（東北農業大學食品學院，哈爾濱150030）

聚合乳清濃縮蛋白對凝固型酸奶品質特性的影響

蔣姍姍，程建軍，李東飛，周鑫，崔春利，孫穎，侯俊財

（東北農業大學食品學院，哈爾濱150030）

以凝固型酸奶為研究對象，研究了添加聚合乳清濃縮蛋白（PWPC）和聚合熱穩定型乳清濃縮蛋白（PHSWPC）對凝固型酸奶品質特性的影響。分析了不同添加量的PWPC和PHSWPC對酸奶發酵終點和后熟后酸奶的滴定酸度、黏度、持水力（WHC）、脫水收縮敏感性（STS）、硬度和微觀結構的影響。結果表明，PWPC和PHSWPC的添加量對凝固型酸奶發酵終點無顯著影響；后熟后酸奶的滴定酸度、黏度、硬度隨著聚合乳清濃縮蛋白（PWP）的增加而增加；當PWPC和PHSWPC的添加量為16%時，酸奶的WHC顯著提高（P＜0.05），分別為84.16%±2.35%和85.90%±2.04%，而STS顯著降低（P＜0.05），分別為17.51%±0.73%和16.95%±0.38%。掃描電鏡結果表明添加了PWPC和PHSWPC的酸奶的微觀結構更加致密均勻。外源添加PWPC和PHSWPC可以改善凝固型酸奶的理化特性和酸奶的質構。

聚合乳清蛋白；凝固型酸奶；硬度；黏度；持水力

0 引言

乳清蛋白經過熱改性后具有一定的黏度，并且可以進行冷卻、稀釋作為一種以蛋白質為基質的增稠劑添加到食物中形成凝膠，而不破壞凝膠結構或者使聚合乳清蛋白進一步聚集[1]。Wang[2]和Li[3]等人利用聚合乳清蛋白作為一種協同增稠劑應用到羊奶酸奶中，不僅提高了羊奶酸奶的組織狀態，還可以改善羊奶酸奶的穩定性和脫水收縮作用，有益于益生菌的生存。孫煒等[4]人將熱聚合乳清濃縮蛋白（PWPC）應用于發酵豆奶中，發現發酵制得的酸豆奶組織狀態穩定，黏度和硬度適中，口感細滑，組織柔軟，風味良好。

乳清蛋白價格低廉，安全性高，應用到酸奶中，不僅可以增加蛋白質質量分數，還可以改善酸奶的質構，減少乳清析出，延長產品貨架期和提升酸奶的品質。故本試驗選擇WPC80和HSWPC80經熱聚合后添加到牛奶基料中，討論WPC80和HSWPC80的添加量對凝固型酸奶品質特性的影響，旨在對酸奶生產加工提供技術支撐，以期最大程度提高酸奶品質，同時也對擴大乳清蛋白的綜合利用具有重要的意義。

1 實驗

1.1 材料與試劑

直投式發酵菌種（保加利亞桿菌+嗜熱鏈球菌），全脂牛奶，白砂糖（市售），乳清濃縮蛋白（WPC-80），熱穩型乳清濃縮蛋白（HSWPC-80），其余化學試劑均為分析純級。

1.2 儀器設備

高壓均質機，DK-98-Ⅱ電熱恒溫水浴鍋，DHP-9126型電熱恒溫培養箱，SIGMA 3K 15型冷凍離心機，Brookfield DVⅡ數字旋轉黏度計，TA-XT?plus2質構儀，S-3400N型掃描電子顯微電鏡。

1.3 方法

1.3.1 聚合乳清蛋白的制備

將一定量的WPC80和HSWPC80溶于去離子水中，配成質量濃度為120 g/L溶液，室溫下磁力攪拌1 h后，置于4℃冰箱中過夜使其充分水化。將恢復至室溫的乳清蛋白溶液用濃度為1 mol/L的NaOH或濃度為1 mol/L的HCL調至pH值為7.0，在85℃條件下加熱30 min即得PWPC和PHSWPC，然后冷卻至43℃備用。

1.3.2 凝固型酸奶的制備

將全脂牛奶預熱至60℃，添加質量濃度60 g/L的白砂糖，充分攪拌使其溶解，壓力為20 MPa條件下均質后，進行殺菌處理，殺菌條件90℃，5 min。將冷卻至43℃的聚合乳清蛋白溶液（體積分數為0，4%，8%，12%，16%，20%）添加到冷卻至43℃的牛奶中，添加質量濃度為1 g/L的發酵劑，攪拌均勻后灌裝至150 g的玻璃瓶中，（43±1）℃發酵5 h后，冷卻至室溫，一部分放4℃冰箱后熟待用，一部分測發酵終點的可滴定酸度。

1.3.3 滴定酸度的測定

滴定酸度測定方法參照GB 5413.34-2010《食品安全國家標準乳和乳制品酸度的測定》[5]。

1.3.4 持水力(WHC)的測定

參照Zhao等[6]的方法，將大約20 g的樣品置于離心管中，在4℃，在轉速為4 000 r/min的條件下離心20 min，除去上清液，測出殘余物的質量，每個樣品重復測定3次。持水力(WHC)為

持水力=（m1/m2）×100%

式中：m1為樣品的質量（g）;m2為沉淀物的質量（g）。

1.3.5 脫水收縮敏感性（STS）的測定

參照廖文艷等[7]的方法，將25 g左右的樣品置于帶有濾紙的漏斗中，用三角瓶收集濾出的乳清，在4℃條件下收集2 h，每個樣品重復測定三次。

式中：m2為乳清的質量（g）；m1為樣品的的質量（g）。

1.3.6 質構分析

采用Sanli等[8]的方法，對酸奶的硬度進行分析，采用A/BE-35探頭，測定條件為：測定速度為1.0 mm/s，測前速度為2 mm/s，測后速度為2 mm/s，前進距離為20 mm，感應力為5 g，每個樣品重復測定3次。

1.3.7 黏度的測定

參照王翠娜[9]的方法，將酸奶樣品恢復至室溫后，順時針方向攪拌20 s。使用Brookfield旋轉黏度儀測定樣品的黏度。選用s64號轉子，在(25±0.1)℃室溫下，測定轉速為12 r/min，總測量時間為1 min，每隔20 s取一個數據點，取平均值作為最終的黏度值，每個樣品重復測定三次。

1.3.8 酸奶的微觀結構

采用Walsh等[10]的方法，分別選添加量為0%、16%的樣品，用2.5%戊二醛溶液固定4 h，再轉入鋨酸溶液固定4 h后，分別用休積分數梯度為15%，30%，50%，70%，80%，95%和99%的乙醇溶液進行逐級脫水，脫水后的樣品進行冷凍干燥處理，干燥后噴金，通過電子掃描顯微鏡對制備好的樣品進行分析、觀察，得到相應的電鏡照片。

1.4 統計分析

所有實驗均重復3次，采用SPSS 17.0軟件進行數據分析，用Tukey HSD進行平均數之間顯著性差異分析，P＜0.05表示差異顯著，采用Sigma Plot 12.5軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 聚合乳清蛋白對凝固型酸奶滴定酸度的影響

聚合乳清蛋白對凝固型酸奶發酵終點及后熟后滴定酸度的影響如圖1和圖2所示。由圖1可以看出，添加PHSWPC的凝固型酸奶發酵終點的滴定酸度稍高于添加PWPC的酸奶，而且隨著PWPC和PHSW?PC添加量的增多，達到發酵終點時的滴定酸度變化不明顯。這與孫煒等[4]在熱改性聚合乳清蛋白對酸豆奶發酵及貯藏穩定性的影響中的結果一致。

圖1 聚合乳清蛋白對發酵終點滴定酸度的影響

圖2 聚合乳清蛋白對后熟后滴定酸度的影響

由圖2可以看出，后熟24 h后，酸奶的后酸化差異明顯，滴定酸度隨著PWPC和PHSWPC的添加量的增加呈增加的趨勢。這與王浩等[11]在牛奶組分對酸豆乳風味的影響中，酸度隨乳清蛋白添加量的增加而增加的結果一致，可能是由于隨著聚合乳清蛋白的增加，增加了其固形物質量分數，促進產酸從而增加了酸奶的滴定酸度。Li等[3]在聚合乳清蛋白對羊奶酸奶黏稠度和持水力的影響中也提出酸乳的滴定酸度隨乳固體含量的增加而增加。添加PHSWPC的酸奶的滴定酸度高于PWPC的，可能是由于二者的組成成分不一樣，HSWPC主要是小分子蛋白和胨類等可以刺激嗜熱鏈球菌的生長和產酸活性[12]。

2.2 聚合乳清蛋白對凝固型酸奶持水力的影響

聚合乳清蛋白對凝固型酸奶持水力的影響如圖3所示。由圖3可以看出，凝固型酸奶的持水力隨著PWPC和PHSWPC添加量的增加先增加后減小，可能是由于聚合乳清蛋白本身具有較強的持水力，將聚合乳清蛋白加入到酸奶中，在酸化過程中與酪蛋白膠束形成更致密的網絡結構，增加了酸奶固定水的能力，從而提高了酸奶的持水性[3]。當PWPC和PHSW?PC的添加量為16%時，凝固型酸奶的持水力顯著高于0%，4%，8%和20%（P＜0.05）；凝固型酸奶的持水力達到最大值分別為84.16%±2.35%和85.90%±2.04%，與未添加的相比，分別增加了14.60%和16.97%，可能是由于乳清蛋白的添加降低了酪蛋白與乳清蛋白的比例，酸奶的微觀結構更致密均勻，從而增加了酸奶的持水力[13]。

圖3 聚合乳清蛋白對凝固型酸奶持水力的影響

圖3中，標注字母a～d表示同種聚合乳清蛋白WPC（或HSWPC）在不同添加量下的顯著性比較，字母不同表示差異顯著（P＜0.05），字母相同表示差異不顯著（P＞0.05），下同。

2.3 聚合乳清蛋白對凝固型酸奶脫水收縮敏感性的影響

聚合乳清蛋白對凝固型酸奶脫水收縮敏感性的影響如圖4所示。由圖4可以看出，酸奶的脫水收縮敏感性隨著PWPC和PHSWPC添加量的增加先減小后增加，當PWPC和PHSWPC的添加量為16%時，酸奶的縮水收縮敏感性顯著低于0%、4%、8%和20%（P＜0.05），酸奶的縮水收縮敏感性達到最小值分別為17.51%±0.73%和16.95%±0.38%，與未添加的相比分別減少了30.46%和32.68%，顯著低于未添加的（P＜0.05）。這與Britten[14]提出的PWP可以減少酸奶的脫水收縮敏感性一致。可能是由于聚合乳清蛋白添加到酸奶中，與酪蛋白膠束相互作用形成一個比較致密，均勻的結構從而降低了酸奶的脫水收縮作用和增加了酸奶的持水力。

2.4 聚合乳清蛋白對凝固型酸奶黏度的影響

圖4 聚合乳清蛋白添加量對脫水收縮敏感性的影響

聚合乳清蛋白對凝固型酸奶黏度的影響如圖5所示。由圖5可以看出，凝固型酸奶的黏度隨著聚合乳清蛋白的添加量的增加而增加，可能是由于酸奶在酸化過程中，聚合乳清蛋白與酪蛋白膠束發生反應增加了酪蛋白膠束的體積從而增加了酸奶的黏度[15]，這與Li等[3]在聚合乳清蛋白對羊酸奶持水力和黏稠性的影響中提出，與對照組相比添加聚合乳清蛋白的羊酸奶的黏度增加了80%的結果是一致的。在同一蛋白水平條件下，添加PHSWPC的酸奶具有更高的黏度值，可能是由于兩種蛋白的穩定性不一樣，在酸性條件下PHSWPC也能溶解，故發酵產酸后PHSWPC不凝固[16]，導致酸奶的黏度高。

圖5 聚合乳清蛋白添加量對黏度的影響

2.5 聚合乳清蛋白對凝固型酸奶硬度的影響

聚合乳清蛋白對凝固型酸奶硬度的影響如圖6所示。由圖6可以看出，凝固型酸奶的硬度隨著PWPC和PHSWPC添加量的增加而增加，這與孫煒[4]在熱改性聚合乳清蛋白對酸豆奶及貯藏穩定性的影響中的結果一致。與未添加的相比，PWPC和PHSWPC的添加量為20%時，酸奶的硬度分別增加了151.54%和176.98%，可能是由于在酸奶酸化過程中，PWP與酪蛋白膠束之間通過二硫鍵相互作用形成較強的聚合乳清蛋白-酪蛋白膠束，從而增加了酸奶的凝膠強度。

2.6 凝固型酸奶的微觀結構

圖6 聚合乳清蛋白對硬度的影響

未添加和添加16%PWP酸奶的掃描電鏡圖如圖7所示。由圖7可以看出，添加PWPC（A）和PHSWPC（B）的酸奶的微觀結構與未添加的酸奶（C）微觀結構明顯不同，未添加的酸奶的網絡凝膠孔隙較大且不規則，分布較松散，添加PWP的酸奶的網絡結構更加連續、緊密和均一。這與Puvanenthiran等[17]在酪蛋白與乳清蛋白比例對凝固型酸奶的結構和黏彈性的影響中提出，隨著乳清蛋白比例的增加，酸奶的網絡結構變得更加致密，空隙更小是一致的。乳清蛋白在加熱過程中主要是通過二硫鍵和疏水相互作用發生聚集，在室溫或冷藏條件下仍可溶解[18]。當聚合乳清蛋白添加到牛奶中，發酵過程中，隨著酸奶pH值的降低，聚合乳清蛋白與酪蛋白膠束反應形成一個相對致密的網絡結構，從而增加了酸奶的持水力和改善了酸奶的質構。相對于添加PWPC的酸奶（A）的微觀結構，PHSWPC（B）的酸奶的微觀結構更加致密、均一，可能是由于WPC和HSWPC的組成成分不同導致的。

圖7 凝固型酸奶的掃描電鏡結果

3 結論

本研究發現，PWPC和PHSWPC的添加量對凝固型酸奶發酵終點影響不大，后熟后酸奶的滴定酸度、黏度和硬度隨著PWPC和PHSWPC添加量的增加而增大。當PWP的添加量為16%時，凝固型酸奶的持水力顯著提高（P＜0.05），脫水收縮敏感性顯著降低（P＜0.05）。微觀結構分析表明PWP可以在酸奶中形成連續、均勻、致密的網狀結構，從而改善酸奶的質構。在同一水平時，添加PHSWPC的酸奶的各項指標均優于添加PWPC的酸奶。因此，PHSWPC可以作為一種新穎的以乳蛋白質為基質的增稠劑應用于凝固型酸奶中，來改善酸奶的品質。

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Effect of polymerized whey protein concentrate on quality of set yogurt

JIANG Shanshan,CHENG Jianjun,LI Dongfei,ZHOU Xin,CUI Chunli,SUN Ying,HOU Juncai
(College of Food Science,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China)

The objective of this study was to investigate the effect of different amounts of polymerized whey protein concentrate（PWPC）and polymerized heat stable whey protein concentrate（PHSWPC）on the quality of set yogurt.The effect of different additions of two differ?ent polymerized whey protein concentrate on the titratable acidity,viscosity,firmness,STS,WHC and microstructure of set yogurt were de?termined.The results revealed that the change of the titratable acidity on fermentation end point was not significant(P≥0.05).With the in?crease of the amount of PWPC and PHSWPC,the titratable acidity after post fermentation,viscosity and firmness of set yogurt increased. The WHC was significantly increased(to 84.16±2.35%and 85.90±2.04%,respectively)(P＜0.05)with addition of PWPC and PHSWPC (16%,w/v),however the STS was significantly decreased(to 17.51±0.73%and 16.95±0.38%,respectively)(P＜0.05).Results of scanning electron microscopy indicated gel of set yogurt with PWPC and PHSWPC showed denser microstructure with smaller size of pores.These results indicated that adding appropriate PWPC and PHSWPC are conducive to physicochemical properties and quality of set yogurt.

polymerized whey protein;set yogurt;firmness;viscosity;water hold capacity

TS252.1

：A

：1001-2230（2017）06-0015-04

2016-11-16

“十二五”農村領域國家科技計劃項目（2013BAD18B07）。

蔣姍姍(1989-)，女，碩士研究生，研究方向為食品科學。

侯俊財