改性大豆分离蛋白-磷脂复合物对冰淇淋品质的影响

郑环宇 闫国森 孙美馨 崔月婷 张 林 王英男

(东北农业大学食品学院1，哈尔滨 150030)

(黑龙江省绿色食品科学研究院2，哈尔滨 150028)

(国家大豆工程技术研究中心3，哈尔滨 150028)

冰淇淋有着独特的风味和绵滑细腻的口感，备受广大消费者喜爱。但是现在人们的健康意识逐步提高，对食品的要求也向绿色健康发展[1]。传统冰淇淋高脂肪、高胆固醇等问题亟待解决，生产新型安全健康的冰淇淋已经成为行业趋势。

大豆分离蛋白(soybean protein isolated, SPI)具有营养价值高、功能性良好和价格低廉等特点[2,3]，取代部分乳粉制得冰淇淋后，可显著提高产品的营养价值，降低产品成本，且能有效改善产品的感官品质[4]。目前，已有学者已经开展了有关大豆分离蛋白冰淇淋的研究。Sutar等[5]研究显示向冰淇淋浆料中加入不同品种的SPI均可不同程度增加其蛋白质含量。Pereira等[6]研究了SPI对低脂冰淇淋的风味和外观的影响，结果表明，虽然添加SPI后对冰淇淋的风味和色泽存在一定影响，但是消费者感官评价并没有明显不同，并且提出当SPI添加量为4%时的产品更受消费者喜爱。Dervisoglu等[7]发现SPI浓缩物的加入对草莓冰淇淋的品质有改善作用，SPI浓缩物增加了草莓冰淇淋的蛋白含量，并且使产品黏度增大，抗融化性变好，加入SPI浓缩物1.5%～3.0%不会影响冰淇淋的感官评价。

天然的SPI其功能特性并不明显，在食品体系的应用中存在着很多不足，并不能显著改善食品的质构和功能特性。而对SPI进行适当改性处理，可使SPI某些的功能特性更为突出，使其能更好的满足食品体系对蛋白质功能特性的不同需求。其中超高压均质改性大豆分离蛋白(ultrahigh pressure homogenization modified soybean protein isolate, USPI)，使蛋白质二级结构发生改变，α-螺旋增加，β-折叠下降，SPI的疏水基团暴露，能够显著地改善SPI的乳化性、溶解性、稳定性等功能特性[8-11]；而酶解法可通过酶的水解作用使SPI的多肽链长短发生改变，致使SPI分子的三维结构变化，从而暴露出某些被掩埋的氨基酸残基，使SPI的理化性质得以改变，最终达到改善其功能特性的目的[12,13]。一些学者利用木瓜蛋白酶酶解-转谷氨酰胺酶交联方法改善SPI功能性，从而提高冰淇淋的品质[14-16]。郝建敏等[17]研究大豆分离蛋白-磷脂复合物对冰淇淋影响，制备出高膨胀率冰淇淋。但迄今用超高压均质方法预处理联合磷脂改性大豆分离蛋白加入冰淇淋中的研究未见报道。本研究采用超高压均质大豆分离蛋白-磷脂复合物(ultra-pressure homogenizing modified soybean protein isolate-phospholipid complex, USPI-PLW)代替部分乳粉对冰淇淋品质的影响进行了研究，旨在解决SPI取代部分乳粉加入冰淇淋中后，冰淇淋出现膨胀率低、易融化、口感粗糙、有豆腥味等问题。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

脱脂奶粉、大豆分离蛋白(蛋白质量分数为85.35%)、稀奶油、蔗糖、大豆油(一级大豆油)、卡拉胶、刺槐豆胶、羧甲基纤维素钠、单甘脂、蔗糖酯、羟基化水溶性大豆磷脂粉末(PLW)；磷酸氢二钠、磷酸二氢钠等均为分析纯。

FD-1D-50真空冷冻干燥机、AH-100D均质机、DelonghiICK5000冰淇淋机、FSH-2匀浆机、GB-2A型磁力搅拌、TA-XT plus物性测定仪、BS203型生物显微镜、MAL1038384型旋转流变仪。

1.2 实验方法

1.2.1 大豆分离蛋白磷脂复合物的制备流程[18]

5%SPI溶液→高速匀浆机匀浆(10 000 r/min，2 min)→超高压均质(100 MPa, 均质2次)→真空冷冻干燥(-48.6 ℃，24 h，0.1 MPa)→超高压均质改性大豆分离蛋白(USPI)；

磷脂溶液：pH为7.2磷酸缓冲液，磷脂∶缓冲液为1∶20，55 ℃，搅拌60 min；

USPI溶液：pH为7.2磷酸缓冲液; 磷脂∶缓冲液为1∶20; 室温; 搅拌60 min；

USPI溶液+磷脂溶液(磷脂溶液∶USPI溶液为1∶20)→搅拌(室温；60 min) →真空冷冻干燥(-48.6 ℃，24 h，0.1 MPa)→USPI-磷脂复合物。

1.2.2 冰淇淋加工方法及工艺流程[19]

冰淇淋加工工艺流程：原料→混合(50～60 ℃)→杀菌(80 ℃，10 min)→均质(60～65 ℃，18～20 MPa)→冷却(0～4 ℃)→老化(2～4 ℃，4 h)→凝冻(-15～-20 ℃，40 min)→罐装成型→硬化(-20 ℃，48 h)→冷藏(-18 ℃)

冰淇淋的配方如表1所示。

表1 冰淇淋配方/%

注：乳化剂为∶蔗糖酯∶单甘脂=1∶1，稳定剂为∶卡拉胶∶刺槐豆胶∶羧甲基纤维素钠= 1∶7.9∶3.6。

1.2.3 指标测定

1.2.3.1 冰淇淋膨胀率的测定

按(SB/T 10012—1992)标准规定的方法测定，计算公式如下：

1.2.3.2 冰淇淋融化率的测定[20]

冰淇淋经72 h硬化后，将其置于30 ℃培养箱中，将冰淇淋放在箱内金属网上，然后在下面放一表面皿，计时45 min，最后测量融化物的质量。

1.2.3.3 冰淇淋硬度的测定

冰淇淋经72 h硬化后，利用质构仪测定其的质地特征曲线，通过检测探头两次下压即可确定。在室温下将每个样品平行测定3次。实验参数：测试前探头下降速度为2 mm/s，测试速度为2 mm/s，测试后探头回程速度2 mm/s，测试距离15 mm，触发力20×10-2N，探头类型 P/5。

1.2.3.4 冰淇淋流变学性质的测定

取经24 h老化后的样品置于测试平台上，选用平板(直径60 mm)作为夹具进行测试，测试条件：间距为500 μm，剪切速率为0.01～100 s-1，温度为4 ℃，以剪切速率和黏度分别为横纵坐标，绘制剪切速率与黏度的关系图。

1.2.3.5 冰淇淋微观结构的测定

冰淇淋的微观结构中气泡的大小与分布的测定需将融化后的冰淇淋液滴，分别在BS203 生物显微镜的100倍、400倍镜头下进行观察。

1.2.3.6 冰淇淋感官评价

将冰淇淋置于-20 ℃冰柜中，48 h后取出，邀请16名品评人员(食品专业硕士研究生，男女比例1∶1)进行感官评定，评定工作在安静、无异味的评定室内进行，品评顺序随机并在每次品评后用温水进行漱口，按照评分标准进行记录。

表2 冰淇淋感官评定标准

1.3 统计学分析

每个试验重复3次，结果表示为：Mean±SD。采用SPSS 20.0软件对试验数据进行ANOVA差异显著性分析(P<0.05为显著性差异)。采用 SigmaPlot 12.5进行绘图工作。

2 结果与分析

2.1 不同乳粉替代物对冰淇淋浆料体系静态流变学性能的影响

如图1所示，不同改性产物替代部分乳粉制成的冰淇淋浆料中，表观黏度和剪切应力与剪切速率的关系曲线均与屈服-假塑性流体流动特性曲线一致。即表现为具有屈服应力的流体，液体流动后展示了假塑性流体的特征。假塑性流体其流变可用幂律方程表示：T=K(r)n，其中T被称为剪切应力，r被称为剪切速率，K、n是常数，K被称作稠度系数，n被称作流动指数。

图1 不同改性产物冰淇淋浆料流变特性曲线

将假塑性流体的流变特性曲线线性回归后，可得到假塑性流体回归方程，从而可知K值和n值，不同样品的K值和n值见表3。从表3可知，各样品的n值均小于1，因此冰淇淋浆料为假塑性流体。其中USPI-PLW、SPI-PLW冰淇淋料浆的K值偏大，n值减小，说明流体黏度升高，流动性降低。

表3 不同样品冰淇淋的剪切速率扫描曲线幂律方程拟合参数

由图1b可以看出，所有的样品均出现剪切稀化现象[21]，加入不同改性产物的样品料浆体系中，当无剪切作用时，流动液体具有较高的表观黏度，当剪切速率逐渐增大，料浆黏度迅速下降并趋于稳定。原因是冰淇淋经浆料老化后，脂肪与水溶性组分在乳化剂的作用下结合，使浆料分子间形成紧密连接的网络结构，表现出高黏度的特性。在低速剪切过程中，网络结构逐渐被破坏，表现为黏度逐渐下降。随着剪切速率到达一定水平，体系结构被严重破坏，表观黏度趋于稳定[22,23]。

与普通冰淇淋相比，加入SPI后，剪切稀化速率有少量减小，而加入USPI-PLW的冰淇淋浆料剪切稀化速率减小最为明显，这可能由于USPI和磷脂均是良好的表面活性剂，当磷脂和USPI交联时，因为磷脂的双亲构型，造成磷脂和USPI分子之间作用力加强，乳化性能增强，浆料中脂肪与水溶性组分的结合更为稳定，从而减小剪切稀化速率，同时表现出最大的表观黏度。

2.2 不同乳粉替代物对冰淇淋膨胀率的影响

冰淇淋的膨胀率是评价冰淇淋品质的主要指标之一。如图2所示，5种加入不同改性产物的样品膨胀率在44.58%～86.86%，其中添加USPI-PLW的产品膨胀率提升最为显著(P<0.05)，与普通低脂冰淇淋相比，膨胀率增加了94.84%，与SPI冰淇淋相比，增加了56.28%。根据刘丽等[24]研究，SPI能提高冰淇淋的膨胀率是由于其自身乳化性的作用。研究表明在超高压均质改性-磷脂复合的过程中SPI的乳化性质和起泡性质增强[25]，因此USPI-PLW乳状液冷却后稳定性的提高最为显著，所以料浆在剪切-冷冻时，其起泡性、泡沫稳定性更强，进而产品的膨胀率显著提高(P<0.05)。

注：1为普通冰淇淋， 2为SPI冰淇淋，3 为USPI冰淇淋，4为 USPI-PLW冰淇淋，5为 SPI-PLW冰淇淋，余同。图2 不同改性产物对冰淇淋膨胀率的影响

2.3 不同乳粉替代物对冰淇淋融化率的影响

如图3所示，分别用SPI、USPI、SPI-PLW、USPI-PLW取代部分乳粉制成冰淇淋后，其融化率有所不同。传统低脂冰淇淋的融化率为45.35%，当SPI替代部分乳粉时，冰淇淋样品融化率与普通低脂冰淇淋相比有所下降，这和SPI使料浆黏度增加有关[26]。而USPI却使料浆黏度下降，产品的融化率升高。结果表明，加入USPI-PLW的冰淇淋表现出最低的融化率33.17%，较传统低脂冰淇淋融化率降低26.86%，具有显著性差异(P<0.05)。这与USPI-PLW冰淇淋浆料的表观黏度最高相符。且由于磷脂的存在，可通过抑制巯基氧化或降低游离巯基之间的反应机理提高浆料的热稳定性[27]。

图3 不同改性产物对冰淇淋融化率的影响

2.4 不同乳粉替代物对冰淇淋硬度的影响

硬度是影响冰淇淋口感的主要因素之一，由图4可知，不同改性产物替代部分乳粉后制作的冰淇淋硬度不同。SPI冰淇淋的硬度较普通低脂冰淇淋明显增大，而超高压均质处理后的SPI添加至冰淇淋中其产品硬度略有下降。而USPI-PLW冰淇淋硬度下降最为显著(P<0.05)，与普通冰淇淋无异。

一般情况下，未经改性的大豆分离蛋白可与两分子水交联，在冷冻过程中，这些具有较高水分含量的蛋白增加了冰淇淋的硬度，这可能由于含较多大冰晶时冰淇淋的硬度也会增大[28,29]。而经过超高压均质改性之后，SPI的空间构象舒展，疏水残基大量暴露，水合能力减弱，使冰淇淋硬度略有降低。与磷脂复合后，磷脂的双亲结构使蛋白质与水的结合部位进一步变少，磷脂与蛋白形成的胶体结构中水分子分布更加均匀，形成的冰晶更小，使冰淇淋的硬度显著降低。

图4 不同改性产物对冰淇淋硬度的影响

2.5 不同乳粉替代物对冰淇淋浆料微观结构的影响

如图5所示，未添加大豆分离蛋白的普通低脂冰淇淋的气泡直径较小，气泡体积差别较小，分散较为均匀；当SPI取代乳粉加入后，气泡体积显著增大；USPI取代乳粉加入后，部分气泡变小，但仍有大气泡存在，混料中气泡大小与分布不均匀；当加入USPI-PLW、SPI-PLW取代乳粉后，气泡直径较为均匀，数量有所增加，分散均匀，有利于微观结构的稳定性。并且USPI-PLW浆料内气泡数量增多和分散的更均匀也正是USPI-PLW使冰淇淋膨胀率升高、硬度降低的原因，同时由于均匀且稳定的气泡存在使冰淇淋的传热能力减弱，进而融化率更低。

注：A、a为普通冰淇淋；B、b为SPI冰淇淋；C、c为USPI冰淇淋；D、d为SPI-PLW冰淇淋；E、e为USPI-PLW冰淇淋。A、B、C、D、E为在400倍下观察到的冰淇淋融化料液中气泡的存在状态，a、b、c、d、e为在100倍条件下观察到的冰淇淋融化料液中气泡的存在状态。图5 添加不同改性样品对冰淇淋微观形态的影响

2.6 不同乳粉替代物对冰淇淋感官评价的影响

如表4所示，USPI、USPI-PLW冰淇淋成品豆腥味均小于直接将大豆分离蛋白加入，这可能是因为超高压均质过程由于温度的增加有助于豆腥味的去除且超高压状态下脂肪氧合酶的失活不可逆[30,31]。且USPI-PLW冰淇淋经硬化后，组织中无较大冰晶存在，其口感最为细腻顺滑，受到评价者的广泛好评。综合来看，USPI-PLW冰淇淋的膨胀率、融化率和感官指标最为理想。

表4 添加不同改性样品对冰淇淋感官评价的影响

3 结论

经过USPI-PLW替代部分乳粉后，冰淇淋的膨胀率可达86.86%，较普通低脂冰淇淋提高了94.84%，比SPI冰淇淋提高了56.28%。同时加入USPI-PLW的冰淇淋融化率仅为33.17%，融化率显著降低(P<0.05)，冰淇淋更稳定。在72 h储藏硬化后，USPI-PLW冰淇淋硬度最低，无较大冰晶，口感绵滑，微观结构分析显示口感细腻可能因为加入USPI-PLW的冰淇淋气泡更小，分布更均匀，且在超高压均质过程中由于温度的增加可能有助于豆腥味的去除，使其风味更受欢迎。通过对比四种不同大豆分离蛋白冰淇淋的品质，结果显示：以USPI-PLW制作的冰淇淋最为理想，膨胀率可达86.86%，淋融化率为33.17%，较传统低脂冰淇淋融化率降低26.86%，膨胀率提高了94.84%，状态稳定，外观形态良好，且口感细腻顺滑，豆腥味微弱。