谷氨酰胺轉氨酶濃度對巴氏殺菌酸羊奶品質的影響

張艷，張富新，王畢妮，邵玉宇，劉隆剛

(陜西師范大學 食品工程與營養科學學院，陜西 西安，710119)

羊奶營養豐富，富含蛋白質、脂肪、碳水化合物、維生素、礦物質及多種生物活性物質，羊奶中酪蛋白膠粒和乳脂肪球較小，有利于人體的消化吸收，用其制作的酸羊奶具有口感光滑細膩，風味獨特的特點，深受消費者歡迎[1-2]。目前市售酸奶大多為含有大量乳酸菌的活性產品，通常在低溫下儲藏，保質期較短[3-4]，因此如何延長酸奶的貨架期已成為研究熱點。常溫酸奶通常是將發酵后的酸奶通過巴氏殺菌殺滅乳中的微生物，使其在常溫下能夠長期儲藏的發酵乳制品。雖然巴氏殺菌后酸奶中乳酸菌的保健作用有所降低，但保留了發酵乳的特有風味，可延長酸奶的儲藏期[5]。

由于羊奶和牛奶的理化特性、化學組成及加工特性有較大差別[6-7]，常溫酸羊奶在巴氏殺菌過程中容易出現乳清析出，分層等不穩定現象，對常溫酸羊奶的品質有較大影響。為了解決常溫酸羊奶穩定性較差的問題，人們通常采用添加穩定劑[8]、增稠劑[9]等食品添加劑來改善酸羊奶的品質，但這些成分對酸羊奶的口感和風味會產生不良影響。隨著生物技術的發展，谷氨酰胺轉氨酶(transglutaminase,TG)作為一種重要的酶制劑已在乳制品[10]、肉制品[11]、面粉[12]、奶粉[13]等領域中得到廣泛應用。大量研究表明，乳中的蛋白質是TG酶的良好底物，可催化蛋白質中谷氨酰胺殘基與賴氨酸殘基之間發生反應，形成分子內(間)的共價交聯，穩定蛋白質體系[14]，對蛋白質的凝膠穩定性[15]、熱穩定性[16]、保水能力[17]、黏性[18]等均具有積極作用。因此，本研究用不同濃度TG酶處理羊奶后制備酸羊奶，經巴氏殺菌后常溫儲藏，研究不同濃度的TG酶對巴氏殺菌酸羊奶品質的影響，為巴氏殺菌酸羊奶的生產提供基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

羊奶，西北農林科技大學教學試驗農場;發酵劑，丹尼斯克YO-MIX495(由保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌組成);谷氨酰胺轉氨酶(100 u/g)，江蘇一鳴生物科技有限公司；雙乙酰，美國Sigma公司。

1.2 儀器與設備

pH計(FiveEasyPlus)，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；智能生化培養箱(NL18-20)，寧波海曙賽福試驗儀器廠；水浴鍋(HH-S4型A)，余姚市東方電工儀器廠；臺式離心機(HERMLE(Z206A))，西安中團生物科技有限公司；DV2TLVT黏度計，BROOKFIELD公司；質構儀(TA.XT.Plus)，英國Stable Micro System公司；紫外分光光度計(UV-5100)，上海精密儀器儀表有限公司；電動勻漿機(FS-1)，金壇市富華儀器有限公司。

1.3 巴氏殺菌酸羊奶的制備

將新鮮羊奶在50～60 ℃預熱后加入7%的蔗糖，攪拌均勻，15 MPa均質后95 ℃殺菌5 min，冷卻至42 ℃，加入3%的發酵劑和不同濃度的TG酶(u/g蛋白)，混合均勻后42 ℃發酵至pH達到4.3，迅速冷卻至20 ℃，勻速攪拌2 min后80 ℃/5 min巴氏殺菌，經商業無菌檢測合格后常溫儲藏。通過測定巴氏殺菌酸羊奶的酸度、黏度、持水性、質構特性和感官品質，研究TG酶濃度對巴氏殺菌酸羊奶品質的影響。

1.4 可滴定酸測定

依據GB 5009.239—2016中的方法測定。

1.5 黏度測定

用DV2TLVT黏度計在室溫下測定酸羊奶的黏度[19]：轉子No.63，轉速12 r/min，第60秒記錄數據，每個樣品測3次，取平均值，黏度單位(mPa·s)。

1.6 持水性測定

取15～20 g乳樣于離心管中，4 500 r/min離心5 min后取出離心管，傾去上清液，將離心管倒置10 min，測定殘余物質的量，計算持水力[20]。

(1)

1.7 風味物質測定

根據劉寧寧的方法[21]測定巴氏殺菌酸羊奶中乙醛、雙乙酰含量。

1.8 質構特性測定

用TA.XT.Plus質構儀測定巴氏殺菌羊奶的質構[22]。參數設置為：觸發力5 g；測定前探頭速度、測定時探頭速度、測定后探頭速度均為1.00 mm/s；穿透距離10 mm；探頭型號A/BE-d 40；數據獲取速度200 PPS。

1.9 感官品質測定

參照陳一萌等[23]的方法并稍做調整。將樣品隨機編號，組織10名有經驗的成員對酸羊奶的口感、風味、質地和色澤進行評分。口感爽滑細膩為10分；風味酸甜適中，奶香味濃郁為15分；質地濃稠、細膩均勻、無乳清析出為15分；色澤呈明亮的乳白色為10分。

1.10 數據處理

采用SPSS分析軟件對數據進行方差及顯著性分析，用Excel軟件進行數據整理及圖像繪制。

2 結果與分析

2.1 TG酶濃度對巴氏殺菌酸羊奶酸度的影響

用不同濃度TG酶處理羊奶后制備的酸羊奶經巴氏殺菌后酸度變化見圖1。

圖1 TG酶濃度對巴氏殺菌酸羊奶酸度的影響

Fig.1 Effect of TG concentration on the acidity of Pasteurized goat yogurt

酸度是直觀反映酸奶品質好壞的重要指標之一。由圖1可知，不同TG酶濃度處理后酸羊奶的酸度均低于對照組(P<0.05)，隨著TG酶濃度增大，酸羊奶的酸度呈下降趨勢，但不同TG酶處理間酸度變化不顯著(P>0.05)，表明TG酶處理會抑制酸奶酸度的形成。TG酶可催化乳蛋白中谷氨酰胺殘基與賴氨酸殘基發生酰基轉移反應，形成谷氨酰胺-賴氨酸異構肽和NH3，而NH3能中和酸奶發酵過程中產生的乳酸，使酸奶的酸度降低[24]；另外，酸奶在發酵過程中，發酵劑除了將乳糖轉化為乳酸外，還可利用乳中的小分子肽、氨基酸等物質產酸，TG酶作用后使乳酸菌可利用的氮源減少，降低了乳酸菌的產酸能力，酸度降低[25]。KARZAN等[26]報道，用不同濃度TG酶處理羊奶后，酸羊奶的酸度明顯降低；TSEVDOU[27]也報道了用TG酶處理牛乳后生產的酸牛奶的酸度下降。

2.2 TG酶濃度對巴氏殺菌酸羊奶持水性的影響

用不同濃度TG酶處理羊奶后制備的酸羊奶經巴氏殺菌后持水性變化見圖2。

圖2 TG酶濃度對巴氏殺菌酸羊奶持水力的影響

Fig.2 Effect of TG concentration on the water holding capacity of Pasteurized goat yogurt

持水力可表征酸奶凝膠的保水能力。由圖2可知，TG酶處理可有效提高酸羊奶的持水性(P<0.05)，但不同TG酶濃度對酸羊奶的持水性有不同影響。當TG酶濃度在0～4 u/g范圍時，隨TG酶濃度的增加酸羊奶的持水性逐漸提高，當TG酶濃度為4 u/g時，持水性達到69%，與未經TG酶處理的對照組相比，持水性增加了36%；但當TG酶濃度大于6 u/g時，酸羊奶的持水性有所下降。TG酶能催化乳蛋白發生交聯，使酸奶形成更小的網絡空隙，降低了凝膠滲透性，有利于酸奶凝膠保持水分[28]；但當TG酶濃度過高時會形成高度致密的凝膠結構，不利于水分保持，使酸奶的持水力降低。FARNSWORTH等[29]報道,用4 u/g TG酶處理羊乳后制備的酸羊奶的持水性提高了40%；楊洋等[30]也發現用高濃度的TG酶處理牛乳后，由于蛋白質過度交聯導致酸牛奶的穩定性降低。

2.3 TG酶濃度對巴氏殺菌酸羊奶黏度的影響

用不同濃度TG酶處理羊奶后制備的酸羊奶經巴氏殺菌后黏度變化見圖3。

圖3 TG酶濃度對巴氏殺菌酸羊奶黏度的影響

Fig.3 Effect of TG concentration on the viscosity of Pasteurized goat yogurt

黏度是反映酸奶黏稠度的重要指標，可表征酸奶的穩定性。由圖3可知，用不同濃度TG酶處理羊奶后，酸羊奶的黏度顯著增加(P<0.05)；當TG酶濃度<4 u/g時，酸羊奶的黏度隨TG酶濃度的增大而增加，在4 u/g時,黏度最大為2 454 mPa.s，與未經TG酶處理的對照組相比黏度增加了82%；當TG酶濃度>4 u/g時，酸羊奶的黏度變化不大(P>0.05)。酸奶在發酵過程中隨著pH值降低，酪蛋白膠束逐漸解體后重新聚合形成凝膠結構，在此過程中TG酶誘導蛋白質中谷氨酰胺殘基與賴氨酸殘基反應形成共價鍵，使酸奶形成更加致密的網絡結構，提高了酸奶的黏度[31]；但高濃度的TG酶處理使酸奶的網絡結構過于緊密，影響了TG酶進一步誘導蛋白質發生交聯。TG酶對酸奶黏度的影響已有報道，OZER等[25]報道,經TG酶處理后酸牛奶的黏度明顯增大； FARNSWORTH[29]也報道用4 u/g的TG酶處理羊奶后，由于乳蛋白質交聯增加了酸奶的凝膠強度，酸羊奶的黏度顯著增大(P<0.05)。

2.4 TG酶濃度對巴氏殺菌酸羊奶中風味物質的影響

酸奶發酵過程中，乳酸菌可通過碳水化合物的代謝作用形成多種羰基化合物、揮發性、非揮發性酸等風味物質[32]，乳中蛋白質水解產生的肽和氨基酸也可經過間接轉化或在酶的作用下產生風味物質，其中乙醛和雙乙酰被認為是形成酸奶風味的主要物質[33]，為酸奶提供特殊香味。通過不同TG酶濃度處理羊奶后制備的酸羊奶經巴氏殺菌后風味物質變化見圖4。

圖4 TG酶濃度對巴氏殺菌酸羊奶風味物質的影響

Fig.4 Effect of TG concentration on the flavor substance of Pasteurized goat yogurt

由圖4可知，TG酶處理對巴氏殺菌酸羊奶中風味物質的產生有抑制作用，隨著TG酶濃度的增大，酸羊奶中乙醛和雙乙酰的含量明顯減少(P<0.05)，其中乙醛含量降幅較大，未處理組乙醛含量為13.9 mg/L，8 u/g TG酶處理后降至6.6 mg/L,降低53%；酸羊奶中雙乙酰含量在0～2 u/g TG酶處理時變化不大(P>0.05)，當TG酶濃度從2 u/g增加到8 u/g時,酸羊奶中雙乙酰含量顯著下降(P<0.05)。大量研究表明，TG酶處理會抑制酸奶中風味物質的形成，LORENZEN等[31]發現，TG酶處理牛奶后酸奶中風味物質乙醛和雙乙酰的合成速率降低；OZER等[25]也認為TG酶會干擾酸奶中乙醛的合成途徑；TSEVDOU等[34]研究發現，TG酶會影響酸奶中乙醛、雙乙酰的形成物質丙酮酸的合成速率，從而使乙醛、雙乙酰的含量降低。

2.5 TG濃度對巴氏殺菌酸羊奶質構特性的影響

質構作為食品的一個重要屬性，是評價酸奶口感及消費者可接受度的重要指標。用不同濃度TG酶處理羊奶后制備的酸羊奶經巴氏殺菌后的質構分析，結果如圖5所示。

圖5 TG酶濃度對巴氏殺菌酸羊奶質構特性的影響

Fig.5 Effect of TG concentration on the texture properity of Pasteurized goat yogurt

由圖5可知，TG酶處理對巴氏殺菌酸羊奶的質構特性有較大影響。膠黏性反映酸奶對物體的黏附能力，一般膠黏性越大，酸奶的稠厚程度越好，由圖5-a可知，TG酶處理可顯著提高酸羊奶的膠黏性，當TG酶濃度<4 u/g時，隨著TG酶濃度的增大,酸羊奶的膠黏性顯著增加(P<0.05)，4 u/g TG酶處理后酸羊奶的膠黏性最大，當TG酶濃度>4 u/g后，酸羊奶的膠黏性又會下降，表明4 u/g TG酶處理后酸羊奶的稠厚程度最佳；彈性可反映酸奶受到外力時的抗破裂程度，彈性越大，抗破裂能力越好，由圖5-b可知，TG酶處理對酸羊奶的彈性影響不大(P>0.05)；酸奶的內聚力越小，其爽滑性和細膩度越好，從圖5-c中可以看出，不同TG酶濃度處理后酸羊奶的內聚力明顯低于未經TG酶處理的對照組，且隨著TG酶濃度的增加內聚力逐漸減小(P<0.05)，說明TG酶處理能增加酸奶的爽滑細膩度。大量研究表明，TG酶在改善酸奶黏性、彈性、內聚力等方面具有積極作用，GAUCHE等[35]在牛奶中添加0.5 u/g TG酶后酸奶的黏性顯著增加(P<0.05)，DOMAGAA等[36]也發現，用TG酶處理牛奶后制備的酸奶的膠黏性比對照組高2倍；ZHANG等[37]用0～5 u/g TG酶分別處理脫脂和全脂牛奶后制備酸牛奶，發現不同濃度TG酶處理后2種酸奶的內聚力明顯降低，而彈性不受影響，酸奶的質構特性得到改善。

2.6 TG濃度對巴氏殺菌酸羊奶感官品質的影響

酸奶的感官品質能綜合反映酸奶的質量品質。用不同濃度TG酶處理羊奶后制備的酸羊奶經巴氏殺菌后進行感官評價，結果見圖6。

圖6 TG酶濃度對巴氏殺菌酸羊奶感官品質的影響

Fig.6 Effect of TG concentration on the sensory quality of Pasteurized goat yogurt

由圖6可知，不同濃度TG酶處理制備的酸羊奶經巴氏殺菌后，其感官評分高于未經TG酶處理的對照組，尤其在質地方面，2～4 u/g TG酶處理的酸羊奶經巴氏殺菌后未有乳清析出，組織結構光滑細膩；酸奶的風味主要包括酸味和香味，不同濃度TG酶處理后酸羊奶的酸味低于未經處理的對照組，香味也隨著TG酶濃度的增大有所降低，但經感官評價表明，經4 u/g TG酶處理后酸羊奶仍具有良好風味； TG酶處理也能提升酸奶口感的爽滑度， 2～4 u/g濃度TG酶處理后酸羊奶的口感評分較高，表明消費者對此濃度下酸奶的認可度較高；同時，2～4 u/g TG酶處理后酸羊奶組織均勻，無乳清析出，呈現明亮的乳白色，而高濃度的TG酶處理會使酸羊奶乳清析出，顏色暗沉；綜合感官評分結果，認為4 u/g TG酶處理羊乳后巴氏殺菌酸羊奶的品質較好。

3 結論

本文研究了不同濃度TG酶處理羊奶后制備酸羊奶，經巴氏殺菌后酸羊奶的酸度、黏度、持水性、質構特性和感官品質的變化。TG酶處理對酸羊奶的產酸有一定抑制作用。低濃度的TG酶處理可提高酸羊奶的黏度和持水性，但高濃度的TG酶處理會降低酸羊奶的持水性。同時TG酶處理會抑制酸羊奶中乙醛和雙乙酰的形成，但對酸羊奶的風味影響不大。TG酶處理可改善酸羊奶的質構特性，增加了酸羊奶的稠厚程度和爽滑細膩度。綜合分析表明，羊奶經TG酶處理后可有效改善巴氏殺菌酸羊奶的品質，尤其以4 u/g TG酶處理后酸羊奶的質量最佳。