酸乳冷链物流模拟振动的理化性质及微观结构研究

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(1.浙江科技学院 生物与化学工程学院，浙江 杭州 310023；2.浙江一鸣食品有限公司，浙江 温州 325400)

酸乳，是一种营养丰富，拥有独特感官特性的健康食品，也是一种复杂的凝胶系统，含有蛋白质、多糖和脂类。酸乳是由牛奶发酵制成的，是人类为了将牛奶转化成成品以延长保质期的最古老的方法之一。酸乳最早可能是在中东的游牧民族盛传，被不同的文明使用了几千年。如今，酸乳通常是在控制温度和环境条件下，通过发酵牛奶，利用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的共生培养制成的[1-2]。乳糖通过发酵生成乳酸，乳酸使蛋白质变性，从而赋予酸乳独特的凝胶质地及味道[3]。在这个过程中还会产生少量的副产品，这能使酸乳味道和口感更加独特。

目前，国内外对酸乳的贮存条件与货架期有大量研究[4-7]，而对冷链物流产生的振动对酸乳品质影响的研究较少。随着酸乳产业的不断扩大，更多的乳制品加工厂加入到酸乳产业中来，运输距离也不断延长，酸乳的冷链物流逐渐成为各大公司的研究热点。目前冷链物流企业大多关注全程冷链[8]，对酸乳品质在冷链物流下的研究鲜有报道。笔者围绕物流振动对酸乳的影响展开研究，以期寻找到酸乳性质变化规律，为保证酸乳产品的新鲜风味和口感的研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

全脂奶粉，新西兰恒天然有限公司；蔗糖，市售；YO-MIX 495发酵剂，丹尼斯克集团(法国)；其他试剂均为分析纯级。

1.2 仪 器

MR23i 高速冷冻离心机，上海欣田生物科技有限公司；UV-2012PC 紫外-可见分光光度计，尤尼科(上海仪器有限公司)；TA. XT. plus 质构仪，英国Stable Micro Systems公司；模拟物流振动台，高天试验设备有限公司(湖北)；SU1510扫描电子显微镜，日立高新技术公司。

1.3 实验方法

1.3.1 酸乳制作工艺流程

全脂乳粉复原(奶粉：100 g；去离子水：700 mL；蔗糖48 g)→热处理(95 ℃，保持5 min)→冷却至40 ℃→接种→发酵(42 ℃，5～7 h)→搅拌→装罐→冷却后熟(4 ℃，12 h)→成品[9]。

1.3.2 模拟振动条件

将酸乳样品放于(4±1) ℃保温箱中，并放置在模拟振动试验台上。具体操作为

1) 模拟物流振动台的转速设定为150 r/min，振动时间为120 min，每隔30 min取样检测。

2) 转速依次设定为40，80，120，160 r/min，振动时间为30 min，取样检测，记录数据。

3) 酸乳样品在转速为80 r/min条件下，振动3 h，取样进行货架期研究。

1.3.3 酸乳样品理化指标测定

1) 硬度和黏着性：使用质构仪测试[10]，下降速度与测试速度为1.0 mm/s，测试深度为30.0 mm，提升速度为10.0 mm/s。曲线正值区域的最大值表示物质的硬度，曲线负值区域的总面积表示物质的黏着性。

2) 酸度：按GB 5009.239—2016测定。

3) pH：pH计测量酸乳样品，重复实验3次，取平均值。

4) 持水力：准确称取5 g酸乳，以5 400g离心10 min，静置1 min，测得上清液质量为w2，酸乳样品的持水力(WHC)计算公式为

式中：w1为样品质量；w2为上清液质量。

1.3.4 酸乳样品微观结构测定

扫描电子显微镜对酸乳样品微观结构进行测定，具体实验步骤[11]为

1) 固定：取适量酸乳，用2.5%的戊二醛固定，置于4 ℃冰箱中保存4 h。

2) 冲洗：用pH 6.6磷酸缓冲液冲洗3次，每次10 min。

3) 脱水：分别用体积分数为30%，50%，70%和90%的乙醇依次进行梯度脱水各1次，每次10 min，体积分数为100%的乙醇脱水2次，每次10 min。

4) 置换：叔丁醇置换乙醇2次，每次10 min。

5) 干燥：真空冷冻干燥24 h。

6) 镀金：选择要观察的面并固定，离子渐射镀金。

7) 上镜观察，取样。

1.4 基于冷链物流的酸乳货架期考察

按照配方制作酸乳样品，模拟物流振动条件。转速设定为80 r/min，振动时间为180 min，模拟振动完成后立即放入4 ℃环境中储存，在第1，3，5，8，15天测量酸度、质构和pH并记录数据。

1.5 数据分析及处理

所有实验重复3次，数据用“实验结果±标准偏差”表示。实验数据利用Origin 8.0作图分析。

2 结果与分析

2.1 振动条件对酸乳的影响

2.1.1 振动条件对酸乳持水力的影响

振动时间和频率对持水力的影响见图1。由图1可知：酸乳的持水力随着振动频率的增加酸乳的持水力从45.53%(频率为0 r/min)下降到44.64%(频率为160 r/min)。随着振动时间的延长，酸乳的持水力从54.24%(不振动)减少为47.42%(振动120 min)，持水力随着振动时间和振动频率的增加而呈下降趋势，这是由于振动导致酸乳凝胶结构变得稀松，出现许多空隙，持水能力降低。

图1 振动时间和频率对持水力的影响Fig.1 Effect of vibration time and frequency on WHC

2.1.2 振动条件对酸乳pH的影响

振动时间和频率对酸乳pH的影响见图2。由图2可知：随着振动频率的增加，酸乳pH呈下降趋势，从4.24(不振动)下降到4.13(振动频率为160 r/min)；随着振动时间的增加，酸乳pH呈下降趋势，从4.23(不振动)下降到3.85(振动120 min)，说明振动时间和频率对酸乳pH的影响较大。在振动过程中酸乳pH逐渐下降，凝胶状态的磷酸钙开始不断溶解，达到等电点时，磷酸钙完全溶解，导致酪蛋白凝聚，乳清析出，黏度下降[3,12]。

图2 振动时间和频率对pH的影响Fig.2 Effect of vibration time and frequency on pH

2.1.3 振动条件对酸乳酸度的影响

振动时间和频率对酸度的影响见图3。由图3可知：振动时间对酸乳酸度的影响大于振动频率对酸乳酸度的影响。酸乳的酸度在74.06 °T(不振动)

到74.18 °T之间变化(振动频率为160 r/min)，范围较小，基本可视为振动频率对酸乳酸度无影响。随着振动时间的增加，酸乳酸度从73.99 °T(不振动)到75.32 °T(振动频率为120 r/min)递增，在60 min时递增速度呈现减缓趋势。

图3 振动时间和频率对酸度的影响Fig.3 Effect of vibration time and frequency on acidity

2.2 酸乳样品的微观结构分析

酸乳在扫描电子显微镜下状态呈现如图4。由图4(a)可知：未振动的酸乳结构呈大块分子团状，分子团之间连接紧密，空隙大，有稳定的空间结构；由图4(b)可知：振动0.5 h的酸乳比未振动的酸乳空洞变多，分子团变细，结构开始变得疏松；由图4(c)可知：振动1 h的酸乳分子结构更加疏松，出现了少量的游离肽链末端；由图4(d)可知：振动1.5 h的酸乳，分子结构基本被破坏，分子团变小，空洞更多，有许多游离肽链末端。

图4 不同振动时间下酸乳的SEM图Fig.4 SEM images of yogurt with different vibration time

2.3 基于冷链物流下的酸乳样品货架期结果

酸乳样品不同存储日期下的pH和酸度见图5。由图5可知：酸乳pH随着贮存时间的增加而降低，从4.77下降到4.44；酸度从85.9 °T增加到91.6 °T，说明酸乳中的乳酸菌仍然在不断产酸，而酸度过高会影响酸乳的整体感官评价，不易被消费者接受。

图5 酸乳样品不同存储日期下的pH和酸度 Fig.5 pH and acidity of yogurt samples at different storage dates

不同存储日期下的质构数据见表1。由表1可知：在15 d的存储期内，酸乳的硬度从0.398 2 N增长到0.478 3 N，黏着性从0.795 802 7增加到1.040 913 9，这是由于振动导致的结构破坏在存储过程中不断被修复，如凝胶结构中的氢键等二级键连接成蛋白质线状大分子长链，一部分凝胶粒子重新配位，会使黏度增加。

表1 酸乳样品不同存储日期下的质构Table 1 Texture of yogurt samples at different storage dates

3 结 论

随着振动时间或频率的增加，酸乳的酸度变化为73.99～75.32 °T，持水力的变化为54.47%～47.42%，pH变化为4.24～3.85。从扫描电子显微镜中可以看出，酸乳凝胶结构改变，分子结构变得稀松。随着存储时间的增加，酸乳的酸度、硬度和黏度不断增加，这是由于存储后凝胶网络结构变得坚固，凝胶强度增大。在存储过程中酪蛋白粒子增大，从而使接触面积增大，导致硬度和黏度均增加[12]。但在保质期内，各项指标都在可接受范围内，消费者可放心饮用。笔者对振动条件对酸乳的影响进行了特性研究，对可能在运输过程中对酸乳品质产生影响的几个因素进行考查，为酸乳冷链物流的研究提供良好的思路。

本文得到了余杭区农业科技创新项目(余科〔2018〕55号)的资助。