改性豌豆蛋白替代脂肪的植脂奶油开发

蒋 将王 宇刘元法

JIANG Jiang1，2WANG Yu1LIU Yuan－fa1，2

（1.江南大学，江苏 无锡 214122；2.江南大学食品科学与技术国家重点实验室，江苏 无锡 214122）

传统的搅打奶油也称乳脂奶油，具有浓郁的奶香以及滑腻的口感［1］，但其脂肪含量达30%～40%，并含有相当量的胆固醇［2］。植脂奶油也称为人造搅打奶油，具有基于乳状液的复杂的泡沫结构［3］。由于其替代了高热量、高脂肪的传统乳脂奶油而深受欢迎［2］。

植脂奶油是一种O／W型的乳状液，其中所含蛋白质主要发挥营养［4］、乳化［1］、起泡［1］、改善体系质构和稳定性［5］等作用。植脂奶油中常用的蛋白质主要有酪蛋白、乳清蛋白和大豆分离蛋白，含量一般在1%左右，其中酪蛋白是植脂奶油中最常使用的蛋白质，是脂肪球膜的重要组成成分［4］。植脂奶油的复杂结构要求其中所含的脂肪在老化的过程中要形成一定程度的结晶，从而具有相应的功能性质与作用［6］。搅打过程中，植脂奶油中的脂肪球会在剪切力作用下相互接近，其内部的脂肪晶体刺破脂肪球膜而形成部分聚集，这种不完全的聚集使得脂肪在气泡表面形成网络结构，即脂肪骨架，对植脂奶油的泡沫结构产生保护作用［7，8］。固体脂肪含量太多或太少，脂肪球的部分聚集都难以发生，Dalgleish等［5］指出了脂肪球中结晶脂肪比例为10%～50%时脂肪部分聚集会达到最大化。赵强忠等［8，9］研究认为油脂用量在20%～23%时感官品质和奶油泡沫稳定性可以达到较好的平衡，并提出在脂肪部分聚集率60%左右时，能形成稳定的泡沫结构。

目前中国市面上销售的植脂奶油产品的脂肪含量普遍在25%～35%［2］，依然含有相当高的脂肪。目前，低热脂肪替代品大致有脂肪酸酯化产物、胶体类、淀粉类、纤维素类、蛋白质类等几类［10］，其中蛋白质类主要是以蛋白质为原料经化学或物理处理制得的，典型的蛋白质类脂肪替代品有著名的Simplesse等。关于低脂植脂奶油的研究，Akalin等［11］用乳清分离蛋白以及菊粉替代一部分脂肪制作一种低脂冰淇淋，并研究了其流变性质；胡娟等［12］将菊糖作为脂肪替代品应用到植脂奶油中取得了不错的效果；徐爱国等［13］则尝试用硬脂酸淀粉酯替代部分氢化植物油，所制得的低脂植脂奶油与市售产品性质差距并不显著。此外，也有一些关于无脂稀奶油的研究见诸报道［14］。

将蛋白质作为脂肪替代品应用于低脂植脂奶油中，可利用其良好的乳化性，在乳化液和气泡体系中作为界面膜组分，稳定乳状液和支撑脂肪部分聚集网络结构［11］。豌豆蛋白作为价格低廉的全价蛋白，营养丰富且可显著降低成本。但商业豌豆蛋白溶解性等功能性质不佳，不易直接用于植脂奶油，需进行改性以提高其应用价值。本实验室前期研究［15］发现豌豆蛋白经适度变性后，其乳化性和起泡性皆有显著提高，特别是将碱处理的豌豆蛋白替代部分脂肪时，可增加植脂奶油界面膜粘弹性，一定程度促进脂肪球的部分聚结，提高泡沫结构的稳定性，并获得较好的流变性质和感官品质。研究还发现以2%碱处理豌豆蛋白替代2%油脂时，制得的植脂奶油产品具有可接受的应用指标和感官指标。

因此，本研究主要着眼于以一定量的碱性pH偏移处理的豌豆蛋白替代不同量的脂肪，制作植脂奶油，并与对照配方相比，确定植脂奶油中脂肪含量较合适的降低度，为低脂植脂奶油开发提供理论支撑，并为豌豆蛋白开发利用提供新的途径。

1 材料与方法

1.1 材料

完全氢化棕榈仁油：益海嘉里粮油（深圳）有限公司；

豌豆分离蛋白：蛋白含量83.2%，烟台东方蛋白公司；

酪蛋白：蛋白含量92.1%，澳洲MG公司；

油红－O：分析纯，美国Sigma公司；

蔗糖酯S170和S1670（HLB分别为1和16）：日本三菱化学株式会社；

大豆粉末磷脂：北京华夏厚德公司；

黄原胶、瓜尔豆胶、香兰素：上海紫凌商贸有限公司；

淀粉糖浆：上海好成食品有限公司；

白砂糖、玉米油：中粮食品营销有限公司；

NaCl、NaH2PO4、Na3PO4、浓盐酸、氢氧化钠等：分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器设备

流变仪：AR1000型，美国TA仪器公司；

循环加热器：ME－12型，德国Julabo公司；

电子天平：PL3002型，梅特勒－托利多仪器有限公司；

高压均质机：APV－1000实验型，德国APV公司。

1.3 试验方法

1.3.1 植脂奶油的制备 参照文献［16］。

水相＋油相→乳状液制备→巴氏杀菌→快速冷却→老化→速冻→低温解冻→搅打→植脂奶油

主要原料为水、白砂糖、淀粉糖浆、大豆分离蛋白、氢化油、多糖、酪蛋白酸钠等。在70℃下，搅拌30min，100℃巴氏杀菌，在均质压力为40MPa的条件下均质两次，冰水浴降温，随后迅速冷却至－18℃，使用前将乳状液置于4℃冰箱解冻24h。

根据前期研究［15］确定基础配方，采用2%碱改性豌豆蛋白替代不同含量脂肪得到低脂配方（表1）。其中碱改性豌豆蛋白的制备方法：配制4%的蛋白溶液，在40℃下加热搅拌2h。用2mol／L的NaOH溶液滴定蛋白溶液到pH 12，40℃下搅拌1h，以2M盐酸调pH到7。改性蛋白冷冻干燥待用，对于添加pH偏移处理改性蛋白的样品，根据蛋白改性后NaCl含量调整配方中用量，使各样品一致。

1.3.2 乳状液和奶油表观黏度的测定 参照文献［15］。

1.3.3 脂肪部分聚集率测定 参照文献［17］。

1.3.4 奶油搅打起泡性质的测定 参照文献［15］。

1.3.5 奶油屈服力、触变性和弹性模量的测定 使用AR1000型流变仪，选用40mm平行板，间距1mm，10℃下测定其屈服应力、触变特性和弹性模量（G′），测定触变特性时，剪切速率范围设定0～200s－1，测定弹性模量时，扫描范围为0～10Hz。

1.3.6 植脂奶油感官评定 采用前期研究的方法，选取12名感官评定员，在奶油搅打完毕后立即取样品评。感官评定涉及5个指标：入口即化感、油腻感、豆腥味、光泽细腻度和总体喜好［15］。入口即化感是指奶油在口中泡沫破裂模拟出的油脂融化的感觉；油腻感是指类似油脂在口中的滑腻的口感；光泽细腻度是指奶油表面和内部的细腻程度以及光泽情况；总体喜好是对奶油的总体喜欢程度。评分标准为9分制，其中入口即化感、油腻感、光泽细腻度和总体喜好分数越高说明越喜欢；豆腥味分数越高说明豆腥味越重。

表1 植脂奶油配方Table1 Formula of whipped cream ／（10－2g·g－1）

1.3.7 数据处理 试验得到的数据用Sigmaplot 11.0统计软件中的方差分析（ANOVO）程序进行分析。用LSD检验判别数据之间的差异性，显著差异水平P＜0.05。重复试验所得数据以均值±标准差表示。

2 结果与讨论

2.1 不同植脂奶油乳状液的表观黏度

图1显示了不同奶油乳状液体系的表观黏度。

图1 不同植脂奶油乳状液的表观黏度Figure1 Apparent viscosity of different whipped cream emulsion

由图1可知，以2%用量的碱处理豌豆分离蛋白替代植脂奶油中的脂肪时，体系表观黏度均显著高于基础配方样品，这主要归因于添加了2%改性豌豆蛋白，从而提升了体系的黏度。对于添加同等含量豌豆蛋白的植脂奶油体系，脂肪含量的降低会降低其表观黏度，这主要是乳状液中脂肪球数量减少所导致的。表观黏度的升高意味着搅打环节可能需要更长的时间。

2.2 不同植脂奶油的脂肪部分聚集率

降低植脂奶油的脂肪含量也会对奶油中脂肪的部分聚集率产生影响（图2）。奶油搅打过程一般分为快速起泡阶段、快速聚集阶段、凝聚稳定阶段，图2显示对照样品的快速聚集阶段主要在2～8min，到10min左右即达到稳定阶段，最终脂肪聚集率达到84%左右。而使用2%改性豌豆蛋白的低脂植脂奶油，其快速聚集阶段相对较长，主要落在2～12min内，甚至延长至14min，最终脂肪聚集率均显著低于对照样，其中脂肪含量17%和18%的样品，其脂肪部分聚集率可达到70%以上；脂肪含量15%和16%的样品，其脂肪部分聚集率落在50%～60%，脂肪含量14%的样品，其脂肪部分聚集率最终仅达到44%。

图2 不同奶油的脂肪部分聚集率Figure2 Fat partial coalescence in different whipped cream

植脂奶油搅打过程中脂肪的部分聚集对泡沫结构的形成与稳定有着重要的影响［7］。对于添加了改性豌豆蛋白的样品，其脂肪部分聚集的速度明显低于对照样，其原因是：① 因为添加蛋白的样品，表观黏度较大，减缓了气体进入乳状液的速度，故脂肪的部分聚集速度也随之减缓；② 因为蛋白质优先于脂肪球吸附在气泡表面，降低了脂肪球吸附到气液界面的速度，故脂肪部分聚集速率减缓［18］。然而，乳状液黏度的增大以及气泡表面吸附更多的蛋白，会增强体系的粘弹性，提升所形成气泡的稳定性。此外，脂肪含量也会影响搅打过程中脂肪球的数量，从而影响脂肪部分聚集率。脂肪含量越低，乳状液中形成的脂肪球数量就越少，降低了脂肪球在剪切力作用下相互碰撞的几率，且结晶脂肪不易刺破脂肪球之间的界面膜以形成桥联，从而使得脂肪部分聚集难度增加。

2.3 不同植脂奶油的搅打起泡性质

搅打起泡性质是评价植脂奶油应用性能的重要指标，表2显示了脂肪含量对奶油搅打起泡性质的影响。与对照样品相比，低脂植脂奶油样品的起泡率及泡沫稳定性都随着脂肪含量的降低而降低。在起泡率方面，脂肪含量16%～18%的奶油样品与对照样接近，但脂肪含量14%和15%的样品显著低于对照样。这可能是由于脂肪的大幅降低会降低其部分聚集率，从而减少泡沫结构的形成。在起泡率方面，植脂奶油与冰激淋等具有类似的需求，即所起泡沫体积足够大［19］；但在泡沫稳定性方面，植脂奶油要求更高。表2显示不同样品的泡沫稳定性差异较显著，脂肪含量的降低对泡沫稳定性的降低影响突出。这主要是由于脂肪含量的降低会减少脂肪球数量，气泡表面附着的部分聚集脂肪球减少，不能形成足够坚固的脂肪骨架来支撑气泡膜，因此泡沫的稳定性降低。这也是研究提出植脂奶油最佳脂肪含量为20%以上的主要原因［8］。在搅打时间方面，对照样因脂肪快速聚集时间较短，所以在8.5min即可完成搅打，而使用2%改性豌豆蛋白的植脂奶油则因脂肪聚集速率的显著下降需要14min左右的时间才可以完成搅打。

表2 不同奶油的搅打起泡性质†Table2 Whipping properties of different whipped cream（n ＝6）

2.4 不同植脂奶油的流变特性

奶油的流变特性也是评价其应用性能的重要方面［8］。特别是奶油的屈服应力值、触变性和弹性模量是极为常见的评价指标。图3显示了不同脂肪含量的奶油体系的屈服应力值。它反映着挤压裱花所需的最小力，当屈服应力值处于100～200Pa时，样品裱花效果较好。由图3可知，当脂肪含量降低到16%以后，奶油的屈服应力开始显著低于对照样品，虽然仍处于可接受的范围内，但感官性质上已开始呈现越来越软的趋势。

图3 不同奶油的屈服应力Figure3 Yield stress of different whipped cream

植脂奶油裱花时的保形性与其触变性密切相关。图4显示了不同脂肪含量的植脂奶油的触变性。由图4可知，添加2%改性豌豆蛋白的低脂植脂奶油样品的触变环都比对照样品大，其中脂肪含量16%～18%的样品尤其明显。较大的触变环面积，表明在外力撤消后体系恢复到未经外力作用的状态所需时间会较长。对于裱花体系，触变环面积必须足够小以维持良好的保形性，便于制作细小的纹路、清晰的棱角和线条［8］。然而，触变环如果没有或者太小，入口即化感又会受影响，因此需结合感官评定来最终确定合适的参数。同时，图4还显示添加了pH偏移处理的豌豆蛋白的奶油样品，其初始黏度均较对照样高，这往往对口感不利。

图4 不同奶油的触变性Figure4 Thixotropy of different whipped cream

理想的植脂奶油体系应该为弹性占主体的粘弹性体系。图5表明不同脂肪含量的奶油样品，其弹性模量存在一定差异。尽管各样品的G’均表现出随剪切频率的增加而增加的趋势，符合弹性体系的特征，但比较不同奶油样品，可发现其弹性模量随脂肪含量降低而降低，脂肪含量17%～18%的奶油样品相对来说具有较高的弹性模量，与对照样相近，奶油较为硬挺，其中脂肪含量18%的样品甚至比对照样表现出更好的弹性。然而，脂肪含量14%～16%的样品则表现出较稀和硬度偏低的不足。

图5 不同奶油的弹性模量Figure5 Elastic modulus（G′）of different whipped cream

2.5 不同植脂奶油的感官品质

表3比较了几种奶油的入口即化感、油腻感、光泽细腻度、豆腥味和总体喜好等感官品质。在入口即化感方面，脂肪含量17%和18%的植脂奶油与对照样品无显著差异，但脂肪含量进一步降低则会带来入口即化感的显著差异。从触变性的分析结果看，低脂植脂奶油触变环面积均大于或接近对照样，但入口即化感却并不完全相符，表明蛋白添加后可能因黏度增加而影响入口即化感。在油腻感方面，各样品总体上呈现随脂肪含量减少而减少的趋势，但受所加蛋白的影响，脂肪含量17%，18%的样品在油腻感方面与对照样无显著差异。在豆腥味方面，添加碱处理豌豆蛋白的样品表现出相近的豆腥味，对感官造成了一定的不利影响。光泽细腻感方面，对照样显著优于各组低脂植脂奶油，表现出明显的优势，但脂肪含量17%和18%的样品仍旧有较好的接受度。总体喜好方面，脂肪含量17%，18%的两个样品接近对照样，这主要是因为它们在黏度、G′上都近似于20%脂肪样品，并且具有较高的脂肪部分聚集率，能产生较好的油腻感，泡沫结构也更加均匀稳定，细腻感、光泽度较好。

表3 不同植脂奶油的感官品质†Table3 Sensory qualities of different whipped cream（n ＝12）

3 结论

采用pH 12偏移处理的豌豆蛋白作为植脂奶油的脂肪替代品，在2%替代量的条件下，植脂奶油在脂肪部分聚集率、搅打性质、流变特性和感官品质方面会随奶油产品中脂肪含量的不同而呈现较大差异。当脂肪含量为17%～18%时，奶油的脂肪聚集率与含脂20%的对照样较为接近，尽管搅打时间由8min左右延长到14min左右，但起泡率无显著差异，泡沫稳定性也处于可接受度范围，其黏度和弹性也均接近对照样。感官品质方面，除豆腥味方面差异较大，入口即化感和油腻感与对照样无显著差异，光泽细腻感也接近对照样。考虑到外加香精调节奶油产品气味的技术普遍应用［20］，可以考虑采用外加2%改性蛋白并将脂肪含量降低到17%～18%以满足低脂需求。研究也发现，在目前的蛋白添加量下，当脂肪含量降低到16%及以下时，奶油开始变稀变软，搅打品质、流变品质均大幅下降。

1 李红.植脂奶油工艺和搅打充气机理的研究［D］.天津：天津科技大学，2003.

2 吴涛，吴辉，吴剑锋，等.稀奶油及其应用［J］.中国乳品工业，2005，33（2）：44～47.

3 Allen K E，Dickinson E，Murray B.Acidified sodium caseinate emulsion foams containing liquid fat：a comparison with whipped cream［J］.LWT－Food Science and Technology，2006，39（3）：225～234.

4 Early R.乳制品生产技术 ［M］.第2版.张国农，吕兵，卢蓉蓉，译.北京：中国轻工业出版社，2002：218～234.

5 Dalgleish D G.Food emulsions－their structures and structuresforming properties［J］.Food Hydrocolloids，2006，20（4）：415～422.

6 Hotrum N E，Stuart M A C，van Vliet T，et al.Spreading of partially crystallized oil droplets on an air／water interface［J］.Colloids and Surfaces A，2004，240（1～3）：83～92.

7 Goff H D.Instability and partial coalescence in whippable dairy emulsions［J］.Journal of Dairy Science，1997，80（10）：2 620～2 630.

8 赵强忠，龙肇，苏国万，等.油脂用量对搅打稀奶油的搅打性能和品质的影响［J］.食品与发酵工业，2009，35（5）：170～176

9 赵强忠.搅打稀奶油的搅打性能和品质的变化规律及其机理研究［D］.广州：华南理工大学，2006.

10 孟令义，戴瑞彤.脂肪替代物及其在食品中的应用［J］.肉类研究，2007（6）：40～43.

11 Akal1n AS，KaragözlüC，Gülfem Ünal G.Rheological properties of reduced－fat and low－fat ice cream containing whey protein isolate and inulin［J］.European Food Research and Technology，2008，227（3）：889～895.

12 胡娟，金征宇.菊糖在植脂掼奶油中对流变品质的影响［J］.食品与生物技术学报，2008，27（2）：64～70.

13 徐爱国.硬脂酸玉米淀粉酯的制备、性质及应用［D］.无锡：江南大学，2004.

14 吴晖，吴涛，吴剑锋.无脂稀奶油泡沫体系稳定性的研究［J］.食品工业科技，2005，26（7）：90～95.

15 王宇，蒋将，刘元法.豌豆、大豆蛋白适度改性在低脂植脂奶油中的应用［J］.中国油脂，2013，38（5）：24～29.

16 周雪松，王才华.改性大豆蛋白在植脂奶油中的应用［J］.现代食品科技，2012，28（10）：1 359～1 361，1 326.

17 Palanuwech J，Potineni R，Robert R F，et al.A method to determine free fat in emulsion［J］.Food Hydrocolloids，2003，17（1）：55～62.

18 Emam－Djome Z，Mousavi M E，Ghorbani A－V，et al.Effect of whey protein concentrate addition on the physical properties of homogenized sweetened dairy creams［J］.International Journal of Dairy Technology，2008，61（2）：183～191.

19 刘杏荣，赵莹莹，朱道辰，等.香草牛奶冰淇淋工艺及其品质评价［J］.食品与机械，2012，28（1）：232～234.

20 田怀香，李凤华，马霞.天然奶味香精的酶解工艺优化［J］.食品与机械，2013，29（3）：120～124.