影響生鮮馬乳熱穩(wěn)定性因素的研究

苗 森,王 璐,王小標,祁 天,趙志威,武 運,*

(1.新疆農業(yè)大學食品科學與藥學學院,新疆烏魯木齊 830052;2.新疆農業(yè)大學科學技術學院,新疆烏魯木齊 830052)

影響生鮮馬乳熱穩(wěn)定性因素的研究

苗 森1,王 璐2,王小標1,祁 天1,趙志威1,武 運1,*

(1.新疆農業(yè)大學食品科學與藥學學院,新疆烏魯木齊 830052;2.新疆農業(yè)大學科學技術學院,新疆烏魯木齊 830052)

本文以生鮮馬乳為研究對象,采用熱凝固時間法(HCT)測定了不同溫度、pH、Ca2+、干酪素以及螯合劑對生鮮馬乳熱穩(wěn)定性的影響。結果表明:隨著加熱溫度的升高、Ca2+濃度的增加會導致生鮮馬乳的熱穩(wěn)定性不同程度的降低,磷酸二氫鈉濃度的增加對生鮮馬乳的熱穩(wěn)定性影響不顯著,磷酸氫二鈉濃度的增加會導致生鮮馬乳的熱穩(wěn)定性不同程度的增高,pH、檸檬酸三鈉和干酪素對生鮮馬乳影響顯著。通過二次回歸旋轉組合模型得到pH、檸檬酸三鈉和干酪素對生鮮馬乳熱穩(wěn)定性作用的最佳組合范圍是pH6.71～6.83,檸檬酸三鈉濃度0.34～0.44 g/L,干酪素濃度3.29～3.68 g/L。結論:優(yōu)化了生鮮馬乳最適加工的熱穩(wěn)定的范圍,確保馬乳制品良好的品質,為馬乳制品的加工企業(yè)提供指導,具有較高的應用前景。

生鮮馬乳,熱穩(wěn)定性,二次回歸旋轉組合設計

生鮮馬乳含有的豐富營養(yǎng)物質以及人體所必需的脂肪酸及氨基酸,是磷和鈣的比例最接近母乳的乳品[1]。其蛋白質含量高,對于修補人體組織、促進生長發(fā)育、調節(jié)生理機能、增加抵抗力和供給熱能具有一定的作用,馬乳制品也深受草原牧民的喜愛[2]。生鮮馬乳的穩(wěn)定性會影響其產品的穩(wěn)定性,而乳制品質量的重要體現(xiàn)就是其穩(wěn)定性[3]。熱穩(wěn)定性作為生鮮馬乳最重要的加工特性之一,對其制品的品質起著至關重要的影響[4]。生鮮馬乳與生鮮牛乳不同,在加熱時會產生明顯的分層現(xiàn)象。不論是生產酸馬乳產品的殺菌處理,還是對要飲用或保存的生鮮馬乳進行煮沸、巴氏殺菌等方式進行處理,這些處理對生鮮馬乳的營養(yǎng)成分以及制品的品質均有一定的影響。目前關于馬乳制品的研究很多,但是關于生鮮馬乳的研究較少[5]。通過研究加熱溫度、pH以及螯合劑對生鮮馬乳的影響,確定生鮮馬乳最適熱穩(wěn)定性的范圍,為馬乳制品的加工以及品質提高提供理論依據。為了確保馬乳制品良好的食用品質,對生鮮馬乳穩(wěn)定性進行研究具有重要的實際應用意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

生鮮馬乳:實驗用生鮮馬乳來自新疆伊犁昭蘇馬場乳用馬所產的生鮮乳,采樣后立刻在-40℃冷凍保存;無水氯化鈣(分析純):天津市東麗區(qū)李明莊工業(yè)區(qū);干酪素(食品級):甘肅省華安生物制品公司;磷酸二氫鈉(分析純):天津市光復科技發(fā)展有限公司;磷酸氫二鈉(分析純):天津市凱通化學試劑有限公司;檸檬酸三鈉(分析純):天津市福晟化學試劑廠。

梅特勒-托利多實驗室pH計(FE20) 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;HH-S數顯恒溫油浴鍋 金壇市醫(yī)療器械廠;恒溫磁力攪拌器 上海恒科學儀器有限公司;FA2204B電子天平 上海精科天美科學儀器有限公司;DDJ-10多功能電子計時器 上海中迪電子科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 熱穩(wěn)定性實驗 采用Fox熱凝固時間法[6](HCT值)進行測定。將1 mL的生鮮馬乳放入試管中,敞口置于140 ℃預熱的恒溫油浴鍋中加熱,用秒表記錄開始加熱到乳樣出現(xiàn)沉淀掛壁所用的時間,即HCT值,每組實驗重復3次,求平均值,即得HCT值。

1.2.2 溫度對生鮮馬乳熱穩(wěn)定性的影響 用0.1 mol/L的HCl 0.1 mol/L的NaOH將待測生鮮馬乳樣品的pH調至6.7,采用恒溫油浴鍋分別測定生鮮馬乳樣品在100、105、110、115、120、125、130、135、140 ℃的HCT值。

1.2.3 pH對生鮮馬乳熱穩(wěn)定性的影響 用0.1 mol/L的HCl和0.1 mol/L的NaOH將待測生鮮馬乳樣品的pH分別調至6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0,分別測定乳樣在140 ℃時的HCT值。

1.2.4 Ca2+對生鮮馬乳熱穩(wěn)定性的影響 將待測生鮮馬乳樣品的pH調至6.7,添加CaCl2配制成Ca2+濃度分別為0、0.4、0.6、0.8、1.0 g/L的乳樣,分別測定乳樣在140 ℃時的HCT值。

1.2.5 干酪素對生鮮馬乳熱穩(wěn)定性的影響 將待測生鮮馬乳樣品的pH調至6.7,添加干酪素配制成干酪素濃度分別為0、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.0 g/L的乳樣,分別測定乳樣在140 ℃時的HCT值。

1.2.6 螯合劑對生鮮馬乳熱穩(wěn)定性的影響 將待測生鮮馬乳樣品的pH調至6.7,添加檸檬酸三鈉配制成檸檬酸三鈉濃度分別為0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0 g/L的乳樣,分別測定乳樣的pH和其在140 ℃時的HCT值。

將待測生鮮馬乳樣品的pH調至6.7,添加磷酸二氫鈉配制成磷酸二氫鈉濃度分別為0、0.1、0.3、0.5、0.7、0.9、1.0 g/L的乳樣,分別測定乳樣的pH和其在140 ℃時的HCT值。

將待測生鮮馬乳樣品的pH調至6.7,添加磷酸氫二鈉配制成磷酸氫二鈉濃度分別為0、0.1、0.3、0.5、0.7、0.9、1.0 g/L的乳樣,分別測定乳樣的pH和其在140 ℃時的HCT值。

1.2.7 生鮮馬乳的熱穩(wěn)定性的優(yōu)化 綜合單因素實驗結果選取對生鮮馬乳熱穩(wěn)定性影響最大的三個因素pH、干酪素濃度、檸檬酸三鈉濃度,利用DPSv14.50進行二次回歸旋轉組合對生鮮馬乳的熱穩(wěn)定性進行優(yōu)化,因素水平表見表1。

表1 二次回歸旋轉組合實驗因素水平表

1.2.8 數據處理 使用Excel2007和DPSv14.50軟件通過二次回歸旋轉組合設計優(yōu)化生鮮馬乳的熱穩(wěn)定性,建立模型分析。

2 結果與分析

2.1 溫度對生鮮馬乳熱穩(wěn)定性的影響分析結果

由圖1可知,在100～140 ℃的范圍內隨著溫度的升高,生鮮馬乳的HCT值顯著減小(p<0.01),100 ℃的HCT值為62 s,140 ℃的HCT值為41 s。隨著溫度的升高生鮮馬乳的熱穩(wěn)定性降低。溫度對生鮮馬乳的熱穩(wěn)定性的影響較大,乳中的酪蛋白在高溫處理下變性沉淀,同時乳清蛋白變性吸附在酪蛋白膠粒上從而改變了膠粒的穩(wěn)定性,可能是由于溫度的升高破壞了氫鍵,改變了體系的疏水性導致生鮮馬乳蛋白質體系發(fā)生變化,從而熱穩(wěn)定性降低[7-8]。

圖1 溫度對生鮮馬乳熱穩(wěn)定性的影響Fig.1 The influence of temperature to thethermal stability of the fresh mare’s milk

2.2 pH對生鮮馬乳熱穩(wěn)定性的影響分析結果

由圖2可知,隨著生鮮馬乳pH的增加,其HCT值顯著上升(p<0.01),在pH為6.7時HCT值為41 s達到最大值;當pH大于6.7時,隨著pH的繼續(xù)增加,生鮮馬乳的HCT值顯著下降(p<0.05)。HCT值下降的原因可能是由于生鮮馬乳中的酪蛋白是兩性電解質,pH的變化會影響其酪蛋白和乳清蛋白的相互作用從而影響生鮮馬乳的熱穩(wěn)定性,由此可見pH是影響生鮮馬乳熱穩(wěn)定性的一個重要因素[9]。由于pH對生鮮馬乳的熱穩(wěn)定性影響顯著,選擇此因素作為優(yōu)化實驗因素。

圖2 pH對生鮮馬乳熱穩(wěn)定性的影響Fig.2 The influence of pH to thethermal stability of the fresh mare’s milk

2.3 Ca2+對生鮮馬乳熱穩(wěn)定性的影響分析結果

由圖3可知,Ca2+濃度在0～1 g/L的范圍內升高會導致生鮮馬乳的熱穩(wěn)定性顯著降低(p<0.05)。可能是生鮮馬乳中Ca2+離子會與磷酸鹽或檸檬酸鹽相結合,形成的磷酸鈣與酪蛋白會結合成一種酪蛋白聚合體,從而降低了生鮮馬乳中可溶性酪蛋白的含量導致生鮮馬乳熱穩(wěn)定性降低[10-11]。由于添加Ca2+會導致生鮮馬乳的熱穩(wěn)定性逐漸降低,不采用Ca2+濃度作為優(yōu)化因素。

圖3 Ca2+對生鮮馬乳熱穩(wěn)定性的影響Fig.3 The influence of Ca2+ to thethermal stability of the fresh mare’s milk

2.4 干酪素對生鮮馬乳熱穩(wěn)定性的影響分析結果

由圖4可知,當干酪素的濃度為0～3.5 g/L時,生鮮馬乳HCT值顯著上升(p<0.01);當干酪素的濃度增加到3.5 g/L時生鮮馬乳的HCT值為64 s達到最高;當干酪素濃度為3.5～5 g/L時,生鮮馬乳的HCT值顯著下降(p<0.01)。添加干酪素改變了生鮮馬乳中原有酪蛋白和乳清蛋白的比例關系。生鮮馬乳的HCT值下降可能是由于干酪素濃度過高破壞了生鮮馬乳自身體系的穩(wěn)定[12]。由于干酪素的濃度對生鮮馬乳的熱穩(wěn)定性影響顯著,選擇此因素作為優(yōu)化實驗因素。

圖4 干酪素對生鮮馬乳熱穩(wěn)定性的影響Fig.4 The influence of casein to thethermal stability of the fresh mare’s milk

2.5 螯合劑對生鮮馬乳熱穩(wěn)定性的影響分析結果

由圖5可知,當檸檬酸三鈉濃度為0～0.4 g/L時,生鮮馬乳HCT值顯著上升(p<0.01);當檸檬酸三鈉的濃度增加到0.4 g/L時生鮮馬乳的HCT值為71 s達到最高;當檸檬酸三鈉濃度為0.5～1 g/L時,隨著檸檬酸三鈉濃度的繼續(xù)增加,生鮮馬乳的HCT值顯著下降(p<0.01)。隨著檸檬酸三鈉濃度的增加生鮮馬乳的pH逐漸上升。檸檬酸三鈉能有效的螯合生鮮馬乳中的游離Ca2+,從而增加生鮮馬乳的熱穩(wěn)定性[13]。由于檸檬酸三鈉濃度的增加,pH明顯增大從而又降低了生鮮馬乳的熱穩(wěn)定性[14]。由于檸檬酸三鈉的濃度對生鮮馬乳的熱穩(wěn)定性影響顯著,選擇此因素作為優(yōu)化實驗因素。

圖5 檸檬酸三鈉對生鮮馬乳熱穩(wěn)定性的影響Fig.5 The influence of trisodium citrate to thethermal stability of the fresh mare’s milk

由圖6可知,隨著磷酸二氫鈉濃度的增加,對生鮮馬乳的熱穩(wěn)定性影響不顯著(p>0.05),其HCT值在42～44 s之間上下波動,而生鮮馬乳的pH明顯下降。磷酸二氫鈉是酸性磷酸鹽,水解呈弱酸性,雖然磷酸鹽能螯合生鮮馬乳中的游離Ca2+,但磷酸二氫鈉濃度的增加使生鮮馬乳的pH明顯降低[15-16]。由于磷酸二氫鈉濃度的增加對生鮮馬乳的熱穩(wěn)定性影響不顯著,不作為優(yōu)化的因素。

圖6 磷酸二氫鈉對生鮮馬乳熱穩(wěn)定性的影響Fig.6 The influence of sodium hydrogen phosphateto the thermal stability of the fresh mare’s milk

由圖7可知,當磷酸氫二鈉濃度為0～0.3 g/L時,生鮮馬乳HCT時間變化顯著(p<0.05);當磷酸氫二鈉濃度為0.3～0.9 g/L時,生鮮馬乳HCT時間變化不顯著(p>0.05);當磷酸氫二鈉濃度為0.9～1 g/L時,生鮮馬乳HCT值顯著上升(p<0.01)。隨著磷酸氫二鈉濃度的增加生鮮馬乳的pH呈逐漸上升的趨勢。磷酸氫二鈉濃度的增加明顯提高了生鮮馬乳的熱穩(wěn)定性。可能是磷酸氫二鈉是堿性磷酸鹽,磷酸鹽能螯合生鮮馬乳中的游離Ca2+的同時能夠在乳液體系中釋放OH-,使pH增加,從而在0～1 g/L的范圍內生鮮馬乳的熱穩(wěn)定性明顯增大[17-18]。由于在研究的條件范圍內酸氫二鈉濃度為0.3～0.9 g/L時,生鮮馬乳HCT時間變化不顯著,所以不選擇該因素作為優(yōu)化實驗因素。

圖7 磷酸氫二鈉對生鮮馬乳熱穩(wěn)定性的影響Fig.7 The influence of disodium hydrogen phosphateto the thermal stability of the fresh mare’s milk

2.6 生鮮馬乳熱穩(wěn)定性的優(yōu)化結果

綜合單因素實驗結果,選取對生鮮馬乳熱穩(wěn)定性影響較大的3個因素(pH、干酪素、檸檬酸三鈉)作為回歸旋轉因素,采用二次回歸旋轉模型進行優(yōu)化。

2.6.1 二次回歸旋轉組合實驗結果 通過DPSv14.50對上述結果(表2),計算各項回歸系數,得到生鮮馬乳熱凝固時間與pH、檸檬酸三鈉和干酪素3因子的數學回歸模型:

Y=63.13449+6.61003X1-0.56913X2+1.37127X3-10.16386X12-8.92643X22-4.86056X32+2.75000X1X2-0.25000X1X3-1.25000X2X3。

2.6.2 顯著性分析及優(yōu)化模型 對上述方程中的多項式進行顯著性分析結果見表3。

由表3可以得到回歸方程的失擬性檢驗F1=3.32881F0.01(9,13)=4.19極顯著,證明模型的預測值和實際值吻合,模型成立。X1(pH的一次交互項)、X12(pH的二次交互項)、X22(檸檬酸三鈉的二次交互項)、X32(干酪素的二次交互項)、X1X2(pH與檸檬酸三鈉的交互項)都極顯著。X2(檸檬酸三鈉的一次交互項)、X3(干酪素的一次交互項)、X1X3(pH與干酪素的交互項)、X2X3(檸檬酸三鈉與干酪素的交互項)不顯著。只有一組交互項顯著的原因可能是由于三個因素的取值范圍較窄而造成的[19]。

對回歸系數顯著性檢驗,在α=0.10顯著水平剔除不顯著項后,優(yōu)化的回歸方程:

Y=63.13449+6.61003X1+1.37127X3-10.16386X12-8.92643X22-4.86056X32+2.75000X1X2。

表2 二次回歸旋轉組合實驗因素水平表

pH、檸檬酸三鈉濃度和干酪素濃度的相關系數R2=0.9839,回歸模型的擬合度能較好的擬合出熱凝固時間(HCT)與各因素之間的關系,其他因素的誤差占1.61%,因此可以用該模型進行分析。

2.6.3 單因素效應分析 由圖8可知,pH、檸檬酸三鈉和干酪素的添加量對生鮮馬乳的HCT值影響趨勢都是先增大后減小,pH和檸檬酸三鈉的添加量對生鮮馬乳HCT值的影響趨勢接近。檸檬酸三鈉是一種堿性螯合劑,它的添加會影響生鮮馬乳的pH從而進一步影響生鮮馬乳的熱穩(wěn)定性,所以應該控制檸檬酸三鈉添加量來提高生鮮馬乳的熱穩(wěn)定性[20]。

表3 實驗結果方差分析表

注:
注:**p<0.01,表示差異極顯著;* 0.010.05,表示差異不顯著。

表4 大于49.39的17個方案中各個因子頻率表

圖8 單因素效應分析Fig.8 The effect analysis to single factor

2.6.4 雙因素效應分析 回歸方程中只有pH和檸檬酸三鈉的交互作用顯著,對其交互效應進行分析:

由圖9可知,pH與檸檬酸三鈉對生鮮馬乳的熱穩(wěn)定性均有影響。當檸檬酸三鈉的添加量恒定不變時,隨著pH的升高HCT值先升高后下降;當pH恒定不變時,隨著檸檬酸三鈉的濃度增大HCT值也呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。

圖9 pH與檸檬酸三鈉效應分析圖Fig.9 Effect analysis to pH and trisodium citrate

2.6.5 回歸方程模擬尋優(yōu) 根據取得的回歸方程,通過DPSv14.50進行頻率分析法模擬尋優(yōu),得到結果如下:

由表4可知,HCT值大于49.39 s的方案有17個,在95%的置信區(qū)間內HCT值大于49.39 s的優(yōu)化結果是:pH6.71～6.83,檸檬酸三鈉濃度0.34～0.44 g/L,干酪素濃度3.29～3.68 g/L,在該條件下生鮮馬乳的HCT值范圍是為50～66 s。

3 結論

隨著加熱溫度的升高生鮮馬乳的熱穩(wěn)定性逐漸降低;pH的增加會導致生鮮馬乳的熱穩(wěn)定性先升高再降低;Ca2+濃度的增加會使生鮮馬乳的熱穩(wěn)定性逐漸降低;干酪素濃度的增加使生鮮馬乳的熱穩(wěn)定性呈先升高再降低的趨勢;檸檬酸三鈉濃度的增加會使生鮮馬乳的熱穩(wěn)定性先升高再降低;磷酸氫二鈉濃度的增加使生鮮馬乳的熱穩(wěn)定性逐漸升高;磷酸二氫鈉濃度對生鮮馬乳的熱穩(wěn)定性影響不顯著。pH、檸檬酸三鈉和干酪素三個因素對生鮮馬乳熱穩(wěn)定性作用的最佳條件范圍是pH6.71～6.83,檸檬酸三鈉濃度0.34～0.44 g/L,干酪素濃度3.29～3.68 g/L,在該條件下生鮮馬乳的HCT值范圍是為50～66 s。

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Research of the influence factors of thermal stability of Fresh Mare’s Milk

MIAO Sen1,WANG Lu2,WANG Xiao-biao1,QI Tian1,ZHAO Zhi-wei1,WU Yun1,*

(1.College of Food Science and Pharmaceutical Science,Xinjiang Agricultural University,Urumqi 830052,China;2.College of Science and Technology,Xinjiang Agricultural University,Urumqi 830052,China)

The objective of the study is to analyze the effects of different temperature,pH,Ca2+,casein and chelating agent on the thermal stability of fresh mare’s milk,using heat coagulation time method(HCT). The results showed that when the temperature and concentration of Ca2+increased,the thermal stability of fresh mare’s milk was degraded to varying degrees. Increasing the concentration of disodium hydrogen phosphate resulted in varying degrees of increasing of the thermal stability of fresh mare’s milk. The thermal stability were significantly influenced by pH,trisodium citrate and casein,but was not significantly influenced by sodium dihydrogen phosphate. Through the quadratic regression rotation composition design,the optimized combined range were pH of 6.71～6.83,the concentration of trisodium citrate of 0.34～0.44 g/L,the concentration of casein of 3.29～3.68 g/L. The results of the study could provide reference for mare’s milk processing enterprises to ensure good quality of mare’s milk products.

Fresh Mare’s Milk;thermal stability;design of quadratic regression rotation composition

2014-10-27

苗森(1991-)，男，碩士研究生，研究方向：食品生物技術，E-mail:1303699251@qq.com。

*通訊作者:武運(1965-)，女，碩士，教授，從事食品生物技術與食品安全研究，E-mail：wuyunster@sina.com。

國家科技部“十二五”科技支撐項目子課題(2012BAD44B01-05)；新疆維吾爾自治區(qū)重大專項子課題(201130101-4(2)-2)。

TS252.1

B

1002-0306(2015)15-0213-06

10.13386/j.issn1002-0306.2015.15.036