双蛋白奶发酵乳饮料制备工艺研究

马子涵，张英睿，袁紫旭，刘双奇

（东北农业大学食品学院，黑龙江哈尔滨 150030）

0 引言

乳清蛋白是从牛奶中提取的一种球状蛋白质混合物，根据乳清蛋白浓度和特性，分为乳清蛋白浓缩物（脂肪、乳糖及29%～89%蛋白质） 和水解乳清蛋白。乳清蛋白及其衍生物具有减少氧化应激、促进肌肉生长、控制食欲、降低血糖、降低患心血管疾病风险等广泛的功能[1]。大豆蛋白是一种植物性蛋白质，含量约为大豆的40%。根据其是否能够在pH值4.5～4.8 沉淀，分为大豆球蛋白（沉淀部分，约90%） 和大豆乳清蛋白。大豆蛋白具有良好的起泡性、乳化性、凝胶性、持油性、持水性等功能特性，可有效改善食品的口感、提高保水保油能力、增加食品的弹性[2]。

2006 年，“第二届中国大豆食品产业圆桌峰会”首次提出，植物蛋白中的大豆蛋白与动物蛋白的牛奶蛋白2 种蛋白的优点相结合，可满足人们对蛋白质的营养健康需求的混合蛋白质为“双蛋白”[3]。研究表明，将动物蛋白与植物蛋白混合，可以使食物营养均衡且降低人类患病风险[4]。与传统的单一蛋白来源发酵乳饮料相比，以双蛋白原料发酵制备的双蛋白奶发酵乳饮料解决了植物蛋白口感较差、动物蛋白脂肪含量过高等问题，二者优势互补，提高了产品的营养价值及附加值，改善了口感[5]。因此，为解决国民健康的双重营养问题，利用“双蛋白体系”的蛋白质互补原理提升蛋白质利用率，并研制口感丰富、营养健康的发酵乳饮料是有必要的，有助于提升我国乳业的未来发展空间。

通过测定双蛋白体系的离心沉淀率及稳定性系数确定稳定性较好的双蛋白体系，并以混合蛋白粉、乳粉、白砂糖为原料，利用单因素试验和正交试验，以组织状态、酸甜度、色泽、风味等感官评价为主要评价指标优化双蛋白奶发酵乳饮料制备工艺，制备口感丰富、风味独特、质地均匀的双蛋白奶发酵乳饮料。

1 材料与方法

1.1 试验材料

豌豆蛋白粉、小麦蛋白粉、大豆蛋白粉、乳清蛋白粉、白砂糖、乳粉，均购于当地超市；直投式发酵剂（YOMIX883LYO），中国丹尼斯克公司提供。

1.2 仪器与设备

JY-3002 型电子天平，上海精密科学仪器有限公司产品；200 mm 型申环Mini 离心机，张家港市离心机制造厂产品；GJJ-0.03/100 型高压均质机，上海东华高压均质机厂产品；DK-98-1 型数控电热恒温水浴锅，余姚市东方电工仪器厂产品；NDJ-8S 型黏度仪，上海精密科学仪器有限公司产品；隔水式恒温培养箱，上海科恒实业发展有限公司产品；SW-CJ-1D 型单人净化工作台，苏州净化设备有限公司产品；UV-1240 型紫外分光光度计，日本岛津公司产品。

1.3 双蛋白体系稳定性测定

1.3.1 离心沉淀率的测定

准确称取豌豆蛋白粉3.0 g，小麦蛋白粉3.0 g，大豆蛋白粉3.0 g 和乳清蛋白粉3.0 g，分别按1∶1配比混合制备豌豆- 乳清蛋白、小麦- 乳清蛋白、大豆- 乳清蛋白，混合蛋白粉中加入蒸馏水充分混合均匀，配置相同浓度的双蛋白溶液并置于离心管中，以转速4 000 r/min 离心15 min，除去上清液，得沉淀物，分析天平称取质量，每个样品进行3 次重复，计算离心沉淀率。离心沉淀率越小，产品越稳定[6]。

1.3.2 稳定性系数的测定

将质量浓度为1.0 mg/mL 蛋白质溶液水合12 h，于波长785 nm 处测定样品吸光度A前，对样品进行离心（以转速4 000 r/min 离心5 min），离心后于波长785 nm 处测定样品吸光度A后。R值为A前与A后的比值，R值越大说明体系越稳定[6]。

1.4 试验步骤

双蛋白奶发酵乳饮料生产工艺流程：

大豆- 乳清蛋白双蛋白混合溶液→调配（白砂糖4%～6%，乳粉11%～13%） →均质（50 ℃，20 MPa）灭菌（95 ℃，5～10 min） →冷却至43 ℃→接种（发酵剂0.004%） →发酵（43 ℃，7 h） →冷藏后熟（4 ℃，约24 h） →成品。

称取大豆- 乳清蛋白双蛋白粉末，蒸馏水溶解，置于磁力搅拌器上搅拌3 h，放置冰箱内水合12 h，得到大豆- 乳清蛋白双蛋白混合溶液[5]。大豆- 乳清蛋白双蛋白混合溶液中添加白砂糖和乳粉，升温至90 ℃灭菌5～10 min，冷却至37～45 ℃，接种发酵剂，置于隔水式恒温培养箱，于43 ℃条件下发酵7 h。发酵好的双蛋白奶发酵乳饮料置于0～4 ℃冰箱内冷藏24 h[14]，完成后熟过程，即为成品[7]。

1.5 单因素试验设计

乳清蛋白与大豆蛋白比例分别以3∶1，4∶1，5∶1，6∶1，7∶1 比例混合，白砂糖添加量为6%，乳粉添加量为13%，发酵后熟后进行感官评价。

（1） 白砂糖添加量。乳清蛋白与大豆蛋白以5∶1配比混合，白砂糖的添加量为3%，4%，5%，6%，7%，乳粉的添加量为13%，发酵后熟后进行感官评价。

（2） 乳粉添加量。乳清蛋白与大豆蛋白以5∶1比例混合，白砂糖添加量为6%，选择乳粉添加量为10%，11%，12%，13%，14%，发酵后熟后进行感官评价。

1.6 正交试验设计

根据单因素试验结果，依据正交试验原理对双蛋白奶发酵乳饮料生产工艺过程中的乳清蛋白与大豆蛋白比例、白砂糖添加量、乳粉添加量3 个发酵配方参数进行优化。采用三因素三水平的正交表进行试验设计，每个因素选择3 个水平。

Box-behnken 试验设计因素与水平设计见表1。

表1 Box-behnken 试验设计因素与水平设计

1.7 感官评价

由食品专业学生组成感官评定小组，分别从产品的组织状态（25 分）、酸甜度（25 分）、色泽（25分） 和风味（25 分） 4 个方面进行打分，满分100分[17]，最后计算得平均数表示产品最终成绩。

双蛋白奶发酵乳饮料感官评定标准见表2。

表2 双蛋白奶发酵乳饮料感官评定标准

1.8 数据处理

采用Origin 2022 对数据进行计算整理并绘制试验图表，以及SPSS 软件分析数据之间的显著性差异，每组试验重复3 次（用平均值表示评分结果）。

2 结果与分析

2.1 双蛋白体系的稳定性结果分析

2.1.1 离心沉淀率

大豆- 乳清蛋白、豌豆- 乳清蛋白、小麦- 乳清蛋白离心沉淀率见图1。

图1 大豆- 乳清蛋白、豌豆- 乳清蛋白、小麦- 乳清蛋白离心沉淀率

溶液的离心沉淀率越小，稳定越好。由图1 可知，大豆- 乳清蛋白双蛋白体系的离心沉淀率最小为1.2%，稳定性最好；小麦- 乳清蛋白双蛋白体系的稳定性稍微次之；豌豆- 乳清蛋白双蛋白体系的稳定性最差。

2.1.2 稳定性系数

大豆- 乳清蛋白、豌豆- 乳清蛋白、小麦- 乳清蛋白稳定性系数见图2。

图2 大豆- 乳清蛋白、豌豆- 乳清蛋白、小麦- 乳清蛋白稳定性系数

由图2 可知，大豆- 乳清蛋白双蛋白体系的稳定性系数为26.7%，优于小麦- 乳清双蛋白体系和豌豆- 乳清双蛋白体系。结合稳定性测试结果，选择大豆- 乳清蛋白双蛋白体系为原料研制双蛋白奶发酵乳饮料。

2.2 单因素试验结果与分析

2.2.1 乳清蛋白和大豆蛋白配比的确定

乳清蛋白和大豆蛋白配比对双蛋白奶发酵乳饮料感官评价结果影响见图3。

图3 乳清蛋白和大豆蛋白配比对双蛋白奶发酵乳饮料感官评价结果影响

由图3 可知，随着乳清蛋白配比增加，双蛋白发酵乳饮料的感官评分呈先增加后降低的趋势。当乳清蛋白和大豆蛋白配比为7∶1 时，双蛋白奶发酵乳饮料质地不均匀、口感粗糙、流动性不好、有结块、杂质较多，有明显分层现象；当乳清蛋白和大豆蛋白配比为5∶1 时，双蛋白奶发酵乳饮料感官评分达到最高分，为86 分，在此条件下，双蛋白发酵乳饮料呈乳白色，均匀一致、质地细腻均匀、口感爽滑；当乳清蛋白和大豆蛋白配比为3∶1 和4∶1时，双蛋白发酵乳饮料在组织状态上基本无明显差异。因此，选择乳清蛋白和大豆蛋白配比为3∶1，4∶1，5∶1 作为正交试验因素水平。

2.2.2 白砂糖添加量确定

白砂糖添加量对双蛋白奶发酵乳饮料感官评价结果影响见图4。

图4 白砂糖添加量对双蛋白奶发酵乳饮料感官评价结果影响

由图4 可知，随着白砂糖添加量增加，双蛋白发酵乳饮料的感官评分呈先升高后降低的趋势。白砂糖添加量对于评分标准中酸甜度、风味的指标影响较大。当白砂糖添加量为7%时，双蛋白发酵乳饮料感官评分最高为71 分，组织状态上开始出现流动性不佳的情况；当添加量为5%时，双蛋白发酵乳饮料感官评分最高为88 分，双蛋白发酵乳饮料酸甜适中，组织状态较好；当添加量为4%，6%时，双蛋白发酵乳饮料感官评分接近。这可能是因为白砂糖添加量较低时更能突出双蛋白发酵乳饮料本身的风味，但白砂糖添加量为3%时，双蛋白发酵乳饮料口感过酸，而白砂糖添加量较高时可能会掩盖双蛋白发酵乳饮料的口感，加重甜腻感。因此，选择白砂糖添加量4%，5%，6%作为正交试验因素水平。

2.2.3 乳粉添加量确定

乳粉添加量对双蛋白奶发酵乳饮料感官评价结果影响见图5。

图5 乳粉添加量对双蛋白奶发酵乳饮料感官评价结果影响

乳粉作为提香的重要原料，对双蛋白奶发酵乳饮料各项感官评价指标的影响很大[8]。由图5 可知，随着乳粉添加量增加，双蛋白发酵乳饮料的感官评分呈先升高后降低的趋势。当乳粉添加量为12%时，双蛋白发酵乳饮料感官评分最高为87 分，质地细腻、口感厚实、奶香浓郁；当乳粉添加量过少时，双蛋白发酵乳饮料流动性、质地很好，但其色泽不够透亮、组织状态黏稠度不足，同时饮料整体口味单调、乳香味微弱、口感偏薄；当乳粉添加量过多时，低温后熟操作容易导致饮料中析出细小的乳粉结块，不利于低温的饮用口感和贮存；同时，品尝时具有颗粒感，味道过于黏腻，厚重的奶味容易掩盖住饮料本身的味道，色泽不够透亮，有轻微浑浊。因此，选择乳粉添加量11%，12%，13%作为正交试验因素水平。

2.3 双蛋白饮料最佳配方的确定

在单因素试验的基础上，以乳清蛋白与大豆蛋白配比、白砂糖添加量、乳粉添加量为试验因素，选取L9（34）的试验方案进行正交试验，以双蛋白奶发酵乳饮料的感官评定得分为指标。

L9（34）正交试验结果见表3。

表3 L9（34）正交试验结果

由极差分析得，差值越大，对试验结果的影响也就越大[9]。由表3 可知，各因素影响双蛋白饮料感官品质的主次顺序为乳清蛋白和大豆蛋白比例＞乳粉添加量＞白砂糖添加量。

以感官评分为指标的正交试验得出，制作双蛋白奶发酵乳饮料最佳工艺组合为A2B3C3，即乳清蛋白与大豆蛋白配比4∶1，乳粉添加量13%，白砂糖添加量6%。根据上述的正交试验结果进行验证试验，经评定小组的感官评价，得出乳清蛋白和大豆蛋白配比4∶1，白砂糖添加量为6%，乳粉添加量为13%时感官评分较高。此配方发酵乳饮料组织状态上质地细腻均匀、流动性好，无沉淀和乳清析出；风味指标上几乎无豆腥味，口感清爽，同时奶香浓郁、酸甜适中。最终确定乳清蛋白和大豆蛋白质量比为4∶1，白砂糖添加量为6%，乳粉添加量为13%为最佳配方。

3 结论

以混合蛋白粉、白砂糖、乳粉为原料，研制双蛋白奶发酵乳饮料。通过双蛋白体系稳定性指标选出优质大豆- 乳清双蛋白体系，以产品感官评价得分为标准，优化双蛋白奶发酵乳饮料的制备工艺。以单因素试验为基础，确定各种原材料的最佳用量范围，以乳清蛋白与大豆蛋白配比、白砂糖添加量、乳粉添加量为3 个因素水平，进行L9（34）正交试验。结果显示，乳清蛋白与大豆蛋白质量比为4∶1，乳粉添加量为13%，白砂糖添加量为6%时制作出来的双蛋白奶发酵乳饮料感官评分最高，为93 分，且质地细腻、口感丰富、营养均衡。为双蛋白奶发酵乳饮料提升蛋白质利用率和发酵乳饮料新品种的研发提供理论依据。