抗性淀粉替代乳脂对低脂干酪功能性的影响

来源 :东北农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yangyilong
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天然半硬质的契达干酪,通常含有30%左右的脂肪,摄入如此高的脂肪,可能会增加患慢性病的风险,因此,低脂干酪受到越来越多的关注。消费者虽然对低脂干酪较为认可,但发展一直缓慢,主要是消费者无法接受低脂干酪的风味和质地上的缺陷。现有研究使用脂肪替代物改善低脂干酪的缺陷,但是存在的不足是常见的脂肪替代物无法完全替代脂肪的功能特性,所以需要进一步探索研究更多新型的脂肪替代物,本研究目的是开发新型脂肪替代物,使得低脂干酪商业化生产。抗性淀粉具有作为益生元、低血糖作用(生糖指数低)和促进矿物元素吸收等多种健康益处,目前在酸奶、再制干酪等乳制品中已有很好应用案例,但是其在天然干酪中的应用,因天然干酪加工工艺的特殊性,特别是酪蛋白凝乳时与抗性淀粉的互作性,还需要进一步的研究,本研究将着重研究适合低脂干酪的抗性淀粉源的脂肪替代物,含有抗性淀粉的低脂干酪将会是一款对人体健康有益的食品。本论文初选了六种商业化的抗性淀粉样品,对其功能特性进行分析和评估,明确其健康益处和应用潜力;然后使用等温滴定量热法(ITC)和差示扫描量热法(DSC)分别从微量量热和程序控温过程分析评估六种抗性淀粉与牛乳混合后的交互作用机理和变化规律及受控因素,明确抗性淀粉与乳蛋白质在乳液中的交互作用机理、抗性淀粉在杀菌和冷却工艺过程中(程序控温)性质变化规律,为其后续有效利用形成理论支撑和指导;研究抗性淀粉参与酶凝乳的机理,促进其在天然干酪加工高效使用;在上述研究的基础上,筛选出了适合作为天然干酪的脂肪替代物的抗性淀粉2种,并将其用于低脂契达干酪的加工,然后在240d的成熟期内,选择标志性时间点,系统的分析研究抗性淀粉作为脂肪替代物对低脂契达干酪的影响,然后系统研究抗性淀粉作为脂肪替代物对低脂契达干酪加工、成熟整个过程中的品质特征值的影响机理,以期掌握、了解抗性淀粉作为脂肪替代物在低脂干酪中应用的机理、生物功能特性变化规律。主要研究结果如下:(1)抗性淀粉功能特性分析研究本文对初选的六种商业化的抗性淀粉样的理化、淀粉含量、抗性淀粉(RS)含量、生糖指数(GI)、微观结构等特性进行分析和评估。各组样品的总淀粉含量都在92%以上,RS含量、RS占总淀粉含量和GI值的范围分别为28.3%-58.73%、30.7%-63.02%、47.35-61.60,C4-PRS、M6-PRS和S5-PRS抗性淀粉的GI最低,且各组RS的GI值均低于马铃薯淀粉GI值85.46,说明它们均可以明显降低热量的摄入。六种淀粉的SEM研究结果均呈现不同,B3-CRS和C4-PRS抗性淀粉组微观结构多呈多个小颗粒聚集态且多数大于10μm,其中N1-CRS、P2-CRS、S5-PRS和M6-PRS抗性淀粉的颗粒大小范围均为5μm-10μm,较为接近牛乳脂肪球的外观尺寸和球体形状,从结构学角度优选适这4种合作为RS脂肪替代物。(2)抗性性淀粉与牛乳乳液交互作用、凝乳机理的研究及脂肪替代物筛选通过等温滴定量热法(ITC)数据分析发现初始p H对RS与脱脂乳交互作用力、驱动形式(焓驱动或者熵驱动)影响差异显著(P<0.01),发现部分反应在氢键的基础上存在更多的构型改变;全部淀粉与脱脂乳交互作用反应都是放热过程(△H<0),交互作用力中均有氢键和疏水作用力参与(△H<0,-T△S<0),且只有M6-PRS在p H6.5时不存在构型改变即相对稳定的现象,有利于其参与酶凝乳过程。在20-80℃控制温度分析结果中,只有C4-PRS与M6-PRS淀粉实验组的焓变值(?H)受添加量、p H值影响显著(P<0.01);N1-CRS、P2-CRS、C4-PRS、M6-PRS淀粉与脱脂乳液都出现了热流峰(Tonsetpeak),且初始温度(Tonset)与峰值温度(Tpeak)均随着这四种RS用量增加、p H值降低而明显增加(P<0.01):即这四种淀粉与脱脂乳混合后均反映出热敏感特性,增加RS使用后Tonset和Tpeak明显增加(P<0.01),而?H基本保持不变,淀粉凝胶化产生了热流峰的可能性大一些,分析其与脱脂乳液在受热后可能形成不同的聚合体和存在不同的聚合模式。分析凝乳特性和机理研究发现RS对凝乳形成的促进作用相对最弱的N1-CRS抗性淀粉,相对最强的是M6-PRS抗性淀粉,随着各种RS淀粉使用量增加,均呈现G′值明显增加而G"明显降低的趋势,说明RS参与凝乳过程均形成了粘弹性的凝乳;随着RS添加量(范围为0-2.5%)增加凝乳的结合率明显增加,可以推断此时RS结合在一起并形成凝块,而不是随着乳清液流失。以干酪得率、淀粉利用率为评价指标筛选后:C4-PRS、M6-PRS抗性淀粉作为脂肪替代物。(3)添加抗性淀粉的低脂契达干酪工艺优化及样品制备通过单因素实验和响应面试验设计优化后最佳关键工艺参数:淀粉添加量1.50%,凝乳时间50min,凝乳酶添加量0.035‰;堆酿p H5.40。研究发现RS的加入降低了约56%-63%干酪的脂肪含量、食盐在水分中比例(S/M)和蛋白含量,同时可以明显提高干酪中淀粉含量、抗性淀粉含量、抗性淀粉在非脂固形物中的比例(RSNFS)、干酪得率、水分含量,可能的原因是C4-PRS抗性淀粉和M6-PRS抗性淀粉具有一定的保水性,增加了水分含量。各组干酪中淀粉含量与其使用量呈正相关,说明淀粉能很好的替代脂肪;C4-PRS和M6-PRS抗性淀粉在干酪加工中,受到加热、冷却等工艺调节的影响,其中的抗性淀粉含量增高,导致几组干酪样品中RS含量出现了有几组明显的增高。(4)抗性淀粉对低脂契达干酪成熟期间功能特性的影响质地特性分析发现,降低脂肪含量使得契达干酪的硬度、脆性、回复性、内聚性和弹性均呈现增加(P<0.01),使用1.5%以上的RS后降低了样品在成熟后期的硬度(~235N)、脆性(~159N)和弹性(~1.31mm)且接近对照样全脂契达干酪(P<0.01);说明此时抗性淀粉可改善契达干酪因脂肪减少造成的质地缺陷,可降低干酪结构中内部键的强度。继续成熟后全部样品的硬度、脆性、内聚性、回复性和弹性均呈现下降趋势(P<0.01),综合分析用C4-PRS与M6-PRS抗性淀粉可显著改善低脂契达干酪的质地指标的缺陷使其更接近于全脂契达干酪。在成熟初期(2d),降低脂肪含量(降低56%以上)后契达干酪的熔化性、油析出性弱于全脂契达干酪(FFC),且拉伸性增强(P<0.01),添加一定量的RS后样品干酪的熔化性增强、拉伸性降低、油析性不变,使用2.0%C4-PRS抗性淀粉和M6-PRS抗性淀粉后干酪的熔化性较为接近全脂契达干酪。在成熟后期发现用量2.0%RS后均可以使低脂干酪的熔化性(~0.13)、拉伸性(~195mm)更接近与全脂契达干酪,继续成熟后发现用量较高RS的油析性接近全脂契达干酪。研究干酪流变特性发现,单纯降低脂肪后低脂契达干酪的复数粘度增加,而加入2种RS后可以又降低低脂干酪的复数粘度(P<0.01);在同一成熟时间点检测发现使用RS可以显著的降低低脂契达干酪的G′和G″值(P<0.01)。在成熟期初期固液转化温度(Tgel-sol)RFC最高、FFC最低(P<0.01);加入C4-PRS和M6-PRS淀粉后它们的Tgel-sol明显降低且都低于低脂切达干酪对照样,表明添加RS可以降低Tgel-sol,接近于全脂契达干酪(P<0.01)。对干酪微观结构研究发现,添加M6-PRS抗性淀粉的实验组(S1-LRFC、S1-MRFC和S1-HRFC)在120d时还存在数量不少的“机械孔洞”。C4-PRS抗性淀粉结合在干酪中不存在离散的现象,形成的干酪(尤其是成熟240d后)质地较为紧密,RS与脂肪、蛋白结构融合形成类似全脂干酪的质地特性。研究干酪风味特性发现,添加一定量(1.50%或2.0%)C4-PRS与M6-PRS组的在成熟后期总FFA含量为6714mg/kg高于FFC组的5554mg/kg达到最高值,说明添加RS提高了蛋白水解程度,研究还发现干酪样品成熟后蛋白水解不产生Pro,主成分分析发现分析模型高度显著(P<0.01),氨基酸含量的变化可以显著的反映各组风味差异,以解释(区别)各组干酪样品氨基酸水解情况。在成熟期过程中添加C4-PRS和M6-PRS抗性淀粉可以降低脂肪水解产物的生产。采用人工感官评定的方法发现,添加C4-PRS抗性淀粉、M6-PRS抗性淀粉的六组干酪与全脂契达干酪(FFC)对照样相比,黄色、光泽、孔眼大小、颜色一致性、无颗粒感、气味强度、脂肪味相对降低,腐臭味、坚果味、味觉强度、酸味相对增加,咸味、甜味、苦味指标差异不大,油腻感减弱明显(P<0.01),RFC组弹性、硬度相对较高(P<0.01)。在成熟240d时,添加RS的样品与全脂契达干酪对照样相比味觉强度、酸味相对增加,但是克服了RFC组弹性、硬度相对较高的缺陷。低血糖效应评价——生糖指数(GI)研究发现在成熟初期(2d),添加1.5%和2.0%RS淀粉的各实验组样品的GI组间差异不显著(P>0.01),GI数值达到最大值:~40.61,继续成熟它们的GI数值不变,添加抗性淀粉的各组干酪的GI均明显小于其它食物(P<0.01),说明RS替代脂肪制备的低脂契达干酪具备低能量摄入的营养特性。研究发现各组干酪样品在成熟过程中乳酸菌(LAB)数量降低且不受脂肪含量、抗性淀粉种类和添加量的影响(P>0.01)。进一步分析发现,添加RS后低脂干酪中的NSLAB的数量显著增加,在成熟60d时NSLAB达到峰值,继续成熟显著降低(P<0.01)。
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