發(fā)酵條件對(duì)膠原蛋白肽酸奶質(zhì)構(gòu)特性的影響

董世榮，李欣，張晨，夏水英，王思雨

（哈爾濱學(xué)院食品工程學(xué)院，哈爾濱150086）

0 引 言

膠原蛋白是哺乳動(dòng)物體內(nèi)含量最多、分布最廣的功能性蛋白[1-4]，屬于模塊化蛋白質(zhì)家族的典型代表[5]。膠原蛋白因良好的生物可降解性及生物活性被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域[6]，在降血壓、抗氧化等方面有良好的功效[7-8]。但具有獨(dú)特三股螺旋結(jié)構(gòu)[9]的膠原蛋白結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，消化吸收困難。但膠原蛋白肽可被有效吸收利用，羥脯氨酸、脯氨酸等含量較高，而色氨酸、酪氨酸等含量較低[10-12]。膠原蛋白肽在酸性條件下具有很好的分散性和乳化穩(wěn)定性[13]，添加至酸奶中可豐富其營養(yǎng)價(jià)值，改善其功能特性。本研究通過測定添加不同量膠原蛋白肽、蔗糖、發(fā)酵菌種酸奶的質(zhì)構(gòu)特性，綜合評(píng)價(jià)發(fā)酵條件對(duì)膠原蛋白肽酸奶質(zhì)構(gòu)特性影響規(guī)律，為實(shí)際生產(chǎn)膠原蛋白肽酸奶奠定理論基礎(chǔ)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料

膠原蛋白肽：深海鱈魚膠原蛋白肽，主要為Ⅰ型膠原蛋白肽，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99%，分子肽量1000～3000 u；鮮牛奶（符合GB19301-2010規(guī)定[14])；脫脂奶粉（符合GB19644-2010規(guī)定[15]）；混合乳酸菌種為保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌。

1.2 儀器與設(shè)備

LRH-150型生化培養(yǎng)箱，上海-恒科技有限公司；BCD-458WDV型冰箱，海爾；CT 3型食品物性測定儀，美國Brookfield；TD5A-WS型臺(tái)式低速離心機(jī)，湖南湘儀離心機(jī)儀器有限公司；FE28型臺(tái)式酸度計(jì)，梅特勒-托利多國際貿(mào)易（上海）有限公司；BZD 95自動(dòng)封口機(jī)，溫州盛典包裝機(jī)械有限公司。

1.3 方法

1.3.1 膠原蛋白肽酸奶制備的工藝流程

鮮牛奶溶解脫脂奶粉(蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.0%)→添加膠原蛋白肽→均質(zhì)→預(yù)熱(60℃)→蔗糖調(diào)配→殺菌(90℃，10 min)→冷卻(42℃)→接種發(fā)酵劑→裝瓶→發(fā)酵(42℃)→冷卻→后熟(4℃)→成品[16]

1.3.2 不同添加量膠原蛋白肽酸奶的制備

按白砂糖添加量6%，發(fā)酵劑接種量為0.1%，膠原蛋白肽添加量分別為0%，0.2%，0.4%，0.6%，0.8%；在42℃的恒溫箱中發(fā)酵至凝乳，4℃后熟18 h，測定酸奶的質(zhì)構(gòu)特性[17]。

1.3.3 不同添加量蔗糖膠原蛋白肽酸奶的制備

按膠原蛋白肽添加量0.6%，發(fā)酵劑接種量為0.1%，蔗糖添加量分別為4%，5%，6%，7%，8%；在42℃的恒溫箱中發(fā)酵至凝乳，4℃后熟18 h，測定酸奶的質(zhì)構(gòu)特性。

1.3.4 不同添加量菌種發(fā)酵劑膠原蛋白肽酸奶的制備

按膠原蛋白肽添加量0.6%，蔗糖添加量為6%，菌種發(fā)酵劑添加量分別為0.05%，0.1%，0.2%，0.3%，0.4%（均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）；在42℃的恒溫箱中發(fā)酵至凝乳，4℃后熟18 h，測定酸奶的質(zhì)構(gòu)特性。

1.3.5 酸奶質(zhì)構(gòu)特性的測定

利用美國Brookfield公司生產(chǎn)的CT 3型質(zhì)構(gòu)儀測定酸奶凝膠的質(zhì)構(gòu)特性。在室溫下采用TPA模式[18]測定酸奶凝膠的硬度、黏性、彈性、膠著性、咀嚼性和內(nèi)聚性。具體參數(shù)設(shè)置如下：探頭為TA4/1000探頭，測試前速度為2.0 mm/s，測試后速度為2.0 mm/s，測試速度為1.0 mm/s，穿透測試深度為30.0 mm/s，感應(yīng)力為10.0 g。

1.3.6 微觀結(jié)構(gòu)的測定

利用掃描電鏡分別觀察添加0.0%和0.6%膠原蛋白肽的酸奶樣品的微觀結(jié)構(gòu)[19]，具體步驟如下：（1）從表面＞10 mm處取4 mm×4 mm×3 mm（長×寬×高）酸奶樣品；（2）將其固定在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25 g/kg戊二醛濃度為0.1 mol/L的磷酸緩沖溶液（p H＝6.8）中24 h（環(huán)境溫度4℃）；（3）利用濃度為0.1 mol/L磷酸緩沖溶液（p H＝6.8）沖洗3次，每次10 min；（4）先后利用體積分?jǐn)?shù)為50%，70%，90%的乙醇各脫水1次，每次15 min；（5）利用體積分?jǐn)?shù)100%的乙醇脫水3次，脫水10 min；（6）等體積的100%乙醇和叔丁醇混合溶液脫水1次，脫水10 min，純叔丁醇脫水1次，脫水10 min；（7）冷凍干燥；（8）固定、鍍金；（9）上鏡觀察微觀結(jié)構(gòu)（25 k V）。

2 結(jié)果與分析

2.1 酸奶微觀結(jié)構(gòu)的分析

在牛奶中添加0和0.6%兩個(gè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的膠原蛋白肽，再分別添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的蔗糖、0.1%菌種接種量，在42℃發(fā)酵6 h，觀察兩者的微觀形態(tài)存在較大的差異，結(jié)果圖1所示。

由圖1可以看出，膠原蛋白肽的添加改變了酸奶的微觀形態(tài)，未添加膠原蛋白肽的酸奶樣品的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有規(guī)則、蛋白質(zhì)分布更平滑和具有系統(tǒng)性，但是孔隙度較大，并且表面存在不均勻的狀況。與未添加膠原蛋白肽的酸奶的微觀結(jié)構(gòu)相比較，添加膠原蛋白肽酸奶其微觀結(jié)構(gòu)較均勻、細(xì)膩，結(jié)構(gòu)緊致，而且孔隙度較為均勻。酸奶的微觀結(jié)構(gòu)與質(zhì)構(gòu)特性密切相關(guān)[20]，膠原蛋白肽的加入破壞了酸奶蛋白質(zhì)之間的交聯(lián)，而蛋白質(zhì)交聯(lián)程度與酸奶凝膠質(zhì)構(gòu)特性中的硬度呈正相關(guān)[21]。因此測定了酸奶的質(zhì)構(gòu)特性。

圖1未添加和添加膠原蛋白肽酸奶樣品的微觀結(jié)構(gòu)

2.2 膠原蛋白肽添加量對(duì)酸奶質(zhì)構(gòu)特性的影響

在牛奶中添加0%，0.2%，0.4%，0.6%，0.8%五個(gè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)梯度的膠原蛋白肽，再分別添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%的蔗糖、0.1%菌種接種量，在42℃發(fā)酵發(fā)酵6 h，觀察酸奶樣品的硬度(Ha)、黏性(Ad)、彈性(Sp)、膠著性（Gu）、咀嚼性（Ch）和內(nèi)聚性（Co）的變化如圖2所示。

圖2中，原蛋白肽的酸奶樣品的質(zhì)構(gòu)特性：硬度為Ha，、黏性為Ad，、彈性為Sp，、膠著性為Gu，、咀嚼性為Ch，、內(nèi)聚性為Co）。下同。隨Cpa的變化膠原蛋白肽的添加顯著改變了酸奶的硬度、黏性、膠著性和咀嚼性，隨著Cpa增加這4個(gè)指標(biāo)整體均呈現(xiàn)衰減趨勢，但膠原蛋白肽的添加對(duì)酸奶的彈性幾乎無影響，膠原蛋白肽的添加對(duì)內(nèi)聚性的影響較小。當(dāng)Cpa添加至0.8%時(shí)，硬度、黏性、膠著性、咀嚼性衰減十分迅速，分別由未添加時(shí)的236 g，5.27 m J，105 g和8.30 mJ快速下降至0.8%添加量時(shí)的183.5 g，4 m J，69 g和5.95 mJ，分別降低了22.2%，24.1%，34.3%和28.3%，4個(gè)指標(biāo)的衰減速度較為一致。內(nèi)聚性由未添加時(shí)的0.40降低至0.37，降低的幅度為7.5%。酸奶黏性與乳中酪蛋白尺寸密切相關(guān)，尺寸越小黏性越低[20]，膠原蛋白肽可能影響酸奶中酪蛋白膠束的形成，進(jìn)而降低了酸奶的黏性。

圖3中，歸一化后的膠原蛋白肽酸奶：硬度為(Hag)，黏性為(Ad g)，彈性為（Sp g），膠著性為（Gug），咀嚼性為（Chg）和內(nèi)聚性為（Cog），下同。

為定量表示添加量Cpa對(duì)酸奶硬度、黏性、彈性、膠著性、咀嚼性和內(nèi)聚性的影響規(guī)律，本研究采用Logistic模型擬合歸一化的硬度（Hag）、黏性（Ad g）和膠著性（Gug），采用Holiday模型擬合歸一化的彈性(Spg)，采用Exp3P2模型擬合歸一化的咀嚼性（Chg）和內(nèi)聚性(Cog)（圖3），指標(biāo)歸一化值表示添加不同量膠原蛋白肽酸奶樣品的指標(biāo)測量值與未添加膠原蛋白肽酸奶樣品指標(biāo)測量均值的比值，利用最小二乘法回歸分析得到的Hag，Ad g，Spg，Gug，Chg和Cog經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头謩e表示為

圖2不同添加量膠原蛋白肽的酸奶樣品的質(zhì)構(gòu)特性隨添加量Cpa的變化

2.3 蔗糖的添加量對(duì)酸奶質(zhì)構(gòu)特性的的影響

在牛奶中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%，5%，6%，7%，8%五個(gè)梯度的蔗糖，再分別添加0.6%的膠原蛋白肽、0.1%菌種接種量，在42℃發(fā)酵發(fā)酵不同時(shí)間6h，觀察酸奶樣品的硬度(Ha)、黏性(Ad)、彈性(Sp)、膠著性（Gu）、咀嚼性（Ch）和內(nèi)聚性（Co）的變化如圖4所示。

圖3膠原蛋白肽添加量變化歸一化膠原蛋白肽酸奶的回歸分析結(jié)果

蔗糖的添加顯著改變了酸奶的硬度、黏性、膠著性和咀嚼性，隨著蔗糖添加量（Sua）增加這4個(gè)指標(biāo)整體均呈現(xiàn)衰減趨勢，但蔗糖的添加對(duì)酸奶的彈性和內(nèi)聚性的影響較小。由圖4可以看出，當(dāng)Sua添加從4%增加至0.8%時(shí)，硬度、黏性、膠著性、咀嚼呈現(xiàn)快速降低的趨勢，分別由蔗糖添加量為4%時(shí)的267.67 g，7.50 mJ，105.67 g和9.53 mJ快速下降至0.8%添加量時(shí)的232 g，6.20 mJ，90.67 g和8.10 mJ，分別 降 低了13.3%，17.33%，14.2%和15.0%，4個(gè)指標(biāo)的衰減速度較為一致。內(nèi)聚性由未添加時(shí)的0.40降低至0.39，降低的幅度為2.5%，變化幅度很小。

為定量表示Sua對(duì)酸奶硬度、黏性、彈性、膠著性、咀嚼性和內(nèi)聚性的影響規(guī)律，本研究采用Logistic模型擬合歸一化的硬度（Hag），Logistic1模型擬合歸一化的黏性（Ad g），Parabola模型擬合歸一化彈性（Sp g），Ex-p Dec3模型擬合歸一化的膠著性（Gug），采用Holiday模型擬合歸一化的彈性(Sp g)，采用采用Exp3P2模型擬合歸一化的咀嚼性（Chg）和內(nèi)聚性(Cog)如圖5，利用最小二乘法回歸分析得到的Hag，Ad g，Sp g，Gug，Chg和Cog經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头謩e表示為

2.4 菌種的添加量對(duì)酸奶質(zhì)構(gòu)特性的影響

在牛奶中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%，0.1%，0.2%，0.3%，0.4%五個(gè)梯度的菌種，再分別添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%的膠原蛋白肽、0.1%菌種接種量，在42℃發(fā)酵發(fā)酵6 h，觀察膠原蛋白肽酸奶樣品的發(fā)酵狀態(tài)，結(jié)果如圖6所示。

圖6菌種添加量的變化酸奶樣品質(zhì)構(gòu)特性隨添加量Sta的變化

改變菌種的添加量（Sta）改變了酸奶的硬度、黏性、彈性、膠著性、咀嚼性和內(nèi)聚性，但是隨著Sta增加這6個(gè)指標(biāo)整體變化趨勢和幅度存在差異。當(dāng)Sta添加量從0.05%增加至0.4%時(shí)，硬度呈現(xiàn)上升的趨勢，從231.67 g增加至250 g，上升的幅度為7.9%，粘性和彈性呈現(xiàn)先變化平穩(wěn)后迅速下降的趨勢，分別從0.05%菌種添加量時(shí)的5.55 mJ和9.13 mm下降至0.4%菌種添加量時(shí)的4.47 mJ和8.89 mm，分別下降了19.5%和2.6%；膠著性和內(nèi)聚性呈現(xiàn)先略微下降后上升的變化趨勢，2者分別從0.05%菌種添加量時(shí)的87.67 g和0.38升高至0.4%菌種添加量時(shí)的92.33 g和0.37，分別下降了5.3%和2.6%；但是菌種添加量對(duì)酸奶樣品的咀嚼性影響較小。

圖7菌種添加量的變化歸一化的膠原蛋白肽酸奶的回歸分析結(jié)果

為定量表示Sta對(duì)酸奶硬度、黏性、膠著性、咀嚼性的影響規(guī)律，本研究采用不同類型數(shù)學(xué)模型擬合質(zhì)構(gòu)特性的變化規(guī)律，如圖7所示。分別采用Logistic模型擬合歸一化的硬度（Hag）和黏性（Ad g），采用Exp3P2模型擬合歸一化的彈性（Sp g）、膠著性（Gug）、咀嚼性（Chg）和內(nèi)聚性(Cog)，利用最小二乘法回歸分析得到的Hag，Adg，Sp g、，Gug，Chg，Cog經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头謩e表示為

3 結(jié) 論

膠原蛋白肽的添加改善了酸奶的微觀結(jié)構(gòu)，降低了酸

奶的硬度、黏性、膠著性和咀嚼性，但是對(duì)彈性和內(nèi)聚性的影響較小。蔗糖添加量和菌種添加量的顯著改變了膠原蛋白肽酸奶的包括硬度、黏性、膠著性和咀嚼性等質(zhì)構(gòu)特性，但是對(duì)彈性和內(nèi)聚性的改變程度較小。提出了定量評(píng)估膠發(fā)酵條件對(duì)各類指標(biāo)歸一化結(jié)果影響程度的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>