《食品科学》：天津科技大学于景华教授等：乳清蛋白-果胶高内相乳液凝胶对低脂再制奶酪的品质影响

再制奶酪营养丰富，形式、口味多样，成为我国乳制品行业新的增长点。减少再制奶酪中的脂肪含量，开发低脂再制奶酪，是奶酪产业的重要发展趋势。目前，添加脂肪替代物是改善低脂再制奶酪品质的重要手段，主要包括脂肪基、蛋白质基、碳水化合物基以及复合型脂肪替代物这4 种类型。

目前，乳液凝胶在低脂食品的应用主要集中在改善产品的质地、口感和稳定性。乳清蛋白在适当的温度和pH值条件下具有良好的凝胶特性，是制备乳液凝胶的常见原料之一。果胶是一种天然的阴离子多糖，具有良好的胶凝性和乳化稳定性。本实验室前期研究中发现乳清蛋白-果胶乳液体系具有良好的稳定性，具有类似脂肪的结构和性能，在低脂酸奶中具有较好的脂肪替代效果。有研究发现乳清蛋白-果胶乳液凝胶在低脂蛋黄酱、低脂酸奶中作为脂肪替代物能取得良好效果，但以蛋白质-多糖基HIPEs替代再制奶酪中脂肪的研究较少。本研究利用乳清蛋白-果胶HIPEs作为再制奶酪的脂肪替代物，其作为一种新兴的脂肪替代物，在减脂食品中有着重要的应用价值和发展前景。

天津科技大学食品科学与工程学院的李红娟，李振，于景华*等研究通过制备不同油相体积分数的乳清蛋白-果胶/葡聚糖乳液凝胶，对比其粒径、质构、流变性、持水性和热稳定性，旨在评价HIPEs作为脂肪替代物在再制奶酪中的应用效果，以期为蛋白-多糖HIPEs在减脂食品中的应用提供支持和理论支撑。

一、乳液凝胶品质

1.1 粒径分析

当油相含量增加时，乳液凝胶的粒径会减小。这是由于油相比例升高会增加乳化剂与油相的相互作用，使得乳化剂分子聚集在油水界面上形成更紧密的包裹层，减缓粒子凝聚，从而减小粒径。此外，油相增加还会提高乳液凝胶的黏度，从而减缓粒子聚集速度，也会导致粒径减小。如图1所示，添加果胶后，乳液凝胶平均粒径显著变小，尤其是在75%油相样品中，果胶的添加导致乳液凝胶平均粒径从7.94 μm下降至2.89 μm。而在35%油相样品中，果胶的添加也使平均粒径从12.67 μm下降至6.55 μm，比葡聚糖效果更明显。这说明果胶能够与乳清蛋白复合形成更稳定的乳液凝胶，使其粒径变小。

1.2 激光共聚焦显微镜观察结果

图2为不同样品的激光共聚焦显微镜观察结果，其中绿色为脂肪，红色为蛋白。油相体积分数为35%时，油滴聚集成片，且大部分没有被蛋白网络包裹，因此，乳液凝胶的油滴在蛋白网络中无法起到较好的填充作用。研究指出油相体积分数大于64%时，高内相乳液以较为统一的球状排列，而体积分数大于74%时，以六边形结构紧密排列。可观察到WP75样品脂肪分布均匀且未发生聚集现象，能够支撑起蛋白质网络结构。说明脂肪颗粒和乳清蛋白-果胶复合物相互作用稳定，未发生分离和沉淀。而蛋白质包裹在脂肪颗粒周围，可以进一步保护脂肪颗粒，防止其被外界因素破坏。

1.3 流变特性

图3展示了不同体积分数和材料对乳液凝胶的弹性模量（G'）和黏性模量（G"）的影响。所有样品均表现出G'值超过G"值，符合乳液凝胶的典型半固体特性。在0.1～10 Hz的范围内，G'和G"随油相升高而增大，凸显油滴的填充作用。油相体积分数增加导致乳液凝胶的G'明显提高，这是因为油滴增多引起蛋白质含量相对下降，促进油滴间的静电排斥和合并，加强凝胶网络的形成，从而提升凝胶性能。油相体积分数达75%的HIPEs展现出更高的G'值，归因于油滴的紧密堆积，形成了高度弹性的网络结构。在图3a中，在相同油相比例下，WP的G'值高于WG。这是由于果胶与蛋白质相互作用更强，使网络结构更紧密稳定，从而提供更高的G'，这与Wijaya等证明变性乳清蛋白与果胶结合可使结构更致密的结论一致。果胶的三维网络结构能有效固定蛋白质分子，增加凝胶的稳定性，葡聚糖的相互作用较弱，网络结构不稳定，致使G'值较低。由图3b可知，所有实验样品G"均不具有频率依赖性，证明样品内部形成的是稳定的强凝胶，相较于WG75，WP75的G"更高，说明其黏弹性更强，在外部力作用下更不容易发生形变。

如图4所示，当剪切速率较小时，乳液凝胶的表观黏度会随油相体积分数的增大而增加，这是因为油相体积分数越高，油滴数量越多，从而增加颗粒之间的相互作用力，导致凝胶体系的表观黏度增加。当剪切速率逐渐提升时，表观黏度开始呈现下降的趋势，这是可能因为颗粒之间的相互作用力随着剪切的增加而减小，导致凝胶体系的流动性增强，表观黏度下降。当剪切速率达到一定程度后，颗粒间相互作用力被剪切力所克服，凝胶体系的流动性不再受到颗粒间相互作用力的影响，因此表观黏度处于较低的水平且趋于稳定。这与Pal介绍HIPEs具有剪切稀化特性的描述一致，将其归因于乳状液滴的乳化作用。在研究不同油相含量对表观黏度的影响时，发现油相含量越高，表观黏度也相应增大。另外，油相体积分数为75%时，相较于WG，WP的表观黏度更大，这是由于果胶的高分子特性，其与蛋白质分子间的相互作用强，从而导致表观黏度更大。

1.4 热稳定性

如图5所示，随温度的升高，Zeta电位绝对值呈现下降趋势。这一现象可能是因为高温处理引起乳液中乳清蛋白的构象变化以及形成大的凝聚体。具体来说，高温可能导致乳清蛋白发生变性，从而改变其在液滴表面的分布情况，一部分蛋白质可能从液滴表面解离，或者在表面聚集形成较厚的保护层。这些变化都有可能导致液滴表面电荷的中和或屏蔽，从而降低Zeta电位的绝对值，对于WP，其Zeta电位值降低较少（WP35：（-33.75±0.37）～（-27.8±0.81）mV、WP75：（-35.88±0.55）～（-33.58±1.92）mV），这表明该复合物在高温下具有更好的稳定性。这种稳定性可能源于果胶和乳清蛋白复合后形成的网络结构，该结构能够增强乳液中液滴间的空间排斥作用，从而维持乳液的稳定性。相比之下，WG在高温条件下的稳定性较差，这可能是因为葡聚糖与乳清蛋白复合物形成的网络结构相对较松散，且其电性质较为复杂，更容易受到高温影响。

1.5 持水性

由图6可知，不同油相体积分数的样品持水性具有明显差异。乳液凝胶的持水性能与其内部网状结构的粗糙度以及所受外力作用大小有关。相较于普通凝胶，HIPEs通常含有较高比例的油相，同时具有良好的持水性能。其原因在于HIPEs中油相可以在体系中形成连续的类似于海绵状的三维网络结构，这种结构可以提供较大表面积和复杂孔隙结构，从而增加对水分子的吸附和固定，提高保水性。样品WP75的持水性为97%，效果最好。乳清蛋白作为一种蛋白质，其营养价值和功能性较好，但保水性相对较差。而果胶作为一种多糖类物质，具有较高的保水能力和黏性，能够吸附和固定水分子，增加乳液凝胶的保水性能。因此，使用果胶与乳清蛋白复合形成的HIPEs，可充分发挥果胶的保水性能，提高乳液凝胶的持水性能。

样品WG75持水性为92%，相对于样品WP75，析出的水量有所增加。这一现象可能归因于葡聚糖与乳清蛋白在复合形成HIPEs过程中发生的相互作用，乳清蛋白的分子结构可能会影响葡聚糖分子上羟基基团与水分子形成氢键的能力，进而削弱复合物的持水性能。相比之下，果胶的分子结构较为简单，富含羧基和甲基基团，这些基团能够有效与水分子形成氢键，赋予果胶良好的亲水性和保水能力。尽管在与乳清蛋白形成HIPEs时，果胶的持水能力可能受到一定影响，但由于其独特的分子结构，其保水能力依然保持在较高水平。

二、低脂再制奶酪品质

2.1 油析性及熔化性

如图7所示，当奶酪中脂肪的含量发生变化时通常伴随着奶酪油析性和熔化性的改变。在脂肪含量相同时，添加HIPEs的再制奶酪油析性更小，说明HIPEs可以增加奶酪的均匀性和稳定性，防止脂肪相互聚集，从而降低了奶酪的油析性。样品15%-WP75与15%-W75相比，油析直径减小0.50 cm，说明样品WP75的乳化性强，15%-WP75的油脂颗粒更小，在样品中分布更均匀，蛋白质与油滴的作用力增强，使得油滴不易受高温影响而释放出来。

熔化性是再制奶酪的主要的功能性之一，它影响着再制奶酪的用途。由图7可知，脂肪含量低的样品（15%-WP75、15%-W75、15%-C）与脂肪含量高的样品（25%-WP75、25%-W75、25%-C）相比，熔化性更低，这是因为低脂再制奶酪中脂肪颗粒较少，无法形成完整的三维网络结构，导致热力学稳定性降低，熔化性变差。此外，低脂再制奶酪中蛋白质含量较高，易形成大量蛋白质网络，也会影响熔化性。而样品15%-WP75与15%-C相比，流动长度提高了0.8 cm，这是因为果胶与乳清蛋白复合后，乳清蛋白与酪蛋白的交联减少，使再制奶酪熔化性增强。

2.2 质构分析

测定再制奶酪的质构对评估整体品质至关重要，直接影响奶酪口感。由表3可知，脂肪含量越低的样品硬度越大，其中样品15%-C硬度最大，为1 550.32 g。脂肪在奶酪中起到润滑和增塑作用，脂肪含量低会导致奶酪质地更加干燥和紧密，从而导致硬度变大。而样品15%-WP75与15%-C相比，硬度降至1 161.78 g，这可能是由于蛋白质类脂肪替代物可以改善奶酪的风味和质地，而多糖类脂肪替代物能够改善奶酪的质地和持水性。相比于添加样品W75制作的低脂再制奶酪，添加样品WP75可以降低再制奶酪的硬度，其所形成的网络结构更加稳定，能够更好地包裹住水分和乳脂，使再制奶酪的质地更加均匀和细腻，同时也增加了奶酪的弹性。加入多糖可以替代脂肪作为蛋白基质填充物从而形成更软的凝胶体，也可以提高奶酪持水性从而形成松散结构，降低硬度。另外，样品15%-WP75的弹性、回复性与样品25%-C差异不显著（P＞0.05），能够达到全脂再制奶酪的特性，并且其黏聚性、胶着度以及咀嚼度都显著高于样品25%-C，说明样品15%-WP75内部的蛋白质网络结构更加密集和稳定，脂肪与其他组分的结合也更加紧密。

2.3 流变学特性

由图8可知，为研究HIPEs对再制奶酪流变特性的影响，对干酪样品进行频率扫描。所有样品的G'大于G"，且G’和G"均呈上升趋势，说明再制奶酪样品体现出一定的刚性结构。对于脂肪含量高的样品，样品25%-WP75和25%-W75的G'和G"均比样品25%-C小，说明添加HIPEs使低脂再制奶酪不仅有较软的质地，同时还具有一定的延展性，可能是因为HIPEs能够增强奶酪内部的水分保持能力以及改善脂肪的乳化状态，导致奶酪内部结构更加松散。脂肪含量低的样品中，样品15%-WP75相较于15%-C（低脂对照），G'和G"更小，说明其质地更加柔软和松散，进一步证明了2.2.2节质构特性分析中样品15%-WP75的硬度略小于样品15%-W75和15%-C。

比较乳清蛋白分别与果胶和葡聚糖在不同油相体积下制备的乳液凝胶的功能特性，利用性能良好的样品WP75评价再制奶酪中的代脂效果。研究发现，相比葡聚糖，阴离子多糖果胶的加入更能够增强与蛋白质分子间的相互作用，减弱液滴聚集；HIPEs由于其紧密堆积的空间网络结构，各方面特性都优于普通乳液凝胶。具体表现为WP75平均粒径大幅减小、脂肪分布均匀、热稳定性与持水能力提升，复合模量（G'和G"）会随着体系内油相体积的增加而升高。样品WP75能够增强再制奶酪的乳化性，促进体系中的水油融合，低脂再制干酪的质构、油析性及熔化性得到改善。本研究证实，添加以WP75为基质的脂肪替代物在降低脂肪含量的基础上保障了低脂再制干酪的品质，进一步拓展了HIPEs在低脂食品的应用研究。