脫脂乳的不同熱處理工藝對酸奶質(zhì)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)的影響

劉立鵬，李雪晴，李紅娟，于景華

(天津科技大學(xué) 食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津，300457)

脫脂乳的不同熱處理工藝對酸奶質(zhì)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)的影響

劉立鵬，李雪晴，李紅娟，于景華*

(天津科技大學(xué) 食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津，300457)

通過測定酸奶的質(zhì)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)，分析脫脂乳的不同熱處理工藝對酸奶質(zhì)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明：95 ℃，5 min熱處理的脫脂乳所制得的酸奶能夠獲得更好的質(zhì)構(gòu)特性和更致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。利用電泳技術(shù)分析酸奶生產(chǎn)過程中不同熱處理工藝對酸奶的質(zhì)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)造成的的差異。結(jié)果表明：脫脂乳中未變性乳清蛋白不參與酸奶網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成，而乳清蛋白變性后開始參與凝膠，進而對酸奶的質(zhì)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)造成影響。

熱處理工藝；酸奶；質(zhì)構(gòu)；微觀結(jié)構(gòu)；電泳

熱處理工藝是酸奶制作過程中一個非常重要的環(huán)節(jié)，不僅能起到殺菌和滅酶的作用，同時也會對酸奶的品質(zhì)產(chǎn)生重要的影響，因此，人們對熱處理工藝與酸奶品質(zhì)之間的關(guān)系做了大量的研究。其中，CONSIDINE[1]在研究中指出，當牛乳熱處理溫度超過70 ℃時，酸奶的硬度會顯著提高。KRASAEKOOPT[2]報道了在固形物含量相同的情況下，經(jīng)過UHT熱處理的牛乳與85 ℃，30 min熱處理的牛乳相比，后者所制成的酸奶有更大的硬度。VASBINDER[3]認為熱處理會導(dǎo)致分子間二硫鍵的形成，能有效的改善酸奶的凝膠質(zhì)地。然而，在大量的研究中仍存在著熱處理工藝的選擇不夠全面，對原料乳的不同熱處理工藝對酸奶的質(zhì)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)造成的影響缺乏深入分析的問題。

本課題通過對5種不同熱處理脫脂乳所制得的酸奶的質(zhì)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)等相關(guān)指標的測定，分析脫脂乳的不同熱處理工藝對酸奶質(zhì)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)的影響，并利用電泳技術(shù)分析酸奶生產(chǎn)過程中不同熱處理工藝對酸奶的質(zhì)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)造成的差異。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鮮牛乳(脂肪3.3%，蛋白3.3%，非脂乳固體9.6%，密度32.1°，冰點66.3)，滄興牧業(yè)有限公司；YoFlex Mild 1.0酸奶直投式發(fā)酵劑(保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌)，丹麥科漢森公司；低分子量蛋白標品，北京索萊寶科技有限公司；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

UL80BC乳成分分析儀，杭州浙大優(yōu)創(chuàng)科技有限公司；TDZ5-WS離心機，湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司；立式壓力滅菌鍋，上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；HWA24型水浴鍋，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；K9840自動凱氏定氮儀，濟南海能儀器有限公司；FE20型酸度計，梅特勒-托利多儀器有限公司；TA-XTPLUS物性測試儀，英國Stable Micro System公司；SU1510掃描電子顯微鏡，日本日立公司；DYCZ-24DN型電泳儀，北京六一儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 酸奶加工工藝

原料乳→脫脂→熱處理→冷卻→接菌種→攪拌→靜置發(fā)酵→冷藏

其中，脫脂條件為在低速大容量離心機中4 000 r/min轉(zhuǎn)速下運行20 min；熱處理工藝分別為65℃，30 min、75 ℃，15 min、85 ℃，10 min、95 ℃，5 min和115 ℃，1 min五個不同的熱處理工藝。

1.3.2 脫脂乳的乳清蛋白變性率的測定[4]

用飽和NaCl對乳清蛋白進行沉淀，經(jīng)過濾后對濾液中未變性乳清蛋白進行凱氏定氮，得到乳清蛋白總量；樣品的非蛋白氮(NPN)測定方法如下：10 mL脫脂乳用15% TCA(w/v)稀至50 mL，TCA最終濃度為12%，這時所有蛋白質(zhì)均沉淀，經(jīng)過濾對濾液中的非蛋白氮進行凱氏定氮，得到NPN量，乳清蛋白的總量減去NPN量，得到乳清蛋白量(WPN)，按公式(1)計算乳清蛋白率：

1.3.3 酸奶理化指標的測定

pH值采用pH計測定。

酸度按GB5009.34—2010《食品安全國家標準乳和乳制品酸度的測定》規(guī)定的方法測定。

持水力測定[5]：稱取W0=20 g左右的酸奶, 在3 000 r/min下離心20 min后，測殘余物質(zhì)量W，酸奶持水力為：

持水力/%=(W/W0)×100

(2)

1.3.4 酸奶質(zhì)構(gòu)的測定[6]

選用P/0.5探頭，測前速度為1.0 mm/s，測試速度為2.0 mm/s，測后速度為2.0 mm/s，測試深度10 mm，觸發(fā)率為5 g，記錄整個過程中所需的應(yīng)力。

1.3.5 酸奶微觀結(jié)構(gòu)的觀察[7]

挑取酸奶中心的凝塊，于4 ℃下固定在2.5%的戊二醛溶液中3 h以上；用pH 7.2的磷酸鹽緩沖液清洗2次，每次10 min；樣品在液氮中迅速冷凍，然后捶擊使之自然斷裂；分別用30%、50%、70%、90%、100%乙醇梯度脫水，每次10 min；用乙酸異戊酯置換乙醇，然后進行冷凍干燥，最后采用離子濺射方法鍍金，上鏡觀察。

1.3.6 脫脂乳和酸奶乳清的電泳條件[8]

脫脂乳的電泳條件為：將不同熱處理的脫脂乳進行10倍稀釋，與2倍上樣緩沖液以1∶1比例制成樣品。濃縮膠5%，分離膠15%，預(yù)電泳電壓80 V，進入分離膠后電壓改為120 V。質(zhì)量分數(shù)為0.1%的考馬斯亮藍R250染色2 h，脫色過夜。

酸奶乳清的電泳條件為：將酸奶進行4 000 r/min，3 min離心，所排出的乳清進行10倍稀釋，然后按脫脂乳相同的條件進行電泳。

1.3.7 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS19.0在P<0.05水平進行ANOVA分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同熱處理脫脂乳的乳清蛋白變性率的測定

不同熱處理脫脂乳的乳清蛋白變性率的測定結(jié)果見表1。

表1 不同熱處理脫脂乳的乳清蛋白變性率

注：角標含有相同字母的每列數(shù)據(jù)之間差異不顯著(P>0.05)。

由表1可以看出，5個不同熱處理脫脂乳的乳清蛋白變性率依次變大。其中，65 ℃，30 min熱處理脫脂乳的乳清蛋白變性率最低為17.50%，115 ℃，1 min熱處理脫脂乳的乳清蛋白變性率最大為92.60%。相關(guān)研究也表明，牛乳經(jīng)過60 ℃以上熱處理就會發(fā)生乳清蛋白變性，導(dǎo)致乳清蛋白分子間以及乳清蛋白與κ-酪蛋白相互作用，從而分別在乳清相中和酪蛋白膠束表面形成熱誘導(dǎo)清蛋白和膠束鍵合蛋白的聚合物[9]。

2.2 脫脂乳的不同熱處理工藝對酸奶理化指標的影響

脫脂乳的不同熱處理工藝對酸奶理化指標影響的測定結(jié)果見表2。

表2 脫脂乳的不同熱處理工藝對酸奶理化指標的影響

注：角標含有相同字母的每列數(shù)據(jù)間差異不顯著(P>0.05)。

從表2中可以看出，在不同熱處理工藝下，酸奶的pH值和酸度基本保持不變，且差異不顯著(P>0.05)，但酸奶的持水力發(fā)生了變化且差異顯著(P<0.05)。其中，95 ℃, 5 min熱處理工藝下的酸奶持水力最大為38.50%，因此，不同的熱處理工藝對酸奶的pH和酸度并沒有產(chǎn)生影響，但影響了持水度。此外，PEREIRA[10]也在研究中指出，在固形物含量相同的情況下，與未經(jīng)熱處理的牛乳相比，95 ℃，30 min熱處理后的牛乳所制備的酸凝膠pH值無明顯變化，但持水度顯著提高，并認為持水度的增加與微觀結(jié)構(gòu)分支增多，空隙變小有關(guān)。

2.3 脫脂乳的不同熱處理工藝對酸奶質(zhì)構(gòu)特性的影響

質(zhì)構(gòu)特性是酸奶的重要指標，它直接影響著酸奶品質(zhì)和人們對酸奶的喜好程度。脫脂乳的不同熱處理工藝對酸奶質(zhì)構(gòu)特性影響的測定結(jié)果見表3。

由表3可以看出，與65 ℃，30 min和75 ℃，15 min熱處理工藝相比，85 ℃，10 min、95 ℃，5 min和115 ℃，1 min熱處理工藝下的酸奶硬度和黏度較大。其中，95 ℃, 5 min熱處理脫脂乳所制成的酸奶的硬度和黏度均為最大，這主要與高強度的熱處理下乳清蛋白變性率較大有關(guān)。此外，115 ℃，1 min與95 ℃，5 min熱處理工藝相比，115 ℃，1 min熱處理工藝的酸奶硬度和黏度較小，說明質(zhì)構(gòu)特性并不完全與乳清蛋白變性率呈正相關(guān)，具體原因還要從微觀結(jié)構(gòu)著手。

表3 脫脂乳的不同熱處理工藝對酸奶質(zhì)構(gòu)特性的影響

注：角標含有相同字母的每列數(shù)據(jù)之間差異不顯著(P>0.05)。

2.4 脫脂乳的不同熱處理工藝對酸奶微觀結(jié)構(gòu)的影響

圖1為在×3000視野中酸奶的微觀結(jié)構(gòu)圖。從圖1中可以看出，酸奶的微觀結(jié)構(gòu)呈一種纖維網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中間有無數(shù)有規(guī)則的空隙，與65 ℃，30 min和75 ℃，15 min熱處理工藝相比，85 ℃，10 min、95 ℃，5 min、115 ℃，1 min熱處理工藝下酸奶的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更致密，交聯(lián)度更大，分枝更多，孔隙更小，而這種結(jié)構(gòu)有效的提高了酸奶的硬度、黏度和持水度。

95 ℃，5 min與115 ℃，1 min熱處理工藝相比，115 ℃，1 min熱處理工藝下酸奶的支鏈較長，結(jié)構(gòu)較松散，孔隙較大。許多學(xué)者也對100 ℃以上熱處理工藝對酸奶的影響進行了研究，但具體原因仍沒有取得統(tǒng)一結(jié)論。周志偉[11]認為隨著溫度的升高，酪蛋白微粒的容積度逐步減小，進而導(dǎo)致酪蛋白微粒間接觸面減少，相互間成鍵可能性降低。此外，部分研究表明超高溫處理或長時間加熱可能會導(dǎo)致κ-酪蛋白和β-乳球蛋白聚合物結(jié)構(gòu)的改變，進而影響膠體性質(zhì)[12]。其中，MOTTAR[13]指出UHT熱處理牛乳中變性的β-乳球蛋白結(jié)合在酪蛋白膠束表面，形成了較長的表面附屬絲狀物，影響了酪蛋白分子間的相互作用。

A：65 ℃，30 min；B：75 ℃，15 min；C：85 ℃，10 min；D：95 ℃，5 min；E：115 ℃，1 min圖1 酸奶的掃描電鏡圖(×3 000)Fig.1 Electron scanning micrograph of yogurt

2.5 不同熱處理的脫脂乳和酸奶乳清的電泳結(jié)果

M-低分子量蛋白Marker；1-65 ℃，30 min脫脂乳；2-75 ℃，15 min脫脂乳；3-85 ℃，10 min脫脂乳；4-95 ℃，5 min脫脂乳；5-115 ℃，1 min脫脂乳圖2 不同熱處理脫脂乳的電泳圖Fig.2 Electrophorogram of different heat treatment of skim milk

圖3為酸奶乳清的電泳圖。由圖2和圖3對比分析可知，未變性乳清蛋白條帶幾乎不變，脫脂乳的酪蛋白條帶和大分子聚合物條帶消失，說明熱處理的脫脂乳中未變性的乳清蛋白主要游離在酸奶的乳清中，不參與凝膠結(jié)構(gòu)的形成，而變性形成的大分子聚合物和酪蛋白參與了凝膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這與GRAVELAND-BIKKER[15]研究相一致。

M-低分子量蛋白Marker；1-65 ℃，30 min乳清；2-75 ℃，15 min乳清； 3-85 ℃，10 min乳清；4-95 ℃，5 min乳清；5-115 ℃，1 min乳清圖3 酸奶乳清的電泳圖Fig. 3 Electrophorogram of whey in yogurt

3 結(jié)論

經(jīng)過65 ℃，30 min、75 ℃，15 min、85 ℃，10 min、95 ℃，5 min和115 ℃，1 min熱處理脫脂乳的乳清蛋白變性率依次增大，分別為17.50%、54.38%、87.91%、89.97%和92.60%。

脫脂乳的不同熱處理工藝并未對酸奶的pH和酸度產(chǎn)生影響，而對酸奶的持水度產(chǎn)生了影響。其中，95 ℃，5 min熱處理工藝下酸奶持水力最大為38.50%。與65 ℃，30 min和75 ℃，15 min熱處理工藝相比，85 ℃，10 min、95 ℃，5 min和115 ℃，1 min熱處理工藝下酸奶硬度和黏度較大，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更致密，交聯(lián)度更大，分枝更多，孔隙更小，而95 ℃，5 min與115 ℃，1 min熱處理相比，115 ℃，1 min熱處理工藝下酸奶的支鏈較長，結(jié)構(gòu)較松散，孔隙較大。

利用電泳技術(shù)分析酸奶生產(chǎn)過程中不同熱處理工藝對酸奶的質(zhì)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)造成的差異得出，未變性乳清蛋白不參與酸奶網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成，而變性后開始參與凝膠，進而對酸奶的質(zhì)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了影響。

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Effect of different heat treatment processes of skim milk on texture and microstructure of yogurt

LIU Li-peng, LI Xue-qing, LI Hong-juan, YU Jing-hua*

(College of Food Engineering and Biotechnology, Tianjin University of Science & Technology, Tianjin 300457, China)

By measuring the texture and microstructure of yoghurt, the effect of different heat treatment processes of skim milk on texture and microstructure of yogurt was analyzed. The results indicated that yogurt made of skim milk heated at 95 ℃ for 5 min got better texture characteristics and denser network structure. By using electrophoresis, the reason for the difference of texture and microstructure of yogurt was analyzed. The results showed that undenatured whey protein in skim milk did not participate in the formation of the network structure of yogurt, but denatured whey protein was involved in the gel, which affected the texture and microstructure of yogurt.

heat treatment process; yogurt; texture; microstructure; electrophoresis

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201703005

碩士研究生(于景華教授為通訊作者,E-mail：yujinghua@tust.edu.cn)。

國家自然科學(xué)基金(31271904)

2016-10-11，改回日期：2016-11-24