高蛋白型运动乳饮料的开发研究

吴达雄，肖军秀，王 军，林少宝，王 娟，许嘉伟，黎恒希

（1.广州风行乳业股份有限公司，广东广州 510510；2.华南理工大学食品科学与工程学院，广东广州 510641）

在进行长时间或剧烈运动后，机体骨骼肌纤维会发生细微损伤，称为运动骨骼肌损伤，此时机体产生肌肉酸痛感，这与肌肉蛋白的代谢有关[1]。而研究证实，高强度运动后肌肉蛋白降解增多，但同时蛋白质的合成减少，导致总蛋白呈降解的趋势[2-3]。运动饮料在国标[4]中的定义为：营养素及其含量能适应运动或体力活动人群的生理特点，能为机体补充水分、电解质和能量，可被迅速吸收的饮料。运动饮料能够维持并促进体液平衡、快速恢复[5-6]。随着人们对健康的日益重视，健身已经成为一种潮流。与此同时，运动饮料的消费量得到了快速增长，在茶饮料、包装饮用水、碳酸饮料、果汁及果汁饮料之后又一新热点饮品。

乳清蛋白是由β-乳球蛋白、α-乳白蛋白、血清白蛋白等活性成分构成的复合蛋白质，其富含人体需要的必需氨基酸[7]，同时乳清蛋白的胆固醇、乳糖、脂肪含量低，且易消化吸收，被营养学界誉为“蛋白质之王”。有研究表明，食用乳清蛋白能够促进肌肉蛋白合成、成骨分化，提高免疫力、改善机体内环境并促进体能迅速恢复，有利于提高运动个体的运动成绩[8-11]。硫酸氨基葡萄糖是一种氨基单糖，具有抗炎和保护关节软骨的作用[12-13]。赖氨酸和亮氨酸属于支链氨基酸 （Branched chain amino acids，BCAA），支链氨基酸在骨骼肌内氧化功能可以节省肌糖原的利用[14]、保护线粒体结构功能状态[15]。

试验以乳清蛋白为主原料，并添加了氨糖、氨基酸、维生素等物质，以全脂奶粉、白砂糖、香精等配料调味，配制一种美味且能够快速提供氮源的高蛋白运动乳饮料。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

颗粒化乳清蛋白（SIMPLESSE 100），CPKelco公司提供；白砂糖、全脂奶粉、硫酸氨基葡萄糖、氯化钠、氯化钾、牛磺酸、维C、维B6、赖氨酸、亮氨酸等，均为食品级；卡拉胶、黄原胶、单甘酯、蔗糖酯（食品级），杭州瑞霖化工有限公司提供；酒石酸钾钠、石油醚、氢氧化钠、硫酸铜、亚甲基蓝等试剂均为分析纯。

离心机，安徽嘉文仪器装备有限公司产品；糖度计，漳州市新奥光电仪器有限公司产品；T25型数显型分散机，艾卡（广州）仪器设备有限公司产品；HAKKE RheoStress 600型旋转流变仪，Thermo electron公司产品；高压微射流纳米均质机，美国NEWTON公司产品；微米粒度仪Mastersizer3000，马尔文公司产品。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程

1.2.2 饮料成分单因素试验设计

参考国家标准[18-19]及市售运动饮料的成分含量，确定部分成分比例，分别为全脂奶粉10.7 g/100 mL，牛磺酸0.04 g/100 mL，，氯化钾0.03 g/100 mL，氯化钠0.10 g/100 mL，维B60.08 g/L，维C 0.02 g/100 mL，赖氨酸0.02 g/100 mL，亮氨酸0.04 g/100 mL。同时对乳清蛋白、氨糖、白砂糖等成分含量进行单因素试验。

配方单因素试验设计见表1。

表1 配方单因素试验设计/g·100 mL-1

1.2.3 饮料配方正交试验设计

根据单因素试验结果，采用SPSS 22.0软件设计L9（34）正交试验，对乳清蛋白、氨糖、白砂糖用量作进一步优化，获得综合感官最优的配方。结果采用极差分析法进行分析。

配方正交试验设计见表2。

1.2.4 运动乳饮料感官评价

表2 配方正交试验设计/g·100 mL-1

选取运动乳饮料的气味、组织状态、滋味、色泽和口感5个项目对饮料进行感官评价，满分100分。产品由10名食品相关专业的人员进行感官评价，结果取平均值。

感官评分见表3。

表3 感官评分

1.2.5 稳定剂单因素试验设计

以离心沉淀率为指标考查各稳定剂对高蛋白型运动乳饮料稳定性的影响：称量离心管的质量M，向离心管中加入同等体积的样品，与离心管一同称量质量M1，以转速4 000 r/min离心15 min，舍去上清液，将离心管倒置5 min，称取沉淀连同离心管的质量M2，按照公式（1）计算沉淀率。样品进行3次平行测定，取平均值。

式中：M——离心管的质量，g；

M1——样品和离心管的质量，g；

M2——沉淀物和离心管的质量，g。

选取卡拉胶、黄原胶、单甘酯和蔗糖酯作为高蛋白型运动乳饮料的稳定剂，分别固定4种稳定剂用量为0.05，0.06，0.15，0.15 g/100 mL，依次改变单一稳定剂的用量，考查该稳定剂不同用量对运动乳饮料稳定性的影响。

稳定剂单因素试验设计见表4。

表4 稳定剂单因素试验设计/g·100 mL-1

1.2.6 稳定剂正交试验设计

根据单因素试验结果，采用SPSS 22.0软件设计L9（34）正交试验，对卡拉胶、黄原胶、单甘酯和蔗糖酯添加量作进一步优化，获得离心沉淀率最低的配方。结果采用极差分析法进行分析。

稳定剂正交试验设计见表5。

表5 稳定剂正交试验设计/g·100 mL-1

1.2.7 运动乳饮料理化指标的测定

蛋白质含量测定，参考国标GB 5009.5—2016食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定燃烧法[20]；可溶性固形物含量测定，参考国标GB/T 12143 2008饮料通用分析方法折光计法[21]；脂肪含量测定，参考国标GB 5009.6—2016食品安全国家标准食品中脂肪的测定索氏抽提法[22]；pH值的测定，使用pH计对饮料的pH值进行测定；平均粒径的测定，条件为温度25℃，测定范围10%～20%；流变学性质的测定，测定条件为温度25℃，剪切速率范围2～200（1/S）[16]。

1.2.8 数据处理

数据采用SPSS 22.0进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 饮料成分单因素试验结果

配方单因素试验结果见图1。

从图1可以看出，氨糖含量在0.01～0.11 g/100 mL内，运动乳饮料的口味不受其影响；白砂糖的用量在2～7 g/100 mL内可获得适口的甜度；运动乳饮料的气味和组织状态明显受乳清蛋白含量的影响，考虑到饮料的浊度、滋味，乳清蛋白用量为4.7～8.7 g/100 mL时最佳。

2.2 饮料成分正交试验结果

配方正交试验结果见表4。

从表4可以看出，影响饮料感官评分的R值按大小排序为B＞C＞A，即乳清蛋白＞氨糖＞白砂糖。

理论最佳配方为A1B1C3，各成分含量分别为乳清蛋白4.7 g/100 mL，氨糖0.11 g/100 mL，白砂糖2.5 g/100 mL。此配方再次进行感官评定，分值为84分，高于任一正交试验组，配方获得的口感最优。由此配方制作的运动乳饮料呈乳白色，具有浓厚的奶香味，质地细腻顺滑、甜味适中。

图1 配方单因素试验结果

表4 配方正交试验结果

2.3 稳定剂单因素试验结果

稳定剂单因素试验结果见图2。

当卡拉胶用量为0.05～0.09 g/100 mL时，其对乳饮料的稳定性影响较接近，当用量为0.03 g/100 mL时，饮料的稳定性最好。黄原胶用量为0.02～0.1 g/100 mL时，饮料的离心沉淀率呈先下降后上升的趋势，当其含量为0.04 g/100 mL时，饮料的离心沉淀率最低。单甘酯和蔗糖酯的用量在试验水平内，运动乳饮料的离心沉淀率趋势均为先下降后升高，单甘酯的最佳用量为0.18 g/100 mL，蔗糖酯用量为0.15 g/100 mL时，饮料的稳定性较好。

2.4 稳定剂正交试验结果

稳定剂正交试验结果见表7。

图2 稳定剂单因素试验结果

表7 稳定剂正交试验结果

从表7可以看出，影响离心沉淀率的R'值按大小排序为 A'＞C'＞B'＞D'，即卡拉胶 ＞单甘酯 ＞黄原胶＞蔗糖酯。

理论最佳配方为A'3C'2B'3D'1，各成分用量分别为卡拉胶0.05 g/100 mL，单甘酯0.21 g/100 mL，黄原胶0.04 g/100 mL，蔗糖酯0.09 g/100 mL。该组合的运动乳饮料的离心沉淀率为0.94%，其稳定效果优于试验各组；离心沉淀率不足1%，说明饮料有较好的稳定性质，利于储存。

2.5 运动乳饮料理化指标测定结果

2.5.1 运动乳饮料成分测定

运动乳饮料成分见表5。

从表5可以看出，乳饮料的蛋白质含量为高于1%，符合国标GB 21732—2008《含乳饮料》对蛋白质含量的要求[23]。

表5 运动乳饮料成分/%

2.5.2 运动乳饮料的离心沉淀率及pH值

运动乳饮料的pH值为6.56，接近中性，口感温和不刺激。

2.5.3 饮料的平均粒径测定

运动乳饮料的粒度分布见图3。

图3 运动乳饮料的粒度分布

饮料的粒径为2.24±0.5 μm，饮料的峰主要集中在0.1 μm，颗粒大小分布集中。液体体系的稳定性受粒子大小的影响，液体体系的稳定性与粒子的大小有关，粒子越大，越不利于体系的稳定性[24]。由此推断，产品的稳定性较好。

2.5.4 饮料的流变学性质

饮料的流变学特性见图4。

图4 饮料的流变学特性

从图4可以看出，随着剪切频率的减小，饮料的黏度降低，而剪切应力增大，说明运动乳饮料属于假塑性流体[24]。由Stoks定律可知，乳状液分散相液滴的沉降速度与分散介质的黏度成反比，当剪切频率为0时，运动乳饮料的黏度较大，即液滴的运动速度较慢，有利于乳液的稳定性[25]。

3 结论

在单因素试验和正交试验的基础上，确定了富含蛋白质的运动乳饮料最佳配方和稳定剂组合，颗粒化乳清蛋白4.7 g/100 mL，全脂奶粉10.7 g/100 mL，白砂糖 2.5 g/100 mL，氨糖 0.11 g/100 mL，卡拉胶0.05 g/100 mL，单甘酯0.21 g/100 mL，黄原胶0.04 g/100 mL，蔗糖酯0.09 g/100 mL。由最佳配方制作的运动乳饮料呈乳白色，具有浓厚的奶香味，质地细腻顺滑，甜味适宜，具有良好的回味感，且具有较好的稳定性。含有蛋白质4.95%，脂肪2.98%，可溶性固形物16.17%，离心沉淀率为0.94%，符合相关标准要求。