发酵条件对胶原蛋白肽酸奶质构特性的影响

董世荣，李欣，张晨，夏水英，王思雨

（哈尔滨学院食品工程学院，哈尔滨150086）

0 引 言

胶原蛋白是哺乳动物体内含量最多、分布最广的功能性蛋白[1-4]，属于模块化蛋白质家族的典型代表[5]。胶原蛋白因良好的生物可降解性及生物活性被广泛应用于食品、医药等领域[6]，在降血压、抗氧化等方面有良好的功效[7-8]。但具有独特三股螺旋结构[9]的胶原蛋白结构较稳定，消化吸收困难。但胶原蛋白肽可被有效吸收利用，羟脯氨酸、脯氨酸等含量较高，而色氨酸、酪氨酸等含量较低[10-12]。胶原蛋白肽在酸性条件下具有很好的分散性和乳化稳定性[13]，添加至酸奶中可丰富其营养价值，改善其功能特性。本研究通过测定添加不同量胶原蛋白肽、蔗糖、发酵菌种酸奶的质构特性，综合评价发酵条件对胶原蛋白肽酸奶质构特性影响规律，为实际生产胶原蛋白肽酸奶奠定理论基础。

1 实 验

1.1 材料

胶原蛋白肽：深海鳕鱼胶原蛋白肽，主要为Ⅰ型胶原蛋白肽，蛋白质质量分数≥99%，分子肽量1000～3000 u；鲜牛奶（符合GB19301-2010规定[14])；脱脂奶粉（符合GB19644-2010规定[15]）；混合乳酸菌种为保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌。

1.2 仪器与设备

LRH-150型生化培养箱，上海-恒科技有限公司；BCD-458WDV型冰箱，海尔；CT 3型食品物性测定仪，美国Brookfield；TD5A-WS型台式低速离心机，湖南湘仪离心机仪器有限公司；FE28型台式酸度计，梅特勒-托利多国际贸易（上海）有限公司；BZD 95自动封口机，温州盛典包装机械有限公司。

1.3 方法

1.3.1 胶原蛋白肽酸奶制备的工艺流程

鲜牛奶溶解脱脂奶粉(蛋白质质量分数3.0%)→添加胶原蛋白肽→均质→预热(60℃)→蔗糖调配→杀菌(90℃，10 min)→冷却(42℃)→接种发酵剂→装瓶→发酵(42℃)→冷却→后熟(4℃)→成品[16]

1.3.2 不同添加量胶原蛋白肽酸奶的制备

按白砂糖添加量6%，发酵剂接种量为0.1%，胶原蛋白肽添加量分别为0%，0.2%，0.4%，0.6%，0.8%；在42℃的恒温箱中发酵至凝乳，4℃后熟18 h，测定酸奶的质构特性[17]。

1.3.3 不同添加量蔗糖胶原蛋白肽酸奶的制备

按胶原蛋白肽添加量0.6%，发酵剂接种量为0.1%，蔗糖添加量分别为4%，5%，6%，7%，8%；在42℃的恒温箱中发酵至凝乳，4℃后熟18 h，测定酸奶的质构特性。

1.3.4 不同添加量菌种发酵剂胶原蛋白肽酸奶的制备

按胶原蛋白肽添加量0.6%，蔗糖添加量为6%，菌种发酵剂添加量分别为0.05%，0.1%，0.2%，0.3%，0.4%（均为质量分数，下同）；在42℃的恒温箱中发酵至凝乳，4℃后熟18 h，测定酸奶的质构特性。

1.3.5 酸奶质构特性的测定

利用美国Brookfield公司生产的CT 3型质构仪测定酸奶凝胶的质构特性。在室温下采用TPA模式[18]测定酸奶凝胶的硬度、黏性、弹性、胶着性、咀嚼性和内聚性。具体参数设置如下：探头为TA4/1000探头，测试前速度为2.0 mm/s，测试后速度为2.0 mm/s，测试速度为1.0 mm/s，穿透测试深度为30.0 mm/s，感应力为10.0 g。

1.3.6 微观结构的测定

利用扫描电镜分别观察添加0.0%和0.6%胶原蛋白肽的酸奶样品的微观结构[19]，具体步骤如下：（1）从表面＞10 mm处取4 mm×4 mm×3 mm（长×宽×高）酸奶样品；（2）将其固定在质量分数为25 g/kg戊二醛浓度为0.1 mol/L的磷酸缓冲溶液（p H＝6.8）中24 h（环境温度4℃）；（3）利用浓度为0.1 mol/L磷酸缓冲溶液（p H＝6.8）冲洗3次，每次10 min；（4）先后利用体积分数为50%，70%，90%的乙醇各脱水1次，每次15 min；（5）利用体积分数100%的乙醇脱水3次，脱水10 min；（6）等体积的100%乙醇和叔丁醇混合溶液脱水1次，脱水10 min，纯叔丁醇脱水1次，脱水10 min；（7）冷冻干燥；（8）固定、镀金；（9）上镜观察微观结构（25 k V）。

2 结果与分析

2.1 酸奶微观结构的分析

在牛奶中添加0和0.6%两个质量分数的胶原蛋白肽，再分别添加质量分数为6%的蔗糖、0.1%菌种接种量，在42℃发酵6 h，观察两者的微观形态存在较大的差异，结果图1所示。

由图1可以看出，胶原蛋白肽的添加改变了酸奶的微观形态，未添加胶原蛋白肽的酸奶样品的凝胶网络结构有规则、蛋白质分布更平滑和具有系统性，但是孔隙度较大，并且表面存在不均匀的状况。与未添加胶原蛋白肽的酸奶的微观结构相比较，添加胶原蛋白肽酸奶其微观结构较均匀、细腻，结构紧致，而且孔隙度较为均匀。酸奶的微观结构与质构特性密切相关[20]，胶原蛋白肽的加入破坏了酸奶蛋白质之间的交联，而蛋白质交联程度与酸奶凝胶质构特性中的硬度呈正相关[21]。因此测定了酸奶的质构特性。

图1未添加和添加胶原蛋白肽酸奶样品的微观结构

2.2 胶原蛋白肽添加量对酸奶质构特性的影响

在牛奶中添加0%，0.2%，0.4%，0.6%，0.8%五个质量分数梯度的胶原蛋白肽，再分别添加质量分数6%的蔗糖、0.1%菌种接种量，在42℃发酵发酵6 h，观察酸奶样品的硬度(Ha)、黏性(Ad)、弹性(Sp)、胶着性（Gu）、咀嚼性（Ch）和内聚性（Co）的变化如图2所示。

图2中，原蛋白肽的酸奶样品的质构特性：硬度为Ha，、黏性为Ad，、弹性为Sp，、胶着性为Gu，、咀嚼性为Ch，、内聚性为Co）。下同。随Cpa的变化胶原蛋白肽的添加显著改变了酸奶的硬度、黏性、胶着性和咀嚼性，随着Cpa增加这4个指标整体均呈现衰减趋势，但胶原蛋白肽的添加对酸奶的弹性几乎无影响，胶原蛋白肽的添加对内聚性的影响较小。当Cpa添加至0.8%时，硬度、黏性、胶着性、咀嚼性衰减十分迅速，分别由未添加时的236 g，5.27 m J，105 g和8.30 mJ快速下降至0.8%添加量时的183.5 g，4 m J，69 g和5.95 mJ，分别降低了22.2%，24.1%，34.3%和28.3%，4个指标的衰减速度较为一致。内聚性由未添加时的0.40降低至0.37，降低的幅度为7.5%。酸奶黏性与乳中酪蛋白尺寸密切相关，尺寸越小黏性越低[20]，胶原蛋白肽可能影响酸奶中酪蛋白胶束的形成，进而降低了酸奶的黏性。

图3中，归一化后的胶原蛋白肽酸奶：硬度为(Hag)，黏性为(Ad g)，弹性为（Sp g），胶着性为（Gug），咀嚼性为（Chg）和内聚性为（Cog），下同。

为定量表示添加量Cpa对酸奶硬度、黏性、弹性、胶着性、咀嚼性和内聚性的影响规律，本研究采用Logistic模型拟合归一化的硬度（Hag）、黏性（Ad g）和胶着性（Gug），采用Holiday模型拟合归一化的弹性(Spg)，采用Exp3P2模型拟合归一化的咀嚼性（Chg）和内聚性(Cog)（图3），指标归一化值表示添加不同量胶原蛋白肽酸奶样品的指标测量值与未添加胶原蛋白肽酸奶样品指标测量均值的比值，利用最小二乘法回归分析得到的Hag，Ad g，Spg，Gug，Chg和Cog经验模型分别表示为

图2不同添加量胶原蛋白肽的酸奶样品的质构特性随添加量Cpa的变化

2.3 蔗糖的添加量对酸奶质构特性的的影响

在牛奶中添加质量分数为4%，5%，6%，7%，8%五个梯度的蔗糖，再分别添加0.6%的胶原蛋白肽、0.1%菌种接种量，在42℃发酵发酵不同时间6h，观察酸奶样品的硬度(Ha)、黏性(Ad)、弹性(Sp)、胶着性（Gu）、咀嚼性（Ch）和内聚性（Co）的变化如图4所示。

图3胶原蛋白肽添加量变化归一化胶原蛋白肽酸奶的回归分析结果

蔗糖的添加显著改变了酸奶的硬度、黏性、胶着性和咀嚼性，随着蔗糖添加量（Sua）增加这4个指标整体均呈现衰减趋势，但蔗糖的添加对酸奶的弹性和内聚性的影响较小。由图4可以看出，当Sua添加从4%增加至0.8%时，硬度、黏性、胶着性、咀嚼呈现快速降低的趋势，分别由蔗糖添加量为4%时的267.67 g，7.50 mJ，105.67 g和9.53 mJ快速下降至0.8%添加量时的232 g，6.20 mJ，90.67 g和8.10 mJ，分别 降 低了13.3%，17.33%，14.2%和15.0%，4个指标的衰减速度较为一致。内聚性由未添加时的0.40降低至0.39，降低的幅度为2.5%，变化幅度很小。

为定量表示Sua对酸奶硬度、黏性、弹性、胶着性、咀嚼性和内聚性的影响规律，本研究采用Logistic模型拟合归一化的硬度（Hag），Logistic1模型拟合归一化的黏性（Ad g），Parabola模型拟合归一化弹性（Sp g），Ex-p Dec3模型拟合归一化的胶着性（Gug），采用Holiday模型拟合归一化的弹性(Sp g)，采用采用Exp3P2模型拟合归一化的咀嚼性（Chg）和内聚性(Cog)如图5，利用最小二乘法回归分析得到的Hag，Ad g，Sp g，Gug，Chg和Cog经验模型分别表示为

2.4 菌种的添加量对酸奶质构特性的影响

在牛奶中添加质量分数为0.05%，0.1%，0.2%，0.3%，0.4%五个梯度的菌种，再分别添加质量分数为0.6%的胶原蛋白肽、0.1%菌种接种量，在42℃发酵发酵6 h，观察胶原蛋白肽酸奶样品的发酵状态，结果如图6所示。

图6菌种添加量的变化酸奶样品质构特性随添加量Sta的变化

改变菌种的添加量（Sta）改变了酸奶的硬度、黏性、弹性、胶着性、咀嚼性和内聚性，但是随着Sta增加这6个指标整体变化趋势和幅度存在差异。当Sta添加量从0.05%增加至0.4%时，硬度呈现上升的趋势，从231.67 g增加至250 g，上升的幅度为7.9%，粘性和弹性呈现先变化平稳后迅速下降的趋势，分别从0.05%菌种添加量时的5.55 mJ和9.13 mm下降至0.4%菌种添加量时的4.47 mJ和8.89 mm，分别下降了19.5%和2.6%；胶着性和内聚性呈现先略微下降后上升的变化趋势，2者分别从0.05%菌种添加量时的87.67 g和0.38升高至0.4%菌种添加量时的92.33 g和0.37，分别下降了5.3%和2.6%；但是菌种添加量对酸奶样品的咀嚼性影响较小。

图7菌种添加量的变化归一化的胶原蛋白肽酸奶的回归分析结果

为定量表示Sta对酸奶硬度、黏性、胶着性、咀嚼性的影响规律，本研究采用不同类型数学模型拟合质构特性的变化规律，如图7所示。分别采用Logistic模型拟合归一化的硬度（Hag）和黏性（Ad g），采用Exp3P2模型拟合归一化的弹性（Sp g）、胶着性（Gug）、咀嚼性（Chg）和内聚性(Cog)，利用最小二乘法回归分析得到的Hag，Adg，Sp g、，Gug，Chg，Cog经验模型分别表示为

3 结 论

胶原蛋白肽的添加改善了酸奶的微观结构，降低了酸

奶的硬度、黏性、胶着性和咀嚼性，但是对弹性和内聚性的影响较小。蔗糖添加量和菌种添加量的显著改变了胶原蛋白肽酸奶的包括硬度、黏性、胶着性和咀嚼性等质构特性，但是对弹性和内聚性的改变程度较小。提出了定量评估胶发酵条件对各类指标归一化结果影响程度的经验模型。