蛋清蛋白對低脂凝固型酸奶品質(zhì)的影響

陳焓淇,張偉健,常翠華,顧璐萍,蘇宇杰,楊嚴俊,李俊華*

1(食品科學與技術國家重點實驗室(江南大學),江蘇 無錫,214122) 2(國家功能食品工程技術研究中心(江南大學),江蘇 無錫,214122)3(江南大學 食品學院,江蘇 無錫,214122)

酸奶經(jīng)過發(fā)酵會產(chǎn)生獨特的風味和口感,并且能夠維持腸道微生物群的平衡和調(diào)節(jié)腸道免疫系統(tǒng)的微環(huán)境,具有緩解腹瀉、降低結(jié)腸直腸癌的風險等健康益處[1],因此深受消費者的青睞。為了預防因脂肪攝入過多而引起的疾病,如肥胖和心血管疾病[2-3],越來越多的消費者傾向于選擇低脂酸奶。然而低脂酸奶由于缺乏脂肪,會出現(xiàn)質(zhì)地缺陷,乳清析出等問題[4]。這些問題可以通過添加合適的品質(zhì)改良劑來解決。

雞蛋清是一種能與牛乳相媲美的優(yōu)質(zhì)動物蛋白資源,蛋清蛋白占蛋清固形物的90%以上,必需氨基酸種類齊全,最接近人體氨基酸模式,容易消化吸收[5-6]。蛋清蛋白還具有良好的凝膠性能[7]。蛋清蛋白可以通過酸誘導形成冷凝膠[8],凝膠形成過程有2個階段。第一階段,在中性pH和低離子強度下制備可溶性聚集體的熱變性蛋白質(zhì)溶液,第二階段,通過將pH值調(diào)節(jié)到蛋白質(zhì)的等電點附近以減少聚集體之間的靜電斥力,來誘導凝膠發(fā)生。PU等[9]對蛋清蛋白和乳清蛋白混合酸誘導凝膠進行了研究,發(fā)現(xiàn)隨著蛋清蛋白含量的增加,蛋清蛋白和乳清蛋白復合凝膠的硬度、黏附性和彈性隨之增加。除此以外,蛋清蛋白還有容易獲得、成本低的特點,在食品工業(yè)中得到了廣泛的應用[10-11]。因此,蛋清可能是一個很好的品質(zhì)改良劑,能起到穩(wěn)定低脂酸奶的作用。

本研究將液體蛋清、脫脂奶粉和蔗糖按比例混合,用去離子水溶解,接種嗜熱乳鏈球菌(St.thermophilus)和保加利亞乳桿菌(L.bulgaricus)進行發(fā)酵。然后研究了低脂凝固型酸奶的pH值、質(zhì)構(gòu)、流變學特性、水分狀態(tài)和感官特性,考察蛋清蛋白作為低脂凝固型酸奶品質(zhì)改良劑的應用效果,并為酸奶的品質(zhì)改良提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

雞蛋、檸檬酸,市售;卡林卡脫脂奶粉(蛋白質(zhì)含量32%),綏芬河市永萊經(jīng)貿(mào)有限公司;嗜熱乳鏈球菌(Streptococcusthermophilus81)、保加利亞乳桿菌(Lactobacillusbulgaricus42)的凍干乳酸菌粉,微康益生菌(蘇州)股份有限公司;MRS肉湯和瓊脂,青島海博生物技術有限公司;其他分析級化學品,國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

SP-250A型恒溫培養(yǎng)箱,南京實驗儀器廠;Avanti J-26 XP高速離心機,美國貝克曼公司;Fluka高剪切分散乳化機,上海弗魯克機電公司;HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋,常州榮華儀器制造有限公司;Delta320 pH計,梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;TA.XT.Plus物性測試儀,英國Stable Micro System公司;DISCOVERY HR-3型流變儀,美國沃特世公司;MesoMR23-060V-I型低場核磁共振(low-field nuclear magnetic resonance, LF-NMR)成像分析儀,上海紐邁電子科技有限公司。

1.3 乳酸菌的活化

將凍干乳酸菌粉溶解于無菌生理鹽水中,并呈懸浮狀,用接種環(huán)蘸取菌懸液在MRS板上劃線,在37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h,然后挑取單菌落接入10 mL MRS肉湯中,在37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中連續(xù)培養(yǎng)2次,直至活菌計數(shù)在1×108CFU/mL以上。將活化菌懸液6 000 r/min離心10 min,棄上清液,無菌水洗滌2次,用10 mL無菌水重懸待使用。上述操作在無菌條件下進行。

1.4 酸奶的制備與發(fā)酵

取新鮮雞蛋數(shù)個,用清水洗凈后打蛋,分離蛋清蛋黃,得到新鮮蛋清。將液體蛋清預攪拌5 min,以確保其均勻性。按比例在去離子水中加入新鮮蛋清、脫脂乳粉、蔗糖,使用高速分散器在6 000 r/min下均質(zhì)5 min,得到樣品溶液,具體配方見表1。

表1 酸奶配方Table 1 The formulation of yogurt

將所有的樣品置于95 ℃的水浴鍋中加熱10 min進行滅菌,然后用質(zhì)量分數(shù)為2%檸檬酸溶液調(diào)整pH值至7.0后,接種1%嗜熱乳鏈球菌和1%保加利亞乳桿菌,在42 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)6 h,然后放入4 ℃冰箱中冷藏后熟16 h。對樣品拍照,pH值由pH計測定。

1.5 酸奶硬度測定

采用TA.XT.Plus質(zhì)構(gòu)分析儀測定蛋清酸奶凝膠的硬度。參數(shù)設置為：P/25圓柱形探頭,觸發(fā)力設為10 g,測定時探頭速度為1 mm/s。

1.6 酸奶流變學測定

采用DISCOVERY HR-3流變儀分析酸奶的流變學特性,實驗溫度為25 ℃。選用直徑40 mm的平板,兩板之間的間隙設置為1 mm,用勺子將大約2 mL的酸奶裝到平板上,刮去平板外多余樣品,平衡2 min。應變設置為1%,在0.1～100 rad/s的角頻率下進行頻率掃描,測定了儲能模量G′。提前進行應變掃描試驗,以確保測試在線性黏彈性范圍內(nèi)進行。頻率掃描測試后,樣品在25 ℃平衡1 min。然后在0.1～100 s-1的剪切速率下測試酸奶的流動行為。

1.7 酸奶水分狀態(tài)測定

酸奶水分狀態(tài)測定按照WANG等[12]的方法進行,但略有修改。將約5 mL的酸奶樣品置于離心管中,并插入LF-NMR分析儀。使用Carr-Purcell-Meiboom-Gill(CPMG)序列測量酸奶水分的弛豫時間。測試參數(shù)為：回波時間0.5 ms,重復掃描等待時間6 000 ms,重復掃描次數(shù)4。每個樣品重復測量3次。

1.8 感官評價

感官評定小組由10名人員組成,按照表2的評分標準對酸奶的氣味、滋味、質(zhì)地、口感、總體可接受度進行打分。

表2 酸奶的感官評價標準Table 2 Sensory evaluation standard of yogurt

1.9 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS和Origin Pro 2021軟件進行數(shù)據(jù)分析、相關性分析以及聚類分析,采用Duncan檢驗進行顯著性分析,以P<0.05為顯著性檢驗標準。

2 結(jié)果與分析

2.1 酸奶的外觀與pH值

酸奶的外觀如圖1所示。除了A1以外,所有的酸奶經(jīng)倒置后不落下,形成良好的凝膠結(jié)構(gòu),表明蛋白質(zhì)含量對酸奶的凝膠狀態(tài)有影響?？偣绦挝锖?尤其是蛋白質(zhì)含量對酸奶凝膠的形成有直接影響[13],蛋白質(zhì)含量過低,則缺少形成凝膠的基本物質(zhì),導致酸奶的凝膠能力不足,表現(xiàn)出流體特征(A1)。

圖1 酸奶的外觀

酸奶的pH如圖2所示。隨著總蛋白質(zhì)含量的增加,酸奶的pH值也隨之升高,這與酸奶體系隨蛋白質(zhì)含量的升高緩沖能力增強有關。從乳蛋白與蛋清蛋白的比例來看,蛋清蛋白占比大的酸奶的pH顯著高于蛋清蛋白占比小的酸奶,一方面可能是蛋清中含有的溶菌酶抑制乳酸菌發(fā)酵[14-15],另一方面,蛋清的蛋白質(zhì)含量高,但其他營養(yǎng)成分不如牛乳豐富,比如乳糖。蔗糖添加量對于酸奶的pH值沒有明顯的影響?？赡苁且驗槟谭壑械娜樘且呀?jīng)滿足乳酸菌對碳水化合物的需求,不需要再利用外源添加物產(chǎn)酸。

圖2 酸奶的pH值

2.2 酸奶硬度

硬度表示破壞酸奶凝膠網(wǎng)絡使之變形時用的力,是評價凝固型酸奶品質(zhì)優(yōu)劣的一項重要指標。A1的酸奶樣品沒有成型,因此無法測定硬度。酸奶的硬度如圖3所示?？梢钥闯隹偟鞍踪|(zhì)含量與蔗糖含量并沒有對酸奶的硬度產(chǎn)生明顯的影響,但乳蛋白與蛋清蛋白的比例對酸奶的硬度有顯著的影響。酸奶的硬度隨著蛋清蛋白占比的升高而增強,一方面是因為蛋清蛋白本身具有良好的凝膠能力,另一方面可能是因為蛋清蛋白與酪蛋白相互作用,形成致密的凝膠網(wǎng)絡,改善了酸奶的質(zhì)構(gòu)特性[16]。

圖3 酸奶的硬度

2.3 流變學特性

2.3.1 儲能模量

儲能模量(G′)又稱為彈性模量,表示酸奶的彈性特征,可以有效反映蛋白凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的形成情況[17]。如圖4-a和4-b所示,隨著蛋白質(zhì)含量以及蛋清蛋白添加比例的升高,G′值逐漸增大,凝膠彈性不斷增強。隨著總蛋白質(zhì)含量的升高,凝膠網(wǎng)絡中存在更多的交聯(lián)顆粒,使得酸奶的G′值更高。B3蛋清蛋白占比最高,表現(xiàn)出最高的G′值,說明結(jié)構(gòu)最致密,也再次證明了蛋清蛋白可以加強酸奶的凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。蔗糖含量對G′值所產(chǎn)生的影響并不明顯,可能是因為蔗糖并不像蛋白質(zhì)一樣參與發(fā)酵過程中凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的形成[18-19]。

a-不同總蛋白質(zhì)含量;b-不同乳蛋白與蛋清蛋白比例;c-不同蔗糖含量圖4 酸奶的儲能模量(G′)

2.3.2 表觀黏度

酸奶的表觀黏度變化如圖5所示。所有酸奶樣品均表現(xiàn)出剪切變稀的特性,黏度隨剪切速率的增加而降低。酸奶的表觀黏度隨著總蛋白質(zhì)含量的升高而增加。A1蛋白質(zhì)含量低,凝膠結(jié)構(gòu)很弱,因此相較其他組表觀黏度最低。A2與A3的表觀黏度都高于A1,這是由于蛋白質(zhì)含量增加,凝膠結(jié)構(gòu)增強,但A2與 A3之間的差異并不明顯,這與之前的質(zhì)構(gòu)實驗結(jié)果相符合。酸奶的表觀黏度隨蛋清蛋白占比升高而升高,這可能是因為發(fā)酵過程中形成了較強的蛋白-蛋白相互作用,水結(jié)合能力增強[20],從而生產(chǎn)出更高黏度的酸奶。蔗糖含量對酸奶的表觀黏度沒有顯著影響。

2.4 水分狀態(tài)

酸奶樣品的水分弛豫曲線如圖6所示。酸奶水分弛豫曲線主要由10～100 ms(T21)和100～1 000 ms(T22)的弛豫峰組成,分別對應結(jié)合水和不易流動水[21],最大峰值出現(xiàn)在100～1 000 ms(T22)處。弛豫時間與凝膠化過程中水與蛋白質(zhì)等聚合物的相互作用有關[22],反映了持水能力。如圖7所示,A1的T21與T22最高,因為此時總蛋白質(zhì)含量低(2.5%),沒有形成良好的凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),對水分的束縛能力不足。A2與A3的T21與T22差異小,但都顯著低于A1,因為總蛋白質(zhì)含量增加,使得酸奶的凝膠結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定,酸奶中蛋白質(zhì)及其形成的凝膠網(wǎng)絡微孔對水分束縛能力增強。隨著蛋清蛋白占比的升高,酸奶的T21與T22都向短弛豫時間轉(zhuǎn)變,表明蛋清蛋白添加比例的增加有利于增強凝固型酸奶持水能力。蔗糖含量對于T21與T22影響不明顯。

a-不同總蛋白質(zhì)含量;b-不同乳蛋白與蛋清蛋白比例;c-不同蔗糖含量圖6 酸奶的弛豫時間曲線

圖7 酸奶的T21與T22

2.5 感官評價

圖8-a是不同蛋白質(zhì)含量的酸奶感官評價得分。在質(zhì)地方面,A1凝固性不好,得分最低;在滋味和總體可接受度方面,A1得分也低于其余2組;但在口感方面,與其他2組沒有什么差異,可能因為A1雖然未形成凝膠,但口感細膩;在氣味方面,A3的得分最低,其蛋清蛋白添加量較A1、A2多,可能有少量蛋腥味。圖8-b是不同乳蛋白與蛋清蛋白比例酸奶感官評價得分。在氣味與滋味方面,3組樣品相差不大;在質(zhì)地方面,蛋清蛋白添加比例越高,質(zhì)地得分越高,與前面的實驗結(jié)果相符合;在口感方面,B3組得分最高,細膩潤滑;在總體可接受度方面,B1得分最低,可能是質(zhì)地影響了感官評定人員對酸奶的接受度。圖8-c是不同蔗糖含量的酸奶感官評價得分。在氣味方面,A1得分最低,因為沒有添加蔗糖,缺少了香甜味;在滋味方面,C1得分最低,因為沒有添加蔗糖,酸味突出;在質(zhì)地方面,蔗糖含量越高,得分越高;在口感方面,3組樣品顯示出了明顯的差異,隨著蔗糖添加量的升高,酸奶的酸甜比例逐漸達到平衡;在總體可接受度方面,3組樣品也顯示出了明顯的差異,蔗糖含量越高,總體可接受度越高。結(jié)果顯示,乳蛋白與蛋清蛋白比例為2∶1以及蔗糖質(zhì)量分數(shù)為6%的酸奶有較高的感官評分。

a-不同總蛋白質(zhì)含量;b-不同乳蛋白與蛋清蛋白比例;c-不同蔗糖含量圖8 酸奶的感官評價得分

2.6 相關性分析

通過Pearson相關分析,研究了酸奶的感官評價結(jié)果與理化指標之間的依賴關系,如圖9所示?？傮w可接受度與氣味、滋味與質(zhì)地呈顯著性正相關,與口感呈極顯著性正相關,說明口感是凝固型酸奶的關鍵性感官指標。酸奶質(zhì)地是影響其口感形成的重要因素,質(zhì)地與儲能模量之間呈極顯著性正相關,與pH之間呈顯著性正相關,與T21、T22之間呈極顯著性負相關。這表明具有高儲能模量和pH以及弛豫時間短的酸奶有更好的質(zhì)地。儲能模量、pH和硬度三者之間呈極顯著性正相關,且與T21和T22呈負相關。酪蛋白和蛋清蛋白的凝膠形成都受pH影響,酪蛋白的等電點為4.6,蛋清蛋白中含量最高的卵白蛋白等電點為4.5～4.9,當pH趨近于蛋白質(zhì)等電點,蛋白質(zhì)表面所帶的負電荷和靜電斥力減弱,從而促進蛋白質(zhì)分子間聚集并逐漸凝膠化,形成致密的三維凝膠網(wǎng)絡,黏彈性以及持水力增強,表現(xiàn)出良好的質(zhì)地[23]。

圖9 相關性分析結(jié)果

2.7 聚類分析

如圖10所示,不同樣品組分布在5個聚類組中。第一聚類包括A2、B2、C2,這3組配方相同,因此歸為一類,口感和總體可接受度感官評分較高。第二聚類為C3,蔗糖含量最高,口感和總體可接受度感官評分最高。第三聚類為A3,總蛋白和蛋清蛋白含量高,氣味感官評分較低。第四聚類為B3,乳蛋白和蛋清蛋白比例低(2∶1),其硬度、儲能模量、表觀黏度以及滋味感官評分都高于其他組,弛豫時間也顯著短于其他組。第五聚類包括B1和C1,B1乳蛋白和蛋清蛋白比例高(4∶1),其硬度、儲能模量、表觀黏度都低于其他組,弛豫時間最長;C1未添加蔗糖,滋味感官評分顯著低于其他組,兩者都有明顯的不足,因此歸為一類。

圖10 聚類分析結(jié)果

3 結(jié)論

實驗結(jié)果表明,蛋清蛋白的添加有助于改善低脂酸奶的品質(zhì),隨著蛋清蛋白添加比例的升高,酸奶的pH升高,硬度、儲能模量、表觀黏度顯著增加,弛豫時間縮短,說明蛋清蛋白的添加有助于增強酸奶的凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),增強酸奶持水能力。總蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為2.5%時,酸奶無法形成良好的凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu);當?shù)鞍踪|(zhì)質(zhì)量分數(shù)提高到3.5%時,酸奶凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)增強,理化特性也顯著增強,但當?shù)鞍踪|(zhì)質(zhì)量分數(shù)再提高到4.5%時,兩者之間的差異不明顯。蛋白質(zhì)是酸奶凝膠形成的重要物質(zhì),但靠增加蛋白質(zhì)含量來改善酸奶的品質(zhì)作用有限。蔗糖的添加能夠提升酸奶的感官品質(zhì)。相關性分析顯示酸奶質(zhì)地與其理化特性聯(lián)系最緊密,它與儲能模量和pH之間呈正相關,與持水能力之間呈負相關。綜上所述,添加蛋清蛋白能夠賦予凝固型酸奶更優(yōu)良的質(zhì)地,從而提高其感官品質(zhì)。