菠萝牛奶多肽饮料的研制

梅芳，陈文学，胡月英

（1.光明乳业股份有限公司，上海 200436；2.海南大学食品学院，海南海口 570228；3.海南大学材料与化工学院，海南海口 570228）

菠萝牛奶多肽饮料的研制

梅芳1，陈文学2，胡月英3

（1.光明乳业股份有限公司，上海 200436；2.海南大学食品学院，海南海口 570228；3.海南大学材料与化工学院，海南海口 570228）

摘 要：利用菠萝自身的蛋白酶水解脱脂乳粉中的蛋白质，研究菠萝牛奶比例、温度、pH、时间等水解因素以及多肽饮料配方工艺。通过水解条件优化响应面试验设计得到最佳水解条件为菠萝与牛奶的比例为30%，水解温度为55℃，水解pH为6，水解时间为4 h。通过响应面中心组合试验设计得到菠萝牛奶多肽饮料的最佳配方为水解液、β-环糊精、蔗糖、柠檬酸添加量分别为：30%、1.4%、10.5%、0.225%。

关键词：菠萝；脱脂乳粉；水解蛋白质；多肽饮料

菠萝是一种味道可口的水果，菠萝中富含维生素、碳水化合物、无机盐及各种有机酸，风味独特，营养丰富[1]。菠萝汁酸甜适中、芳香可口，并含有一种特殊的天然消化成分凤梨酵素，能分解蛋白质，帮助消化，促进食欲，对饮食保健最为有用[2]。1891年，Marcno[3]发现菠萝汁中含有蛋白水解酶。菠萝蛋白酶在医药、食品、化妆品等方面有广泛的应用，特别是在水解蛋白制备营养口服液上有着良好的应用前景[4]。

牛乳不但含有丰富全面的营养成分，而且还是生物活性肽的重要来源，这些活性肽对于人体健康十分有益[5]。研究表明，牛乳蛋白水解蛋白肽具有调节免疫、降血压、降低胆固醇、延缓衰老、促进脂肪代谢、抗过敏和抗凝血等生理功能[6-9]。近来，已经有大量具有重要生物活性的短肽通过适当的蛋白酶水解得到。由于这些蛋白资源十分丰富和廉价，这些生物活性肽不仅价格低廉、安全性较高、工艺简单，而且容易进行工业化生产，所以这类研究越来越受到科学家们关注。其中齐海萍[10]等对菠萝乳清蛋白多肽饮料进行了研究，所得产品口感良好，品质稳定。

目前，随着人们生活水平的不断提高，人们对饮食营养的要求越来越高，同时也刺激了保健食品市场。本试验以脱脂乳粉为原料，通过菠萝蛋白酶进行水解，研究了乳源活性肽的最佳酶解工艺以及多肽饮料的调配，为实际生产提供科学参考。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

菠萝、白砂糖、柠檬酸均为食用级；脱脂奶粉：Fonterra Brands（China）Limited；β-环糊精：上海熔岩精细化工有限公司；谷胱甘肽：生工生物（上海）有限公司；三氯乙酸（TCA）：上海凌峰化学试剂有限公司；双缩脲试剂[11]。

722可见分光光度计：上海欣茂仪器有限公司；DENWER型电子天平：北京赛多利斯仪器系统有限公司；PL3002-N型电子精密天平：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；JLL30-A型榨汁机；TG16-WS高速离心机：长沙平凡仪表有限公司；恒温水浴锅：金坛市大地自动化仪器厂。

1.2 方法

1.2.1 菠萝牛奶多肽饮料制作工艺流程：

菠萝预处理：挑选八九成熟，外表呈黄色，气味浓香的菠萝为原料，洗净，去皮，切块，榨汁粗滤，再用离心机离心分离（4 000 r/min，15 min），取上清液备用。

冲调：将脱脂乳粉与水按1∶5的比例混合并搅拌至完全溶解。

混合：将冲调完成的脱脂乳粉与菠萝汁按照一定比例混合。

调配：用不同比例调配得到的多肽饮料，通过添加白砂糖、柠檬酸、β-环糊精以感官评定为标准确定最佳调配比例。

1.2.2 多肽浓度的测定方法

三氯乙酸法，取2.5mL的水解液，加入2.5mL10%的TCA溶液，混合均匀，静置10 min，在4 000 r/min离心15 min，将上清液转移到50 mL容量瓶中，并用5%的TCA溶液定容，摇匀。然后取6.0 mL上述溶液，加入双缩脲试剂4.0 mL（样液∶双缩脲试剂=3∶2，体积比），混合均匀，静置10 min，于2 000 r/min离心10 min后于540 nm下测定OD值。对照标准曲线求得水解液中的多肽浓度 C（mg/mL）[12]。

1.2.3 菠萝汁牛奶多肽饮料水解条件的设计

水解液中多肽的浓度会受到不同的菠萝汁含量、水解温度、水解pH、水解时间等因素的影响，在菠萝蛋白酶的理论最适条件下，先进行单因素水解试验确定响应面的试验水平，然后进行响应面试验确定最佳水解条件。以水解液中多肽浓度为指标。

1.2.3.1 单因素试验方案

以水解液中多肽浓度为指标，研究水解pH、水解温度、菠萝汁含量、水解时间4个因素的影响规律。

1.2.3.2 响应面试验方案

根据单因素试验结果设定因素水平，采用Box-Behnken试验设计，选取水解pH、水解温度、菠萝汁牛奶的配比、水解时间进行响应面优化组合，因素水平设计见表1。

表1 Box-Behnken试验设计因素水平及编码Table 1 Levels and factors of experiment

添加白砂糖、柠檬酸、β-环糊精，将水解液进一步调配，使之符合色、香、味等感官品质。通过中心组合设计试验，其因素水平编码表如表2所示。

表2 饮料调配试验水平编码表Table 2 Levels and factors of experiment

1.2.5 感官评定方法

感官评定由10位实验室成员组成，对产品进行评审，从香气、色泽、滋味等方面进行评定以及打分，感官评定如表3。

表3 菠萝牛奶多肽饮料感官评定指标Table 3 Sensory evaluation norm of pineapple-milk polypeptide beverage

2 结果与分析

2.1 水解条件的确定

2.1.1 标准曲线的制作

取10个50 mL的容量瓶，用5%的TCA溶液依次配制0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6 和 1.8 mg/mL的谷胱甘肽三肽标准溶液，然后分别取6.0 mL标准溶液，加入4.0 mL双缩脲试剂，混合均匀，静置10 min，于2 000 r/min离心10 min，取上清液于540 nm下测定OD值。以谷胱甘肽的浓度为横坐标X（mg/mL），OD值为纵坐标Y，制作标准曲线（图1），得到回归方程y=0.085x-0.001 8，R2=0.997 7。

图1 谷胱甘肽标准曲线Fig.1 Standard curve of Glutathione

2.1.2 单因素试验结果

2.1.2.1 菠萝与牛奶的不同配比对水解液中多肽浓度的影响

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在pH=6，温度为55℃，菠萝汁含量不同的条件下恒温水解4 h，测得其水解液中的多肽浓度如图2所示。

图2 水解时不同菠萝与牛奶的配比对生成多肽含量的影响Fig.2 The influence of pineapple-to-milk ratio on the concentration of peptide

结果显示，在菠萝汁含量为20%时，多肽浓度达到最大值，当菠萝汁浓度大于20%时，随着菠萝汁浓度的提高，多肽的浓度反而下降。

2.1.2.2 不同温度对水解液中多肽浓度的影响

在pH=6，菠萝汁含量为30%，不同温度条件下恒温水解4 h，测得其水解液中的多肽浓度如图3。

图3 不同水解温度对生成多肽含量的影响Fig.3 The influence of temperature on the concentration of peptide

从图3可以看出，随着温度的升高，多肽浓度也逐渐增大，达到60℃时多肽浓度达到最大，当温度再升高时，多肽浓度开始下降，可能是高温破坏了酶的结构，影响了酶的活性。

2.1.2.3 不同水解时间对水解液中多肽浓度的影响

在pH=6，温度为55℃，菠萝汁含量为30%的条件下恒温水解不同的时间，测得其水解液中的多肽浓度如图4。

图4 不同水解时间对生成多肽含量的影响Fig.4 The influence of time on the concentration of peptide

从图4可以看出，随着反应时间的延长，多肽浓度逐渐增加，但当反应时间大于4 h后，反应时间的延长，多肽的浓度减小。

2.1.2.4 pH条件对水解液中多肽浓度的影响

在55℃，菠萝汁含量为30%，不同pH条件下恒温水解3 h，测得水解液中的多肽浓度如图5所示。

图5 不同水解pH对水解液中多肽浓度的影响Fig.5 The influence of pH on the concentration of peptide

从图5可以看出，随着pH的增大，多肽浓度先逐渐增加，当pH为7时到达最高，当再增大pH，多肽浓度开始逐渐降低。

2.1.3 响应面优化试验

2.1.3.1 响应面设计结果与分析

按表1因素与水平设计试验方案进行试验，结果见表4。

采用SAS对水解生成多肽的含量进行回归分析得到以下回归方程，试验结果的方差分析见表5。

回归方程如下：

表4 响应面设计及试验结果Table 4 Response surface central composite design layout and experimental results

对菠萝水解牛奶生成多肽的数学模型进行方差分析，并对各因子的偏回归系数进行检验，结果见表5。

表5 水解响应面试验结果方差分析Table 5 Analysis of variance for each term in the fitted regression model

续表5 水解响应面试验结果方差分析Continue table 5 Analysis of variance for each term in the fitted regression model

表5表明：F1值为3.87，P<0.05，失拟不显著，说明回归方程与实际情况的拟和的较好。该模型显著一次项中X1、X2的偏回归系数极显著，说明菠萝牛奶的配比、水解温度对水解生成的多肽含量效果有极显著影响；二次项X2X2、X3X3的偏回归系显著，二次项中X4X4的偏回归系数达极显著水平，其他各项的偏回归系数均未达到显著水平。

以水解液中的多肽浓度为准，将其回归方程用SAS语言进行分析，得到最佳方案为：水解pH为6，水解温度为55℃，水解时间为4 h，菠萝汁含量为30%。对最佳方案进行验证，测得水解液中多肽浓度为1.53 mg/mL与理论值的1.52 mg/mL相差不大，所以可认为其为最佳方案。

2.2 复合饮料的最佳配方

饮料的调配以多肽浓度为依据，寻找色香味俱佳的最佳配比。其中因素X1（果汁配比/%）的3个水平因子为6、10.5、 15；因素X2（白砂糖含量/%）的3个水平因子为1、1.4、1. 8；因素X3（酸含量/%）的3个水平因子为0.15、0.225、0. 30；因素X4（环糊精含量/%）的3个水平因子为 20、30、40。

表6 菠萝牛奶多肽饮料配料响应面试验设计及实验结果Table 6 Response surface central composite design layout and experimental results for pineapple-to-milk peptide

采用SAS对感官评分结果进行回归分析得到以下回归方程，试验结果的方差分析见表7。回归方程如下：

对菠萝水解牛奶生成多肽的数学模型进行方差分析，如表7所示，并对各因子的偏回归系数进行检验，结果表明：F1 值为 0.6294，P＞0.05，失拟不显著，说明回归方程与实际情况的拟和的较好。该模型显著一次项中X1的偏回归系数极显著，说明菠萝牛奶的配料比对多肽含量效果有极显著影响；二次项X2X2的偏回归系显著，其他各项的偏回归系数均未达到显著水平。

表7 菠萝牛奶多肽饮料响应面试验结果方差分析Table 7 Analysis of variance for each term in the fitted regression model for pineapple-to-milk peptide

以菠萝牛奶多肽饮料的多肽浓度为准，将其回归方程用SAS语言进行分析，得到最佳方案为：白砂糖为10.5%，β-环糊精为1.4%，酸为0.225%，果汁配比为30%。对最佳方案进行验证，感官评分为79与理论值的79.318相差不大，所以可认为其为最佳方案。

3 结论

1）菠萝牛奶多肽饮料的最佳水解条件为：菠萝汁含量为30%，水解温度为55℃，水解pH为6，水解时间为4 h。

2）通过SAS试验设计建立了菠萝水解牛奶蛋白质中的菠萝牛奶配比、温度、pH值及时间4个主要因素的回归方程以及菠萝牛奶多肽饮料中，主要4个配料因素的回归方程，此模型在试验范围内能较准确地预测水解的效果。

3）4个因素对的风味影响大小顺序为：水解液的添加量＞β-环糊精＞白砂糖＞柠檬酸。白砂糖、奶粉、β-环糊精、柠檬酸、菠萝汁最适添加量分别为：10.5%、4.44%、1.4%、0.225%、30%。以此作为配方生产出的饮料色泽明亮，酸甜可口。

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Development of Pineapple-milk Polypeptides Beverage

MEI Fang1，CHEN Wen-xue2，HU Yue-ying3
（1.Bright Dairy&Food Co.Ltd.，Shanghai 200436，China；2.College of Food Science and Technology，Hainan University，Haikou 570228，Hainan，China；3.College of Materials and Chemical Engineering，Hainan University，Haikou 570228，Hainan，China）

Abstract：Using the pineapple proteinase in itself hydrolysised the protein of skim milk， the hydrolysis factors including the pineapple milk proportion，the temperature，pH，time and other factors were studied and the prescription was also researched.The optimum condition of enzymatic hydrolysis was determined by response surface test，milk and pineapple 30%，the hydrolysis temperature 55℃，hydrolysis pH 6，and hydrolysis time 4 h.By response surface center combination experimental design the best milk peptide beverage was obtained，such as sugar，hydrolysate，β-CD，citric acid，for respectively 10.5%，30%，1.4%，and 0.225%.

Key words：pineapple；skim milk powder；hydrolyzed protein；peptide drinks

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2013.13.016

梅芳（1977—），女（汉），工程师，本科，研究方向：乳及乳制品。

2012-10-07