低场NMR研究抗性淀粉对酸牛奶在贮藏过程中持水性的变化

程一鑫，张锦胜，王兆龙，刘玉环，阮榕生

（南昌大学食品科学与技术国家重点实验室，生物质转化教育部工程研究中心，中德食品工程中心，江西南昌330047）

水分是酸牛奶的主要成分，水分的存在状态对于酸牛奶产品的好坏起到了重要的作用，随着贮藏时间的延长，酸奶体系中水分迅速流失，严重影响酸牛奶的食用品质[1]，因此研究酸牛奶中的水分状态随着时间的变化情况具有重要意义[2]。抗性淀粉在酸牛奶中的应用有其独特的优越性[3]，相对于普通淀粉，抗性淀粉具有分子结构小的特点[4]，因其具有不被小肠消化吸收[5]、加速脂类物质代谢[6]、阻止并抑制癌细胞在体内的生长繁殖、降低直肠癌发生等生理功能[7-8]，所以可以作为低热量功能性添加剂添加到食品当中[9]，以此改善酸牛奶的口感以及提高其营养价值[10-12]。目前，我国关于抗性淀粉在奶制品中的研究较少，本研究将利用核磁共振技术对添加不同量的普通淀粉、抗性淀粉的酸牛奶样品进行无损检测，分析讨论抗性淀粉对于酸牛奶持水性的影响，为抗性淀粉和核磁共振技术在奶制品中的应用和发展奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

鲜牛奶 江西阳光乳业集团公司；玉米抗性淀粉 国民淀粉（上海）有限公司；普通玉米淀粉、白砂糖 市售；乳酸菌 由保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌组成，北京川秀科技有限公司提供；其他实验用试剂 均为分析纯。

0.3T核磁共振成像系统（配备内径为15.6cm的射频线圈） 宁波健信机械有限公司；低温冰箱 中科美菱低温科技有限责任公司；SL2002N型电子天平 上海民桥精密科学仪器有限公司；恒温水浴锅 上海贺德实验有限公司；PYX-190H-B型恒温培养箱 厦门精艺兴业科技有限公司；pH S-25型酸度计 上海雷磁仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程 酸牛奶的生产工艺：称取100g鲜牛奶，加热并添加7.5%的白砂糖，均质5min，80℃杀菌20min后冷却，加入3%发酵剂，44℃发酵5h，然后冷水冷却10min，放入4℃的冰箱中后熟16h。工艺流程如下所示。

1.2.2 抗性淀粉对酸奶持水性的影响 实验组为在添加配料阶段分别添加0%、2%、4%、6%、8%、10%的抗性淀粉，对照组为添加0%、2%、4%、6%、8%、10%的普通淀粉。

1.2.3 NMR自旋-自旋弛豫时间（T2）的测量 将含有不同浓度普通淀粉酸奶和抗性淀粉酸奶置于4℃的低温冰箱中恒温保藏，分别于1、6、11、16d对其进行弛豫特性的测定。

取适当待测样品于样品管中并将其置于磁场中心位置的射频线圈的中心，利用（CPMG）脉冲序列扫描测定样品的自旋-自旋弛豫时间（T2）。实验采用参数：采样点数TD=16384，回波个数C0=30，重复扫描次数NS=16；弛豫衰减时间D0=4000ms；采样结束后利用T2-CPMG拟合程序计算出T2值。

每个样品平均测定三次，自旋-自旋弛豫时间（T2）取其平均值。

2 结果与分析

2.1 酸奶中总的水分变化

图1 普通淀粉添加量随贮藏时间的变化对酸奶T2*所对应的质子密度的影响Fig.1 Effect of ordinary starch on proton density on the basis of the storage time T2* of yoghourt

T2*所对应的质子密度代表样品中总的质子密度。从图1可以看出，随着贮藏时间的延长，酸奶中的氢质子密度下降的比较明显，但是在贮藏过程中，添加了普通淀粉的酸牛奶氢质子密度比未添加普通淀粉的酸牛奶要大，这说明了普通淀粉的添加提高了酸牛奶体系的持水性，但是普通淀粉颗粒较大，添加到酸牛奶中会产生明显的颗粒感，降低了产品的接受度。

图2 抗性淀粉添加量随贮藏时间的变化对酸奶T2*所对应的质子密度的影响Fig.2 Effect of resistant starch on proton density on the basis of the storage time T2* of yoghourt

从图2可以看出，随着贮藏时间的延长，不同浓度抗性淀粉添加量的酸奶中氢质子密度在235000～205000之间表现出下降的趋势；在抗性淀粉添加量小于4%时，随着抗性淀粉添加量的增加，氢质子密度下降幅度减小；而添加量大于4%时，继续添加抗性淀粉，氢质子密度的降幅开始升高。说明抗性淀粉有利于提高酸奶的保水性，且当添加量为4%时，酸奶的保水性最强。

2.2 酸奶中T21状态水分的变化

图3 普通淀粉添加量随贮藏时间的变化对酸奶T21所对应的质子密度的影响Fig.3 Effect of ordinary starch on proton density on the basis of the storage time T21 of yoghourt

横向弛豫时间T21所对应的氢质子密度代表酸牛奶体系中结合得最紧密的水即单分子层结合水。从图3可以看出，在贮藏开始阶段1d，添加普通淀粉的酸牛奶T21所对应的氢质子密度处于较低水平，但是随着贮藏时间延长，普通淀粉的老化提高了体系内单分子层结合水的含量，说明普通淀粉同样可以提高体系对于单分子层水的束缚能力，并且在普通淀粉添加量为8%时体系对应的单分子层水含量最大。

图4 抗性淀粉添加量随贮藏时间的变化对酸奶T21所对应的质子密度的影响Fig.4 Effect of resistant starch on proton density on the basis of the storage time T21 of yoghourt

从图4可以看出，第1d抗性淀粉的加入对样品T21对应的质子密度影响不大，但随着贮藏时间的延长可以明显的看出抗性淀粉的优势。贮藏前6d牛奶样品中的T21所对应的氢质子密度急剧上升，但贮藏6d后T21所对应的氢质子密度呈现波浪式变化，表明体系内单分子层水分在存在形式上发生着变化并不是一成不变，这是因为抗性淀粉在经过发酵然后转移至低温环境进行贮藏，低温环境加速淀粉的老化，而淀粉的老化是通过直链淀粉分子的互相结合形成空间网络结构，淀粉内的氢键对酸牛奶体系的水分产生束缚，因此这表明抗性淀粉的添加强化了酸牛奶对于单分子层水分的束缚程度，有利于食品水分的保持。

通过图3与图4的比较可以看出，添加普通淀粉的酸牛奶体系内单分子层水的变化并没有像添加抗性淀粉的酸牛奶样品中单分子层水含量那样随着贮藏时间的延长发生波浪形变化。图4中显示随着贮藏时间延长，单分子层水含量逐渐降低，这是因为单分子层水在贮藏过程中会逐渐脱离束缚向外部迁移。

2.3 酸奶中T22状态水分的变化

图5 普通淀粉添加量随贮藏时间的变化对酸奶T22所对应的质子密度的影响Fig.5 Effect of ordinary starch on proton density on the basis of the storage time T22 of yoghourt

图6 抗性淀粉添加量随贮藏时间的变化对酸奶T22所对应的质子密度的影响Fig.6 Effect of resistant starch on proton density on the basis of the storage time T22 of yoghourt

横向弛豫时间T22所对应的氢质子密度代表酸牛奶体系中不易流动的多分子层结合水。从图5和图6可以看出，添加了普通淀粉和抗性淀粉的酸牛奶样品中T22所对应的氢质子密度的变化存在相似的变化趋势。贮藏初期，T22所对应的氢质子密度随着抗性淀粉添加量的增加而出现小幅度的增加，随着贮藏时间的延长酸牛奶体系水分的流失，T22所对应的氢质子密度开始降低；贮藏6d后，T22所对应的氢质子密度呈波浪式变化，说明此时酸奶体系中的水分形式在不断的发生转换。

2.4 酸奶中T23状态水分的变化

图7 普通淀粉添加量随贮藏时间的变化对酸奶T23所对应的质子密度的影响Fig.7 Effect of ordinary starch on proton density on the basis of the storage time T23 of yoghourt

图8 抗性淀粉添加量随贮藏时间的变化对酸奶T23所对应的质子密度的影响Fig.8 Effect of resistant starch on proton density on the basis of the storage time T23 of yoghourt

T23所对应的氢质子密度代表了体系中流动性最强的那部分水，即自由水。从图7可以看出，在贮藏初期，T23对应的氢质子密度随着普通淀粉的添加而减少，当普通淀粉添加量大于8%时，氢质子密度有所增加。从图8可以看出，抗性淀粉添加量在7%就能表现出这样的性质，随着贮藏时间的延长，体系内水分不断流失，T23对应的质子密度显著下降，直到体系内各水分存在形式达到平衡，平衡时添加了抗性淀粉的酸奶体系中T23对应的氢质子密度比添加普通淀粉略高。

3 结论

3.1 抗性淀粉和普通淀粉都能提高酸牛奶体系的持水性，当抗性淀粉添加量为4%时，酸奶的保水性最强。

3.2 添加抗性淀粉和普通淀粉的酸奶自由水含量在贮藏初期均表现出了先减少后增加的趋势，这可能是因为淀粉经过糊化、老化的过程中直链淀粉从新排列形成空间网络，束缚了自由水，导致其含量降低；但是当淀粉添加量过高时，单位体积普通淀粉含量较高，影响了酪蛋白的胶凝作用，从而减弱了对自由水的束缚力。

3.3 添加抗性淀粉的酸奶体系中单分子层水含量随着贮藏时间的延长发生了波浪形的变化，这说明抗性淀粉能够更好的调节酸牛奶水分分布，使其能更好的适应有益微生物的生长繁殖。这可能是因为抗性淀粉颗粒小，对水分的吸收和释放更加容易。

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