三赞胶和刺槐豆胶复配及其在酸奶中的应用

陈宇坤，乐袁通宇，胡国华,

1.华东理工大学生物工程学院（上海 200237）；2.华东理工大学苏州工研院食品技术研究中心（苏州 215011）

三赞胶是鞘氨醇单胞菌以葡萄糖和无机氮源为原料在充足的氧和无菌条件下代谢所得的胞外多糖。三赞胶的水溶液是一种典型的假塑型流体，黏度随着剪切速率的增大而降低。当三赞胶溶液的质量分数≥ 0.6%并加热至75 ℃以上，冷却到室温后即可形成性质稳定的凝胶[1]。三赞胶性能优良，可以被广泛地应用在食品、材料和石油等行业。林成彬等[2]将三赞胶与果胶、海藻酸钠复配使用在酸奶中，有效地改善了酸奶的性质；张禹等[3]将三赞胶和高酰基结冷胶复配使用在可可奶中，克服了蛋白质絮凝、沉淀等问题。三赞胶是我国自主研制的创新型亲水性胶体，现已被批准作为食品添加剂新品种应用于食品中，但是目前关于三赞胶研究的文献很少。

刺槐豆胶（Locust bean gum，LBG）是一种从刺槐豆种子胚乳中提取的植物多糖[4]，其半乳糖和甘露糖的比例约为4∶1[5-6]。刺槐豆胶在食品工业中常与其他胶体复配应用于乳制品中，如刺槐豆胶与卡拉胶、果胶复配应用于酸奶中，可以提高产品的稳定性[7]；刺槐豆胶与瓜尔豆胶、黄原胶复配可以改善乳酪的感官特性[8]；刺槐豆胶和黄原胶复配可以增强乳清蛋白的水包油型乳化液的氧化稳定性[9]。

现阶段，国内外对于三赞胶的性质和应用研究少有报道。三赞胶单独在酸奶中使用存在不足之处。在酸奶等乳制品的实际生产中，往往使用复配胶体以便利用胶体间的协同增效作用。因此，试验主要研究三赞胶和刺槐豆胶复配的黏度性质和凝胶性质，并将其运用在酸奶制备中，为三赞胶与其复配胶在酸奶中的应用提供一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 试剂与设备

三赞胶（食品级），河北鑫合生物化工有限公司；刺槐豆胶（食品级），江苏奥福生物科技有限公司；纯牛奶（食品级），内蒙古伊利实业集团股份有限公司；白砂糖（食品级），广西东亚扶南糖精有限公司；酸奶发酵剂（食品级），安琪酵母股份有限公司。

CP224C电子分析天平，奥豪斯仪器（上海）有限公司；XW-80A旋涡混合器，上海精科实业有限公司；HHS-21-4数显恒温水浴锅，上海博迅实业有限公司医疗设备厂；AH-BASIC：高压均质机，ATS工业系统有限公司；HH-B11-60恒温培养箱，天津实验仪器厂；NDJ-5S旋转式黏度计，上海佑科仪器仪表有限公司；LFRA 4500 Brookfield质构仪，美国博勒飞公司。

1.2 试验方法

1.2.1 复配胶溶液的制备与黏度测定

配制质量分数为0.5 g/100 mL的复配胶溶液，其中三赞胶与刺槐豆胶的质量比分别为10∶0，9∶1，7∶3，5∶5，3∶7，1∶9和0∶10，在60 ℃恒温水浴条件下搅拌至充分溶解，冷却至室温备用。

在室温条件下（25 ℃），利用NDJ-5S旋转式黏度计，调节转速为60 r/min，测定溶液的表观黏度。进行3次重复试验，取平均值。

1.2.2 复配胶的凝胶制备与性质测定

按照三赞胶和刺槐豆胶质量比10∶0，10∶1，10∶2，10∶3，10∶4，10∶5，10∶6，10∶7，10∶8，10∶9和10∶10的比例准确称取胶体样品，用旋涡混合器振荡2 min充分混合。加水完全溶解后，在85 ℃条件下水浴30 min，补水至一定体积。在室温下静置24 h后，即可制备得到含不同比例复配胶的凝胶。

使用Brookfield质构仪测定胶体的性质，测试条件：测试模式为TPA模式，测试探头直径12.7 mm，触发点4 g，测试速度0.5 mm/s，测试距离4 mm。

1.2.3 三赞胶与刺槐豆胶复配在酸奶中的应用

1.2.3.1 工艺流程

准确称取不同比例的三赞胶和刺槐豆胶（精确至0.000 1 g）、6 g白砂糖，加入20 mL缓冲溶液充分溶解后，与约80 mL纯奶牛混合均匀。高压均质后在100 ℃条件下灭菌15 min，冷却至室温并接种0.1 g酸奶发酵剂。搅拌均匀，置于恒温培养箱中，于43 ℃发酵6 h。发酵结束后搅拌破乳，在4 ℃冰箱中后熟12～24 h，即得成品酸奶。

1.2.3.2 感官评价

邀请10名食品专业的学生对酸奶进行感官评价。根据感官评价表（表1），选择色泽、风味、组织状态、口感4个指标进行评价，每一项满分10分，10分代表非常喜欢，0分代表极难接受。色泽、风味、组织状态、口感分别占比20%，20%，30%和30%。

1.2.3.3 表观黏度测定[10]

使用NDJ-5S旋转式黏度计，调节转速为60 r/min，在2 min内测定酸奶的表观黏度，每30 s记录一次数据，将记录的表观黏度平均值作为酸奶样品的表观黏度。

表1 酸奶感官评价表

1.2.3.4 黏附性

使用Brookfield质构仪测定酸奶的黏附性。测试条件：测试模式为Compression模式，测试探头为TA 4/1000有机玻璃圆柱形探头（直径38.1 mm），触发点4.5 g，测试速度1 mm/s，测试深度20 mm。

1.2.3.5 脱水收缩敏感性（Susceptibility to syneresis，STS）[11-12]

准确称取50.00 g（精确到0.01 g）酸奶样品，置于直径0.106 mm过滤筛中，放置在4 ℃冰箱中，用烧杯收集滤出的乳清，2 h后称量收集的乳清的质量。根据式（1）计算酸奶的脱水收缩敏感性。

式中：m0为酸奶样品质量，g；m1为滤出的乳清质量，g。

1.2.4 数据分析

试验所得数据用SPSS 19.0进行数据分析，使用Origin 8.0软件绘图。

2 结果与分析

2.1 三赞胶与刺槐豆胶复配的黏度性质

由图1可知，复配胶的表观黏度随着刺槐豆胶的比例增加而减小。图中试验值为试验实际测得的复配体系的表观黏度，预测值为体系中各组分单独存在时表观黏度的总和。当三赞胶和刺槐豆胶的复配质量比为9∶1～3∶7时，试验值均大于预测值，2种胶体之间存在着“1+1＞2”的协同增效效果。当三赞胶和刺槐豆胶质量比为5∶5时，增效系数达到87.57%，增效最显著。这可能是因为当三赞胶和刺槐豆胶按照一定比例复配制成水溶液后，2种亲水性胶体分子链上大量的羟基会在分子内部和分子链间形成大量氢键，使得2种胶体分子链互相缠绕，分子链间的相互作用力增强。当两者的复配质量比为1∶9时，实测值与预测值无明显差异，即2种胶体之间在该比例范围不存在协同增效作用。

2.2 三赞胶与刺槐豆胶复配的凝胶性质

由图2可知，虽然刺槐豆胶自身无法形成凝胶，但是在三赞胶中加入一定比例的刺槐豆胶可以提高三赞胶的凝胶强度和弹性。在复配质量比10∶1～10∶9时，凝胶强度随着刺槐豆胶的比例增加而逐渐增强。当复配质量比为10∶9时，凝胶强度达到最大，与对照组（10∶0）存在着显著差异。因此，可以认为三赞胶和刺槐豆胶存在协同增效作用。这可能是因为刺槐豆胶以甘露糖为主链，侧链上的半乳糖分布不均匀会形成毛状区和光滑区[5]，未被取代的甘露糖基的光滑区域[13]与三赞胶双重螺旋部分交联，填充到三赞胶形成的三维连续式网络结构中。2种亲水性胶体分子链之间存在的氢键也会增强复配体系凝胶网络的强度。当复配质量比为10∶10时，凝胶强度有所下降，可能是因为刺槐豆胶自身无法凝胶，添加量过大会影响复配凝胶体系的网络结构。随着体系中刺槐豆胶比例的增大，复配凝胶的弹性呈现先上升后下降的趋势。当复配质量比为10∶7时，弹性达到最大值，当刺槐豆胶的比例进一步增大时，弹性反而出现下降的趋势，这可能与复配凝胶的脆性增大有关。

图1 复配胶的表观黏度随复配质量比的变化曲线

图2 复配胶的凝胶性质随着复配质量比的变化曲线

2.3 三赞胶和刺槐豆胶复配在酸奶中的应用

2.3.1 感官评价

三赞胶和刺槐豆胶2种亲水性胶体加入到酸奶中，主要影响酸奶的组织状态和口感，对色泽和气味没有明显的影响。由表2可知，特定比例范围内的三赞胶和刺槐豆胶可以改善酸奶的感官品质。当三赞胶单独在酸奶中使用时，会产生不利的影响，如出现明显的固体颗粒，口感粗糙，入口较稀。三赞胶的质量分数越高或三赞胶在复配胶中的比例越高，此现象越明显。随着复配胶中三赞胶比例的下降，酸奶的感官品质逐渐上升，当三赞胶和刺槐豆胶的复配质量比为3∶7时，酸奶的感官评分最高。当胶体质量分数为0.02%时，各组感官评价的差异较小；当胶体质量分数为0.04%和0.06%时，酸奶均在3∶7～1∶9（m（三赞胶）∶m（刺槐豆胶））范围附近达到较好的感官品质。

表2 不同质量分数复配胶对酸奶感官品质的影响

2.3.2 表观黏度

表观黏度是评价酸奶黏稠度的一个重要指标。在酸奶发酵过程中，体系pH下降至酪蛋白的等电点附近时，酪蛋白会发生凝集并形成蛋白质网络结构，所以酸奶的黏度远高于发酵之前牛奶的黏度[14]。当胶体质量分数为0.02%时，胶体的加入可以提高酸奶的表观黏度，且在m（三赞胶）∶m（刺槐豆胶）=3∶7时达到最大值。当胶质量分数提高到0.04%和0.06%时，三赞胶比例过高会导致较差的组织状态，酸奶的表观黏度很低，远低于空白对照组。酸奶中对体系稳定性起主要作用的是蛋白质，所以研究胶体对酸奶品质的影响主要是研究胶体和酪蛋白、乳清蛋白之间的相互作用[15-17]。因此造成这种现象的可能原因是三赞胶在体系中的质量分数超过一定阈值后，胶体形成的空间网络结构与酸奶中的酪蛋白等存在排斥作用，导致蛋白大量聚集，形成宏观可见的颗粒。当m（三赞胶）∶m（刺槐豆胶）=3∶7～1∶9时，酸奶拥有良好的组织状态，表观黏度高于空白对照组和2种胶体单独使用的情况。这可能是因为在合适的复配质量比下，刺槐豆胶与三赞胶分子链在酸奶中存在交互作用，抑制了三赞胶在酸奶中单独使用的不良作用；同时复配胶的分子链与酸奶中酪蛋白、乳清蛋白等大分子链之间互相伸展、缠绕，从而使得黏度增加，稳定性提升[18]。特定比例的刺槐豆胶的加入可以有效改善三赞胶在酸奶中单独使用时的不良影响。

2.3.3 黏附性

酸奶的黏附性是评价酸奶质构的一个重要指标。酸奶样品具有较好的黏附性时，其在口腔中可以少量附着，有轻微的拉丝感[18]。由图4可知，添加不同质量分数复配胶后，酸奶的黏附性变化趋势与酸奶的表观黏度变化趋势基本一致。往酸奶中添加不同质量分数复配胶体，黏附性均在复配质量比为1∶9时达到最大值，远高于对照组。

图3 不同质量分数复配胶对酸奶表观黏度的影响

图4 不同质量分数复配胶对酸奶黏附性的影响

2.3.4 脱水收缩敏感性

图5 不同质量分数复配胶对酸奶脱水收缩敏感性的影响

在酸奶的发酵过程中，酪蛋白与水的结合能力随着体系pH降低而减弱，导致体系中的水未被完全包裹而发生游离现象。在酸奶的工业化生产中，往往通过加入亲水性胶体来抑制这种现象。脱水收缩敏感性（STS）也是评价酸奶稳定性的重要指标之一。脱水收缩敏感性越低，酸奶的稳定性越高。由图5可知，当胶体添加量为0.02%时，各组酸奶的STS值均低于空白对照组，即酸奶的稳定性有所提高。当胶体添加量为0.04%和0.06%时，各组酸奶的STS值随着三赞胶比例的降低先上升后下降，分别在3∶7和1∶9比例下达到STS的最小值，且最小值与空白对照组存在着显著差异。因此特定质量分数条件下，一定比例的复配胶可以有效提高酸奶的稳定性。酸奶的脱水收缩敏感性降低是由于体系中较高的总固体以及脂肪小球和凝胶网络之间的相互作用[19]。适当质量分数的复配胶与酪蛋白之间形成的网络结构阻碍了体系中的乳清流动，酸奶中会有更多的水被凝胶网络包裹，使体系中可以流动的水含量下降。因此，复配胶在一定程度上可以起到“锁水”作用。

3 结论

试验研究了三赞胶与刺槐豆胶复配的黏度性质和凝胶性质，并将其运用在酸奶制作中。研究结果表明，当三赞胶与刺槐豆胶的复配质量比为9∶1～3∶7时，2种亲水性胶体在黏度方面存在着协同增效作用。刺槐豆胶的加入均可提高单一三赞胶的凝胶强度和弹性。当复配质量比为10∶9和10∶7时，分别达到凝胶强度最大值和弹性最大值。将不同质量分数和不同复配质量比的复配胶运用到酸奶中，并与单一的三赞胶、刺槐豆胶在酸奶中的应用进行对比。以酸奶的感官评价为主，综合考虑稳定性和节约胶体用量等角度，最终确定复配胶在酸奶中的优化配方为胶体添加量0.04%、复配质量比3∶7。此次研究为三赞胶及其复配胶在食品中的应用提供理论依据。