大豆粉取代奶粉对冰淇淋品质的影响

侯团伟，张　虹，*，毕艳兰，池娟娟，梁　军

（1.河南工业大学粮油食品学院，河南郑州450001；2.丰益（上海）生物技术研发中心有限公司，上海200137）

大豆粉取代奶粉对冰淇淋品质的影响

侯团伟1，2，张虹1，2，*，毕艳兰1，池娟娟2，梁军2

（1.河南工业大学粮油食品学院，河南郑州450001；2.丰益（上海）生物技术研发中心有限公司，上海200137）

在冰淇淋配方中以0～80%的大豆粉取代脱脂奶粉，对冰淇淋浆料进行了流变学、稳定性、粒度检测及对冰淇淋的膨胀率与抗融性进行测定，揭示了大豆粉的取代量对冰淇淋品质的影响。研究结果表明，随着大豆粉添加量的增加，冰淇淋浆料粘度显著增加，稳定性增强，而粒径差异不显著，针对于最终冰淇淋产品而言，其膨胀率呈现先上升（20%～40%）后下降（60%～80%）的趋势，但其抗融性逐渐增强，与此同时，豆味的表现也会加强，取代量大于60%时，豆香味则占主导。

大豆粉，冰淇淋，品质

近年来，生活富裕使得人们对食品的消费理念有了新的变化，对食品的健康性、安全性、经济性等提出了更高的要求。传统冰淇淋的高胆固醇、高脂肪含量已成为健康隐患。且由于饲料价格的上涨等原因，传统冰淇淋的生产原料脱脂奶粉或全脂奶粉价格上涨，导致传统冰淇淋生产成本升高。因而低胆固醇、低脂肪的保健冰淇淋的研发已成为发展的新趋势。在此市场风向标的指引下，冰淇淋领域中采用大豆蛋白替代奶粉用于冰淇淋生产的研究备受关注。研究表明，将发酵好的豆浆以40%的添加量用于冰淇淋生产，产品无豆腥味，风味较好[1]；将3%的大豆浓缩蛋白用于草莓冰淇淋中，对产品品质不会造成显著影响[2]；从营养角度分析，高动物蛋白的摄入可能导致脂肪及胆固醇摄入量过多，造成营养过剩，而将大豆蛋白用于冰淇淋生产中，因大豆蛋白是大众认可的全价蛋白质，其PDCAAS与酪蛋白、鸡蛋蛋白一样达到最大值，故可以弥补谷物蛋白膳食及动物蛋白存在的缺陷[3]。同时大豆蛋白还具有优良的溶解性、乳化性、起泡性[4]等。从经济角度分析，我国是四大大豆种植国之一，大豆资源充沛，据中国粮油信息网公布的数据显示，我国2013～2014年大豆产量为1200万吨，目前市场上，奶粉的价格每吨50000元左右，而大豆分离蛋白每吨16500元左右[5]。此外，大豆蛋白用于冰淇淋生产，可以提高冰淇淋浆料粘度、稳定性、抗融性。而富含蛋白的大豆粉作为一种全植物性成分用于冰淇淋生产，更具有优势，不但具有丰富的营养成分，而且可以简化大豆蛋白加工工艺，从而降低能耗，节约成本。因此，本文主要研究大豆粉取代奶粉对冰淇淋浆料稳定性、颗粒度、流变特性、冰淇淋膨胀率、抗融性方面的影响，以期对大豆粉应用于冰淇淋的生产具有一定的指导意义。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

大豆粉益海嘉里，其中糖类36%、脂肪20%、蛋白质32%；脱脂奶粉雀巢，蛋白质34%；棕榈油益海嘉里，熔点32℃；黄原胶丹尼斯克，型号80；单甘酯益海嘉里，型号DMG-CF；白砂糖市售。

搅拌器德国IKA；恒温水浴锅中国上海易友仪器有限公司；高压均质机中国广州泰德；冰淇淋机美国TAYLOR；冷藏冷冻两用储藏柜中国青岛海尔；流变仪奥地利安东帕公司；物质稳定性测试仪法国FORMULACTION公司；激光粒度仪美国贝克曼公司；冰箱中国青岛海尔。

1.2实验方法

1.2.1冰淇淋的基础配方脱脂奶粉10%、棕榈油10%、白砂糖14%、黄原胶0.15%、单甘脂0.15%、水65.2%。

1.2.2豆粉取代量以20%、40%、60%、80%的豆粉取代量来替代奶粉，用于冰淇淋配料。

1.2.3冰淇淋加工工艺a.原料混合：先将黄原胶与白砂糖混合后溶于水中，再添加脱脂奶粉、大豆粉等水溶性粉料，在60℃下搅拌溶解；再将单甘酯添加至棕榈油中加热融化之后，在搅拌状态下缓慢地将其添加至水溶性辅料中进行乳化。b.灭菌：采用巴氏灭菌法，水浴加热，75℃下，15min。c.均质：采用高压均质机均质，均质机第一段压力为18MPa，第二段压力为4MPa，均质两次。d.老化：将均质后的浆料置于5℃冰箱中，老化4h。e.凝冻：采用冰淇淋机对浆料进行凝冻，凝冻10min，出口温度控制在-4～-3℃。f.硬化：在-24℃冷柜中，硬化24h[6]。

1.3检测指标

1.3.1冰淇淋浆料的流变特性检测剪切速率扫描：采用锥板（1°、50mm、间隙0.1mm），剪切速率扫描（10～200s-1），5℃下测定经老化后的冰淇淋浆料。频率扫描：采用锥板（1°、50mm、间隙0.1mm），频率扫描（0.1～10s-1），测定前5℃下，保持2min，然后5℃下测定老化后的冰淇淋浆料[7]。

1.3.2冰淇淋浆料稳定性检测采用稳定分析仪分别测定浆料老化后1、2、3、4、5、6h的稳定性。

1.3.3冰淇淋浆料粒径检测将样品稀释后，用滴管将样品加入进样口，当暗淡化显示率（Obscuration）稳定在8%～12%或散射的偏振强度差（PIDS）稳定在45%～55%时，开始检测分析。

1.3.4冰淇淋膨胀率的测定分别测定凝冻前后相同体积的冰淇淋质量，依据下式进行膨胀率测定[8]：

膨胀率（%）=（凝冻前冰淇淋质量-凝冻后冰淇淋质量）/凝冻后冰淇淋质量×100

1.3.5冰淇淋抗融性的测定准确称量冰淇淋脱除包装后的总质量，后将其置于30℃烘箱的筛网上，45min后测定冰淇淋的质量，并按照如下公式计算冰淇淋的融化率[9]：

融化率（%）=融化的冰淇淋质量/冰淇淋总质量×100

1.3.6冰淇淋感官评价由6位专业的感官评价对冰淇淋的气味、滋味及口感进行评价[10]。

1.4数据处理

利用SPASS 16.0、Origin 8.5对实验数据进行处理与分析。

2　结果与讨论

2.1大豆粉的取代对冰淇淋浆料流变特性的影响

2.1.1剪切速率扫描大豆粉取代奶粉用于冰淇淋加工，表观粘度检测结果如图1所示，由图1可得：不同大豆粉取代量的冰淇淋浆料均具有剪切稀化现象。在较低剪切速率下，冰淇淋浆料的表观粘度较大，而随着剪切速率的不断增加，不同豆粉取代量的冰淇淋浆料的表观粘度均不断减小。浆料的这种特性，易于生产加工及增强冰淇淋的适口性。

图1　不同豆粉取代量冰淇淋浆料的表观粘度随剪切速率的变化Fig.1　Viscosity-shear rate plots for the different substituted ice cream mixtures

随着豆粉取代量的增加，浆料的粘度逐渐增大，20%豆粉取代量的冰淇淋浆料表观粘度略低于0%豆粉取代量的冰淇淋浆料表观粘度，40%、60%、80%豆粉取代量的浆料表观粘度均高于0%浆料表观粘度。

实验数据拟合非牛顿流体方程τ-τ0=KDn，所得结果见表1，式中τ为剪切应力，τ0为屈服应力，K为粘度系数，D为剪切速率，n为流动指数。

表1　不同豆粉取代量的浆料的流变学拟合参数Table.1　Rheologic parameters obtained using the equation for ice cream mixes containing different substitution levels of soy bean powder

K值越大，冰淇淋浆料的粘度越大。实验数据经SPASS16.0显著性分析得出，豆粉取代脱脂奶粉，当豆粉取代量小于60%时，各浆料的K值与不添加豆粉浆料的K值间差异不显著（p＞0.05）；取代量为等于或大于60%时，存在显著性差异（p＜0.05）。由表1可以看出随着豆粉取代量的增加，浆料K值增加；这与Gracas Pereira等[6]实验结论一致，即随着豆粉取代量的增加，冰淇淋浆料粘度呈现增大趋势。

通过n值可用于判定流体的类型[11]，由表1可知，0＜n＜1，因此浆料属于假塑性流体；同时可知，在取代量小于40%时，各浆料的n值间并无显著性差异（p＞0.05）；当取代量大于40%时，与豆粉0%取代量相比，浆料间的n值表现出显著性差异（p＜0.05）。由此可知随着豆粉取代量的增加，浆料的假塑性增强。

在低剪切速率下，浆料中的固形物（蛋白质、胶体等）存在聚集或缠绕，增加流体流动的阻力，使得浆料的表观粘度较大；当剪切速率增加时，由于流层之间的剪切作用，缠绕或聚集在一起的固形物将发生变形或解体，从而降低流动阻力，导致剪切稀化现象的发生[11]。Gracas Pereira等[6]的研究中，也存在类似的剪切稀化现象的发生。程建军等[12]在研究大豆分离蛋白对冰淇淋流变特性的影响的实验中，也有剪切稀化现象产生。

图2　20%豆粉冰淇淋与奶粉冰淇淋浆料频率扫描Fig.2　The effect of different substitutions（0%and 20%）on storage modulus and loss modulus

图3　40%豆粉冰淇淋与奶粉冰淇淋浆料频率扫描Fig.3　The effect of different substitutions（0%and 40%）on storage modulus and loss modulus

2.1.2频率扫描由图2～图5可知，不同豆粉取代量的浆料的G′及G″在低频率0.1～10Hz区均具有较强的依赖性，即随着扫描频率的增加G′及G″明显增大，这表明低速的频率扫描，一方面促进了分子流动，另一方面又促进了分子间网状结构的形成。而在20%、40%豆粉取代量时，其与纯奶粉浆料的存储模量变化趋势相似，且G′值差别不大；而取代量大于60%时，其G′值明显增大。这表明，随着豆粉取代量的增加，促进了浆料内三维网状结构的形成。这可能是由于随着全脂豆粉添加量的增加，体系中大豆油的含量逐渐增加，从而促进大豆蛋白凝胶的形成[13]，其形成较多的三维网状结构阻碍了分子的流动，导致浆料粘度的增大。

图4　60%豆粉冰淇淋与奶粉冰淇淋浆料频率扫描Fig.4　The effect of different substitutions（0%and 60%）on storage modulus and loss modulus

图5　80%豆粉冰淇淋与奶粉冰淇淋浆料频率扫描Fig.5　The effect of different substitutions（0%and 80%）on storage modulus and loss modulus

2.2大豆粉的取代对冰淇淋浆料稳定性的影响

冰淇淋浆料的稳定性直接影响着冰淇淋的品质。浆料稳定指数越低，浆料的稳定性越好。不同豆粉取代量的浆料6h内的稳定性指数变化如图6所示，由此可知，随着豆粉取代量的增加，浆料的稳定性指数逐渐减小，即稳定性逐渐增强，这可能是随着豆粉添加量的增加，浆料的粘度增加，阻碍分子的运动与迁移，进而减慢或阻止颗粒粒径的增大。

图6　不同豆粉取代量的浆料的稳定指数随时间变化Fig.6　The effect of different substitutions on the stability index

在冰淇淋浆料老化期间，浆料中的脂肪发生凝固聚集，蛋白质、稳定剂发生水合，这将会导致冰淇淋浆料的粒度增加。由图7可以看出，随着老化时间的延长，反射光变化率增加，冰淇淋浆料中颗粒的粒径逐渐变大[14]，这可能是因浆料中的成分发生絮凝所产生的现象。

图7　40%豆粉取代量浆料稳定分析仪分析结果图Fig.7　The result of stability analysis for the substitution level of 40%soy bean powder

2.3大豆粉的取代对冰淇淋浆料颗粒度的影响

图8　不同豆粉取代量对冰淇淋浆料粒度的影响Fig.8　The effect of containing different（0%，20%，40%）substitutions on the particle size of ice cream mixtures

图9　不同豆粉取代量对冰淇淋浆料粒度的影响Fig.9　The effect of containing different（0%，60%，80%）substitutions on the particle size of ice cream mixtures

浆料粒径的大小会影响冰淇淋的组织结构及口感，颗粒度较大，冰淇淋组织结构粗糙，具有沙粒感，可以通过高压均质，使得浆料的颗粒度达到适宜的水平，均质后，浆料的颗粒粒径一般控制在0.5～2μm范围内[15]。

由图8、图9可以看出，随着豆粉取代量的增加，冰淇淋浆料的粒度呈现增大趋势，但颗粒大小集中分布在1μm以下，且各个豆粉取代量下的粒径均值在0.5μm左右（见表2）。颗粒增大原因可能是随着体系中糖类及脂肪的增加使得体系中颗粒间发生吸附作用等所造成的。由稳定性分析所得结论，在储藏期间浆料体系中的粒度增大原因可能是颗粒间发生絮凝。

表2　不同豆粉取代量浆料中颗粒粒径均值大小Table.2　The means of particle size of ice cream containing different substitutions levels of soy bean powder

2.4大豆粉的取代对冰淇淋膨胀率的影响

膨胀率是衡量冰淇淋品质的一个重要指标，若生产的冰淇淋的膨胀率过低，会影响冰淇淋的口感，并增加生产成本。若膨胀率过高，会使得冰淇淋具有类似泡沫的口感，形体塌陷及抗融性较差。

由表3可知，随着豆粉取代量的增加，冰淇淋的膨胀率表现为先上升后降低的趋势，豆粉取代量为40%时膨胀率最高，在此取代量以上与以下添加豆粉，冰淇淋的膨胀率会存在显著性差异。究其原因可能是随着豆粉添加量的增加，浆料粘度逐渐增大，在冰淇淋凝冻工序中，有利于空气均匀的混入，且混入的空气泡不易破裂；而当粘度超过一定范围，空气的混入变得困难，进而导致膨胀率的降低。

表3　不同的豆粉取代量下冰淇淋膨胀率及融化率变化情况Table.3　The overrun values and melting rates of ice cream containing different substitutions levels of soy bean powder

2.5大豆粉的取代对冰淇淋抗融性的影响

冰淇淋要有适宜的融化特性，融化过快，不利于运输与储藏；融化过慢，不利于风味物质的释放，影响冰淇淋的感官品质。

由表3可以得知，随着豆粉添加量的增加，冰淇淋的融化率逐渐降低，即抗融性逐渐增强。以40%取代量为界，其上与其下取代量的冰淇淋融化率存在显著性差异。60%及80%取代量的冰淇淋融化率较低，而这将会导致冰淇淋口溶性差，影响风味物质的释放。

2.6大豆粉的取代对冰淇淋感官的影响

添加豆粉冰淇淋的感官评价结果见表4，随着豆粉取代量的提高，冰淇淋的感官品质逐渐变差。60%及80%豆粉取代量的冰淇淋具有较强豆味，苦涩感，奶香味被掩盖。苦涩感是大豆异黄酮或皂苷等物质所致[16]。

表4　不同豆粉取代量冰淇淋感官评价Table.4　The sensory properties of ice cream containing different substitutions levels of soy bean powder

结合前面的流变检测，60%及80%豆粉取代量的浆料粘度较高，导致产品风味物质释放较差，奶粉味被掩盖，豆香味较重；刘丽等[10]研究了大豆分离蛋白取代量对冰淇淋品感官的影响，结果表明，随着分离蛋白取代量的增加，感官评分先升高后降低。由于豆粉含量高，其内大豆异黄酮类物质、皂素等含量增加，苦涩感增强，因此从经济及感官方面综合考虑，40%豆粉取代量的配方为较佳选择。

3　结论

随着豆粉取代量的增加，冰淇淋混合浆料的粘度呈现上升趋势，且浆料的剪切稀化现象更加明显；豆粉取代量的增加，可以促进冰淇淋浆料中网状结构的形成，冰淇淋浆料稳定性逐渐增强；在豆粉取代量的实验区间，冰淇淋膨胀率呈现先上升后下降的趋势，且40%豆粉取代量的冰淇淋膨胀率最高；冰淇淋的融化率随着豆粉添加量的增加呈现降低的趋势。感官评价结果显示，豆粉取代量在40%以下，以奶香味占优势，且口感较好；取代量在40%以上，以豆香味占主导，且有涩感。综合经济与品质考虑，40%豆粉取代量为较佳选择。

[1]李新华，许娜，王安平.豆浆乳酸菌发酵脱腥及在大豆冰淇淋中的应用[J].食品工业科技，2010，31（12）：279-281.

[2]Dervisoglu M，Yazici F，Aydemir O.The effect of soy protein concentrate addition on the physical，chemical，and sensory properties of strawberry flavored ice cream[J].European Food Research and Technology，2005，221（3-4）：466-470.

[3]刘新旗，涂丛慧，张连慧，等.大豆蛋白的营养保健功能研究现状[J].北京工商大学学报：自然科学版，2012，30（2）：1-6.

[4]Tsumura K，Saito T，Tsuge K，et al.Functional properties of soy protein hydrolysates obtained by selective proteolysis[J]. LWT-Food Science and Technology，2005，38（3）255-261.

[5]刘丽.大豆分离蛋白冰淇淋的研制及其功能特性的研究[D].哈尔滨：东北农业大学，2013.

[6]das Gracas P G，Vilela R J，Ronaldo A L，et al.Influence of the partial substitution of skim milk powder for soy extract on ice cream structure and quality[J].European Food Research and Technology，2011，232（6）：1093-1102.

[7]Dogan M，Kayacier A，Toker O S，et al.Steady，dynamic，creep，and recovery analysis of ice cream mixes added with different concentrationsofxanthangum[J].FoodandBioprocess Technology，2013，6（6）：1420-1433.

[8]Whelan A P，Vega C，Kerry J P，et al.Physicochemical and sensory optimisation of a low glycemic index ice cream formulation [J].International Journal of Food Science and Technology，2008，43（9）：1520-1527.

[9]何强，江波.黄原胶和瓜尔豆胶的复配稳定剂对冰淇淋品质和流变性的影响[J].无锡轻工业大学学报，2004，23（3）：46-50.

[10]刘丽，程建军，石琳，等.大豆分离蛋白种类及取代量对冰淇淋品质的影响[J].食品工业科技，2013，34（9）：137-142.

[11]李云龙，殷涌光，徐树来，等.食品物性学[M].北京：中国轻工业出版社，2011：42-43.

[12]程建军，刘丽，石琳，等.大豆分离蛋白对冰淇淋品质及流变学特性的影响[J].大豆科技，2013（3）：41-46.

[13]张芳.大豆油对大豆蛋白凝胶特性及其微观结构的影响[D].武汉：华中农业大学，2013.

[14]袁媛，毛立科，高彦祥.Tween系列乳化剂对β-胡萝卜素纳米乳液粒径及稳定性的影响[J].食品科学，2008，29（5）：181-186.

[15]Goff H D.Colloidal aspects of ice cream-a review[J]. International Dairy Journal，1997，7（6-7）：363-373.

[16]Okubo K，Iijima M，Kobayashi Y，et al.Components responsible for the undesirable taste of soybean seeds[J]. Bioscience，Biotechnology，and Biochemistry，1992，56（1）：99-103.

Effect of soybean powder on the quality characteristics of ice cream

HOU Tuan-wei1，2，ZHANG Hong1，2，*，BI Yan-lan1，CHI Juan-juan2，LIANG Jun2
（1.College of Food Science and Engineering，He’nan University of Technology，Zhengzhou 450001，China；2.Wilmar（Shanghai）Biotechology R&D Center Co.，Ltd.，Shanghai 200137，China）

Soybean powder was used to substitute skimmed milk powder at the levels of 0%～80%to produce ice cream.The rheological property，stability，particle size analysis of stock and overrun value，melting rate and sensory properties of ice cream were investigated.The results showed that viscosity and stability increased with the increased level of substitution.However，the particle size distribution remained the same.The overrun value increased firstly and then decreased significantly，when the soybean powder increased to more than 60%.The heat resistance increased with the increase of soybean powder.At the same time，soybean flavor increased with the increase of substitution.When the level of substitution was higher than 60%，bean flavor became dominant.

soybean powder；ice cream；quality

TS201.1

B

1002-0306（2015）04-0219-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.04.039

2014－06-06

侯团伟（1988-），男，硕士研究生，研究方向：油脂与植物蛋白。

张虹（1965-），女，博士，教授，主要从事脂质化学与品质方面的研究。