Chlorella vulgaris与Spirulina platensis强化冰淇淋乳的理化、植物化学、抗氧化及感官特性研究

《Measurement: Food》：Development of microalgae-enriched ice milk: Nutritional and sensory evaluation

　　

微藻（microalgae）因富含蛋白质、维生素、矿物质、类黄酮、酚类化合物和抗氧化物质，日益被视为可持续食品配料。本研究考察将0.5%、1.0%和1.5%的Chlorella vulgaris与Spirulina platensis粉末加入冰淇淋乳（ice milk）配方中，以开发功能性乳制品。研究人员对强化样品进行理化、植物化学、抗氧化、微生物和感官特性评价。结果显示，添加微藻未显著影响近似组成，包括总固体（TS）、脂肪、蛋白质、碳水化合物、灰分、酸度或pH（p ≤ 0.05）。然而，功能性生物活性特性显著改善，包括抗氧化活性、总酚含量（TPC）和总黄酮含量（TFC）水平，同时密度、每加仑重量和膨胀率（overrun）改善，表明产品结构和功能品质增强。感官评价证实训练评审员（trained panelists）具有较强感官接受性，在外观、颜色、风味、质构和总体品质方面获得良好评分。这些发现突出Chlorella vulgaris与Spirulina platensis作为生物活性化合物和着色剂的宝贵天然来源，支持开发具有增强抗氧化潜力的功能性冰淇淋乳，而非改变基础宏量营养素组成，符合可持续和健康导向乳制品创新的当前趋势。

研究背景与目的：饮食是健康、身体状态和总体福祉的重要决定因素，功能食品因而受到持续关注；强化益生菌或功能配料的乳与乳制品因可提升最终产品的营养和健康促进特性而受重视。自然界微藻种类众多，但生物技术研究主要集中在Arthrospira（Spirulina）、Chlorella、Porphyridium、Nannochloropsis、Haematococcus和Dunaliella等有限属。Spirulina platensis干重约含60%蛋白质，并富含必需维生素、矿物质、多不饱和脂肪酸（PUFAs）及藻蓝蛋白（phycocyanin）等抗氧化色素；Chlorella vulgaris与Spirulina platensis也已被广泛研究作为功能食品配料以增强食品和乳制品的营养与抗氧化特性。冰淇淋是全球受欢迎乳制品，通常由乳、甜味剂、稳定剂、乳化剂、香精和着色剂配制；用功能配料强化可改善其营养特征并有助于满足蛋白质、维生素和矿物质需求。近年来，合成食品着色剂潜在健康风险引发关注，推动天然替代品需求；微藻可作为天然色素和生物活性化合物的来源，改善冰淇淋的功能和视觉特性。已有研究将喷雾干燥Nannochloropsis oculata、Porphyridium cruentum和Diacronema vlkianum等微藻生物质用于冰淇淋配方。然而，比较Chlorella vulgaris与Spirulina platensis在不同添加水平下用于冰淇淋乳并综合评估理化、植物化学、流变、微生物和感官特性的研究有限。因此，本研究开发强化Chlorella vulgaris与Spirulina platensis的新型功能性冰淇淋乳，考察不同浓度对最终产品营养、功能和感官特性的影响，以识别兼顾增强生物活性与消费者接受性的最佳配方。

关键技术方法概括：以含4%脂肪、12%乳固形物非脂（MSNF）、15%糖和0.3%羧甲基纤维素（CMC）的冰淇淋乳（ice milk）混合料为基础，设对照及T1–T3（0.5%、1.0%、1.5% Chlorella vulgaris）和T4–T6（0.5%、1.0%、1.5% Spirulina platensis），以微藻粉部分替代脱脂奶粉；经85°C、5 min巴氏杀菌，10°C冷却，4°C老化18 h，加0.01%香草醛，低速冷冻12 min，?26°C硬化24 h。测定理化、颜色、密度、每加仑重量、膨胀率、融化率、DPPH、总酚、总黄酮、微生物及12名训练评审员（trained panelists）感官评分，采用一般线性模型（GLM）、方差分析（ANOVA）和Duncan多重极差检验（P ≤ 0.05）。新鲜水牛奶来自Al-Azhar University（Assiut Branch, Egypt）乳品生产单元；冻干微藻粉由National Research Centre（Dokki, Giza, Egypt）藻类生物技术单元提供。

研究结果：3.1 化学组成（Chemical composition）：通过近似组成和酸度/pH测定，显示强化样品的总固体（TS）、灰分、脂肪、蛋白质、碳水化合物、乳固形物非脂（MSNF）、酸度和pH与对照无显著差异（p>0.05），酸度随微藻浓度略增但不显著。3.2 抗氧化活性（DPPH）：通过DPPH自由基清除实验，显示所有强化处理均显著高于对照（p ≤ 0.05），Spirulina platensis在相同或相近添加水平下高于Chlorella vulgaris，1.5% Spirulina platensis处理最高。3.3 总酚化合物（Total phenolic compounds）：通过Folin–Ciocalteu法，显示强化样品总酚含量（TPC）高于对照，并随微藻添加量增加而升高，1.5% Spirulina platensis处理最高。3.4 总黄酮含量（Total flavonoid content）：通过氯化铝法，显示强化样品总黄酮含量（TFC）显著高于对照（p ≤ 0.05），并随微藻添加量增加而升高，1.5% Spirulina platensis处理最高。3.5 物理性质（Physical properties）：通过密度、每加仑重量和膨胀率（overrun）测定，显示密度和每加仑重量随微藻粉水平增加而显著降低（p ≤ 0.05），膨胀率显著增加；密度由0.770降至0.628 g/cm³（Chlorella vulgaris）和0.632 g/cm³（Spirulina platensis），每加仑重量由6.42降至5.24和5.27。3.5.1 融化率（Melting rate）：通过10–50 min融化实验，显示含微藻样品的融化抵抗增强，10 min和50 min时最高融化抵抗见于含1.5%微藻的T6和T3，其次为含1.0%微藻的T5和T2，再次为含0.5%微藻的T4和T1。3.5.2 颜色参数（Color parameters）：通过L*、a*、b*测定，显示含微藻样品亮度L*降低、a*呈负值偏绿、b*呈正值偏黄，1.5%微藻样品L*最低，所有样品与对照存在显著颜色差异。3.6 微生物分析（Microbiological analyses）：通过总菌落数、嗜冷菌、大肠菌群及酵母和霉菌计数，显示总菌落数由对照4.16 log CFU/mL升至T6的4.48 log CFU/mL，并随微藻粉浓度显著增加（p ≤ 0.05）；所有样品均未检出酵母和霉菌、嗜冷菌及大肠菌群。3.7 感官评价（Sensory evaluation）：通过12名训练评审员评分和主成分分析（PCA），显示含微藻样品风味评分低于对照并随微藻比例增加而下降；含微藻样品体组织和质构评分提高，T3、T5、T6最高；T5和T6融化品质评分最高；颜色因绿色变化导致评审员意见不同，对照样品颜色更受偏好；PCA中PC1和PC2分别解释59.67%和27.48%，合计87.15%，T4（0.5% Spirulina platensis）总体可接受性为92%，T5（1.0% Spirulina platensis）为91%。

讨论部分总结：讨论指出，微藻强化冰淇淋乳的化学组成无显著变化，与微藻粉部分替代脱脂奶粉及添加比例较低有关；酸度略增但未显著。抗氧化活性、总酚和总黄酮随微藻添加增加，归因于微藻天然酚类、色素等生物活性成分；Spirulina platensis因藻蓝蛋白等抗氧化色素含量较高而表现更强。密度和每加仑重量降低、膨胀率增加，与微藻粉增强混合物持气能力和蛋白质促进泡沫形成有关；融化抵抗增强与微藻粉提高黏度、与水分子形成氢键有关。颜色变暗并呈绿黄色，符合微藻天然色素特征。总菌落数随微藻粉浓度增加而升高，但未检出酵母和霉菌、嗜冷菌及大肠菌群；Spirulina platensis还被指出具有抗真菌活性。感官上，含微藻样品风味下降，Spirulina可能带来鱼腥味，与其矿物质含量有关；但体组织和质构改善，融化品质提高。微藻可作为天然着色剂和功能配料，契合替代合成添加剂的需求。研究局限为在受控实验室条件下进行，未评估冰淇淋乳长期贮藏稳定性，实验规模和样本量限于实验室生产，可能限制直接外推至工业规模。研究结论翻译：本研究考察以Chlorella vulgaris和Spirulina platensis强化冰淇淋乳，突出其因丰富生物活性组成而作为功能性乳制品配料的潜力。总体而言，两种微藻强化显著增强最终产品的抗氧化能力并贡献其天然绿色着色。此外，微藻加入改善了膨胀率、融化行为和总体感官接受性，包括外观、颜色、孔隙度、风味和质构。在两种受试微藻中，Spirulina platensis表现出更优的功能性能，尤其在抗氧化活性、总酚和总黄酮方面。然而，综合考虑功能与感官结果，推荐Spirulina platensis 0.5–1.0%作为最佳范围，以实现健康相关特性与训练评审员接受性的平衡改善。这些发现支持将微藻用作天然功能配料及乳制品中合成添加剂的潜在替代物。