酪蛋白與乳清蛋白比例對酸奶凝膠性質的影響

徐紅華，李榮華

（東北農業大學食品學院，哈爾濱 150030）

酪蛋白與乳清蛋白比例對酸奶凝膠性質的影響

徐紅華，李榮華

（東北農業大學食品學院，哈爾濱 150030）

研究了乳中酪蛋白和乳清蛋白比例對凝固型酸奶流變學特性和微觀結構的影響，結果表明，固定蛋白質質量分數、降低酪蛋白和乳清蛋白的比例，可以明顯提高酸奶凝膠的質量。乳中蛋白質質量分數一致時，酸奶凝膠的硬度、黏度、持水力隨著酪蛋白和乳清蛋白比例的減小而增大，凝膠網絡結構變得更規則、致密，孔隙更小。在低蛋白質質量分數下，降低乳中酪蛋白和乳清蛋白比例，可獲得與高蛋白質質量分數（酪蛋白和乳清蛋白比例較高）相似的酸奶凝膠結構，甚至具有更好的凝膠物理特性。

酸奶；乳清蛋白；微觀結構；流變學特性

0 引言

隨著酸奶生產和消費的逐步提高，穩定和提高酸乳制品的質量已成為我國乳品生產面臨的實際問題[1-4]，添加乳清粉、脫脂乳粉或增稠穩定劑是目前企業提高酸奶質量采取的主要手段[5]。Biliaderis[7]研究表明添加乳清濃縮蛋白對提高酸奶凝膠質地最有利，隨著蛋白質添加量的增加宏觀上表現出酸奶質地均一致密，持水能力增強。Lucey[8]指出添加乳清蛋白濃縮粉的酸乳凝膠存儲模量有所增加而膠凝時間有所降低。因此，乳蛋白組成的變化對凝膠的組織狀態、流變學特性有很大的影響[9-10]。本文從乳蛋白質角度出發，研究乳中蛋白質含量及組成比例對酸奶凝膠質量的影響，分析其理化特性、流變學特性及微觀結構的變化，希望為改善酸奶凝膠質量提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

嗜熱鏈球菌(S.thermophilus,S.t)與保加利亞乳桿菌(L.bulgaricus,L.b)。

原料乳（固形物質量分數為11.34%，酪蛋白︰乳清蛋白質量比為4.33），稀釋后的原料乳（固形物質量分數9%），其他成分如表1所示。

脫脂乳粉（酪蛋白︰乳清蛋白質量比為4.32）、乳清濃縮蛋白粉（進口），具體成分如表1所示。

1.2 酸奶的制作工藝

原料乳→調整固形物質量分數→殺菌（90℃,5 min）→冷卻（40～45℃），接菌（加入質量分數3%的發酵劑）→恒溫發酵（40℃）→4℃貯存。

用脫脂乳粉和乳清濃縮蛋白粉強化乳中的蛋白質質量分數分別為4%和5%，并在固定蛋白質質量分數的基礎上，通過調整二者的添加量使乳中酪蛋白和乳清蛋白的質量比分別為1︰1，2︰1，3︰1，4.4︰1。

1.3 測定方法

（1）蛋白質質量分數的測定方法采用凱氏定氮法（GB/T5009.5-2003）。

表1 不同乳蛋白粉的成分組成%

（2）乳脂肪質量分數的測定采用蓋勃法(GB/ T5009.46-1996)。

（3）乳糖質量分數的測定采用GB/T 5413.51997中方法進行。

（4）灰分質量分數的測定采用GB/T5413.7-1997中方法進行。

（5）酪蛋白質量分數的測定采用AOAC998.07中方法進行。

（6）酸奶質地的測定采用TA-XT2物性測定儀測定酸奶凝膠的質構。試驗參數：測前速度1.0 mm/s；測試速度1.0 mm/s；測后速度2.0 mm/s，感應力設為0 g，測試距離為10 mm[11]。

（7）酸奶持水力的測定[12]。以離心管取待測樣5 mL，并測定樣質量W1后，放入離心機以3 000 r/min離心20 min后，取出離心管靜置10 min，除去上清夜，測殘余物的質量W。酸奶持水力為

（8）酸奶凝膠微觀結構的掃描電鏡分析（S-3400N）[13]。取酸奶凝膠樣品約1 cm3左右，加入質量分數為2.5%（pH值為6.8）戊二醛進行固定并置于4℃冰箱中保存。用液氮將其冷凍，用刀片切斷橫截面。pH值為6.8磷酸緩沖液沖洗3次，每次10 min。分別用體積分數為30%，50%，70%，90%，100%的乙醇進行脫水，每次10～15 min；體積分數100%的乙醇進行脫水3次，其他體積分數的乙醇溶液各洗脫1次。體積分數為100%乙醇中要加入吸水劑，脫水10 min。按100%乙醇︰叔丁醇＝1︰1脫水1次，純叔丁醇脫水1次，各10min。冷凍干燥。選擇要觀察的面后固定，離子漸射鍍金。上鏡觀察，取相。

2 結果與分析

2.1 酪蛋白與乳清蛋白比例對硬度的影響

酸奶凝膠的硬度變化如圖1所示。從圖中結果可以觀察到：(1)在相同蛋白質質量分數下，隨著酪蛋白和乳清蛋白比例的減小，酸奶凝膠的硬度不斷增大，酪蛋白和乳清蛋白質量比為4.4∶1和1∶1時，蛋白質質量分數為4%，硬度增加了67.47 g；蛋白質為5%，硬度增加了62.57 g。（2）蛋白質質量分數不相同，酪蛋白和乳清蛋白比例相同時，蛋白質質量分數增加，酸奶凝膠的硬度增加，蛋白質質量分數為4%和5%，酪蛋白和乳清蛋白比例為4.4︰1時，酸奶凝膠的硬度增加了47.83 g；比例為1︰1時，增加了42.92 g。（3）對不同蛋白質質量分數，不同酪蛋白和乳清蛋白比例的酸奶凝膠硬度進行比較，乳蛋白質質量分數為4%，酪蛋白和乳清蛋白的比例為1︰1時，酸奶凝膠的硬度較蛋白質質量分數為5%，酪蛋白和乳清蛋白比例為4.4︰1時的硬度大，分別為230.63 g和210.99 g，增加了19.64 g，可以看出增加乳清蛋白的比例有利于提高酸奶凝膠硬度。

2.2 酪蛋白與乳清蛋白比例對黏度的影響

酪蛋白和乳清蛋白的比例分別為1︰1，2︰1，3︰1，4.4︰1時對酸奶凝膠的黏度的影響如圖2所示。由圖2結果可以看出，酸奶凝膠黏度的變化趨勢與其硬度相似：(1)在相同蛋白質質量分數下，隨著酪蛋白和乳清蛋白比例的減小，酸奶凝膠的黏度不斷的增大。蛋白質質量分數為4%，酪蛋白和乳清蛋白比例分別為4.4︰1和1︰1時，酸奶凝膠的黏度分別為1254.9 g·s和1493.4 g·s，增加了238.5 g·s；蛋白質質量分數為5%時，酸奶凝膠的黏度分別為1517.6 g·s和2154.9 g·s，增加了637.3g·s。（2）蛋白質質量分數不相同，酪蛋白和乳清蛋白比例相同時，蛋白質質量分數增加，酸奶凝膠的黏度增加，蛋白質質量分數為4%和5%，酪蛋白和乳清蛋白比例為4.4︰1時，酸奶凝膠的黏度增加了238.6 g·s；比例為1︰1時，黏度增加了262.7 g·s。（3）不同蛋白質質量分數，不同酪蛋白和乳清蛋白比例的酸奶凝膠黏度作比較，蛋白質質量分數為4%，酪蛋白和乳清蛋白的比例為1︰1時酸奶凝膠的黏度與蛋白質質量分數為5%，酪蛋白和乳清蛋白比例為4.4︰1時酸奶凝膠的黏度相似，分別為1517.6 g·s和1493.4 g·s，僅相差24.2 g·s，可以觀察到增加乳清蛋白的比例對酸奶凝膠黏度有一定的影響，但對硬度的影響更顯著。

2.3 酪蛋白與乳清蛋白比例對持水力的影響

酸奶凝膠的持水能力與其質地和微觀結構的空隙大小及分布有關。圖3為酪蛋白和乳清蛋白的比例對酸奶凝膠持水力的影響。由圖3結果可以觀察到：(1)在相同蛋白質質量分數下，隨著酪蛋白和乳清蛋白比例的減小，酸奶凝膠的持水力不斷增大，當蛋白質質量分數為4%，酪蛋白和乳清蛋白比例分別為4.4︰1和1︰1時，酸奶凝膠的持水力分別為41.10%和59.74%，增加了18.64%；蛋白質質量分數為5%，酸奶凝膠的持水力分別為45.38%和69.76%，增加了24.37%。（2）蛋白質質量分數不相同，酪蛋白和乳清蛋白比例相同時，蛋白質質量分數增加，酸奶凝膠的持水力增加，蛋白質質量分數為4%和5%，酪蛋白和乳清蛋白比例為4.4︰1時酸奶凝膠的持水力增加了4.28%；比例為1︰1時，增加了10.02%；（3）不同蛋白質質量分數，不同酪蛋白和乳清蛋白比例的酸奶凝膠持水力相比較。蛋白質質量分數為4%，酪蛋白和乳清蛋白的比例為1︰1時，酸奶凝膠的持水力較蛋白質質量分數為5%，酪蛋白和乳清蛋白比例為4.4︰1，3︰1，2︰1時，分別提高了28.32%，13.89%和0.006%（幾乎相同）。也就是說增加乳清蛋白的比例對提高酸奶凝膠持水能力更有利，比對凝膠的硬度和黏度的影響更顯著。

2.4 酪蛋白和乳清蛋白的比例對微觀結構的影響

圖4為不同比例時酸奶凝膠的微觀結構。由圖4結果可以看出，酪蛋白和乳清蛋白比例相同時，蛋白質質量分數為5%的酸奶凝膠微觀結構明顯比蛋白質質量分數為4%的酸奶凝膠網絡結構更致密，交聯更多，即蛋白質質量分數高的酸奶凝膠的微觀結構比較好。同等蛋白質質量分數時，隨著酪蛋白和乳清蛋白比例逐步降低，酸奶凝膠的微觀結構中的空隙明顯變小，如蛋白質質量分數為4%和5%，酪蛋白和乳清蛋白的比例為4.4︰1時，酸奶凝膠的微觀結構的空隙大小不一，變化范圍很大，分別為1.40～5.35 μm和1.20～4.78 μm，而在酪蛋白和乳清蛋白比例為1︰1時，其酸奶凝膠微觀結構中的空隙明顯減小，空隙直徑的變化范圍分別為0.81～1.19 μm和0.64～1.09 μm，即隨著酪蛋白與乳清蛋白比例的減小，酸奶凝膠的微觀結構逐漸變成分枝更多，空隙小而規則，交聯度更多的三維網狀結構。

圖4中，（a）、（b）、（c）、（d）蛋白質質量分數為4%；（e）、（f）、（g）、（h）蛋白質質量分數為5%。酪蛋白和乳清蛋白的比例分別為4.4︰1，3︰1，2︰1，1︰1。

3 討論

傳統意義上說，改善酸奶凝膠質量的手段通常依靠增加蛋白質質量分數來完成[14-17]。然而，從我們的試驗結果中可以看出，改變乳蛋白組成比例可以明顯改善酸奶凝膠質量，這種作用能力甚至可以使低蛋白質質量分數的酸奶凝膠優于高蛋白質質量分數的酸奶凝膠。圖4中（d）較（e）的網絡結構更規則，分枝更多，凝膠網絡結構更致密，其中凝膠網狀孔徑范圍分別為0.81～1.19 μm和1.20～4.78 μm。同時，蛋白質質量分數為4%，酪蛋白與乳清蛋白比例為1︰1時（見圖4 d），酸奶凝膠的黏度、硬度及持水能力等物理特性均高于蛋白質質量分數為5%，酪蛋白與乳清蛋白比為4︰1時的酸奶凝膠的各項物理特性（圖4e），其中硬度增加了19.64 g-1，黏度增加24.2 s-1；持水力增長了14.36%（見表2）。由此可知，在低蛋白質質量分數下，降低乳中酪蛋白和乳清蛋白比例，可獲得與高蛋白質質量分數（酪蛋白和乳清蛋白比例較高）相似的酸奶凝膠結構，甚至具有更好的凝膠物理特性。

表2 不同蛋白質量分數及組成比例的酸奶凝膠特性

4 結論

(1)乳中蛋白質含量一致，酸奶凝膠的硬度、黏度、持水力隨著酪蛋白和乳清蛋白比例的減小而增大。蛋白質質量分數為4%，酪蛋白和乳清蛋白比例從4.4︰1降低至1︰1，凝膠的硬度、黏度、持水力分別提高了41.35%，19.01%，45.35%；蛋白質質量分數為5%時，提高量分別為29.65%，41.93%，53.72%。

（2）隨著酪蛋白和乳清蛋白比例的降低，酸奶凝膠微觀結構更致密，均勻，網絡結構分枝更多，空隙直徑由1.40～5.35 μm和1.20～4.78 μm降至0.81～1.19 μm和0.64～1.09 μm。

（3）在較低蛋白質質量分數下，降低乳中酪蛋白和乳清蛋白比例，可獲得與較高蛋白質質量分數（酪蛋白和乳清蛋白比例較高）相似的酸奶凝膠結構，甚至具有更好的凝膠物理特性。

[1]FAMELART M H，LALIGANT A.The Structure of Casein in Heated Suspensions Affects the Acid Gelation of Milk[J].International Dairy Federation，2003：381-389.

[2]LEE W J，LUCEY J A.Structure and Physical Properties of Yogurt Gels:Effect of Inoculation Rate and Incubation Temperature[J].J. Dairy Sci.，2004（87）:3153-3164.

[3]THANUT A，BOGDAN Z.Physical Characteristics of Set Yogurts as Affected by Co-Culturing with Non-EPS and EPS Starter Cultures and Supplementation with WPC Australian[J].Journal of Dairy Technology，2005（10）:60.

[4]HAQUE Z，ARYANA K J.Effect of Sweeteners on the Microstructure of Yoghurt[J].Food Science and Technology Research，2002（8）: 21-23.

[5]LUCEY J A.Formation and Physical Properties of Milk Protein Gels [J].J.Dairy Science,2002（85）:281-294.

[6]SODINI I.A Lucas Physical Properties and Microstructure of Yoghurts Supplemented with Milk Protein Hydrolysates[J].International Dairy Journal,2005（15）:29–35.

[7]Biliaderis C.G.,M.M.Khan,and G Blank.Rheological and Sensory Properties of Yogurt from Skim and Ultrafiltered Retentates[J].Int. Dairy J.，1992，2:311-323.

[8]LUCEY J A.Formation and Physical Properties of Milk Protein Gels [J].J.Dairy Sci.，2002，85:281-29.

[9]PUVANENTHIRAN,WILLIAMS A,AUGUSTIN R P W,et al. Structure and Visco-Elastic Properties of Set Yoghurt with Altered Casein to Whey Protein Ratios[J].International Dairy Journal., 2002，12(4)：383-391.

[10]WILKINSON M G T P，GUINEE M A.Fenelon Effect of Milk Composition on the Quality of Fresh Fermented Dairy Products Improving The Quality of Yogurt[J].Irish J.of Agric and Food Res.，2000(39):171.

[11]SANLI T,SEZGIN E,DEVECI O,et al.Effect of Using Transglutaminase on Physical,Chemical and Sensory Properties of Set-type Yoghurt[J].Food Hydrocolloids,2011,25:1477-1481.

[12]CIRON C E,GEE V L,KELLY A L,et al.Effect of microfluidization of heat-treated milk on rheology and sensory properties of reduced fat Yoghurt[J].Food Hydrocolloids,2011,25:1470-1476

[13]AGUIRRE M E,LOBATO C C,BERISTAIN C I,et al.Microstructure and Viscoelastic Properties of Low-fat Yoghurt Structured by Monoglyceride Gels[J].LWT-Food Science and Technology,2009,42(6):938-944

[14]VAN MARLE M E D,VAN DEN ENDE C G.,KRUIF D,et al. Steady-Shear Viscosity of Stitted Yogurts with Varying Ropiness[J].J. Rheol，1999，43:1643-1662.

[15]LUCEY J A,TEO C T,MUNRO P A,et al.Rheological Properties at Small(Dynamic)and Large(Yield)Deformations of Acid Gels Made from Heated Milk[J].J.Dairy Res.，1997，64:591-600.

[16]EHARTE M,AMONTE.L.Yield Stress and Microstructure of Set Yoghurt Made from High Hydrostatic Pressure-Treated Full Fat Milk [J].Food Engineering and Physical Properties，2002，67:2245-2250.

[17]MARAFON A P,SUMI A,TAMIME A Y,et al.Optimization of the Rheological Properties of Probiotic Yoghurts Supplemented with Milk Proteins[J].LWT-Food Science and Technology,2011,44(3): 511-519

Impact of different casein to whey protein ratios on yogurt gel properties

XU Hong-hua1，LI Rong-hua2
(College of food Science,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China)

The rheological properties and the microstructure of yogurt gel with altered casein to whey protein ratios were studied.The results indicated that there was an improvement for the quality of yoghurt gel significantly,while the hardness,viscosity and water-retaining capability of yoghurt gel increased with the decreasing of the ratio of casein to whey protein when the milk protein content was consistent,and the microstructure of yoghurts showed a more cavity and more branches.So when the milk protein content was low,physical properties of yoghurt gel were the same as or better than that of yoghurt gel with high milk protein content could be acquired by decreasing the ratio of casein to whey protein.

yoghurt;whey protein;microstructure;rheological properties

Q936，TS252.54

A

1001-2230（2011）06-0022-04

2011-01-10

國家自然基金項目（No.31071572）；國家教育部博士點基金新教師類項目（No.20092325120018）；黑龍江省高等學校科技創新團隊建設計劃項目（No.2010td11）；東北農業大學創新團隊項目（CXT007-1-3）。

徐紅華（1969-），女，教授，從事食品蛋白質及營養的教學和研究。