不同WPNI脱脂乳粉对发酵乳饮料稳定性的影响

田慧青，于景华，王攀，张瑞明

（天津科技大学，天津300457）

不同WPNI脱脂乳粉对发酵乳饮料稳定性的影响

田慧青，于景华，王攀，张瑞明

（天津科技大学，天津300457）

以TSI（动力学稳定性指数）、粒径、Δ BS（背散射光强变化值）为指标，比较6种以不同WPNI的脱脂乳粉为原料的发酵乳饮料体系的稳定性，并利用SDS-PAGE分析了发酵乳饮料的离心沉淀物质成分。结果表明：发酵乳饮料的原料脱脂乳粉WPNI值越低，即未变性蛋白含量越低，脱脂乳粉热变性程度越大，产品的TSI值越高，粒径越大，ΔBS也越大，饮料体系的稳定性越差。通过SDS-PAGE分析得到，沉淀物质主要为casein，β-lg，α-La，还有少量的Lf和BSA。

脱脂乳粉；WPNI；发酵乳饮料；稳定性

Abstract:This research,using TSI(dynamic stability index),particle size and Δ BS(back scattered light intensity change)as indexes,compared the stability of the fermented milk beverage system produced from six different types of skim milk powder with different WPNI values,and analysised the content the ingredients of centrifugal precipitation in fermented milk beverage with SDS-PAGE.The results showed that lower WPNI value(lower the undenatured protein content)indicates higher the thermal denaturation degree of skim milk power,higher TSI value,larger particle size and larger Δ BS.Besides,stability of the beverage system with lower WPNI value was lower as well.The SDS-PAGE anal⁃ysis also revealed that the precipitated substances were mainly casein,β-lg,α-La,and a small amount of Lf,BSA.

Key words:skim milk powder;WPNI;fermented milk beverage;stability

0 引言

在生产和研究中，脱脂乳粉通常会作为乳制品和乳饮料的主要原料，不同来源的原料对产品的口感、质构、稳定性发挥着至关重要的作用。不同WPNI的脱脂乳粉本质区别在于乳清蛋白变性程度不同。不同WPNI脱脂乳粉乳清蛋白变性程度的不同会影响到后期产品稳定性体系中乳清蛋白与乳清蛋白之间以及乳清蛋白与酪蛋白之间的反应，进而影响到发酵乳饮料的稳定性。

1 实验

1.1 材料与仪器

脱脂乳粉1，脱脂乳粉2，脱脂乳粉3，脱脂乳粉4，脱脂乳粉5，脱脂乳粉6，葡萄糖，白砂糖，柠檬酸钠，柠檬酸，复配稳定剂（2158-1B），副干酪乳杆菌，α-乳白蛋白（α-La，＞85%），β-乳球蛋白（β-Lg，＞90%），牛血清白蛋白（BSA，＞90%），低相对分子质量蛋白质标准品。

MODEL均质机，YXQ-LS立式压力蒸汽灭菌锅，HWS24型电热恒温水浴锅，HWS24型电热恒温水浴锅，Turbiscan Lab稳定性分析仪，DYCZ–24DN型电泳仪。

1.2 方法

分别以12%的已知WPNI值的脱脂乳粉1（7.85），脱脂乳粉 2（4.44），脱脂乳粉 3（4.02），脱脂乳粉 4（3.19），脱脂乳粉5（2.89），脱脂乳粉6（1.14）为原料，加入6%葡萄糖干拌混匀，加入50～55℃的水，搅拌溶解，放入45～50℃的水浴锅中水合30 min；然后用高压蒸汽灭菌锅杀菌（95℃，1 h）；待温度降至30～40℃时，在无菌环境下进行接种副干酪乳杆菌（0.0105%），封口后放入37℃培养箱进行恒温发酵72 h；发酵至终点后取出置于4℃冰箱中后熟1～2 d；用70～80℃的水将白砂糖和柠檬酸钠溶解，杀菌（95℃，5 min）；待温度降至40℃左右，将它与发酵乳基料按照3∶1的比例进行混合；将混料搅拌均匀后，用5%的柠檬酸和柠檬酸钠溶液调pH值至3.80；然后在30 MPa下进行均质，无菌灌装，待温度降至室温后放入4℃环境下保藏待测[1-3]。

1.2.1 TSI值、粒径、Δ BS的测定

Turbiscan分析仪测定原理：采用Turbiscan分析仪对样品进行稳定性测试，将待测样品装进一圆柱形玻璃测试室中，仪器采用了脉冲近红外光源（λ=880nm），当测试室内透明度较差时，分析仪的两个同步光学探测器获得两部分组成的发射光斑，分别为探测透过样品的透射光和被样品反射的反射光。光学探测头从低于样品测试室底部的2 mm处起沿样品测试室向上扫描，最大高度为55 mm，每40 mm高度采集一次透射光和反射光数据。透射光和反射光强度以%表示，其含义是相对标准样品光通量为10%的硅油的光通量的百分比。对于透明体系，选取透射光的透过率(T%)为指标，不透明体系则选取背散射光的反射率(BS%)为指标，发酵乳饮料属于不透明体系，其稳定性评价指标为BS。扫描曲线给出了不同扫描时间透射光和反射光随样品高度的变化关系。以样品初始BS为对照，不同观察时间的BS与之的差值（Δ BS）反映其体系的变化，从而放大了样品在测定时间内微观特征变化。稳定分析仪给出的评价指标是样品观察时间内背散射光的平均变化率，也称稳定动力学参数(dynamic stability index，TSI)。TSI与体系稳定性呈负相关，TSI值越小，体系越稳定，TSI值越大，体系越不稳定[4]。

实验测定步骤：取样品约20 mL加入样品池，加盖后置于仪器的样品槽中，设定20 min扫描1次，共扫描7 h。可以直接得到样品的TSI值，并通过软件TLAB Expert计算可以得到体系的颗粒粒径。

1.2.2 产品离心沉淀物的SDS-PAGE分析

发酵乳饮料经4 000 r/min（10 min）离心后取沉淀物质1 g复原于10 mL蒸馏水中45℃水浴锅中水合20 min，与上样缓冲液以1∶1比例混合，上样量为20 μL。分离胶体积分数为15%，浓缩胶体积分数为5%。预电泳电压为80 V，进入分离胶后为120 V。分离胶浓缩胶配方如表1所示。

表1 分离胶和浓缩胶配制表

2 结果与讨论

2.1 不同WPNI脱脂乳粉的发酵乳产品的TSI值比较

图1为不同WPNI脱脂乳粉为原料的发酵乳饮料的TSI值。图1中，LT1,LT2,LT3,LT4,LT5,LT6分别为以脱脂乳粉1,2,3,4,5,6为原料的发酵乳饮料。

图1 不同WPNI脱脂乳粉为原料的发酵乳饮料的TSI值

表2 不同发酵乳饮料货架期预测值

利用稳定性分析仪测定以不同WPNI脱脂乳粉为原料的发酵乳饮料，并通过TLAb Expert软件得到测定时间内样品整体TSI的变化值。由图1可以看出，以不同WPNI脱脂乳粉为原料的发酵乳饮料其TSI值不同。以脱脂乳粉6为原料的发酵乳饮料的TSI值显著高于其余5种发酵乳饮料，稳定性最差。除了脱脂乳粉6，其余5种脱脂乳粉为原料的发酵乳饮料的TSI值较接近，大致在0.85～1.28之间。由表2可知，脱脂乳粉的WPNI值与对应的发酵乳饮料产品的TSI值呈负相关关系，即脱脂乳粉的WPNI值越低，TSI值越高，也就是脱脂乳粉中未变性蛋白质量分数越高，产品稳定性越高。这主要是因为影响脱脂乳粉热变性程度的关键技术在预热杀菌阶段，高温加热脱脂乳粉经过预热杀菌后，90%的β-Lg和40%的α-La发生变性，乳粉功能特性发生巨大变化，其中包括：乳清蛋白的变性、变性的乳清蛋白与酪蛋白胶束的交联、可溶性钙和磷酸盐转变为胶体相，杀灭细菌以及酶的失活[5]等等。低、中热脱脂乳粉在生产过程中热处理强度小，未变性蛋白质量分数高，使其保留了较好的乳化稳定性，脱脂乳粉的乳化性使蛋白质发挥其两亲性，当蛋白迁移达到油-水结合平衡后，油-水界面形成的高弹性薄膜可以承受一定程度机械冲击，从而维持乳饮料的稳定状态。由此可见，发酵乳饮料稳定性与所用原料脱脂乳粉的WPNI有关，且产品稳定性随脱脂乳粉WPNI值的降低而降低。

2.2 不同WPNI脱脂乳粉的发酵乳产品的粒径比较

图2为不同WPNI脱脂乳粉的为原料的发酵乳饮料的粒径。图2中，LT1，LT2，LT3，LT4，LT5，LT6分别为以脱脂乳粉1，2，3，4，5，6为原料的发酵乳饮料。

图2 不同WPNI脱脂乳粉的为原料的发酵乳饮料的粒径

利用稳定性分析仪测定以不同WPNI脱脂乳粉为原料的发酵乳饮料，并通过TLAb Expert软件得到测定时间内样品池中部粒径的变化值。由图2可以看出，以脱脂乳粉1，2，3，4，5为原料的发酵乳饮料粒径值均没有明显变化，而以脱脂乳粉6为原料的发酵乳饮料粒径有明显减小趋势，这是因为以低、中热脱脂乳粉为原料的发酵乳饮料体系相对稳定，但是以高热脱脂乳粉为原料的发酵乳饮料体系不稳定，感官观察在样品池中下部出现了明显分层，而粒径值的测定选取的位置为样品池的中部，所以样品出现明显分层是发酵乳饮料6的粒径呈减小趋势的原因。从粒径值大小的比较来看，原料脱脂乳粉的WPNI值越低，粒径值越大。根据Stocks定律，在发酵乳饮料乳浊液体系中，蛋白粒子密度比水相密度大，当水相不足以支撑蛋白粒子时，蛋白粒子就会下沉，最终生成沉淀，因此粒径越大，饮料体系越不稳定[6-7]。发酵乳饮料的粒径随脱脂乳粉WPNI值的降低而增大，这说明脱脂乳粉的受热程度越大，对应的发酵乳饮料体系越不稳定。

2.3 不同WPNI脱脂乳粉发酵乳产品的Δ BS值比较

利用稳定性分析仪测定以不同WPNI脱脂乳粉为原料的发酵乳饮料稳定性，并得到它们在测定时间内的Δ BS，分别如图3（图中横坐标代表样品池的高度，左侧为样品池底部）所示。

由图3可以看出，以脱脂乳粉1，2，3为原料的产品的Δ BS在5%～10%之间，而以脱脂乳粉4，5，6为原料的产品的Δ BS均在10%以上。由此说明，发酵乳饮料产品体系的稳定性与脱脂乳粉的未变性蛋白质量分数有很大关系。脱脂乳粉在生产过程中，当受热程度较小时，α-La变性程度较小，主要是β-Lg的变性，β-Lg变性后附着在酪蛋白胶束表面，附属丝状物形成“沟壑”状态，此时表面疏水性很高，随着加热强度的增大，α-La开始变性，覆盖在β-Lg丝状物，填满了“沟壑”，这样在酪蛋白上形成了光滑的胶束表面，此时乳清蛋白与酪蛋白形成了聚合物。发酵乳饮料pH值在3.6～4.4之间，低于酪蛋白的等电点（4.6），此时发酵乳饮料体系中的酪蛋白极不稳定，在乳清蛋白的促进作用下，两者的聚合物发生变性沉淀[8-10]。这种现象在以脱脂乳粉6为原料的发酵乳饮料中有明显表现，由图3（f）可以看出，两种产品的Δ BS均发生很大的波动，从不同时间对产品扫描曲线的变化来看，两者都发生了明显分层，这主要是因为高温加热脱脂乳粉在生产过程中乳清蛋白发生了很大程度的变性。

2.4 SDS-PAGE分析

对以不同WPNI脱脂乳粉为原料的产品4 000 r/min的转速下离心10 min得到的沉淀物质进行SDS-PAGE分析，结果如图4所示。

图3 不同WPNI脱脂乳粉为原料的发酵乳饮料的Δ BS值

图4 不同WPNI脱脂乳粉的发酵乳饮料离心沉淀物的SDS-PAGE分析

由图4可以看出，以脱脂乳粉1，2，3，4，5，6为原料的产品的各乳清蛋白条带依次变浅，由此说明脱脂乳粉WPNI值越低，所得产品离心沉淀物中乳清蛋白质量分数越低，其中以脱脂乳粉6为原料的产品沉淀物质中几乎没有α-La、β-lg、BSA、IgH，只有少量的Lf，这是因为随着受热程度的增加，参加聚合反应的乳蛋白增多，乳粉中未变性乳清蛋白质量分数降低，乳饮料产品中未变性乳清蛋白质量分数也相应降低。从各条带上可以看出，沉淀物质主要为casein、β-lg、α-La，还有少量的 Lf和 BSA，很明显β-lg比α-La参与聚合反应少，这是因为α-La与Ca2+结合后有较强的热稳定性，变性后可复性。β-Lg的热变性在乳清蛋白和酪蛋白胶束聚合反应中起着关键作用，加热条件下，天然β-Lg二聚体解离后，单体经过分子内二硫键反应形成活性单体，和酪蛋白胶束表面的κ-CN发生二硫键反应，结合到胶束上；α-La的变性程度也会因β-Lg的存在而增加，因为在加热条件下α-La先与β-Lg相互反应生成复杂的中间产物，再与酪蛋白胶束结合。因此，通过以不同热变性脱脂乳粉为原料的LT离心沉淀物在的SDS-PAGE分析得到，产品中沉淀物质主要为casein，β-lg，α-La，还有少量的Lf和BSA，且原料脱脂乳粉WPNI值越低，所得产品离心沉淀物中未变性蛋白质量分数越低。

3 结论

通过实验得到发酵乳饮料的原料脱脂乳粉WP⁃NI值越低，即未变性蛋白质量分数越低，脱脂乳粉热变性程度越大，产品的TSI值越高，粒径越大，Δ BS也越大，饮料体系的稳定性越差。通过SDS-PAGE分析发酵乳饮料的离心沉淀物得到，沉淀物质主要为ca⁃sein，β-lg，α-La，还有少量的Lf和BSA。

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Study on the stabilization system of fermented milk drinks induced by skimmed milk power of different WPNI

TIAN Huiqing,YU Jinghua，WANG Pan，ZHANG Ruiming
（Tianjin university of science and technology,Tianjin 300457）

TS252.51

A

1001-2230（2017）09-0026-04

2017-02-23

国家自然科学基金(31271904)。

田慧青(1990-)，女，研究生，研究方向为乳品科学。

于景华