Introduction

虽然没有法律定义，但人们普遍认为“清洁标签”食品应不含人造成分。据估计，2020年全球清洁标签食品销售额为1800亿美元，超过80%的消费者更喜欢简单、易于识别的配料表，因此，乳制品制造商顺应消费者趋势，重新配方现有产品，以最大限度地减少合成成分的使用是非常有益的。

冰淇淋是最受欢迎的冷冻甜点之一，2021美国冰淇淋市场达到76亿美元。单甘油酯、双甘油酯和聚山梨醇酯是冰淇淋中常用的合成乳化剂，用于改善质地和稳定性。人们正在研究如何用天然乳化剂替代合成乳化剂，并越来越多地关注植物成分，如奎拉叶皂苷和豆类蛋白。

牛奶蛋白浓缩物（MPCs）是天然的乳制品成分，可以提高冰淇淋的稳定性，并且不含任何其他主要过敏原。可以在不改变冰淇淋混合物所需财产的情况下添加MPC，同时在最终产品中提供比添加脱脂奶粉更高的蛋白质含量。2020年，约48%的消费市场倾向于更高的蛋白质含量，因此冰淇淋中使用的MPC有可能针对不止一种消费趋势。MPC大致分为三类：低蛋白粉、中蛋白粉和高蛋白粉，分别含有≤40%、60%～70%和≥80%的蛋白质。

还原钙奶蛋白浓缩物（RCMPC）是一种相对较新的产品，涉及在MPC加工过程中减少钙离子，并提高功能。Marella等在超滤过程中，通过向牛奶滞留物中注入二氧化碳，以降低钙和其他矿物质的含量，成功地在商业规模上生产了RCMPC。与MPC相比，RCMPC具有更高的冷溶解度，使其更适合添加到冷冰淇淋混合物中。目前的文献中缺乏评价RCMPC在冰淇淋中应用的研究。

在研究脂肪球大小对冰淇淋稳定性的影响时，Koxholt等得出结论，冰淇淋泡沫结构主要由冰晶和未冻血清相的高黏度稳定，空气-血清界面覆盖有部分不稳定的脂肪团。滞留的空气是决定冰淇淋体积的因素，空气囊的不稳定性会导致包装发生塌陷或收缩，这对消费者来说意味着质量下降。

本研究的目的是：首先，确定用不同水平的MPC和RCMPC制作的冰淇淋的蛋白质含量；第二，确定MPC和RCMPC对冰淇淋混合物的黏度和颗粒尺寸的影响，以及所得冰淇淋的融化速率和质地；第三，确定MPC和RCMPC在6个月储存期内对冰淇淋稳定性的影响。

Results and Discussion

冰淇淋的蛋白质含量

对照组的蛋白质含量最低，MPC 3%和RCMPC 3%处理的蛋白质含量最高（表2）。在冰淇淋处理中，没有观察到脂肪、水分或总固体的显著差异（表2）。当比较MPC和RCMPC添加水平相同（即1%、2%或3%）的样品时，蛋白质含量没有差异（表2）。本研究中使用的MPC 85和RCMPC 85粉末含有85%的蛋白质，而商业NFDM通常含有34%～36%的蛋白质。因此，可以预期，用MPC 85或RCMPC 85以增加的水平替代配方中的NFDM将成比例地导致最终产品中更高的蛋白质含量。冰淇淋配方中MPC 85或RCMPC 85每使用1%，观察到总蛋白质含量相应增加约0.5%（表2）。换言之，含有1%、2%和3%MPC 85或RCMPC 85的冰淇淋样品分别比对照组多约15%、30%和45%的蛋白质。

表2 含有和不含有MPC 85或RCMPC 85的冰淇淋混合物的成分、黏度、稠度和粒径（平均值±SEM）

冰淇淋混合物的黏度、稠度和粒度

如表2所示，冰淇淋处理之间的黏度差异显著（P<0.05）。MPC和RCMPC样品在所有水平上的黏度都明显高于对照组。总的来说，MPC和RCMPC处理都遵循类似的趋势，这表明混合料中MPC或RCMPC的含量越高，混合料黏度越高。然而，当MPC和RCMPC添加量相同时，混合黏度没有差异（表2）。由于处理之间的脂肪、水分和总固体含量是一致的，因此黏度的差异可能是由于冰淇淋混合物中不同的蛋白质含量及其相互作用所致。尽管冰淇淋混合物的黏度在不同处理之间有所不同，但稠度没有显示出显著差异。

冰淇淋的贮存稳定性

在6个月的储存期内，在−25°C下储存的所有冰淇淋样品中，处理之间没有显著差异（图1a）。在冰柜的除霜周期中，冰淇淋的表面和核心可能会达到不同的温度。为了更好地模拟消费者在家中的储存条件，将另外一组冰淇淋样品在−13 °C的家用冰箱中保存180 天。从第60天开始，对照组的收缩率显著高于其他处理（P<0.05）（图1b）。对照组在60天后收缩6.5%，90天后收缩7.1%，180天后收缩7.9%，而MPC1%治疗组在180天后收缩5.3%（图1b）。蛋白质含量较高（2%和3%）的MPC样品和所有RCMPC样品在−13 °C家用冰箱中储存6 个月后均未出现收缩。结果表明，如果冰淇淋配方中不使用合成乳化剂，添加MPC或RCMPC，同时保持相同的脂肪含量，可以减少收缩。RCMPC在低水平下比MPC更有效地防止收缩，因为添加1%的RCMPC足以防止冰淇淋在家用冰箱中6 个月后收缩，而添加MPC则需要2%（图1b）。

图1 冰淇淋在（a）−25 °C的鼓风冷冻室和（b）−13 °C的家用冷冻室中储存180天后的收缩

冰淇淋的融化速度和质地

在前60天，MPC和RCMPC处理与对照组没有显著差异（图2）。在第90天，所有MPC样品和RCMPC 3%的融化率都显著低于对照组，但与MPC和添加相同水平的RCMPC相比，没有差异。在第180天，RCMPC 3%是样本中最低的，但与对照组没有显著差异。

图2 在每个试验日，冰淇淋相对于对照组的融化率（%）

图3和图4分别显示了储存180天的所有冰淇淋处理的硬度和黏附性。总的来说，对照组具有较低的硬度和黏附性。MPC 3%与RCMPC 3%无显著差异，但在90天和180天后比对照组更硬，并且在180天后比对照组更有黏性。然而，MPC和RCMPC处理的总体趋势在储存期间不一致。可能需要更高百分比（≥3%）的蛋白粉才能对冰淇淋硬度和黏性产生明显影响。未来对MPC或RCMPC含量不同的冰淇淋微观结构的研究有助于深入了解其对冰淇淋质地的影响。

图3 在每个试验日，冰淇淋的硬度与对照品的硬度相关

图4 每个试验日冰淇淋与对照品的黏附性（%）

Conclusion

用MPC 85或RCMPC 85作为天然乳化剂，通过在商业配方中简单地替代NFDM，成功地制造了高蛋白、清洁标签、优质冰淇淋。MPC 85或RCMPC 85的添加量为3%时，冰淇淋中的蛋白质含量增加了45%，而脂肪、水分和总固体含量保持不变。MPC 85或RCMPC 85也增加了冰淇淋混合物的黏度，但所有处理都在冰淇淋加工的典型范围内。不含MPC 85或RCMPC 85的冰淇淋在典型的家用冰箱中储存60天后，观察到明显的收缩，而MPC 85和RCMPC85在≥2%的水平下都防止了冰淇淋收缩。当添加1%时，含有MPC 85的冰淇淋在180天后显示出显著的收缩，但含有RCMPC 85冰淇淋没有显示出收缩，这表明RCMPC85在低水平下可能是一种更有效的乳化剂。我们的结果支持使用MPC 85或RCMPC 85作为天然乳化剂，以提高冰淇淋的储存稳定性，但制造商在选择使用哪种成分时应考虑额外的成本（RCMPC85的成本比MPC 85高约10%）。需要进一步研究，以确定MPC 85和RCMPC 85在较高水平下如何影响冰淇淋融化速度和质地的明确和一致的趋势。

Milk protein concentrate and reduced-calcium milk protein concentrate as natural emulsifiers in clean label high-protein ice cream manufacture

Joseph Pagliaa, Chloe Fungb, Chi Kong Yeunga,*

aAnimal Science Department, California Polytechnic State University, San Luis Obispo 93407, USA

bFood Science and Nutrition Department, California Polytechnic State University, San Luis Obispo 93407, USA

*Corresponding author.

Abstract

Clean label food is a rising consumer trend in the food industry. Milk protein concentrate (MPC) and reduced-calcium milk protein concentrate (RCMPC) could serve as natural emulsifiers and increase the total protein content of ice cream products. The objectives of this study were to determine and compare the effects of MPC and RCMPC on ice cream composition, mix viscosity, storage stability, meltdown rate, and texture. A base formulation with 3% non-fat dry milk (NFDM) and no added emulsifiers was set as the control. Three levels of MPC or RCMPC (each powder containing 85% protein) at 1%, 2%, and 3% were incorporated by replacing equivalent amounts of NFDM and keeping other ingredients unchanged. All ice cream treatments were processed with a target overrun of 70% and hardened at −25 °C in a blast freezer. Additions of MPC or RCMPC at 1%, 2%, and 3% corresponded to increases in protein content of ice cream by 15%, 30%, and 45%, respectively. The viscosity of the ice-cream mix increased with increasing levels of MPC or RCMPC. In general, higher protein samples had slower meltdown rate and higher values of hardness and adhesiveness, but the trends were inconsistent. No shrinkage in volume was observed in any ice cream stored at −25 °C after 180 days. However, an additional storage stability study revealed that the control showed significant shrinkage after 60 days (−6.5% ± 1.5%), 90 days (−7.1% ± 1.8%), and 180 days (−7.9% ± 1.1%) in a typical household-style freezer at −13 °C. MPC at 1% also showed significant shrinkage after 180 days, while samples with RCMPC at any levels showed no shrinkage at all. Ice cream manufacturers may consider MPC and RCMPC natural alternatives to synthetic emulsifiers, with RCMPC being more effective than MPC in terms of ice cream storage stability.

Reference:

PAGLIA J, FUNG C, YEUNG C K, et al. Milk protein concentrate and reduced-calcium milk protein concentrate as natural emulsifiers in clean label high-protein ice cream manufacture[J]. Journal of Future Foods, 2023, 3(2): 175-182. DOI:10.1016/j.jfutfo.2022.12.009.

编辑：王佳红；责任编辑：张睿梅

为构建多元化食物供给体系并兼顾生态环境保护，并形成以生物多样性保护促进食品生产的可持续性，北京食品科学研究院和中国食品杂志社将与北方民族大学、皖西学院、宿州学院、滁州学院于 2023年5月13-14日在中国宁夏银川 共同举办“ 生态保护与食品可持续发展国际研讨会 ”。本届研讨会将围绕新资源食品挖掘、动植物、微生物可替代蛋白、食用菌等食物资源的开发现状、重要创新进展及存在的问题开展研讨，探讨未来食品发展方向，通过展示我国生态保护与食品可持续发展等领域的最新科研成果，搭建科研单位与企业产学研结合的平台，共同促进我国食品产业发展快速踏入新里程。

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Food Science of Animal Products（ISSN: 2958-4124, e-ISSN : 2958-3780）是一本国际同行评议、开放获取的期刊，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心主办，中国食品杂志社《食品科学》编辑团队运营，属于食品科学与技术学科，旨在报道动物源食品领域最新研究成果，涉及肉、水产、乳、蛋、动物内脏、食用昆虫等原料，研究内容包括食物原料品质、加工特性，营养成分、活性物质与人类健康的关系，产品风味及感官特性，加工或烹饪中有害物质的控制，产品保鲜、贮藏与包装，微生物及发酵，非法药物残留及食品安全检测，真实性鉴别，细胞培育肉，法规标准等。

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