蛋清蛋白颗粒填充对低脂酸奶物性特征的影响

常翠华，胡欣诺，杨严俊

(江南大学 食品学院，江苏 无锡，214122)

酸奶因其独特的风味并且含有多种益生菌而广受喜爱，益生菌对人体有多种益处，如可以维持宿主的肠道微生态平衡；产生大量乳酸、乙酸，抑制致病菌的生长；防止氨基酸分解为胺类、酚类等腐败性内毒素；产生维生素B族等有利于增强人体免疫力的物质。

目前国内外关于新型酸奶的研发主要集中于发酵剂选择、工艺条件优化等，以改善酸奶品质和风味。在发酵剂选择方面，赵丽娜等[1]通过研究酸乳的凝乳时间、产酸能力、感官品质，筛选能利用水苏糖作为益生元来发酵酸奶的乳酸菌种。张颖等[2]筛选出了能有效抑制酸奶中霉菌生长从而延长货架期，但不影响酸奶感官品质的鼠李糖乳杆菌F32-2。孙世新等[3]筛选出了能提高酸奶中γ-氨基丁酸的含量和质量的复合发酵菌株。

然而，全脂酸奶中脂肪含量近4 g/100 mL，限制了酸奶产品的消费。目前，市面上已出现多种脱脂或低脂酸奶制品，然而其生产工艺只是单纯地通过离心分离的方式降低牛奶中的脂肪含量，严重影响了酸奶口感。添加脂肪替代物可以很好地解决这一问题[4]。脂肪替代品能够全部或部分代替天然油脂，保持全部或部分天然油脂赋予食品的感官特性，且脂肪替代品的热量远远低于脂肪，并且可赋予饱腹感，避免脂肪摄入过多[5]。

为改良低脂酸奶品质，卢玉容等[6]在低脂酸奶中添加了少量银耳多糖，李雨露等[7]在低糖低脂凝固型酸奶中添加了菊粉，上述物质的添加均可增强酸奶的品质。然而这些添加物因成本和来源因素尚未在实际生产中应用，大多数市售低脂酸奶采用变性淀粉来充当脂肪替代物，使酸奶质构细腻，保水性增强。但是变性淀粉可能携带某些不良风味，破坏酸奶整体感官评价[8]。将蛋清蛋白经过加热变性后形成的凝胶进行破碎，可以得到低于口腔阈值、类似脂肪滑腻感的微细粒子，可以用于低脂食品的开发研究[9-10]。

本研究旨在使用蛋清蛋白凝胶颗粒(egg white protein particle, EWPP)部分替代乳脂，开发一种低脂酸奶，在保持酸奶口感及营养的基础上降低消费者的脂肪摄入量。目前随着人们生活质量的提高，“富贵病”频发，因此低脂、高蛋白饮食具有广阔的市场前景。例如，对于健身群体，高蛋白食品可以加速人体代谢，减少有氧运动后乳酸堆积；对于孕妇，高蛋白低脂膳食有利于提高婴幼儿体内乳糖酶含量[11]。

另外，蛋奶产品综合鸡蛋和牛奶的双营养，在市场上具有较高的接受度；并且EWPP在酸性条件下具有良好的稳定性和水合能力，在低脂酸奶应用中具有明显优势。为了进一步提高低脂酸奶的营养性，本论文同时考察了代糖比例对低脂酸奶质构和感官特性的影响，为低脂、高蛋白、低热量酸奶的开发提供切实的理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料

鸡蛋、柠檬酸、白砂糖，市售；发酵剂，安琪酵母股份有限公司；脱脂奶粉，新西兰纽仕兰；代糖(爱乐甜零卡糖),云南绿华食品有限公司；EWPP，本实验室配制并保存。

1.2 实验仪器与设备

HH-4数显恒温水浴锅，江苏金坛市荣华仪器制造有限公司；磁力搅拌器，广州仪科实验仪器有限公司；尼鲁喷雾干燥机，德国GEA公司；JB5374-91电子天平、Delta 320型pH计，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；RW20电动搅拌器，德国IKA公司；Fluka高速乳化机，上海弗鲁克机电公司；实验型高压均质机，上海申鹿公司；陶瓷炉，广州得利亚机械设备有限公司；J-20×PI离心机、Avanti J-26 XP高速离心机，美国贝克曼公司；SP-250A型生化培养箱，南京实验仪器厂；TA.XT.Plus物性测试仪，英国Stable Micro System公司；DHR-3型流变仪，美国沃特世公司;Centrifuge 5804R离心机，德国Eppendorf公司。

1.3 蛋清蛋白的制备

将新鲜蛋清与去离子水按照1∶1(体积比)进行稀释，用搅拌浆搅拌均匀，用柠檬酸调节pH至 3.8～4.0后放入水浴锅中，盖上保鲜膜，90 ℃水浴加热30 min，让蛋清凝固。将凝固后的蛋清凝胶用高速乳化机以10 000 r/min进行预均质，将其搅打成无颗粒的顺滑液体，之后再用离心机以1 000 r/min低速离心5 min，弃去上层泡沫；离心后的液体倒入高压均质机，以20 MPa的压力均质2～3次，再将均质后的液体进行喷雾干燥，喷雾干燥机入口温度175 ℃，通过调节蠕动泵转速保持出口温度在80 ℃左右。

1.4 凝固型酸奶的制备

将脱脂奶粉与纯净水在食品级煮锅中按照12∶88(质量比)复配为复原乳，将煮锅置于95 ℃的水浴锅中盖上保鲜膜加热5 min灭菌，之后将其置于冷水浴中进行快速冷却，待其温度降至室温后加入0.1%(质量分数)的菌粉搅拌均匀。按照配方分别加入不同量的EWPP、白砂糖、代糖，样品配方见表1，之后将样品分装于100 mL纸杯中，3 000 r/min低速剪切2 min，再将剪切后的样品分装于50 mL纸杯中，将盛有样品的纸杯盖上保鲜膜并用橡皮筋扎紧，放入42 ℃培养箱中恒温培养10 h，之后放入4 ℃冰箱中冷藏后熟16 h。

表1 低脂酸奶配方 单位：g

1.5 酸奶pH、保水性的测定

将后熟后的凝固型酸奶用玻璃棒搅匀，pH值测定采用pH计，取3组平行结果的均值。将测定好pH的样品用Centrifuge 5804 R离心机测定酸奶凝胶结合水的能力，离心管质量m0，放入样品后质量m1，以4 000 r/min离心20 min，温度设置为20 ℃，将离心后的样品静置2 min后除去上清液，此时质量为m2，保水率按公式(1)计算。

(1)

1.6 酸奶质构的测定

采用质构分析仪测定酸奶凝胶的质构，测定方法应用Yoghurt back extrusion；探头选用P/25圆柱形探头，测试距离15 mm，感应力5 g，测定前探头速度3 mm/s，测定时探头速度5 mm/s，测定后探头速度5 mm/s。

1.7 酸奶流变学行为的测定

实验温度25 ℃，选用直径为40 mm的平板，2个板之间的间隙设置为500 μm，用卡片刮去平板外多余样品后加上盖板。平衡1 min后，将剪切速率从0.1 s-1提高到300 s-1，记录酸奶的黏度。为更好地评价制备的低脂酸奶的流变学行为，首先测量触变环，将剪切速率以对数从1 s-1增加到300 s-1，然后对数递减到1 s-1，记录剪切应力以绘制触变环，计算触变环面积。

同时对凝胶型乳液的动态黏弹性特性进行了表征。在恒定应变为1%时，频率在0.1～100 Hz之间变化。记录弹性模量G′，损耗模量G″，所有的实验均在25 ℃下进行。

1.8 感官评价

招募10名志愿者对蛋清蛋白添加量为1%的3款酸奶样品进行感官评价，考虑到实际市场需求，招募的志愿者男女比例为4∶6，3款酸奶分别编号为1、2、3，打分依据见表2。

表2 低脂酸奶感官评定标准Table 2 Sensory evaluation method of low-fat yogurt

2 结果与分析

2.1 低脂酸奶发酵后pH值变化

从EWPP的添加量来看(图1)，添加EWPP的实验组pH显著低于未添加EWPP的空白对照组；而且酸奶的pH随着EWPP添加量的增多而减小，在EWPP添加量为1.5%时，酸奶样品的pH最低。从白砂糖与代糖的配比来看，在m(白砂糖)∶m(代糖)=6∶0时，酸奶样品的pH最低，但仍高于市售凝固型酸奶。由于酸奶pH值在后熟16 h后测定，推测其较高pH值可能与较短的后熟时间有关。

EWPP添加对低脂酸奶pH的影响可能是由以下3个方面造成的：首先是添加EWPP增加了发酵底物中的总固形物含量，而原料乳中总固形物含量越高，对乳酸菌发酵产酸越有利[12]；其次是添加外源蛋白使酸奶体系的缓冲能力增大，因而酸度值增大[13]；还有可能是因为EWPP本身的pH就偏低(EWPP的初始pH为3.8)，因此在酸奶发酵前即导致了pH的下降，这也说明了EWPP的添加对发酵剂的发酵无负面影响，不会阻碍发酵剂利用底物产酸。

m(白砂糖)∶m(代糖)为6∶0时pH最低的原因可能是，随着代糖比例的提升，微生物能利用的碳源变少，产酸不足，所以pH会相应的有所升高。

图1 低脂酸奶pH值随EWPP添加量增加的变化Fig.1 pH value of low fat yogurt supplemented EWPP注：糖比例为白砂糖与代糖质量比(下同)

2.2 低脂酸奶发酵后保水性

影响酸奶保水性的因素有很多，宏观上如原料乳中的干物质含量、发酵剂、稳定剂等，微观上如蛋白种类、蛋白结构等。酸奶中的酪蛋白在酸性条件下形成具有纤维网状的凝胶结构[14]，这种网状结构与保水性关系密切[15]，所以保水性与酸奶体系的酸度有一定关系。如图2所示，未添加EWPP的空白对照组的保水性低于实验组，而且酸奶体系的保水性随着EWPP添加量的增加而增加，可能是由于EWPP中蛋白分子结构充分舒展，有更强的水合能力，添加EWPP后使得酸奶凝胶强度提升[16]。酸奶的保水性随着白砂糖质量比的降低而降低，可能与发酵程度不同有关。在一定范围内白砂糖配比越高，发酵越完全，酸奶的网络结构越致密。

图2 酸奶保水性随EWPP添加量的变化Fig.2 Water holding capacity of low fat yogurt supplemented with EWPP

2.3 质构特性

硬度表示食品变形所需要的力，它反映的是分子内部之间的相互作用，是一种常用来描述食物软硬、咀嚼需要的力度大小的物理指标。如图3所示，未添加EWPP的空白对照组的硬度低于实验组酸奶的硬度，而且酸奶体系的硬度随着EWPP添加量的增加而增加。这可能是由于EWPP外形类似于球状，可以起到填充的作用。并且EWPP可以促使酸奶形成交联度更广的网状结构从而进一步增强产品宏观上的凝胶强度[14]。用纯白砂糖发酵的样品硬度较高，因为其发酵完全，凝胶强度较高。

a-硬度；b-内聚性；c-黏稠度图3 酸奶质构特性随EWPP添加量的变化Fig.3 Texture properties of low fat yogurt supplemented with EWPP

内聚性用于表征样品内部收缩力。样品的内聚性好，则抗拉伸的性能好，就不易黏连在探头上。如图3-b所示，未添加EWPP的空白对照组的内聚性低于实验组酸奶，而且酸奶体系的内聚性随着EWPP添加量的增加而增加。用纯白砂糖发酵的样品内聚性较高。这可能与保水性有关，未添加EWPP的对照组以及代糖添加较多的组别其保水性差，所以探头下压后造成酸奶体系形变，渗出组织的水会降低产品内部的收缩力，导致其内聚性差。

因为酸奶为半固体，所以也具有液体特性。黏稠度反映的是酸奶流动的难易程度，也是重要的感官指标之一。从图3-c可以看出，未添加EWPP的空白对照组的稀稠度低于实验组酸奶的稀稠度，而且酸奶体系的稀稠度随着EWPP添加量的增加而增加，随着代糖配比的增加而减小。可能是EWPP增强了凝胶网络结构，阻碍了流动性，所以稀稠度较高；乳酸菌不能充分利用代糖，导致发酵不充分，酸奶凝胶强度不大，致使流动性增强，稀稠度降低。

2.4 流变学特性

2.4.1 动态黏度

动态试验测定的模量与施加的频率有关，它表示特定条件下应力或应变之间的关系，通过动态振荡实验可以进一步研究酸奶样品的黏弹特性[17]。如图4所示，所有样品都表现出类固体黏弹性行为，即G′>G″[18]。添加EWPP实验组的模量均高于对照组，这与质构特性得出的结论一致。添加1.5%(质量分数)EWPP的酸奶表现出最高的储能模量，说明结构较为紧密，也再次证明了EWPP可以加强酸奶的网络结构[19]。

a-白砂糖∶代糖=6∶0；b-白砂糖∶代糖=4∶2；c-白砂糖∶代糖=2∶4图4 不同EWPP和代糖比例酸奶的G′和G″Fig.4 Storage modulus (G′) and elastic modulus (G″) of yogurt with different EWPP content and ratio of sugar substitute

2.4.2 表观黏度及触变性

如图5所示，低脂酸奶的剪切速率和黏度之间不是线性关系，因此为非牛顿流体。当剪切速率增加时，酸奶体系的表观黏度会下降，因此为假塑性流体。所有样品均表现出假塑性流体的特征，即在剪切初期表观黏度较高，而在后期则迅速降低。体系的稳定性取决于EWPP与酪蛋白分子在网络结构中的相互作用，说明酪蛋白和EWPP之间形成的三维网络结构容易被剪切破坏且难以恢复[20]。

样品的表观黏度随着蛋清蛋白添加量的增加而增加，在蛋清蛋白添加量为1.5%时达到最大。这可能是因为EWPP的存在增加了酪蛋白的有效密度，剪切过程中EWPP和酪蛋白颗粒之间相互缠绕，有利于分子间相互作用[21]。代糖的加入对表观黏度的影响不是很明显。

a-白砂糖∶代糖=6∶0；b-白砂糖∶代糖=4∶2；c-白砂糖∶代糖=2∶4图5 不同EWPP和代糖比例酸奶的表观黏度Fig.5 Viscosity of yogurt with different EWPP content and ratio of sugar substitute

在整个剪切速率范围内，所有酸奶样品都表现出触变行为，在剪切速率下降时黏度出现滞后现象，形成触变环。如果体系经外力作用后黏度变化大，即触变环面积较大，则说明此体系在不受力时恢复到原来状态所需的时间长，同时也表示体系流动性差[22]。如图6所示，EWPP的添加导致触变环的面积增大。

图6 不同EWPP和代糖比例酸奶的触变环面积Fig.6 Thixotropic loop area of yogurt with different EWPP content and ratio of sugar substitute

在EWPP添加量为1.5%的条件下制备的酸奶样品具有最大的触变环，表明该结构被破坏后恢复所需时间较长，可能是由于酪蛋白或蛋白质聚集颗粒之间的相互作用力被破坏后难以恢复，侧面说明EWPP含量高的样品，有着更强的相互作用力。不添加EWPP的样品触变性相对较小，可能是因为样品中无EWPP填充时，凝胶强度不大，被破坏后较容易复原[23]。同时可以发现，当白砂糖与代糖的配比为6∶0时，酸奶的触变环面积最大，这与质构实验得出的结论较为相似。

2.5 感官评价

经过前期品尝，发现添加0.5%EWPP的酸奶质地过于松软，而添加1.5%EWPP的酸奶口感较为粗糙，因此选择EWPP添加量为1.0%的酸奶作为感官评定的对象，以白砂糖与代糖的配比作为变量，对比志愿者对3款酸奶的接受程度。

由图7可以看出，在色泽方面，白砂糖添加最多的一组色泽最好，较为均匀有光泽，而代糖添加较多的一组色泽稍逊，但3组总体的色泽评价都较高；在香气方面，用白砂糖发酵以及用较多代糖发酵的样品香气较好，但3组样品的酸味均不是很足；在滋味方面，3组样品具有明显的差异，纯白砂糖发酵组的滋味得分较低，感官评定员普遍反映该样品偏酸，滋味不好，而随着代糖的添加，酸奶变得酸甜可口，代糖添加最多的组别获得了最好的评价，可能是因为乳酸菌无法完全利用代糖，所以甜度较高[24-25]；在组织状态方面，3种不同配比的样品相差不大，可见不同的糖配比对整体质构影响不大，这与前面的实验结果相符合。

图7 不同代糖比例下含1%EWPP的酸奶感官评价得分Fig.7 Sensory score of yogurt containing 1% EWPP with different ratio of sugar substitute

3 结论

从实验结果可以看出，EWPP的添加有助于菌种发酵，随着EWPP添加量的增多，低脂酸奶的保水性、弹性模量、表观黏度明显增加，说明EWPP的添加有助于增强酸奶的凝胶网络。白砂糖与代糖的配比越高，酸奶的保水性、硬度和内聚性越高，说明相比较而言白砂糖更有利于促进菌种充分发酵。在感官评价方面，EWPP添加量1%，白砂糖与代糖质量比为2∶4时的酸奶滋味最好，可见代糖的添加有利于低脂酸奶酸甜比的优化。