不同WPNI脫脂乳粉對發酵乳飲料穩定性的影響

田慧青，于景華，王攀，張瑞明

（天津科技大學，天津300457）

不同WPNI脫脂乳粉對發酵乳飲料穩定性的影響

田慧青，于景華，王攀，張瑞明

（天津科技大學，天津300457）

以TSI（動力學穩定性指數）、粒徑、Δ BS（背散射光強變化值）為指標，比較6種以不同WPNI的脫脂乳粉為原料的發酵乳飲料體系的穩定性，并利用SDS-PAGE分析了發酵乳飲料的離心沉淀物質成分。結果表明：發酵乳飲料的原料脫脂乳粉WPNI值越低，即未變性蛋白含量越低，脫脂乳粉熱變性程度越大，產品的TSI值越高，粒徑越大，ΔBS也越大，飲料體系的穩定性越差。通過SDS-PAGE分析得到，沉淀物質主要為casein，β-lg，α-La，還有少量的Lf和BSA。

脫脂乳粉；WPNI；發酵乳飲料；穩定性

Abstract:This research,using TSI(dynamic stability index),particle size and Δ BS(back scattered light intensity change)as indexes,compared the stability of the fermented milk beverage system produced from six different types of skim milk powder with different WPNI values,and analysised the content the ingredients of centrifugal precipitation in fermented milk beverage with SDS-PAGE.The results showed that lower WPNI value(lower the undenatured protein content)indicates higher the thermal denaturation degree of skim milk power,higher TSI value,larger particle size and larger Δ BS.Besides,stability of the beverage system with lower WPNI value was lower as well.The SDS-PAGE anal?ysis also revealed that the precipitated substances were mainly casein,β-lg,α-La,and a small amount of Lf,BSA.

Key words:skim milk powder;WPNI;fermented milk beverage;stability

0 引言

在生產和研究中，脫脂乳粉通常會作為乳制品和乳飲料的主要原料，不同來源的原料對產品的口感、質構、穩定性發揮著至關重要的作用。不同WPNI的脫脂乳粉本質區別在于乳清蛋白變性程度不同。不同WPNI脫脂乳粉乳清蛋白變性程度的不同會影響到后期產品穩定性體系中乳清蛋白與乳清蛋白之間以及乳清蛋白與酪蛋白之間的反應，進而影響到發酵乳飲料的穩定性。

1 實驗

1.1 材料與儀器

脫脂乳粉1，脫脂乳粉2，脫脂乳粉3，脫脂乳粉4，脫脂乳粉5，脫脂乳粉6，葡萄糖，白砂糖，檸檬酸鈉，檸檬酸，復配穩定劑（2158-1B），副干酪乳桿菌，α-乳白蛋白（α-La，＞85%），β-乳球蛋白（β-Lg，＞90%），牛血清白蛋白（BSA，＞90%），低相對分子質量蛋白質標準品。

MODEL均質機，YXQ-LS立式壓力蒸汽滅菌鍋，HWS24型電熱恒溫水浴鍋，HWS24型電熱恒溫水浴鍋，Turbiscan Lab穩定性分析儀，DYCZ–24DN型電泳儀。

1.2 方法

分別以12%的已知WPNI值的脫脂乳粉1（7.85），脫脂乳粉 2（4.44），脫脂乳粉 3（4.02），脫脂乳粉 4（3.19），脫脂乳粉5（2.89），脫脂乳粉6（1.14）為原料，加入6%葡萄糖干拌混勻，加入50～55℃的水，攪拌溶解，放入45～50℃的水浴鍋中水合30 min；然后用高壓蒸汽滅菌鍋殺菌（95℃，1 h）；待溫度降至30～40℃時，在無菌環境下進行接種副干酪乳桿菌（0.0105%），封口后放入37℃培養箱進行恒溫發酵72 h；發酵至終點后取出置于4℃冰箱中后熟1～2 d；用70～80℃的水將白砂糖和檸檬酸鈉溶解，殺菌（95℃，5 min）；待溫度降至40℃左右，將它與發酵乳基料按照3∶1的比例進行混合；將混料攪拌均勻后，用5%的檸檬酸和檸檬酸鈉溶液調pH值至3.80；然后在30 MPa下進行均質，無菌灌裝，待溫度降至室溫后放入4℃環境下保藏待測[1-3]。

1.2.1 TSI值、粒徑、Δ BS的測定

Turbiscan分析儀測定原理：采用Turbiscan分析儀對樣品進行穩定性測試，將待測樣品裝進一圓柱形玻璃測試室中，儀器采用了脈沖近紅外光源（λ=880nm），當測試室內透明度較差時，分析儀的兩個同步光學探測器獲得兩部分組成的發射光斑，分別為探測透過樣品的透射光和被樣品反射的反射光。光學探測頭從低于樣品測試室底部的2 mm處起沿樣品測試室向上掃描，最大高度為55 mm，每40 mm高度采集一次透射光和反射光數據。透射光和反射光強度以%表示，其含義是相對標準樣品光通量為10%的硅油的光通量的百分比。對于透明體系，選取透射光的透過率(T%)為指標，不透明體系則選取背散射光的反射率(BS%)為指標，發酵乳飲料屬于不透明體系，其穩定性評價指標為BS。掃描曲線給出了不同掃描時間透射光和反射光隨樣品高度的變化關系。以樣品初始BS為對照，不同觀察時間的BS與之的差值（Δ BS）反映其體系的變化，從而放大了樣品在測定時間內微觀特征變化。穩定分析儀給出的評價指標是樣品觀察時間內背散射光的平均變化率，也稱穩定動力學參數(dynamic stability index，TSI)。TSI與體系穩定性呈負相關，TSI值越小，體系越穩定，TSI值越大，體系越不穩定[4]。

實驗測定步驟：取樣品約20 mL加入樣品池，加蓋后置于儀器的樣品槽中，設定20 min掃描1次，共掃描7 h。可以直接得到樣品的TSI值，并通過軟件TLAB Expert計算可以得到體系的顆粒粒徑。

1.2.2 產品離心沉淀物的SDS-PAGE分析

發酵乳飲料經4 000 r/min（10 min）離心后取沉淀物質1 g復原于10 mL蒸餾水中45℃水浴鍋中水合20 min，與上樣緩沖液以1∶1比例混合，上樣量為20 μL。分離膠體積分數為15%，濃縮膠體積分數為5%。預電泳電壓為80 V，進入分離膠后為120 V。分離膠濃縮膠配方如表1所示。

表1 分離膠和濃縮膠配制表

2 結果與討論

2.1 不同WPNI脫脂乳粉的發酵乳產品的TSI值比較

圖1為不同WPNI脫脂乳粉為原料的發酵乳飲料的TSI值。圖1中，LT1,LT2,LT3,LT4,LT5,LT6分別為以脫脂乳粉1,2,3,4,5,6為原料的發酵乳飲料。

圖1 不同WPNI脫脂乳粉為原料的發酵乳飲料的TSI值

表2 不同發酵乳飲料貨架期預測值

利用穩定性分析儀測定以不同WPNI脫脂乳粉為原料的發酵乳飲料，并通過TLAb Expert軟件得到測定時間內樣品整體TSI的變化值。由圖1可以看出，以不同WPNI脫脂乳粉為原料的發酵乳飲料其TSI值不同。以脫脂乳粉6為原料的發酵乳飲料的TSI值顯著高于其余5種發酵乳飲料，穩定性最差。除了脫脂乳粉6，其余5種脫脂乳粉為原料的發酵乳飲料的TSI值較接近，大致在0.85～1.28之間。由表2可知，脫脂乳粉的WPNI值與對應的發酵乳飲料產品的TSI值呈負相關關系，即脫脂乳粉的WPNI值越低，TSI值越高，也就是脫脂乳粉中未變性蛋白質量分數越高，產品穩定性越高。這主要是因為影響脫脂乳粉熱變性程度的關鍵技術在預熱殺菌階段，高溫加熱脫脂乳粉經過預熱殺菌后，90%的β-Lg和40%的α-La發生變性，乳粉功能特性發生巨大變化，其中包括：乳清蛋白的變性、變性的乳清蛋白與酪蛋白膠束的交聯、可溶性鈣和磷酸鹽轉變為膠體相，殺滅細菌以及酶的失活[5]等等。低、中熱脫脂乳粉在生產過程中熱處理強度小，未變性蛋白質量分數高，使其保留了較好的乳化穩定性，脫脂乳粉的乳化性使蛋白質發揮其兩親性，當蛋白遷移達到油-水結合平衡后，油-水界面形成的高彈性薄膜可以承受一定程度機械沖擊，從而維持乳飲料的穩定狀態。由此可見，發酵乳飲料穩定性與所用原料脫脂乳粉的WPNI有關，且產品穩定性隨脫脂乳粉WPNI值的降低而降低。

2.2 不同WPNI脫脂乳粉的發酵乳產品的粒徑比較

圖2為不同WPNI脫脂乳粉的為原料的發酵乳飲料的粒徑。圖2中，LT1，LT2，LT3，LT4，LT5，LT6分別為以脫脂乳粉1，2，3，4，5，6為原料的發酵乳飲料。

圖2 不同WPNI脫脂乳粉的為原料的發酵乳飲料的粒徑

利用穩定性分析儀測定以不同WPNI脫脂乳粉為原料的發酵乳飲料，并通過TLAb Expert軟件得到測定時間內樣品池中部粒徑的變化值。由圖2可以看出，以脫脂乳粉1，2，3，4，5為原料的發酵乳飲料粒徑值均沒有明顯變化，而以脫脂乳粉6為原料的發酵乳飲料粒徑有明顯減小趨勢，這是因為以低、中熱脫脂乳粉為原料的發酵乳飲料體系相對穩定，但是以高熱脫脂乳粉為原料的發酵乳飲料體系不穩定，感官觀察在樣品池中下部出現了明顯分層，而粒徑值的測定選取的位置為樣品池的中部，所以樣品出現明顯分層是發酵乳飲料6的粒徑呈減小趨勢的原因。從粒徑值大小的比較來看，原料脫脂乳粉的WPNI值越低，粒徑值越大。根據Stocks定律，在發酵乳飲料乳濁液體系中，蛋白粒子密度比水相密度大，當水相不足以支撐蛋白粒子時，蛋白粒子就會下沉，最終生成沉淀，因此粒徑越大，飲料體系越不穩定[6-7]。發酵乳飲料的粒徑隨脫脂乳粉WPNI值的降低而增大，這說明脫脂乳粉的受熱程度越大，對應的發酵乳飲料體系越不穩定。

2.3 不同WPNI脫脂乳粉發酵乳產品的Δ BS值比較

利用穩定性分析儀測定以不同WPNI脫脂乳粉為原料的發酵乳飲料穩定性，并得到它們在測定時間內的Δ BS，分別如圖3（圖中橫坐標代表樣品池的高度，左側為樣品池底部）所示。

由圖3可以看出，以脫脂乳粉1，2，3為原料的產品的Δ BS在5%～10%之間，而以脫脂乳粉4，5，6為原料的產品的Δ BS均在10%以上。由此說明，發酵乳飲料產品體系的穩定性與脫脂乳粉的未變性蛋白質量分數有很大關系。脫脂乳粉在生產過程中，當受熱程度較小時，α-La變性程度較小，主要是β-Lg的變性，β-Lg變性后附著在酪蛋白膠束表面，附屬絲狀物形成“溝壑”狀態，此時表面疏水性很高，隨著加熱強度的增大，α-La開始變性，覆蓋在β-Lg絲狀物，填滿了“溝壑”，這樣在酪蛋白上形成了光滑的膠束表面，此時乳清蛋白與酪蛋白形成了聚合物。發酵乳飲料pH值在3.6～4.4之間，低于酪蛋白的等電點（4.6），此時發酵乳飲料體系中的酪蛋白極不穩定，在乳清蛋白的促進作用下，兩者的聚合物發生變性沉淀[8-10]。這種現象在以脫脂乳粉6為原料的發酵乳飲料中有明顯表現，由圖3（f）可以看出，兩種產品的Δ BS均發生很大的波動，從不同時間對產品掃描曲線的變化來看，兩者都發生了明顯分層，這主要是因為高溫加熱脫脂乳粉在生產過程中乳清蛋白發生了很大程度的變性。

2.4 SDS-PAGE分析

對以不同WPNI脫脂乳粉為原料的產品4 000 r/min的轉速下離心10 min得到的沉淀物質進行SDS-PAGE分析，結果如圖4所示。

圖3 不同WPNI脫脂乳粉為原料的發酵乳飲料的Δ BS值

圖4 不同WPNI脫脂乳粉的發酵乳飲料離心沉淀物的SDS-PAGE分析

由圖4可以看出，以脫脂乳粉1，2，3，4，5，6為原料的產品的各乳清蛋白條帶依次變淺，由此說明脫脂乳粉WPNI值越低，所得產品離心沉淀物中乳清蛋白質量分數越低，其中以脫脂乳粉6為原料的產品沉淀物質中幾乎沒有α-La、β-lg、BSA、IgH，只有少量的Lf，這是因為隨著受熱程度的增加，參加聚合反應的乳蛋白增多，乳粉中未變性乳清蛋白質量分數降低，乳飲料產品中未變性乳清蛋白質量分數也相應降低。從各條帶上可以看出，沉淀物質主要為casein、β-lg、α-La，還有少量的 Lf和 BSA，很明顯β-lg比α-La參與聚合反應少，這是因為α-La與Ca2+結合后有較強的熱穩定性，變性后可復性。β-Lg的熱變性在乳清蛋白和酪蛋白膠束聚合反應中起著關鍵作用，加熱條件下，天然β-Lg二聚體解離后，單體經過分子內二硫鍵反應形成活性單體，和酪蛋白膠束表面的κ-CN發生二硫鍵反應，結合到膠束上；α-La的變性程度也會因β-Lg的存在而增加，因為在加熱條件下α-La先與β-Lg相互反應生成復雜的中間產物，再與酪蛋白膠束結合。因此，通過以不同熱變性脫脂乳粉為原料的LT離心沉淀物在的SDS-PAGE分析得到，產品中沉淀物質主要為casein，β-lg，α-La，還有少量的Lf和BSA，且原料脫脂乳粉WPNI值越低，所得產品離心沉淀物中未變性蛋白質量分數越低。

3 結論

通過實驗得到發酵乳飲料的原料脫脂乳粉WP?NI值越低，即未變性蛋白質量分數越低，脫脂乳粉熱變性程度越大，產品的TSI值越高，粒徑越大，Δ BS也越大，飲料體系的穩定性越差。通過SDS-PAGE分析發酵乳飲料的離心沉淀物得到，沉淀物質主要為ca?sein，β-lg，α-La，還有少量的Lf和BSA。

[1]張婧.干酪乳桿菌發酵乳飲料的研制及其穩定性研究[D].浙江工商大學，2011．

[2]田建軍，靳燁.活性乳酸菌飲料穩定性的研究[J].中國供銷商情·乳業導刊，2004(12)：25-27．

[3]王俊，李安平，黃衛文，等.響應面法優化活性乳酸菌飲料乳化穩定劑配方[J].中國釀造，2009(3)：121-123．

[4]李朋偉，楊東杰，樓宏銘，等.利用分散穩定性分析儀研究水煤漿的穩定性[J].燃料化學學報，2008，36(5)：524-529．

[5]王偉軍.牛乳加熱及乳粉熱相關工藝對蛋白聚合及凝固特性的影響[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2012．

[6]PARRIS N，PURCELL J M，PTASHKIN S M.Thermal denatur?ation of whey proteins in skim milk[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，1991，39：2167-2170．

[7]趙正濤，李全陽，王秀菊，等.不同酸度條件下牛乳乳清蛋白的穩定性[J].食品與發酵工業，2009，35(8)：156-159．

[8]崔健，酈金龍，王盼，等.溫度、pH和鹽對乳清蛋白乳狀液穩定性的影響[J].食品工業科技，2010，11：84-87．

[9]MOTTAR J，BASSIER A.Effect of heat-nduced association of whey proteins and casein micelles on yogurt texture[J].J Dairy Sci.，1989，72：2247.

[10]OLDFIELD D J，SINGH H，TAYLOR，et al.Heat-induced interac?tions ofβ-lactoglobulin andα-lactalbumin with the casein micelle in pH adjusted skim milk[J].International Dairy Journal，2000，10：509-518．

Study on the stabilization system of fermented milk drinks induced by skimmed milk power of different WPNI

TIAN Huiqing,YU Jinghua，WANG Pan，ZHANG Ruiming
（Tianjin university of science and technology,Tianjin 300457）

TS252.51

A

1001-2230（2017）09-0026-04

2017-02-23

國家自然科學基金(31271904)。

田慧青(1990-)，女，研究生，研究方向為乳品科學。

于景華