酸乳凝胶特性影响机理的探讨

杨同香，李全阳

（广西大学 轻工与食品工程学院，南宁 530004）

酸乳凝胶特性影响机理的探讨

杨同香，李全阳

（广西大学 轻工与食品工程学院，南宁 530004）

探讨了不同发酵温度下酸乳的表观黏度与剪切速率及时间之间的关系，并对酸乳持水力、胶体脱水收缩作用敏感性等流变学特性进行了研究。结果表明，不同发酵温度酸乳的黏度随剪切时间的延长而变小，并最终趋于平缓，都形成了触变环。表明是触变体系，酸乳触变环面积（37℃＞40℃＞43℃）与黏度具有很好的相关性。酸乳的表观黏度随剪切时间的变化曲线符合幂函数y=kx-n的变化规律。37℃发酵酸乳的持水力达到最高值，分别较40℃和43℃发酵酸乳的高出18%和8%，而胶体脱水收缩作用敏感性值最小，比40℃和43℃发酵酸乳的分别低13%和5%。表明低温发酵酸乳的黏度大，乳清析出少，稳定性好。

酸乳；流变学特性；发酵温度

0 引 言

牛乳是一种组成复杂的体系，流变学是其主要的物性之一。有关酸乳流变学特性的研究国外Haque[1]研究了复原乳在不同发酵温度对其流变学特性的影响。Gaucher[2]研究酸乳储存温度对其物化性质的影响。Aziznia[3]研究乳清蛋白浓缩物与黄芪胶结合作为脂肪替代品，在40～45℃间发酵酸奶的品质。国内卫晓英[4]等研究低温刺激对凝固型酸乳质构的影响。本课题组前期研究发现酸乳在添加增稠剂后，其黏度反而下降，且有乳清析出现象[5，6]。但酸乳发酵温度对其黏度的影响以及不同发酵温度酸乳随剪切速率和时间的变化对流变学特性的影响、酸乳持水力、胶体脱水收缩性等流变学特性等凝胶影响机制的研究较少。本文就此现象开展工作，进一步探索酸乳发酵温度对其凝胶影响的机理。

1 材料与方法

1.1 主要材料

德氏乳杆菌保加利亚亚种 （Lactobacillus delbrueckii subsp.bulgaricus）， 黏性嗜热链球菌 （Ropy streptococcus thermophilus），牛奶，脱脂奶粉。

1.2 主要仪器

高速离心机，DV-Ⅲ流变仪。

1.3 试验方法

1.3.1 酸乳制备

牛奶→均质→杀菌→冷却→接种→发酵→冷藏→后熟

所用的菌种为嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌的混合菌种（1∶1），接种量为3%。 接种后分装，分别在37，40，43℃条件下发酵，当酸度达到80oT时取出，放入4℃的冰箱中后熟24 h。

1.3.2 发酵酸度的测定参考[7]

1.3.3 STS的测定参考[8]

计算公式为：脱水收缩敏感性/%=（乳清析出量/样品质量）×100。

1.3.4 WHC的测定参考[9]

计算公式为：持水力/%=（离心后沉淀的质量/样品质量）×100。

1.3.5 黏度的测定[4]

采用DV-Ⅲ流变仪，测定条件：转子转速为0～224 r/min，先升速后降速，每取一个值的间隔时间为8 s。

1.3.6 触变环的测定

采用DV-Ⅲ流变仪，测定条件：转子转速为0～224 r/min，先升速后降速，升速/降速的频率为16 r/min，间隔时间为8 s。

2 结果与讨论

2.1 不同温度下酸乳凝胶体的流变学特性

质量分数为3%菌种接种量制作的酸乳，在不同发酵温度下，利用 DV-Ⅲ流变仪测定其黏度，流变仪的转子转速定为0～224 r/min,先升速后降速，酸乳凝胶体的流变学类型如图1所示。

由图1可以看出，不同发酵温度下，酸乳的黏度呈相同的趋势，即黏度先达到一个极大值，然后随着转速的不断增加，先急速下降，再趋于平缓，具有明显的剪切变稀现象；而后随着转速的降低，酸乳的黏度又缓慢上升，临近结束时达到最大，表明其为假塑性流体。这一现象与赵正涛[10]等研究的黄原胶溶液的黏度变化以及剪切速率和时间对其流变学特性的影响的结果总体趋势一致，指出黄原胶溶液是一种正触变假塑性流体。在相同条件下，37℃发酵酸乳的黏度达到最高；40℃发酵酸乳的黏度次之，43℃发酵酸乳的黏度最小。这说明发酵温度与酸乳黏度有关。而不同发酵温度条件下，其乳酸菌胞外多糖质量分数也不同，低温更利于乳酸菌胞外多糖的生成[4]。这有待进一步研究乳酸菌胞外多糖含量与酸乳凝胶特性机制。

2.2 不同温度变速剪切下酸乳样品的剪切应力

不同发酵温度变速剪切下酸乳样品的剪切应力测定结果如图2所示。

由图2可以看出，不同温度发酵的酸乳其黏度曲线都形成了触变环，说明它们都是触变体系。37℃发酵酸乳的触变环最大，然后依次是40℃发酵酸乳，43℃发酵酸乳。触变环的面积反应了触变性的大小。而且，从图1中可以明显看出，37℃发酵酸乳的触变环面积最大，说明其触变性最大，即37℃发酵酸乳体系经外力作用后 ，其黏度变化越大，外力撤出后，此体系回复到未经力作用的体系状态所需的时间也越长。这与Janaina[11]及本课题组前期对牛乳添加黄原胶所形成的酸乳凝胶的流变学特性检测[6]分析报道的结果趋势是相似的，但较本实验剪切应力小，这可能主要是因为增稠剂的种类不同及其添加量影响酸乳的黏度及剪切应力。

2.3 不同温度下表观黏度随时间变化

不同发酵温度下表观黏度随时间变化趋势图如图3和图4所示。由图3和图4可以看出，经过不同温度发酵的酸乳样品在恒温、恒速的剪切作用下，随着剪切时间的增加，其表观黏度都有不同程度的下降，在刚开始搅拌时下降最为明显,而以后变化幅度减小，并且较好地遵循幂率定律，对其进行线性回归得方程y=1108.8x-0.683，相关系数达0.9901。由此我们也可以判定，经不同发酵温度制作的酸乳是一种触变性流体。这与卫晓英[12]等研究的酸乳中添加海藻酸钠的流变学特性趋势大致相同。由上图也可以看出，37℃发酵酸乳的表观黏度要明显高于40℃、43℃发酵酸乳的表观黏度，而40℃发酵酸乳的表观黏度略高于43℃发酵酸乳的表观黏度，随着剪切时间的推移，二者基本持平。马艳[13]等研究了湿热链球菌混菌培养的酸乳随发酵时间的增长，其黏度增大，但达到一定程度后基本持平。李安平[14]研究了膳食纤维强化酸奶，其表观黏度随膳食纤维添加量的增大而增大，随剪切速率的升高而降低。这主要可能是因为蛋白与多糖发生相互作用，而酸乳在不同发酵温度下产生的乳酸菌胞外多糖含量不同，使其形成的网孔会越来越小，此时形成的酪蛋白凝集体也会变得越来越小，因而会导致表观黏度和和剪切应力的降低。

2.4 不同发酵温度酸乳的品质

酸乳STS是酸乳凝胶对各种乳成分，尤其是水分的结合能力，这种结合力包括结合水凝胶立体网络中自由的结合能力；酸乳WHC是指一定量的酸乳在一定的温度、离心力、时间的作用下，酸乳凝胶对水分的结合能力。不同发酵温度酸乳的STS和WHC的实验结果如图5所示。

由图5可以看出，不同发酵温度酸乳的STS和WHC值各不相同，37℃发酵酸乳的STS值最小，比相同条件下，40℃和43℃发酵酸乳的STS分别低13%和5%。 而WHC达到最大，较40℃和43℃发酵酸乳的WHC分别高18%和8%。这说明37℃发酵酸乳凝胶在规定的时间内失去的乳清最少，体系的大分子结合水的含量最高，稳定性最好。40℃发酵酸乳的STS最高，说明其乳清析出最多，稳定性也最差。43℃发酵酸乳的STS与WHC值均居实验所测温度范围的中间，表明其稳定性较好，但比37℃发酵酸乳的稳定性差。王微[15]等研究了变温（42℃→38℃→35℃）和低温（35℃和38℃）发酵酸乳的质地，发现低温发酵酸奶的硬度黏度均下降，但提高了凝固型酸奶的保水性。

综上所述，在酸乳凝胶体系形成的过程中，不同发酵温度酸表观黏度和剪切应力不同，酸乳发酵过程中，乳酸菌自身形成的胞外多糖可利用其分子形成的空间位垒动态地影响酪蛋白微球立体网状结构的构建。由于酸乳体系中多糖分子通过静电作用和自身形成的空间位垒作用影响酸乳网状结构的形成，从而降低酪蛋白立体网状结构的牢固程度。当高温发酵酸乳时，其乳酸菌胞外多糖含量较低时，形成的网眼较大，酪蛋白凝集体过大，导致酸乳乳清析出严重。随着酸乳发酵温度的降低，其乳酸菌胞外多糖含量增加，多糖分子不仅本身吸收自由水分子的数量增加，而且多糖分子本身产生的空间位垒效应不断增强，导致酪蛋白凝集体变得细小，进一步减少了乳清析出，从而表现为酸乳的表观黏度和剪切应力下降。

3 结 论

（1）酸乳黏度变化总体趋势是先随剪切时间的延长而变小，然后趋于平缓。相同条件下,37℃发酵酸乳黏度明显高于40℃发酵酸乳的黏度，40℃发酵酸乳与43℃发酵酸乳的黏度相差不大，且随剪切时间的延长，出现明显的剪切稀化现象，这说明在本实验温度测定范围内，低温发酵酸乳的黏度更高。

（2）酸乳的剪切应力随剪切时间的变化曲线都形成了触变环，表明是触变体系。37℃发酵酸乳的触变环面积最大，表明其触变性最大。

（3）黏度与剪切速率与剪切时间的关系试验结果表明酸乳是假塑性流体，且酸乳的表观黏度随剪切时间的变化曲线符合幂函数的变化规律。

（4）37℃发酵酸乳的持水力达到最高值，相对应的胶体脱水收缩作用敏感性最低，40℃发酵酸乳的胶体脱水收缩作用敏感性要高于43℃发酵酸乳的。说明37℃发酵酸乳的乳清析出较40℃和43℃发酵酸乳的少，其稳定性更好。

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[7]周光宏.畜产品加工学[M].北京:中国农业出版社，2005.

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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

杨同香(1983-)，女，博士研究生，研究方向为生物大分子与功能性食品。

国家自然科学基金项目（31071576），广西大学人才资助项目（XZL090325）。

李全阳