添加磷脂大豆分离蛋白复合物对冰淇淋品质的影响

郝建敏，李婷婷，朱秀清，2，*，王嘉熙（.东北农业大学食品学院，黑龙江哈尔滨5000；2.国家大豆工程技术研究中心，黑龙江哈尔滨50028；.中国矿业大学信电学院，江苏徐州226）

添加磷脂大豆分离蛋白复合物对冰淇淋品质的影响

郝建敏1，李婷婷1，朱秀清1，2，*，王嘉熙3
（1.东北农业大学食品学院，黑龙江哈尔滨150030；2.国家大豆工程技术研究中心，黑龙江哈尔滨150028；3.中国矿业大学信电学院，江苏徐州221116）

将大豆分离蛋白与磷脂复合物添加到冰淇淋中，以膨胀率、融化率、硬度和感官评价等为衡量指标，研究其对冰淇淋品质的影响。在单因素的基础上，运用响应面优化磷脂大豆分离蛋白复合物冰淇淋的最佳工艺条件。结果显示，当磷脂大豆分离蛋白复合物添加20%、大豆分离蛋白与磷脂比例3∶1、乳化剂添加量为0.15%时，膨胀率达到72.12%，比普通冰淇淋提高了22.17%。感官评价研究表明，感官评价良好。

磷脂大豆分离蛋白复合物，膨胀率，硬度，流变特性，冰淇淋

随着生活水平的提高，冷冻食品已经成为很多消费者消暑解渴的必需食品，虽然我国冷饮食品工业开始于20世纪20年代，起步较晚，但是发展迅速。2007年全国冰淇淋的产销量上升为256万吨，实现了销售额308亿元左右［1］。2013年冰淇淋的年销售额已达到978亿元，且有专家估计，2015年我国冰淇淋市场容量有望在3600亿元以上［2］。冰淇淋口味多样，如乳味冰淇淋、果味冰淇淋、粮食风味冰淇淋和坚果类口味复配冰淇淋等，广受人民喜爱。冰淇淋是以饮用水、乳或乳制品、食糖等为主要原料，添加或不添加食用油脂、食品添加剂，经混合、灭菌、均质、老化、凝冻、硬化等工艺制成的体积膨胀的冷冻饮品［3］。冰淇淋主要体现组织细腻滑润、形体紧密柔软、风味醇厚持久、营养丰富、冷甜美味特点。香味纯正，有明显的乳汁和植脂香味［4］。

传统冰淇淋一直以乳粉或炼乳为主要原料，品种单一［5］。随着全球奶制品价格上涨，世界乳制品需求量年增长2%，通过开发植物资源替代奶制品，有效的解决了生产原料单一的问题，同时可以降低生产成本，比利用动物性蛋白质和油脂生产的冰淇淋成本约低30%。近年来，研究应用大豆产品于冰淇淋生产中具有较好发展趋势，Gustavo das Grac等研究大豆提取物（SE）部分替代乳粉对冰淇淋品质的影响，提高了蛋白质含量、pH及稠度系数，增加了其抗融性，提高了小冰晶的含量，并降低了碳水化合物含量［6］。程建军等研究了大豆分离蛋白对冰淇淋品质及流变学特性的影响，表明大豆分离蛋白添加，影响冰淇淋的混料黏度、膨胀率、融化率、硬度，以及流变学特性与微观结构［7］。大豆分离蛋白（SPI）应用于冰淇淋的生产中，可以降低成本、改变其部分性状，增强冰淇淋营养，但大豆分离蛋白与乳粉在成分组成、功能特性等方面存在差异，吸水后极易成胶体，分散度差［8］。本实验将磷脂与大豆分离蛋白进行复合应用于冰淇淋中，以膨胀率、融化率等指标衡量其添加后对冰淇淋品质的影响。磷脂大豆分离蛋白复合物取代乳粉用量，并且磷脂也可以部分替代乳化剂，减少乳化剂用量，从而开发出一种感官品质良好、营养价值高，成本价格低廉的新型冰淇淋产品。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

磷脂 九三集团哈尔滨惠康食品有限公司；大豆分离蛋白 哈高科大豆食品有限责任公司；白砂糖 博城北方糖业股份责任公司；奶粉、黄油、分子蒸馏单甘脂、海藻酸钠、明胶、CMC-Na 均为市售。

IC9308全自动冰淇淋机 Caple客浦；JJ-1精密增力电动搅拌器 金坛市双捷实验仪器厂；高压均质机 英国TA-XT；HH-4数显恒温水浴锅 金坛市双捷实验仪器厂；ME100L高剪切乳化机 上海富麦机电设备有限公司；TA-XT2i型质构仪 英国TA-XT plus；MAL1038384旋转型流变仪 英国马尔文公司。

1.2 实验方法

1.2.1 冰淇淋基础配方 脱脂奶粉10%，黄油8%，白砂糖12%，复合稳定剂0.35%（海藻酸钠0.1%、明胶0.2%、CMC 0.05%），乳化剂0.2%（单甘脂）［9］。

1.2.2 冰淇淋工艺流程 原料→混合（50～60℃）→杀菌（80℃10 min）→均质（60～65℃18～20 MPa）→冷却（0～4℃）→老化（2～4℃4 h）→凝冻→罐装成型→硬化→冷藏（-18℃）。

1.2.3 添加大豆分离蛋白、磷脂的冰淇淋实验 将单一的大豆分离蛋白、磷脂加入到冰淇淋中，各因素水平为：大豆分离蛋白取代乳粉用量为0%、10%、20%、30%、40%；磷脂取代乳粉用量为0%、10%、20%、30%、40%。配方中黄油添加量、白糖添加量、稳定剂添加量等保持不变，测定膨胀率、融化率、硬度指标，并重复3次取平均值。

1.2.4 添加磷脂大豆分离蛋白复合物冰淇淋实验

1.2.4.1 单因素实验

a.磷脂大豆分离蛋白复合物比例实验 大豆磷脂与大豆分离蛋白比例1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1，考察大豆分离蛋白复合物比例对冰淇淋品质的影响，其他条件按照1.2.1冰淇淋基础配方，以膨胀率、融化率、硬度为指标，重复3次取平均值。

b.磷脂大豆分离蛋白复合物取代乳粉用量实验 选取磷脂大豆分离蛋白复合物取代乳粉量为：0%、10%、20%、30%、40%，考察磷脂大豆分离蛋白复合物取代乳粉用量对冰淇淋品质的影响，其他条件按照1.2.1冰淇淋基础配方，以膨胀率、融化率、硬度为指标，重复3次取平均值。

c.乳化剂添加量实验 选取乳化剂添加量为：0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%，考察乳化剂添加量对冰淇淋品质的影响，其他条件按照1.2.1冰淇淋基础配方，以膨胀率、融化率、硬度为指标，重复3次取平均值。

1.2.4.2 响应面实验设计 采用Design-Expert 8.0软件中的Box-Behnken Design的方法设计实验。根据单因素实验结果，选取磷脂大豆分离蛋白复合物取代乳粉量（X1）、大豆分离蛋白与磷脂比例（X2）、乳化剂添加量（X3）为因素，以膨胀率为响应值设计实验，实验因素及水平见表1。

表1 因素水平及编码值Table1 Code of factors and levels

1.2.5 冰淇淋品质的测定方法

1.2.5.1 膨胀率的测定 体积计算法，冰淇淋凝冻前后分别量取冰淇淋浆料和冰淇淋成品100 mL进行称量［10］，计算公式如下：

膨胀率（%）=（100 mL冰淇淋浆料质量-100 mL冰淇淋质量）/100 mL冰淇淋质量×100

1.2.5.2 融化率测定 在恒定温度（30℃）冰淇淋60 g，放在间距为3 mm的金属筛网上。丝网下方放置一台电子天平，天平上放一长方形盒子，用于盛放溶化后滴下的冰淇淋［11］，按下式计算融化率：

1.2.5.3 硬度测定 利用质构仪的检测探头两次下压测定冰淇淋的质地特征曲线，样品在室温下测定，参数设定：测试前探头下降速度为2 mm/s，测试速度为3 mm/s，测试后探头回程速度为5 mm/s，测试距离为20 mm，触发力为20 g，探头类型为P/5，每个样品进行3次平行实验［12］。

1.2.5.4 冰淇淋流变学性质的测定 表观黏度与剪切速率关系曲线，测试的冰淇淋浆料均经4 h老化，测试时用小勺取适量样品放在测试平台上，测试选用夹具为平板（直径60 mm），测试间距为500 μm，剪切速率为0.01～100 s-1，测试温度为4℃，以剪切速率为横坐标，黏度为纵坐标，绘制剪切速率与黏度的关系图［13］。

1.2.5.5 感官评价 根据食品感观评定要求，对产品的组织状态、口感及滋味进行测评，求8人的平均值。评价标准为100分制，与对照组进行对比。具体标准见表2。

1.2.5.6 数据处理 对实验数据采用SPSS 17.5进行数据处理与分析。

2 结果与分析

2.1 大豆分离蛋白、磷脂的添加对冰淇淋品质的影响

由表3可知，随着大豆分离蛋白的添加量增加，冰淇淋的膨胀率先升高后降低，可能由于大豆分离蛋白适当添加增加了持泡性，随着添加量的增加空间持泡性降低，因此膨胀率也随之降低。在添加量为20%时大豆分离蛋白冰淇淋膨胀率为63.14%，膨胀率显著增加（p＜0.05）。刘丽等研究表明，大豆分离蛋白能提高冰淇淋的膨胀率是由于其自身乳化性的作用［14］。添加大豆分离蛋白的冰淇淋的融化率与普通冰淇淋有显著差异（p＜0.05），随着大豆分离蛋白增加，融化率呈现下降趋势，大豆分离蛋白质本身具有良好的乳化性，易于蛋白质在水中较好分散，融化率降低，抗融化增强。随着大豆分离蛋白添加量的增加，冰淇淋硬度逐渐上升，可能由于，冰淇淋硬度的变化可能与可溶性固形物含量增加引起冰点的变化有关，但冰淇淋硬度太大将影响产品的膨胀率和感官评分［15］。

表2 感官评价得分Table2 The score of the sensory evaluation

由表4可知，添加磷脂冰淇淋的膨胀率随磷脂添加量增加先升高后降低，当磷脂添加量为20%时，冰淇淋的膨胀率为60.14%，说明添加磷脂对冰淇淋膨胀率有影响。磷脂冰淇淋与普通冰淇淋的融化率有显著差异（p＜0.05），随着磷脂添加量增加，融化率降低到2.95%，显著低于普通冰淇淋（p＜0.05）。这是由于磷脂通过抑制巯基氧化或降低游离巯基之间的反应机理提高乳状液的热稳定性。随着磷脂添加量增加，冰淇淋硬度逐渐增加，这可能由于含较多大冰晶或者不稳定脂肪增加时冰淇淋的硬度也会增大［16-17］。

综上所述，单一添加大豆分离蛋白和磷脂的冰淇淋，对冰淇淋品质影响不同，为进一步节省原材料和优化冰淇淋配方，将大豆分离蛋白与磷脂进行复合，研究磷脂大豆分离蛋白复合物对冰淇淋品质的影响。

2.2 大豆分离蛋白与磷脂不同添加比例对冰淇淋品质的影响

图1 大豆分离蛋白与磷脂比例对冰淇淋品质的影响Fig.1 Influence of SPI and phospholipids ratio on the quality of ice cream

表3 大豆分离蛋白对冰淇淋品质影响Table3 Influence of SPI on the quality of ice cream

表4 磷脂对冰淇淋品质影响Table4 Influence of phospholipids on the quality of ice cream

如图1（a）所示，随着大豆分离蛋白与磷脂比例增加，冰淇淋的膨胀率先升高后下降，且大豆分离蛋白与磷脂比例在2∶1、3∶1、4∶1、5∶1之间差异不显著（p＞0.05），适宜的磷脂与大豆分离蛋白的比例（3∶1）可使冰淇淋膨胀率增加到65.3%，优于单一添加大豆分离蛋白、磷脂的冰淇淋。随着大豆分离蛋白与磷脂比例增加，冰淇淋的融化率呈现上升的趋势，增加到一定比例后，各比例之间差异不显著（p＞0.05）。由于大豆分离蛋白质与磷脂本身均具有良好的乳化性，且磷脂带有负电荷使蛋白质表面电荷发生改变，使蛋白质也带上较多的负电荷，由于电荷的排斥作用，使蛋白质在水中分散较好，融化率降低，抗融化增强。磷脂大豆分离蛋白复合冰淇淋融化率大部分是介于大豆分离蛋白冰淇淋和磷脂冰淇淋之间，但考虑到原料成本，因此选择磷脂大豆分离蛋白复合物添加到冰淇淋。

由图1（b）可知，大豆分离蛋白与磷脂复合比例对冰淇淋的硬度产生影响，大豆分离蛋白与磷脂比例增加，硬度显著下降（p＜0.05）。大豆磷脂可改善冰淇淋粉的湿润、分散、乳化、增稠［18］。

2.3 磷脂大豆分离蛋白复合物添加量对冰淇淋品质的影响

为了进一步实现管理与控制的一体化，提高公司信息化合综合管理水平，实现生产和管理的高效率，2011年该公司开始筹备生产信息化管理系统(MES)，面向MES开放了控制系统网络，实现了企业信息网络与控制系统网络之间的数据通信，控制系统不再是一个封闭的、独立运行的系统，而要与MES互联，与互联网连接，该情况下工业控制系统信息安全面临了严峻的考验！

图2 磷脂大豆分离蛋白复合物取代乳粉添加量对冰淇淋品质的影响Fig.2 Influence of SPI and phospholipids complex to replace milk powder on the quality of ice cream

如图2（a）所示，随着磷脂大豆分离蛋白复合物取代乳粉用量增加，冰淇淋的膨胀率逐渐升高，20%、30%的冰淇淋膨胀率显著大于0%、10%（p＜0.05），且20%、30%、40%之间差异不显著（p＞0.05），其中添加20%磷脂大豆分离蛋白复合物的冰淇淋膨胀率最佳。随着磷脂大豆分离蛋白复合物取代乳粉的增加，冰淇淋融化率逐渐下降。含40%磷脂大豆分离蛋白复合物的冰淇淋的融化率最低，抗融化强。这是由于大豆蛋白质与磷脂本身均具有良好的乳化性，磷脂与大豆分离蛋白进行复合，由于磷脂的特殊结构，使得磷脂与大豆分离蛋白间发生相互作用，这种相互作用的发生影响到乳化体系结构［19］。

如图2（b）所示，冰淇淋的硬度随磷脂大豆分离蛋白复合物添加量的增加先升高后降低。磷脂大豆分离蛋白复合物取代乳粉用量高的冰淇淋的硬度低，磷脂大豆分离蛋白复合物取代量低的冰淇淋硬度高，硬度高则表现为对变形的抵抗能力大。由于磷脂与蛋白所形成的网状结构，使冰淇淋组织更细腻，可以增强冰淇淋的内部结合力，保持冰淇淋的完整性［20］。

2.4 乳化剂添加量对冰淇淋品质的影响

图3 乳化剂添加量对冰淇淋品质的影响Fig.3 Influence of addition of emulsifiers on the quality of ice cream

如图3（a）所示，乳化剂添加量在0.05%～0.15%之间时，膨胀率相对较高。而乳化剂添加量超过0.2%，冰淇淋的膨胀率则显著降低（p＜0.05）。乳化剂经过高压均质机均质后，形成大量的脂肪微球，增加了大量“油/水”相界面，从而提高了蛋白质-脂肪之间的相互作用，强烈的相互作用有利于降低泡沫的形成倾向，防止蛋白质的热变性［21］。形成泡沫能力下降，使冰淇淋膨胀率降低。随着乳化剂添加量增加，融化速率显著下降（p＜0.05）。当添加量增大到0.25%，融化速率下降到3.5%。这是由于乳化剂可以降低油水界面的张力，在两界面形成有机械强度的多分子吸附膜，使分散相微粒形成双电层结构，防止带同种电荷的分散相微粒碰撞或聚结，改善脂肪的分散性，使其粒子更微细，分布更均匀，因而在凝冻工序中能够控制脂肪球的附聚和凝聚，产生更小的球体，并使产品内的冰晶粒度细小，质地光滑［22］。

如图3（b）所示，随着乳化剂添加量的增加，冰淇淋硬度先增加后降低。乳化剂在添加量0.15%时硬度最大。乳化剂可以使料浆形成三维网络结构，当乳化剂用量为最佳时，形成致密的三维网络结构，此时粘度最大，如果乳化剂用量增加，由于乳化剂具有去乳化作用的特性，导致致密网状结果破坏，粘度下降［23］。

2.5 磷脂大豆分离蛋白复合冰淇淋优化实验

表5 Box-Behnken设计方案及实验结果Table5 Experiment design and results table of Box-Behnken

对模型进行方差分析，结果见表6。由表6可知，模型具有显著性（p＜0.0001），因变量与所考察的自变量之间的线性关系显著（R2=0.9847），模型调整确定系数R=0.9651，说明模型能解释96.51%响应值的变化，该模型拟合程度良好，失拟项（p=0.061＞0.05）差异不显著，说明所得的回归方程可行度高，可以用于预测工艺条件下磷脂大豆分离蛋白复合冰淇淋膨胀率和工艺优化。模型的一次项X1、X2、X3和二次项X、X表现为极显著；交互项X1X2、X2X3和二次项X12显著；交互项X1X3不显著。

2.5.3 响应面分析 根据回归方程绘制响应面图，考察拟合的响应面形状，分析磷脂大豆分离蛋白复合物取代乳粉用量、复合物比例和乳化剂添加量对冰淇淋膨胀率影响，结果见图4。

表6 二次回归方程模型方差分析结果Table6 Analysis of variance for the fitted quadratic response surface regression model

由图4可知，磷脂大豆分离蛋白复合物添加量对膨胀率影响极显著（曲面弧度较大），磷脂大豆分离蛋白复合物取代率与大豆分离蛋白与磷脂比例、大豆分离蛋白与磷脂比例与乳化剂添加量的交互作用对膨胀率影响显著（图4（a）、图4（c））。磷脂大豆分离蛋白复合物取代率与乳化剂添加量的交互作用对膨胀率影响不显著。这与二次回归方程模型方差分析结果是一致的。

2.5.4 优化工艺条件的优化和可靠性验证 为进一步确定优化工艺的最佳点，通过进行验证优化，得最佳优化工艺参数分别为：磷脂大豆分离蛋白复合物取代率21.33%、大豆分离蛋白与磷脂比例3.13∶1、乳化剂添加量0.165%，在此条件下复合冰淇淋膨胀率为73.37%。考虑到可操作性，将最优条件校正为：磷脂大豆分离蛋白复合物取代率20%、大豆分离蛋白与磷脂比例3∶1、乳化剂添加量0.15%。用此最优条件进行验证，得到膨胀率为72.12%，与理论值较为相近。

2.6 磷脂大豆分离蛋白复合物对冰淇淋流变特性的影响

由图5（a）与5（b）所示，冰淇淋混料剪切应力与剪切速率关系曲线和表观黏度与剪切速率曲线均符合屈服—假塑性流体流动特性曲线。即表现为具有屈服应力的流体，在进入动态流动后，表现出假塑性流体的特性。假塑性流体其流变方程为：

式（2）中：K和n均为常数；K为稠度系数，可以衡量流体的黏稠程度；n为流动特性指数。

图4 各组分的交互作用Fig.4 The response surface graph between the various factors

由图5（a）可以看出，混料均出现剪切稀化现象。流速增加时，由于流层之间剪切应力的作用，使得比较散乱的链状粒子流动旋转而收缩成团，减少了互相间的钩挂，这就出现了剪切稀化［24］。随着磷脂大豆分离蛋白复合物添加量的增加，这种剪切稀化的速率逐渐降低。剪切速率较小时，混料的表观黏度较大；随着剪切速率的增加，几种混料的表观黏度不断减小。磷脂大豆分离蛋白复合物小于20%时，这种降低的趋势较为相似。

对式（2）进行线性回归处理，可以得到回归方程，从而求得K值和n值，其结果如表7所示。由表7可以看出，流动特性指数n值均小于1，流体为假塑性流体。随大豆分离蛋白添加量的增加，稠度系数K值增加，K值越大，说明流体愈黏稠，流动越困难，这也从流变学角度说明了磷脂大豆分离蛋白复合物拥有较好的持水性。

2.7 感官评价和成本核算

由表8可知，普通冰淇淋与磷脂大豆分离蛋白复合物冰淇淋感官品质没有显著差异（p＞0.05）。在成本核算方面，磷脂大豆分离蛋白复合物冰淇淋比普通冰淇淋每100 g节省0.067元，说明可以用磷脂大豆分离蛋白复合物取代一定的乳粉用量，并减少乳化剂用量，节省原材料成本，提高冰淇淋营养价值。

3 结论

图5 磷脂复合大豆分离蛋白冰淇淋流变特性曲线Fig.5 Flow curves of SPI and phospholipids complex ice cream

表7 磷脂大豆分离蛋白复合的冰淇淋混料流变学性质的影响Table7 Influence of SPI and phospholipids complex ice cream rheological properties

表8 磷脂大豆分离蛋白复合冰淇淋感官评价Table8 The score of the SPI and phospholipids complex ice cream sensory evaluation

添加磷脂大豆分离蛋白复合物的冰淇淋，通过优化实验确定最佳工艺参数：磷脂大豆分离蛋白复合物取代乳粉用量为20%、大豆分离蛋白与磷脂比例3∶1、乳化剂添加量0.15%的冰淇淋，膨胀率达到72.12%，明显优于普通冰淇淋的49.95%。

经过磷脂大豆分离蛋白复合物冰淇淋的流变特性研究，表明磷脂大豆分离蛋白复合物冰淇淋为假塑性流体，说明磷脂大豆分离蛋白的复合物具有较好的持水性。感官评价研究表明，感官评价良好。

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Effect of adding phospholipids and SPI on the quality of ice cream

HAO Jian-min1，LI Ting-ting1，ZHU Xiu-qing1，2，*，WANG Jia-xi3
（1.College of Food Science，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China；2.National Soybean Engineering and Technique Research Center，Harbin 150028，China；3.School of Information and Electrical Engineering，China University of Mining and Technology，Xuzhou 221116，China）

The effect of soy protein isolate and phospholipids complex on the quality of ice cream was studied.In this study，all samples were analyzed for overrun，melting rate，hardness and sensory evaluation.The optimum process conditions of ice cream with soy protein isolate and phospholipids complex were studied using response surface methodology on the basis of single factor test.Based on the experiment research，the results showed that，the amount of the soy protein isolate and phospholipids complex was 20%，phospholipidssoybean isolated protein ratio was 1∶3，the amount of emulsifying agent was 0.15%，the value of the overrun was 72.12%，increased by 22.17%compared with ordinary ice cream.These sensory tests in ice cream show no significant different compared with ordinary ice cream.

soybeanproteinisolateandphospholipidscomplex；overrun；hardness；rheologicalproperties；icecream

TS202.3

A

1002-0306（2016）06-0302-07

10.13386/j.issn1002-0306.2016.06.053

2015－06－15

郝建敏（1986-），男，在读硕士研究生，研究方向：粮食、油脂及植物蛋白工程，E-mail：jmhao86@163.com。

朱秀清（1968-），女，研究员，研究方向：大豆精深加工，E-mail：xqzhuwang@163.com。

大豆产业链共性关键技术创新与示范（2014BAD22B01）。