植物蛋白固体饮料理化和感官特性研究

冯 魏

(杭州衡美食品科技有限公司,浙江 杭州 310032)

固体饮料是指将各类原料经过浓缩、干燥和调配制得的即溶性良好的混合体系,用水冲调后,可以得到风味良好的饮料。一般液体饮料的固形物质量分数小于20%[1],而固体饮料中固形物质量分数更高,营养更丰富,且易于包装和携带。另外,由于固体饮料的含水量很低(<5%),因此其中的一些成分更不容易失活,风味保持更久,且不易腐败变质[2]。蛋白质制剂作为食品配料,具有较高的营养价值和较好的功能特性。目前,市场上的固体饮料中虽然都会使用大量的乳蛋白[3],但近期越来越多的植物蛋白被用来部分替代食品中的碳水化合物和乳清蛋白,它们的成本更低、更具可持续性。相对于动物蛋白而言,植物蛋白中低密度脂蛋白更少,且不含胆固醇[4],富含膳食纤维和黄酮等营养物质[5],有助于防止动脉粥样硬化、预防癌症、降低2型糖尿病和某些肿瘤的风险等[6]。

在各类植物蛋白中,大豆蛋白[7]显示出优异的特性,并成功应用于生产多种食品,如仿奶酪、奶油、豆奶和烘焙产品等。然而,由于其过敏性和明显的豆腥味,大豆蛋白在食品工业中的应用也受到一定的限制[8]。因此,比较目前市场上不常见的植物源蛋白的性质,了解其中影响食品营养、质地及其感官特性的成分,可以大大拓宽它们在食品生产中的应用范围。此外,了解个别蛋白质制剂的特性差异,将有助于更好地利用它们并获得蛋白质质量分数增加的新产品。

1 材料与方法

1.1 实验材料

乳清蛋白粉、豌豆蛋白粉,购自吉林毅润蛋白有限公司;大米蛋白粉,购自浙江恒腾福生物制品有限公司;花生蛋白粉、马铃薯蛋白粉,购自广州市利统食品有限公司。

全脂乳粉、脱脂乳粉,购自雀巢(中国)有限公司;膳食纤维粉,购自扶风斯诺特生物科技有限公司;抗性糊精、麦芽糊精、结晶果糖、低聚异麦芽糖粉,购自江苏采薇生物科技有限公司;其他化学试剂均为国产分析纯级。

1.2 仪器与设备

G&G电子天平JJ100A,常熟市双杰测试仪器厂;数显恒温水浴锅HH-2,常州朗越仪器制造有限公司;恒温恒湿箱BSC-150,上海博迅医疗生物仪器股份有限公司;HD-3A型智能水分活度测量仪,无锡市华科仪器仪表有限公司;3NH立式色差仪NR60CP,深圳市三恩时科技有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 复合固体饮料的制备

按照固体饮料用量进行配方比例添加,配方中每种植物蛋白质制剂的用量为20%,称重后的原料在40 ℃下,使用搅拌器,充分混匀。随后将制备完成后的样品用聚乙烯材料食品塑封袋封口包装,每袋60 g,一半样品放入恒温恒湿箱保存一定时间。恒温恒湿箱设置为25 ℃,空气相对湿度75%[9]。配方如表1所示。

表1 固体饮料的配方

1.3.2 植物蛋白的基本成分的测定

各类植物蛋白粉在105 ℃烘箱中干燥直到达到恒定重量后即为其干质量。总蛋白质质量分数根据GB/T 14771食品中蛋白质的测定方法,采用凯氏定氮法测定,用样品中氮的质量分数乘以转换因子6.25计算总蛋白[10]。脂肪质量分数参照GB/T 5009.6食品中脂肪的测定,采用索氏抽提法。总灰分质量分数的测定方法:将1 g蛋白质粉加入坩埚中,在550 ℃的马弗炉中焚烧,并测定残渣重量。

1.3.3 固体饮料溶解度的测定

袋装固体饮料在37 ℃恒温恒湿储藏180 d后,将1 g固体饮料粉末加入100 mL蒸馏水中,用磁力搅拌器以280 r/min的速度搅拌30 mL,然后以3 000 r/min的速度离心5 min。收集上清液并在105 ℃下烘干。样品溶解度[10]为干燥上清液相对于原始量的比值。

1.3.4 固体饮料水分活度、含水量和吸湿性的测定

袋装固体饮料在37 ℃恒温恒湿储藏180 d后,在室温环境下平衡1 h,打开包装,对各组固体饮料的粉末进行含水量、吸湿性和水分活度的测定,每组均测定5次。

样品水分活度Aw由实验室水分活度分析仪测定[11]。样品含水量[12]通过固体饮料粉末在105 ℃下干燥直至达到恒质量后来进行分析。在25 ℃和75.3%相对湿度(氯化钠饱和溶液)下,将1 g粉末放入封闭容器内的铝盘中,样品吸湿性[13]即为每100 g干燥固体中吸附的水分的克数×100%。

1.3.5 固体饮料的感官评定方法

根据Sulaiman等[14]的方法,感官评估小组由10名训练有素的评估人员组成,对产品的色泽、外观形态、风味及冲调性进行综合评估。具体方法:取混合均匀的待测样品约5 g,置于干净的白色搪瓷盘中,在自然光下用肉眼观察其颜色和外观,常温下用蒸馏水溶解于透明玻璃烧杯中,立即闻其香气,鉴别其风味,静置2 min后,检查烧杯底部是否有杂质。

1.3.6 固体饮料的微生物指标

固体饮料中的菌落数根据国家标准GB/T 4789.21—2003《食品卫生微生物学检验 冷冻饮品、饮料检验》中的方法进行测定。

1.4 数据处理

实验采取完全随机实验,重复3次,数据分析与结果绘制采用Origin 9.0软件,数据结果以平均值±标准差表示,显著性水平设置为P<0.05。

2 结果与分析

2.1 各类植物蛋白质粉的营养成分测定

各植物蛋白粉在化学成分上存在一定差异,其主要成分如表2所示。就总蛋白质质量分数而言,大米蛋白粉的总蛋白质质量分数为78.29%,在4种植物蛋白粉中最高,而花生蛋白粉和马铃薯蛋白粉样品中蛋白质质量分数较低。脂肪质量分数最高的是花生蛋白粉,大米蛋白粉次之,这可能会导致其储藏较长时间后脂肪氧化产生不良风味。而马铃薯蛋白粉中脂肪质量分数最少,灰分质量分数最高,可能是由于马铃薯中无机物质量分数较高且在蛋白粉制作过程中不易除去。此外,有研究显示豌豆蛋白有特殊的功能益处,如溶解性、乳化和起泡能力,乳液和泡沫的稳定性,凝胶和成膜能力[6]。对植物蛋白粉成分初步的研究为进一步确定固体饮料的配方,增加营养价值,提供了良好的科学依据。

表2 各类植物蛋白质粉的主要成分及其质量分数

2.2 不同植物蛋白固体饮料的溶解度

溶解度是决定蛋白质制剂作为食品功能性成分的有效性的一个性质,这种特性有助于蛋白质在食品中的添加和均匀分布[15]。此外,它还影响产品的质地、颜色和感官特性。不同植物蛋白固体饮料的溶解度如图1所示。

图1 不同植物蛋白固体饮料的溶解度Fig.1 The solubility of solid drinks with different plant proteins

由图1可知:对照发现乳清蛋白粉的溶解度最高,大米蛋白粉的溶解度也较好,且这两者储藏180 d后溶解度的降低均不明显。而添加马铃薯蛋白粉和花生蛋白粉的固体饮料在室温下溶解度明显较差,可能需要更高温度的热水冲调才能较快较好地溶解[16]。豌豆蛋白粉的固体饮料在储藏前后溶解性的变化明显可能是由于二硫键和美拉德反应诱导的蛋白质聚集,以及酚类物质与蛋白质之间的相互作用[17],引起蛋白质的物理化学特性的变化,从而导致其溶解性发生变化。

2.3 不同植物蛋白固体饮料的水分活度、含水量和吸湿性

相比于传统热加工导致的蛋白性状剧烈的改变(热诱导聚集),新兴非热加工技术虽然比较温和,但也可能会对蛋白质混合体系的功能特性有所影响。添加不同种类植物蛋白的固体饮料在水分活度、含水量和吸湿性方面存在显著差异(P<0.05),其物理性质如表3所示。

表3 不同植物蛋白固体饮料的物理性质

由表3可知:与对照的乳清蛋白粉固体饮料相比,大米蛋白粉、豌豆蛋白粉固体饮料具有相似甚至更低的水分活度(0.28,0.26)以及含水量(5.40%,5.42%)。固体饮料的吸湿性与所用材料本身的吸湿性有关,配方中结晶果糖具有较强的吸湿性(<10%),然而加入马铃薯蛋白粉的固体饮料的吸湿性可以达到9.07。这可能是由于马铃薯蛋白氨基酸侧链中羟基、羧氨基和氨基等亲水基团较多[17];以及肽键与水分子相互作用,从而使得整体具有更高的吸水性和持水性。大米蛋白本身具有高度的疏水性,通过疏水基团和二硫键交联,其制得的固体饮料吸湿性较差。所有植物蛋白固体饮料的水分活度均低于0.60,说明植物蛋白可有效防止微生物繁殖[18]。

2.4 不同植物蛋白粉对固体饮料感官评分的影响

对不同植物蛋白粉固体饮料的感官指标进行了评价如表4所示。由表4可知:由于蛋白粉中带有一定的脂肪,储藏180 d后因为脂肪氧化会产生哈喇味[19],会对固体饮料的口味和整体可接受性产生一定的负面影响。花生和马铃薯蛋白粉固体饮料中在180 d的储藏后,出现了少量结块,且固体饮料的颜色变深,光泽度降低。而溶解度较好、不易发生蛋白质聚集的大米和豌豆蛋白粉固体饮料在储藏后产品的感官评价良好,更易被消费者所接受[20]。感官评价结果表明:含大米蛋白粉和豌豆蛋白粉固体饮料组织形态均匀一致,无杂质,口感清爽,无异味,冲调性好,在热水中可迅速溶解分散,但豌豆蛋白本身具有的豆腥味使得其制得的固体饮料的评分更低一些。

表4 不同添加量的固体饮料的感官评价标

2.5 不同植物蛋白固体饮料的微生物检出情况

在植物蛋白固体饮料的储藏过程中,微生物的不断增殖会严重固体影响饮料的品质[21],不同添加量的固体饮料的微生物指标如表5所示。由表5可知:不同植物蛋白粉固体饮料在整个储藏期间内都未检出大肠杆菌以及致病菌,菌落总数和霉菌数满足国家标准GB/T 4789.21—2003,符合食品安全要求。这表明这4种植物蛋白制得的固体饮料混合粉在储藏期内都具有稳定性,其水分活度远低于微生物的适宜生长范围。其中马铃薯蛋白粉固体饮料中的菌落总数及霉菌数都较高,这可能与其较高的水分活度和吸湿性有关。

表5 不同添加量的固体饮料的微生物指标

3 结 论

目前,人们对蛋白质的需求逐年增加,然而全世界约有10亿人无法获取足量的蛋白质。为满足这一需求,利用植物蛋白部分替代动物蛋白是非常有意义的。植物源性蛋白质制剂可以作为有价值的成分添加到固体饮料中,可以增加其营养,包括降低食品的热量、提高蛋白质质量分数和平衡氨基酸组成。以大米、豌豆、花生和马铃薯蛋白粉为原料,对其蛋白质、脂肪质量分数、灰分及制得固体饮料产品的理化性质、感官分析进行了研究。结果表明:添加不同植物蛋白粉的固体饮料,虽然在溶解度、含水量、水分活度、吸湿性、风味以及颜色接受度方面存在差异,但经分析其均为可接受的产品。添加大米蛋白制剂的固体饮料与对照乳清蛋白样品的性质最好,相似度最大。从溶解度和颜色变化来看,添加豌豆蛋白粉的和花生蛋白粉的固体饮料相对较差。这些植物蛋白在固体饮料中的具体应用仍然面临着较大的挑战,比如大米蛋白和豌豆蛋白缺乏一些必需氨基酸、消化性差和摄入过多可能会使体内酸碱失衡等缺点,高植物蛋白固体饮料是否适合长期饮用仍需要进一步研究。