真空冷凍干燥藍莓酸奶塊制備 在70 g 體系中，商業酸奶添加比例分別為0%、10%、30%、50%、70%、90%和100%，具體添加量如表2所示。分別稱取不同質量原料后，打漿，混勻。注入硅膠模具（2.5 cm × 2.5 cm × 1.4 cm）中，在-80 ℃條件下預凍12 h 后進行真空冷凍干燥，凍干程序：-40 ℃預冷1 h；0 ℃干燥20 h，升溫時間為30 min；25 ℃干燥48 h，升溫時間為30 min。

表1 不同原料總糖含量Table 1 Total sugar content of different raw materials/（mg·g-1）

表2 不同比例商業酸奶添加量Table 2 Amount of commercial yogurt added at different ratios

1.3.3 不同比例自制酸奶真空冷凍干燥藍莓酸奶塊制備 將商業酸奶換為自制酸奶，添加量及制作方法同1.3.2和表2。

1.3.4 不同比例乳清蛋白真空冷凍干燥藍莓酸奶塊制備 自制酸奶中原料牛奶蛋白質含量為3.1%。按照比例換算后，在70 g 體系中，添加乳清蛋白溶液，具體添加量如表3所示。制作方法同1.3.2。

表3 不同比例乳清蛋白添加量Table 3 Amount of whey protein added at different ratios

1.3.5 色澤的測定 參考徐燁等［13］的方法并稍作修改。使用CM-5 色澤測定儀測定，選用8 mm 目標罩，使用白色和黑色校準裝置進行0%和100%校準。分別取不同樣品放在目標罩上進行檢測。鏡光面選擇SCI，測量區域選擇8 mm，測定樣品的L*、a*和b*值，每組樣品測定5次平行。

1.3.6 質構的測定 測試前選取使用TA/2柱形探頭，具體測試條件設置如下：試驗類型為單次測試，測試類型為下壓，目標模式為位移，測試前和測試后速度均為2.00 mm·s-1，測試速度為1.00 mm·s-1，觸發力為0.05 N，檢測距離為10.00 mm。每組樣品平行測定6次。其中最大力表示凍干脆塊硬度；峰個數表示脆度［14］。

1.3.7 吸濕性的測定 吸濕性（hygroscopic，H）表示干物質吸收水分的質量。把樣品放入干燥器，在室溫下（25 ℃）均濕24 h 后，放入洗凈烘干的樣品盒，將其放置在盛有飽和氯化鈉溶液的玻璃干燥器中，保證干燥器內相對濕度為75%［15］。在放置1、3、5、10、30、54、78、102 和150 h 時稱重，測定4 次平行。按式（1）計算吸濕率（H）：

式中，m 是脆塊的初始質量（g）；mi是脆塊在i時刻的質量（g）。

1.3.8 總糖含量的測定 參考Feng 等［16］的方法并稍作修改。稱取0.5 g 樣品于離心管中，加入2.5 mL 10%鹽酸溶液，沸水浴中水解30 min，取出冷卻，10 000 r·min-1離心15 min，取上清液1 mL，定容至10 mL，取1 mL 待測液，加入1 mL 5%苯酚溶液、5 mL 濃硫酸，振蕩均勻，冷卻至室溫放置20 min，在490 nm 波長處測定吸光度值，每組測定3次平行。

1.3.9 蛋白質含量的測定 根據《GB 5009.5-2016食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》［17］測定。

1.3.10 總酚含量測定 參考Nemzer 等［18］的方法并稍作修改。分別配制80%甲醇溶液、0.1 mg·mL-1沒食子酸標準溶液、10%福林酚溶液和7.5%碳酸鈉溶液，備用。將樣品用粉碎機粉碎，準確稱干樣0.3 g樣品于50 mL 離心管中，加入20 mL 80%甲醇溶液，在4 ℃條件下放置12 h，取上清液，過0.22 μm 有機濾膜，取待測樣品1 mL，加入1 mL 80%甲醇于試管中，加入1.0 mL 福林試劑，搖勻，靜置5 min，加入0.8 mL 7.5%碳酸鈉溶液，混勻，避光室溫靜置30 min，加入5 mL 去離子水定容至10 mL，在765 nm 處測定吸光度值，每組樣品測定3 次平行。樣品需在24 h 內測完，否則保存于-40 ℃以下環境中。

1.3.11 總花色苷含量的測定 參考Chen 等［19］的方法并稍作修改。分別配制pH 值1.0 緩沖液（HCl-KCl）、pH 值4.5 緩沖液（HAc-NaAc）和0.1%鹽酸酸化甲醇，備用。將樣品用粉碎機粉碎，準確稱取0.3 g 樣品于50 mL 離心管中，并加入30 mL 0.1%鹽酸酸化甲醇，40 ℃水浴超聲90 min，10 000 r·min-1離心15 min，取上清液。分別移取1.0 mL 提取液于兩只15 mL 離心管中，分別用pH 值1.0 和pH 值4.5 的緩沖液加至10 mL，室溫下反應平衡30 min，以蒸餾水為空白對照，分別測定510 和700 nm 波長處的吸光度值，每組樣品測定3次平行。總花色苷含量按下式計算：

式中，C 為總花色苷含量（mg·g-1）；A510、A700分別為pH 值1.0 和pH 值4.5 時樣品在510 和700 nm 處的吸光度值；MW 為矢車菊素-3-葡萄糖苷的相對分子質量（449.2）；DF 為稀釋倍數；V 為提取液總體積（mL）；ε為矢車菊素-3-葡萄糖苷的消光系數（26 900）；L 為光程（1 cm）；m為待測物質量（g）。

1.3.12 粘牙性的測定 使用質構儀測定，將400 μL蒸餾水均勻滴在樣品表面，使用一次性滴管推動水滴，將其在樣品表面平鋪，使樣品部分潤濕，靜置2 min 后將樣品夾在樣品架上。選用TA/36 柱形探頭，具體測試條件設置如下：試驗類型為單次測試，測試類型為下壓，目標模式為位移，測試前速度為2.00 mm·s-1，測試速度和測試后速度均為1.00 mm·s-1，觸發力為0.59 N，檢測距離為3.00 mm。每組樣品平行測定6 次。使用峰面積表示凍干脆塊粘牙性，力越大，粘牙性越強。

1.3.13 微觀結構 在樣品臺貼上雙面導電膠，將干燥后的藍莓酸奶塊進行切片，放置在導電膠上，進行噴金處理后，再利用電子掃描顯微鏡在35倍下進行觀察。

1.4 數據統計

使用SPSS 26.0 軟件對數據進行統計分析，使用單因素（ANOVA）檢驗進行顯著性和差異性檢驗，使用Origin 2022b軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同原料比例對真空冷凍干燥藍莓酸奶塊外觀的影響

由圖1 可知，隨著酸奶和乳清蛋白添加量的增加，酸奶塊顏色逐漸由紅褐色變為乳白色。在酸奶和乳清蛋白添加量為100%時，樣品顏色均為乳白色，添加量為90%時，原料為乳清蛋白的樣品顏色偏深，其他兩種原料樣品均為紫色。當原料為乳清蛋白時，隨著添加量的增加，凍干后脆塊逐漸變為絮狀，易發生解體現象。當原料為酸奶且添加量為90%時，商業酸奶脆塊的外觀孔洞數多于自制酸奶脆塊。Lazidis 等［20］和Lajnaf 等［21］研究發現，牛奶中蛋白質具有起泡性，且乳清蛋白形成的氣泡具有更高的穩定性。因此推測，由于商業酸奶中添加了蔗糖、瓊脂等多糖大分子物質，隨著糖含量的增加，溶液中可溶性固形物含量增加，溶液變黏、氣泡表面張力提高，泡沫穩定性提高，導致樣品在凍干后存在較多孔洞［22］。

圖1 不同原料比例真空冷凍干燥藍莓酸奶塊的外觀Fig.1 The appearance of the FD blueberry yogurt restructuring cubes with different ratios of ingredients

2.2 不同原料比例對真空冷凍干燥藍莓酸奶塊色澤的影響

由表4可知，除去當原料添加量為0%和100%時，L*值隨著添加量增加而升高；a*值隨著添加量增加先升高后降低；b*值隨著添加量的增加而整體降低，說明樣品整體逐漸由黑變白，紅色先變深再變淺，且越來越偏紫色。通過橫向比較發現，相對于原料為商業酸奶和乳清蛋白的樣品而言，添加自制酸奶時，不同添加量的樣品色澤之間存在顯著性差異的樣品數最少，說明自制酸奶對樣品色澤的影響最小。結合圖1 可知，只要有藍莓的添加，樣品就呈現紫色，說明藍莓對其色澤影響較大，并且隨著酸奶和乳清蛋白添加量的增加，顏色逐漸由深紫紅色變為淺紫色。

表4 不同原料比例真空冷凍干燥藍莓酸奶塊的色澤Table 4 The color of the FD blueberry yogurt restructuring cubes with different ratios of ingredients

2.3 不同原料比例對真空冷凍干燥藍莓酸奶塊質構的影響

由圖2 可知，添加商業酸奶的樣品整體硬脆度最高，其次為添加自制酸奶的樣品，添加乳清蛋白的樣品最低。3 種原料樣品的硬度和脆度在整體趨勢上都是隨著添加量的增加而變小，該趨勢在商業酸奶組和乳清蛋白組的樣品中較為明顯，在自制酸奶組樣品中不明顯。當原料為商業酸奶時，添加量為10%時的硬度和脆度最高，添加量為90%時最低（圖2-A）。當原料為自制酸奶時，添加量為10%時硬脆度最大，添加量為90%時硬脆度最小（圖2-B），這與原料為商業酸奶的結果相似。推測這可能是因為商業酸奶和自制酸奶的添加量為10%時，增加了樣品的可溶性固形物含量，并且酸奶中的小分子糖和藍莓中的果膠等大分子物質在一定添加量下可能發生了交聯，形成了新的孔隙結構，導致硬脆度上升；隨著商業酸奶和自制酸奶含量的持續升高，交聯作用減弱，水晶開始縱向生長，并逐漸形成片層結構，硬脆度下降［12］。將酸奶換為乳清蛋白時，其硬脆度均隨添加量的增加而降低，當添加量為90%和100%時，喪失了硬度和脆度（圖2-C）。

圖2 不同原料比例真空冷凍干燥藍莓酸奶塊的質構特征Fig.2 The texture properties of FD blueberry yogurt restructuring cubes with different ratios of ingredients

2.4 不同原料比例對真空冷凍干燥藍莓酸奶塊吸濕性的影響

由圖3 可知，商業酸奶、自制酸奶和乳清蛋白均對樣品吸濕率有一定影響，且3個原料組的樣品吸濕率均隨原料添加量的增加而降低，其中乳清蛋白組的樣品趨勢最明顯，商業酸奶組樣品最不明顯。當原料為商業酸奶時，添加量為10%時，樣品吸濕率最高；添加量為90%時，樣品吸濕率最低。較10%添加量而言，90%組樣品的最終吸濕率下降約22.64%（圖3-A）。當原料為自制酸奶時，同樣當添加量為10%時，樣品吸濕率最高；添加量為90%時，樣品吸濕率最低（圖3-B）。當原料為乳清蛋白時，吸濕率最低的是添加量90%樣品，其最終吸濕率比吸濕率最高的10%的樣品降低約64.06%，而不同添加量組樣品間吸濕率之差較其他兩種原料較大（圖3-C）。

圖3 不同原料比例真空冷凍干燥藍莓酸奶塊的吸濕性Fig.3 The hygroscopic rate of FD blueberry yogurt restructuring cubes with different ratios of ingredients

2.5 不同原料比例對真空冷凍干燥藍莓酸奶塊營養品質的影響

由表5可知，蛋白質含量隨著3種原料添加量的增加而增加，而總酚和總花色苷含量呈相反趨勢。當3種原料添加量為0%時，在不同種類原料之間橫向比較，樣品中蛋白質、總酚和總花色苷含量相似，而在同種原料不同添加量之間縱向比較，該組蛋白質含量最低，總酚和總花色苷含量最高。當添加量為100%時，橫向比較發現，商業酸奶中蛋白質含量最低，其他由高到低分別為添加乳清蛋白和自制酸奶，對于總酚和總花色苷含量而言，不同種類原料之間含量相似，通過縱向比較，該組蛋白質含量最高，總酚和總花色苷含量最低。

表5 不同原料比例真空冷凍干燥藍莓酸奶塊的營養品質Table 5 The nutritional quality of FD blueberry yogurt restructuring cubes with different ratios of ingredients

2.6 不同原料比例對真空冷凍干燥藍莓酸奶塊粘牙性的影響

粘牙作為一個凍干產品較為常見的問題，是決定消費者偏好的重要品質。如圖4 所示，對比不同原料可知，當原料為商業酸奶時，不同酸奶含量的樣品粘牙性普遍較大，當原料為乳清蛋白時，其粘牙性普遍較小，且當乳清蛋白含量在90%和100%時，樣品由于喪失硬脆度而無法測定其粘牙性。由圖4-A 可知，當原料為商業酸奶且添加量為50%時，樣品粘牙性最大，為2.47 N·s，添加量為90%時，粘牙性最小，為1.24 N·s。由圖4-B可知，選用自制酸奶為原料時，樣品粘牙性整體隨著自制酸奶添加量的增加而降低，添加量為0%時最大，為2.02 N·s，添加量為100%時最小，為0.33 N·s。由圖4-C 可知，隨著乳清蛋白添加量的增加，樣品粘牙性變化趨勢與以自制酸奶為原料的樣品一致，均為整體逐漸降低。但該組樣品在原料添加量由10%增至30%時陡然下降，從2.09 N·s 下降至1.03 N·s，并且存在顯著性差異（P<0.05）。

圖4 不同原料比例真空冷凍干燥藍莓酸奶塊的粘牙性Fig.4 The adhesion ability of FD blueberry yogurt restructuring cubes with different ratios of ingredients

2.7 不同原料比例對真空冷凍干燥藍莓酸奶塊微觀結構的影響

通過縱向對比同一原料不同添加量樣品的微觀結構圖發現（圖5），隨著添加量的上升，樣品內部蜂窩狀多孔結構逐漸消失變化為片層結構。由圖5-A、D、G可知，當3種原料添加量為10%時，樣品內部結構均為蜂窩狀孔隙結構，其中僅原料為乳清蛋白的樣品內部孔隙結構破壞較為嚴重。由圖5-B、E、H 可知，當添加量為50%時，原有的多孔結構之間相結合變為條狀結構，且在原料為兩種酸奶的樣品微觀結構中還存在部分孔隙。而由圖5-C、F、I可知，3種樣品內部的微觀結構均變為片層結構，其中僅原料為商業酸奶的樣品仍存在部分孔洞，并且原料為乳清蛋白樣品的片層結構層數最多。結合圖2 發現，隨著樣品內部孔隙結構的消失，其硬度和脆度均逐漸下降。

圖5 不同原料比例真空冷凍干燥藍莓酸奶塊的微觀結構Fig.5 The microstructure of FD blueberry yogurt restructuring cubes with different ratios of ingredients

3 討論

乳清蛋白作為酸奶中一種重要蛋白質以及凍干藍莓酸奶塊的一種主要原輔料，影響著藍莓酸奶塊的質構、吸濕性和粘牙性等品質特性。本研究發現，當原料為乳清蛋白時，隨著添加量增加，樣品最終失去結構剛性，變為絮狀，這可能是因為樣品中沒有足夠的果膠等細胞壁多糖和蔗糖等小分子糖提供結構剛性的基礎物質，導致樣品結構綿軟、松散［22-24］。對于吸濕性和粘牙性而言，隨著酸奶和乳清蛋白添加量的增加，樣品吸濕性和粘牙性均逐漸降低，這種現象同樣在乳清蛋白組中最為明顯。在乳清蛋白添加組中，相較于10%的添加量，添加量為90%時，吸濕率下降約64.06%；添加量為70%時，粘牙性下降78.77%。這可能是因為，當藍莓含量較高時，藍莓內部的果膠和果糖等物質為樣品提供了足夠的吸濕性，導致樣品吸濕率差異較大［25-27］。較商業酸奶和自制酸奶組而言，乳清蛋白組樣品在縱向比較時，吸濕率和粘牙性下降最多。造成這種現象的原因可能有兩個：一是商業酸奶中的蔗糖、果葡糖漿等輔料為樣品提供了一定吸濕性［28］；二是酸奶中含有的其他蛋白為樣品提供了一定的吸濕性［29］。

商業酸奶、自制酸奶和藍莓3 種原料中總糖含量分別為96.58、30.46 和103.94 mg·g-1。Feng 等［16］研究發現，多糖、淀粉等大分子物質可以作為支撐骨架和獨立填充物質來保持凍干樣品的整體結構，而單糖、雙糖等小分子物質是影響凍干后樣品硬度和脆度的決定性物質。本試驗中，當原料為商業酸奶和乳清蛋白時，樣品硬度和脆度均隨著酸奶和蛋白添加量的增大而減小，這可能是因為隨著酸奶和蛋白含量的增加，藍莓比例下降，果糖含量也隨之下降，最終導致樣品硬脆度均呈下降趨勢。Silva-Espinoza 等［30］發現，阿拉伯膠、麥芽糊精等大分子多糖物質可以改變樣品凍干后的質構特性。Liu 等［31］證明，使用蔗糖和檸檬酸等物質浸泡處理可以調節樣品的質構特性。本試驗發現以商業酸奶為原料的樣品硬脆度最高，可能是因為商業酸奶在生產加工過程中，額外添加了蔗糖、瓊脂、果葡糖漿等物質，這些物質作為質構特性形成的物質基礎，增加了最終樣品的硬度和脆度［32］。自制酸奶組樣品硬脆度雖然較乳清蛋白組較高，但卻低于商業酸奶組，可能是由于自制酸奶中沒有額外添加其他輔料［33］。

通過觀察樣品微觀結構發現，樣品在酸奶和乳清蛋白添加量為10%時具有蜂窩狀多孔結構，而在添加量為90%時變為松散的片層結構，且乳清蛋白組樣品的片層結構最明顯。這可能是因為當藍莓含量較多時，其內部果膠等大分子多糖物質導致樣品黏度增加，在預凍時阻礙了細胞內部水分的流動，抑制了大冰晶的形成，從而在凍干后形成了多而密的孔隙結構［34］。金瑋玲等［35］研究發現，較多的孔隙結構可以使樣品具有較好的脆性，這與本研究質構的測定結果一致。但是隨著酸奶和乳清蛋白含量的增加，藍莓中果膠等大分子糖和蔗糖等小分子糖含量逐漸減少，樣品中能夠提供結構剛性的物質基礎減少，使孔隙結構被破壞［36］，導致隨著水分遷移速率的加快，樣品內部水分凍結速率變慢，冰晶得到充分生長，尺寸變大，形成具有明顯片層狀、孔隙結構較少的片層結構［12］。同時這也是樣品硬脆度逐漸下降的原因之一［37］。

4 結論

本試驗研究了不同比例原料對真空冷凍干燥藍莓酸奶塊質構、粘牙性和總花色苷含量等品質的影響，發現隨著乳清蛋白添加量的增加，樣品色澤逐漸變淡，硬度和脆度均呈下降趨勢，孔隙結構逐漸消失，造成產品易碎、掉渣，但降低了粘牙性和吸濕率。當使用自制酸奶且添加量為50%～70%時，樣品硬脆度適中，在保證樣品具有一定硬度的同時，脆度不會過高，質構特性良好，并且粘牙性和吸濕性低于添加同一濃度的商業酸奶。綜合考慮各方面因素，在真空冷凍干燥藍莓酸奶塊產品生產過程中，可以使用該原料和比例以提高產品花色苷含量，保持產品酥脆性，降低吸濕性和粘牙性，從而達到優化產品品質，延長產品貨架期，提高產品附加價值的目的。