（食品科学专业论文）以乳清蛋白为基质的脂肪替代品的研究.pdf

摘要 摘要 随着社会的发展，人们的消费观和价值观在不断地发生变化。食品中的脂肪 含量越来越受到人们的关注，过量的脂肪摄入会引发许多健康问题，随之出现了 脂肪替代品。以蛋白质为基质的脂肪替代品的开发研究最早开始于2 0 世纪8 0 年代，我国在这方面还没有开展深入的研究。乳清蛋白形成的热诱导性凝胶，经 微粒化工艺处理，可以使其凝胶颗粒达到1 0 岬左右，这种处于舌头感官阈值之 下的微细粒子，食用时可产生类似脂肪的稠度和滑腻感。本文以乳清浓缩蛋白和 酶法改性的乳清浓缩蛋白为基质，分别制备了脂肪替代品，并将其应用于低脂冰 淇淋。 首先，研究了乳清蛋白溶液的流变特性，确定了脂肪替代品的制备工艺。选 择制各脂肪替代品的原料为乳清浓缩蛋白w p c 一8 0 、p h 值7 0 、w p c 一8 0 浓度为 o 1 0 咖l 、无水c a c l 2 的浓度为o 0 0 3g m l 、黄原胶的浓度为o 0 0 5g ，m l 、热处 理温度为8 0 。 应用舢c a i a s e2 4 l 蛋白酶对乳清蛋白进行改性，分别以水解度2 5 的酶 解乳清蛋白制备脂肪替代品。脂肪替代品的硬度、酥脆性、胶着性、咀嚼度以及 粘着性会随着乳清蛋白水解度的增加，基本呈下降趋势。以乳清蛋白为基质的脂 肪替代品是假塑性流体，随着乳清蛋白水解度的增加，制备的脂肪替代品的粘度 下降、亮度下降、黄度增加。未经酶解的乳清蛋白制备的脂肪替代品质构与奶油 相似，水解度为3 的酶解乳清蛋白制备的脂肪替代品质构与氢化棕榈油相似。 采用粒径分布仪测定脂肪替代品制备过程中粒径分布的变化。在乳清蛋白溶 液中，5 0 的颗粒在1 3 3 2 肛m 以下。当形成凝胶后，5 0 的颗粒在3 3 4 9 肛m 以下， 微粒化处理1 5m h 后，5 0 的颗粒在1 0u m 左右，可以模拟脂肪的特性。采用扫 描电镜观察脂肪替代品制备过程中超微结构的变化，结果显示：乳清蛋白溶液中， 蛋白质颗粒均匀分散，颗粒较小：热处理后蛋白质颗粒膨胀，并形成了凝胶，表 面粗糙，但没有显示脂肪的光滑构造：而微粒化处理后的蛋白质凝胶表面变得光 滑、柔软，可以作为脂肪替代品。 将上述脂肪替代品应用于低脂冰淇淋中，替代普通中脂冰淇淋中2 5 的脂 肪。研究结果表明，低脂冰淇淋的各项感官指标均与中脂冰淇淋相当。当乳清蛋 白的水解度为4 时，制得的低脂冰淇淋的各项感官指标均优于其它试样。感官 评定结果表明，随着替代比例增大，所制得的无脂冰淇淋也能够被接受。 关键词：乳清蛋白；脂肪替代品；质构；粒径分布：微粒化 a b s n a c t a b s t r a c t a l o n gw i 也t h es o c i e t ) r sd e v e l o p m e n t ，p e o p l e sa m t i l d et o w 缸d sc o n s 啪p t i o na n d 也ev a l u e sc h a n g e sc o m i n u a l l yf a tc 0 i l t e n ti nf o o dr e c e i v e si i l c r e a s i n ga t t e i n i o n 丘o m p e o p l e e x c e s s i v ec o n s 硼叩t i o no ff a tm a y1 e a dt om a i l yh e a l t l lp r o b l e m s ，砌c h1 e dt o a p p e 蛐c eo ff a tr 印l a c e r s w h e yp m t e i n b a s e df a tr 印l a c e r sr e s e a r c h 痂哦b e g a i li n 1 9 8 0 r e s e a r c hi 1 1t h i sa r e ai nc h i n ai si ni t si r l f 抽c yw h e yp r o t e i i lc a nb em a d ei n t o f a tr e p l a c e r sb e c a u s eo f i 招g e l l i n gp r o p e m e s w h e nt h e yw e r ei l l i c r o p a n i c u l a t e d ，5 0 o f p 嘶c l es i z ei sa b o u t1 0p mi nd i a m e t c r t h e ym a yh a v e 也es h 血l a rf 乱l i c k n e s s a n dt 1 1 es l i p p e r ys o 印yf e e l i n g f a tr 印l a c e r sw e r ea p p l i e dt oi c e c r e 锄t h ef a t r e p l a c e r si n c l u d en a t i v ea n de n 巧m eh y d r o l y s e d 埘忙yp r o 把i n - b a s e d f i r s t l y ，w es m d i e ds e v e r a jr h e o l o g i c a lp r o p e r t i e so fw h e yp r o t e i na i l dc o n f i r i i l e d m ep r 印a r a _ t i o nm 弛o d0 f f a tr e p l a c e r s w p c 一8 0a sr a wm a t e r i a la n dp h7 ow 盯c c h o s e n t h ec o n c e n 缸a t i o no f w p c 一8 0w a so 1 0 m l ，t 1 1 ec o n c e n 仃a t i o no f c a c l 2w a s o 0 0 3 咖l ，廿1 ec o n c e n t r a t i o no fx a i h a nw a so 0 0 5 咖a la n d 也et e m p e r a _ t u r eo f h e a t i n g 、v 船8 0 s e c o n d l y ，w e 咖d i e d 也ee n z y m eh y d r o 坶s e dw h e yp r o t e m _ b a s e df 乱r e p l a c e r s 1 1 1 ef a tr c p l a c e r b a s e do n 、聊c 一8 0o fd 酶r e n td e g r e e so f h y 出o l y s i s ( d h ) w e r e o b t a i n e d 矗o mt h ew h e yp r o t e i nb yh y d r o l y s i sw 池a l c a l a s e2 4 lt op r o d u c es e m i s o l i d f a ti i i l i 伽o n st ob ei i s e da sf a tr e p l a c e r s 皿eh a r d n e s s ，妇t i l r a b i l 咄毋瑚m m e s sa i l d c h 由d n e s so f f a tr 印l a c e r sr e d u c e db a s i c a l l y 弱d hi n c r e a s e d w i 也i n c r e a s i n gd h ，t h e s c o s 时锄dt h el i g h t ( l ) o ft h ef a tr e p l a c e r sr e d u c e d ，w l m et 1 1 ey e l l o wi n c r e 鹊e d 1 h et e x t u r ep r o f i l ea n a l y s i s ( t p a ) o fc o 1w a ss i i i l i l a r 、i t hv 越t ec r e 锄e ra n d 恤 t p ao f d h3 、v a ss i i l l i l a r 谢吐ll l y d r o g e n a t e dp a l mo i l d 试n gf a tr 印l a c e rp r e p a r 撕o n ，w ee x a m h e d 也es i z ed i s m b u t i o n i nw h e y p r o t e i i ls 0 1 u t i o n ，5 0 o fp a r t i c l es i z ei ss m a l l e rt l l a l l1 3 3 2 ”mi i ld i 锄e t e ra f i e rg e l f o r r n a t i o n 也e ，f i f t yp e r c e n to fp a r t i c l eb e c a m es m a l l e r 也a n3 3 4 9p m 1 1 圮p 矾d e s b e c o m es m a l l e rw h e nt h e yw e r em i c r o p a n i c l ：l l a t e di i 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t i s6 t h ei c ec r e a mw l l i c hw a sm a d eb yr e p l a c i l l gf a t1 0 0 、 ，i t l lf a tr e p l a c e r sw a s a c c e p t a b l e t h r o u g hs e n s o r ye v a l u a t i o l l ，t h ep m p e r t yo ft h em e d i 岫- f 乱- c o n t e n ti c e c r e 锄诵t hw h e yp r o t e i nh y 出o l y 硫dp h 4 ) w 髂m e b e s t 1 1 1 es y n 也e t i cs c o r ew 鹤 t h eh i g h e s t k e ) w o r d ：w h e yp r o t e i n ；f a tr 印l a c e r s ；t e x t u r ep m f i l e 锄a l y s i s ( t p a ) ；p a n i c l es i z c d i s 岫b u t i o n ；m i c m p a n i c u i a t i o n i i i v9 6 8 2 2 6 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 本人为获得江南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名： 垄皇：赵日期：知“年彳月b 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规 定：江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名：吱a 、夏 导师签名：2 垄垒垒鳘： 石；蠹：占年g 月l 、日 第一章绪 论 第一章绪论 1 1 乳清蛋白概况 乳清是生产干酪时从牛乳中分离出来的液体部分。一般每生产1 蚝干酪可得到1 0 蚝 乳清。全世界每年生产干酪所产生的乳清约为9 0 0 0 万吨，可见其数量是相当大的。乳清 中含有约9 3 ( w v ) 的水分，乳清蛋白质约有1 ( w ) ，占牛乳蛋白质总量的1 8 2 0 ( w w ) 。在9 0 年代，由于膜分离技术和离子交换技术的进步以及对乳清蛋白认识的提 高，人们逐渐认识到乳清蛋白不仅具有很高的营养价值，而且具有许多独特的功能特性。 许多生产商看到了乳清蛋白产品广阔的市场前景，纷纷开发新项目来满足市场的需要。目 前乳清产品的种类有： 。 甜性乳清粉：由新鲜乳清干燥制得； 乳清浓缩蛋白( w p c ) ：采用凝胶过滤，吸收，超滤或多聚磷酸沉淀等技术，去除了大 部分的乳糖和盐分，去除非蛋白成分制得： 乳清分离蛋白( w p i ) ：w p i 是在w p c 的基础上经过进一步的工艺处理得到的高纯度 乳清蛋白，蛋白质含量可达9 0 以上，但其价格昂贵，是、p c 的2 3 倍。但是它更容易 消化吸收： 改性乳清产品( 低乳糖乳清粉，脱盐乳清粉) ：选择性的去除乳清中的乳糖或矿物质 而制得。 乳清蛋白中含有约4 8 的b 一乳球蛋白、1 9 的旷乳白蛋白、8 的免疫球蛋白、5 的血 清白蛋白和2 0 的蛋白月示一胨，还有少量的乳铁蛋白和乳过氧化物酶等。乳清蛋白的营养 价值很高，它含有组成蛋白质的全部2 0 种氨基酸，与血浆蛋白质相似，属于全价蛋白质， 生物价为8 8 。而且它的必需氨基酸含量高于普通的食用蛋白质，如表卜l 所示。如亮氨酸， 异亮氨酸以及缬氨酸，与f a 0 规定的氨基酸标准模式相比，能够满足人体氨基酸平衡的需 要。i 矾c 食品营养委员会指出，1 4 5g 的乳白蛋白相当于1 7 4g 的全蛋蛋白或者2 8 4 9 的 全乳蛋白，能够满足成人的日蛋白质的需要“1 。 表卜1 “乳清蛋白质必需氨基酸的含量 乳清蛋白具有许多功能特性，其功能特性主要包括： 溶解性和分散性。乳清蛋白在没有热变性的条件下，在较大的p h 值范围表现出良好 的溶解性。1 0 的w p c 溶液在正常产品p h 值和p h 2 0 条件下能保持其溶解性和分散性。 乳化性。乳清蛋白能在脂肪球和水滴之间形成一层界面膜，从而防止乳状液分层及凝 聚沉淀。 江南大学硕士学位论文 凝胶作用和持水性。在适当的热处理条件下，w p c 溶液能形成热变性不可逆凝胶。b 一 乳球蛋白和牛血清白蛋白( b s a ) 是乳清中两种主要凝胶蛋白。乳清蛋白开始形成凝胶的 温度和凝胶的特性取决于蛋白质浓度、p h 值，溶液中其他组分及其工艺条件。 1 2 脂肪替代品的研究状况 随着经济的发展，社会生活水平的提高，人们对食品的要求也越来越高。脂肪具有宜 人的口感，是许多风味物质的载体，深受消费者的喜爱。但是过量的脂肪摄入，会带来一 系列疾病，如肥胖症、高血脂、心脏病、动脉硬化、糖尿病、胆结石和痛风病等。1 人为健 康问题。同时过量摄入脂肪对健康存在的潜在危害从2 0 世纪6 0 年代起已经引起各国政府 的关注和警觉。瑞典、挪威、美国、英国相继建议消费者食品中由脂肪提供的能量占总能 量的比例应降低至3 0 以下o “。由于消费者对食品中油脂含量十分敏感，但又无法忍受单 纯减少脂肪带来的产品口感和质构比较粗糙，这样便诞生了脂肪替代品，顺应了时代的发 展。 研究表明，脂肪替代品有许多用途，首先它能够全部或部分代替天然油脂，保持全部 或部分天然油脂的食用特性；其次，脂肪替代品属于“低热值”食物，食用后能使人们摄 入的总热量保持在较低水平而没有饥饿感，使体内没有多余的热量转化为脂肪，甚至出现 摄入的总热量少于消耗的总热量的“负平衡”，这样就能起到真正的防肥瘦身作用，进而 预防各种疾病的发生。 脂肪替代品按照它们的组成成分不同可分为3 种：碳水化合物为基质的脂肪替代品、 人工合成脂肪为基质的脂肪替代品和蛋白质为基质的脂肪替代品”1 。 1 2 1 碳水化合物为基质的脂肪替代品 碳水化合物用于食品中替代部分脂肪已经有许多年的历史了。例如在色拉调味料中使 用黄原胶、卡拉胶来获得粘度和稳定性，玉米糖浆、葡萄糖浆弘勺水分活度控制剂在低脂 食品中使用。碳水化合物型脂肪替代品具有可以改善水相的结构特性，提供脂肪样的口感、 质构、流动性、润滑性、浑浊性和粘度等众多的脂肪特性。碳水化合物为基质的脂肪替代 品类型比较多，原料也比较丰富，目前这种类型的产品很多，简要介绍常见的几种。 胶体型。胶体类化合物用作稳定剂、增稠剂和胶凝剂，增加食品的稠度和胶状效应。 胶体类化合物包括卡拉胶、果胶、瓜尔豆胶、黄原胶和阿拉伯胶等胶体。 淀粉型。此类产品是使用玉米、木薯、山芋、小麦、大米、马铃薯、高粱等淀粉质为 原料，将它们用酸水解、酶水解、氧化、糊精化、交联作用来进行改性，可以在食品中提 供奶油样的润滑性和增加食品的粘稠度，从而可以模拟脂肪的感官特性。杨玉玲曾报道采 用籼米淀粉制备脂肪替代品。 纤维素型产品包括微晶纤维素、粉末状纤维素、羧甲基纤维素钠、甲基纤维素、改性 植物胶、羟基多元醇甲基纤维素和糖类胶等。它们在含水体系模拟脂肪可以改善质构、口 感、稠度，增加粘度、光泽、不透明度、油滑性和保水性。纤维素是经过物理或化学方法 处理后制成纤维素粒子，在水中分散后形成球珠状胶体溶液，一定量的这种胶体溶液可以 替代水包油溶液，产生类似脂肪的流变特性和口感。 第一章绪 论 混合型。将各种配料按一定的比例混合，可形成混合型脂肪替代品，能提供脂肪的感 官特性和特殊应用的功能性。美国的p 丑i z e r 公司用大豆、变性淀粉、琼脂等研制成一种水 包油型乳化液，可以l ：1 的替代蛋黄酱、色拉佐科、三明治浆汁等制品中的大豆油，使 产品中的脂肪含量降低6 7 ”。 1 2 2 人工合成脂肪为基质的脂肪替代品 人工合成类脂肪替代品是以脂肪酸为基础的酯化产品0 1 ，拥有类似油脂的物理性质， 能够很好地模拟脂肪的性质，能够替代高温油炸脂肪，填补了碳水化合物为基质和蛋白质 为基质的脂肪替代品的不足。其酯键能够抵抗人体内脂肪酶的催化水解，不参与能量代谢； 这类产品主要有蔗糖脂肪酸聚酯、其他含配糖体的脂肪酸酯和甘油类脂肪替代品。 1 2 3 蛋白质为基质的脂肪替代品 从2 0 世纪8 0 年代后期，随着脂肪替代品的产生，蛋白质为基质的脂肪模拟品也相继 出现，最早开发这一产品的是美国n u 仃a s w e e t 公司，s i i n p l e s s e 是其中的一种产品。它 是使用鸡蛋蛋白和乳清蛋白原料，通过微粒化工艺制作的，内部是乳清蛋白、外层为鸡蛋 蛋白的球形粒子，如图卜1 。它能够模拟脂肪的感官和功能性质。这种产品于1 9 9 0 年开始 上市。同年美国f d a 认可s i i n p l e s s c 圆为g r a s 食品，可以应用于冷冻甜食等食品中。同时， 这种产品具有营养方面的益处，例如它能够提供必需氨基酸( 赖氨酸和蛋氨酸) 。 图卜1s i m p l e s s 的微观结构图 目前美国市场上出现的蛋白质为基质的的脂肪替代品如表卜2 所示。其中，t 协b l a z e r 是采用短纤维状蛋白质来模拟脂肪的软滑口感的，它和s i m p l e s s 产品制作过程相似，在 蛋白质变性形成凝胶过程中进行微粒化操作。而u t a 这类产品是由不溶于水的玉米醇溶 蛋白不需要变性制得的，其制作过程与以上两种不同。 江南大学硕士学位论文 表卜2 。3 一些主要蛋白质为基质的脂肪替代品 1 3 蛋白质为基质的脂肪替代品的制备 据文献报道，以蛋白质为基质的脂肪替代品模拟脂肪的原理解释为：当蛋白质和胶类 物质混合时它们能够形成凝胶，能够提供类似脂肪的质构和功能特性；相对分子质量低的 蛋白质能够模拟脂肪来改变含有相对分子质量高的蛋白质产品的质构；微粒化 ( m i c r o p a n i c u l a t i o n ) 的蛋白质能够像小球一样提供脂肪的滑腻感。s i m p l e s s e 产品中鸡蛋 蛋白和乳清蛋白经微粒化工艺混合和剪切作用后，蛋白凝胶形成粒径仅1 0u i n ，内层是乳 清蛋白，外层为变性的鸡蛋蛋白，这种处于舌头感官阈值之下的微细粒子，食用时产生类 似脂肪的稠度和滑腻感”1 。 1 3 1 基质蛋白的种类 目前，以蛋白质为基质的脂肪替代品的原料来源主要包括鸡蛋蛋白、牛奶蛋白、乳清 蛋白、大豆蛋白、明胶和小麦蛋白。一些蛋白质模拟脂肪是通过微粒化工艺形成细微的 球状微粒来模拟天然油脂的口感和质地，另一些则模拟水合特性、乳化特性等。 1 1 1 _ l 大豆蛋白大豆蛋白产品有四种，即大豆粉( 也称全豆粉) 、浓缩大豆蛋白、分离 大豆蛋白和组织蛋白，在肉制品中主要用作乳化剂和粘结剂。大豆蛋白作为粘结剂用于肉 制品已有多年历史。美国曾规定，大豆粉和浓缩蛋白在肉制品中用量为3 4 ，分离蛋白 的最大用量为2 ”。大豆蛋白明显的缺点是有豆腥味，从而限制了其在肉制品中的应用范 围，近年来随着脱腥技术的开发和应用，大豆蛋白越来越多地用在肉制品中，如在香肠和 肉饼中可用到1 8 ，甚至高达3 0 ( 组织蛋白) ，并不改变传统肉制品的特征和风味，同时 还能给人一种多汁爽口的感觉。 4 第一章绪论 m e m i n d s 等人用水合分离大豆蛋白制成脂肪替代品，做出了风味及综合感觉都较好的 牛肉末馅饼嘲。分离大豆蛋白在保证制品应用感官质量的同时，可以使肉制品中的脂肪减 少2 5 7 5 ，热量降低2 0 7 0 “3 。它不仅避免了令人不愉快的豆腥味，还具有抗氧化作 用，可以减缓牛肉馅饼在冻藏过程中的颜色、风味变劣。 1 1 1 2 胶原蛋白胶原蛋白主要从猪肉皮中提取，呈白色纤维状，质地柔韧，经加热可 转化成明胶。明胶是动物皮、韧带和骨头熬制后得到的水溶性蛋白的混合物，作为脂肪代 用品可用于奶油生产，能产生奶油般的质构。添加1 0 1 5 的胶原蛋白能明显增强产品的 弹性和切片性，赋予制品以咬劲，口感柔嫩。 1 1 1 3 乳清蛋白和鸡蛋蛋白美国n u 廿a s w e e t 公司以乳清蛋白和鸡蛋蛋白为主要原料 名为s i m p l e s s e 圆的脂肪代替品。由于颗粒细小，再加上它包含一些乳化剂、抗絮凝剂等成 分，使该产品具有良好的类似脂肪的物理与口感特性。 1 1 1 4 交联蛋白转谷氨酰胺酶在低温条件下，可使蛋白质之间发生交联，交联的蛋白 质可作为脂肪替代品，生产低脂肉制品。n a v o 公司使用交联酪蛋白凝胶作为脂肪替代品应 用到肉制品中代替了5 0 的脂肪“1 。 日本的一项研究表明，利用转谷氨酰胺酶进行交联的明胶具有固体脂肪的性质，可以 部分代替猪脂，用于汉堡包的制作，降低汉堡包的脂肪含量与热量。在风味与口感方面与 传统汉堡包相比并不差，并且脂肪降低了2 0 ，满足了现代人低脂肪、低热量的饮食要求。 1 3 2 蛋白质为基质的脂肪替代品的制备方法 1 3 2 1 湿热处理 按照一定的比例配制混合液，随后进行湿热处理。其目的就是让隐藏在分子内部的疏 水基团暴露出来，增加体系的疏水性状。另外，在湿热处理的过程中各种蛋白质物料发生 缔合作用，形成了大分子络合物，增强了体系的稳定性，此时体系形成了凝胶。 凝胶的形成过程有三步，蛋白质的展开，形成可溶和不可溶的混合液或者凝胶。当微 粒在水相中的直径大于1 0 衄时能够感觉到有粉状不溶物，因此为了获得分散在水相中的 热凝胶蛋白质微粒，要防止过量的蛋白质变性和凝胶的形成。 1 3 2 2 微粒化处理 s i n g e re ta 1 于1 9 8 9 发现在加热的过程中使用剪切力可以破坏蛋白质聚集，能够形成直 径较小的微粒，这项技术获得了专利，称做微粒化技术9 1 。 为了能够模拟脂肪流动性、滑腻的口感特性需要对热变性凝胶破碎，使得颗粒直径不 得大于1 0 岫。但是，粒径并不是越小越好，当粒径小于o 0 5 凹时，产品就不再呈现出奶 油状的质构，而是流动的、油滑的粘稠凝胶结构。因此蛋白质微粒合适的大小、形状对于 产生类似于脂肪的口感是必不可少的。 微粒化处理是制作脂肪替代品的重要环节，因此要根据具体情况选择剪切速度和时间 来达到微细化的目的。经过微粒化处理的凝胶具有了类似脂肪的感官性状，因此可以直接 添加到食品体系中替代部分或者全部脂肪。此外，也可以进行冷冻干燥或喷雾干燥制作成 粉末再使用。 江南大学硕士学位论文 1 4 蛋白质为基质的脂肪替代品在食品工业中的应用 由于蛋白质为基质的脂肪替代品热稳定性比较差，它的应用范围受到很大的限制。它 不能在高温和油炸食品体系中应用，在这些食品体系中它会失去模拟脂肪的特性，并且只 能够在o w 型的乳化体系中使用。蛋白质为基质的脂肪替代品主要应用在冰淇淋、酸奶、 奶酪、酸性奶油删冷冻或中等温度的食品中替代脂肪，不同种类的脂肪替代品的替代程度 也不相同。在冰淇淋中，它可以部分、甚至完全代替脂肪。 以蛋白质为基质的脂肪替代品中通常含有牛奶成分，因而这类产品在传统食品中的应 用比碳水化合物为基质的脂肪替代品要广阔的多“”。 1 4 1 在冰淇淋中的应用 北美存在这样一种趋势：低脂食品的消费越来越高。尽管如此，脂肪的摄入量仍然超 过正常推荐量，由此可以看出，低脂食品的市场前景十分广阔。其中，低脂冰淇淋是低脂 食品领域里的一部分，它是消费者喜爱的一种食品，随着冰淇淋物理结构的提高，它的质 构也会有很大的改善，其中使用脂肪替代品来减少冰淇淋中脂肪的量是可行的。这种脂肪 替代品可以是碳水化合物为基质的，也可以是蛋白质为基质的。蛋白质为基质的脂肪替代 品具有良好的乳化和滞水作用，能够使得冰淇淋水分的分布更加均匀，以防止由于冰晶的 形成给产品带来不良的砂感，同时也能提高产品的抗融性“。0 h m e s ，m a r s h a l l ，h e y m a 蚰 等人研究了使用不同蛋白质原料的脂肪替代品来替代冰淇淋中脂肪的效果，结果表明，替 代部分脂肪是能够被消费者接受的“。 1 4 2 在酸奶中的应用 酸奶是一个能够很好地体现牛奶优点的食品体系，它有许多功能特性，例如改善消化 功能、提高人体的免疫力、降低人体血清胆固醇含量等。据报道，在墨西哥，酸奶的消费 量逐年增长，1 9 9 4 年酸奶的消费量为1 3 9 4 2 7 万吨，到了2 0 0 2 年增加到3 2 8 2 0 0 万吨“”。 人在摄入酸奶的同时也会摄入较多的牛奶脂肪，为了确保人体的健康，要求减少食用含有 脂肪的牛奶产品，其中包括酸奶。 尽管酸奶中的脂肪含量不高，过量的酸奶摄入也会带来诸如心血管疾病的发生，为了 减少酸奶中脂肪的含量可以使用脂肪替代品代替部分脂肪。与一般的酸乳饮料相比，发酵 酸奶含有较多的固形物和乳酸，脂肪含量也比较高。添加蛋白质类型的脂肪替代品到发酵 酸奶中去能够赋予酸奶更好的稠度，不会出现乳清析出和脱水收缩现象。而且在酸奶贮存 过程中，脂肪替代品的添加并不对酸奶的风味、质构和色泽等特征产生副作用。研究结果 表明，在酸奶中添加0 7 5 的蛋白质为基质的脂肪替代品并不改变蛋白含量、风味，可增 加体系的p h 和l ( 白度) 值。在贮存期间，体系的总酸度、总固形物含量、脂肪、灰分 和酸奶的硬度都有所提高“。 1 4 3 在奶酪中的应用 随着消费者对低脂食品喜爱的增加，自1 9 8 0 年以来低脂奶酪的生产量有了很大的提 高。然而，在奶酪中，脂肪扮演着重要的角色，它对产品的风味、质构和表观特点都有很 大的影响。如果去除奶酪中的脂肪，就会对奶酪的质构、功能特性以及感观上产生粗糙感、 6 第一章绪 论 苦味、风味不足或丧失、融化性降低等不良影响“。因此，为了提高低脂奶酪的质构和风 味建议使用脂肪替代品。 蛋白质为基质的脂肪替代品能够结合水并且改善质构，还能够提高低脂奶酪的感官和 功能特性。研究表明，使用脂肪替代品替代部分脂肪，使得奶酪中的脂肪含量小于6 ，此 时奶酪的持水能力和功能特性都有了很大的提高。但是，这种奶酪的货架期比一般的奶酪 要短一些m 1 1 4 4 在曲奇中的应用 曲奇是我们喜爱的一种食品，但大多数曲奇中含有大量的脂肪，但这对我们的健康是 不利的。在曲奇中，质构、风味和表观性状是主要的质量指标。脂肪能够提供令人喜爱的 质构和口感，是曲奇中重要的成分。 如果减少曲奇中脂肪的量，产品的耐咀嚼度增加，持水性会降低“”，使用脂肪替代品 可以降低脂肪的量，同时增加它的嫩度和脆性“”又不影响产品的品质。经研究发现许多类 型的脂肪替代品都可以在曲奇中替代部分脂肪，其中包括蛋白质为基质的脂肪替代品。 1 5 本课题的立题意义 众所周知，脂肪作为三大营养要素之一，对食品的风味、口感、质地等感官特性起着 非常重要的作用。脂肪除了能提供我们以滑腻的口感及良好的风味外，还能提供人体生理 活动所必需的能量，而且是人体必需脂肪酸、氨基酸、前列腺素的来源和脂溶性维生素的 载体。 但脂肪的过量摄入会影响到人们的身体健康。现代医学研究表明，心血管疾病、糖尿 病、高胆固醇、冠心病、几种癌症及肥胖等都与脂肪过量摄入有直接关系。随着社会不断 进步，人们消费观和价值观在不断发生变化，食品中的脂肪含量越来越受到人们的关注。 为此，进入2 0 世纪食品行业进行的第一次革命，就是用植物油代替动物脂肪；现在国际 食品行业进行的第二次革命，是生产低脂或无脂食品。8 0 年代早期人们单纯地从食品中去 除部分或全部脂肪来降低食品中脂肪的含量，但是这种做法，严重地影响了食品的外观、 口感和风味。一种食品如果没有良好的外观、口感和风味，即使对健康有利，也不能吸引 消费者，不会有市场。 因此研究开发脂肪替代品是非常有意义的。脂肪替代品是一种具有脂肪某些令人期望 的物理和感官性质，能被人体消化和吸收，但提供人体较低能量或对人体不提供能量的物 质。脂肪替代品用于食品中不仅能使食品产生与高脂食品相似的感官性状，而且以脂肪替 代品替代部分或全部脂肪可以降低食品的热量，从而减少人体因摄入过多高油高脂食品而 引起的冠心病、高血压等多种疾病的发病率。 乳清浓缩蛋白( w p c ) 在干燥状态下含有2 5 9 5 的可溶性乳清蛋白。生产中要采用 凝胶过滤，吸收，超滤或多聚磷酸沉淀等技术，去除了大部分的乳糖和盐分，脂肪的含量 也较低，因此具有较好的乳化和凝胶特性，适合替代部分脂肪也可以用来制作脂肪替代品。 江南大学硕士学位论文 1 6 本课题研究的主要内容 本课题主要是研究以乳清蛋白为基质的脂肪替代品，通过热处理，微粒化操作来达到 模拟脂肪的目的，并将其应用在冰淇淋中。具体研究内容如下： 1 脂肪替代品制备工艺的研究。分别研究了p h 值对乳清蛋白变性温度的影响，蛋白质含 量对胶凝温度的影响，乳清蛋白形成凝胶的临界浓度，确定脂肪替代品制备时c a 2 + 浓 度和黄原胶浓度。通过粒径分布确定微粒化处理的时间。扫描电镜观察在脂肪替代品 的制备过程中蛋白质超微结构的变化。 2 使用舢c a i a s e 蛋白酶水解乳清浓缩蛋白( w p c 一8 0 ) ，制各不同水解度( d h ) 的乳清蛋 白为基质的脂肪替代品，并研究他们的质构和流变性质。通过粒径分布确定微粒化处 理时间，扫描电镜观察在脂肪替代品的制备过程中蛋白质超微结构的变化。 3 将脂肪替代品应用于中脂冰淇淋中。分别研究了不同脂肪替代率和性质不同的脂肪替 代品对冰淇淋浆料的粘度、膨胀率、抗融化性、硬度和粘弹性的影响，并通过感官评 定对口感、硬度、均匀性和味道四项指标打分，最后做出综合评价。 第二章以乳清蛋白为基质的脂肪替代品的制备工艺 第二章以乳清蛋白为基质的脂肪替代品的制备工艺 2 1 前言 乳清蛋白在食品工业中有广泛的应用，乳清蛋白作为食品组分能够赋予食品各种感官 和功能性质。乳清浓缩蛋白( w p c ) 有良好的溶解性、吸水性、胶凝性、搅打性等功能 ，其中w p c 的胶凝性能用于调整食品的质地如硬度、粘结性和弹性。 乳清蛋白质溶液在受热时能够形成可逆或者不可逆凝胶，图2 1 表明了蛋白质变性胶 凝过程。 聚合 眵一 图2 1 蛋白质变性胶凝过程 乳清蛋白热胶凝过程中，发生与蛋白质固有特性相关的分子水平的状态转变：蛋白质 变性、展开、凝聚、形成凝胶。 但是单一的乳清蛋白的胶凝性质并不十分理想。研究表明在乳清蛋白中添加一些辅料 如黄原胶和钙离子能够改善乳清蛋白的胶凝特性。 据文献。1 报道，蛋白质形成凝胶后将其破碎，当其颗粒直径达到1 0 肛m 左右时就可以 作为脂肪替代品。为了能够更好的模拟脂肪，本章主要研究了在脂肪替代品制备过程中蛋 白质溶液p h 值的确定，乳清蛋白种类的选择，乳清蛋白浓度的确定，以及无水c a c l 2 添 加量的确定和黄原胶含量的确定。最后通过粒径分布分析脂肪替代品制备过程中蛋白质颗 粒的变化，通过扫描电镜观察脂肪替代品制备过程中蛋白质超微结构的变化情况。 2 2 材料与方法 2 2 1 实验材料 乳清浓缩蛋白w p c 一3 4 ( 蛋白质含量为3 4 )上海格信贸易有限公司 9 江南大学硕士学位论文 乳清浓缩蛋白、v p c 一8 0 ( 蛋白质含量为8 0 ) 乳清分离蛋白w p 卜9 0 ( 蛋白质含量为9 0 ) 无水氯化钙 氢氧化钠 2 2 2 主要仪器 p 河s l 型差示扫描量热仪 a r l o o o 流变仪 组织捣碎机 p h s 一2 c 型精密酸度计 粒径分布仪s t e r s i z e r2 0 0 0 x l 一3 0 w 1 n c a 型扫描电子显微镜 恒天然有限公司 泛亚乳品有限公司 上海泗联化工厂 分析纯 英国p e 公司 美国t a i n s t n 】m e n t s 公司 上海标本模型厂 上海精密科学仪器有限公司 英国马尔文仪器有限公司 荷兰f e i 公司 2 3 实验方法 2 3 1p h 值对乳清蛋白变性温度与变性焓的影响 称取5 份w p c 一8 0 分别加入到不同p h 的n a 2 h p 0 4 - n a h 2 p 0 4 缓冲溶液中得到浓度为 o 2 0 咖l 的蛋白质溶液。以空铝盒为参照，用差示扫描量热仪以1 0 m i l l 的速度进行程 序升温，测定变性温度和变性焓。 2 3 2 线性牯弹区的测定 在常温下配制o 1 0 咖l 的、v p c 一8 0 溶液。固定频率为1h z 进行应力扫描，确定其 线性粘弹区。 2 3 3 凝胶性能的测定方法 采用a r l 0 0 0 型流变仪的平行板测定体系的粘弹性和胶凝温度。在线性粘弹区，对其 施加一个小振幅正弦振荡的应力，固定频率为lh z ，测定样品的g 、g ”和胶凝温度。 流变测定时采用的夹具及参数设定如下： 夹具：4 0 m m 平行板( 使用油封) ； 平板间隙：1 m m ；加样量：o 6 i n l ； 振荡扫描程序：升温扫描，2 0 1 0 0 ，4 m i n ； 振荡扫描参数：角频率：1 o “s ；应力：1 o p a 2 3 4w p c 一8 0 溶液形成凝胶的浓度确定 在常温下配制浓度分别为0 0 5 咖l 、o 0 7 咖l 、0 0 8 咖l 、0 1 0 咖l 的w p c 一8 0 溶液，搅拌使蛋白质充分溶解，溶液的p h 为7 0 ，测定其流变性质。 2 3 5 蛋白质含量对乳清蛋白溶液流变性质的影响 在常温下配制0 2 0g l l 的w p i 一9 0 、w p c 一8 0 、w p c 一3 4 三种不同的乳清蛋白溶液， 搅拌使蛋白质充分溶解，溶液的p h 为7 0 ，测定其流变性质。 2 3 6c a ”浓度对w p c 一8 0 溶液流变性质的影响 在常温下配制o 1 0 咖l 的w p c 一8 0 溶液并搅拌，使蛋白质充分溶解，溶液的口h 为 第二章以乳清蛋白为基质的脂肪替代品的制备工艺 7 o 。添加无水氯化钙，使其浓度分别为0 、o 0 0 3 酌n l 、0 0 0 6 r n l 、0 o l o 咖l 、o 0 1 5 咖l ， 测定其流变性质。 2 3 7 黄原胶含量对乳清蛋白溶液流变性质的影响 配制3 份o 1 0 m l 的w p c 一8 0 溶液，分别加入不同量的黄原胶使其浓度分别为0 0 0 5 幽n l ，0 0 1 0 鲈n l ，0 0 1 5 幽n l 。磁力搅拌器搅拌lh ，使蛋白质充分溶解，调整溶液的p h 至7 o 。然后将准确称量的无水c a c l 2 分别放入溶液中使得无水c a c l 2 的浓度为0 0 0 3g m l ， 快速搅拌，使用a r l 0 0 0 流变仪，在线性粘弹区内测定g ，g ”以及胶凝点。 2 3 8 脂肪替代品的制备工艺流程 按一定比例混合物料一恒温溶解，并不断搅拌一调节混合液p h 至所需值一恒温水浴 加热变性一冷却至室温一破碎凝胶 2 3 9 粒径分布 加入样品，采用粒径分布仪m a s t e r s i z e r2 0 0 0 进行测定。 2 3 1 0 扫描电镜观察脂肪替代品的超微结构 凝胶在4 下放置5 天后用5 戊二醛固定，然后再依次进行磷酸缓冲液漂洗，1 锇酸 固定，乙醇梯度脱水，二氧化碳j 脑界点干燥后用扫描电镜观察，加速电压：2 0 k v 。 2 4 结果与讨论 2 4 1p h 值对乳清蛋白变性温度与变性焓的影响 热处理是食品加工中最常用的加工手段，蛋白质受热后分子动能增加，从而使维系空 间结构的次级键断裂，与水的亲和力降低，水化膜被破坏，蛋白质颗粒凝集形成不溶性凝 固体。这种蛋白质的热变性是食品中最常见的变性形式，也是对蛋白质稳定性影响最大的 因素之一。当一个蛋白质溶液被逐渐地加热并超过临界温度时，它产生了从天然状态至变 性状态的剧烈转变，在此转变中点的温度被称为熔化温度t m 或变性温度t d “”。d s c ( 差示 扫描量热法) 能直接给出蛋白质热变性过程的温度和能量变化，是研究蛋白质构象变化和结 构稳定性的一种非常有效的方法“”。当达到蛋白质的变性温度时，在热分析图谱上会出现 一个吸热峰，根据吸热峰、峰面积可以确定蛋白质的变性温度、变性热等参数。利用这些 参数可以了解蛋白质的稳定性，以及变性动力学等，这是利用热分析法研究蛋白质的基本 依据1 ”1 。 在不同p h 下，测定o 2 0 酌1 l lw p c 一8 0 的变性温度和变性焓，其对应的d s c 图谱见图 2 2 。 乳清蛋白质分子在加热条件下发生一定程度的变性，蛋白质的空间结构被破坏，原来 有规则的多肽链排列成为混乱的无序状。“。在适宜p h 下蛋白质分子之间能够接近到足够近 的距离，有利于分子间发生疏水键合如巯基，二硫键作用形成分子间交联，有助于蛋白质 凝聚物的形成，最后生成具有不可逆性的蛋白质凝胶o ”。 一 望堕奎堂堡主堂篁丝奎 目目mh 2 t q m r q b “44 ”“- 。“。”。” 1 屿自nq d ewbw出 ，j日日h目m n h h nk m f o e f 图2 2 浓度为o 2 0 咖l 的w p c 一8 0 溶液在不同p h 下的差热分析图 p h ： a ) 5 0 ；b ) 6 0 ： c ) 7 o ；d ) 8 o ；e ) 9 0 ：f ) 1 0 o 1 2 一。 洲 c 第二章以乳清蛋白为基质的脂肪替代品的制备工艺 从图2 2 可以看出，当乳清蛋白溶液的p h 值从5 0 升高到l o 0 时，蛋白质的变性温 度从8 2 2 下降到6 5 2 ；变性焓从3 0 6j 幢下降到0 2 5j 悖，可见p h 值对蛋白质热稳定 性影响很大，且随着p h 值的升高，乳清蛋白质的变性温度下降，这是因为随着p h 的升高， 乳清蛋白分子的净电荷增多，蛋白质分子间的静电排斥作用增强，使得部分蛋白质的分子 结构从有序态变为无序态，故蛋白质在较低的温度下就会