物理处理后乳清分离蛋白对羊乳膻味的影响

刘越，马月，姜瞻梅,2，侯俊财,2

（1.东北农业大学食品学院，哈尔滨 150030；2.黑龙江省绿色食品科学研究院，哈尔滨 150028）

0 引 言

羊乳营养价值高，富含维生素和矿物质，有利于人体消化吸收，不易产生过敏反应[1]。此外，羊乳中蛋白质含量较高，蛋白凝块较软，其成分更接近人乳[2]，对于乳糖不耐受患者来说，羊乳是牛乳的绝佳替代品[3-4]。但大多数人对羊乳及乳制品本身具有的膻味极其敏感，严重制约了羊乳及其制品的生产加工与销售[5]。羊乳膻味的来源可能是羊乳中的短-中链游离脂肪酸(SM-FFA)，羊乳中己酸(C6)、辛酸(C8)和癸酸(C10)的含量比牛乳中高[6-7]。还有可能是由于特定比例SMFFA 的相互作用，因为这几种SM-FFA 单独存在时不存在膻味[8]。

乳清分离蛋白（WPI）是奶酪生产副产品产生的球状蛋白的混合物[9]，营养价值高，是食品工业生产中广泛使用的蛋白质[8]。WPI 的主要成分是β-乳球蛋白（β-LG），β-LG 能够结合小的疏水配体，如视黄醇，维生素和脂肪酸[10]。β-LG 与脂肪酸结合形成复合物的主要作用力是疏水相互作用[11]。研究发现β-乳球蛋白具有良好的结合疏水性物质的能力，是脂溶性药物或生理活性成分的合适输送载体。BELLISSIMO 等[12]发现乳清分离蛋白通过涂覆油滴显示出保护菜籽油的能力。此外，β-乳球蛋白的结构可以被改性修饰，改性后其结构与功能特性可能发生改变。SIMION 等[13]证实了β-乳球蛋白通过在热处理过程中形成复合物结合油酸的能力。因此，推测通过对WPI 物理处理可以增强其疏水性，更好地与羊乳中的膻味物质结合，达到除去羊乳中膻味的目的。β-环状糊精(β-CD)已被证实可以用于羊乳脱膻。β-环状糊精在分子中心有疏水空腔，其外缘亲水，内壁疏水或非极性[14]，它可以包埋疏水分子，并从食品系统中去除不需要的味道，在食品工业中广泛应用[15]。β-CD 也被用来与其他物质复合添加用于羊乳脱膻[16]。WANG 等[6]研究表明，当β-环状糊精添加量达到0.5%时，发酵羊乳具有优良的感官特性，但是β-环状糊精添加量不易过多，过多添加导致溶解困难。目前，鲜少有关于乳清分离蛋白对羊乳脱膻处理的相关研究。因此，探究物理处理乳清分离蛋白以及与β-CD 复配添加对羊乳膻味的影响尤为重要。

本文通过超微粉碎，高压均质以及挤压膨化技术改性乳清分离蛋白，探究乳清分离蛋白羊乳脱膻的改性条件，同时与β-环状糊精复合添加，探究改性乳清分离蛋白与β-环状糊精的最佳复配比例，力求研究出较为经济、简便、实用的羊乳脱膻工艺。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

鲜羊乳样品，黑龙江哈尔滨羊奶厂；乳清分离蛋白（蛋白含量为93%），德国Meker 公司；β-环糊精(食品级)，江苏奥福生物科技有限公司(江苏南京)；氢氧化钠、氯化钠，天津市天力化学试剂有限公司。所有的化学品和试剂都是分析纯的，所有溶液都是用去离子水配制的。

1.2 仪器与设备

真空冷冻干燥机，北京松源华兴科技发展有限公司；精密电子天平，梅特勒-托利多仪器有限公司；HH-4J 数显恒温磁力搅拌水浴锅，常州市金坛友联仪器研究所；AH-NANO 高压均质机，ATS Engineering Limited；QM-QX 行星式球磨机，上海净信实业发展有限公司；Process 11 平行双螺杆挤出机，赛默飞世尔科技（中国）有限公司；顶空固相微萃取气相色谱质谱联用仪，束伦(上海)技术服务有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 羊乳的预处理

取新鲜的羊乳在20 MPa 下均质，均质后在65 ℃下水浴加热30 min 进行巴氏杀菌，杀菌后冷却至室温，备用。

1.3.2 样品的制备

1.3.2.1 超微粉碎WPI 的制备

将WPI 粉末放入陶瓷罐中并使用行星式球磨机研磨，研磨的时间8 h。设定球磨机罐的填充率为25%，转速为480 r/min，球和WPI 粉末的比例为6∶1。WPI 在通过研磨处理后，获得超微粉化的乳清分离蛋白UWPI，密封保存。

1.3.2.2 高压均质WPI 的制备

将5 g 的WPI 溶于100 mL 的去离子水中，使溶解后WPI 的最终浓度为50 g/L，将盛有WPI 溶液的烧杯放置在磁力搅拌器上充分搅拌2～3 h，直到WPI溶液均一稳定，长时间放置无沉淀析出。用1 mol/L 的NaOH 调整样品pH 值为7.0，然后进行高压均质处理。压力分别设定30、60 MPa，循环次数为4 次，冻干后获得高压均质后的乳清分离蛋白HWPI-30、HWPI-60。

1.3.2.3 挤压膨化WPI 的制备

将45 g 的乳清分离蛋白作为原料，进行挤压预处理。挤压参数设置为：喂料速度11 g/min, 物料含水量45%，进水速度5.5 mL/min, 螺杆转速240 r/min。该挤出机有8 个独立加热区(7 个内置加热区，1 个外部口模加热区)，本实验改变第四区到第六区的机筒温度为50～125 ℃，其他加热区的温度保持恒定：第一区25 ℃、第二区35 °C、第三区45 °C、第七区45 °C、第八区(口模加热区) 25 °C。挤压结束后，获得挤出物。将获得的50、75、100、125 ℃下不同温度挤压的WPI 挤出物冷冻干燥，研磨成粉分别标记为EWPI-50、EWPI-75、EWPI-100、EWPI-125。

1.3.3 脱膻羊乳的制备

向预处理后的羊乳里分别加入制备的WPI 样品，然后震荡搅拌30 min，在20 MPa 的压力下进行均质处理得到脱膻羊乳。以未添加WPI 的羊乳为对照组，添加质量分数0.5%的EWPI-50、EWPI-75、EWPI-100、EWPI-125，探究不同挤压温度乳清分离蛋白对羊乳膻味的影响；添加0.3%、0.5%、0.7%的WPI、UWPI、HWPI、EWPI，探究不同物理处理乳清分离蛋白的添加量对羊乳膻味的影响；添加不同比例的β-CD 与改性乳清分离蛋白，探究β-环状糊精与改性乳清分离蛋白复配对羊乳膻味的影响。

1.3.4 评定标准

1.3.4.1 感官评价

根据感官评分标准，如表1 所示，将实验结果通过十点标度法进行感官评价分析，感官评分小组由接受过《食品感官评定》课程培训的10 名成员组成（5 名男性和5 名女性，年龄19～30 岁），给每个成员发放样品，一张评分表和一杯纯净水，采用双盲法进行检验，对不同样品进行密码编号，将样品随机化并要求小组成员分别对羊乳的气味、滋味、色泽、组织状态进行打分。评定过程中成员每次感官评定前进行漱口，为了避免因适应膻味而导致打分不准确，对不同样品打分时，中间需让成员漱口后休息2～3 min 对下一个样品进行评定。

表1 感官评价标准

1.3.4.2 模糊数学模型的建立

应用模糊数学模型建立感官评价体系。

因素集和评语集的建立：羊乳的因素集U=｛u1，u2，u3，u4｝，u1，u2，u3，u4分别代表羊乳气味、滋味、色泽、组织状态。经过评定小组讨论，确定羊奶的评价等级为非常好（v1）、好（v2）、较好（v3）、一般（v4）、差（v5），得到羊奶的评语集V=｛v1，v2，v3，v4，v5｝。

权重的确定：采用频数统计法，对羊乳气味、滋味、色泽、组织状态单独评分，得到质量因素权重集X＝｛0.4，0.4，0.1，0.1｝。

模糊矩阵的建立和模糊转换：统计10 位评价员的感官评价分数，将各级的票数除以10 得到模糊关系矩阵R，将质量因素权重集X 与模糊关系矩阵R 合成，得到模糊关系评价集Y＝X×R，即羊乳的评价结果为Y＝X×R。最后引进综合评分矩阵T 处理模糊关系评价集Y，设评价等级集K＝｛9，7，5，3，1｝，得到羊乳样品的模糊综合评价总分T＝Y×K。

1.3.4.3 游离脂肪酸含量测定

根据ZHU[17]的方法稍作修改，采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用(SPME-GC-MS)法测定羊乳中游离脂肪酸含量。在20 mL 的顶空瓶（75.5 mm×22.5 mm）中加入12 mL 乳样和3.6 g NaCl，用密封垫迅速密封顶空瓶。在30 ℃下水浴震荡平衡30 min。将75 μm CAR/PDMS 萃取头在250 ℃下老化1 h。将已老化的CAR/PDMS 萃取头在50 ℃下萃取40 min，在250 ℃下解析5 min，以出峰数和峰面积为检测指标，每个样品重复3 次。气相色谱条件：采用程序升温模式，起始温度为80 ℃，保持3 min，以5 ℃/min 升至230 ℃，保持10 min，以氮气为载气，流量是3.0 mL/min；分流比3∶1 进样。质谱条件：质谱铁源保持在230 ℃，全扫描。电子撞击模式为70 eV，质量范围(20～500)m/z。将结果与NIST 11 数据库进行定性分析，采用面积归一化方法对游离脂肪酸进行定量分析。

1.3.4.4 电子鼻分析

根据YANG 等[18]的方法，利用电子鼻技术对羊奶挥发性风味进行评价，并对数据进行主成分分析(PCA)。电子鼻测定采用顶空进样法，用进样器自动进样。每个样品重复3 次。电子鼻测试参数设置：检测时间60 s，测量计数1 s，自动归零时间10 s。选取传感器对应信号曲线的48～52 s 处的响应值作为样本信息采集点，记录数据。

1.3.4 数据统计与分析

每组实验均重复3 次，最终数据表示为平均值±标准差。采用SPSS.22 软件对所得数据进行分析处理。利用Duncan 方法分析比较变量之间差异性。P＜0.05表示为显著性差异。采用Orign 8.0 软件对实验数据进行绘图。

2 结果与讨论

2.1 不同挤压膨化温度WPI 对羊乳膻味的影响

以未添加膨化乳清分离蛋白的羊乳为对照组进行了感官评定，使用模糊数学法和感官评价相结合的方式进行评价分析，根据评定结果建立模糊评定矩阵，结果如表2。

表2 不同温度挤压膨化的WPI 对羊乳的影响感官评价结果

由表2 可知，以空白羊奶样品的气味为例，0 人评8～10 分，0 人评6～8 分，0 人评4～6 分，3 人评2～4 分，7 人评2 分以下，则得到U1＝｛0，0，0，0.3，0.7｝，同理可得到U2＝｛0，0，0，0.2，0.8｝，U3＝｛0.8，0.2，0，0，0｝，U4＝｛0.8，0.2，0，0，0｝。将计算得出的U1、U2、U3、U44 个单因素模糊矩阵的评价结果写成一个矩阵，即：

根据公式Y＝X×R，由X=｛0.4，0.4，0.1，0.1｝得出Y1＝｛0.16，0.04，0，0.2，0.6｝，Y2＝｛0.32，0.52，0.16，0，0｝，Y3＝｛0.36，0.48，0.16，0，0｝，Y4＝｛0.53，0.35，0.12，0，0｝，Y5＝｛0.65，0.35，0，0，0｝。模糊综合评价总分T＝Y×K，由评价等级集K＝｛9，7，5，3，1｝，经计算得出模糊综合评价总分见表3。

表3 不同温度挤压膨化的WPI 对羊乳的影响感官评价综合得分

从表3 可以看出，与对照组相比，挤压膨化处理后的乳清分离蛋白对羊乳的综合评分显著增高，随着挤压温度的升高，羊乳的感官评价综合得分增加。EWPI-50、EWPI-75、EWPI-100、EWPI-125 处理的羊乳分别增加了151.7%、153.4%、167.8%、186.2%。随着挤压温度的升高，挤压过程促进了蛋白质疏水性基团的暴露，导致了蛋白疏水相互作用的增强，这可能增强了WPI 与游离脂肪酸的结合能力，使羊乳膻味减轻，综合感官评价得分增加。肖志刚等[19]在研究挤压温度对高水分植物蛋白肉流变学和结构特性的影响过程中发现，挤压破坏了蛋白微粒的完整性，随着挤压温度的升高，蛋白质分子受到破坏发生了重组，样品体系形成三维网状结构。综上，选用125 ℃下挤压膨化对乳清分离蛋白进行改性处理用于羊乳脱膻。

2.2 不同物理处理WPI 添加量对羊乳膻味的影响

以未添加乳清分离蛋白的羊乳为对照组进行了感官评定，使用模糊数学法和感官评价相结合的方式进行评价分析，试验处理方法同“2.1”，结果如表4。

表4 不同物理处理的WPI 对羊乳的影响感官评价综合得分

由表4 可以看出，在相同物理处理条件下，随着乳清分离蛋白添加量的增加，羊乳的感官评价综合得分逐渐增大。比较几种不同物理处理的乳清分离蛋白，与空白羊乳相比，3 种处理WPI 均使羊乳感官评价综合得分增加。高压均质使蛋白分子解聚为较小的亚基单位，同时亚基单位展开，包裹在球状蛋白分子内部的极性和疏水基团暴露出来，增强疏水相互作用[20]。超微粉碎能够使蛋白质的高级结构发生改变，使蛋白质的疏水基团暴露出来。SUN 等[21]对WPC-80 乳液进行了超细研磨, 研究表明乳清蛋白的表面疏水性增大，提高了油水界面吸附能力。孙婵婵等[22]在对乳清蛋白进行超微粉碎-微粒组合加工处理时发现乳清蛋白的表面疏水性增加。挤压过程促进了蛋白质疏水性基团的暴露，导致了蛋白疏水相互作用的增强，这些原因可能导致了蛋白与游离脂肪酸的结合增强，使羊乳感官评价综合得分增加。其中添加125 ℃挤压膨化乳清分离蛋白的羊乳的综合评价显著高于其他处理，且添加量0.5%和0.7%的125 ℃挤压膨化乳清分离蛋白综合评价相同。综上，选用添加量为0.5%的125 ℃挤压膨化乳清分离蛋白用于羊乳脱膻。

2.3 β-环状糊精与EWPI-125 复配对羊乳膻味的影响

以空白羊乳为对照组进行了感官评定，使用模糊数学法和感官评价相结合的方式进行评价分析，试验处理方法同“2.1”，结果如表5。

表5 β-CD/EWPI-125 不同复配比例对羊乳的影响感官评价综合得分

从表5 可以看出，总添加量均为0.5%的情况下，β-环状糊精与EWPI-125 比例为3∶2 时脱膻效果最好。在总添加量一定的情况下，复配添加后的羊乳比添加单一β-环状糊精或EWPI-125 的感官综合评价更好，这可能是β-环状糊精与WPI 在羊乳脱膻方面具有一定的协同作用。WANG 等[23]在研究β-环状糊精与热聚合乳清分离蛋白对发酵酸羊乳脱膻作用时发现二者具有协同作用。

2.4 游离脂肪酸含量检测

SPME-GC-MS 用于测定SM-FFA 含量。向3份羊乳样品中分别添加单独EWPI-125（添加量0.5%）、β-环状糊精和EWPI-125 混合物（其中β-环状糊精添加量0.3%，EWPI-125 添加量0.2%）以及单独β-环状糊精（添加量0.5%），并以未添加的羊乳作为空白组。将制备得到的羊乳，在20 MPa 的压力下进行均质处理得到脱膻羊乳。以未添加脱膻剂的羊乳为空白对照组通过SPME-GC-MS 进行游离脂肪酸含量的检测，游离脂肪酸峰面积r 如图1 所示。

图1 游离脂肪酸峰面积

羊乳的膻味与SM-FFA 如己酸（C6）、辛酸（C8）和癸酸（C10）的存在有关。游离脂肪酸含量结果显示，与对照组相比，β-CD，EWPI-125 以及β-CD 与EWPI-125 复合添加均使得羊乳中短-中链游离脂肪酸C6、C8、C10 含量减少。β-CD 能够包埋疏水分子形成包合物。YOUNG 等[24]还发现，β-CD 结合4甲基支链脂肪酸及其直链异构体降低了酸奶的果味强度。

与对照组相比，添加0.5%的EWPI-125 的羊乳中C6、C8 和C10 的含量分别降低了66.93%、35.95%和44.80%。证明了EWPI-125 通过降低SM-FFA 含量来削弱羊乳膻味的假设。这可能是由于WPI 中的主要蛋白质β-乳球蛋白（β-LG），通过疏水键与脂肪酸结合。许多研究表明，β-乳球蛋白可以结合大多数饱和与不饱和脂肪酸[25]。LOCH 等[26]证明了β-乳球蛋白可以结合辛酸和癸酸。CHEN 等[27]发现在挤压处理后，大豆分离蛋白分子间二硫键交联，大豆分离蛋白发生聚集。游离脂肪酸含量减少的另一个原因可能是挤压机的热和剪切挤压作用使WPI 分子间氢键断裂，分子结构破坏，原封闭的分子内的疏水基因暴露出来，同时聚集形成蛋白网络结构[28]，这种挤压后形成的蛋白网络结构，可能会有利于和游离脂肪酸结合从而使羊乳膻味减轻。

β-环状糊精和EWPI-125 的组合在降低羊乳膻味方面表现出协同效应。与对照组相比，复合添加的β-环状糊精和EWPI-125 使羊乳中C6、C8、C10 的含量分别降低78.69%、79.99%、75.49%，降低程度均高于单独使用β-环状糊精或者EWPI-125。因此复合添加的β-环状糊精和挤压膨化乳清分离蛋白比其单一添加的脱膻效果更好。NA 等[29]使用环状糊精和乳清蛋白浓缩物来封装鱼油，发现封装鱼油的气味强度降低到其原始值的30%。

2.5 电子鼻分析

采用电子鼻技术对不同处理组羊乳挥发性风味进行评价，主成分分析结果如图2 所示。结果表明，羊乳主成分分析中PC1 和PC2 的方差贡献率分别为59.2%和20.7%，累积贡献率为79.9%。其中添加EWPI-125 组、β-CD 组和β-CD 与EWPI-125 复配组有差异，但他们与对照组都有部分重叠，差异较小，无法有效区分。这可能是由于添加β-CD 和EWPI-125能充分保留羊奶的风味。这说明β-CD 和EWPI-125的添加并没有改变羊奶的整体品质特征。与本研究结果相反，有研究通过在脱脂羊乳中添加不同含量的羊乳脂肪，建立了不同羊乳风味强度的模型，具有明显的区分效果[20]。

图2 不同处理组的主成分分析

3 结 论

研究了WPI 以及3 种物理改性（超微粉碎，高压均质，挤压膨化）WPI 对羊乳膻味的影响。结果表明，与空白羊乳相比，添加WPI 以及改性WPI 可降低羊乳膻味，其中125 ℃挤压膨化的WPI 对羊乳膻味减轻的效果最为显著，且WPI 和β-CD 复配使用具有协同作用。在其总添加量0.5%，WPI 和β-CD 复配比例为2/3 时，C6，C8，C10 的含量分别降低了78.69%、79.99%、75.49%，且降低程度优于单一添加β-CD 或EWPI-125。因此，β-CD 和挤压膨化WPI 均可减少羊乳游离脂肪酸含量，降低羊乳膻味，且复配添加后效果更好，可作为降低羊乳膻味的一种安全有效的方法，为羊乳及其乳制品的开发提供理论基础。