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中国乳品工业
da/ryINDUSTRY
酸性含乳饮料中蛋白质稳定性的研究进展
孟岳成,洪伦波
(浙江工商大学生物与环境工程学院,浙江杭州310019)
摘要:综述了不同类型的卡拉胶和果胶在乳饮料中与酪蛋白的作用机理.并介绍了影响酸乳饮料稳定性的主要因素。
关键词:乳饮料;卡拉胶;果胶;稳定性
中图分类号:TS252.54文献标识码:B 文章编号:1001—2230(2006)11-0033-03
Evolvementofstabilityofproteininmilkdrinks
MENGYue-chen,HONGLun-bo
(CoflegeofBiologicalandEnvironmentalEn舀neeringZhejiangGongshangUniversity,Hangzhou310019,China)
Abstract:Thispaperrenewedthemechanismofcarrageenanandpectinwitllc器eininmilkdriTlks.italsoexpatiatethemajorfactorswhich
influencethesmbfliWofacidifiedmilkdrinks.
Keywords:milkdrinks;carrageenan;pectin;stability
O 引 言
牛乳中酪蛋白是聚集的胶体团,大概100nm的半
径,在加热、冷冻时都非常稳定,酪蛋白胶束由
面的
一层,c一酪蛋白绒毛层起着空间的稳定作用,表层的
,(一酪蛋白是一种高分子电解质,酪蛋白的稳定性由表
层,c一酪蛋白的密度、电荷密度、盐离子的浓度和溶质
的极化性质所决定。通常,c一酪蛋白密度、电荷、极化性
越低,钙离子浓度越高则稳定性越差,会聚集沉淀【1]。
牛乳通常pH值为6.7,酪蛋白之间由于空间排斥
而稳定,,c一酪蛋白链从酪蛋白胶束表面突出出来使表
面熵最大化,使得酪蛋白之间相互排斥,并把这种现
象叫做空间稳定性。酸性乳饮料通常使用牛乳加酸酸
化或发酵后再调配的工艺,pH值大多在3.8~4.2之间,
在pH值为4.0时,由于,c一酪蛋白链延伸结构的瓦解,酪
蛋白本来的稳定机制被破坏,为防止酪蛋白凝集沉
淀。通常需加入稳定剂进行保护。稳定剂通过不同的
方式起作用,首先,通过增加酪蛋白胶束之间的空间
排斥作用;其次,通过动力的屏障防止聚集扩大【2】。
1 多糖一酪蛋白之间的作用机理
1.1 果胶
果胶是一种多糖类高分子化合物,其结合单元为
收稿日期:2006-06-08
作者简介:孟岳成(1963-),男,教授级高工,研究方向为食品科学。
D一吡喃半乳糖醛酸,以or-1,4键连接成长链状。果胶
中甲酯化基团(带有甲氧基)的百分数称为果胶的酯化
度DE值或DM值,按酯化度的不同,把果胶分为高甲
氧基果胶、低甲氧基果胶和酰胺果胶【3]。
Leskauskaite和Tuinier等研究稀释的酸奶体系中
(非脂乳固体含量小于1%)添加果胶作为稳定剂,明确
得出果胶由于静电作用吸附在酪蛋白上,并发现有多
层果胶分子吸附在酪蛋白上,果胶链只有在电荷区域
才起作用,然而在非电荷区域,果胶链形成熵密集的
形式,在pH很低的情况下与K~酪蛋白链的作用相同,
使酪蛋白之间相互排斥[4,51。
Maroziene通过用动态激光散射仪(DLS)测量粒
子外观尺寸来研究果胶与乳中酪蛋白的关系161,认为
尺寸的增加是由于果胶吸附在酪蛋白上所造成的。其
研究了3种形式的果胶,即低甲氧基果胶(LA)、高甲氧
基果胶(HA)、酰胺果胶(LMA)对于牛乳稳定性所起
的作用。pH值为6.7时,果胶不吸附酪蛋白,果胶以非
吸附聚合体的形式存在于溶液中,果胶分子占领了溶
液中的空间,使酪蛋白外层重叠,重叠容积的有效渗
透压很低,导致酪蛋白分子相互吸引,引力过强则发
生相分离。发生相分离时,随着果胶浓度增加,果胶占
的容积和渗透压增加.所以会引起酪蛋白强烈的絮
凝,上层液体变得澄清透明为果胶相,下层为牛乳,溶
液分成了两相。pH值为6.7时,0.2%的LMA或HM果胶
就使脱脂牛乳发生空缺凝聚,由于果胶分子的空间容
积不同。LM的回旋半径更大,是膨胀性更大的分子,
丙ii万五赢丽面了了
万方数据
专题论述Monographs
0.1%的LM就可以使牛乳发生凝聚。在pH值为5.3时,
果胶吸附在酪蛋白胶束上不是亲水结合,而是静电吸
附,随着果胶浓度增加,酪蛋白被全部包裹起来,它们
之间的吸引力也降到最低,此时所需要的果胶量依次
顺序为HM
证明酸乳饮料体系中直接与
酪蛋白作用的果胶量小于20%,余下的80%的果胶存在
于酪蛋白与果胶组成的网络空隙中,在最终的稳定产
品中不起作用,而在加工酸乳的过程中,这些多余的
果胶对于提供足够的吸附果胶起着至关重要的作用,
吸附的果胶不能游离出来,非吸附的果胶存在于微弱
的网络结构中也是不能自由扩散的[53。
最近,Nakamura比较了大豆多糖和果胶在酸乳中
的作用。从大豆子叶中提取的大豆可溶性多糖(ssps)
浓度低于0.2%就可以在含8%的非脂乳固体酸性饮料
中起到良好的稳定作用。比果胶用量小。SSPs有着和
果胶类似的结构,在酸性条件下,低于牛乳中蛋白质
等电点时,类似高酯果胶能起到稳定剂的作用。SSPS
果胶稳定机制不同,果胶是通过包裹蛋白质粒子,使
其带负电荷而相互排斥;SSPS是通过空间位置稳定,
SSPS的中性多糖侧链密密地包围在蛋白质粒子表层
而达到稳定,如图1所示【8】。
图1大豆可溶性多糖与果胶稳定蛋白质模式
1.2卡拉胶
Trom提出卡拉胶与酪蛋白形成了微弱的胶体结
构,它们相互作用形成了相互牵连的聚合物网络,这
种网络可阻止乳饮料的相分离[91。螺旋和卷曲状态的
卡拉胶的电荷密度不同,卷曲条件下的电荷之间的距
离为0.5nm,螺旋形式下的双螺旋距离为0.2nm,指出
螺旋形式的卡拉胶与K~酪蛋白之间静电作用力比卷
曲形式下大两倍。Spagnuolo提出卡拉胶阻止肉眼可见
的相分离须有两个条件:卡拉胶吸附在酪蛋白胶柬表
面和卡拉胶的自身螺旋聚合,通过电镜图象表明卡拉
胶在螺旋卷曲的状态形式下与酪蛋白胶束表面作用,
从而阻止肉眼可见的蛋白质凝聚[101。
Langendorff等研究了有关于温度影响牛乳中酪蛋
白和iota-卡拉胶相互作用关系。在60qC时,iota-卡拉
胶引起了非常细微的半径增加,可以判断iota-卡拉胶
没有吸附在酪蛋白上,而当iota-,A一卡拉胶大于临界
浓度时会使酪蛋白发生空缺絮凝现象[111,)A60℃冷却
的过程中含iota-卡拉胶的体系形成卡拉胶与酪蛋白
的网络结构,并且通过流变学确定了50~47oclp卡拉
胶由卷曲到螺旋的转变温度,由于在卷曲到螺旋的转
变温度t,寸iota-卡拉胶吸附酪蛋白,粒子尺寸突然增加
了40%,温度再次升高到60oC的时候,粒子尺寸还是保
持不变。说明iota-卡拉胶吸附酪蛋白是热不可逆的。
Langendorff研究了三种类型的卡拉胶【121:A一卡拉
胶、iota--卡拉胶,,c一卡拉胶在稀释一百倍的脱脂乳混
合体系.研究表明卡拉胶在特定条件下吸附在酪蛋白
胶束上.既高于一定临界电荷密度时两者才能吸引。
A一卡拉胶总处于最高的电荷密度形势,所以在任何温
度下都能与酪蛋白胶束相互吸引.使酪蛋白胶束之间
形成桥梁.冷却后形成卡拉胶与酪蛋白的网络结构。
iota--卡拉胶和,c一卡拉胶只有在低于由卷曲到螺旋转
变的温度时才能与酪蛋白发生吸引,因为螺旋形式下
的卡拉胶才有足够的电荷密度。
2影响酸乳饮料稳定性的主要因素
2.1 pH值
pH值为4.6时乳中酪蛋白发生沉淀,酪蛋白胶束
中主要含蛋白质92%,无机组分主要是磷酸钙约为
8%,以酪蛋白钙一磷酸钙复合胶束的形式存在。在牛
SLpH值为6.6左右酪蛋白胶束有着良好的稳定性,在
125℃下加热60min才开始变性聚集1131,随着pH值降
低,胶束净电荷减少,空间斥力减小,水化层变薄,酪
蛋白的稳定性降低,乳的稳定性变差,pH值为4.6时,
酪蛋白所带的净电荷为零,沉淀量最大。要使酪蛋自
在酸性条件下相对稳定的存在,需增加酪蛋白之间的
静电相互作用,加入稳定剂保护酪蛋白,同时减少酪
蛋白聚集沉淀的不利因素的影响。
2.2离子强度及螯合剂
在极微量的镁离子或者铁离子存在条件下,酪蛋
白的热稳定性减小,阳离子与酪蛋白不是直接联接
的,而是先形成阳离子柠檬酸盐或磷酸盐的中间体【141。
乳中的ca2+也是影响乳饮料稳定性的重要因素之一。
在酸性条件下,酪蛋白胶粒中结合的Ca2+会游离出来,
游离的Caz+就会被吸附到a。一酪蛋白上,使酪蛋白之
间发生凝聚而沉淀,导致饮料的稳定性降低。在溶液
中加入极少量的某种钠盐,钠离子使酪蛋白胶束表面
电荷增加,水化层增厚,对酪蛋白最外层的,c一酪蛋白
起保护作用。柠檬酸根离子不仅起到缓冲作用,而且
降低了牛奶中游离钙的有效离子浓度.起到稳定酪蛋
白的作用n⋯。贾新庄报道添加磷酸盐能够显著提高发
酵型酸乳饮料的稳定性【161,磷酸盐能够螯合钙离子,阻
了4芴万石芗万荔歹万万历雨五芴茹
万方数据
Monographs专题论述
止钙离子与蛋白质的负电荷区域反应,阻止钙离子与
果胶一酪蛋白复合物反应。
2.3其他因素的影响
果胶的用量和酪蛋白的粒子大小有关,粒子越小
则总表面积越大,要求果胶量也越多。贾新庄指出添
加蔗糖有利于稳定性的提高,如果采用其他甜味剂则
果胶的量要增加,果胶相对与cMc,在乳酸菌饮料体
系中防止沉淀效果更好,pH值为3.9~4.3果胶的应用效
果最好。
高慧娟等在提高酸性乳饮料稳定性方面。重点从
工艺上进行了研究[171,将传统的一次调酸工艺改进成
二次酸化新工艺。原生产工艺是将牛奶、稳定剂等水
溶液在中性范围内混合,通过调酸工艺将饮料fln'3pH值
调至3.2--4.0,酪蛋白的变化过程为先凝聚后分散二次
酸化工艺是用预先酸化的初配料缓冲液和两次补酸
的方法取代了原来的一次性调酸工艺。稳定剂等水溶
液调酸后加入牛乳,此时pH值为4.5。然后在第二次
调酸到pH值为4.0。由于预先酸化初配料的缓冲作
用,降低了pH值的变化程度,避免了pH值迅速下降
引起酪蛋白发生强烈凝聚沉淀。二次调酸可以减少
蛋白质沉淀,改善酪蛋白的分散稳定性,延长产品的
货架期。
对于酸乳饮料,增加均质压力能够进一步增加稳
定性。较大的粒子如蛋白质胶簇是产生不稳定的因素
之一,由于均质,粒子尺寸减小,稳定性增强。然而体
系中稳定剂浓度接近最小需求量时,增加均质压力会
产生大量的小粒子,导致稳定性降低【18】。另外,预热也
可以提高稳定性,预热可以使乳清蛋白变性,而使其
在酸化之前就吸附到酪蛋白胶束上从而改善乳的稳
定性。杀菌温度过高会使产品成分发生变化,酸性乳
饮料易产生沉淀,在较高温度下,乳蛋白粒子布朗运
动加快,碰撞机会增加,容易发生沉淀,一些稳定剂也
会因高温发生部分水解。酸性乳饮料采用85℃,25~
30血n杀菌条件即可杀死有害菌,又可保持产品的稳
定状态【19】。
3展 望
酸性乳饮料或者发酵乳饮料都是口味好.营养丰
富的饮料,市场需求很大,但工艺和加工也比较复杂。
目前,国内研究的酸性乳饮料的工艺比较多,应用于
酸奶中的稳定剂种类不是很多.如果胶、羧甲基纤维
素钠,而国外的理论研究包括果胶与牛奶酪蛋白的作
用,卡拉胶与牛奶酪蛋白的作用关系及条件都已经有
了一定的研究基础.它们之间相互作用关系的影响因
素也是复杂的。因此我们仍需要进一步的研究乳中蛋
白质和羧甲基纤维素钠以及不同类型卡拉胶混合,它
们之间的相互作用体影响条件也需进一步探讨,蛋白
质与其他胶体的混合体系也需要进一步的理论和应
用研究,随着添加剂业的发展,相信会有新的稳定剂
来适用于酸乳体系。
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酸性含乳饮料中蛋白质稳定性的研究进展
作者: 孟岳成, 洪伦波, MENG Yue-chen, HONG Lun-bo
作者单位: 浙江工商大学,生物与环境工程学院,浙江,杭州,310019
刊名: 中国乳品工业
英文刊名: CHINA DAIRY INDUSTRY
年,卷(期): 2006,34(11)
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