谷氨酰胺轉氨酶添加量對酸羊乳凝膠特性的影響

王銀，張富新，王畢妮，張哲源，高佳媛，馮翠嬌

(陜西師范大學 食品科學與營養工程學院，陜西 西安，710119)

谷氨酰胺轉氨酶添加量對酸羊乳凝膠特性的影響

王銀，張富新*，王畢妮，張哲源，高佳媛，馮翠嬌

(陜西師范大學 食品科學與營養工程學院，陜西 西安，710119)

采用不同添加量(1、2、3 u/g蛋白)谷氨酰胺轉氨酶(transglutaminase，TG)在40 ℃下處理羊乳2 h后制備酸羊乳，研究TG添加量對酸羊乳凝乳時間，凝乳時及后發酵24 h時的酸度、持水性、質構特性和微觀結構的影響。結果表明，TG處理羊乳后制備的酸羊乳其凝乳時間隨著TG濃度的增大逐漸縮短，但TG濃度對酸羊乳凝乳時和后發酵24 h的酸度無明顯影響(pgt;0.05)；TG處理可顯著提高酸羊乳的持水性(plt;0.05)，尤其是TG濃度為2～3 u/g蛋白時效果更加明顯；質構分析表明，隨著TG濃度的增大，酸羊乳凝乳時和后發酵24 h的硬度和黏性顯著增加。TG處理酸羊乳凝乳時的內聚性無明顯影響(pgt;0.05)，但對后發酵24 h時的內聚性影響顯著(plt;0.05)。然而TG處理對酸羊乳彈性影響不大(pgt;0.05)；通過對酸羊乳的微觀結構觀察發現，用TG添加量為2～3 u/g蛋白處理羊乳制備的酸羊乳中蛋白質形成更加致密的網絡結構，有利于酸乳凝膠的形成。

羊乳；酸乳；谷氨酰胺轉氨酶；凝膠特性

羊乳營養價值很高，富含蛋白質、脂肪、乳糖、礦物質、維生素以及生物活性物質[1]，可用于生產乳粉、乳酪、酸乳等多種乳制品。用羊乳生產的酸乳，具有組織狀態光滑細膩，風味獨特的優點，深受消費者歡迎[2]。在酸乳發酵期間，乳蛋白通過靜電作用力、氫鍵、疏水鍵形成凝膠，使乳由液態轉變為凝膠狀態[3]，尤其是乳中的酪蛋白是形成乳凝膠的基礎。羊乳中蛋白質組成與牛乳有較大的差別，羊乳中酪蛋白含量顯著低于牛乳，尤其是αs1-酪蛋白含量較低[4]，導致羊乳在形成凝膠時凝乳時間較長，凝塊較軟，乳清易析出等缺陷。為了改善羊乳的凝膠特性，人們通常在羊乳中添加乳粉[5]、乳清粉[6]或超濾濃縮[7]等方法提高乳固形物濃度，以提高羊乳的凝乳特性。近年來隨著食品生物技術的發展，應用谷氨酰胺轉氨酶(transglutaminase，TG)處理原料乳來提高酸乳的凝膠特性已成為研究熱點。TG是一種催化蛋白質側鏈中谷氨酰胺殘基與賴氨酸之間發生交聯反應形成共價鍵的蛋白酶，可改變蛋白質水合能力、溶解度、持水性、黏度、彈性等凝膠性能[8-9]，已在肉制品[10]、豆制品[11]、乳制品[12]等富含蛋白質食品中廣泛應用。研究發現，乳中蛋白質是TG良好的底物，可促使酪蛋白膠束內發生交聯，提高發酵乳的凝乳強度[13]。TG催化蛋白質交聯反應取決于酶添加量[14]、酶反應時間[15]、pH[16]和蛋白質濃度[17]等，其中TG添加量對乳的凝膠特性影響較大。本研究用不同添加量的TG處理羊乳后制備酸羊乳，研究其凝乳時和后發酵24 h時的凝膠特性，為提高酸羊乳品質提供依據。

1 材料與方法

1.1材料與試劑

羊乳，西北農林科技大學教學試驗農場的新鮮混合羊乳(乳蛋白含量為3%)；酸奶發酵劑，丹尼斯克YO-MIX187(由嗜熱鏈球菌Streptococcusthermophilus和保加利亞乳桿菌種Lactobacillusbulgaricus組成)；谷氨酰胺轉氨酶(TG-N，100 u/g)，江蘇一鳴生物科技有限公司；戊二醛、乙酸異戊酯、乙醛、無水乙醇均為分析純。

1.2儀器與設備

S-3400N掃描電子顯微鏡，日本日立公司；TA.XT.Plus質構儀，英國stable micro stystem；Z 206A離心機，德國Hermle公司；GSP-9080MBE隔水式恒溫培養箱，上海博訊實業有限公司醫療設備廠；PHSJ-4A型pH計，上海儀電科學儀器股份有限公司。

1.3方法

1.3.1 TG處理羊乳

將新鮮羊乳在90 ℃下殺菌5 min后，迅速冷卻到40 ℃，然后按乳蛋白含量添加TG，使羊乳中TG濃度分別達到1、2、3 u/g蛋白，在40 ℃下處理2 h后，80 ℃滅酶5 min，冷卻到42 ℃，用于酸羊乳的制備。

1.3.2 酸羊乳的制備

在TG處理的羊乳中加入質量分數為0.02%的YO-MIX 187酸奶發酵劑，混合均勻后分裝于200 mL的玻璃瓶中，42 ℃下發酵至凝乳，然后在5 ℃下后發酵24 h。測定凝乳時和后發酵24 h時的凝膠特性，并以未經TG處理的酸羊乳為對照。

1.3.3 酸度的測定

按照GB 5009.239—2016[31]方法測定酸羊乳的酸度，結果表示為°T。

1.3.4 質構特性的測定

采用TA.XTplus質構儀測定酸羊乳凝膠的質構特性。采用TPA操作模式：探頭用P/36R柱形探頭，直徑為35 mm，測量時探頭移動的速度為1 mm/s，下降深度為15 mm，感應力Auto-5 g。數據攫取速度為200 PPS。分析軟件為 Stable Micro Systems，2006，version 3.0。

1.3.5 持水性的測定

采用ERCILI[18]的方法。取10 g酸羊乳于50 mL離心管中，在3 500 g下離心10 min，稱取上清液的質量(m)，按公式(1)計算樣品的持水性：

(1)

1.3.6 微觀結構的測定

1.3.7 數據處理

采用 SPSS Statistics 22.0 統計分析軟件的ANOVA方法對實驗數據進行差異顯著性檢驗分析，以plt;0.05為差異顯著。

2 結果與分析

2.1TG添加量對酸羊乳凝乳時間及酸度的影響

不同TG添加量處理羊乳后制備酸羊乳，其凝乳時間及凝乳時和后發酵24 h時的酸度見表1。

表1 TG添加量對酸羊乳凝乳時間及酸度的影響

注：同列不同字母表示差異顯著plt;0.05。

由表1可見，羊乳經TG處理后制備的酸羊乳，與未經處理的對照組相比，其凝乳時間明顯縮短(plt;0.05)，且隨著TG處理量的提高，凝乳時間也逐漸縮短。然而酸羊乳在凝乳時及后發酵24 h時的酸度變化不大(pgt;0.05)，并不受TG處理量的影響。酸乳的凝乳時間與乳中蛋白質組成密切相關，與牛乳相比，羊乳中酪蛋白含量較低，尤其是羊乳中αS1-酪蛋白含量更低[4]，導致羊乳凝乳較軟，凝乳時間較長，但羊乳經TG處理后，由于TG可促使羊乳中酪蛋白發生交聯反應，使乳蛋白更易形成網絡結構，加快凝乳過程，使凝乳時間縮短。TG處理能夠縮短乳的凝乳時間已有報道，NAGWA[20]用濃度為1.3 u/g蛋白的TG處理牛乳，發現凝乳時間縮短了10%，且隨著TG添加量的提高，凝乳時間也隨之縮短；MARIA[21]也報道，用TG在40℃處理牛乳3 h，當TG添加量為2.2 u/g蛋白時的凝乳時間縮短了9%，且隨TG添加量增大，凝乳時間縮短。酸乳的酸度主要是乳發酵過程中乳酸菌分解乳糖后產生乳酸形成的，而TG主要作用于乳中的酪蛋白[1]，對乳的產酸能力影響不大。

2.2TG添加量對酸羊乳的凝膠持水性的影響

不同TG添加量處理羊乳后制備的酸羊乳在凝乳時和后發酵24 h時的凝膠持水性見圖1。

圖1 TG添加量對酸羊乳凝膠持水性的影響Fig.1 Effect of TG concentration on the water holding capacity of goat yougurt注：大小寫不同字母代表差異顯著plt;0.05。

由圖1可以看出，羊乳經TG處理后制備的酸羊乳不論是凝乳時還是后發酵24 h時，其持水性隨TG添加量的增加有逐漸提高的趨勢。與對照組(未經TG處理)相比，酸羊乳的持水性顯著提高(plt;0.05)，當TG添加量達到2 u/g蛋白時，凝乳時酸乳的持水性比對照組提高了35%，后發酵24 h時酸羊乳的持水性比對照組提高了30%。然而，TG添加量為2 u/g蛋白和3 u/g蛋白時，凝乳時和后發酵24 h時的持水性無顯著差異(pgt;0.05)。酸乳的持水性表示酸乳中液相與凝膠的分離程度[18]，持水性越低，酸乳凝膠中水分易析出。通過TG處理提高酸乳持水性報道較多，FAERGEMAND[22]用TG處理牛乳，隨著TG添加量的提高，酸乳凝膠的持水性顯著增大；ARDELEAN[15]等人用TG在40 ℃處理羊奶2 h，當TG添加量達到1.8 u/g蛋白時，酸羊乳持水性顯著提高；FARNSWORTH[23]等人也報道，與對照組(未經TG處理)相比，用TG在40℃下處理牛乳2 h時，TG添加量為2 u/g蛋白時的持水率提高了40%。這說明用TG處理牛羊乳時，其含量在2 u/g蛋白時，可有效提高酸乳的持水性，防止乳清析出。TG處理能夠提高酸乳持水性可能與TG交聯作用引入了穩定的共價鍵導致了酸乳凝膠孔徑的縮小有關[24]。

2.3TG濃度對酸羊乳質構特性的影響

酸乳的質構特性直接影響酸乳的品質和人們對酸乳的接受程度。通過TPA(texture profile analysis)模式對TG處理制備酸羊乳的硬度、內聚性、彈性及黏性的測定結果如圖2所示。

圖2 TG對酸羊乳凝乳時及后發酵24 h質構特性的影響Fig.2 Effect of TG concentration on the texture properties of goat yogurt

由圖2可知，TG處理對酸羊乳質構特性有較大的影響，與未經TG處理的對照組相比，通過TG處理后制備的酸羊乳在凝乳時和后發酵24 h的硬度和黏性有較大的提高，且隨著TG添加量提高硬度和黏性增加顯著(plt;0.05)；酸乳的內聚性在凝乳時變化不大(pgt;0.05)，在后發酵24 h時，TG添加量組顯著高于對照組(pgt;0.05)，但不同TG濃度處理間無明顯差異(pgt;0.05)；然而TG處理對酸乳的彈性無明顯影響，不同TG添加量處理組與未經TG處理的對照組間無明顯差異(pgt;0.05)。大量研究表明，TG處理可顯著提高酸凝乳的硬度，ARDELEAN[15]用1.8 u/g蛋白的TG對羊乳在40 ℃下處理2 h時，凝乳時酸羊乳的硬度提高了33%；DOMAGAA[25]也報道，用2 u/g蛋白TG處理羊乳，在40 ℃下保溫2 h，羊乳的酸凝膠的硬度提高了43%。本研究中，當TG處理使用2 u/g蛋白時，凝乳時和后發酵24 h時，酸乳的硬度比未經TG處理的對照組分別提高54%和93%，表明TG處理對提高酸凝乳效果明顯。酸乳的黏性反映其對物體的附著力，通常黏性越大，酸乳的稠度越高，雖然TG處理對酸羊乳黏性影響未見報道，但TG處理提高酸牦牛乳和酸牛乳的黏度已有報道，ZHANG[26]研究了不同TG濃度處理顯著提高牦牛乳及牛乳酸乳凝膠的黏度，在TG添加量為1 u/g蛋白時，酸牦牛乳和酸牛乳黏度分別提高了226%和79%。酸乳的內聚性反映酸乳的口感的爽滑性和細膩度[27]，TG處理對酸羊乳凝乳時內聚性影響不大，但對后發酵24 h時有顯著性影響，尤其是在TG添加量為2～3 u/g蛋白時，提高酸羊乳的感官特性?？傊?，TG濃度為2～3 u/g蛋白處理羊乳時，酸羊乳的硬度、內聚性及黏性有所改善，有利于提高酸羊乳的品質。

2.4TG對酸羊乳微觀結構的影響

不同TG添加量處理羊乳制備的酸羊乳及對照組凝乳時的掃描電子顯微圖見圖3。

注：a為對照組(未經TG處理)，b、c、d分別為TG濃度為1、2、3 u/g蛋白酸羊乳的掃描電子顯微鏡圖圖3 酸羊乳掃描電子顯微圖(×4 000)Fig.3 Scanning electron micrographs of goat yogurt

由圖3可見，未經TG處理的對照組酸羊奶(a)中蛋白質具有較分散的凝膠結構，蛋白質之間的連接具有較大的孔徑。經過TG處理的酸羊乳(b、c、d)蛋白質凝膠結構較為致密，且隨著TG處理添加量的提高，蛋白質交聯越致密。在酸乳發酵期間，由于乳酸的產生，使乳中的pH下降，乳中的蛋白質聚集成網絡結構使乳凝固，TG可使乳中蛋白質發生交聯形成較大的蛋白質聚集體，加速了蛋白質網絡的交聯，促進乳的凝固[28-29]。馬薇[30]報道，用TG處理牛乳時，隨著TG添加量的增加，酸牛乳凝膠的微觀結構更加密實；DOMAGAA[14]也報道，TG處理可使乳中酪蛋白膠束變小，從而形成較為緊實的空間，有利于封鎖水分，防止乳清析出。本研究中TG處理的酸羊乳在TG濃度為2～3 u/g蛋白時，蛋白質連接具有較高的致密度及較小的孔隙，也證實了TG處理羊乳可有效提高酸羊乳的持水性和硬度，提高酸乳的凝乳特性。

3 結論

通過不同添加量TG處理羊乳后制備酸羊乳，研究其在凝乳時和后發酵24 h的凝乳特性。結果表明，酸羊乳的凝乳時間隨TG添加量的增大逐漸縮短，但TG添加量對酸乳凝乳時和后發酵24 h時酸度無明顯影響。質構分析表明，TG添加量對酸羊乳在凝乳時和后發酵24 h的硬度和黏性有顯著影響，且隨TG添加量增加酸乳的硬度和黏性逐漸增大，這有利于酸乳凝膠的形成。通過TG處理羊乳后制備酸羊乳的微觀結構觀察發現，TG添加量在2～3 u/g蛋白時，酸乳中的蛋白質形成的網絡結構更加致密，有利于酸凝膠的形成。

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Effectoftransglutaminaseconcentrationonthegelpropertiesofgoatyogurt

WANG Yin, ZHANG Fu-xin*, WANG Bi-ni, ZHANG Zhe-yuan, GAO Jia-yuan, FENG Cui-jiao

(College of Food Engineering and Nutritional Science,Shaanxi Normal University,Xian 710119,China)

In this research, yogurt was fermented using the goat milk treated with different concentrations of transglutaminase (TG; 1, 2, 3 u/g protein) at 40 ℃ for 2 h to investigate the effects of TG concentration on yogurt coagulation time, and the acidity, water holding capacity, texture characteristics and microstructure at the end of fermentation and 24 hours after fermentation. The results showed that the coagulation time of the goat milk treated by TG gradually decreased with the increase of TG concentration, but the acidity in curd and fermentation of 24 h had no significant change (pgt;0.05) when added different concentrations of TG. The water holding capacity of goat yogurt could be improved significantly(plt;0.05) with TG treatment, especially when the concentration of TG was 2 to 3 u/g protein. The texture analysis showed that hardness and viscosity at the end of fermentation and post-fermentation of 24 h of goat yogurt increased significantly with the increase of TG concentration(pgt;0.05). TG processing had no significant effect on cohesiveness of goat milk at the end of fermentation (pgt;0.05), while it had significant influence on cohesiveness after fermentation of 24 h (plt;0.05). However, TG treatment had little effect on goat yogurt elasticity (pgt;0.05). By observing the microstructure of acid goat milk, it was found that the protein in goat's milk treated with TG concentration of 2-3 u/g protein was easier to form denser network structure, which facilitated the formation of goat yogurt gels. Overall, the gel properties of goat milk could be improved with the TG treatment in concentration of 2-3 u/g protein.

goat milk; yogurt; transglutaminase; gel properties

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.015149

碩士(張富新教授為通訊作者，E-mail:fuxinzh@snnu.edu.cn)。

陜西省科技成果轉化專項資金(2016KTCG01-12)；中央高?；究蒲袠I務費專項資金資助(GK201603097，GK201703063)；陜西省科技計劃項目

2017-07-03，改回日期：2017-08-02