酸奶经过发酵会产生独特的风味和口感,并且能够维持肠道微生物群的平衡和调节肠道免疫系统的微环境,具有缓解腹泻、降低结肠直肠癌的风险等健康益处[1],因此深受消费者的青睐。为了预防因脂肪摄入过多而引起的疾病,如肥胖和心血管疾病[2-3],越来越多的消费者倾向于选择低脂酸奶。然而低脂酸奶由于缺乏脂肪,会出现质地缺陷,乳清析出等问题[4]。这些问题可以通过添加合适的品质改良剂来解决。
鸡蛋清是一种能与牛乳相媲美的优质动物蛋白资源,蛋清蛋白占蛋清固形物的90%以上,必需氨基酸种类齐全,最接近人体氨基酸模式,容易消化吸收[5-6]。蛋清蛋白还具有良好的凝胶性能[7]。蛋清蛋白可以通过酸诱导形成冷凝胶[8],凝胶形成过程有2个阶段。第一阶段,在中性pH和低离子强度下制备可溶性聚集体的热变性蛋白质溶液,第二阶段,通过将pH值调节到蛋白质的等电点附近以减少聚集体之间的静电斥力,来诱导凝胶发生。PU等[9]对蛋清蛋白和乳清蛋白混合酸诱导凝胶进行了研究,发现随着蛋清蛋白含量的增加,蛋清蛋白和乳清蛋白复合凝胶的硬度、黏附性和弹性随之增加。除此以外,蛋清蛋白还有容易获得、成本低的特点,在食品工业中得到了广泛的应用[10-11]。因此,蛋清可能是一个很好的品质改良剂,能起到稳定低脂酸奶的作用。
本研究将液体蛋清、脱脂奶粉和蔗糖按比例混合,用去离子水溶解,接种嗜热乳链球菌(St.thermophilus)和保加利亚乳杆菌(L.bulgaricus)进行发酵。然后研究了低脂凝固型酸奶的pH值、质构、流变学特性、水分状态和感官特性,考察蛋清蛋白作为低脂凝固型酸奶品质改良剂的应用效果,并为酸奶的品质改良提供参考。
1 材料与方法
1.1 实验材料
鸡蛋、柠檬酸,市售;卡林卡脱脂奶粉(蛋白质含量32%),绥芬河市永莱经贸有限公司;嗜热乳链球菌(Streptococcus thermophilus 81)、保加利亚乳杆菌(Lactobacillus bulgaricus 42)的冻干乳酸菌粉,微康益生菌(苏州)股份有限公司;MRS肉汤和琼脂,青岛海博生物技术有限公司;其他分析级化学品,国药集团化学试剂有限公司。
1.2 仪器与设备
SP-250A型恒温培养箱,南京实验仪器厂;Avanti J-26 XP高速离心机,美国贝克曼公司;Fluka高剪切分散乳化机,上海弗鲁克机电公司;HH-4数显恒温水浴锅,常州荣华仪器制造有限公司;Delta320 pH计,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;TA.XT.Plus物性测试仪,英国Stable Micro System公司;DISCOVERY HR-3型流变仪,美国沃特世公司;MesoMR23-060V-I型低场核磁共振(low-field nuclear magnetic resonance, LF-NMR)成像分析仪,上海纽迈电子科技有限公司。
1.3 乳酸菌的活化
将冻干乳酸菌粉溶解于无菌生理盐水中,并呈悬浮状,用接种环蘸取菌悬液在MRS板上划线,在37 ℃恒温培养箱中培养48 h,然后挑取单菌落接入10 mL MRS肉汤中,在37 ℃恒温培养箱中连续培养2次,直至活菌计数在1×108 CFU/mL以上。将活化菌悬液6 000 r/min离心10 min,弃上清液,无菌水洗涤2次,用10 mL无菌水重悬待使用。上述操作在无菌条件下进行。
1.4 酸奶的制备与发酵
取新鲜鸡蛋数个,用清水洗净后打蛋,分离蛋清蛋黄,得到新鲜蛋清。将液体蛋清预搅拌5 min,以确保其均匀性。按比例在去离子水中加入新鲜蛋清、脱脂乳粉、蔗糖,使用高速分散器在6 000 r/min下均质5 min,得到样品溶液,具体配方见表1。
表1 酸奶配方
Table 1 The formulation of yogurt
组别总蛋白质质量分数/%乳蛋白∶蛋清蛋白蔗糖质量分数/%A12.53∶13A23.53∶13A34.53∶13B13.54∶13B23.53∶13B33.52∶13C13.53∶10C23.53∶13C33.53∶16
将所有的样品置于95 ℃的水浴锅中加热10 min进行灭菌,然后用质量分数为2%柠檬酸溶液调整pH值至7.0后,接种1%嗜热乳链球菌和1%保加利亚乳杆菌,在42 ℃恒温培养箱中培养6 h,然后放入4 ℃冰箱中冷藏后熟16 h。对样品拍照,pH值由pH计测定。
1.5 酸奶硬度测定
采用TA.XT.Plus质构分析仪测定蛋清酸奶凝胶的硬度。参数设置为：P/25圆柱形探头,触发力设为10 g,测定时探头速度为1 mm/s。
1.6 酸奶流变学测定
采用DISCOVERY HR-3流变仪分析酸奶的流变学特性,实验温度为25 ℃。选用直径40 mm的平板,两板之间的间隙设置为1 mm,用勺子将大约2 mL的酸奶装到平板上,刮去平板外多余样品,平衡2 min。应变设置为1%,在0.1～100 rad/s的角频率下进行频率扫描,测定了储能模量G′。提前进行应变扫描试验,以确保测试在线性黏弹性范围内进行。频率扫描测试后,样品在25 ℃平衡1 min。然后在0.1～100 s-1的剪切速率下测试酸奶的流动行为。
1.7 酸奶水分状态测定
酸奶水分状态测定按照WANG等[12]的方法进行,但略有修改。将约5 mL的酸奶样品置于离心管中,并插入LF-NMR分析仪。使用Carr-Purcell-Meiboom-Gill(CPMG)序列测量酸奶水分的弛豫时间。测试参数为：回波时间0.5 ms,重复扫描等待时间6 000 ms,重复扫描次数4。每个样品重复测量3次。
1.8 感官评价
感官评定小组由10名人员组成,按照表2的评分标准对酸奶的气味、滋味、质地、口感、总体可接受度进行打分。
表2 酸奶的感官评价标准
Table 2 Sensory evaluation standard of yogurt
项目评分标准评分/分气味具有酸奶清香味,无异味8～10酸奶香味平淡,或稍带异味5～7基本无奶香味,有异味0～4滋味酸度适宜且酸甜可口7～10酸甜比例不佳4～6酸甜比例差0～3质地均匀细腻,允许有少量乳清析出,凝乳完整7～10有明显的乳清析出,凝乳较完整4～6凝乳不良,有大量乳清析出0～3口感口感光滑细腻,无颗粒感7～10口感较光滑细腻,稍有颗粒感4～6口感不光滑,有颗粒感0～3总体可接受度可接受程度高7～10可接受程度低4～6难以接受0～3
1.9 数据处理
采用SPSS和Origin Pro 2021软件进行数据分析、相关性分析以及聚类分析,采用Duncan检验进行显著性分析,以P<0.05为显著性检验标准。
2 结果与分析
2.1 酸奶的外观与pH值
酸奶的外观如图1所示。除了A1以外,所有的酸奶经倒置后不落下,形成良好的凝胶结构,表明蛋白质含量对酸奶的凝胶状态有影响。总固形物含量,尤其是蛋白质含量对酸奶凝胶的形成有直接影响[13],蛋白质含量过低,则缺少形成凝胶的基本物质,导致酸奶的凝胶能力不足,表现出流体特征(A1)。
图1 酸奶的外观
Fig.1 The appearance of yogurt
酸奶的pH如图2所示。随着总蛋白质含量的增加,酸奶的pH值也随之升高,这与酸奶体系随蛋白质含量的升高缓冲能力增强有关。从乳蛋白与蛋清蛋白的比例来看,蛋清蛋白占比大的酸奶的pH显著高于蛋清蛋白占比小的酸奶,一方面可能是蛋清中含有的溶菌酶抑制乳酸菌发酵[14-15],另一方面,蛋清的蛋白质含量高,但其他营养成分不如牛乳丰富,比如乳糖。蔗糖添加量对于酸奶的pH值没有明显的影响。可能是因为奶粉中的乳糖已经满足乳酸菌对碳水化合物的需求,不需要再利用外源添加物产酸。
图2 酸奶的pH值
Fig.2 The pH value of yogurt
注：不同小写字母表示存在显著性差异(P<0.05)(下同)。
2.2 酸奶硬度
硬度表示破坏酸奶凝胶网络使之变形时用的力,是评价凝固型酸奶品质优劣的一项重要指标。A1的酸奶样品没有成型,因此无法测定硬度。酸奶的硬度如图3所示。可以看出总蛋白质含量与蔗糖含量并没有对酸奶的硬度产生明显的影响,但乳蛋白与蛋清蛋白的比例对酸奶的硬度有显著的影响。酸奶的硬度随着蛋清蛋白占比的升高而增强,一方面是因为蛋清蛋白本身具有良好的凝胶能力,另一方面可能是因为蛋清蛋白与酪蛋白相互作用,形成致密的凝胶网络,改善了酸奶的质构特性[16]。
图3 酸奶的硬度
Fig.3 The firmness of yogurt
2.3 流变学特性
2.3.1 储能模量
储能模量(G′)又称为弹性模量,表示酸奶的弹性特征,可以有效反映蛋白凝胶网络结构的形成情况[17]。如图4-a和4-b所示,随着蛋白质含量以及蛋清蛋白添加比例的升高,G′值逐渐增大,凝胶弹性不断增强。随着总蛋白质含量的升高,凝胶网络中存在更多的交联颗粒,使得酸奶的G′值更高。B3蛋清蛋白占比最高,表现出最高的G′值,说明结构最致密,也再次证明了蛋清蛋白可以加强酸奶的凝胶网络结构。蔗糖含量对G′值所产生的影响并不明显,可能是因为蔗糖并不像蛋白质一样参与发酵过程中凝胶网络结构的形成[18-19]。
a-不同总蛋白质含量;b-不同乳蛋白与蛋清蛋白比例;c-不同蔗糖含量
图4 酸奶的储能模量(G′)
Fig.4 The storage modulus of yogurt
a-不同总蛋白质含量;b-不同乳蛋白与蛋清蛋白比例;c-不同蔗糖含量
图5 酸奶的表观黏度
Fig.5 The apparent viscosity of yogurt
2.3.2 表观黏度
酸奶的表观黏度变化如图5所示。所有酸奶样品均表现出剪切变稀的特性,黏度随剪切速率的增加而降低。酸奶的表观黏度随着总蛋白质含量的升高而增加。A1蛋白质含量低,凝胶结构很弱,因此相较其他组表观黏度最低。A2与A3的表观黏度都高于A1,这是由于蛋白质含量增加,凝胶结构增强,但A2与 A3之间的差异并不明显,这与之前的质构实验结果相符合。酸奶的表观黏度随蛋清蛋白占比升高而升高,这可能是因为发酵过程中形成了较强的蛋白-蛋白相互作用,水结合能力增强[20],从而生产出更高黏度的酸奶。蔗糖含量对酸奶的表观黏度没有显著影响。
2.4 水分状态
酸奶样品的水分弛豫曲线如图6所示。酸奶水分弛豫曲线主要由10～100 ms(T21)和100～1 000 ms(T22)的弛豫峰组成,分别对应结合水和不易流动水[21],最大峰值出现在100～1 000 ms(T22)处。弛豫时间与凝胶化过程中水与蛋白质等聚合物的相互作用有关[22],反映了持水能力。如图7所示,A1的T21与 T22最高,因为此时总蛋白质含量低(2.5%),没有形成良好的凝胶网络结构,对水分的束缚能力不足。A2与A3的T21与T22差异小,但都显著低于A1,因为总蛋白质含量增加,使得酸奶的凝胶结构更稳定,酸奶中蛋白质及其形成的凝胶网络微孔对水分束缚能力增强。随着蛋清蛋白占比的升高,酸奶的T21与T22都向短弛豫时间转变,表明蛋清蛋白添加比例的增加有利于增强凝固型酸奶持水能力。蔗糖含量对于T21与T22影响不明显。
a-不同总蛋白质含量;b-不同乳蛋白与蛋清蛋白比例;c-不同蔗糖含量
图6 酸奶的弛豫时间曲线
Fig.6 The relaxation time curve of yogurt
图7 酸奶的T21与T22
Fig.7 T21 and T22 of yogurt
2.5 感官评价
图8-a是不同蛋白质含量的酸奶感官评价得分。在质地方面,A1凝固性不好,得分最低;在滋味和总体可接受度方面,A1得分也低于其余2组;但在口感方面,与其他2组没有什么差异,可能因为A1虽然未形成凝胶,但口感细腻;在气味方面,A3的得分最低,其蛋清蛋白添加量较A1、A2多,可能有少量蛋腥味。图8-b是不同乳蛋白与蛋清蛋白比例酸奶感官评价得分。在气味与滋味方面,3组样品相差不大;在质地方面,蛋清蛋白添加比例越高,质地得分越高,与前面的实验结果相符合;在口感方面,B3组得分最高,细腻润滑;在总体可接受度方面,B1得分最低,可能是质地影响了感官评定人员对酸奶的接受度。图8-c是不同蔗糖含量的酸奶感官评价得分。在气味方面,A1得分最低,因为没有添加蔗糖,缺少了香甜味;在滋味方面,C1得分最低,因为没有添加蔗糖,酸味突出;在质地方面,蔗糖含量越高,得分越高;在口感方面,3组样品显示出了明显的差异,随着蔗糖添加量的升高,酸奶的酸甜比例逐渐达到平衡;在总体可接受度方面,3组样品也显示出了明显的差异,蔗糖含量越高,总体可接受度越高。结果显示,乳蛋白与蛋清蛋白比例为2∶1以及蔗糖质量分数为6%的酸奶有较高的感官评分。
a-不同总蛋白质含量;b-不同乳蛋白与蛋清蛋白比例;c-不同蔗糖含量
图8 酸奶的感官评价得分
Fig.8 The sensory score of yogurt
2.6 相关性分析
通过Pearson相关分析,研究了酸奶的感官评价结果与理化指标之间的依赖关系,如图9所示。总体可接受度与气味、滋味与质地呈显著性正相关,与口感呈极显著性正相关,说明口感是凝固型酸奶的关键性感官指标。酸奶质地是影响其口感形成的重要因素,质地与储能模量之间呈极显著性正相关,与pH之间呈显著性正相关,与T21、T22之间呈极显著性负相关。这表明具有高储能模量和pH以及弛豫时间短的酸奶有更好的质地。储能模量、pH和硬度三者之间呈极显著性正相关,且与T21和T22呈负相关。酪蛋白和蛋清蛋白的凝胶形成都受pH影响,酪蛋白的等电点为4.6,蛋清蛋白中含量最高的卵白蛋白等电点为4.5～4.9,当pH趋近于蛋白质等电点,蛋白质表面所带的负电荷和静电斥力减弱,从而促进蛋白质分子间聚集并逐渐凝胶化,形成致密的三维凝胶网络,黏弹性以及持水力增强,表现出良好的质地[23]。
图9 相关性分析结果
Fig.9 Results of correlation analysis
注：*代表P≤0.05,**代表P≤0.01。
2.7 聚类分析
如图10所示,不同样品组分布在5个聚类组中。第一聚类包括A2、B2、C2,这3组配方相同,因此归为一类,口感和总体可接受度感官评分较高。第二聚类为C3,蔗糖含量最高,口感和总体可接受度感官评分最高。第三聚类为A3,总蛋白和蛋清蛋白含量高,气味感官评分较低。第四聚类为B3,乳蛋白和蛋清蛋白比例低(2∶1),其硬度、储能模量、表观黏度以及滋味感官评分都高于其他组,弛豫时间也显著短于其他组。第五聚类包括B1和C1,B1乳蛋白和蛋清蛋白比例高(4∶1),其硬度、储能模量、表观黏度都低于其他组,弛豫时间最长;C1未添加蔗糖,滋味感官评分显著低于其他组,两者都有明显的不足,因此归为一类。
图10 聚类分析结果
Fig.10 Results of hierarchical cluster analysis
3 结论
实验结果表明,蛋清蛋白的添加有助于改善低脂酸奶的品质,随着蛋清蛋白添加比例的升高,酸奶的pH升高,硬度、储能模量、表观黏度显著增加,弛豫时间缩短,说明蛋清蛋白的添加有助于增强酸奶的凝胶网络结构,增强酸奶持水能力。总蛋白质质量分数为2.5%时,酸奶无法形成良好的凝胶网络结构;当蛋白质质量分数提高到3.5%时,酸奶凝胶网络结构增强,理化特性也显著增强,但当蛋白质质量分数再提高到4.5%时,两者之间的差异不明显。蛋白质是酸奶凝胶形成的重要物质,但靠增加蛋白质含量来改善酸奶的品质作用有限。蔗糖的添加能够提升酸奶的感官品质。相关性分析显示酸奶质地与其理化特性联系最紧密,它与储能模量和pH之间呈正相关,与持水能力之间呈负相关。综上所述,添加蛋清蛋白能够赋予凝固型酸奶更优良的质地,从而提高其感官品质。
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