雙蛋白奶發酵乳飲料制備工藝研究

馬子涵，張英睿，袁紫旭，劉雙奇

（東北農業大學食品學院，黑龍江哈爾濱 150030）

0 引言

乳清蛋白是從牛奶中提取的一種球狀蛋白質混合物，根據乳清蛋白濃度和特性，分為乳清蛋白濃縮物（脂肪、乳糖及29%～89%蛋白質） 和水解乳清蛋白。乳清蛋白及其衍生物具有減少氧化應激、促進肌肉生長、控制食欲、降低血糖、降低患心血管疾病風險等廣泛的功能[1]。大豆蛋白是一種植物性蛋白質，含量約為大豆的40%。根據其是否能夠在pH值4.5～4.8 沉淀，分為大豆球蛋白（沉淀部分，約90%） 和大豆乳清蛋白。大豆蛋白具有良好的起泡性、乳化性、凝膠性、持油性、持水性等功能特性，可有效改善食品的口感、提高保水保油能力、增加食品的彈性[2]。

2006 年，“第二屆中國大豆食品產業圓桌峰會”首次提出，植物蛋白中的大豆蛋白與動物蛋白的牛奶蛋白2 種蛋白的優點相結合，可滿足人們對蛋白質的營養健康需求的混合蛋白質為“雙蛋白”[3]。研究表明，將動物蛋白與植物蛋白混合，可以使食物營養均衡且降低人類患病風險[4]。與傳統的單一蛋白來源發酵乳飲料相比，以雙蛋白原料發酵制備的雙蛋白奶發酵乳飲料解決了植物蛋白口感較差、動物蛋白脂肪含量過高等問題，二者優勢互補，提高了產品的營養價值及附加值，改善了口感[5]。因此，為解決國民健康的雙重營養問題，利用“雙蛋白體系”的蛋白質互補原理提升蛋白質利用率，并研制口感豐富、營養健康的發酵乳飲料是有必要的，有助于提升我國乳業的未來發展空間。

通過測定雙蛋白體系的離心沉淀率及穩定性系數確定穩定性較好的雙蛋白體系，并以混合蛋白粉、乳粉、白砂糖為原料，利用單因素試驗和正交試驗，以組織狀態、酸甜度、色澤、風味等感官評價為主要評價指標優化雙蛋白奶發酵乳飲料制備工藝，制備口感豐富、風味獨特、質地均勻的雙蛋白奶發酵乳飲料。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

豌豆蛋白粉、小麥蛋白粉、大豆蛋白粉、乳清蛋白粉、白砂糖、乳粉，均購于當地超市；直投式發酵劑（YOMIX883LYO），中國丹尼斯克公司提供。

1.2 儀器與設備

JY-3002 型電子天平，上海精密科學儀器有限公司產品；200 mm 型申環Mini 離心機，張家港市離心機制造廠產品；GJJ-0.03/100 型高壓均質機，上海東華高壓均質機廠產品；DK-98-1 型數控電熱恒溫水浴鍋，余姚市東方電工儀器廠產品；NDJ-8S 型黏度儀，上海精密科學儀器有限公司產品；隔水式恒溫培養箱，上海科恒實業發展有限公司產品；SW-CJ-1D 型單人凈化工作臺，蘇州凈化設備有限公司產品；UV-1240 型紫外分光光度計，日本島津公司產品。

1.3 雙蛋白體系穩定性測定

1.3.1 離心沉淀率的測定

準確稱取豌豆蛋白粉3.0 g，小麥蛋白粉3.0 g，大豆蛋白粉3.0 g 和乳清蛋白粉3.0 g，分別按1∶1配比混合制備豌豆- 乳清蛋白、小麥- 乳清蛋白、大豆- 乳清蛋白，混合蛋白粉中加入蒸餾水充分混合均勻，配置相同濃度的雙蛋白溶液并置于離心管中，以轉速4 000 r/min 離心15 min，除去上清液，得沉淀物，分析天平稱取質量，每個樣品進行3 次重復，計算離心沉淀率。離心沉淀率越小，產品越穩定[6]。

1.3.2 穩定性系數的測定

將質量濃度為1.0 mg/mL 蛋白質溶液水合12 h，于波長785 nm 處測定樣品吸光度A前，對樣品進行離心（以轉速4 000 r/min 離心5 min），離心后于波長785 nm 處測定樣品吸光度A后。R值為A前與A后的比值，R值越大說明體系越穩定[6]。

1.4 試驗步驟

雙蛋白奶發酵乳飲料生產工藝流程：

大豆- 乳清蛋白雙蛋白混合溶液→調配（白砂糖4%～6%，乳粉11%～13%） →均質（50 ℃，20 MPa）滅菌（95 ℃，5～10 min） →冷卻至43 ℃→接種（發酵劑0.004%） →發酵（43 ℃，7 h） →冷藏后熟（4 ℃，約24 h） →成品。

稱取大豆- 乳清蛋白雙蛋白粉末，蒸餾水溶解，置于磁力攪拌器上攪拌3 h，放置冰箱內水合12 h，得到大豆- 乳清蛋白雙蛋白混合溶液[5]。大豆- 乳清蛋白雙蛋白混合溶液中添加白砂糖和乳粉，升溫至90 ℃滅菌5～10 min，冷卻至37～45 ℃，接種發酵劑，置于隔水式恒溫培養箱，于43 ℃條件下發酵7 h。發酵好的雙蛋白奶發酵乳飲料置于0～4 ℃冰箱內冷藏24 h[14]，完成后熟過程，即為成品[7]。

1.5 單因素試驗設計

乳清蛋白與大豆蛋白比例分別以3∶1，4∶1，5∶1，6∶1，7∶1 比例混合，白砂糖添加量為6%，乳粉添加量為13%，發酵后熟后進行感官評價。

（1） 白砂糖添加量。乳清蛋白與大豆蛋白以5∶1配比混合，白砂糖的添加量為3%，4%，5%，6%，7%，乳粉的添加量為13%，發酵后熟后進行感官評價。

（2） 乳粉添加量。乳清蛋白與大豆蛋白以5∶1比例混合，白砂糖添加量為6%，選擇乳粉添加量為10%，11%，12%，13%，14%，發酵后熟后進行感官評價。

1.6 正交試驗設計

根據單因素試驗結果，依據正交試驗原理對雙蛋白奶發酵乳飲料生產工藝過程中的乳清蛋白與大豆蛋白比例、白砂糖添加量、乳粉添加量3 個發酵配方參數進行優化。采用三因素三水平的正交表進行試驗設計，每個因素選擇3 個水平。

Box-behnken 試驗設計因素與水平設計見表1。

表1 Box-behnken 試驗設計因素與水平設計

1.7 感官評價

由食品專業學生組成感官評定小組，分別從產品的組織狀態（25 分）、酸甜度（25 分）、色澤（25分） 和風味（25 分） 4 個方面進行打分，滿分100分[17]，最后計算得平均數表示產品最終成績。

雙蛋白奶發酵乳飲料感官評定標準見表2。

表2 雙蛋白奶發酵乳飲料感官評定標準

1.8 數據處理

采用Origin 2022 對數據進行計算整理并繪制試驗圖表，以及SPSS 軟件分析數據之間的顯著性差異，每組試驗重復3 次（用平均值表示評分結果）。

2 結果與分析

2.1 雙蛋白體系的穩定性結果分析

2.1.1 離心沉淀率

大豆- 乳清蛋白、豌豆- 乳清蛋白、小麥- 乳清蛋白離心沉淀率見圖1。

圖1 大豆- 乳清蛋白、豌豆- 乳清蛋白、小麥- 乳清蛋白離心沉淀率

溶液的離心沉淀率越小，穩定越好。由圖1 可知，大豆- 乳清蛋白雙蛋白體系的離心沉淀率最小為1.2%，穩定性最好；小麥- 乳清蛋白雙蛋白體系的穩定性稍微次之；豌豆- 乳清蛋白雙蛋白體系的穩定性最差。

2.1.2 穩定性系數

大豆- 乳清蛋白、豌豆- 乳清蛋白、小麥- 乳清蛋白穩定性系數見圖2。

圖2 大豆- 乳清蛋白、豌豆- 乳清蛋白、小麥- 乳清蛋白穩定性系數

由圖2 可知，大豆- 乳清蛋白雙蛋白體系的穩定性系數為26.7%，優于小麥- 乳清雙蛋白體系和豌豆- 乳清雙蛋白體系。結合穩定性測試結果，選擇大豆- 乳清蛋白雙蛋白體系為原料研制雙蛋白奶發酵乳飲料。

2.2 單因素試驗結果與分析

2.2.1 乳清蛋白和大豆蛋白配比的確定

乳清蛋白和大豆蛋白配比對雙蛋白奶發酵乳飲料感官評價結果影響見圖3。

圖3 乳清蛋白和大豆蛋白配比對雙蛋白奶發酵乳飲料感官評價結果影響

由圖3 可知，隨著乳清蛋白配比增加，雙蛋白發酵乳飲料的感官評分呈先增加后降低的趨勢。當乳清蛋白和大豆蛋白配比為7∶1 時，雙蛋白奶發酵乳飲料質地不均勻、口感粗糙、流動性不好、有結塊、雜質較多，有明顯分層現象；當乳清蛋白和大豆蛋白配比為5∶1 時，雙蛋白奶發酵乳飲料感官評分達到最高分，為86 分，在此條件下，雙蛋白發酵乳飲料呈乳白色，均勻一致、質地細膩均勻、口感爽滑；當乳清蛋白和大豆蛋白配比為3∶1 和4∶1時，雙蛋白發酵乳飲料在組織狀態上基本無明顯差異。因此，選擇乳清蛋白和大豆蛋白配比為3∶1，4∶1，5∶1 作為正交試驗因素水平。

2.2.2 白砂糖添加量確定

白砂糖添加量對雙蛋白奶發酵乳飲料感官評價結果影響見圖4。

圖4 白砂糖添加量對雙蛋白奶發酵乳飲料感官評價結果影響

由圖4 可知，隨著白砂糖添加量增加，雙蛋白發酵乳飲料的感官評分呈先升高后降低的趨勢。白砂糖添加量對于評分標準中酸甜度、風味的指標影響較大。當白砂糖添加量為7%時，雙蛋白發酵乳飲料感官評分最高為71 分，組織狀態上開始出現流動性不佳的情況；當添加量為5%時，雙蛋白發酵乳飲料感官評分最高為88 分，雙蛋白發酵乳飲料酸甜適中，組織狀態較好；當添加量為4%，6%時，雙蛋白發酵乳飲料感官評分接近。這可能是因為白砂糖添加量較低時更能突出雙蛋白發酵乳飲料本身的風味，但白砂糖添加量為3%時，雙蛋白發酵乳飲料口感過酸，而白砂糖添加量較高時可能會掩蓋雙蛋白發酵乳飲料的口感，加重甜膩感。因此，選擇白砂糖添加量4%，5%，6%作為正交試驗因素水平。

2.2.3 乳粉添加量確定

乳粉添加量對雙蛋白奶發酵乳飲料感官評價結果影響見圖5。

圖5 乳粉添加量對雙蛋白奶發酵乳飲料感官評價結果影響

乳粉作為提香的重要原料，對雙蛋白奶發酵乳飲料各項感官評價指標的影響很大[8]。由圖5 可知，隨著乳粉添加量增加，雙蛋白發酵乳飲料的感官評分呈先升高后降低的趨勢。當乳粉添加量為12%時，雙蛋白發酵乳飲料感官評分最高為87 分，質地細膩、口感厚實、奶香濃郁；當乳粉添加量過少時，雙蛋白發酵乳飲料流動性、質地很好，但其色澤不夠透亮、組織狀態黏稠度不足，同時飲料整體口味單調、乳香味微弱、口感偏薄；當乳粉添加量過多時，低溫后熟操作容易導致飲料中析出細小的乳粉結塊，不利于低溫的飲用口感和貯存；同時，品嘗時具有顆粒感，味道過于黏膩，厚重的奶味容易掩蓋住飲料本身的味道，色澤不夠透亮，有輕微渾濁。因此，選擇乳粉添加量11%，12%，13%作為正交試驗因素水平。

2.3 雙蛋白飲料最佳配方的確定

在單因素試驗的基礎上，以乳清蛋白與大豆蛋白配比、白砂糖添加量、乳粉添加量為試驗因素，選取L9（34）的試驗方案進行正交試驗，以雙蛋白奶發酵乳飲料的感官評定得分為指標。

L9（34）正交試驗結果見表3。

表3 L9（34）正交試驗結果

由極差分析得，差值越大，對試驗結果的影響也就越大[9]。由表3 可知，各因素影響雙蛋白飲料感官品質的主次順序為乳清蛋白和大豆蛋白比例＞乳粉添加量＞白砂糖添加量。

以感官評分為指標的正交試驗得出，制作雙蛋白奶發酵乳飲料最佳工藝組合為A2B3C3，即乳清蛋白與大豆蛋白配比4∶1，乳粉添加量13%，白砂糖添加量6%。根據上述的正交試驗結果進行驗證試驗，經評定小組的感官評價，得出乳清蛋白和大豆蛋白配比4∶1，白砂糖添加量為6%，乳粉添加量為13%時感官評分較高。此配方發酵乳飲料組織狀態上質地細膩均勻、流動性好，無沉淀和乳清析出；風味指標上幾乎無豆腥味，口感清爽，同時奶香濃郁、酸甜適中。最終確定乳清蛋白和大豆蛋白質量比為4∶1，白砂糖添加量為6%，乳粉添加量為13%為最佳配方。

3 結論

以混合蛋白粉、白砂糖、乳粉為原料，研制雙蛋白奶發酵乳飲料。通過雙蛋白體系穩定性指標選出優質大豆- 乳清雙蛋白體系，以產品感官評價得分為標準，優化雙蛋白奶發酵乳飲料的制備工藝。以單因素試驗為基礎，確定各種原材料的最佳用量范圍，以乳清蛋白與大豆蛋白配比、白砂糖添加量、乳粉添加量為3 個因素水平，進行L9（34）正交試驗。結果顯示，乳清蛋白與大豆蛋白質量比為4∶1，乳粉添加量為13%，白砂糖添加量為6%時制作出來的雙蛋白奶發酵乳飲料感官評分最高，為93 分，且質地細膩、口感豐富、營養均衡。為雙蛋白奶發酵乳飲料提升蛋白質利用率和發酵乳飲料新品種的研發提供理論依據。