菊粉对绿豆蛋白低脂植物酸奶品质的影响

杨 媚，李娜娜，范 蓓，佟立涛，王丽丽，郭雅红，张 烁，王凤忠，刘丽娅

（中国农业科学院农产品加工研究所，农业部农产品加工重点实验室，北京 100193）

近几年，豆类植物酸奶因其低热量、高蛋白的特点，受到消费者的广泛关注。绿豆（L.）是一种广泛种植在亚洲的豆类作物，富含蛋白质。绿豆蛋白具有均衡的氨基酸组成，同时具有多种生理功效，例如降低胆固醇、抗肥胖、抗氧化等。此外，绿豆蛋白具有起泡、乳化、持油、持水能力和凝胶等功能性质。基于以上特征，绿豆蛋白是制备植物酸奶的理想原料之一。然而，绿豆蛋白往往作为绿豆淀粉生产的副产物被废弃，其附加值并未得到充分利用造成蛋白资源的浪费。因此，绿豆蛋白在植物基酸奶中的应用不仅会提高其附加值，同时也为消费者提供更多植物基酸奶种类的选择。

植物基酸奶应具有与传统酸奶相似的营养成分。与传统酸奶相比，绿豆蛋白植物酸奶在蛋白含量上能够与传统酸奶相当，但因其原料中脂肪含量较低，需外源添加油以达到与传统酸奶相近的脂肪含量，但添加大量脂肪却不利于人体健康。因此，需要研发可接受度较高的绿豆蛋白低脂酸奶以满足消费者的需求。脂肪与产品的质构和口感等品质特性密切相关，而直接减少配料中的脂肪含量会导致产品的品质下降。有研究报道可通过添加一些脂肪替代物以提升低脂产品的品质。

菊粉是一种广泛存在于植物组织中的可溶性膳食纤维，尤其在菊芋、菊苣块根中。菊粉具有膳食纤维和益生元的双重功效，它还具有预防肥胖、控制血脂、调节血糖等作用。此外，菊粉具有良好的结合水能力，可起到增稠、乳化、凝胶的作用，可以产生类似脂肪的流动特性。崔利敏等研究菊粉对低脂益生菌冷冻酸乳品质的影响，结果显示，菊粉可以增加产品的甜度，降低酸度，还可以改善产品的细腻度、顺滑度以及冰感。El-Kholy等在益生菌酸奶中添加一定量的菊粉能够促进益生菌生长，而在质构、微观和感官性质上也与全脂益生菌酸奶接近。Narala等采用菊粉作为脂肪替代物开发低脂豌豆蛋白素食冰淇淋，其质构和感官评价的接受度较高。菊粉作为脂肪替代物已广泛用于低脂食品中，但菊粉作为脂肪替代物在绿豆蛋白低脂酸奶中的应用相关研究鲜有报道。

因此，本研究将菊粉应用于绿豆蛋白低脂酸奶中，研究不同浓度的菊粉（2%、4%、6%）对绿豆蛋白低脂酸奶的流变、质构、持水力、微观结构及感官品质的影响，并与不添加菊粉的绿豆蛋白高脂酸奶（3%葵花籽油）进行比较，以评估其替代部分脂肪的效果，为研发高品质的绿豆蛋白低脂酸奶提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

绿豆蛋白（蛋白含量80.70%，脂肪含量0.35%）烟台双塔食品有限公司提供；葵花籽油 多力食品有限公司；白砂糖 佛山市层层高食品有限公司；VEGE 022 酸奶发酵剂（，subsp.，（NCFM）and（HN019™）） 丹尼斯克公司（丹麦哥本哈根）提供；菊粉 重庆骄王天然产物股份有限公司。

XHF-DY型高速分散器、Scientz-150型高压均质机 宁波新芝生物科技股份有限公司；YJ-VS-1超净工作台 无锡一净设备有限公司；FE28型pH计梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；LRH-250F型发酵培养箱 上海一恒科学仪器有限公司；Physica MCR301型流变仪 奥地利Anton Paar有限公司；TA.HDplus质构仪 英国Stable公司；Leica TCS SP8型激光共聚焦显微镜 徕卡显微系统（上海）贸易有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 绿豆蛋白酸奶的制备 参考Yang等的方法。工艺流程为：绿豆蛋白水化→添加菊粉→添加葵花籽油和白砂糖→高速分散→均质→杀菌→冷却→接种→发酵→冷藏后熟→绿豆蛋白酸奶。

操作要点如下：

配料：绿豆蛋白植物酸奶发酵基料中绿豆蛋白浓度为3%，白砂糖浓度为5%，葵花籽油浓度为1%/3.0%（根据脂肪含量乳制品酸奶的分类，本研究中绿豆蛋白低脂酸奶中葵花籽油添加量设为1%，绿豆蛋白高脂酸奶中葵花籽油设为3%）。此外，根据预实验结果，选择对绿豆蛋白低脂酸奶（1%葵花籽油）品质具有明显改善效果的三个水平的菊粉添加量，即菊粉添加量分别为2%、4%、6%。

高速分散：采用高速分散器将配料混合并于10000 r/min下高速剪切1 min。

均质：蛋白乳液在常温下40 MPa压力下均质2次。

杀菌：取预处理后蛋白乳液在85 °C下杀菌30 min。

冷却：取杀菌后蛋白乳液置于冰水浴中迅速冷却到37 °C左右。

接种：选择直投式酸奶发酵剂VEGE 022接种，接种量为 1‰（乳酸菌数＞1×10CFU/mL）。

发酵：在发酵培养箱中进行发酵，37 °C下发酵至pH4.6。

后熟：取发酵终点pH4.6的酸奶于4 °C下冷藏后熟24 h。

1.2.2 流变特性分析 参考Pang等和Zhou等的方法对绿豆蛋白酸奶进行时间和频率扫描。

1.2.2.1 时间扫描 模拟酸奶发酵过程，将接种后的绿豆蛋白乳充分搅拌均匀，放入流变仪的样品池中进行发酵。时间扫描程序参数根据酸奶发酵过程条件设定，温度设定37 ℃，使用pH计实时监测pH，当pH达到4.6时，发酵终止。发酵过程中的储能模量（G）和损耗模量（G）被测定并记录。

1.2.2.2 频率扫描 模拟酸奶后熟过程，将温度冷却至4 ℃，对发酵完成的酸奶样品从0.1～100 Hz进行频率扫描，测定G'和G"随频率的变化。冷却速率为1 ℃/min，应变固定在0.5%。

1.2.3 质构测定 将后熟完成的绿豆蛋白酸奶采用质构仪对质构进行评价，采用圆柱形探头P36；测试前、测试和测试后的速度均设置为1.0 mm/s；压缩比50%；松弛时间5 s；触发力为5 g；硬度、内聚性、弹性和咀嚼性参数用于表征绿豆蛋白酸奶的质构。每个样品重复测定3 次。

1.2.4 持水力的测定 参照马文艺的方法进行测定，将接种后的绿豆蛋白乳（20 g）分装到50 mL 离心管中，37 ℃发酵至pH4.6。将发酵完成的绿豆蛋白基酸奶迅速冷却至4 ℃，并在4 ℃后熟24 h，然后离心（5000×g，15 min），去除乳清后称重。持水力为离心后样品质量与离心前样品质量的比值。

1.2.5 微观结构 采用激光扫描共聚焦显微镜（Confocal laser scanning microscope，CLSM）观察蛋白凝胶的微观结构，参考刘潇和Nguyena等的方法并略作修改。采用尼罗蓝染料对蛋白质进行染色（激发波长为633 nm），在1 mL酸奶样品中加入40 μL染料（0.1%尼罗蓝），混合均匀。选用63×油镜，观察样品并采集图片。

1.2.6 感官评价 根据（RHB 104-2020《发酵乳感官评鉴细则》）进行感官评定，参评人员 10人男女各5名，具备发酵乳感官评定的专业知识。取新鲜绿豆蛋白酸奶样品进行感官评定，不同的样品被分在不同的塑料品尝杯中，并给它们进行随机编码（三位数代码），样品的品尝顺序也是随机的。在灯光下观察色泽、组织状态，之后闻其气味，然后用温开水漱口，再品尝样品的滋味。评分标准釆用评分制，取平均值为产品的最后得分。参照表1 的感官评价标准，来进行评分。

表1 绿豆蛋白酸奶感官评分标准Table 1 Sensory standard of mung bean protein-based yogurt

1.3 数据处理

除感官评价以外的所有处理均设三次重复，所得结果用平均值±标准差表示。使用SPSS 23.0和Origin 8.0分别进行统计学分析和绘图，通过SPSS23.0软件进行数据的方差分析（ANOVA），根据单因素方差分析结果进行Ducan's多重比较分析差异显著性，＜0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 菊粉对绿豆蛋白低脂植物酸奶流变特性的影响

2.1.1 时间扫描测定结果 储能模量G'和损耗模量G''通常代表样品的弹性和粘性特征。时间扫描用来监测绿豆蛋白酸奶在发酵过程中pH和粘弹性的变化。图1A显示，随着发酵时间的延长，菊粉浓度对酸奶pH的影响越来越明显。菊粉浓度越高，体系pH降低的速率越慢，即发酵速率减缓。对照样品即不添加菊粉的绿豆蛋白高脂酸奶大概需要3 h左右达到发酵终点（pH4.6），而添加菊粉的绿豆蛋白低脂酸奶的发酵时间较长，尤其是添加6%菊粉的发酵时间达到4 h。推测可能是因为较高浓度的菊粉在一定程度上阻碍乳酸菌对酸奶中营养物质的利用，从而抑制了乳酸菌的生长繁殖。图1B显示，所有样品的弹性模量在发酵酸化形成凝胶过程中变化比粘性模量快，发酵终点的所有样品的G'＞G''，这也表明四种绿豆蛋白酸奶样品中弹性成分占主导。其中，添加6%菊粉的酸奶样品G'和G''最高，而添加2%菊粉和4%菊粉样品的G'和G''差距不明显且与对照组接近。

图1 时间扫描过程中绿豆蛋白酸奶的pH（A）和粘弹性（B）变化Fig.1 Changes in pH (A) and viscoelasticity (B) of mung bean protein-based yogurt samples during time scanning

2.1.2 频率扫描测定结果 绿豆蛋白酸奶的频率扫描结果如图2A所示，所有酸奶样品中G'和G''均随扫描频率的增加而增加，且 G＞G，显示出 G和G均具有频率依赖性，这表明绿豆蛋白酸奶凝胶具有近似固态糊状的粘弹性行为。图2B显示频率扫描条件下相应的tan（G''/G'）值。通常tan越大，样品更趋向于黏性/流体行为，tan越小，样品越趋向弹性/固体性质。结果显示所有酸奶样品的tan＜1，表明绿豆蛋白酸奶样品表现出类固体的特征，这与Huang等描述的酸奶流变特性一致。此外，在0.1和10 Hz的频率条件下，四种样品的粘弹性变化趋势稳定。当剪切频率达到100 Hz时，添加4%和6%菊粉的绿豆蛋白酸奶G'较高，而添加2%菊粉的绿豆蛋白低脂酸奶组低于对照高脂酸奶组。另外，添加4%和6%菊粉的绿豆蛋白低脂酸奶的tan较低，这也说明添加4%和6%菊粉的绿豆蛋白低脂酸奶趋向弹性/固体特征更明显。推测可能是因为高浓度的菊粉导致蛋白质聚集体的聚集方式发生变化，产生高度交联的凝胶网络而使凝胶强度增强。

图2 绿豆蛋白酸奶在频率扫描条件下的G′、G′′（A）和 tanδ（B）变化Fig.2 Changes in storage energy (G') , loss energy (G'') (A),and phase angle (tanδ) (B) of mung bean protein-based yogurt samples under frequency scanning conditions

2.2 菊粉对绿豆蛋白低脂植物酸奶质构特性的影响

四种绿豆蛋白酸奶的质构特性如表2所示。与对照绿豆蛋白高脂酸奶相比，添加菊粉的绿豆蛋白低脂酸奶的硬度、内聚性、咀嚼性呈上升趋势，且随菊粉浓度的增加而增加，而菊粉对绿豆蛋白低脂酸奶的弹性没有显著影响（＞0.05）。此外，添加2%菊粉的绿豆蛋白酸奶和对照高脂酸奶具有相近的硬度、弹性和咀嚼性（＞0.05），而添加4%和6%菊粉的绿豆蛋白酸奶硬度和咀嚼性显著高于对照高脂酸奶组（＜0.05）。硬度和咀嚼性的增加也说明菊粉能够增强绿豆蛋白低脂酸奶的凝胶强度。质构分析结果表明：添加2%菊粉的绿豆蛋白低脂酸奶的质构特性能够与绿豆蛋白高脂酸奶相当。当菊粉添加量为4%～6%时，菊粉能够显著提高绿豆蛋白低脂酸奶的质构特性（＜0.05），起到了替代脂肪的目的。

表2 绿豆蛋白酸奶的质构特性Table 2 Texture characteristics of mung bean protein-based yogurt

2.3 菊粉对绿豆蛋白低脂植物酸奶持水力的影响

酸奶的持水力与口感和组织状态密切相关。由图3可知，对照组高脂酸奶的持水力为85.92%±1.26%，与对照组相比，添加菊粉的绿豆蛋白低脂酸奶持水力明显提升，在87%～89%之间。这也说明菊粉的添加有助于提升绿豆蛋白低脂酸奶的持水力。这可能是因为菊粉中含有一些亲水基团，它能够促进绿豆蛋白低脂酸奶的蛋白质网络结构增强，使酸奶凝胶中的水分不易析出。酸奶较高的持水力也有利于提高产品的保质期。

图3 绿豆蛋白酸奶样品的持水力Fig.3 The water holding capacity of mung bean protein-based yogurt

2.4 菊粉对绿豆蛋白低脂植物酸奶微观结构的影响

酸奶通常是以蛋白质稳定的乳液凝胶形式存在，通过CLSM观察绿豆蛋白酸奶凝胶的微观结构。如图4所示，蛋白用绿色标记。结果显示，对照高脂绿豆蛋白酸奶凝胶样品具有最均匀和最致密的蛋白质网状结构。添加2%和4%菊粉的绿豆蛋白低脂酸奶中的蛋白结构与对照高脂酸奶样品的蛋白结构相似，而添加6%菊粉的低脂酸奶微观结构表现出较多孔以及不均匀的蛋白质网络结构，这可能归因于较高浓度的菊粉导致蛋白质聚集体的聚集方式和结构发生变化。这也说明高浓度的菊粉可能会劣化蛋白质网络结构。Xu等的研究也发现高浓度的菊粉（7%）会导致豌豆蛋白乳液凝胶的微观结构变得不均匀。微观结构研究结果表明：添加2%和4%菊粉的绿豆蛋白低脂酸奶具有均匀致密的蛋白质网络结构，而添加6%的菊粉会导致蛋白质网络结构劣化。

图4 绿豆蛋白酸奶的微观结构Fig.4 The microstructure of mung bean protein-based yogurt

2.5 感官评价

如图5所示，虽然添加菊粉的三种绿豆蛋白低脂酸奶在色泽上与对照高脂酸奶略有差别但并不显著（＞0.05），但是添加2%和4%菊粉的绿豆蛋白低脂酸奶在组织和口感上高于对照高脂酸奶样品，可接受程度也较高。而添加6%菊粉的绿豆蛋白低脂酸奶过于浓稠，适口性略差，质地略硬，这与绿豆蛋白酸奶的流变、质构、微观结构的结果一致。另外，添加菊粉的绿豆蛋白低脂酸奶的气味没有明显变化。感官评价总分结果显示，添加2%菊粉的绿豆蛋白低脂酸奶感官总分与对照高脂酸奶相近，添加4%菊粉的绿豆蛋白低脂酸奶的感官评价总分显著高于对照组（＜0.05），感官评分最高达到80分，整体感官品质最佳，而添加6%菊粉的绿豆蛋白酸奶的感官评分最低。感官评价结果显示：菊粉的最适添加量应选择在2%～4%。

图5 绿豆蛋白酸奶的感官评分Fig.5 Sensory scores of mung bean protein-based yogurt

3 结论

本研究以菊粉作为脂肪替代物，探究不同菊粉添加量对绿豆蛋白低脂酸奶品质的影响。结果表明：与对照绿豆蛋白高脂酸奶相比，当菊粉添加量为2%时，绿豆蛋白低脂酸奶与绿豆蛋白高脂酸奶具有了相似的硬度、咀嚼性、持水能力和微观结构（＞0.05）。当菊粉添加量为4%时，绿豆蛋白低脂酸奶的硬度和咀嚼性分别显著提高了21.56%和32.34%（＜0.05），持水能力达到88.55%。此时，绿豆蛋白低脂酸奶整体的感官品质最佳。当菊粉添加量为6%时，绿豆蛋白低脂酸奶的硬度、咀嚼性、持水能力都显著提高（＞0.05），但是其微观结构显示出多孔以及不均匀的蛋白质网络结构，其组织和口感变差，总体感官品质最差。这些结果也表明添加2%～4%菊粉可以改善绿豆蛋白低脂酸奶的品质，达到替代脂肪的作用。