蛋清蛋白棒制备工艺及其质构特性研究

王金秋， 李柯萌， 何睿琳， 于 娟， 张雨琦， 陈 燕， 谢云霄

(1.成都大学 农业部杂粮加工重点实验室， 四川 成都 610106； 2.成都大学 药学与生物工程学院， 四川 成都 610106)

0 引 言

蛋白质棒是一类含有高比例蛋白质的食品，广泛应用于军事、航天、救援等特需食品领域，以及运动和健身等功能食品领域.近来年，随着人们对运动和健康的重视，蛋白棒类食品的需求迅速增长[1].目前，蛋白棒中蛋白质的来源主要为大豆分离蛋白或乳清蛋白，而以鸡蛋清蛋白质为原料制作的蛋白棒研究较少[2].我国的禽蛋产量居世界第一，鸡蛋清中富含优质的蛋白质，利用蛋清蛋白质进行加工和制作蛋白棒类产品，可以有效提高禽蛋的加工利用率和产品附加值，促进蛋品产业的发展.研究表明，食品的质地对其组织状态和口感具有重要影响，食品的质构特性已成为食品品质分析和感官评价的重要内容之一[3].本研究以蛋清蛋白质为原料制作蛋白棒，并利用质构仪分析蛋白棒的质构特性以优化和确定蛋清蛋白棒的最佳制作工艺.

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材 料

实验所用材料包括：蛋清粉(湖北神地农业科贸有限公司)，棕榈油(天津市龙威粮油工业有限公司产品)，纯牛奶(250 mL盒装，蒙牛乳业(太原)有限公司)，魔芋片(广东金祥食品有限公司)，魔芋粉(湖北强森魔芋科技有限公司)，安赛蜜(安徽金禾实业股份有限公司)，改性大豆磷脂(郑州四维生物科技有限公司).

1.1.2 仪 器

实验所用仪器包括：TA.TOUCH型质构仪(上海保圣实业发展有限公司)；HH-S6型恒温水浴锅(郑州长城科工贸有限公司)；铝制模具(65 mm×33 mm×27 mm(长×宽×深))(实验室自制).

1.2 方 法

1.2.1 市售蛋白棒和能量棒类产品质构特性分析.

本实验选择了目前市场上畅销的蛋白棒、士力架及巧克力等产品，通过对其质构特性的分析，为蛋清蛋白棒的制备提供参考.质构测试分析参数同“1.2.5”部分.

1.2.2 蛋清蛋白棒制备工艺.

蛋清蛋白棒制备工艺流程为：原辅料→混料→搅拌→揉和→放入模具→加热成型→冷藏过夜.

1.2.3 蛋清蛋白棒工艺优化.

本实验以蛋清粉和牛奶为主料，棕榈油为成型剂和辅料，改性大豆磷脂为稳定剂，制作蛋清蛋白棒产品.选取牛奶棕榈油比例、保温温度、保温时间3个因素进行单因素实验，测定各因素对蛋清蛋白棒质构特性的影响，并以市售蛋白棒的穿刺硬度、挤压硬度和弹性为主要指标来确定最适合的制备参数.

1)牛奶棕榈油比例.准确称取蛋清粉49.5 g，改性大豆磷脂0.5 g，牛奶与棕榈油总添加量为50 g，牛奶和棕榈油添加比例分别为3.5∶1、3∶1、2.5∶1、2∶1、1.5∶1.棕榈油50 ℃融化后与蛋清粉、牛奶混合均匀，装入模具成型进行质构测试.

2)保温温度.准确称取蛋清粉49.5 g，改性大豆磷脂0.5 g，保温时间为15 min，按上一步骤中确定的牛奶棕榈油比例，保温温度依次为50、60、70、80、90 ℃，制备蛋清蛋白棒并进行质构测试.

3)保温时间.准确称取蛋清粉49.5 g，改性大豆磷脂0.5 g，按以上步骤确定的牛奶棕榈油比例和保温温度，设计保温时间依次为0、15、30、45、60 min，制备蛋清蛋白棒并进行质构测试.

1.2.4 魔芋粉蛋清蛋白棒的制作.

在上述最佳工艺基础上，利用魔芋粉替代棕榈油，研究魔芋粉蛋清蛋白棒的质构特性，具体步骤为：准确称取蛋清粉49.5 g，改性大豆磷脂0.5 g，牛奶50 g，魔芋粉添加量依次为0、0.05、0.10、0.15、0.20 g/100 g，混料后加热成型，冷藏过夜，然后进行质构分析测试.

1.2.5 质构特性测试.

所用样品测试前均统一在室温中平衡30 min，将样品切割成1.0 cm×1.0 cm×1.0 cm的立方体，采用质构仪对蛋白棒样品进行质构特性测试[4].蛋白棒的穿刺硬度通过TA-2柱形探头(直径2 mm)和单次测定模式测定.测定参数如下：测前速度为2.0 mm/s，测试速度为1.0 mm/s，测后速度为10 mm/s，目标数值为5 mm，触发力为10 gf.蛋白棒的质构特性用TA-36柱形探头(直径36 mm)和“TPA"模式测定，测定参数如下：测前速度为2.0 mm/s，测试速度为1.0 mm/s，测后速度为5 mm/s，间隔时间为2 s，目标数值下压变形为40%，触发力为10 gf.

1.2.6 数据分析.

实验数据采用GraphPad Prism 5.0软件进行分析，每个单因素实验测定重复5次，显著性分析通过软件内置方法进行，P<0.05为具有显著性差异.

2 结果与分析

2.1 市售蛋白棒质构特性曲线

食品质构特性主要是指在进食过程中，口腔所感觉到的食物的组织状态、结构和触感等[5].通过质构仪进行TPA分析(Texture profile analysis，质地剖面分析法)，可以对食品质构的主要特性进行可量化的测定[3].TPA分析过程中，可根据食品质地特性的不同，选用合适的测试探头和测试模式，具有操作性强、客观准确等特点[6-7].

本研究中，利用质构仪柱状探头和“TPA"模式(2次咀嚼测试)对蛋白棒产品进行测试，通过获得的质构曲线(见图1)来对质构相关指标进行量化分析[8].由图1可知，市售蛋白棒的质构曲线较为平滑，这说明蛋白棒的质地均匀.

图1市售蛋白棒的TPA特征曲线

2.2 市售蛋白棒类产品质构特性

本研究中，基于蛋白棒类产品的特点，选择穿刺硬度(2 mm柱状探头刺破样品表面时所施加的力)，以及TPA分析中的挤压硬度、咀嚼性作为测定指标.其中，穿刺硬度可以简单模拟切牙和尖牙切割食品时所施加的力，而TPA分析中的挤压硬度可以模拟磨牙咀嚼食品时所施加的力.咀嚼性是硬度、内聚性和弹性的综合体现，可以反映连续咀嚼过程中牙齿和口腔对食品的整体感受[9].从当地超市购买的蛋白棒、能量棒产品，通过质构仪对产品分别进行了穿刺硬度分析和TPA分析，结果见图2.

图2市售蛋白棒类产品质构特性测试结果

测定结果显示，3种产品的穿刺硬度在1 200～2 200 gf之间，其中能量棒产品的穿刺硬度显著高于2种蛋白棒产品(图2(A)).TPA分析显示，3种产品的挤压硬度无显著性差异，在3 600～4 600 gf之间(图2(B))，咀嚼性在300～500之间(图2(C)).市售蛋白棒和能量棒上述质构分析结果，可以作为参考标准用于蛋清蛋白棒产品的研究与开发.

2.3 蛋清蛋白棒制作工艺研究

2.3.1 牛奶与棕榈油添加比例对蛋清蛋白棒质构特性的影响.

市售蛋白棒产品的配料中，均含有棕榈油、起酥油或可可脂，这类高熔点脂质在高温下熔化利于混料、在室温下凝固起到产品赋形的作用[10].在本研究中，为了尽可能地减少棕榈油的使用量、降低蛋清蛋白棒产品的总热量，采用牛奶部分代替棕榈油.

牛奶与棕榈油的添加比例对蛋清蛋白棒质构特性的影响如图3所示.

图3牛奶与棕榈油添加比例对蛋清蛋白棒质构特性的影响

实验结果显示，蛋清蛋白棒的穿刺硬度与牛奶棕榈油添加比例无显著相关性(图3(A))，不同比例条件下，穿刺硬度在1 300～1 600 gf之间，与市售蛋白棒产品基本一致.牛奶与棕榈油的添加比例对挤压硬度和咀嚼性具有影响，其中牛奶与棕榈油比例为3∶1～2∶1区间时，蛋清蛋白棒的挤压硬度和咀嚼性均显著高于其他比例，此时蛋清蛋白棒的挤压硬度在3 300～4 100 gf之间、咀嚼性在200～250之间，与市售蛋白棒较为接近(图3(B)、图3(C)).结果表明，当牛奶添加量较高或棕榈油添加量较高时，蛋清蛋白棒的挤压硬度和抗咀嚼能力均显著下降，不利于蛋白棒口感的形成.

综合质构分析数据，并基于尽量减少棕榈油添加量的原则，确定最佳的牛奶与棕榈油比例为3∶1.此时，蛋清蛋白棒的咀嚼性略低于市售蛋白棒，对此可考虑在混料后增加加热成型处理，以提高产品的咀嚼性.

2.3.2 加热成型温度对蛋清蛋白棒质构特性的影响.

蛋清蛋白棒加热成型温度对其质构特性的影响如图4所示.

实验结果显示，蛋清蛋白棒的穿刺硬度和挤压硬度与加热成型温度无显著的相关性，与未进行加热成型处理的蛋白棒相比，经过加热成型处理的蛋清蛋白棒的穿刺硬度有一定的升高，而挤压硬度则略有下降(60～80 ℃处理条件下).不同加热成型温度对蛋清蛋白棒的咀嚼性具有显著的影响[11]，在加热温度为80 ℃时，蛋白棒的咀嚼性出现大幅下降，同时，根据TPA曲线可知，此时蛋白棒的第二次下压峰面积急剧减小，即内聚性大幅下降，进而导致其咀嚼性变差.

图4加热成型温度对蛋清蛋白棒质构特性的影响

本实验中，在较高温度下，蛋清粉可能在与牛奶中的水分充分互作、在形成网络结构之前即发生热变性，形成颗粒状而非网络状的凝胶结构，导致内聚性和咀嚼性较差[12-13].通过感官评定分析，经过加热成型处理后，蛋清蛋白棒的外观质地更为均匀，特别是经60 ℃以上温度处理后.以市售蛋白棒质构特性测试值为参考，结合样品的外观色泽等感官评定[14]，确定最适的保温温度为70 ℃.

2.3.3 加热成型时间对蛋清蛋白棒质构特性的影响.

加热成型时间对蛋清蛋白棒质构特性的影响如图5所示.

图5加热成型时间对蛋清蛋白棒质构特性的影响

实验结果显示，随着加热成型时间的延长，蛋清蛋白棒的穿刺硬度没有显著性变化，挤压硬度和咀嚼性随着保温时间的延长呈上升趋势.结合样品感官评定，随着保温时间的增大，蛋清蛋白棒表面逐渐形成一层硬的外壳，影响蛋清蛋白棒的组织形态，该现象在加热成型时间为60 min时较为严重.以市售蛋白棒质构测试值为参考标准，结合实际样品的感官分析[14]，确定最合适的加热成型时间为45 min，此时蛋清蛋白棒的质构特性与市售2种蛋白棒基本一致.

2.3.4 最佳制作工艺条件.

通过单因素实验与质构特性分析可以得出，在本实验配方条件下，蛋清蛋白棒最佳制作工艺条件为：牛奶与棕榈油添加比例为3∶1，加热成型温度为70 ℃，加热成型时间为45 min.

2.4 魔芋粉蛋清蛋白棒质构特性

棕榈油对蛋白棒具有赋形作用，是蛋白棒质构形成的重要因素.但随着消费者对健康的重视，低脂食品成为当前和未来的消费趋势.本实验中，在获得蛋清蛋白棒最佳制作工艺的基础上，尝试采用魔芋粉替代棕榈油对蛋白棒进行赋形，从而探索低脂蛋白棒产品.

不同魔芋粉添加量对蛋清蛋白棒质构特性的影响如图6所示.

图6魔芋粉添加量对蛋清蛋白棒质构特性的影响

由图6可知，在添加魔芋粉后，蛋白棒的穿刺硬度、挤压硬度和咀嚼度均随魔芋粉添加量的升高而升高，表明魔芋粉对蛋清蛋白棒的质构具有显著的增强作用.魔芋粉中的主要成分为葡甘聚糖，在加热过程中可形成较为坚实、富有弹性的凝胶，与蛋清粉中蛋白质形成的凝胶相互作用，从而使蛋清蛋白棒的质构特性得到了增强[15-16].

与未添加魔芋粉的蛋清蛋白棒质构特性相比，添加魔芋粉可使蛋清蛋白棒的穿刺硬度大幅提升、挤压硬度约提高了1倍，而咀嚼性显著提高了约10倍左右，同时内聚性提高了3～5倍.表明魔芋粉主要通过增强蛋白棒的内聚性进而增强其咀嚼性[17].

3 结 论

研究结果显示，在以蛋清粉和牛奶为主要原料、棕榈油为辅料、改性大豆磷脂为稳定剂的条件下制备的蛋清蛋白棒具有较好的质构特性.以市售蛋白棒为参考，在上述配方条件下，经优化得到蛋清蛋白棒的最佳制备工艺为：牛奶与棕榈油添加比例为3∶1，加热成型温度为70 ℃，加热成型时间为45 min.采用魔芋粉替代棕榈油， 蛋白质与多糖的协同作用形成蛋白质—多糖共凝胶结构，使得蛋清蛋白棒的质构特性得到增强，但其口感接受度尚需进一步研究.