谷氨酰胺转氨酶添加量对酸羊乳凝胶特性的影响

王银，张富新，王毕妮，张哲源，高佳媛，冯翠娇

(陕西师范大学 食品科学与营养工程学院，陕西 西安，710119)

谷氨酰胺转氨酶添加量对酸羊乳凝胶特性的影响

王银，张富新*，王毕妮，张哲源，高佳媛，冯翠娇

(陕西师范大学 食品科学与营养工程学院，陕西 西安，710119)

采用不同添加量(1、2、3 u/g蛋白)谷氨酰胺转氨酶(transglutaminase，TG)在40 ℃下处理羊乳2 h后制备酸羊乳，研究TG添加量对酸羊乳凝乳时间，凝乳时及后发酵24 h时的酸度、持水性、质构特性和微观结构的影响。结果表明，TG处理羊乳后制备的酸羊乳其凝乳时间随着TG浓度的增大逐渐缩短，但TG浓度对酸羊乳凝乳时和后发酵24 h的酸度无明显影响(pgt;0.05)；TG处理可显著提高酸羊乳的持水性(plt;0.05)，尤其是TG浓度为2～3 u/g蛋白时效果更加明显；质构分析表明，随着TG浓度的增大，酸羊乳凝乳时和后发酵24 h的硬度和黏性显著增加。TG处理酸羊乳凝乳时的内聚性无明显影响(pgt;0.05)，但对后发酵24 h时的内聚性影响显著(plt;0.05)。然而TG处理对酸羊乳弹性影响不大(pgt;0.05)；通过对酸羊乳的微观结构观察发现，用TG添加量为2～3 u/g蛋白处理羊乳制备的酸羊乳中蛋白质形成更加致密的网络结构，有利于酸乳凝胶的形成。

羊乳；酸乳；谷氨酰胺转氨酶；凝胶特性

羊乳营养价值很高，富含蛋白质、脂肪、乳糖、矿物质、维生素以及生物活性物质[1]，可用于生产乳粉、乳酪、酸乳等多种乳制品。用羊乳生产的酸乳，具有组织状态光滑细腻，风味独特的优点，深受消费者欢迎[2]。在酸乳发酵期间，乳蛋白通过静电作用力、氢键、疏水键形成凝胶，使乳由液态转变为凝胶状态[3]，尤其是乳中的酪蛋白是形成乳凝胶的基础。羊乳中蛋白质组成与牛乳有较大的差别，羊乳中酪蛋白含量显著低于牛乳，尤其是αs1-酪蛋白含量较低[4]，导致羊乳在形成凝胶时凝乳时间较长，凝块较软，乳清易析出等缺陷。为了改善羊乳的凝胶特性，人们通常在羊乳中添加乳粉[5]、乳清粉[6]或超滤浓缩[7]等方法提高乳固形物浓度，以提高羊乳的凝乳特性。近年来随着食品生物技术的发展，应用谷氨酰胺转氨酶(transglutaminase，TG)处理原料乳来提高酸乳的凝胶特性已成为研究热点。TG是一种催化蛋白质侧链中谷氨酰胺残基与赖氨酸之间发生交联反应形成共价键的蛋白酶，可改变蛋白质水合能力、溶解度、持水性、黏度、弹性等凝胶性能[8-9]，已在肉制品[10]、豆制品[11]、乳制品[12]等富含蛋白质食品中广泛应用。研究发现，乳中蛋白质是TG良好的底物，可促使酪蛋白胶束内发生交联，提高发酵乳的凝乳强度[13]。TG催化蛋白质交联反应取决于酶添加量[14]、酶反应时间[15]、pH[16]和蛋白质浓度[17]等，其中TG添加量对乳的凝胶特性影响较大。本研究用不同添加量的TG处理羊乳后制备酸羊乳，研究其凝乳时和后发酵24 h时的凝胶特性，为提高酸羊乳品质提供依据。

1 材料与方法

1.1材料与试剂

羊乳，西北农林科技大学教学试验农场的新鲜混合羊乳(乳蛋白含量为3%)；酸奶发酵剂，丹尼斯克YO-MIX187(由嗜热链球菌Streptococcusthermophilus和保加利亚乳杆菌种Lactobacillusbulgaricus组成)；谷氨酰胺转氨酶(TG-N，100 u/g)，江苏一鸣生物科技有限公司；戊二醛、乙酸异戊酯、乙醛、无水乙醇均为分析纯。

1.2仪器与设备

S-3400N扫描电子显微镜，日本日立公司；TA.XT.Plus质构仪，英国stable micro stystem；Z 206A离心机，德国Hermle公司；GSP-9080MBE隔水式恒温培养箱，上海博讯实业有限公司医疗设备厂；PHSJ-4A型pH计，上海仪电科学仪器股份有限公司。

1.3方法

1.3.1 TG处理羊乳

将新鲜羊乳在90 ℃下杀菌5 min后，迅速冷却到40 ℃，然后按乳蛋白含量添加TG，使羊乳中TG浓度分别达到1、2、3 u/g蛋白，在40 ℃下处理2 h后，80 ℃灭酶5 min，冷却到42 ℃，用于酸羊乳的制备。

1.3.2 酸羊乳的制备

在TG处理的羊乳中加入质量分数为0.02%的YO-MIX 187酸奶发酵剂，混合均匀后分装于200 mL的玻璃瓶中，42 ℃下发酵至凝乳，然后在5 ℃下后发酵24 h。测定凝乳时和后发酵24 h时的凝胶特性，并以未经TG处理的酸羊乳为对照。

1.3.3 酸度的测定

按照GB 5009.239—2016[31]方法测定酸羊乳的酸度，结果表示为°T。

1.3.4 质构特性的测定

采用TA.XTplus质构仪测定酸羊乳凝胶的质构特性。采用TPA操作模式：探头用P/36R柱形探头，直径为35 mm，测量时探头移动的速度为1 mm/s，下降深度为15 mm，感应力Auto-5 g。数据攫取速度为200 PPS。分析软件为 Stable Micro Systems，2006，version 3.0。

1.3.5 持水性的测定

采用ERCILI[18]的方法。取10 g酸羊乳于50 mL离心管中，在3 500 g下离心10 min，称取上清液的质量(m)，按公式(1)计算样品的持水性：

(1)

1.3.6 微观结构的测定

1.3.7 数据处理

采用 SPSS Statistics 22.0 统计分析软件的ANOVA方法对实验数据进行差异显著性检验分析，以plt;0.05为差异显著。

2 结果与分析

2.1TG添加量对酸羊乳凝乳时间及酸度的影响

不同TG添加量处理羊乳后制备酸羊乳，其凝乳时间及凝乳时和后发酵24 h时的酸度见表1。

表1 TG添加量对酸羊乳凝乳时间及酸度的影响

注：同列不同字母表示差异显著plt;0.05。

由表1可见，羊乳经TG处理后制备的酸羊乳，与未经处理的对照组相比，其凝乳时间明显缩短(plt;0.05)，且随着TG处理量的提高，凝乳时间也逐渐缩短。然而酸羊乳在凝乳时及后发酵24 h时的酸度变化不大(pgt;0.05)，并不受TG处理量的影响。酸乳的凝乳时间与乳中蛋白质组成密切相关，与牛乳相比，羊乳中酪蛋白含量较低，尤其是羊乳中αS1-酪蛋白含量更低[4]，导致羊乳凝乳较软，凝乳时间较长，但羊乳经TG处理后，由于TG可促使羊乳中酪蛋白发生交联反应，使乳蛋白更易形成网络结构，加快凝乳过程，使凝乳时间缩短。TG处理能够缩短乳的凝乳时间已有报道，NAGWA[20]用浓度为1.3 u/g蛋白的TG处理牛乳，发现凝乳时间缩短了10%，且随着TG添加量的提高，凝乳时间也随之缩短；MARIA[21]也报道，用TG在40℃处理牛乳3 h，当TG添加量为2.2 u/g蛋白时的凝乳时间缩短了9%，且随TG添加量增大，凝乳时间缩短。酸乳的酸度主要是乳发酵过程中乳酸菌分解乳糖后产生乳酸形成的，而TG主要作用于乳中的酪蛋白[1]，对乳的产酸能力影响不大。

2.2TG添加量对酸羊乳的凝胶持水性的影响

不同TG添加量处理羊乳后制备的酸羊乳在凝乳时和后发酵24 h时的凝胶持水性见图1。

图1 TG添加量对酸羊乳凝胶持水性的影响Fig.1 Effect of TG concentration on the water holding capacity of goat yougurt注：大小写不同字母代表差异显著plt;0.05。

由图1可以看出，羊乳经TG处理后制备的酸羊乳不论是凝乳时还是后发酵24 h时，其持水性随TG添加量的增加有逐渐提高的趋势。与对照组(未经TG处理)相比，酸羊乳的持水性显著提高(plt;0.05)，当TG添加量达到2 u/g蛋白时，凝乳时酸乳的持水性比对照组提高了35%，后发酵24 h时酸羊乳的持水性比对照组提高了30%。然而，TG添加量为2 u/g蛋白和3 u/g蛋白时，凝乳时和后发酵24 h时的持水性无显著差异(pgt;0.05)。酸乳的持水性表示酸乳中液相与凝胶的分离程度[18]，持水性越低，酸乳凝胶中水分易析出。通过TG处理提高酸乳持水性报道较多，FAERGEMAND[22]用TG处理牛乳，随着TG添加量的提高，酸乳凝胶的持水性显著增大；ARDELEAN[15]等人用TG在40 ℃处理羊奶2 h，当TG添加量达到1.8 u/g蛋白时，酸羊乳持水性显著提高；FARNSWORTH[23]等人也报道，与对照组(未经TG处理)相比，用TG在40℃下处理牛乳2 h时，TG添加量为2 u/g蛋白时的持水率提高了40%。这说明用TG处理牛羊乳时，其含量在2 u/g蛋白时，可有效提高酸乳的持水性，防止乳清析出。TG处理能够提高酸乳持水性可能与TG交联作用引入了稳定的共价键导致了酸乳凝胶孔径的缩小有关[24]。

2.3TG浓度对酸羊乳质构特性的影响

酸乳的质构特性直接影响酸乳的品质和人们对酸乳的接受程度。通过TPA(texture profile analysis)模式对TG处理制备酸羊乳的硬度、内聚性、弹性及黏性的测定结果如图2所示。

图2 TG对酸羊乳凝乳时及后发酵24 h质构特性的影响Fig.2 Effect of TG concentration on the texture properties of goat yogurt

由图2可知，TG处理对酸羊乳质构特性有较大的影响，与未经TG处理的对照组相比，通过TG处理后制备的酸羊乳在凝乳时和后发酵24 h的硬度和黏性有较大的提高，且随着TG添加量提高硬度和黏性增加显著(plt;0.05)；酸乳的内聚性在凝乳时变化不大(pgt;0.05)，在后发酵24 h时，TG添加量组显著高于对照组(pgt;0.05)，但不同TG浓度处理间无明显差异(pgt;0.05)；然而TG处理对酸乳的弹性无明显影响，不同TG添加量处理组与未经TG处理的对照组间无明显差异(pgt;0.05)。大量研究表明，TG处理可显著提高酸凝乳的硬度，ARDELEAN[15]用1.8 u/g蛋白的TG对羊乳在40 ℃下处理2 h时，凝乳时酸羊乳的硬度提高了33%；DOMAGAA[25]也报道，用2 u/g蛋白TG处理羊乳，在40 ℃下保温2 h，羊乳的酸凝胶的硬度提高了43%。本研究中，当TG处理使用2 u/g蛋白时，凝乳时和后发酵24 h时，酸乳的硬度比未经TG处理的对照组分别提高54%和93%，表明TG处理对提高酸凝乳效果明显。酸乳的黏性反映其对物体的附着力，通常黏性越大，酸乳的稠度越高，虽然TG处理对酸羊乳黏性影响未见报道，但TG处理提高酸牦牛乳和酸牛乳的黏度已有报道，ZHANG[26]研究了不同TG浓度处理显著提高牦牛乳及牛乳酸乳凝胶的黏度，在TG添加量为1 u/g蛋白时，酸牦牛乳和酸牛乳黏度分别提高了226%和79%。酸乳的内聚性反映酸乳的口感的爽滑性和细腻度[27]，TG处理对酸羊乳凝乳时内聚性影响不大，但对后发酵24 h时有显著性影响，尤其是在TG添加量为2～3 u/g蛋白时，提高酸羊乳的感官特性。总之，TG浓度为2～3 u/g蛋白处理羊乳时，酸羊乳的硬度、内聚性及黏性有所改善，有利于提高酸羊乳的品质。

2.4TG对酸羊乳微观结构的影响

不同TG添加量处理羊乳制备的酸羊乳及对照组凝乳时的扫描电子显微图见图3。

注：a为对照组(未经TG处理)，b、c、d分别为TG浓度为1、2、3 u/g蛋白酸羊乳的扫描电子显微镜图图3 酸羊乳扫描电子显微图(×4 000)Fig.3 Scanning electron micrographs of goat yogurt

由图3可见，未经TG处理的对照组酸羊奶(a)中蛋白质具有较分散的凝胶结构，蛋白质之间的连接具有较大的孔径。经过TG处理的酸羊乳(b、c、d)蛋白质凝胶结构较为致密，且随着TG处理添加量的提高，蛋白质交联越致密。在酸乳发酵期间，由于乳酸的产生，使乳中的pH下降，乳中的蛋白质聚集成网络结构使乳凝固，TG可使乳中蛋白质发生交联形成较大的蛋白质聚集体，加速了蛋白质网络的交联，促进乳的凝固[28-29]。马薇[30]报道，用TG处理牛乳时，随着TG添加量的增加，酸牛乳凝胶的微观结构更加密实；DOMAGAA[14]也报道，TG处理可使乳中酪蛋白胶束变小，从而形成较为紧实的空间，有利于封锁水分，防止乳清析出。本研究中TG处理的酸羊乳在TG浓度为2～3 u/g蛋白时，蛋白质连接具有较高的致密度及较小的孔隙，也证实了TG处理羊乳可有效提高酸羊乳的持水性和硬度，提高酸乳的凝乳特性。

3 结论

通过不同添加量TG处理羊乳后制备酸羊乳，研究其在凝乳时和后发酵24 h的凝乳特性。结果表明，酸羊乳的凝乳时间随TG添加量的增大逐渐缩短，但TG添加量对酸乳凝乳时和后发酵24 h时酸度无明显影响。质构分析表明，TG添加量对酸羊乳在凝乳时和后发酵24 h的硬度和黏性有显著影响，且随TG添加量增加酸乳的硬度和黏性逐渐增大，这有利于酸乳凝胶的形成。通过TG处理羊乳后制备酸羊乳的微观结构观察发现，TG添加量在2～3 u/g蛋白时，酸乳中的蛋白质形成的网络结构更加致密，有利于酸凝胶的形成。

[1] DELGADO K,DA SILVA FRASAO B,DA COSTA M,et al.Different alternatives to improve rheological and textural characteristics of fermented goat products—A review[J].Rheol:Open Access,2017,1(106):2.

[2] SILVA F A,DE OLIVEIRA M E G,DE FIGUEIRDO R M F,et al.The effect of Isabel grape addition on the physicochemical,microbiological and sensory characteristics of probiotic goat yogurt[J].Food amp; Function,2017,8(6):2 121-2 132.

[3] 王鹏杰,甘伯中,杨敏,等.酸凝乳凝胶形成机理的研究进展[J].食品工业科技,2012,33(13):420-423.

[4] 刘欣欣,李发弟,乐祥鹏,等.羊奶成分和奶中主要蛋白的研究进展[J].中国畜牧杂志,2016,52(9):87-91.

[5] COSTA R G,FILHO E M B,SOUSA S D,et al.Physicochemical and sensory characteristics of yogurts made from goat and cow milk[J].Animal Science Journal,2016,87(5):703.

[6] CHENG J,XIE S,YIN Y,et al.Physiochemical,texture properties,and the microstructure of set yogurt using whey protein-sodium tripolyphosphate aggregates as thickening agents[J].Journal of the Science of Food and Agriculture,2017,97(9).DOI:10.1002/JSFA.8110.

[7] MOINEAU-JEAN A,GUÉVREMONT E,CHAMPAGNE C P,et al.Fate ofEscherichiacoliandKluyveromycesmarxianuscontaminants during storage of Greek-style yogurt produced by centrifugation or ultrafiltration[J].International Dairy Journal,2017,72:36-43.

[8] JAROS D,PARTSCHEFELD C,HENLE T,et al.Transglutaminase in dairy products:chemistry,physics, applications[J].Journal of Texture Studies,2010,37(2):113-155.

[9] MOTOKI M,NIO N,TAKINAMI K.Functional properties of food proteins polymerized by transglutaminase[J].Agricultural amp; Biological Chemistry,1984,48(5):561-566.

[10] 聂晓开,邓绍林,周光宏,等.复合磷酸盐、谷氨酰胺转氨酶、大豆分离蛋白对新型鸭肉火腿保水特性和感官品质的影响[J].食品科学,2016,37(1):50-55.

[11] 汪亚强,罗水忠,钟昔阳,等.谷氨酰胺转氨酶对大豆与小麦混合蛋白凝胶性质的影响[J].食品科学,2016,37(21):48-52.

[12] ABOU-SOLIMAN N H,SAKR S S,AWAD S.Physico-chemical,microstructural and rheological properties of camel-milk yogurt as enhanced by microbial transglutaminase[J].Journal of Food Science and Technology,2017:54(6):1 616.

[13] ZHANG L,ZHANG L,YI H,et al.Enzymatic characterization of transglutaminase fromStreptomycesmobaraensisDSM 40587 in high salt and effect of enzymatic cross-linking of yak milk proteins on functional properties of stirred yogurt[J].Journal of Dairy Science,2012,95(7):3 559-3 568.

[14] DOMAGAA J,WSZOEK M,TAMIME A Y,et al.The effect of transglutaminase concentration on the texture, syneresis and microstructure of set-type goat's milk yogurt during the storage period[J].Small Ruminant Research,2013,112(1-3):154-161.

[15] ARDELEAN A I,OTTO C,JAROS D,et al.Transglutaminase treatment to improve physical properties of acid gels from enriched goat milk. [J].Small Ruminant Research,2012,106(1):47-53.

[16] DOMAGAA J,SADY M,GREGA T,et al.Changes in texture of yogurt from goats milk modified by transglutaminase depending on pH of the milk[J]. Biotechnol Anim Husb,2007,23:171-178.

[17] IBRAHEM S A,ZUBEIR I E M E.Processing, composition and sensory characteristic of yogurt made from camel milk and camel-sheep milk mixtures[J].Small Ruminant Research,2016,136:109-112.

[18] ERCILI-CURA D,LILLE M,LEGLAND D,et al.Structural mechanisms leading to improved water retention in acid milk gels by use of transglutaminase[J].Food Hydrocolloids,2013,30(1):419-427.

[19] DOMAGAA J,WSZOEK M,TAMIME A,et al.The effect of transglutaminase concentration on the texture, syneresis and microstructure of set-type goat's milk yogurt during the storage period[J].Small Ruminant Research,2013,112(1):154-161.

[20] ABOU-SOLIMAN N H,SAKR S S,AWAD S.Physico-chemical,microstructural and rheological properties of camel-milk yogurt as enhanced by microbial transglutaminase[J].Journal of Food Science and Technology,2017,6(54):1 616-1 627.

[21] TSEVDOU M S,ELEFTHERIOU E G,TAOUKIS P S.Transglutaminase treatment of thermally and high pressure processed milk:Effects on the properties and storage stability of set yogurt[J].Innovative Food Science amp; Emerging Technologies,2013,17:144-152.

[22] F☞RGEMAND M,SØRENSEN M V,JØRGENSEN U,et al.Transglutaminase: Effect on instrumental and sensory texture of set style yogurt[J].Milchwissenschaft-milk Science International,1999,54(10):563-566.

[23] FARNSWORTH J P,LI J,HENDRICKS G M,et al.Effects of transglutaminase treatment on functional properties and probiotic culture survivability of goat yogurt[J].Small Ruminant Research,2006,65(1):113-121.

[24] LORENZEN P C.Effects of varying time temperature-conditions of pre-heating and enzymatic cross-linking on techno-functional properties of reconstituted dairy ingredients[J].Food Research International,2007,40(6):700-708.

[25] DOMAGAA J,SADY M,GREGA T,et al.Changes in texture of yogurt from goat’s milk modified by transglu-taminase depending on pH of the milk[J].Biotechnology in Animal Husbandry,2007,23(5-6-2):171-178.

[26] ZHANG L,YI H,DU M,et al.Enzymatic characterization of transglutaminase fromStreptomycesmobaraensisDSM 40587 in high salt and effect of enzymatic cross-linking of yak milk proteins on functional properties of stirred yogurt[J].Journal of Dairy Science,2012,95(7):3 559-3 568.

[27] SHI J,LI D,ZHAO X H.Quality attributes of the set-style skimmed yogurt containing enzymatic cross-linked or thermal polymerized whey protein isolate[J].CyTA-Journal of Food,2017，15(1):1-7.

[28] SCHORSCH C,CARRIE H, NORTON I T.Cross-linking casein micelles by a microbial transglutaminase:influence of cross-links in acid-induced gelation[J].International Dairy Journal,2000,10(8):529-539.

[29] FARNSWORTH J,LI J,HENDRICKS G,et al.Effects of transglutaminase treatment on functional properties and probiotic culture survivability of goat yogurt[J].Small Ruminant Research,2006,65(1):113-121.

[30] 马微,杨会琴,王海波,等.谷氨酰胺转胺酶作用的酸奶超微结构电镜观察[J].食品科学,2006,27(2):104-107.

[31] 中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会 GB 5009.239—2016 食品酸度的测定 食品安全国家标准[S].北京:中国标准出版社,2016.

Effectoftransglutaminaseconcentrationonthegelpropertiesofgoatyogurt

WANG Yin, ZHANG Fu-xin*, WANG Bi-ni, ZHANG Zhe-yuan, GAO Jia-yuan, FENG Cui-jiao

(College of Food Engineering and Nutritional Science,Shaanxi Normal University,Xian 710119,China)

In this research, yogurt was fermented using the goat milk treated with different concentrations of transglutaminase (TG; 1, 2, 3 u/g protein) at 40 ℃ for 2 h to investigate the effects of TG concentration on yogurt coagulation time, and the acidity, water holding capacity, texture characteristics and microstructure at the end of fermentation and 24 hours after fermentation. The results showed that the coagulation time of the goat milk treated by TG gradually decreased with the increase of TG concentration, but the acidity in curd and fermentation of 24 h had no significant change (pgt;0.05) when added different concentrations of TG. The water holding capacity of goat yogurt could be improved significantly(plt;0.05) with TG treatment, especially when the concentration of TG was 2 to 3 u/g protein. The texture analysis showed that hardness and viscosity at the end of fermentation and post-fermentation of 24 h of goat yogurt increased significantly with the increase of TG concentration(pgt;0.05). TG processing had no significant effect on cohesiveness of goat milk at the end of fermentation (pgt;0.05), while it had significant influence on cohesiveness after fermentation of 24 h (plt;0.05). However, TG treatment had little effect on goat yogurt elasticity (pgt;0.05). By observing the microstructure of acid goat milk, it was found that the protein in goat's milk treated with TG concentration of 2-3 u/g protein was easier to form denser network structure, which facilitated the formation of goat yogurt gels. Overall, the gel properties of goat milk could be improved with the TG treatment in concentration of 2-3 u/g protein.

goat milk; yogurt; transglutaminase; gel properties

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.015149

硕士(张富新教授为通讯作者，E-mail:fuxinzh@snnu.edu.cn)。

陕西省科技成果转化专项资金(2016KTCG01-12)；中央高校基本科研业务费专项资金资助(GK201603097，GK201703063)；陕西省科技计划项目

2017-07-03，改回日期：2017-08-02