酸乳凝膠特性影響機(jī)理的探討

楊同香，李全陽(yáng)

（廣西大學(xué) 輕工與食品工程學(xué)院，南寧 530004）

酸乳凝膠特性影響機(jī)理的探討

楊同香，李全陽(yáng)

（廣西大學(xué) 輕工與食品工程學(xué)院，南寧 530004）

探討了不同發(fā)酵溫度下酸乳的表觀黏度與剪切速率及時(shí)間之間的關(guān)系，并對(duì)酸乳持水力、膠體脫水收縮作用敏感性等流變學(xué)特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，不同發(fā)酵溫度酸乳的黏度隨剪切時(shí)間的延長(zhǎng)而變小，并最終趨于平緩，都形成了觸變環(huán)。表明是觸變體系，酸乳觸變環(huán)面積（37℃＞40℃＞43℃）與黏度具有很好的相關(guān)性。酸乳的表觀黏度隨剪切時(shí)間的變化曲線符合冪函數(shù)y=kx-n的變化規(guī)律。37℃發(fā)酵酸乳的持水力達(dá)到最高值，分別較40℃和43℃發(fā)酵酸乳的高出18%和8%，而膠體脫水收縮作用敏感性值最小，比40℃和43℃發(fā)酵酸乳的分別低13%和5%。表明低溫發(fā)酵酸乳的黏度大，乳清析出少，穩(wěn)定性好。

酸乳；流變學(xué)特性；發(fā)酵溫度

0 引 言

牛乳是一種組成復(fù)雜的體系，流變學(xué)是其主要的物性之一。有關(guān)酸乳流變學(xué)特性的研究國(guó)外Haque[1]研究了復(fù)原乳在不同發(fā)酵溫度對(duì)其流變學(xué)特性的影響。Gaucher[2]研究酸乳儲(chǔ)存溫度對(duì)其物化性質(zhì)的影響。Aziznia[3]研究乳清蛋白濃縮物與黃芪膠結(jié)合作為脂肪替代品，在40～45℃間發(fā)酵酸奶的品質(zhì)。國(guó)內(nèi)衛(wèi)曉英[4]等研究低溫刺激對(duì)凝固型酸乳質(zhì)構(gòu)的影響。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)酸乳在添加增稠劑后，其黏度反而下降，且有乳清析出現(xiàn)象[5，6]。但酸乳發(fā)酵溫度對(duì)其黏度的影響以及不同發(fā)酵溫度酸乳隨剪切速率和時(shí)間的變化對(duì)流變學(xué)特性的影響、酸乳持水力、膠體脫水收縮性等流變學(xué)特性等凝膠影響機(jī)制的研究較少。本文就此現(xiàn)象開(kāi)展工作，進(jìn)一步探索酸乳發(fā)酵溫度對(duì)其凝膠影響的機(jī)理。

1 材料與方法

1.1 主要材料

德氏乳桿菌保加利亞亞種 （Lactobacillus delbrueckii subsp.bulgaricus）， 黏性嗜熱鏈球菌 （Ropy streptococcus thermophilus），牛奶，脫脂奶粉。

1.2 主要儀器

高速離心機(jī)，DV-Ⅲ流變儀。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 酸乳制備

牛奶→均質(zhì)→殺菌→冷卻→接種→發(fā)酵→冷藏→后熟

所用的菌種為嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌的混合菌種（1∶1），接種量為3%。 接種后分裝，分別在37，40，43℃條件下發(fā)酵，當(dāng)酸度達(dá)到80oT時(shí)取出，放入4℃的冰箱中后熟24 h。

1.3.2 發(fā)酵酸度的測(cè)定參考[7]

1.3.3 STS的測(cè)定參考[8]

計(jì)算公式為：脫水收縮敏感性/%=（乳清析出量/樣品質(zhì)量）×100。

1.3.4 WHC的測(cè)定參考[9]

計(jì)算公式為：持水力/%=（離心后沉淀的質(zhì)量/樣品質(zhì)量）×100。

1.3.5 黏度的測(cè)定[4]

采用DV-Ⅲ流變儀，測(cè)定條件：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為0～224 r/min，先升速后降速，每取一個(gè)值的間隔時(shí)間為8 s。

1.3.6 觸變環(huán)的測(cè)定

采用DV-Ⅲ流變儀，測(cè)定條件：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為0～224 r/min，先升速后降速，升速/降速的頻率為16 r/min，間隔時(shí)間為8 s。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同溫度下酸乳凝膠體的流變學(xué)特性

質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%菌種接種量制作的酸乳，在不同發(fā)酵溫度下，利用 DV-Ⅲ流變儀測(cè)定其黏度，流變儀的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速定為0～224 r/min,先升速后降速，酸乳凝膠體的流變學(xué)類型如圖1所示。

由圖1可以看出，不同發(fā)酵溫度下，酸乳的黏度呈相同的趨勢(shì)，即黏度先達(dá)到一個(gè)極大值，然后隨著轉(zhuǎn)速的不斷增加，先急速下降，再趨于平緩，具有明顯的剪切變稀現(xiàn)象；而后隨著轉(zhuǎn)速的降低，酸乳的黏度又緩慢上升，臨近結(jié)束時(shí)達(dá)到最大，表明其為假塑性流體。這一現(xiàn)象與趙正濤[10]等研究的黃原膠溶液的黏度變化以及剪切速率和時(shí)間對(duì)其流變學(xué)特性的影響的結(jié)果總體趨勢(shì)一致，指出黃原膠溶液是一種正觸變假塑性流體。在相同條件下，37℃發(fā)酵酸乳的黏度達(dá)到最高；40℃發(fā)酵酸乳的黏度次之，43℃發(fā)酵酸乳的黏度最小。這說(shuō)明發(fā)酵溫度與酸乳黏度有關(guān)。而不同發(fā)酵溫度條件下，其乳酸菌胞外多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)也不同，低溫更利于乳酸菌胞外多糖的生成[4]。這有待進(jìn)一步研究乳酸菌胞外多糖含量與酸乳凝膠特性機(jī)制。

2.2 不同溫度變速剪切下酸乳樣品的剪切應(yīng)力

不同發(fā)酵溫度變速剪切下酸乳樣品的剪切應(yīng)力測(cè)定結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，不同溫度發(fā)酵的酸乳其黏度曲線都形成了觸變環(huán)，說(shuō)明它們都是觸變體系。37℃發(fā)酵酸乳的觸變環(huán)最大，然后依次是40℃發(fā)酵酸乳，43℃發(fā)酵酸乳。觸變環(huán)的面積反應(yīng)了觸變性的大小。而且，從圖1中可以明顯看出，37℃發(fā)酵酸乳的觸變環(huán)面積最大，說(shuō)明其觸變性最大，即37℃發(fā)酵酸乳體系經(jīng)外力作用后 ，其黏度變化越大，外力撤出后，此體系回復(fù)到未經(jīng)力作用的體系狀態(tài)所需的時(shí)間也越長(zhǎng)。這與Janaina[11]及本課題組前期對(duì)牛乳添加黃原膠所形成的酸乳凝膠的流變學(xué)特性檢測(cè)[6]分析報(bào)道的結(jié)果趨勢(shì)是相似的，但較本實(shí)驗(yàn)剪切應(yīng)力小，這可能主要是因?yàn)樵龀韯┑姆N類不同及其添加量影響酸乳的黏度及剪切應(yīng)力。

2.3 不同溫度下表觀黏度隨時(shí)間變化

不同發(fā)酵溫度下表觀黏度隨時(shí)間變化趨勢(shì)圖如圖3和圖4所示。由圖3和圖4可以看出，經(jīng)過(guò)不同溫度發(fā)酵的酸乳樣品在恒溫、恒速的剪切作用下，隨著剪切時(shí)間的增加，其表觀黏度都有不同程度的下降，在剛開(kāi)始攪拌時(shí)下降最為明顯,而以后變化幅度減小，并且較好地遵循冪率定律，對(duì)其進(jìn)行線性回歸得方程y=1108.8x-0.683，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.9901。由此我們也可以判定，經(jīng)不同發(fā)酵溫度制作的酸乳是一種觸變性流體。這與衛(wèi)曉英[12]等研究的酸乳中添加海藻酸鈉的流變學(xué)特性趨勢(shì)大致相同。由上圖也可以看出，37℃發(fā)酵酸乳的表觀黏度要明顯高于40℃、43℃發(fā)酵酸乳的表觀黏度，而40℃發(fā)酵酸乳的表觀黏度略高于43℃發(fā)酵酸乳的表觀黏度，隨著剪切時(shí)間的推移，二者基本持平。馬艷[13]等研究了濕熱鏈球菌混菌培養(yǎng)的酸乳隨發(fā)酵時(shí)間的增長(zhǎng)，其黏度增大，但達(dá)到一定程度后基本持平。李安平[14]研究了膳食纖維強(qiáng)化酸奶，其表觀黏度隨膳食纖維添加量的增大而增大，隨剪切速率的升高而降低。這主要可能是因?yàn)榈鞍着c多糖發(fā)生相互作用，而酸乳在不同發(fā)酵溫度下產(chǎn)生的乳酸菌胞外多糖含量不同，使其形成的網(wǎng)孔會(huì)越來(lái)越小，此時(shí)形成的酪蛋白凝集體也會(huì)變得越來(lái)越小，因而會(huì)導(dǎo)致表觀黏度和和剪切應(yīng)力的降低。

2.4 不同發(fā)酵溫度酸乳的品質(zhì)

酸乳STS是酸乳凝膠對(duì)各種乳成分，尤其是水分的結(jié)合能力，這種結(jié)合力包括結(jié)合水凝膠立體網(wǎng)絡(luò)中自由的結(jié)合能力；酸乳WHC是指一定量的酸乳在一定的溫度、離心力、時(shí)間的作用下，酸乳凝膠對(duì)水分的結(jié)合能力。不同發(fā)酵溫度酸乳的STS和WHC的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

由圖5可以看出，不同發(fā)酵溫度酸乳的STS和WHC值各不相同，37℃發(fā)酵酸乳的STS值最小，比相同條件下，40℃和43℃發(fā)酵酸乳的STS分別低13%和5%。 而WHC達(dá)到最大，較40℃和43℃發(fā)酵酸乳的WHC分別高18%和8%。這說(shuō)明37℃發(fā)酵酸乳凝膠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)失去的乳清最少，體系的大分子結(jié)合水的含量最高，穩(wěn)定性最好。40℃發(fā)酵酸乳的STS最高，說(shuō)明其乳清析出最多，穩(wěn)定性也最差。43℃發(fā)酵酸乳的STS與WHC值均居實(shí)驗(yàn)所測(cè)溫度范圍的中間，表明其穩(wěn)定性較好，但比37℃發(fā)酵酸乳的穩(wěn)定性差。王微[15]等研究了變溫（42℃→38℃→35℃）和低溫（35℃和38℃）發(fā)酵酸乳的質(zhì)地，發(fā)現(xiàn)低溫發(fā)酵酸奶的硬度黏度均下降，但提高了凝固型酸奶的保水性。

綜上所述，在酸乳凝膠體系形成的過(guò)程中，不同發(fā)酵溫度酸表觀黏度和剪切應(yīng)力不同，酸乳發(fā)酵過(guò)程中，乳酸菌自身形成的胞外多糖可利用其分子形成的空間位壘動(dòng)態(tài)地影響酪蛋白微球立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。由于酸乳體系中多糖分子通過(guò)靜電作用和自身形成的空間位壘作用影響酸乳網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成，從而降低酪蛋白立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的牢固程度。當(dāng)高溫發(fā)酵酸乳時(shí)，其乳酸菌胞外多糖含量較低時(shí)，形成的網(wǎng)眼較大，酪蛋白凝集體過(guò)大，導(dǎo)致酸乳乳清析出嚴(yán)重。隨著酸乳發(fā)酵溫度的降低，其乳酸菌胞外多糖含量增加，多糖分子不僅本身吸收自由水分子的數(shù)量增加，而且多糖分子本身產(chǎn)生的空間位壘效應(yīng)不斷增強(qiáng)，導(dǎo)致酪蛋白凝集體變得細(xì)小，進(jìn)一步減少了乳清析出，從而表現(xiàn)為酸乳的表觀黏度和剪切應(yīng)力下降。

3 結(jié) 論

（1）酸乳黏度變化總體趨勢(shì)是先隨剪切時(shí)間的延長(zhǎng)而變小，然后趨于平緩。相同條件下,37℃發(fā)酵酸乳黏度明顯高于40℃發(fā)酵酸乳的黏度，40℃發(fā)酵酸乳與43℃發(fā)酵酸乳的黏度相差不大，且隨剪切時(shí)間的延長(zhǎng)，出現(xiàn)明顯的剪切稀化現(xiàn)象，這說(shuō)明在本實(shí)驗(yàn)溫度測(cè)定范圍內(nèi)，低溫發(fā)酵酸乳的黏度更高。

（2）酸乳的剪切應(yīng)力隨剪切時(shí)間的變化曲線都形成了觸變環(huán)，表明是觸變體系。37℃發(fā)酵酸乳的觸變環(huán)面積最大，表明其觸變性最大。

（3）黏度與剪切速率與剪切時(shí)間的關(guān)系試驗(yàn)結(jié)果表明酸乳是假塑性流體，且酸乳的表觀黏度隨剪切時(shí)間的變化曲線符合冪函數(shù)的變化規(guī)律。

（4）37℃發(fā)酵酸乳的持水力達(dá)到最高值，相對(duì)應(yīng)的膠體脫水收縮作用敏感性最低，40℃發(fā)酵酸乳的膠體脫水收縮作用敏感性要高于43℃發(fā)酵酸乳的。說(shuō)明37℃發(fā)酵酸乳的乳清析出較40℃和43℃發(fā)酵酸乳的少，其穩(wěn)定性更好。

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Effect of fermentation temperature on the rheological properties of yogurt

YANG Tong-xiang，LI Quan-yang
(College of Light Industry and Food Engineering,Guangxi University,Nanning 530004,China)

The relationship with the viscosity of yogurt fermented at different temperature between shear rate and time were discussed in this paper.Water holding capacity and susceptibility to syneresis of yogurt were also studied.The results showed that:the viscosity of yoghurt fermented at different temperature became smaller with extended shear time firstly,then changed slowly.They all formed a thixotropic ring as the thixotropic system.The area of thixotropic loop （37℃＞40℃＞43℃）had a good correlation with viscosity.Viscosity with shear time curves conformed to a power function y=y=kx-nchanging in the law.Water holding capacity of yogurt fermented at 37℃reached the maximum value.It was 18%、8%higher than that of yogurt fermented at 40℃、43℃.Meanwhile,the susceptibility to syneresis of yogurt fermented at 37℃ reached the minimum value.It was 13%、5%lower than that of yogurt fermented at 40℃、43℃.So it shows that viscosity is much higher for yogurt fermented at lower fermentation temperature which has less separation of whey and better stability.

Yogurt； rheological characteristics；fermentation temperature

TS252.54

A

1001-2230（2011）11-0004-03

2011-07-28

楊同香(1983-)，女，博士研究生，研究方向?yàn)樯锎蠓肿优c功能性食品。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31071576），廣西大學(xué)人才資助項(xiàng)目（XZL090325）。

李全陽(yáng)