嗜熱鏈球菌發酵乳對全蛋液起泡性的影響

劉清霞，林偉鋒，陳中

(華南理工大學 食品科學與工程學院，廣東 廣州，510641)

嗜熱鏈球菌發酵乳對全蛋液起泡性的影響

劉清霞，林偉鋒，陳中*

(華南理工大學 食品科學與工程學院，廣東 廣州，510641)

主要研究嗜熱鏈球菌發酵乳對全蛋液起泡性的影響。隨著發酵乳含量的增加(0%～50%w/w)，ST5-24 h發酵乳與全蛋液混合物的黏度逐漸增加(17.9～197.3 mPa·s)，pH值逐漸降低(7.75～4.95)；Zeta電位先降低再增加，且在25%左右達到最小值；表面張力整體呈下降趨勢。全蛋液與發酵乳混合物的起泡能力在發酵乳含量小于30%時有降低的趨勢但變化較小；混合物的泡性穩定性整體呈先上升(38～71 min)后下降(71～30 min)趨勢，且在25%時達到最大值71 min(全蛋液的1.9倍)。此外，由泡沫微觀結構的變化也可以看出，添加一定量的發酵乳可以增加液膜的彈性，從而顯著提高全蛋液的泡沫穩定性。研究發現，在無蔗糖等穩泡劑添加的情況下，發酵乳的添加可以顯著增加全蛋液泡沫的穩定性，且在一定量的添加范圍內對起泡能力影響不大。

發酵乳；全蛋液；起泡性；黏度

蛋液作為烘焙行業必備的原料，對其起泡能力及泡沫穩定性功能性質的研究將為蛋糕的工業生產提供堅實的理論依據。但近年來對蛋液的研究重點主要集中在雞蛋蛋白質的理化性質和蛋清的起泡性等方面，而全蛋液由于其結構與組成的復雜多樣性并沒有得到應有的重視。目前主要是通過改變蛋糖比[1]、加工工藝條件[2]、熱變性[3]及添加多糖型泡沫穩定劑的物理改性方法[4]或者酶水解改性[5]的方法來改善蛋液起泡性，從而改善蛋糕生產品質。

發酵乳是利用乳酸菌對乳的同型乳酸發酵作用而得到的具有獨特質構、風味和較高營養保健功能的乳制品。研究表明，在蛋清中添加不同種類的牛奶蛋白可以增加蛋白的充氣能力[6]，并且在糖和蛋液的混合物中加入酸牛奶可以通過改變黏度來增加泡沫的穩定性[7]。此外，多數研究表明通過改變蛋白液的酸堿度可以適當提高蛋清的起泡性并增加其泡沫穩定性[8-9]，發酵乳中的乳酸等有機酸可以調節蛋液的pH從而改變蛋液的起泡性。如果發酵乳的添加可以改善全蛋液的起泡性，在烘焙工業上不僅可以提高產品的口感和營養價值，簡化生產工藝，更適應了人們追求無糖及低糖產品的趨勢。

本研究創新性的將發酵乳添加到全蛋液中，通過測定二者混合物的 pH、黏度、表面張力、起泡性等性質的變化探究發酵乳在蛋液起泡性質上的作用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鮮雞蛋(購于超市，蛋白質含量為11.21%)，雀巢高熱脫脂乳粉(蛋白質含量為32.0%)，嗜熱鏈球菌ST5P-134(華南理工大學食品科學與工程學院實驗室培養，下文簡稱ST5)。

1.2 儀器與設備

SW-CJ-2G雙人單面凈化工作臺，蘇州凈化設備有限公司；PYX-DHS·400-BS 恒溫培養箱，北京市醫療設備廠；pHS-25 指針型pH計，上海雷磁儀器有限公司；NDJ-1型旋轉式黏度計，上海恒平科學儀器有限公司；SM-168廚師機，深圳市牧人王電器五金制品有限公司；NANO ZS納米粒度及Zeta電位分析儀，英國Malvom公司；DSA20光學接觸角測試儀器，德國KRUSS；XSP-BM-3CA 光學顯微鏡，上海上光新光學科技有限公司。

1.3 樣品制備

1.3.1 發酵乳的制備

10%脫脂乳粉復溶液，50～60 ℃下攪拌水化20 min使其充分溶解，90～95 ℃滅菌10 min，立即冷卻至室溫，無菌條件下接種(接種量5×106CFU/mL，CFU：菌落數)，37 ℃下發酵24 h，即ST5-24 h發酵乳。

1.3.2 樣品處理

新鮮雞蛋打蛋去殼，攪拌均勻。將全蛋液與發酵乳混合，使發酵乳含量為0%、5%、10%、15%、…、50%。混合液用電動攪拌器在200 r/min轉速下攪拌30 s混合均勻。

1.4 實驗方法

1.4.1 pH的測定

用pHS-25型酸度計測定樣品的pH值，每個樣品平行3次，取平均值。

1.4.2 黏度的測定

將全蛋液與發酵乳混合液在冰箱中靜置15 min，15 ℃下用NDJ-1型旋轉式黏度計測定黏度，測定條件為：1號轉子，轉速30 r/min，選取第30 s的數據為測量值，每個樣品平行3次，取平均值。

發酵乳黏度測量條件：15 ℃，3號轉子，轉速12 r/min，每個樣品平行3次，取平均值。

1.4.3 Zeta電位的測定

取1g發酵乳含量為0%、5%、10%……50%的混合液，用相應pH值的緩沖溶液稀釋100倍。采用NANO ZS納米粒度及Zeta電位分析儀測定樣品的Zeta電位，每個樣品平行3次，取平均值。

1.4.4 表面張力的測定

取適量發酵乳含量為0%、5%、10%…50%的混合液，采用DSA20光學接觸角測試儀器懸滴法測定樣品的表面張力，每個樣品平行5次，取平均值。

測量條件：25 ℃，針頭粗外徑1.82 mm，液滴體積為3 μL。

1.4.5 泡沫性質的測定

起泡能力和泡沫穩定性的測定參照PHILLIPS等人[6，10]的方法，并略加修改。取200 g全蛋液與發酵乳混合液水浴加熱至30 ℃，SM-168廚師機6檔攪打20 min。攪打結束后，輕輕提起打蛋籠，立即用塑料抹刀將泡沫放入2個500 mL的呈倒圓錐形的底部開有3 mm小孔的容器中，稱量其質量且整個過程要在攪打結束2 min內完成。裝有泡沫的容器用保鮮膜密封，室溫下靜置5 h，期間不斷測量析出液體的質量并拍照記錄泡沫結構的變化。平行3次實驗，取平均值。

起泡能力采用充氣能力(Foam overrun)表示：

式中：Wm為100 mL 攪打前全蛋液與發酵乳混合物的質量；Wf為攪打后100 mL泡沫的質量泡沫穩定性(FS)用析出液體的質量為泡沫質量1/2時的時間表示。

1.4.6 泡沫微觀結構的觀察分析

將剛攪打結束的泡沫樣品平鋪在表面皿上形成薄薄的一層，然后立即用XSP-BM-3CA光學顯微鏡進行觀察，調節清晰后用相機進行拍攝。目鏡：16 X；物鏡：10 X。

1.4.7 數據分析

實驗數據利用SPSS22.0進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 全蛋液與發酵乳混合液的pH變化

新鮮全蛋液的pH值在pH 7.5左右，通過改變pH可以影響不同種類蛋白質的物理性質和化學結構的變化。本研究中嗜熱鏈球菌利用乳粉中的乳糖進行同型發酵產生乳酸，隨著乳酸的增加，發酵乳的pH逐漸降低。ST5-24 h發酵乳的pH值為pH 3.84，添加不同量的發酵乳對全蛋液pH值和Zeta電位的影響如圖1所示。

圖1 全蛋液與發酵乳混合液樣品的pH和Zeta電位變化Fig.1 Changes in pH and Zeta values of liquid whole egg with different content of fermented milk

由圖1可知，隨著發酵乳含量的增加，全蛋液與ST5-24 h發酵乳混合液的pH值由pH 7.75下降至pH 4.95。此外，混合物的Zeta電位均表現為負電荷，且小幅下降后逐漸增大，并在發酵乳含量為25%時達到最小值。對混合物起泡性質起主要作用的是全蛋液中的蛋清蛋白和脫脂乳中的乳清蛋白質，其中蛋清蛋白的起泡性能力取決于球蛋白G1、G2和卵轉鐵蛋白，卵粘蛋白和溶菌酶起穩定作用[11-12]。蛋清中大部分蛋白質的等電點主要分布在pI 4.0～6.0之間，且球蛋白G1、G2的等電點分別為pI 5.5和5.8。隨著pH值的降低，逐漸接近蛋白質的等電點，分子結構發生變化，暴露更多的疏水基團，促進蛋白質在界面上的吸附，從而影響其泡沫性質。

2.2 全蛋液與發酵乳混合液的黏度變化

實驗室先前的研究[13]表明ST5菌株為黏性菌株，可以合成胞外多糖，其對發酵乳起到天然增稠作用。ST5發酵乳經過24 h的發酵，黏度可以達到6 253 mPa·s，遠大于新鮮蛋液的黏度。圖2為全蛋液與發酵乳混合后的黏度變化情況。

圖2 全蛋液與發酵乳混合液樣品的黏度變化Fig.2 Changes in viscosity of liquid whole egg with different content of fermented milk

由圖2可知，新鮮全蛋液的黏度為18 mPa·s，并且隨著發酵乳含量的增加，二者混合液的黏度不斷增加。當發酵乳含量小于15%時，全蛋液與ST5-24 h發酵乳混合液的黏度上升較慢，處于23～35 mPa·s之間。隨著發酵乳含量的增加，pH值降低，逐漸達到部分蛋白質的等電點，使少量蛋白質開始發生聚集，但由于發酵乳中大量酪蛋白聚集體的增稠作用，混合物黏度直線上升至197.3 mPa·s。

2.3 全蛋液與發酵乳混合液的表面張力變化

圖3為全蛋液與發酵乳混合后的表面張力變化情況。從圖3中可以看出，全蛋液的表面張力為50.5 mN/m左右，發酵乳的添加可以不同程度的改變二者混合物的表面張力。發酵乳中的酪蛋白由于其兩親結構可以作為一種表面活性劑降低表面張力[14]，所以當加入少量發酵乳時，即可明顯降低混合物的表面張力。此外，蛋清蛋白和乳清蛋白混合物有相互協同作用，且乳清蛋白對界面性質的作用較大[15]。但表面張力在發酵乳含量為5%～30%變化不大(49.5～49.8 mN/m)，說明發酵乳在混合物表面性質上的作用已經達到飽和狀態。當發酵乳含量在35%～50%，混合物pH值降至pH 5.5以下，大部分蛋白質已經開始變性，表面張力上升至50.4 mN/m左右。

圖3 全蛋液與發酵乳混合液樣品的表面張力變化Fig.3 Changes in interfacial pressure of liquid whole egg with different content of fermented milk

2.4 發酵乳對全蛋液起泡性的影響

圖4為發酵乳對全蛋液起泡能力的影響。由圖可知，隨著發酵乳添加量的增加，全蛋液與發酵乳混合物的起泡性整體呈下降趨勢。生成泡沫時，液體表面積增加，體系能量也相應的增加。因此，從熱力學的角度來看，低表面張力有利于泡沫的生成。發酵乳含量在0%～30%時，混合液的表面張力小于全蛋液且相對穩定，但是黏度的增加卻抑制蛋液的起泡性，并且pH的改變也會影響其起泡性[16]。因此，在這個范圍內全蛋液與ST5-24 h發酵乳混合液起泡性有降低的趨勢但變化不大，其充氣能力維持在700%～730%之間。當發酵乳含量大于30%時，混合物中的蛋白質由于pH值的降低開始大量聚集，表面張力與全蛋液相差不大，黏度則由于胞外多糖的作用繼續增大，所以其起泡性開始急劇下降，且在發酵乳與全蛋液1∶1時降到477%。由此可以說明，ST5-24 h發酵乳添加到全蛋液中可以改變蛋液的表面張力、pH和黏度，從而3者相互作用影響混合物的起泡性。

圖4 全蛋液與發酵乳混合液樣品的起泡性變化Fig.4 Changes in foam overrun of liquid whole egg with different content of fermented milk

2.5 發酵乳對全蛋液泡沫穩定性的影響

圖5為發酵乳對全蛋液泡沫穩定性的影響。結果表明，全蛋液與發酵乳混合物的泡性穩定性整體呈先上升后下降趨勢，且與全蛋液相比，發酵乳的添加不同程度上增加了蛋液泡沫的穩定性。當發酵乳含量為5%～15%時，混合物的泡沫穩定性變化較小，析出一半液體的時間在38 min左右。隨著發酵乳含量的增加，混合物黏度上升速度增大，泡沫穩定性也開始急劇增加，并在25%時達到最大值71 min，相對全蛋液增加了1.4倍左右。一般來說，液體表面張力與泡沫穩定性并無確定的相應關系。只有當表面膜具有一定的強度，低表面張力可以減慢排液和液膜變薄速度，泡沫的穩定性增加[17]。此時混合物表面黏度的增加不僅可以增強表面膜的強度，而且可以與表面張力協同作用增加泡沫的穩定性。并且在25%時，混合物的Zeta電位達到最小值，此時混合物的黏度是影響泡沫穩定性的主要因素，且其作用達到最大值[18]。當發酵乳含量大于25%時，黏度繼續增加但B值急劇下降至43 min，并一直緩慢下降至30 min，這可能與起泡性的降低有關。此時，攪打后的氣泡大小不一，泡沫流動性較強，從而影響泡沫穩定性。

圖5 全蛋液與發酵乳混合液樣品的泡沫穩定性變化Fig.5 Changes in foam stability of liquid whole egg with different content of fermented milk

2.6 泡沫顯微結構圖

圖6為全蛋液與不同量的ST5-24 h發酵乳混合物經過攪打后的泡沫放置0、10、20和30 min時的顯微結構圖，其中目鏡和物鏡的放大倍數分別為16 X和10 X。由圖6可以看出，在0 min時，發酵乳含量為0%～30%的氣泡小而稠密，而40%和50%的氣泡大小不一且稀疏，說明混合液的起泡性在發酵乳含量大于30%時開始降低。此外，在發酵乳含量較少時，氣泡之間連接比較緊密；而發酵乳含量較高，尤其是在發酵乳含量為50%時，氣泡呈分散狀態，并且在氣泡底部有少量析出的液體(圖中灰色部分)。

液態泡沫是一個非平衡的系統，它的結構隨著時間不斷發生變化。泡沫破壞的過程，主要包括泡沫滲流、液膜破裂和氣體擴散，因此泡沫的穩定性主要取決于排液快慢和液膜的強度。由圖6可以看出，隨著時間的增加，氣泡均逐漸增大，液膜變薄。其中發酵乳含量為40%和50%的氣泡變化較大，且在160 X下可以觀察到30 min時部分液膜開始破裂。不含發酵乳的氣泡大小變化雖然較小，但是在10 min時大部分氣泡的液膜已經開始破裂，而20 min到30 min的過程中氣泡幾乎無變化。綜上可以看出，添加ST5-24 h發酵乳的氣泡由于胞外多糖的作用使表面膜強度增大，從而增加泡沫的穩定性。

2.7 各指標與全蛋液起泡能力和泡沫穩定性之間的相關性分析

表1 pH值、Zeta電位、黏度、表面張力與蛋液起泡性質之間的相關性分析

用SPSS軟件對混合液的pH值、Zeta電位、黏度、表面張力與起泡性質之間的簡單相關性分析如表1所示。從各指標與FO的相關性來看，其Pearson相關性分別為0.769、0.896、-0.839、-0.507，0.5<|r|<0.9。pH的改變不僅可以影響蛋白質的溶解度，尤其在等電點附近時容易聚集，同時還可以改變溶液中的電荷使蛋白質分子因分子間力而展開，從而影響蛋液的起泡能力。Zeta電位作為反映膠體溶液穩定性的重要指標，也表明了相鄰粒子間的相互作用力關系。所以pH值、Zeta電位與FO呈現正相關性。而溶液的黏度可以減緩蛋白質分子在界面上的吸附，從而降低起泡性，并且低表面張力可以在生成相同總面積的泡沫過程中少做功，所以黏度和表面張力與FO呈負相關。從與FS的相關性來看，其Pearson相關性分別為0.063、0.657、-0.063、-0.656，即Zeta電位和表面張力與FS呈現弱相關性，而pH和黏度可認為基本不相關。一般來說，溶液的表面黏度可以增加表面膜的強度，減緩泡沫滲流，從而增加泡沫穩定性。但混合物黏度的增加也并不意味著表面黏度的增加，并且決定泡沫穩定性的關鍵是液膜的強度[19]，只有當表面膜具有一定的強度，低表面張力和高黏度值才可以減慢排液和液膜變薄速度，使泡沫的穩定性增加。由以上分析可知，溶液黏度是影響泡沫穩定性的重要因素，但不是唯一因素，是各種因素相互作用的結果。

目鏡：16 X；物鏡：10 X圖6 全蛋液與發酵乳混合液樣品攪打后0、10、20和30 min的泡沫顯微結構圖Fig.6 Foam microstructure with different amounts of fermented milk at 0, 10, 20 and 30 min after the foam was made

3 結論

全蛋液中添加ST5-24 h發酵乳可以通過改變混合液的黏度、pH值、表面張力等性質來改善蛋液的泡沫性質。在發酵乳含量小于30%時，全蛋液與發酵乳混合物的起泡性幾乎無變化；混合物的泡性穩定性隨著發酵乳含量的增加呈先上升后下降的趨勢，但與全蛋液相比均有不同程度增加。此外，由泡沫微觀結構的變化也可以看出，發酵乳中的添加可以增加液膜的彈性，從而減慢液體的析出速率，增加泡沫穩定性。

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Effect of fermented milk withStreptococcusthermophiluson foaming properties of whole liquid egg

LIU Qing-xia, LIN Wei-feng, CHEN Zhong*

(School of Food Science and Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510641, China)

Egg has been extensively used in aerated food because of its functional properties of foaming. This study aimed at investigating the effect of fermented milk cultured for 24 hours with Streptococcus thermophilus (ST5-24 h fermented milk) on the foaming properties of liquid whole egg. Increasing fermented milk concentration (0% w/w-50% w/w) gradually increased solution viscosity (17.9-197.3 mPa·s) and decreased pH values (7.75-4.95) and the interfacial pressure presented a decrease as a whole. The Zeta values decreased at the earlier and then increased, the minimum was reached when the content of fermented milk was about 25%. The foam ability presented a slightly decrease when its concentration was less than 30%. Incorporation of fermented milk enhanced the foam stability and the half-life of foam drainage increased rapidly from 38 min to 71 min (1.9 times compared to liquid whole egg) at 25% and then decreased to 30 min. Moreover, microstructures at different time indicated that addition of fermented milk could possibly improve the bubbles elasticity and the stability of foams. In conclusion, the fermented milk had a significant impact on the foaming properties of liquid whole egg and little impact on the foaming ability without foam stabilizer.

fermented milk; liquid whole egg; foam properties; viscosity

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201704018

碩士研究生(陳中副教授為通訊作者，E-mail：chzhong@scut.edu.cn)。

2016-11-01，改回日期：2016-11-28