混料设计在中老年牦牛乳蛋白粉配方研究中的应用

罗丽，宋礼，崔广智，苏德亮，李亚萍，张兰威

（1.甘肃华羚生物技术研究中心，甘肃兰州730000；2.国家乳品加工技术研发分中心，甘肃兰州730000；3.哈尔滨工业大学食品科学与工程学院，黑龙江哈尔滨150090）

随着年龄的增长，人体各个组织、器官均发生一系列退行性变化，组织器官功能降低，基础代谢降低，对蛋白质的消化率和利用率降低，体内酶活性降低，脂质过氧化物聚积，血管逐渐硬化，易引起高血压、动脉粥样硬化和冠心病，骨钙流失较多，易发生骨质疏松[1]。研究表明，牦牛乳比黑白花牛乳中各指标含量均高，其中干物质、脂肪、蛋白质、碳水化合物、非脂乳固体、矿物质分别比荷斯坦牛乳高36.98%、106.56%、81.85%、9.41%、3.81%、20.34%[2-4]。此外乳牦牛乳中还富含免疫球蛋白、乳铁蛋白、DHA、共轭亚油酸等多种功能性成分，其中牦牛乳中酪蛋白约占总蛋白的76%～86%，包括α-酪蛋白、β-酪蛋白、κ-酪蛋白，其次是α-乳白蛋白、β-乳球蛋白和免疫球蛋白[5-7]。IgG、IgA和IgM是存在于牦牛乳中的3类主要免疫球蛋白，其中IgG占主导地位[8]。本研究研制的中老年牦牛乳蛋白粉，以分散性和感官评分为目标条件，综合分析各原辅料的营养特性，结合中老年人对食品营养的需求，通过混料设计[9-10]优化大宗原料的混合配比，最终研制出口感良好、营养丰富的中老年牦牛乳蛋白粉配方。

1 材料与方法

1.1 材料

牦牛乳粉：甘肃华羚乳品股份有限公司；乳清蛋白（WPC80）：新西兰进口；大豆分离蛋白：杜邦中国集团有限公司；酪蛋白磷酸肽：丹麦Arla；复配维生素、复配矿物质（食品级）：帝斯曼中国有限公司；碳酸钙：食品级。

1.2 主要仪器和设备

AL104型电子天平：梅特-托利多仪器有限公司；V型粉末混料机：达运机械有限公司；DZKW恒温水浴锅：上海试验仪器厂。

1.3 方法

1.3.1 单因素试验

中老年牦牛乳蛋白粉配方设计中，以乳清蛋白、牦牛乳粉为主料，辅以大豆分离蛋白、碳酸钙和复配维生素、复配矿物质、酪蛋白磷酸肽，通过配比优化，使口感与溶解分散性符合产品要求。产品配料中，酪蛋白磷酸肽0.1%，复配维生素0.2%，复配矿物质0.2%，碳酸钙0.5%左右，通过单因素试验优化牦牛乳粉（6%、8%、10%、12%、14%），乳清蛋白（82%、84%、86%、88%、90%），大豆分离蛋白（2%、4%、6%、8%）添加范围，按表1进行感官评分，结合溶解分散性，确定混料设计配方的添加量范围。

1.3.2 混料设计

本试验采用Design Expert（Version 8.0.6），通过混料设计中的D-Optional方法，对中老年牦牛乳蛋白粉配料牦牛乳粉、乳清蛋白、大豆分离蛋白和碳酸钙用量进行优化。试验设计如表1。

表1 试验变量与响应值的目标范围Table 1 Desirable range for each variable and response

1.3.3 产品评价指标和方法

1.3.3.1 感官评价

选择10名具有感官评价能力的人（无特殊口感偏好），采用打分制对中老年牦牛乳蛋白粉溶解后色泽和组织状态、滋气味、口感在同一标准条件下进行感官评分，具体评分标准见表2。

表2 感官评价标准Table 2 Sensory evaluation standard

1.3.3.2 分散性测定[11]

在250 mL烧杯中加入100 mL去离子水，放入50℃恒温水浴中，加入10 g牦牛乳蛋白粉，记录从搅拌开始到结块组织全部分散所需的时间。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 牦牛乳粉添加范围确定

牦牛乳粉添加量确定见图1。

图1 牦牛乳粉添加量确定Fig.1 Determination of yak milk powder content

由图1可以看出，随牦牛乳粉添加量增加，产品感官评分出现先上升后下降的趋势，产品溶解分散时间逐渐降低。当牦牛乳粉添加量10%～12%时，产品感官评分相对较高，由于牦牛乳粉具有浓郁的膻味，随着添加量的增加，膻味逐渐被凸显，影响产品整体感官。牦牛乳粉添加量8%～14%时，产品溶解分散时间下降较快。因此选择添加量为10%～12%为混料设计所需的水平范围。

2.1.2 乳清蛋白添加范围确定

乳清蛋白添加量确定见图2。

图2 乳清蛋白添加量确定Fig.2 Determination of whey protein powder content

由图2可以看出，随着乳清蛋白添加量增加，产品感官评分出现先上升后下降的趋势，产品溶解分散时间逐渐增加。当牦牛乳粉添加量为86%时，产品感官评分最高，但溶解分散时间明显延长。研究表明，乳清蛋白可以抑制肝脏肌肉脂肪合成酶（muscle fat synthetase）的活性，从而使身体脂肪的积累减少，同时也能够剌激肌肉组织C存糖原能量物质以适应长时间不间断的耐力训练[12]。但乳清蛋白易个风味物质结合，使产品具有发酵味、酸味、苦味等不良风味，且添加量过高时，产品感官黏性较大，从而影响产品口感[13-14]。因此，乳清蛋白添加量在84%～86%。

2.1.3 大豆分离蛋白添加范围确定

大豆分离蛋白添加量确定见图3。

由图3可以看出，随大豆分离蛋白添加量增加，产品感官评分出现先迅速上升后缓慢下降的趋势，但在4%～8%之间，感官差异不大。随着大豆分离蛋白添加量的增大，产品溶解分散时间逐渐延长，因此确定大豆分离蛋白添加量为4%～6%。

图3 大豆分离蛋白添加量确定Fig.3 Determination of soybean protein isolate powder content

2.2 混料设计

2.2.1 模型建立及评价

混料设计评价表见表3。

表3 混料设计评价表Table 3 Mixture design and evaluation

2.2.2 方差分析

由表3所列感官评定和分散性测定结果，利用软件对响应值感官分值结果进行二次多项式回归拟合，建立感官分值和分散性的回归模型，得到的回归方程方差分析结果如表4、表5所示。

表4 感官评分回归模型方差分析Table 4 ANOVA of the regression model analysis of sensory score

表5 分散性回归模型方差分析Table 5 ANOVA of the regression model analysis of dispersity

感官评分回归方程分析如表4所示，由表4可以看出，线型混合模型和二次模型都达到0.01的显著水平，判定系数R2=0.990 4，R2Adj=0.963 4，表明模型方程具有较好的拟合度，可用于中老年牦牛乳蛋白粉感官评分的理论推测。由F值可以看出，AB、AC对回归方程具有显著影响。

由此得到各原料对感官评分影响的数学模型如下：R感官评分=62.49A+68.96B+85.06C+113.29D+7.7AB+9.67AC-62.57AD+2.24BC-41.14BD-48.10CD

分散性回归方程分析如表5所示，由表5可以看出，线型混合模型和二次模型都达到0.01的显著水平，判定系数R2=0.994 8，R2Adj=0.986 7，表明模型方程具有很好的拟合度，可用于中老年牦牛乳蛋白粉分散性的理论推测。由F值可以看出，AD、BD、CD对回归方程具有显著影响。

由此得到各原料对产品分散性影响的数学模型如下：R分散性=14.27A+14.98B+17.64C-10.73D+2.22AB+0.093AC+31.17AD+0.49BC+32.48BD+29.14CD

2.2.3 配方中各成分变化对产品感官评分和分散性的影响

3种配料不同配比对中老年牦牛乳蛋白粉感官评分的影响见图4、图5。

图4 感官评分模型3D图Fig.4 The 3D surface graph of sensory scoring

图5 感官评分等高线图Fig.5 The contour of sensory scoring

响应值为曲面，说明乳清蛋白粉、大豆分离蛋白和牦牛乳粉三者之间具有一定交互作用。由回归方程系数结合图4、图5可以看出，各原料对感官的影响碳酸钙＞大豆分离蛋白＞乳清蛋白＞牦牛乳粉。在固定碳酸钙用量时，牦牛乳粉、乳清蛋白和大豆分离蛋白交互作用对产品感官评价具有一定影响，随大豆分离蛋白含量的增加，产品感官分值有较大幅度增加，随着牦牛乳粉含量的增加，产品感官分值略有降低，随着乳清蛋白含量的增加，产品感官分值逐渐降低。

3种配料不同配比对中老年牦牛乳蛋白粉分散性的影响见图6、图7。

图6 分散性模型3D图Fig.6 The 3D surface graph of dispersity

图7 分散性等高线图Fig.7 The contour of dispersity

响应值为曲面，说明乳清蛋白粉、大豆分离蛋白和牦牛乳粉三者之间具有一定交互作用。由回归方程系数结合图6、图7可以看出，各原料对分散性的影响大豆分离蛋白＞乳清蛋白＞牦牛乳粉＞碳酸钙。在固定碳酸钙用量时，牦牛乳粉、乳清蛋白和大豆分离蛋白交互作用对产品分散性具有一定影响，随着大豆分离蛋白含量的增加，产品分散性有较大幅度增加，随着牦牛乳粉含量的增加，产品分散性先保持平稳后略有降低，随着乳清蛋白含量的增加，产品分散性有所降低。

2.3 验证试验

用Design Expert（Version 8.0.6）软件优化出的中老年牦牛乳蛋白粉最佳配方为：牦牛乳粉10.362%、乳清蛋白粉84.0%、大豆分离蛋白4.538%、碳酸钙0.6%。按照优化后的配方制成中老年牦牛乳蛋白粉，感官评分为76.3，分散性为15.84 s。为便于试验操作，以牦牛乳粉10.4%、乳清蛋白粉84.0%、大豆分离蛋白4.5%、碳酸钙0.6%，进行验证性试验，得到感官评分平均值为71.3，分散性测定结果为16 s，与预测值较为接近。

3 结论

通过混料设计对中老年牦牛乳蛋白粉配方进行优化，发现原料碳酸钙、大豆分离蛋白和乳清蛋白对产品的口感影响较大，大豆分离蛋白、乳清蛋白和牦牛乳粉对产品溶解性影响较大。通过配方优化，得到的产品最优配方为：牦牛乳粉10.4%、乳清蛋白84.0%、大豆分离蛋白4.5%、碳酸钙0.6%、复配维生素0.2%、复配矿物质0.2%、酪蛋白磷酸肽0.1%。在此配方下得到的产品蛋白含量为74.8%。