脱脂乳的不同热处理工艺对酸奶质构和微观结构的影响

刘立鹏，李雪晴，李红娟，于景华

(天津科技大学 食品工程与生物技术学院，天津，300457)

脱脂乳的不同热处理工艺对酸奶质构和微观结构的影响

刘立鹏，李雪晴，李红娟，于景华*

(天津科技大学 食品工程与生物技术学院，天津，300457)

通过测定酸奶的质构和微观结构，分析脱脂乳的不同热处理工艺对酸奶质构和微观结构的影响。结果表明：95 ℃，5 min热处理的脱脂乳所制得的酸奶能够获得更好的质构特性和更致密的网状结构。利用电泳技术分析酸奶生产过程中不同热处理工艺对酸奶的质构和微观结构造成的的差异。结果表明：脱脂乳中未变性乳清蛋白不参与酸奶网状结构的形成，而乳清蛋白变性后开始参与凝胶，进而对酸奶的质构和微观结构造成影响。

热处理工艺；酸奶；质构；微观结构；电泳

热处理工艺是酸奶制作过程中一个非常重要的环节，不仅能起到杀菌和灭酶的作用，同时也会对酸奶的品质产生重要的影响，因此，人们对热处理工艺与酸奶品质之间的关系做了大量的研究。其中，CONSIDINE[1]在研究中指出，当牛乳热处理温度超过70 ℃时，酸奶的硬度会显著提高。KRASAEKOOPT[2]报道了在固形物含量相同的情况下，经过UHT热处理的牛乳与85 ℃，30 min热处理的牛乳相比，后者所制成的酸奶有更大的硬度。VASBINDER[3]认为热处理会导致分子间二硫键的形成，能有效的改善酸奶的凝胶质地。然而，在大量的研究中仍存在着热处理工艺的选择不够全面，对原料乳的不同热处理工艺对酸奶的质构和微观结构造成的影响缺乏深入分析的问题。

本课题通过对5种不同热处理脱脂乳所制得的酸奶的质构和微观结构等相关指标的测定，分析脱脂乳的不同热处理工艺对酸奶质构和微观结构的影响，并利用电泳技术分析酸奶生产过程中不同热处理工艺对酸奶的质构和微观结构造成的差异。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

鲜牛乳(脂肪3.3%，蛋白3.3%，非脂乳固体9.6%，密度32.1°，冰点66.3)，沧兴牧业有限公司；YoFlex Mild 1.0酸奶直投式发酵剂(保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌)，丹麦科汉森公司；低分子量蛋白标品，北京索莱宝科技有限公司；其他试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

UL80BC乳成分分析仪，杭州浙大优创科技有限公司；TDZ5-WS离心机，湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；立式压力灭菌锅，上海博讯实业有限公司医疗设备厂；HWA24型水浴锅，上海一恒科学仪器有限公司；K9840自动凯氏定氮仪，济南海能仪器有限公司；FE20型酸度计，梅特勒-托利多仪器有限公司；TA-XTPLUS物性测试仪，英国Stable Micro System公司；SU1510扫描电子显微镜，日本日立公司；DYCZ-24DN型电泳仪，北京六一仪器厂。

1.3 方法

1.3.1 酸奶加工工艺

原料乳→脱脂→热处理→冷却→接菌种→搅拌→静置发酵→冷藏

其中，脱脂条件为在低速大容量离心机中4 000 r/min转速下运行20 min；热处理工艺分别为65℃，30 min、75 ℃，15 min、85 ℃，10 min、95 ℃，5 min和115 ℃，1 min五个不同的热处理工艺。

1.3.2 脱脂乳的乳清蛋白变性率的测定[4]

用饱和NaCl对乳清蛋白进行沉淀，经过滤后对滤液中未变性乳清蛋白进行凯氏定氮，得到乳清蛋白总量；样品的非蛋白氮(NPN)测定方法如下：10 mL脱脂乳用15% TCA(w/v)稀至50 mL，TCA最终浓度为12%，这时所有蛋白质均沉淀，经过滤对滤液中的非蛋白氮进行凯氏定氮，得到NPN量，乳清蛋白的总量减去NPN量，得到乳清蛋白量(WPN)，按公式(1)计算乳清蛋白率：

1.3.3 酸奶理化指标的测定

pH值采用pH计测定。

酸度按GB5009.34—2010《食品安全国家标准乳和乳制品酸度的测定》规定的方法测定。

持水力测定[5]：称取W0=20 g左右的酸奶, 在3 000 r/min下离心20 min后，测残余物质量W，酸奶持水力为：

持水力/%=(W/W0)×100

(2)

1.3.4 酸奶质构的测定[6]

选用P/0.5探头，测前速度为1.0 mm/s，测试速度为2.0 mm/s，测后速度为2.0 mm/s，测试深度10 mm，触发率为5 g，记录整个过程中所需的应力。

1.3.5 酸奶微观结构的观察[7]

挑取酸奶中心的凝块，于4 ℃下固定在2.5%的戊二醛溶液中3 h以上；用pH 7.2的磷酸盐缓冲液清洗2次，每次10 min；样品在液氮中迅速冷冻，然后捶击使之自然断裂；分别用30%、50%、70%、90%、100%乙醇梯度脱水，每次10 min；用乙酸异戊酯置换乙醇，然后进行冷冻干燥，最后采用离子溅射方法镀金，上镜观察。

1.3.6 脱脂乳和酸奶乳清的电泳条件[8]

脱脂乳的电泳条件为：将不同热处理的脱脂乳进行10倍稀释，与2倍上样缓冲液以1∶1比例制成样品。浓缩胶5%，分离胶15%，预电泳电压80 V，进入分离胶后电压改为120 V。质量分数为0.1%的考马斯亮蓝R250染色2 h，脱色过夜。

酸奶乳清的电泳条件为：将酸奶进行4 000 r/min，3 min离心，所排出的乳清进行10倍稀释，然后按脱脂乳相同的条件进行电泳。

1.3.7 数据分析

采用SPSS19.0在P<0.05水平进行ANOVA分析。

2 结果与分析

2.1 不同热处理脱脂乳的乳清蛋白变性率的测定

不同热处理脱脂乳的乳清蛋白变性率的测定结果见表1。

表1 不同热处理脱脂乳的乳清蛋白变性率

注：角标含有相同字母的每列数据之间差异不显著(P>0.05)。

由表1可以看出，5个不同热处理脱脂乳的乳清蛋白变性率依次变大。其中，65 ℃，30 min热处理脱脂乳的乳清蛋白变性率最低为17.50%，115 ℃，1 min热处理脱脂乳的乳清蛋白变性率最大为92.60%。相关研究也表明，牛乳经过60 ℃以上热处理就会发生乳清蛋白变性，导致乳清蛋白分子间以及乳清蛋白与κ-酪蛋白相互作用，从而分别在乳清相中和酪蛋白胶束表面形成热诱导清蛋白和胶束键合蛋白的聚合物[9]。

2.2 脱脂乳的不同热处理工艺对酸奶理化指标的影响

脱脂乳的不同热处理工艺对酸奶理化指标影响的测定结果见表2。

表2 脱脂乳的不同热处理工艺对酸奶理化指标的影响

注：角标含有相同字母的每列数据间差异不显著(P>0.05)。

从表2中可以看出，在不同热处理工艺下，酸奶的pH值和酸度基本保持不变，且差异不显著(P>0.05)，但酸奶的持水力发生了变化且差异显著(P<0.05)。其中，95 ℃, 5 min热处理工艺下的酸奶持水力最大为38.50%，因此，不同的热处理工艺对酸奶的pH和酸度并没有产生影响，但影响了持水度。此外，PEREIRA[10]也在研究中指出，在固形物含量相同的情况下，与未经热处理的牛乳相比，95 ℃，30 min热处理后的牛乳所制备的酸凝胶pH值无明显变化，但持水度显著提高，并认为持水度的增加与微观结构分支增多，空隙变小有关。

2.3 脱脂乳的不同热处理工艺对酸奶质构特性的影响

质构特性是酸奶的重要指标，它直接影响着酸奶品质和人们对酸奶的喜好程度。脱脂乳的不同热处理工艺对酸奶质构特性影响的测定结果见表3。

由表3可以看出，与65 ℃，30 min和75 ℃，15 min热处理工艺相比，85 ℃，10 min、95 ℃，5 min和115 ℃，1 min热处理工艺下的酸奶硬度和黏度较大。其中，95 ℃, 5 min热处理脱脂乳所制成的酸奶的硬度和黏度均为最大，这主要与高强度的热处理下乳清蛋白变性率较大有关。此外，115 ℃，1 min与95 ℃，5 min热处理工艺相比，115 ℃，1 min热处理工艺的酸奶硬度和黏度较小，说明质构特性并不完全与乳清蛋白变性率呈正相关，具体原因还要从微观结构着手。

表3 脱脂乳的不同热处理工艺对酸奶质构特性的影响

注：角标含有相同字母的每列数据之间差异不显著(P>0.05)。

2.4 脱脂乳的不同热处理工艺对酸奶微观结构的影响

图1为在×3000视野中酸奶的微观结构图。从图1中可以看出，酸奶的微观结构呈一种纤维网状立体结构，网状结构中间有无数有规则的空隙，与65 ℃，30 min和75 ℃，15 min热处理工艺相比，85 ℃，10 min、95 ℃，5 min、115 ℃，1 min热处理工艺下酸奶的网络结构更致密，交联度更大，分枝更多，孔隙更小，而这种结构有效的提高了酸奶的硬度、黏度和持水度。

95 ℃，5 min与115 ℃，1 min热处理工艺相比，115 ℃，1 min热处理工艺下酸奶的支链较长，结构较松散，孔隙较大。许多学者也对100 ℃以上热处理工艺对酸奶的影响进行了研究，但具体原因仍没有取得统一结论。周志伟[11]认为随着温度的升高，酪蛋白微粒的容积度逐步减小，进而导致酪蛋白微粒间接触面减少，相互间成键可能性降低。此外，部分研究表明超高温处理或长时间加热可能会导致κ-酪蛋白和β-乳球蛋白聚合物结构的改变，进而影响胶体性质[12]。其中，MOTTAR[13]指出UHT热处理牛乳中变性的β-乳球蛋白结合在酪蛋白胶束表面，形成了较长的表面附属丝状物，影响了酪蛋白分子间的相互作用。

A：65 ℃，30 min；B：75 ℃，15 min；C：85 ℃，10 min；D：95 ℃，5 min；E：115 ℃，1 min图1 酸奶的扫描电镜图(×3 000)Fig.1 Electron scanning micrograph of yogurt

2.5 不同热处理的脱脂乳和酸奶乳清的电泳结果

M-低分子量蛋白Marker；1-65 ℃，30 min脱脂乳；2-75 ℃，15 min脱脂乳；3-85 ℃，10 min脱脂乳；4-95 ℃，5 min脱脂乳；5-115 ℃，1 min脱脂乳图2 不同热处理脱脂乳的电泳图Fig.2 Electrophorogram of different heat treatment of skim milk

图3为酸奶乳清的电泳图。由图2和图3对比分析可知，未变性乳清蛋白条带几乎不变，脱脂乳的酪蛋白条带和大分子聚合物条带消失，说明热处理的脱脂乳中未变性的乳清蛋白主要游离在酸奶的乳清中，不参与凝胶结构的形成，而变性形成的大分子聚合物和酪蛋白参与了凝胶的网状结构，这与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乳清图3 酸奶乳清的电泳图Fig. 3 Electrophorogram of whey in yogurt

3 结论

经过65 ℃，30 min、75 ℃，15 min、85 ℃，10 min、95 ℃，5 min和115 ℃，1 min热处理脱脂乳的乳清蛋白变性率依次增大，分别为17.50%、54.38%、87.91%、89.97%和92.60%。

脱脂乳的不同热处理工艺并未对酸奶的pH和酸度产生影响，而对酸奶的持水度产生了影响。其中，95 ℃，5 min热处理工艺下酸奶持水力最大为38.50%。与65 ℃，30 min和75 ℃，15 min热处理工艺相比，85 ℃，10 min、95 ℃，5 min和115 ℃，1 min热处理工艺下酸奶硬度和黏度较大，网络结构更致密，交联度更大，分枝更多，孔隙更小，而95 ℃，5 min与115 ℃，1 min热处理相比，115 ℃，1 min热处理工艺下酸奶的支链较长，结构较松散，孔隙较大。

利用电泳技术分析酸奶生产过程中不同热处理工艺对酸奶的质构和微观结构造成的差异得出，未变性乳清蛋白不参与酸奶网状结构的形成，而变性后开始参与凝胶，进而对酸奶的质构和微观结构产生了影响。

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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

硕士研究生(于景华教授为通讯作者,E-mail：yujinghua@tust.edu.cn)。

国家自然科学基金(31271904)

2016-10-11，改回日期：2016-11-24