聚合乳清浓缩蛋白对凝固型酸奶品质特性的影响

（东北农业大学食品学院，哈尔滨150030）

聚合乳清浓缩蛋白对凝固型酸奶品质特性的影响

蒋姗姗，程建军，李东飞，周鑫，崔春利，孙颖，侯俊财

（东北农业大学食品学院，哈尔滨150030）

以凝固型酸奶为研究对象，研究了添加聚合乳清浓缩蛋白（PWPC）和聚合热稳定型乳清浓缩蛋白（PHSWPC）对凝固型酸奶品质特性的影响。分析了不同添加量的PWPC和PHSWPC对酸奶发酵终点和后熟后酸奶的滴定酸度、黏度、持水力（WHC）、脱水收缩敏感性（STS）、硬度和微观结构的影响。结果表明，PWPC和PHSWPC的添加量对凝固型酸奶发酵终点无显著影响；后熟后酸奶的滴定酸度、黏度、硬度随着聚合乳清浓缩蛋白（PWP）的增加而增加；当PWPC和PHSWPC的添加量为16%时，酸奶的WHC显著提高（P＜0.05），分别为84.16%±2.35%和85.90%±2.04%，而STS显著降低（P＜0.05），分别为17.51%±0.73%和16.95%±0.38%。扫描电镜结果表明添加了PWPC和PHSWPC的酸奶的微观结构更加致密均匀。外源添加PWPC和PHSWPC可以改善凝固型酸奶的理化特性和酸奶的质构。

聚合乳清蛋白；凝固型酸奶；硬度；黏度；持水力

0 引言

乳清蛋白经过热改性后具有一定的黏度，并且可以进行冷却、稀释作为一种以蛋白质为基质的增稠剂添加到食物中形成凝胶，而不破坏凝胶结构或者使聚合乳清蛋白进一步聚集[1]。Wang[2]和Li[3]等人利用聚合乳清蛋白作为一种协同增稠剂应用到羊奶酸奶中，不仅提高了羊奶酸奶的组织状态，还可以改善羊奶酸奶的稳定性和脱水收缩作用，有益于益生菌的生存。孙炜等[4]人将热聚合乳清浓缩蛋白（PWPC）应用于发酵豆奶中，发现发酵制得的酸豆奶组织状态稳定，黏度和硬度适中，口感细滑，组织柔软，风味良好。

乳清蛋白价格低廉，安全性高，应用到酸奶中，不仅可以增加蛋白质质量分数，还可以改善酸奶的质构，减少乳清析出，延长产品货架期和提升酸奶的品质。故本试验选择WPC80和HSWPC80经热聚合后添加到牛奶基料中，讨论WPC80和HSWPC80的添加量对凝固型酸奶品质特性的影响，旨在对酸奶生产加工提供技术支撑，以期最大程度提高酸奶品质，同时也对扩大乳清蛋白的综合利用具有重要的意义。

1 实验

1.1 材料与试剂

直投式发酵菌种（保加利亚杆菌+嗜热链球菌），全脂牛奶，白砂糖（市售），乳清浓缩蛋白（WPC-80），热稳型乳清浓缩蛋白（HSWPC-80），其余化学试剂均为分析纯级。

1.2 仪器设备

高压均质机，DK-98-Ⅱ电热恒温水浴锅，DHP-9126型电热恒温培养箱，SIGMA 3K 15型冷冻离心机，Brookfield DVⅡ数字旋转黏度计，TA-XT⁃plus2质构仪，S-3400N型扫描电子显微电镜。

1.3 方法

1.3.1 聚合乳清蛋白的制备

将一定量的WPC80和HSWPC80溶于去离子水中，配成质量浓度为120 g/L溶液，室温下磁力搅拌1 h后，置于4℃冰箱中过夜使其充分水化。将恢复至室温的乳清蛋白溶液用浓度为1 mol/L的NaOH或浓度为1 mol/L的HCL调至pH值为7.0，在85℃条件下加热30 min即得PWPC和PHSWPC，然后冷却至43℃备用。

1.3.2 凝固型酸奶的制备

将全脂牛奶预热至60℃，添加质量浓度60 g/L的白砂糖，充分搅拌使其溶解，压力为20 MPa条件下均质后，进行杀菌处理，杀菌条件90℃，5 min。将冷却至43℃的聚合乳清蛋白溶液（体积分数为0，4%，8%，12%，16%，20%）添加到冷却至43℃的牛奶中，添加质量浓度为1 g/L的发酵剂，搅拌均匀后灌装至150 g的玻璃瓶中，（43±1）℃发酵5 h后，冷却至室温，一部分放4℃冰箱后熟待用，一部分测发酵终点的可滴定酸度。

1.3.3 滴定酸度的测定

滴定酸度测定方法参照GB 5413.34-2010《食品安全国家标准乳和乳制品酸度的测定》[5]。

1.3.4 持水力(WHC)的测定

参照Zhao等[6]的方法，将大约20 g的样品置于离心管中，在4℃，在转速为4 000 r/min的条件下离心20 min，除去上清液，测出残余物的质量，每个样品重复测定3次。持水力(WHC)为

持水力=（m1/m2）×100%

式中：m1为样品的质量（g）;m2为沉淀物的质量（g）。

1.3.5 脱水收缩敏感性（STS）的测定

参照廖文艳等[7]的方法，将25 g左右的样品置于带有滤纸的漏斗中，用三角瓶收集滤出的乳清，在4℃条件下收集2 h，每个样品重复测定三次。

式中：m2为乳清的质量（g）；m1为样品的的质量（g）。

1.3.6 质构分析

采用Sanli等[8]的方法，对酸奶的硬度进行分析，采用A/BE-35探头，测定条件为：测定速度为1.0 mm/s，测前速度为2 mm/s，测后速度为2 mm/s，前进距离为20 mm，感应力为5 g，每个样品重复测定3次。

1.3.7 黏度的测定

参照王翠娜[9]的方法，将酸奶样品恢复至室温后，顺时针方向搅拌20 s。使用Brookfield旋转黏度仪测定样品的黏度。选用s64号转子，在(25±0.1)℃室温下，测定转速为12 r/min，总测量时间为1 min，每隔20 s取一个数据点，取平均值作为最终的黏度值，每个样品重复测定三次。

1.3.8 酸奶的微观结构

采用Walsh等[10]的方法，分别选添加量为0%、16%的样品，用2.5%戊二醛溶液固定4 h，再转入锇酸溶液固定4 h后，分别用休积分数梯度为15%，30%，50%，70%，80%，95%和99%的乙醇溶液进行逐级脱水，脱水后的样品进行冷冻干燥处理，干燥后喷金，通过电子扫描显微镜对制备好的样品进行分析、观察，得到相应的电镜照片。

1.4 统计分析

所有实验均重复3次，采用SPSS 17.0软件进行数据分析，用Tukey HSD进行平均数之间显著性差异分析，P＜0.05表示差异显著，采用Sigma Plot 12.5软件作图。

2 结果与分析

2.1 聚合乳清蛋白对凝固型酸奶滴定酸度的影响

聚合乳清蛋白对凝固型酸奶发酵终点及后熟后滴定酸度的影响如图1和图2所示。由图1可以看出，添加PHSWPC的凝固型酸奶发酵终点的滴定酸度稍高于添加PWPC的酸奶，而且随着PWPC和PHSW⁃PC添加量的增多，达到发酵终点时的滴定酸度变化不明显。这与孙炜等[4]在热改性聚合乳清蛋白对酸豆奶发酵及贮藏稳定性的影响中的结果一致。

图1 聚合乳清蛋白对发酵终点滴定酸度的影响

图2 聚合乳清蛋白对后熟后滴定酸度的影响

由图2可以看出，后熟24 h后，酸奶的后酸化差异明显，滴定酸度随着PWPC和PHSWPC的添加量的增加呈增加的趋势。这与王浩等[11]在牛奶组分对酸豆乳风味的影响中，酸度随乳清蛋白添加量的增加而增加的结果一致，可能是由于随着聚合乳清蛋白的增加，增加了其固形物质量分数，促进产酸从而增加了酸奶的滴定酸度。Li等[3]在聚合乳清蛋白对羊奶酸奶黏稠度和持水力的影响中也提出酸乳的滴定酸度随乳固体含量的增加而增加。添加PHSWPC的酸奶的滴定酸度高于PWPC的，可能是由于二者的组成成分不一样，HSWPC主要是小分子蛋白和胨类等可以刺激嗜热链球菌的生长和产酸活性[12]。

2.2 聚合乳清蛋白对凝固型酸奶持水力的影响

聚合乳清蛋白对凝固型酸奶持水力的影响如图3所示。由图3可以看出，凝固型酸奶的持水力随着PWPC和PHSWPC添加量的增加先增加后减小，可能是由于聚合乳清蛋白本身具有较强的持水力，将聚合乳清蛋白加入到酸奶中，在酸化过程中与酪蛋白胶束形成更致密的网络结构，增加了酸奶固定水的能力，从而提高了酸奶的持水性[3]。当PWPC和PHSW⁃PC的添加量为16%时，凝固型酸奶的持水力显著高于0%，4%，8%和20%（P＜0.05）；凝固型酸奶的持水力达到最大值分别为84.16%±2.35%和85.90%±2.04%，与未添加的相比，分别增加了14.60%和16.97%，可能是由于乳清蛋白的添加降低了酪蛋白与乳清蛋白的比例，酸奶的微观结构更致密均匀，从而增加了酸奶的持水力[13]。

图3 聚合乳清蛋白对凝固型酸奶持水力的影响

图3中，标注字母a～d表示同种聚合乳清蛋白WPC（或HSWPC）在不同添加量下的显著性比较，字母不同表示差异显著（P＜0.05），字母相同表示差异不显著（P＞0.05），下同。

2.3 聚合乳清蛋白对凝固型酸奶脱水收缩敏感性的影响

聚合乳清蛋白对凝固型酸奶脱水收缩敏感性的影响如图4所示。由图4可以看出，酸奶的脱水收缩敏感性随着PWPC和PHSWPC添加量的增加先减小后增加，当PWPC和PHSWPC的添加量为16%时，酸奶的缩水收缩敏感性显著低于0%、4%、8%和20%（P＜0.05），酸奶的缩水收缩敏感性达到最小值分别为17.51%±0.73%和16.95%±0.38%，与未添加的相比分别减少了30.46%和32.68%，显著低于未添加的（P＜0.05）。这与Britten[14]提出的PWP可以减少酸奶的脱水收缩敏感性一致。可能是由于聚合乳清蛋白添加到酸奶中，与酪蛋白胶束相互作用形成一个比较致密，均匀的结构从而降低了酸奶的脱水收缩作用和增加了酸奶的持水力。

2.4 聚合乳清蛋白对凝固型酸奶黏度的影响

图4 聚合乳清蛋白添加量对脱水收缩敏感性的影响

聚合乳清蛋白对凝固型酸奶黏度的影响如图5所示。由图5可以看出，凝固型酸奶的黏度随着聚合乳清蛋白的添加量的增加而增加，可能是由于酸奶在酸化过程中，聚合乳清蛋白与酪蛋白胶束发生反应增加了酪蛋白胶束的体积从而增加了酸奶的黏度[15]，这与Li等[3]在聚合乳清蛋白对羊酸奶持水力和黏稠性的影响中提出，与对照组相比添加聚合乳清蛋白的羊酸奶的黏度增加了80%的结果是一致的。在同一蛋白水平条件下，添加PHSWPC的酸奶具有更高的黏度值，可能是由于两种蛋白的稳定性不一样，在酸性条件下PHSWPC也能溶解，故发酵产酸后PHSWPC不凝固[16]，导致酸奶的黏度高。

图5 聚合乳清蛋白添加量对黏度的影响

2.5 聚合乳清蛋白对凝固型酸奶硬度的影响

聚合乳清蛋白对凝固型酸奶硬度的影响如图6所示。由图6可以看出，凝固型酸奶的硬度随着PWPC和PHSWPC添加量的增加而增加，这与孙炜[4]在热改性聚合乳清蛋白对酸豆奶及贮藏稳定性的影响中的结果一致。与未添加的相比，PWPC和PHSWPC的添加量为20%时，酸奶的硬度分别增加了151.54%和176.98%，可能是由于在酸奶酸化过程中，PWP与酪蛋白胶束之间通过二硫键相互作用形成较强的聚合乳清蛋白-酪蛋白胶束，从而增加了酸奶的凝胶强度。

2.6 凝固型酸奶的微观结构

图6 聚合乳清蛋白对硬度的影响

未添加和添加16%PWP酸奶的扫描电镜图如图7所示。由图7可以看出，添加PWPC（A）和PHSWPC（B）的酸奶的微观结构与未添加的酸奶（C）微观结构明显不同，未添加的酸奶的网络凝胶孔隙较大且不规则，分布较松散，添加PWP的酸奶的网络结构更加连续、紧密和均一。这与Puvanenthiran等[17]在酪蛋白与乳清蛋白比例对凝固型酸奶的结构和黏弹性的影响中提出，随着乳清蛋白比例的增加，酸奶的网络结构变得更加致密，空隙更小是一致的。乳清蛋白在加热过程中主要是通过二硫键和疏水相互作用发生聚集，在室温或冷藏条件下仍可溶解[18]。当聚合乳清蛋白添加到牛奶中，发酵过程中，随着酸奶pH值的降低，聚合乳清蛋白与酪蛋白胶束反应形成一个相对致密的网络结构，从而增加了酸奶的持水力和改善了酸奶的质构。相对于添加PWPC的酸奶（A）的微观结构，PHSWPC（B）的酸奶的微观结构更加致密、均一，可能是由于WPC和HSWPC的组成成分不同导致的。

图7 凝固型酸奶的扫描电镜结果

3 结论

本研究发现，PWPC和PHSWPC的添加量对凝固型酸奶发酵终点影响不大，后熟后酸奶的滴定酸度、黏度和硬度随着PWPC和PHSWPC添加量的增加而增大。当PWP的添加量为16%时，凝固型酸奶的持水力显著提高（P＜0.05），脱水收缩敏感性显著降低（P＜0.05）。微观结构分析表明PWP可以在酸奶中形成连续、均匀、致密的网状结构，从而改善酸奶的质构。在同一水平时，添加PHSWPC的酸奶的各项指标均优于添加PWPC的酸奶。因此，PHSWPC可以作为一种新颖的以乳蛋白质为基质的增稠剂应用于凝固型酸奶中，来改善酸奶的品质。

[1]SASKIA D J,HJAN K,FRED V D V.The mechanism behind micro⁃structure formation in mixed whey protein-polysaccharide cold-set gels[J].Food Hydrocolloids,2009,23(3):755-764.

[2]WANG W B,BAO Y H,HENDRICK G M,GUO M R.Consisten⁃cy,microstructure and probiotic survivability of goats’milk yoghurt using polymerized whey protein as a co-thickening agent.Internation⁃al Dairy Journal,2012,24:113-119.

[3]LI J,GUO M.Effects of Polymerized Whey Proteins on Consistency and Water‐holding Properties of Goat's Milk Yogurt[J].Journal of food science,2006,71(1):C34-C38.

[4]孙炜,陈璐,刘迪茹,等.热改性聚合乳清蛋白对酸豆奶发酵及贮藏稳定性的影响[J].农产品加工(学刊),2014(10):19-22.

[5]中华人民共和国卫生部.GB 5413-2010.食品安全国家标准乳和乳制品酸度的测定[S].北京:中国标准出版社,2010.

[6]ZHAO L,ZHANG S,ULUKO H,et al.Effect of ultrasound pretreat⁃ment on rennet-induced coagulation properties of goat’s milk[J]. Food chemistry,2014,165:167-174.

[7]廖文艳,苏米亚,周杰,徐致远,沈玲,王豪.乳清蛋白在无添加剂酸奶中的应用[J].现代食品科技,2012,01:61-65.

[8]ANLI T,SEZGIN E,DEVECI O,et al.Effect of using transglutamin⁃ase on physical,chemical and sensory properties of set-type yoghurt [J].Food Hydrocolloids,2011,25(6):1477-1481.

[9]王翠娜.聚合乳清蛋白与多糖相互作用对其凝胶特性影响及应用[D].吉林大学,2015.

[10]WALSH H,ROSS J,HENDRICKS G,GUO M R.Physi⁃co-Chemical properties,probiotic survivability,microstructure,and acceptability of a yoghurt-like symbiotic oats-based product using pre-polymerized whey protein as a gelation agent.Journal of Food Science,2010,75(5):327-337.

[11]王浩,李理.牛奶组分对酸豆乳风味的影响[J].中国乳品工业,2011, 03:34-37+55.

[12]蔡自建,刘鲁蜀,陈炼红.强化乳清浓缩蛋白对酸奶品质影响的研究[J].西南民族大学学报(自然科学版),2012,02:242-246.

[13]徐红华,李荣华.酪蛋白与乳清蛋白比例对酸奶凝胶性质的影响[J].中国乳品工业,2011,06:22-25.

[14]BRITTEN,M.Functional properties of whey proteins.Journal of Dairy Science,85,51.

[15]WANG C,GAO F,ZHANG T,et al.Physiochemical,textural,sen⁃sory properties and probiotic survivability of Chinese LaosuanNai (protein‐fortified set yoghurt)using polymerised whey protein as a co‐thickeningagent[J].International Journal of Dairy Technology, 2015,68(2):261-269.

[16]蔡蕊,宋春花,李汴生,阮征.蛋白质强化对搅拌型酸奶品质特性的影响[J].食品科学,2011,05:132-136.

[17]PUVANENTHIRAN A,WILLIAMS R P W,AUGUSTIN M A. Structure and visco-elastic properties of set yoghurt with altered ca⁃sein to whey protein ratios[J].International Dairy Journal,2002,12 (4):383-391.

[18]ALTING A C,HAMER R J,DE KRUIF C G,et al.Formation of disulfide bonds in acid-induced gels of preheated whey protein isolate [J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2000,48(10): 5001-5007.

Effect of polymerized whey protein concentrate on quality of set yogurt

JIANG Shanshan,CHENG Jianjun,LI Dongfei,ZHOU Xin,CUI Chunli,SUN Ying,HOU Juncai
(College of Food Science,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China)

The objective of this study was to investigate the effect of different amounts of polymerized whey protein concentrate（PWPC）and polymerized heat stable whey protein concentrate（PHSWPC）on the quality of set yogurt.The effect of different additions of two differ⁃ent polymerized whey protein concentrate on the titratable acidity,viscosity,firmness,STS,WHC and microstructure of set yogurt were de⁃termined.The results revealed that the change of the titratable acidity on fermentation end point was not significant(P≥0.05).With the in⁃crease of the amount of PWPC and PHSWPC,the titratable acidity after post fermentation,viscosity and firmness of set yogurt increased. The WHC was significantly increased(to 84.16±2.35%and 85.90±2.04%,respectively)(P＜0.05)with addition of PWPC and PHSWPC (16%,w/v),however the STS was significantly decreased(to 17.51±0.73%and 16.95±0.38%,respectively)(P＜0.05).Results of scanning electron microscopy indicated gel of set yogurt with PWPC and PHSWPC showed denser microstructure with smaller size of pores.These results indicated that adding appropriate PWPC and PHSWPC are conducive to physicochemical properties and quality of set yogurt.

polymerized whey protein;set yogurt;firmness;viscosity;water hold capacity

TS252.1

：A

：1001-2230（2017）06-0015-04

2016-11-16

“十二五”农村领域国家科技计划项目（2013BAD18B07）。

蒋姗姗(1989-)，女，硕士研究生，研究方向为食品科学。

侯俊财