大豆分离蛋白种类及取代量对冰淇淋品质的影响

刘 丽，程建军，，* ，石 琳，冯宪民，江连洲，生庆海

(1.东北农业大学食品学院，黑龙江哈尔滨150030;2.内蒙古蒙牛乳业股份有限公司，内蒙古011500)

冰淇淋是一种复杂的复合胶体，其产品含有脂肪液滴、乳固体、空气泡和冰晶等［1］。近年来用大豆蛋白部分替代动物性原料制作冰淇淋的研究受到广泛重视。这不仅因为大豆蛋白质是重要的营养物质［2］，同时大豆蛋白质还具有许多加工功能性质［3-4］，如:蛋白质的水合性质、蛋白质-蛋白质相互作用以及表面性质等。大豆蛋白在肉制品、婴儿食品及乳制品中应用，这些性质起着十分重要的作用［5］;大豆蛋白在冰淇淋中应用［6-7］，可显著提高冰淇淋的氮含量、稠度系数及抗融性，并能抑制在热波动过程中冰晶的增长;但对膨胀率及风味有负面影响，在取代脱脂乳粉20%以上时产生不愉快的豆腥味。本文主要研究不同来源的大豆分离蛋白在不同取代率下对冰淇淋品质的影响，通过不同来源的大豆分离蛋白的加工特性的差异，研究探讨大豆分离蛋白加工功能性质与冰淇淋品质的关系。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

大豆分离蛋白Ⅰ 来自于哈尔滨哈高科大豆食品公司;大豆分离蛋白Ⅱ 来自于美国杜邦公司;大豆分离蛋白Ⅲ 来自于日本不二富吉(北京)科技有限公司;大豆分离蛋白Ⅳ 来自于上海鹤善实业有限公司;全脂奶粉 内蒙古蒙牛股份有限公司;椰子油 内蒙古蒙牛股份有限公司;蔗糖 市售;黄原胶 丹尼斯克;刺槐豆胶 丹尼斯克;单甘酯、蔗糖酯 柳州长远食品配料有限公司;大豆油 金龙鱼;SDS 实验室配制。

IC9308 全自动冰淇淋机Caple 客浦;RW20digital 顶置式机械搅拌器 德国IKA;ME100L高剪切乳化机上海富麦机电设备有限公司;NDJ-5S旋转粘度计 上海精密科学设备有限公司;TA-XT2i 型质构仪 TA-XT plus，英国。

1.2 冰淇淋基础配方

全脂奶粉10%，奶油10%，蔗糖14%，单甘酯∶蔗糖酯(1∶1)0.15%，黄原胶∶刺槐豆胶(1∶1)0.12%。

1.3 实验方法

1.3.1 冰淇淋生产工艺及大豆分离蛋白取代率 原料混合(50～60℃)→杀菌(83～85℃，15s)→均质→老化(4℃，12h)→凝冻→硬化→冷藏

四种大豆分离蛋白分别以20%、30%、40% 及50%的取代率取代基础配方中的全脂乳粉。

1.3.2 大豆分离蛋白起泡性及泡沫稳定性 将一定浓度的SPI 溶液100mL 至于500mL 量筒中，使用高剪切乳化机以6000r/min 的速度均质40s，连续3 次共计2min，记录液面高度，记为V0，静止30min 后再次记录液面高度，记为V［10］30。起泡能力(Foaming Capacity)和泡沫稳定性(Foaming Stability)公式如下:

1.3.3 大豆分离蛋白乳化性与乳化稳定性 蛋白乳化性测定按照Pearce 和Kinsella 的方法进行。取固形物为2%样品溶液10mL，水化30min 后加入3.0mL大豆油，在7500r/min 高速剪切乳化1min，制成乳化液。分别在搅拌后0(立即从底部吸取乳状液)、10 min 从底部取样50μL。以25mL 0.1%(W/V)SDS 稀释，测定500nm 处的吸光值A500，以SDS 溶液为空白［11］。以乳化活力指数EAI 表示:

式中:EAI 是每克蛋白质的乳化面积(m2/g);N 是稀释倍数;φ 是体系中油相所占的分数，本实验中油相占0.25;C 是蛋白质的浓度(g/mL);L 是比色池光径(1cm)。

乳化稳定性(ES)用乳化稳定指数(ESI)表示:

式中:A0，0 时刻的吸光值;At，t 时刻时的吸光值;ΔT，时间差;ΔA，ΔT 内的吸光值差。

1.3.4 冰淇淋粘度的测定 采用NDJ-5S 旋转粘度计，测定经4℃老化12h 的冰淇淋浆料的粘度，选用2号转子，转速为12r/min。

1.3.5 冰淇淋膨胀率的测定 分别称取凝冻前后一定体积的混合料重量，膨胀率依如下公式表示［12］:

膨胀率(%)=凝冻前混合料的质量-凝冻后同体积冰淇淋质量/凝冻后同体积冰淇淋质量×100式(5)

1.3.6 冰淇淋融化率的测定 取经硬化后的冰淇淋成品置于35℃培养箱中的金属网上，金属网下放一表面皿，计时45min 测融化物质量。抗融性以融化率表示，融化率越低，抗融性越好［13］。

1.3.7 冰淇淋硬度的测定 利用质构仪的检测探头两次下压测定冰淇淋的质地特征曲线，样品为在冰箱硬化1 周的冰淇淋，样品从冰箱中取出后在室温下迅速测定，每个样品进行3 次平行实验。参数设定:测试前探头下降速度2mm/s，测试速度3mm/s，测试后探头回程速度5mm/s，测试距离15mm，触发力20 ×10-2N，探头类型P/6［14］。

1.3.8 感官评价 感官评价表，如表1。由八名食品专业学生依据感官评价表，按各项打分，然后计算总和，即得每组冰淇淋总体得分。

表1 冰淇淋感官评价表Table 1 Sensory evaluation sheet of ice cream

1.3.9 数据处理 对实验数据采用spss17，origin7.5进行数据处理与分析。

2 结果与讨论

2.1 大豆分离蛋白的表面性质

2.1.1 大豆分离蛋白的起泡性及泡沫稳定性 四种大豆分离蛋白的起泡性如图1 所示。在相同浓度下，品种不同其起泡性相差较大(如图1-A)。其中大豆分离蛋白Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ的起泡性在80%～100%之间，且差异不显著;而大豆分离蛋白Ⅲ的起泡性只有15%～25%，显著小于其它三种。相同种类下，起泡性不随浓度增加而改变(如图1-B)。

大豆分离蛋白的泡沫稳定性见图2。在相同浓度下，品种不同泡沫稳定性也不相同(如图2-A)，与起泡性表现出一致性，其中大豆分离蛋白Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ的泡沫稳定性在85%～100%之间，且差异性不显著;而大豆分离蛋白Ⅲ的泡沫稳定性只有35%～60%，显著小于其它三种大豆分离蛋白的泡沫稳定性。泡沫稳定性随浓度的改变变化较小(如图2-B)。

图1 大豆分离蛋白的起泡性Fig.1 The foaming capacity of soybean protein isolates

图2 大豆分离蛋白的泡沫稳定性Fig.2 The foaming stability of soybean protein isolates

2.1.2 大豆分离蛋白的乳化性及乳化稳定性 大豆分离蛋白的乳化性(EAI)及乳化稳定性(ESI)如图3所示。大豆分离蛋白来源不同，其乳化性和乳化稳定性也不一致。2%浓度大豆分离蛋白Ⅰ和Ⅲ的乳化性在14m2/g 附近，差异不显著;大豆分离蛋白Ⅱ和Ⅳ的乳化性在10m2/g 附近，差异不显著;并且大豆分离蛋白Ⅰ和大豆分离蛋白Ⅲ的乳化性显著大于大豆分离蛋白Ⅱ和大豆分离蛋白Ⅳ的乳化性(如图3)。

乳化稳定性之间的差异与乳化性相似，大豆分离蛋白Ⅰ和大豆分离蛋白Ⅲ的乳化稳定性显著大于大豆分离蛋白Ⅱ和大豆分离蛋白Ⅳ的乳化稳定性，其中大豆分离蛋白Ⅲ的乳化稳定性最优。同时测定了SPI 浓度为3%时的乳化性及乳化稳定性，与浓度为2%时的乳化性基本一致。这是因为当大豆分离蛋白浓度达到2%时，该浓度为形成稳定胶束的乳化剂(蛋白质)最低浓度，称为临界胶束浓度(CMC)，乳化液达到CMC 浓度后，油水界面上的乳化剂不随浓度增加而增多，以至乳化活性与乳化稳定性不再升高［15］。

图3 大豆分离蛋白的乳化性及乳化稳定性Fig.3 The EAI and ESI of soybean protein isolates

2.2 SPI 种类与取代率对冰淇淋浆料粘度的影响

大豆分离蛋白对冰淇淋混料粘度的影响如图4所示。随着四种不同来源的大豆分离蛋白取代率的增加，冰淇淋混料粘度均呈增加趋势(如图4-A)。其中大豆分离蛋白Ⅰ的冰淇淋浆料粘度提升最小，在取代率为20%～40%时，冰淇淋浆料粘度没有显著性提高，在取代率为50%时，粘度上升为1122mPa·s;大豆分离蛋白Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ在取代区间内，粘度随取代率的增加而显著提高，从500mPa·s 左右升高至2000mPa·s 以上;其中大豆分离蛋白Ⅳ的浆料粘度上升幅度最大，在50%取代率时升高至2652mPa·s。

大豆分离蛋白种类不同，其对冰淇淋浆料粘度的影响不同，并且随着取代率的增加，这种差异越加明显(如图4-B)。在取代率为20%时种类间差异最小;随取代率的增加，大豆分离蛋白Ⅰ的浆料粘度一直小于其它三个来源的大豆分离蛋白冰淇淋的浆料粘度。

随不同来源的大豆分离蛋白取代率的增加，冰淇淋浆料粘度均呈不同程度的上升趋势，这源于大豆分离蛋白的吸水性，其与水之间的相互作用，使包含大豆分离蛋白的冰淇淋混料粘度会升高，且大豆分离蛋白拥有更好的持水性来获得更高的粘度［10］。

2.3 大豆分离蛋白种类与取代率对冰淇淋膨胀率的影响

2.3.1 大豆分离蛋白对冰淇淋膨胀率的影响 大豆分离蛋白对冰淇淋膨胀率的影响如图5 所示。随着大豆分离蛋白取代率的增加，不同来源的大豆分离蛋白对冰淇淋膨胀率的影响并不一致。其中随着大豆分离蛋白Ⅰ的取代率的增加，膨胀率升高;随着大豆分离蛋白Ⅱ的取代率的增加，膨胀率没有显著性变化;随着大豆分离蛋白Ⅲ取代率的增加，膨胀率先升高后下降;随大豆分离蛋白Ⅳ取代率的增加，膨胀率呈下降趋势(如图5-A)。

图4 大豆分离蛋白对冰淇淋混料粘度的影响Fig.4 Influence of SPI on the viscosity of ice cream mix

在相同取代率下，大豆分离蛋白来源不同，其膨胀率值有差异性。其中在取代率为20%时，这种差异性较小;但随着取代率的增加差异性开始变大。在30%～50%的取代区间内，大豆分离蛋白Ⅰ、Ⅲ的冰淇淋膨胀率显著大于大豆分离蛋白Ⅱ、Ⅳ的冰淇淋膨胀率，且大豆分离蛋白Ⅰ与Ⅲ、大豆分离蛋白Ⅱ与Ⅳ之间差异较小(如图5-B)。

综合本研究测定的不同来源的大豆分离蛋白的起泡性之间的差异性(如图1)，和四种来源大豆分离蛋白对冰淇淋膨胀率的影响。得到大豆分离蛋白Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ的起泡性显著大于大豆分离蛋白Ⅲ的起泡性，而大豆分离蛋白Ⅰ、Ⅲ取代的冰淇淋的膨胀率大于大豆分离蛋白Ⅱ、Ⅳ取代的冰淇淋的膨胀率，可表明大豆分离蛋白取代乳粉可提高冰淇淋的膨胀率，并不是由于大豆分离蛋白具有较好的起泡性所引起的。这与之前的一些研究不一致，Muhammet Dervisoglu 研究指出大豆浓缩蛋白降低了冰淇淋的膨胀率，是由于大豆浓缩蛋白的起泡性没有酪蛋白起泡性好，并同时指出大豆分离蛋白起泡性可与酪蛋白起泡性相媲美［6］。同时，Yansumatsu K 等人指出，豆制品有良好的起泡性，可应用于冰淇淋中，提高冰淇淋的膨胀率［8］。王秀军等人将小麦麸皮蛋白加入冰淇淋中，膨胀率有所提高，并指出可能是由于麸皮蛋白具有一定的起泡性，在搅打过程中形成了更多的气泡，增大了冰淇淋的膨胀率［9］。

图5 大豆分离蛋白对冰淇淋膨胀率的影响Fig.5 Influence of SPI on the overrun of ice cream

2.3.2 大豆分离蛋白乳化性与冰淇淋膨胀率的相关性分析 四种来源的大豆分离蛋白的乳化性之间的差异性，与其对冰淇淋膨胀率的影响趋势较一致。且通过对乳化性与膨胀率二者进行皮尔逊(Person)相关分析，结果如表2 所示，当大豆分离蛋白取代率为30%、40%时，两者之间相关系数分别为0.978、0.985，表明二者存在显著性正相关，即大豆分离蛋白能提高冰淇淋的膨胀率是由于其自身乳化性的作用。

大豆蛋白的乳化功能，能显著的降低油、水或空气、水的界面张力［16］。由于在空气混入时能显著降低空气、水界面的张力，即有利于空气的混入与保持，表现为膨胀率的提高。但随着取代量的继续增加，体系粘度上升较大，如果体系粘度过高，则会导致冰淇淋物料过稠，在凝冻过程中空气很难大量均匀的分布在冰淇淋中，从而导致产品膨胀率低，口融性差［17］，因此在适宜的粘度范围内，大豆分离蛋白冰淇淋膨胀率与大豆分离蛋白乳化性正相关。

表2 不同品种的SPI 的乳化性与冰淇淋膨胀率之间的相关性Table 2 The relativity of the EAI of SPI and the overrun of ice cream

2.4 大豆分离蛋白对冰淇淋融化率的影响

大豆分离蛋白种类与取代率对冰淇淋融化率的影响如图6 所示，大豆分离蛋白来源不同，其取代率对冰淇淋融化率的影响基本一致，即随着取代率的增加，冰淇淋的融化率略有升高或是不变，然后快速下降。

随着大豆分离蛋白Ⅰ和Ⅲ取代率的增加，冰淇淋融化率的趋势相似，在取代率小于50%时，大豆分离蛋白取代率对冰淇淋融化率的影响较小，融化率略有升高;取代率达到50% 时，融化率值降低幅较大。随着大豆分离蛋白Ⅱ和Ⅳ取代率的增加，冰淇淋融化率的趋势相似，在取代率小于40%时，大豆分离蛋白对冰淇淋融化率的影响较小;取代率达到40%时，冰淇淋的融化率开始降低。其中在大豆分离蛋白Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ取代率为50%时，冰淇淋融化率几乎降至为零，融化率过低将会导致口融性差，影响风味释放。

表3 SPI 种类及取代率对冰淇淋硬度的影响Table 3 Influence of kinds and substitution of SPI on the hardness of ice cream

表4 感官评价得分Table 4 The score of the sensory evaluation

图6 大豆分离蛋白对冰淇淋融化率的影响Fig.6 Influence of SPI on the melting ratio of ice cream

2.5 SPI 种类与取代率对冰淇淋硬度的影响

大豆分离蛋白的种类及取代率对冰淇淋硬度的影响如表3 所示。随大豆分离蛋白取代量的增加，冰淇淋硬度均显著提高。

大豆分离蛋白Ⅰ和大豆分离蛋白Ⅲ在取代区间内，冰淇淋的硬度值由1000N 升高至1500N 左右;大豆分离蛋白Ⅱ在取代率为50% 时，硬度值升高至3500N 以上，硬度最大。冰淇淋硬度的变化可能与可溶性固形物含量增加引起冰点的变化有关，且冰淇淋硬度太大将影响产品的膨胀率和感官评分［18］。

2.6 感官评价

大豆分离蛋白冰淇淋的感官评价结果如表4，随着大豆分离蛋白取代率的提高，感官评价得分先升高后降低。

大豆分离蛋白Ⅰ在取代率为40%时，感官评价得分最高，冰淇淋品质最好;大豆分离蛋白Ⅱ在取代率小于50%时，感官评价得分表明，其对品质基本没有影响;大豆分离蛋白Ⅲ、Ⅳ在取代率为30%时，冰淇淋感官品质最好。

由于大豆分离蛋白Ⅰ的粘度小于其他三种大豆分离蛋白的粘度，所以其对奶香味的掩盖较少，且豆腥味明显小于其他三种来源的大豆分离蛋白冰淇淋的豆腥味;如果体系粘度过高将导致产品口融性差［17］，影响风味的释放，导致奶香味不足、豆腥味较大。

3 结论

随大豆分离蛋白取代率的提高，冰淇淋混料粘度及冰淇淋硬度均呈上升趋势;在宜适的粘度范围内，冰淇淋的膨胀率与大豆分离蛋白的乳化性呈显著相关性;在大豆分离蛋白20%～50%的取代区间内，冰淇淋融化率先略有升高，然后快速下降;冰淇淋的感官评价得分随着大豆分离蛋白取代率的增加，先升高后降低。

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