酪蛋白與乳清蛋白比例對酸奶凝膠性質(zhì)的影響

徐紅華，李榮華

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，哈爾濱 150030）

酪蛋白與乳清蛋白比例對酸奶凝膠性質(zhì)的影響

徐紅華，李榮華

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)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(xué)特性和微觀結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明，固定蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、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(zhì)量。乳中蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得更規(guī)則、致密，孔隙更小。在低蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，降低乳中酪蛋白和乳清蛋白比例，可獲得與高蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)（酪蛋白和乳清蛋白比例較高）相似的酸奶凝膠結(jié)構(gòu)，甚至具有更好的凝膠物理特性。

酸奶；乳清蛋白；微觀結(jié)構(gòu)；流變學(xué)特性

0 引言

隨著酸奶生產(chǎn)和消費(fèi)的逐步提高，穩(wěn)定和提高酸乳制品的質(zhì)量已成為我國乳品生產(chǎn)面臨的實際問題[1-4]，添加乳清粉、脫脂乳粉或增稠穩(wěn)定劑是目前企業(yè)提高酸奶質(zhì)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(zhì)地最有利，隨著蛋白質(zhì)添加量的增加宏觀上表現(xiàn)出酸奶質(zhì)地均一致密，持水能力增強(qiáng)。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(tài)、流變學(xué)特性有很大的影響[9-10]。本文從乳蛋白質(zhì)角度出發(fā)，研究乳中蛋白質(zhì)含量及組成比例對酸奶凝膠質(zhì)量的影響，分析其理化特性、流變學(xué)特性及微觀結(jié)構(gòu)的變化，希望為改善酸奶凝膠質(zhì)量提供理論依據(jù)。

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

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

1.2 酸奶的制作工藝

原料乳→調(diào)整固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)→殺菌（90℃,5 min）→冷卻（40～45℃），接菌（加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%的發(fā)酵劑）→恒溫發(fā)酵（40℃）→4℃貯存。

用脫脂乳粉和乳清濃縮蛋白粉強(qiáng)化乳中的蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為4%和5%，并在固定蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整二者的添加量使乳中酪蛋白和乳清蛋白的質(zhì)量比分別為1︰1，2︰1，3︰1，4.4︰1。

1.3 測定方法

（1）蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定采用蓋勃法(GB/ T5009.46-1996)。

（3）乳糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定采用GB/T 5413.51997中方法進(jìn)行。

（4）灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定采用GB/T5413.7-1997中方法進(jìn)行。

（5）酪蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定采用AOAC998.07中方法進(jìn)行。

（6）酸奶質(zhì)地的測定采用TA-XT2物性測定儀測定酸奶凝膠的質(zhì)構(gòu)。試驗參數(shù)：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(yīng)力設(shè)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(zhì)量W1后，放入離心機(jī)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(zhì)量W。酸奶持水力為

（8）酸奶凝膠微觀結(jié)構(gòu)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%（pH值為6.8）戊二醛進(jìn)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?jǐn)?shù)為30%，50%，70%，90%，100%的乙醇進(jìn)行脫水，每次10～15 min；體積分?jǐn)?shù)100%的乙醇進(jìn)行脫水3次，其他體積分?jǐn)?shù)的乙醇溶液各洗脫1次。體積分?jǐn)?shù)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(jié)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(jié)果可以觀察到：(1)在相同蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)量比為4.4∶1和1∶1時，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%，硬度增加了67.47 g；蛋白質(zhì)為5%，硬度增加了62.57 g。（2）蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)不相同，酪蛋白和乳清蛋白比例相同時，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，酸奶凝膠的硬度增加，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，不同酪蛋白和乳清蛋白比例的酸奶凝膠硬度進(jìn)行比較，乳蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(jié)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(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)不相同，酪蛋白和乳清蛋白比例相同時，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，酸奶凝膠的黏度增加，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，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(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)地和微觀結(jié)構(gòu)的空隙大小及分布有關(guān)。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(jié)果可以觀察到：(1)在相同蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)不相同，酪蛋白和乳清蛋白比例相同時，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，酸奶凝膠的持水力增加，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，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(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(jié)構(gòu)的影響

圖4為不同比例時酸奶凝膠的微觀結(jié)構(gòu)。由圖4結(jié)果可以看出，酪蛋白和乳清蛋白比例相同時，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的酸奶凝膠微觀結(jié)構(gòu)明顯比蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的酸奶凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更致密，交聯(lián)更多，即蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的酸奶凝膠的微觀結(jié)構(gòu)比較好。同等蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(jié)構(gòu)中的空隙明顯變小，如蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)逐漸變成分枝更多，空隙小而規(guī)則，交聯(lián)度更多的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

圖4中，（a）、（b）、（c）、（d）蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%；（e）、（f）、（g）、（h）蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(tǒng)意義上說，改善酸奶凝膠質(zhì)量的手段通常依靠增加蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)來完成[14-17]。然而，從我們的試驗結(jié)果中可以看出，改變?nèi)榈鞍捉M成比例可以明顯改善酸奶凝膠質(zhì)量，這種作用能力甚至可以使低蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的酸奶凝膠優(yōu)于高蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的酸奶凝膠。圖4中（d）較（e）的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更規(guī)則，分枝更多，凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更致密，其中凝膠網(wǎng)狀孔徑范圍分別為0.81～1.19 μm和1.20～4.78 μm。同時，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，降低乳中酪蛋白和乳清蛋白比例，可獲得與高蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)（酪蛋白和乳清蛋白比例較高）相似的酸奶凝膠結(jié)構(gòu)，甚至具有更好的凝膠物理特性。

表2 不同蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)及組成比例的酸奶凝膠特性

4 結(jié)論

(1)乳中蛋白質(zhì)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(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(jié)構(gòu)更致密，均勻，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，降低乳中酪蛋白和乳清蛋白比例，可獲得與較高蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)（酪蛋白和乳清蛋白比例較高）相似的酸奶凝膠結(jié)構(gòu)，甚至具有更好的凝膠物理特性。

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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(xué)校科技創(chuàng)新團(tuán)隊建設(shè)計劃項目（No.2010td11）；東北農(nóng)業(yè)大學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊項目（CXT007-1-3）。

徐紅華（1969-），女，教授，從事食品蛋白質(zhì)及營養(yǎng)的教學(xué)和研究。