《食品科学》：河南科技大学陈树兴教授等：乳清蛋白-低聚木糖复合脂肪替代品的制备及其于再制干酪中的应用

为了在降低食品中脂肪含量达到减脂作用的同时，又能保持食品良好质地与口感，脂肪替代品应运而生。脂肪替代品按照制备原料可分为4 类：脂肪基脂肪替代品、蛋白质基脂肪替代品、碳水化合物基及复合型脂肪替代品，其中复合脂肪替代品则可融合每种基质的优势。再制干酪是一种由天然干酪与乳化盐、盐、乳制品及其他非乳制品成分混合，经加热、搅拌、冷却而成的营养价值很高的乳制品，且生产过程中大多添加了黄油或淡奶油从而导致成品的脂肪含量高达25%以上，高脂肪含量使注重健康饮食的消费者们望而却步。因此，对再制干酪进行减脂更加顺应消费者的需求，具有广阔的市场前景。

河南科技大学食品与生物工程学院的李倩文，梁 影，陈树兴*等研究利用低聚木糖湿法改性乳清蛋白，以接枝度与褐变程度为依据，确定最佳糖基化条件，制备糖基化乳清蛋白（GWP），以未糖基化乳清蛋白为对照，通过持水持油性、乳化特性、表面疏水性的测定及微观结构观察，分析GWP作为脂肪替代品基质所具备的优势，再对GWP进行微粒化，参考粒径分布确定剪切时间，使其达到脂肪的粒径范围，从而获得乳清蛋白-低聚木糖复合脂肪替代品，最后于再制干酪中进行应用研究。本研究旨在探究低聚木糖改性乳清蛋白后的GWP作为脂肪替代品的代脂潜力，以期为该复合脂肪替代品在减脂食品中的广泛应用提供理论依据与数据支撑。

01

接枝度及褐变程度分析

由图1A可知，随反应时间的延长，低聚木糖添加量为1%、3%、6%的GWP接枝度持续增加，在反应达到2 h时，低聚木糖添加量为6%的GWP接枝度最高，达到（29.28±1.53）%，随着反应时间进一步延长，低聚木糖添加量为1%、3%、6%的GWP接枝度开始降低，原因可能是在糖基化反应初期，蛋白质分子内部结构逐渐舒展，氨基基团暴露在分子表面，糖链共价接入蛋白体系，从而接枝度提高，而随着糖基化反应的进行，反应底物在逐渐减少，同时糖链的共价接入导致蛋白质空间位阻增大，一定程度上阻碍了反应物间的相互作用，并且变性后的蛋白质在持续热处理下发生了热聚集，从而导致其接枝度开始下降。从图1A还可看出，低聚木糖添加量9%、12%的GWP均在1.5 h达到较高接枝度，但与2.0 h的GWP（6%低聚木糖）接枝度并无明显差别。

由图1B可以看出，在糖基化反应过程中，各样品组的褐变程度整体上呈增加趋势，表明糖基化反应会改变糖基化蛋白的色泽，在反应进行到2.0 h时，低聚木糖添加量为3%、6%、9%、12%的GWP褐变程度差异不显著（P＞0.05）。适当的糖基化处理可修饰糖基化蛋白质的风味及色泽，且可避免糖基化中后期的部分产物对GWP在后续脂肪替代品的制备及应用造成感官上的负面影响，再综合考虑接枝度及成本后，本研究选择低聚木糖添加量为6%、湿热处理2 h作为进一步研究的工艺条件。

02

FTIR分析

如图2A所示，本研究采用FTIR中酰胺III带（1 220～1 330 cm－1）分析乳清蛋白二级结构。由图2B可知，与WPC相比，GWP中α-螺旋结构占比增加了176.54%，而β-折叠含量相对降低了4.37%。此外，GWP中β-转角含量相较于WPC明显减少，无规卷曲占比略有增加，这表明低聚木糖的共价接入改变了乳清蛋白的空间二级结构。

03

持水性与持油性分析

由图3可知，GWP的持水性相较于WPC提高了60.18%，这是由于糖基化导致乳清蛋白的二级结构改变，部分亲水基团内埋，使大量水分子被牢牢地包裹在亲水基团间的空隙中，从而提高了GWP的持水性；与WPC相比，GWP持油性提高了103.97%，这可能由于在糖基化反应过程中，蛋白质变性程度增加，蛋白分子充分展开，表面的疏水基团增加，进而增强了蛋白与油的结合能力，因此吸油性得以提高。GWP持水性及持油性的改善，有助于提高以乳清蛋白为基质的脂肪替代品在减脂食品中的应用价值，有利于完善产品的功能品质，以满足消费者对减脂或低脂产品的良好感官体验。

04

乳化性与乳化稳定性分析

由图4可以看出，与WPC相比，GWP的乳化性和乳化稳定性分别提高了30.81%、13.57%，可能由于WPC是水溶性蛋白，表面疏水性较低，经低聚木糖改性后肽链延长、二级结构得以改变，增大了其表面疏水性，疏水基团溶解于油滴中，而多糖的亲水基团溶于水中，使得蛋白质维持水油界面的能力增强，从而更好地发挥乳化作用。经糖基化改性后，以GWP为基质的脂肪替代品应用在高脂食品中时，GWP更好的乳化性与乳化稳定性可以避免食品的析油和沉淀，进而可以更好地体现应用效果，增大对油脂的取代率，且能维持产品的质地稳定性。

05

疏水性分析

由图5可知，在pH 6与pH 7的环境下，GWP的表面疏水性相较于WPC均有所提高，其中在pH 7的中性条件下，GWP比WPC的表面疏水性提高了1.48 倍。在pH 6与pH 7条件下，体系pH值接近蛋白质等电点，WPC分子表面负电荷量含量较少，溶解性小且受热易聚集，亲水部分被包埋，而糖基化使低聚木糖糖链共价接入改变了乳清蛋白分子的二级结构，多肽链舒展开来，疏水基团暴露在分子表面，因此GWP的表面疏水性提高。在pH 8的条件下，GWP的表面疏水性从pH 7时的（76.40±6.95）μg下降到了（31.01±2.26）μg，且相较于WPC也有所降低，这可能因为碱性条件下，蛋白分子聚集程度小，低聚木糖更容易与蛋白分子中的自由氨基共价结合，低聚木糖糖链上大量的亲水基团（—O—H）被引入体系中，且亲水性基团的暴露提高了蛋白溶解度，因此GWP的表面疏水性有所降低。

06

扫描电镜

由图6可知，WPC分子受热变性后聚集，形成了典型的表面较粗糙的堆积型凝胶，呈较为致密的海绵状三维结构。而经低聚木糖改性后的乳清蛋白则呈现片层结构，且表面光滑，这是由于在糖基化反应过程中，维持WPC球状结构的氢键、二硫键等化学键发生了断裂和重组，多肽链伸展，球状蛋白充分展开，得以形成片层结构，并且与蛋白质分子共价结合的糖链填充在乳清蛋白凝胶缝隙中，使得GWP表面更加平整光滑，从而减小咀嚼食品时舌头所感知到的摩擦力。以上结果表明，GWP相较于WPC而言，口感会更加滑腻，用以制备脂肪替代品则更具优势。

07

粒径分析

由图7可知，随着剪切时间的延长，样品D50呈下降趋势，在样品微粒化处理10 min时，D50在7.57 μm左右，符合以蛋白质为基质制备脂肪替代品的粒径要求，当微粒化时间继续增加至15 min时，样品D50在0.58 µm左右，此时体系呈现出易流动的黏稠状态。在综合考虑微粒化效果与能源经济后，选择在10 000 r/min转速下，对GWP样品剪切10 min，作为制备脂肪替代品的微粒化条件。

08

微粒化前后稳定性分析

由图8可知，各样品液的TSI值逐渐升高，说明样品稳定性逐渐降低，最终经微粒化剪切处理的GWP与GWP样品液的TSI曲线低于各自微粒化前样品组，这表明微粒化剪切能改善样品液的物理稳定性，原因可能是微粒化剪切使样品粒径减小，在分散液中均匀分布且不易发生沉降，因此稳定性较好。此外，无论微粒化前后，GWP样品液的TSI值最终均小于WPC样品液，这一结果可能是因为共价接入的低聚木糖高度水合导致分散系黏度增加，且蛋白质分子间具有负电荷斥力，因此阻碍了样品颗粒的聚集，导致颗粒不易沉降，从而提高了GWP样品液的稳定性。总之，微粒化后GWP样品液稳定性的提高可改善其作为脂肪替代品的感官品质。

09

再制干酪质构特性

由表3可知，替代率的增加使得再制干酪的硬度显著减小（P＜0.05）。由于再制干酪中添加的黄油在冷藏保存后，呈现固态特征，黄油含量的减少一定程度上降低了再制干酪的硬度。另一方面，蛋白质基脂肪替代品于食品体系中会产生一定程度的凝胶网络结构，从而再制干酪的内部结构变得相对疏松，导致硬度有所下降。此外，从表3得知替代率对再制干酪的弹性、内聚性、黏附性、咀嚼性影响并不显著（P＞0.05）。

10

再制干酪色差

由表4可知，所有再制干酪样品的红色a*值及黄色b*值均随着替代率的增加而减小，说明脂肪替代品所替代黄油的量越多，再制干酪样品色泽中所呈现出的红色和黄色越少，但所有再制干酪样品的亮度L*值之间并没有显著差异（P＞0.05），表明随着再制干酪中黄油被替代的量越多，样品的色泽由橘黄色逐渐向淡黄色过度，但所有样品的外观依然呈现出良好的光泽感。

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再制干酪的融化性

由图9可知，随着替代率逐渐增加至60%，再制干酪的融化性呈增加趋势，其中在黄油替代率为60%时，减脂再制干酪融化性较全脂再制干酪显著增大（P＜0.05），这可能由于脂肪替代品在受热时虽不会像脂肪那样融化，但它类似于滚珠轴承，同样促使减脂再制干酪的流动，因此减脂再制干酪的融化性并未因油脂的减少而变差。而当脂肪替代品添加量继续增加时，再制干酪的融化性开始显著降低（P＜0.05），这说明高温加热下样品的流动性减小，一方面是因为黄油被逐渐替代，可流动的油脂含量减少，导致再制干酪中的蛋白质体系被破坏的程度减小，因此再制干酪融化性降低；另一方面由于该脂肪替代品具有良好的乳化性及乳化稳定性，添加量越高，其维持样品体系的均匀性与稳定性的效果越明显，愈发阻碍样品的流动性，并且蛋白质基脂肪替代品在高温加热时还可能聚集形成一定程度的凝胶网络结构，这将进一步导致减脂再制干酪的流动性降低，即融化性相对减小。

12

感官评价

从表5可以看出，20%～60%替代率下减脂再制干酪的滋味和气味评分与全脂再制干酪均无显著差异（P＞0.05），但当替代率继续增加时，滋味和气味评分开始显著下降（P＜0.05），这可能由于黄油的独特风味变淡，蛋白粉味逐渐明显，且脂肪的滑腻感有所减少，从而导致黄油的替代率超过60%以后，滋味和气味评分明显降低，但所有再制干酪样品的组织状态、色泽及外观评分没有显著差异（P＞0.05）。最后由加权总分可知，在替代率为0%～60%时，各再制干酪样品的加权总分无显著差异（P＞0.05），但继续增加黄油替代率则导致减脂再制干酪的加权总分显著降低（P＜0.05）。因此，该复合脂肪替代品对再制干酪中黄油的最佳替代量为60%，在该替代率下，减脂再制干酪的感官品质与全脂再制干酪相当，而更高的替代率导致感官品质明显变差。

结论

本研究首先对GWP的制备条件进行优化，发现在pH 7、85 ℃的条件下，以6%低聚木糖对乳清蛋白糖基化改性2 h后，GWP可获得较高的接枝度，空间结构有所改变，乳化特性、持水性及持油性均较WPC有明显改善，在体系pH 7时，其表面疏水性显著高于WPC（P＜0.05），GWP呈光滑的片层结构，表明其具备良好的功能特性及类似油脂的疏水性状，且相较于WPC口感更加顺滑，将GWP微粒化处理10 min后，粒径达到7.57 μm左右，类似脂肪的颗粒大小，且溶液稳定性明显提高，此时GWP已具备作为复合脂肪替代品的基本条件；再对该复合脂肪替代品在减脂再制干酪中的应用进行探究，发现脂肪替代品的添加显著降低了再制干酪的硬度（P＜0.05），而各样品的弹性、内聚性、黏附性、咀嚼性均没有显著差异（P＞0.05），各样品外观均富有光泽，颜色向浅黄过度；黄油替代率为60%时，减脂再制干酪的融化性较全脂再制干酪显著增大（P＜0.05），当替代率继续升高融化率则开始呈减小趋势；此外，当复合脂肪替代品替代60%的黄油时，减脂再制干酪感官评价良好，且感官加权总分与全脂再制干酪相当，当替代率进一步增大，样品感官特性与加权总分均开始下滑。以上结论证实，以该GWP为基质的脂肪替代品的添加在降低脂肪含量的基础上保障了减脂再制干酪的品质，有助于开发具有良好感官特性与更高营养价值的减脂食品，可为复合脂肪替代品的进一步研究及应用提供数据与理论支撑。

本文《乳清蛋白-低聚木糖复合脂肪替代品的制备及其于再制干酪中的应用》来源于《食品科学》2023年44卷第20期53-61页，作者：李倩文, 梁影, 王晓楠, 等。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20230109-055。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。

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