转谷氨酰胺酶在凝固型麦冬酸奶中的应用研究

陈开霜，陈美芳，2，于 博，余海忠，吴进菊*

（1.湖北文理学院 化学工程与食品科学学院，湖北 襄阳 441053；2.广东海洋大学 食品科技学院，广东 湛江 524094）

转谷氨酰胺酶在凝固型麦冬酸奶中的应用研究

陈开霜1，陈美芳1，2，于 博1，余海忠1，吴进菊1*

（1.湖北文理学院 化学工程与食品科学学院，湖北 襄阳 441053；2.广东海洋大学 食品科技学院，广东 湛江 524094）

转谷氨酰胺酶可催化蛋白发生交联作用，从而改善酸奶的质构特性。在单因素试验的基础上，以感官评分为响应值，利用响应面法对凝固型麦冬酸奶工艺进行优化，构建数学回归模型。结果表明，麦冬酸奶制作工艺的最佳条件为：转谷氨酰胺酶添加量0.3 g/L，白砂糖添加量6%，麦冬提取液添加量9 mL/100 mL牛奶，发酵时间7 h，发酵温度42℃。在此条件下，麦冬酸奶的持水力为93%，胶体脱水收缩敏感性为40.3%，硬度为494.19 g，稠度为2 055.63 g·s，粘结性为-161.83 g，粘性指数为-585.13 g·s，感官评分平均值为89.7分，本研究为麦冬酸奶的开发与生产提供了一定的研究基础。

麦冬；转谷氨酰胺酶；凝固型酸奶；响应面法

转谷氨酰胺酶（transglutaminase，TG）可催化蛋白质赖氨酸上ε-氨基和谷氨酸上γ-羟酰胺基之间结合反应，导致蛋白质（或多肽）分子内和分子间发生共价交联，从而形成分子量更高的生物聚合物[1-2]。TG是蛋白类的凝胶增强剂，广泛存在于人体、高级动物、鱼类、植物和微生物[3-5]中。该酶是WAELSCH及其合作者在1958年首次发现的[6]，后来应用于食品、医学及其他领域[7-10]，从而改善蛋白质的凝胶特性、乳化稳定性、成膜性能、增强肉制品的口感风味等[11-12]。近年来，TG在多个食品领域得到广泛应用，包括肉制品[13-14]、水产品[15-16]、乳制品[17]、植物蛋白制品等[18]。

襄麦冬为百合科山麦冬属，植物湖北麦冬的干燥块根，属于湖北省药材，被收载于《中华人民共和国药典》（1995年、2000年、2005年版）山麦冬这一项下，并且主产区位于襄阳市所在的老河口、襄城区欧庙镇等县市，称为襄麦冬[19]。麦冬黄酮具有良好的抗炎、抗应激、抗组胺、心血管保护功能和磷酸化抑制等作用[20]，是襄麦冬的主要活性成分之一。2002年，麦冬被国家卫生部批准为可用于保健食品的物品（卫法监发[2002]51号）。

本研究是在单因素试验的基础上，以感官评分为响应值，利用响应面法对凝固型麦冬酸奶制作工艺进行优化。根据Box-Behnken试验设计原理，采用3因素3水平的响应面法分析以优化麦冬酸奶制作工艺，为麦冬酸奶的开发与生产提供一定的研究基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

纯牛奶、白砂糖：购于襄阳市隆中路隆中鑫源超市；乳酸菌酸奶发酵剂（内含保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌）：北京川秀科技有限公司；转谷氨酰胺酶（100 U/g）：江苏一鸣生物科技股份有限公司；麦冬：产于襄阳欧庙镇。

1.2 仪器与设备

TDL-60B型低速台式离心机：上海安婷科学仪器厂；PHS-25型实验室pH计：上海今迈仪器仪表有限公司；HH-2数显恒温水浴锅、DNP-9162-1型电热恒温培养箱：金坛市荣华仪器制造有限公司；AR2130型分析天平：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；YP5002型电子天平：上海佑科仪器仪表有限公司；JYL-350型料理机：山东九阳小家电有限公司；8411型电动振筛机：上虞市道墟星峰仪器厂；100目标准筛：浙江上虞市道墟张兴纱筛厂；SHZ-D（Ⅲ）循环水式真空泵、KQ-C型玻璃仪器气流烘干器：巩义市予华仪器有限责任公司；TA-XTplus质构仪：英国StableMicroSystems；TV1800紫外可见分光光度计：上海美谱达仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 麦冬酸奶制作工艺流程

1.3.2 麦冬提取液的制备

采用热水浸提法，将干麦冬粉碎，过筛（100目），按料液比1∶10（g∶mL）加蒸馏水，浸泡150 min，90 ℃水浴加热180 min，然后用真空泵进行抽滤，取其滤液，备用。

1.3.3 单因素试验

在100mL纯牛奶中分别加入麦冬提取液0、3mL、6mL、9 mL、12 mL、15 mL，白砂糖添加量5%、6%、7%、8%，水浴加热到60℃时，搅拌均匀，经过90℃、10 min灭菌后冷却至42℃，接种发酵菌种（按说明书中的量进行添加）并分别加入0.3 g/L、0.5 g/L、0.7 g/L、0.9 g/L和1.1 g/L的TG，发酵6.0 h、6.5 h、7.0 h和7.5 h，置于0～4℃后熟24 h。每个实验重复3次，对照为不加TG，考察麦冬提取液、白砂糖、TG添加量及发酵时间对酸奶品质的影响。

1.3.4 响应面法优化麦冬酸奶发酵工艺

选择对酸奶品质影响较大的3个单因素（TG添加量，麦冬添加量和发酵时间），以感官评分为响应值，利用Design-Expert设计3因素3水平响应面试验，并对数据进行回归分析，预测凝固型麦冬酸奶的最佳制作工艺条件，响应面试验因素与水平见表1。

表1 酸奶发酵工艺优化响应面试验因素与水平Table 1 Factors and levels of response surface experiments for yogurt fermentation process optimization

1.3.5 酸奶品质测定方法

（1）质构特性的测定

利用TA-XTplus质构仪测定酸奶质构特性，选择A-BE d-40探头，距离10 mm，触发力5.0 g，进行测样，每测一次将探头清洗干净后擦干再测下一个样品。

（2）持水力的测定

取20 mL酸奶置于离心管中，并测定样品质量w，以4000r/min的转速离心10min，取出后在室温下静置10min，除去上清液，测残余物质量w0，酸奶持水力的计算公式如下：

（3）胶体脱水收缩敏感性的测定

分别从样品中取约20g酸奶（w实），放在漏斗上过滤2h，称取过滤所得清液的质量w，酸奶的胶体脱水收缩敏感性计算公式如下：

（4）感官品质的评定

从色泽、风味、组织状态对酸奶进行评价，满分为100分，酸奶感官评定标准如表2所示。

表2 酸奶感官评定标准Table 2 Sensory evaluation standards of yogurt

（5）pH的测定

取后熟24 h的酸奶，用PHS-25型实验室pH计依次测定各酸奶的pH值并记录。

2 结果与分析

2.1 麦冬提取液添加量对酸奶品质的影响

将麦冬提取液分别按0、3mL、6mL、9mL、12mL、15mL加入100 mL纯牛奶中，混合6%的白砂糖，加入1 g/L的发酵剂和TG 0.5 g/L，发酵6.5 h，后熟，测定酸奶的质构、持水力、胶体脱水收缩敏感性、pH和感官评分，结果分别如表3和表4所示。

表3 麦冬提取液添加量对酸奶质构的影响Table 3 Effect ofOphiopogon japonicus extract addition on yogurt texture

表4 麦冬提取液添加量对酸奶品质的影响Table 4 Effect ofOphiopogon japonicusextract addition on yogurt quality

通过质构仪A/BE的反挤压装置测定一系列力的变化可以反应出酸奶的不同特性[21]。粘结性中负的力值说明酸奶对活塞的附着性，即力的绝对值越大，酸奶粘性越大，一般较稠的酸奶粘性较大；正的力值和面积越大，说明内聚力越大、酸奶越稠，对活塞下压时的抵抗力越大，也说明酸奶细腻度、爽滑性越差。从测试结果可以看出，正的峰值力越大，口感越粘稠，样品越易粘探头，这样就能很好的把酸奶的口感品尝结果量化。

由表3可知，随着麦冬提取液添加量的增加，酸奶的质构特性呈现不规则的变化趋势，相对而言麦冬提取液添加量为6 mL/100 mL牛奶和9 mL/100 mL牛奶时较好一些。由表4可知，酸奶的持水力随着麦冬添加量的增加而降低，而收缩敏感性上升，考虑到在一定范围内持水力越高，收缩敏感性越低，酸奶品质越好，结合感官评分，得出麦冬提取液添加量为9 mL/100 mL牛奶时，酸奶的品质最好。

2.2 白砂糖添加量对酸奶品质的影响

将白砂糖按5%、6%、7%和8%的添加量加入纯牛奶中，麦冬提取液添加量为9 mL/100 mL牛奶，加入发酵剂和TG 0.5 g/L，发酵6.5 h，后熟，测得酸奶的质构、持水力、脱水收缩敏感性、pH和感官评分，考察白砂糖添加量对酸奶品质的影响，结果如表5和表6所示。

表5 白砂糖添加量对酸奶质构的影响Table 5 Effect of white granulated sugar addition on yogurt texture

表6 白砂糖添加量对酸奶品质的影响Table 6 Effect of white granulated sugar addition on yogurt quality

由表5可知，质构仪测得酸奶的硬度、稠度和粘结性都是随着糖的添加量的增加而降低，但是粘性指数却是先降低后上升。同时，由表6可知，随着糖的添加量的增加，酸奶的持水力逐渐上升，而脱水收缩敏感性逐渐下降，这可能是因为糖的加入增加了酸奶的固形物含量，酸奶的固形物含量越高，持水力越大，胶体脱水收缩敏感性越小。另外，在酸奶加工过程中，需要糖的协助，才能使酸奶的口味变得酸甜可口，添加量过多或过少都会影响酸奶的口感，白砂糖的最佳添加量为6%。

2.3 发酵时间对酸奶品质的影响

将白砂糖按6%的比例加入纯牛奶中，麦冬提取液添加量为9 mL/100 mL牛奶，加入发酵剂和TG 0.5 g/L，分别发酵6.0 h、6.5 h、7.0 h和7.5 h，测定酸奶的质构、持水力、脱水收缩敏感性、pH，并进行感官评分，考察发酵时间对酸奶品质的影响，结果如表7和表8所示。

表7 发酵时间对酸奶质构的影响Table 7 Effect of fermentation time on yogurt texture

表8 发酵时间对酸奶品质的影响Table 8 Effect of fermentation time on yogurt quality

由表7和表8可知，在6.0～7.5 h的发酵时间内，麦冬酸奶的硬度、稠度、粘结性和粘性指数相差都不大，非常接近，而酸奶的持水力随着发酵时间的延长而逐渐升高，胶体脱水收缩敏感性随着发酵时间的延长而降低，但发酵7.0 h和7.5 h的酸奶持水力和胶体脱水收缩敏感性差异不明显。结合感官评分，发酵7.0 h时感官评分最高，所以综合各方面的因素，发酵时间为7.0 h时酸奶品质最好。

2.4 TG添加量对酸奶品质的影响

在酸奶制作过程中分别加入0.3 g/L、0.5 g/L、0.7 g/L、0.9 g/L和1.1 g/L TG酶，对照组为不加酶，测定酸奶的质构、持水力、脱水收缩敏感性、pH，并进行感官评分，考察TG添加量对麦冬酸奶品质的影响，结果如表9和表10所示。

表9 转谷氨酰胺酶添加量对酸奶质构的影响Table 9 Effect of transglutaminase addition on yogurt texture

由表9可知，在0.3～1.1 g/L的范围内，随着TG添加量的增加，酸奶的硬度和稠度逐渐增大。而粘结性和粘性指数的绝对值逐渐下降。与对照组相比，TG的添加显著提高了麦冬酸奶的硬度和稠度。而随着TG添加量的增加，酸奶pH值逐渐增大，但差异并不明显，特别是在添加量为0.5～1.1 g/L时，酸奶pH值几乎相等。

表10 转谷氨酰胺酶添加量对酸奶品质的影响Table 10 Effect of transglutaminase addition on yogurt quality

由表10可知，酸奶的持水力随着TG添加量的增加逐渐降低，只有当添加量为0.3 g/L时，酸奶的持水力高于对照组，其他的添加量酸奶的持水力反而低于对照组。只有添加量为0.5g/L时，酸奶的脱水收缩敏感性高于对照组，而其他添加量均低于对照组。感官评分方面，当TG添加量为0.3 g/L和0.5 g/L时，得分最高，且高于对照组，而添加量高于0.5 g/L时，酸奶的组织状态越来越紧密，弹性很强，失去了酸奶原本的口感特性。为了实际生产考虑，添加0.3 g/L TG的酸奶既可以改善酸奶品质，也可以适当降低生产成本，即最适宜的TG添加量为0.3 g/L。

2.5 响应面试验设计方案结果及分析

2.5.1 响应面法试验结果

选择TG添加量、麦冬添加量和发酵时间进行3因素3水平的Box-Behnken中心组合试验设计，试验结果如表11所示。

表11 酸奶发酵工艺优化响应面试验结果与分析Table 11 Results and analysis of response surface experiments for yogurt fermentation process optimization

利用Design-Expert软件对表11的试验数据进行多元回归比拟，可得出感官评分对TG添加量、麦冬提取液添加量和发酵时间的二次多项回归方程为Y=89.00-4.5A+0.13B-0.88C+2.50AB-2.50AC+5.25BC-12.13A2-9.88B2-7.87C2。模型的F=166.37，P＜0.000 1，表明该试验所用的二次模型是极显著的，失拟项P值为0.100 8＞0.05，对模型是有利的，无失拟因素存在。

2.5.2 方差分析

回归模型方差分析见表12。由表12可知，一次项A、二次项A2、B2、C2、交互项AB、AC、BC对感官评分都有极显著影响（P＜0.01）。因素B和因素C对感官评分没有显著影响（P＜0.05）。

表12 回归模型方差分析Table 12 Variance analysis of regression model

2.5.3 最佳方案的预测和验证

利用Design-Expert软件进行回归模型并预测凝固型麦冬酸奶制作工艺最佳方案为：TG添加量0.03 g/L，麦冬提取液添加量8.92 mL/100 mL牛奶，发酵时间6.98 h，同时酸奶的感官评分为89.4分。根据优化的最佳工艺条件，采用TG添加量0.03 g/L，麦冬提取液添加量9 mL/100 mL牛奶，发酵时间7 h的工艺条件制作麦冬酸奶，感官评分平均值为89.7分。由于预测值和验证值很接近，而且相对误差为0.33%，因此说明该模型的拟合程度较好，回归方程和响应面法对酸奶品质的分析和预测是可行的。

3 结论

本研究在单因素试验的基础上，通过响应面法优化麦冬酸奶发酵条件，其最佳工艺为：TG添加量0.3 g/L，白砂糖添加量6%，麦冬提取液添加量9 mL/100 mL牛奶，发酵时间7h，发酵温度为42℃。在此条件下，麦冬酸奶的持水力为93%，胶体脱水收缩敏感性为40.3%，硬度为494.19 g，稠度为2055.63g·s，粘结性为-161.83 g，粘性指数为-585.13 g·s，感官评分平均值为89.7分。试验结果表明，在一定范围内，加入TG可以改善凝固型麦冬酸奶的质构，提高持水力，降低胶体脱水收缩敏感性，使酸奶的感官品质提高。

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Application of transglutaminase inOphiopogon japonicusset yogurt

CHEN Kaishuang1,CHEN Meifang1,2,YU Bo1,YU Haizhong1,WU Jinju1*
(1.College of Chemical Engineering and Food Science,Hubei University of Arts and Science,Xiangyang 441053,China;2.College of Food Science and Technology,Guangdong Ocean University,Zhanjiang 524094,China)

Transglutaminase can catalyze protein cross-linking effect,and improve the texture characteristics of yogurt.On the basis of single factor experiments,the optimum conditions ofOphiopogon japonicusset yogurt were optimized by response surface methodology using sensory evaluation score as evaluation index,and then the mathematical regression models were established.Results showed that the optimum processing technology of O.japonicusyogurtwasasfollows:transglutaminase0.3g/L,granulatedsugar6%,O.japonicusextractsolution 9 ml/100 mlmilk,fermentation time 7 h,and temperature 42℃.In this conditions,the water-holding capacity was 93%,the collioid syneresis sensitivity was 40.3%,the firmness was 494.19 g,the consistency was 2 055.63 g·s,the cohesiveness was-161.83 g,the viscosity index was-585.13 g·s,and the average sensory score was 89.7.The research provided a certain basis for the development and production ofO.japonicusyogurt.

Ophiopogon japonicus;transglutaminase;set yogurt;response surface methodology

TS252.5

0254-5071（2017）09-0158-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.09.034

2017-03-27

湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队计划项目（T201616）；襄阳市科技局研究与开发计划项目；湖北文理学院食品新型工业化学科群建设项目；湖北省普通本科高校“荆楚卓越人才”协同育人计划项目

陈开霜（1996-），男，本科生，研究方向为食品加工高新技术。

*通讯作者：吴进菊（1983-），女，副教授，博士，研究方向为食品加工高新技术。