A1與A2 β-酪蛋白酸奶產品特性的比較

徐小爽，韓翼宇，李逍遙，彭秋琦，羅文靜，于景華,*

（1.天津科技大學食品科學與工程學院，天津 300450；2.中國飲料工業協會，北京 100000）

乳和乳制品是日常飲食的重要組成部分，可提供高質量的蛋白質和鈣。牛乳中蛋白質主要有兩種：乳清蛋白（20%）和酪蛋白（80%）。其中酪蛋白主要以膠束形式存在，由-酪蛋白、-酪蛋白、-酪蛋白和-酪蛋白組成。酪蛋白在乳制品加工中具有重要作用，主要參與酸奶和奶酪的凝膠化過程。

-酪蛋白占酪蛋白的36%，可細分為A1-酪蛋白、A2-酪蛋白、B-酪蛋白、C-酪蛋白等，導致上述多種蛋白質變體的主要原因是基因水平上的差異性。組成-酪蛋白的氨基酸有209 個，基于氨基酸位置的不同，至少有12 種變異。由于外顯子VII發生點突變，-酪蛋白基因的第6條染色體上胞嘧啶向腺嘌呤轉化，導致第67位的組氨酸（密碼子CAT）取代脯氨酸（密碼子CCT）。這一細微的差異主要影響了-酪啡肽-7的釋放。在A1-酪蛋白的第67位上，含有組氨酸的化合物可通過不同的腸胃酶釋放-酪啡肽-7。而在A2-酪蛋白的第67位有脯氨酸，阻礙在此位置上的裂解，因此不能形成-酪啡肽-7。

-酪蛋白是一種無序蛋白，具有很強的兩親性。這種兩親性可使其以單體形式存在于溶液中，或自組裝成膠束結構。然而，A2變體中存在額外的脯氨酸，這可能會增強聚脯氨酸II螺旋的形成，從而改變-酪蛋白自組裝行為，并且可能導致A1和A2-酪蛋白具有不同的功能特性。有關-酪蛋白不同表型牛奶性質的研究顯示，在牛奶自然pH值為6.5～6.7的情況下，與A1-酪蛋白牛奶相比，A2-酪蛋白牛奶的疏水性更小，更易溶解，并且具有更高的伴侶活性。-酪蛋白參與酪蛋白膠束的形成，與牛奶的凝膠化和凝固有關，A2-酪蛋白先前被報道與凝乳酶凝固性能差的牛奶有關。此外，有研究指出A2-酪蛋白是非凝固和凝固性差的牛奶樣品中的主要基因型（＞70%）。

本研究分別將含有A1和A2-酪蛋白的牛乳制成酸奶（攪拌型和凝固型），通過持水力、質構特性、流變學特性、微觀結構的測定對其產品性質進行分析和對比，以期為A2-酪蛋白酸奶的工藝及產品品質的優化提供一定理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

A1-酪蛋白牛乳（蛋白質3.5 g/100 mL、脂肪4.3 g/mL、碳水化合物5.0 g/mL） 天津武清區百圣奶牛養殖有限公司；A2-酪蛋白牛乳（蛋白質3.5 g/100 mL、脂肪4.2 g/mL、碳水化合物5.0 g/mL）北京三元集團有限責任公司；科漢森903菌種 丹麥科漢森公司；均為食品級。

氯化鈉、氯化鉀 天津市化學試劑五廠；磷酸氫二鈉 天津市化學試劑一廠；磷酸氫二鉀 天津博迪化工股份有限公司；戊二醛 國能化工有限公司；試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

H1850R臺式高速冷凍離心 湖南湘儀離心機儀器有限公司；YXQ-LS-50S11立式壓力蒸汽滅菌器 上海博訊實業有限公司；SU1510掃描電子顯微鏡 日本日立公司；MARS 60動態流變儀 德國哈克公司；TA-XT plus質構儀 英國Stable Micro Systems公司。

1.3 方法

1.3.1 酸奶制備

制備前將所用到的玻璃器皿在121 ℃高壓蒸汽滅菌15 min。

1.3.1.1 酸奶制備工藝流程

攪拌型酸奶制備：-酪蛋白牛乳（A1或A2）→均質→接種發酵劑科漢森903菌種→破乳→發酵→灌裝→后熟→成品→4 ℃冷藏保存。

凝固型酸奶制備：-酪蛋白牛乳（A1或A2）→均質→接種發酵劑科漢森903菌種→灌裝→發酵→后熟→成品→4 ℃冷藏保存。

得到4 種酸奶樣品：A1-酪蛋白攪拌型酸奶、A2-酪蛋白攪拌型酸奶、A1-酪蛋白凝固型酸奶、A2-酪蛋白凝固型酸奶。

1.3.1.2 酸奶制備工藝操作要點

接種：在無菌條件下，加入準確稱取的科漢森903菌種（添加量0.04 g/500 g）于已滅菌的-酪蛋白牛乳中。不斷攪拌20 min；發酵：42 ℃恒溫箱中發酵6 h至pH≤4.6；破乳：緩慢并充分攪拌發酵后的酸奶，降低黏度；后熟：將酸奶放入4 ℃冰箱中，后熟12 h。

1.3.2 酸奶持水力測定

取10 g酸奶（），室溫4 200 r/min離心15 min，棄上清液。離心管倒置10 min后立即稱量（），按式（1）計算持水力：

1.3.3 酸奶質構特性測定

將4 種酸奶樣品放入測定杯中，使樣品高3 cm且表面平整。使用質構儀測定硬度、稠度、黏聚性和膠著度，參數設定參考廖芬等方法。

1.3.4 酸奶流變學特性測定

在頻率0.1～10 Hz、應變0.5%條件下，用動態流變儀分別測定4 種酸奶的黏彈性，得到儲能模量（’）和損耗模量（”），參數設定參考Li Hongbo等方法。剪切掃描條件：間距1 000 μm；溫度25 ℃；上樣后平衡20 min；穩態所需最長時間為2 min；剪切應力掃描范圍為0～600 Pa。

用Herschel-Bulkley模型分析剪切測試中的曲線，可用式（2）表示：

式中：為剪切應力；為屈服應力；為稠度系數；為剪切速率；為流動行為指數。

1.3.5 酸奶微觀結構測定

取酸奶表層1 cm下的凝塊，置于盛有2.5%戊二醛溶液（/）的小燒杯中4 h，用pH 7.2 0.1 mol/L磷酸鹽緩沖液沖洗10 min。將酸奶凝塊放入平板，封膜扎孔，置于－40 ℃冰箱中冷凍12 h。取出后將酸奶敲成小碎塊，用30%、50%、70%、90%、100%的乙醇溶液（/）梯度洗脫15 min，再用氯仿（體積分數≥99%）脫脂3 次，每次15～20 min。封膜扎孔，真空冷凍干燥12 h。鍍金后于10 kV條件下放大4 000 倍和6 500 倍的掃描電子顯微鏡下觀察酸奶的微觀結構。

1.4 數據處理

2 結果與分析

2.1 不同酪蛋白酸奶持水力分析

圖1 4 種β-酪蛋白酸奶持水力Fig. 1 Water-holding capacity of four yoghurts

由圖1可知，同種類-酪蛋白的攪拌型和凝固型酸奶在持水力上無顯著差異，但A2攪拌型酸奶的持水力比其凝固型稍低。此外，在攪拌型酸奶中，A1、A2型的持水力分別為69.19%、65.27%；在凝固型酸奶中，A1、A2型的持水力分別為69.78%、67.68%。不論是凝固型還是攪拌型酸奶，A1型均比A2型有著更高的持水力，說明A1-酪蛋白酸奶凝膠網絡比A2-酪蛋白酸奶凝膠網絡更為致密，也更為緊實。有研究表明，蛋白質分子主要靠疏水作用和范德華力相互吸引，但這兩種力不能完全克服分子間斥力，所以分子一般會以單體或者較小的聚集體的形式存在。而酪蛋白種類不同，空間結構不同，會影響酸奶的持水力。

2.2 不同酪蛋白酸奶質構特性分析

酸奶中各種化學鍵結合及可溶性顆粒聚合影響酸奶的硬度。質地柔軟的酸奶不利于儲存和運輸，影響酸奶的品質。酸奶的黏度主要與蛋白質、乳酸菌和胞外多糖有關。其中，蛋白質決定著酸奶的黏度系數；胞外多糖是酸奶的重要產黏物質，且不同結構對酸奶的黏度有不同影響。由表1可知，在攪拌型酸奶中，A1型硬度值比A2型高32%，A1型稠度值比A2型高28.8%；在凝固型酸奶中，A1型硬度值比A2型高41.4%，A1型稠度值比A2型高59.8%。說明無論是攪拌型還是凝固型，A1-酪蛋白酸奶硬度和稠度均比A2-酪蛋白酸奶高，且凝固型酸奶的差異更為明顯。酸奶的黏聚性和膠著度也表現出相似的規律，無論是攪拌型還是凝固型，A1-酪蛋白酸奶黏聚性與膠著度的絕對值均比A2-酪蛋白酸奶大，且測定時的誤差更小。這些結果說明A2-酪蛋白酸奶的凝膠更細軟，當暴露在消化酶中可能會更快地分解，但這需要進一步驗證。此外，也說明A2-酪蛋白酸奶的凝膠更容易在外力作用下發生破裂和變形，在搬運和運輸A2-酪蛋白酸奶產品時要小心。

表1 A1、A2 β-酪蛋白對酸奶質構特性的影響Table 1 Effect of A1 and A2 β-casein on texture of yoghurts

2.3 不同酪蛋白酸奶流變學特性分析

2.3.1 不同酪蛋白酸奶頻率掃描分析

圖2 不同酪蛋白酸奶頻率掃描曲線Fig. 2 Storage and loss moduli of yoghurts as a function of frequency

由圖2可知，酸奶樣品的’和”都隨著頻率的增加而增加，并且在同種類型的酸奶中，’均大于”。說明酸奶樣品具有一定的剛性（彈性行為），呈現出半固體的弱凝膠結構，符合酸奶的性質。A1型的’和”均大于A2型，說明A1-酪蛋白酸奶表現出比A2-酪蛋白酸奶更像固體的行為，A1-酪蛋白酸奶中蛋白質的聚集程度、酪蛋白分子間的各個鍵的結合能力和蛋白質網絡（即凝膠形成）都更好一些，所以A2-酪蛋白酸奶的凝膠比A1-酪蛋白酸奶更軟。這與質構特性的結果相同。此外，凝固型酸奶的’和”均大于攪拌型酸奶。其中，凝固型酸奶在低頻率下，’和”的變化隨著頻率的變化更為明顯，表現出更高的頻率依賴性。此外，同種酪蛋白凝固型酸奶的’、”差異均較攪拌型更小，說明酸奶制備形式在一定程度上會對結果產生影響。

2.3.2 不同酪蛋白酸奶剪切掃描分析

圖3 不同酪蛋白酸奶剪切掃描曲線Fig. 3 Shear force of yoghurts as a function of shear rate

由圖3可知，流動性在曲線中都出現滯后回路，顯示出高度的能變性。4 組樣品中A1-酪蛋白酸奶下行曲線上的各剪切速率對應的剪切應力均比A2-酪蛋白酸奶樣品的剪切應力大，且A2-酪蛋白酸奶剪切曲線較平緩，說明在整體趨勢上A1-酪蛋白酸奶的黏性要比A2-酪蛋白酸奶的黏性高。

表2 不同酪蛋白酸奶流變參數Table 2 Rheological parameters of yogurts

由表2可知，各樣品相關指數均在0.99以上，表明此模型可以很好地擬合酸奶在降速剪切時的流變特性。攪拌型酸奶中，A1型比A2型的流動指數小8.8%，A1型比A2型的屈服應力值大50%，說明A1-酪蛋白攪拌型酸奶的抗剪切能力更強，酸奶的凝膠結構更加致密，剪切掃描時呈現出較少的剪切稀化特征。因此，凝膠結構更為緊密的A1-酪蛋白攪拌型酸奶的口感更為堅實；而凝膠結構更軟的A2-酪蛋白攪拌型酸奶的口感更為細膩。在凝固型酸奶中，A1型酸奶比A2型的屈服應力大2.6%，流動指數一致，說明A1-酪蛋白凝固型酸奶更穩定。與攪拌型酸奶相比，A1、A2凝固型酸奶的流動指數分別小7.5%、15.7%，說明凝固型酸奶的剪切稀化特性較攪拌型酸奶大，表現出更好的凝膠性質，在感官口感上更加堅實。

50 s剪切速率下的表觀黏度能夠更好地反映酸奶食用時的黏稠感。由表2可知，A1攪拌型酸奶比A2攪拌型酸奶高42.1%；A1凝固型酸奶比A2凝固型酸奶高34.0%。無論是凝固型還是攪拌型，A1型均大于A2型，表明A1-酪蛋白酸奶比A2-酪蛋白酸奶黏稠，與質構特性結果一致。此外，兩種酪蛋白攪拌型酸奶間黏稠感的差異比凝固型酸奶更大。

滯后回線面積越大，表示樣品恢復形變的能力越弱。由表2可知，攪拌型酸奶中，A1型滯后回線面積比A2型小14%；凝固型酸奶中，A1型滯后回線面積比A2型小14.6%?？梢钥闯?，被破壞后，凝固型酸奶比攪拌型酸奶更不容易恢復；A2-酪蛋白酸奶比A1-酪蛋白酸奶更不容易恢復。這能夠進一步說明，A1-酪蛋白酸奶的凝膠結構剛性更強，且具有更加緊密的網絡結構。

2.4 不同酪蛋白酸奶凝膠的微觀結構分析

圖4 A1、A2 β-酪蛋白攪拌型（a、b）及凝固型酸奶（c、d）掃描電鏡圖Fig. 4 Scanning electron microscopic images of stirred (a, b) and set yogurt (c, d) produced from A1 or A2 β-casein milk

從圖4可以看出，4 種酸奶樣品的三維網絡結構由酪蛋白鏈和聚集酪蛋白膠束的聚集體組成，并且均呈現出相對均勻和多孔隙的網絡結構。攪拌型和凝固型酸奶中，與A1型相比，A2型的孔洞更大，蛋白質網絡密度更低，表明A2-酪蛋白牛乳制成的酸奶凝膠強度較弱。

3 結 論

將A1、A2-酪蛋白牛乳分別制成攪拌型及凝固型酸奶，并測定其持水力、質構特性、流變學特性及微觀結構。結果表明，蛋白質種類的不同，對酸奶的組織、微觀結構和功能性能有明顯影響。A1攪拌型酸奶硬度值比A2攪拌型酸奶高32%；A1凝固型酸奶硬度值比A2凝固型酸奶高41.4%。A1攪拌型酸奶稠度值比A2攪拌型酸奶高28.8%；A1凝固型酸奶稠度值比A2凝固型酸奶高59.8%。A1攪拌型酸奶滯后回線面積比A2攪拌型酸奶小14%；A1凝固型滯后回線面積較A2凝固型小14.6%。質構特性、流變學特性、微觀結構觀察的結果一致。A1-酪蛋白牛乳所制成的酸奶在黏性和硬度等方面較A2-酪蛋白牛乳制成的酸奶更好。A2-酪蛋白酸奶的’、”與A1-酪蛋白酸奶相比，都更低一些。A2-酪蛋白酸奶蛋白凝膠的網狀結構更為稀疏且不均勻。這會導致A2-酪蛋白酸奶在貯存、運輸過程中易發生乳清析出，形狀變化，不便于貯存運輸。由于實驗條件限制，本研究并未探究A1、A2-酪蛋白酸奶剪切時間對酸奶表觀黏度的影響，未來可針對此方向進一步探索。