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第 44 卷 第*期 吉 林 大 学 学 报（工学版） Vol.44 No.* 2014 年*月 Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition) *. 2014 收稿日期：收稿日期：2014-03-07. 基金项目：基金项目：国家“十二五”科技支撑计划项目( 2013BAD18B07). 作作者简介：者简介：张铁华（1970-） ，男，博士，教授. 研究方向：乳品科学. E-mail:Zhangth 通信作者：通信作者：郭明若（1960-） ，男，博士，教授. 研究方向：乳品科学与生物技术. E-mail: 乳清蛋白基质脂肪替代物的制备及其在低脂液态乳清蛋白基质脂肪替代物的制备及其在低脂液态 奶中的应用效果奶中的应用效果 张铁华 1，姜楠1，刘迪茹1，郝锦峰2，毛春玲2，郭明若1* (1.吉林大学 军需科技学院，长春 130062；2.长春职业技术学院 食品与生物技术分院，长春 130033) 摘 要：研究了脂肪替代物（WPC 7.00、WPC 8.50、WPI）的粒径分布和粒径分布稳定性，并将它们作为脂肪替代物， 分析其对低脂液态奶粘度、流变性、感官品质的影响。结果表明：脂肪替代物 WPC 7.00 有 72.4%的粒径分布在 647.9 291.7 nm 范围内，能够模拟脂肪产生类似的稠度和滑腻感，平均 zeta 电位为-45.5 9.71 mV，粒径分布稳定。同时将其 替代 75%的脂肪制作的低脂液态奶在粘度、流变性、感官性质等方面与全脂液态奶无显著性差异（P 0.05） 。 关键词：乳清蛋白；脂肪替代物；粒径；液态奶；应用 中图分类号：(TS252.59) 文献标志码：A Preparation of whey protein based fat replacers and application in low fat milk Zhang Tie-hua1，Jiang Nan1，Liu Di-ru1，Hao Jin-feng2，Mao Chun-ling2，Guo Ming-ruo1* (1. College of quartermaster Science and Technology, Jilin University, Changchun 130062, China；2. School of Food Production Technology and Biotechnology, Changchun Vocational Institute of Technology, Changchun 130033, China) Abstract: This article studied the particle size distribution and stability of three fat replacers (WPC 7.00、WPC 8.50、WPI) and then analyzed their effects on viscosity, rheological properties and sensory qualities of low fat milk. Results showed that 72.4% particles of WPC 7.00 fell in the scope of 647.9 291.7 nm which could imitate fat to produce a similar consistency and greasy feel. Average zeta potential of WPC 7.00 was -45.5 9.71 mV indicating a stable solution. In terms of the viscosity, rheological behaviors and sensory qualities, there was no significant difference between the whole milk and 75% fat replaced low fat milk by WPC 7.00 (p 0.05). Key words：whey protein; fat replacers; particle; milk; application 0 引言 牛奶是一种营养成分齐全，组成比例适宜，容 易消化吸收的完全食品， 富含氨基酸和各种矿物质， 对人体生长发育和组织更新有着极佳的促进作用。 牛奶中含有的 3 羟-3 甲基戊二酸和乳清酶，能够有 效地抑制肝脏制造胆固醇， 具有降低胆固醇的作用。 然而，牛奶中过高的脂肪含量与现代人追求的 低脂消费理念相悖。研究表明摄入过量脂肪会引发 一系列疾病，如脑血栓、高血压、高胆固醇、冠心 病和青年肥胖症等1。营养专家建议尽量饮用脱脂 或低脂奶。目前，市面上已出现多种脱脂或低脂奶 制品，然而其生产工艺只是单纯的通过离心分离的 方式降低牛奶中的脂肪含量，使得牛奶的口感大打 折扣，味道寡淡、稀薄如水，为了解决这一问题， 脂肪替代物应运而生。 乳清蛋白是由干酪生产过程中所产生的副产品 乳清经过特殊工艺浓缩精制而成的一类蛋白质，具 网络出版时间：2014-07-04 17:21 网络出版地址： 偶数页页码 吉 林 大 学 学 报（工 学 版） 第 44 卷 有丰富的营养价值2。市面出售的乳清蛋白主要有 乳清浓缩蛋白（whey protein concentrate，WPC）和 乳清分离蛋白（whey protein isolates，WPI）两种。 根据蛋白质含量的不同，WPC主要分为四种，分别 为WPC-34、WPC-50、WPC-75、WPC-80，WPI的 蛋白质含量通常在90%以上3。乳清蛋白不仅营养 丰富且具有突出的功能特性，包括成胶性、搅打起 泡性、乳化性、涂层性和微胶束化等4。研究表明： 将乳清蛋白经过加热改性形成的凝胶进行破碎，得 到的处于舌头感官阈值之下的微细粒子，食用时会 产生类似脂肪的稠度和滑腻感5-7， 可以用来制作脂 肪替代物用于低脂食品的开发研究。 本项目以 WPC-80 和 WPI 为原料， 经过不同加 热改性和微粒化条件，制作了三种脂肪替代物，并 以不同比率替代脂肪制作成低脂液态奶，与全脂液 态奶和脱脂液态奶在粘度、流变性、感官性质等方 面进行比较，开发出最佳的脂肪替代物和低脂液态 奶产品。 1 材料与方法 1.1 材料与试剂 乳清浓缩蛋白WPC-80，希尔玛公司，美国；乳 清分离蛋白WPI（92%） ，希尔玛公司，美国；脱脂 奶，内蒙古伊利实业集团股份有限公司；安佳黄油 （脂肪含量为81.4%） ， 新西兰； 氢氧化钠 （分析纯） ， 北京化学试剂公司。 1.2 仪器与设备 ML3002 型电子分析天平，梅特勒托利多仪 器有限公司；PHS - 3C 型累磁 pH 计，上海精科有 限公司；IKA C - MAG HS7 型磁力搅拌器，德国艾 卡公司；JJ - 0. 06 /60 型高速剪切机，廊坊通用机 械有限公司；JHG - Q54 - P70 型试验用高压均质 机， 上海融合机械设备有限公司； HH SY11 型电热 恒温水浴锅，北京长源实验设备厂; ZETASIZER Nano-zs 型激光粒度仪，英国马尔文仪器有限公司； DV -III 型流变仪，美国 Brookfield 公司。 1.3 试验方法 1.3.1 脂肪替代物前体的制备8 将WPC-80和WPI分别配置成浓度为10%的溶 液，充分水化后，用2 mol/L氢氧化钠溶液调整乳清 蛋白溶液pH，然后水浴加热，使溶液迅速升温至 85并恒温保持一定时间，结束后采用冰水浴使溶 液迅速冷却至室温，并在4条件下放置24 h，使其 凝胶化，即得到脂肪替代物前体。三种脂肪替代物 前体的具体制备条件见表1。 表 1 三种脂肪替代物前体的制备 Table 1 The preparation of three kinds of fat replaces precursor 实验 编号 乳清蛋白 类别 溶液浓 度/(m/v) 调后pH 加热温 度/ 恒温时间 /min 1 WPC-80 10% 7.00 85 20 2 WPC-80 10% 8.50 85 30 3 WPI 10% 不调整 85 30 1.3.2 脂肪替代物的制备 将制备好的脂肪替代物前体经高速剪切，预热 到50后高压均质使其微粒化，得到三种脂肪替代 物，具体微粒化条件见表2。 表 2 三种脂肪替代物的制备 Table 2 The preparation of three kinds of fat replacers 实验 编号 脂肪替代 物前体 剪切速 度 /(r/min) 剪切时 间/min 均质压 力/MPa 均质时 间/min 1 WPC 7.00 10000 5 15 5 2 WPC 8.50 8000 2 10 3 3 WPI 9000 4 15 4 1.3.3 脂肪替代物粒径和zeta电位的测定9 采用ZETASIZER Nano-zs型激光粒度仪测定脂 肪替代物的粒径和zeta电位。首先用超纯水将微粒 化后的溶液稀释100倍， 稀释过程中， 确保无尘操作。 将约1 mL样品倒入聚苯乙烯样品池中测定粒径；将 样品注入弯曲式毛细管样品池中测定zeta电位。 1.3.4 低脂液态奶的制作 将三种脂肪替代物WPC 7.00、WPC 8.50、WPI 分别替代100%、75%、50%、25%的脂肪添加到脱 脂液态奶中， 调配成不同脂肪替代率的低脂液态奶， 具体配方如表3所示。 表 3 不同脂肪替代率的低脂液态奶 Table 3 Low fat milk in different fat replaced ratio 实验编号 脂肪替代率 脂肪替代物质量 /(g) 黄油质量 /(g) 1 100% 26.25 0.00 2 75% 19.69 8.06 3 50% 13.13 16.12 4 25% 6.56 24.19 第*期 张铁华，等：乳清蛋白基质脂肪替代物的制备及其在低脂液态奶中的应用效果 奇数页页码 1.3.5 低脂液态奶的制作工艺 首先将脱脂奶、脂肪替代物、黄油混合，预热 至50，20MPa均质， 85加热杀菌15 min，冷却 至室温即得到低脂液态奶成品。 1.3.6 液态奶粘度的测定10 采用美国Brookfield公司生产的DV -III型流变 仪测定粘度，参数设置：转速为250 r/min，测定时 间1 min， 每隔5 s取一个数据点， 取平均值计算粘度。 每个样品平行测定三次。 1.3.7 液态奶流变性的测定 采用美国Brookfield公司生产的DV -III型流变 仪测试液态奶的流变学特性。测定温度为25，剪 切率（s-1）由132.00增至330.00，每隔1 s采集一个 数据点，共采集30个数据点。每个样品平行测定三 次。 1.3.8 液态奶感官评价 邀请10名具有一定品评经验的人员进行感官评 价。评价前先进行30 h的培训，要求品评员们能够 定义牛奶的各种属性并熟悉强度范围然后进行打 分。每项指标的分数范围为1-15分，所有接受感官 评价的牛奶样品温度平均在20 0.5。 2 结果与分析 2.1 脂肪替代物的粒径分布 图1表示三种脂肪替代物的粒径分布情况。 图 1 脂肪替代物的粒径分布 Fig. 1 Particle size distribution of fat replacers 由图 1 可以看出， WPC 7.00 的粒径在 120.9 38.1 nm范围内的占 18.8%，在 647.9 291.7 nm 范围内的占 72.4%；WPC 8.50 的粒径在 79.2 28.3 nm范围内的占 40.2%，在 439.5 220.1 nm 范围内的占 59.8%； WPI的粒径在 57.9 28.9 nm 范围内的占 73.3%， 在 295.2 129.8 nm 范围内的 占 26.7%。研究显示：为了能够模拟脂肪的流动性 和滑腻的口感，需要将热改性凝胶破碎，使得颗粒 直径不得大于 10 m，但是粒径并不是越小越好， 当粒径小于 0.5 m时， 产品就不再呈现出奶油状的 质构，而是流动的、粘稠的凝胶结构11,12。由此可 见，脂肪替代物 WPC 7.00 更适合作为脂肪替代物 用于低脂乳制品的开发研究。 2.2 脂肪替代物的粒径分布稳定性 图2表示三种脂肪替代物的zeta电位分布情况。 图 2 脂肪替代物的 zeta 电位分布 Fig. 2 Zeta potential distribution of fat replacers 由图2可以看出，WPC 7.00的粒子电位在-41.7 6.4 mV范围内的占75.8%，在-59.2 4.5 mV范 围内的占24.2%，平均zeta电位为-45.5 mV；WPC 8.50的粒子电位在-43.5 6.5 nm范围内的占 100%，平均zeta电位为-43.5mV；WPI的粒子电位分 布在-37.0 5.0 mV范围内的占85.1%，分布在 -53.1 3.6 mV范围内的占14.9%， 平均zeta电位为 -39.0mV。综合以上三种脂肪替代物的平均zeta电位 情况，WPC 7.00的平均zeta电位最低，粒子间负电 荷斥力最大，粒径分布最稳定，更适合作为脂肪替 代物添加到液态奶中。 2.3 低脂液态奶的粘度 图3表示添加不同比率脂肪替代物对液态奶粘 度的影响，并与全脂液态奶和脱脂液态奶进行对比 研究。 图 3 添加不同比率脂肪替代物对液态奶粘度的影响 Fig. 3 Effect of adding different ratio fat replacers on viscosity of milk 偶数页页码 吉 林 大 学 学 报（工 学 版） 第 44 卷 由图 3 可以看出，对于 WPC 7.00，当脂肪替代 率为 75%时，低脂液态奶粘度与全脂液态奶粘度无 显著差异（P 0.05） ，而当脂肪替代率高于或低于 75%时，与全脂液态奶粘度差异显著（P 0.05） ；在滋味方面，添加脂肪 替代物WPC 7.00的低脂液态奶与全脂液态奶无显 著性差异（P 0.05） ，而添加脂肪替代物WPC 8.50 和WPI的低脂液态奶与全脂液态奶差异显著（P 0.05）。 感官评价试验表明，脂肪替代物WPC 7.00替代75% 脂肪时，仅在口感方面与全脂奶存在显著差异（P 0.05），脂肪替代物WPC 8.50替代50%脂肪时，仅 在滋味方面与全脂奶存在显著差异（P 0.05），而 第*期 张铁华，等：乳清蛋白基质脂肪替代物的制备及其在低脂液态奶中的应用效果 奇数页页码 脂肪替代物WPI替代75%脂肪时，在滋味和口感方 面均与全脂奶存在显著差异 （P 0.05） 。 综上所述， 最终确定用脂肪替代物WPC 7.00替代75%的脂肪制 作的低脂液态奶为最佳产品。 参考文献: 1 Anna G. 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