酸乳凝膠特性影響機理的探討

楊同香，李全陽

（廣西大學 輕工與食品工程學院，南寧 530004）

酸乳凝膠特性影響機理的探討

楊同香，李全陽

（廣西大學 輕工與食品工程學院，南寧 530004）

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

酸乳；流變學特性；發酵溫度

0 引 言

牛乳是一種組成復雜的體系，流變學是其主要的物性之一。有關酸乳流變學特性的研究國外Haque[1]研究了復原乳在不同發酵溫度對其流變學特性的影響。Gaucher[2]研究酸乳儲存溫度對其物化性質的影響。Aziznia[3]研究乳清蛋白濃縮物與黃芪膠結合作為脂肪替代品，在40～45℃間發酵酸奶的品質。國內衛曉英[4]等研究低溫刺激對凝固型酸乳質構的影響。本課題組前期研究發現酸乳在添加增稠劑后，其黏度反而下降，且有乳清析出現象[5，6]。但酸乳發酵溫度對其黏度的影響以及不同發酵溫度酸乳隨剪切速率和時間的變化對流變學特性的影響、酸乳持水力、膠體脫水收縮性等流變學特性等凝膠影響機制的研究較少。本文就此現象開展工作，進一步探索酸乳發酵溫度對其凝膠影響的機理。

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，DV-Ⅲ流變儀。

1.3 試驗方法

1.3.1 酸乳制備

牛奶→均質→殺菌→冷卻→接種→發酵→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℃條件下發酵，當酸度達到80oT時取出，放入4℃的冰箱中后熟24 h。

1.3.2 發酵酸度的測定參考[7]

1.3.3 STS的測定參考[8]

計算公式為：脫水收縮敏感性/%=（乳清析出量/樣品質量）×100。

1.3.4 WHC的測定參考[9]

計算公式為：持水力/%=（離心后沉淀的質量/樣品質量）×100。

1.3.5 黏度的測定[4]

采用DV-Ⅲ流變儀，測定條件：轉子轉速為0～224 r/min，先升速后降速，每取一個值的間隔時間為8 s。

1.3.6 觸變環的測定

采用DV-Ⅲ流變儀，測定條件：轉子轉速為0～224 r/min，先升速后降速，升速/降速的頻率為16 r/min，間隔時間為8 s。

2 結果與討論

2.1 不同溫度下酸乳凝膠體的流變學特性

質量分數為3%菌種接種量制作的酸乳，在不同發酵溫度下，利用 DV-Ⅲ流變儀測定其黏度，流變儀的轉子轉速定為0～224 r/min,先升速后降速，酸乳凝膠體的流變學類型如圖1所示。

由圖1可以看出，不同發酵溫度下，酸乳的黏度呈相同的趨勢，即黏度先達到一個極大值，然后隨著轉速的不斷增加，先急速下降，再趨于平緩，具有明顯的剪切變稀現象；而后隨著轉速的降低，酸乳的黏度又緩慢上升，臨近結束時達到最大，表明其為假塑性流體。這一現象與趙正濤[10]等研究的黃原膠溶液的黏度變化以及剪切速率和時間對其流變學特性的影響的結果總體趨勢一致，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℃發酵酸乳的黏度達到最高；40℃發酵酸乳的黏度次之，43℃發酵酸乳的黏度最小。這說明發酵溫度與酸乳黏度有關。而不同發酵溫度條件下，其乳酸菌胞外多糖質量分數也不同，低溫更利于乳酸菌胞外多糖的生成[4]。這有待進一步研究乳酸菌胞外多糖含量與酸乳凝膠特性機制。

2.2 不同溫度變速剪切下酸乳樣品的剪切應力

不同發酵溫度變速剪切下酸乳樣品的剪切應力測定結果如圖2所示。

由圖2可以看出，不同溫度發酵的酸乳其黏度曲線都形成了觸變環，說明它們都是觸變體系。37℃發酵酸乳的觸變環最大，然后依次是40℃發酵酸乳，43℃發酵酸乳。觸變環的面積反應了觸變性的大小。而且，從圖1中可以明顯看出，37℃發酵酸乳的觸變環面積最大，說明其觸變性最大，即37℃發酵酸乳體系經外力作用后 ，其黏度變化越大，外力撤出后，此體系回復到未經力作用的體系狀態所需的時間也越長。這與Janaina[11]及本課題組前期對牛乳添加黃原膠所形成的酸乳凝膠的流變學特性檢測[6]分析報道的結果趨勢是相似的，但較本實驗剪切應力小，這可能主要是因為增稠劑的種類不同及其添加量影響酸乳的黏度及剪切應力。

2.3 不同溫度下表觀黏度隨時間變化

不同發酵溫度下表觀黏度隨時間變化趨勢圖如圖3和圖4所示。由圖3和圖4可以看出，經過不同溫度發酵的酸乳樣品在恒溫、恒速的剪切作用下，隨著剪切時間的增加，其表觀黏度都有不同程度的下降，在剛開始攪拌時下降最為明顯,而以后變化幅度減小，并且較好地遵循冪率定律，對其進行線性回歸得方程y=1108.8x-0.683，相關系數達0.9901。由此我們也可以判定，經不同發酵溫度制作的酸乳是一種觸變性流體。這與衛曉英[12]等研究的酸乳中添加海藻酸鈉的流變學特性趨勢大致相同。由上圖也可以看出，37℃發酵酸乳的表觀黏度要明顯高于40℃、43℃發酵酸乳的表觀黏度，而40℃發酵酸乳的表觀黏度略高于43℃發酵酸乳的表觀黏度，隨著剪切時間的推移，二者基本持平。馬艷[13]等研究了濕熱鏈球菌混菌培養的酸乳隨發酵時間的增長，其黏度增大，但達到一定程度后基本持平。李安平[14]研究了膳食纖維強化酸奶，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。這主要可能是因為蛋白與多糖發生相互作用，而酸乳在不同發酵溫度下產生的乳酸菌胞外多糖含量不同，使其形成的網孔會越來越小，此時形成的酪蛋白凝集體也會變得越來越小，因而會導致表觀黏度和和剪切應力的降低。

2.4 不同發酵溫度酸乳的品質

酸乳STS是酸乳凝膠對各種乳成分，尤其是水分的結合能力，這種結合力包括結合水凝膠立體網絡中自由的結合能力；酸乳WHC是指一定量的酸乳在一定的溫度、離心力、時間的作用下，酸乳凝膠對水分的結合能力。不同發酵溫度酸乳的STS和WHC的實驗結果如圖5所示。

由圖5可以看出，不同發酵溫度酸乳的STS和WHC值各不相同，37℃發酵酸乳的STS值最小，比相同條件下，40℃和43℃發酵酸乳的STS分別低13%和5%。 而WHC達到最大，較40℃和43℃發酵酸乳的WHC分別高18%和8%。這說明37℃發酵酸乳凝膠在規定的時間內失去的乳清最少，體系的大分子結合水的含量最高，穩定性最好。40℃發酵酸乳的STS最高，說明其乳清析出最多，穩定性也最差。43℃發酵酸乳的STS與WHC值均居實驗所測溫度范圍的中間，表明其穩定性較好，但比37℃發酵酸乳的穩定性差。王微[15]等研究了變溫（42℃→38℃→35℃）和低溫（35℃和38℃）發酵酸乳的質地，發現低溫發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程中，不同發酵溫度酸表觀黏度和剪切應力不同，酸乳發酵過程中，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態地影響酪蛋白微球立體網狀結構的構建。由于酸乳體系中多糖分子通過靜電作用和自身形成的空間位壘作用影響酸乳網狀結構的形成，從而降低酪蛋白立體網狀結構的牢固程度。當高溫發酵酸乳時，其乳酸菌胞外多糖含量較低時，形成的網眼較大，酪蛋白凝集體過大，導致酸乳乳清析出嚴重。隨著酸乳發酵溫度的降低，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量增加，而且多糖分子本身產生的空間位壘效應不斷增強，導致酪蛋白凝集體變得細小，進一步減少了乳清析出，從而表現為酸乳的表觀黏度和剪切應力下降。

3 結 論

（1）酸乳黏度變化總體趨勢是先隨剪切時間的延長而變小，然后趨于平緩。相同條件下,37℃發酵酸乳黏度明顯高于40℃發酵酸乳的黏度，40℃發酵酸乳與43℃發酵酸乳的黏度相差不大，且隨剪切時間的延長，出現明顯的剪切稀化現象，這說明在本實驗溫度測定范圍內，低溫發酵酸乳的黏度更高。

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

（3）黏度與剪切速率與剪切時間的關系試驗結果表明酸乳是假塑性流體，且酸乳的表觀黏度隨剪切時間的變化曲線符合冪函數的變化規律。

（4）37℃發酵酸乳的持水力達到最高值，相對應的膠體脫水收縮作用敏感性最低，40℃發酵酸乳的膠體脫水收縮作用敏感性要高于43℃發酵酸乳的。說明37℃發酵酸乳的乳清析出較40℃和43℃發酵酸乳的少，其穩定性更好。

[1]HAQUE A,RICHARDSON R K,MORRIS E R.Effect of Fermentation Temperature on the Rheology of Set and Stirred Yogurt[J].Food Hydrocolloids，2001,15:593-602.

[2]GAUCHER I,MOLLE D,GAGNAIRE V，et al.Effects of Storage Temperature on Physico-Chemical Characteristics of Semi-Skimmed UHT Milk[J].Food Hydrocolloids，2008,22(1):130-143.

[3]AZIZNIA S,KHOSROWSHAHI A,MADADLOU A，et al.Whey Protein Concentrate and Gum Tragacanth as Fat Replacers in Nonfat Yogurt:Chemical,Physical,and Microstructural Properties[J].J.Dairy Sci.，2008,91(7):2545-2552.

[4]衛曉英,李全陽,趙正濤，等.低溫刺激對凝固型酸乳質構的影響[J].中國乳品工業，2009,37(7):16-19.

[5]李全陽.酸乳質量及其胞外多糖的研究[D]:江南大學，2004.

[6]趙正濤,李全陽,衛曉英，等.黃原膠對酸乳凝膠特性的影響及其作用機理探討[J].食品工業科技，2009,5(30):154-157.

[7]周光宏.畜產品加工學[M].北京:中國農業出版社，2005.

[8]李全陽，夏文水.酸乳中乳酸菌所產胞外多糖特性的初步研究[J].食品科學，2004,25(2):80-84.

[9]HASSAN A N,FJ F,SK A.Textural Properties of Yogurt Made with Encapsulated no Ropy Lactic Cultures[J].J.Dairy Sci.，1996,79:2098-2103.

[10]趙正濤，王秀菊，安鑫，等.黃原膠流變學特性及其協效性研究[J].中國食品添加劑，2009:76-81.

[11]JANAINA D,SCHWINDEN P,CARLOS C P J.Rheological and Physico-Chemical Characterization of Prebiotic Microfiltered Fermented milk[J].Journal of Food Engineering，2010,99(2):128-135.

[12]衛曉英,李全陽,趙紅玲，等.海藻酸丙二醇酯-PGA-對凝固型酸乳結構的影響[J].食品與發酵工業，2009,35(2):180-183.

[13]馬艷,陳歷俊,王昌祿，等.高產胞外多糖嗜熱鏈球菌混菌培養特性研究[J].中國乳品工業，2011,39(1):15-18.

[14]李安平,謝碧霞,王俊，等.膳食纖維強化酸奶的流變學特性及其感官品質研究[J].中國乳品工業，2008,36(9):11-13.

[15]王微，趙新淮.發酵溫度及超聲波處理對凝固型酸奶質地等的影響[J].中國乳品工業，2008,36(12):21-25.

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，研究方向為生物大分子與功能性食品。

國家自然科學基金項目（31071576），廣西大學人才資助項目（XZL090325）。

李全陽