A1与A2 β-酪蛋白酸奶产品特性的比较

徐小爽，韩翼宇，李逍遥，彭秋琦，罗文静，于景华,*

（1.天津科技大学食品科学与工程学院，天津 300450；2.中国饮料工业协会，北京 100000）

乳和乳制品是日常饮食的重要组成部分，可提供高质量的蛋白质和钙。牛乳中蛋白质主要有两种：乳清蛋白（20%）和酪蛋白（80%）。其中酪蛋白主要以胶束形式存在，由-酪蛋白、-酪蛋白、-酪蛋白和-酪蛋白组成。酪蛋白在乳制品加工中具有重要作用，主要参与酸奶和奶酪的凝胶化过程。

-酪蛋白占酪蛋白的36%，可细分为A1-酪蛋白、A2-酪蛋白、B-酪蛋白、C-酪蛋白等，导致上述多种蛋白质变体的主要原因是基因水平上的差异性。组成-酪蛋白的氨基酸有209 个，基于氨基酸位置的不同，至少有12 种变异。由于外显子VII发生点突变，-酪蛋白基因的第6条染色体上胞嘧啶向腺嘌呤转化，导致第67位的组氨酸（密码子CAT）取代脯氨酸（密码子CCT）。这一细微的差异主要影响了-酪啡肽-7的释放。在A1-酪蛋白的第67位上，含有组氨酸的化合物可通过不同的肠胃酶释放-酪啡肽-7。而在A2-酪蛋白的第67位有脯氨酸，阻碍在此位置上的裂解，因此不能形成-酪啡肽-7。

-酪蛋白是一种无序蛋白，具有很强的两亲性。这种两亲性可使其以单体形式存在于溶液中，或自组装成胶束结构。然而，A2变体中存在额外的脯氨酸，这可能会增强聚脯氨酸II螺旋的形成，从而改变-酪蛋白自组装行为，并且可能导致A1和A2-酪蛋白具有不同的功能特性。有关-酪蛋白不同表型牛奶性质的研究显示，在牛奶自然pH值为6.5～6.7的情况下，与A1-酪蛋白牛奶相比，A2-酪蛋白牛奶的疏水性更小，更易溶解，并且具有更高的伴侣活性。-酪蛋白参与酪蛋白胶束的形成，与牛奶的凝胶化和凝固有关，A2-酪蛋白先前被报道与凝乳酶凝固性能差的牛奶有关。此外，有研究指出A2-酪蛋白是非凝固和凝固性差的牛奶样品中的主要基因型（＞70%）。

本研究分别将含有A1和A2-酪蛋白的牛乳制成酸奶（搅拌型和凝固型），通过持水力、质构特性、流变学特性、微观结构的测定对其产品性质进行分析和对比，以期为A2-酪蛋白酸奶的工艺及产品品质的优化提供一定理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

A1-酪蛋白牛乳（蛋白质3.5 g/100 mL、脂肪4.3 g/mL、碳水化合物5.0 g/mL） 天津武清区百圣奶牛养殖有限公司；A2-酪蛋白牛乳（蛋白质3.5 g/100 mL、脂肪4.2 g/mL、碳水化合物5.0 g/mL）北京三元集团有限责任公司；科汉森903菌种 丹麦科汉森公司；均为食品级。

氯化钠、氯化钾 天津市化学试剂五厂；磷酸氢二钠 天津市化学试剂一厂；磷酸氢二钾 天津博迪化工股份有限公司；戊二醛 国能化工有限公司；试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

H1850R台式高速冷冻离心 湖南湘仪离心机仪器有限公司；YXQ-LS-50S11立式压力蒸汽灭菌器 上海博讯实业有限公司；SU1510扫描电子显微镜 日本日立公司；MARS 60动态流变仪 德国哈克公司；TA-XT plus质构仪 英国Stable Micro Systems公司。

1.3 方法

1.3.1 酸奶制备

制备前将所用到的玻璃器皿在121 ℃高压蒸汽灭菌15 min。

1.3.1.1 酸奶制备工艺流程

搅拌型酸奶制备：-酪蛋白牛乳（A1或A2）→均质→接种发酵剂科汉森903菌种→破乳→发酵→灌装→后熟→成品→4 ℃冷藏保存。

凝固型酸奶制备：-酪蛋白牛乳（A1或A2）→均质→接种发酵剂科汉森903菌种→灌装→发酵→后熟→成品→4 ℃冷藏保存。

得到4 种酸奶样品：A1-酪蛋白搅拌型酸奶、A2-酪蛋白搅拌型酸奶、A1-酪蛋白凝固型酸奶、A2-酪蛋白凝固型酸奶。

1.3.1.2 酸奶制备工艺操作要点

接种：在无菌条件下，加入准确称取的科汉森903菌种（添加量0.04 g/500 g）于已灭菌的-酪蛋白牛乳中。不断搅拌20 min；发酵：42 ℃恒温箱中发酵6 h至pH≤4.6；破乳：缓慢并充分搅拌发酵后的酸奶，降低黏度；后熟：将酸奶放入4 ℃冰箱中，后熟12 h。

1.3.2 酸奶持水力测定

取10 g酸奶（），室温4 200 r/min离心15 min，弃上清液。离心管倒置10 min后立即称量（），按式（1）计算持水力：

1.3.3 酸奶质构特性测定

将4 种酸奶样品放入测定杯中，使样品高3 cm且表面平整。使用质构仪测定硬度、稠度、黏聚性和胶着度，参数设定参考廖芬等方法。

1.3.4 酸奶流变学特性测定

在频率0.1～10 Hz、应变0.5%条件下，用动态流变仪分别测定4 种酸奶的黏弹性，得到储能模量（’）和损耗模量（”），参数设定参考Li Hongbo等方法。剪切扫描条件：间距1 000 µm；温度25 ℃；上样后平衡20 min；稳态所需最长时间为2 min；剪切应力扫描范围为0～600 Pa。

用Herschel-Bulkley模型分析剪切测试中的曲线，可用式（2）表示：

式中：为剪切应力；为屈服应力；为稠度系数；为剪切速率；为流动行为指数。

1.3.5 酸奶微观结构测定

取酸奶表层1 cm下的凝块，置于盛有2.5%戊二醛溶液（/）的小烧杯中4 h，用pH 7.2 0.1 mol/L磷酸盐缓冲液冲洗10 min。将酸奶凝块放入平板，封膜扎孔，置于－40 ℃冰箱中冷冻12 h。取出后将酸奶敲成小碎块，用30%、50%、70%、90%、100%的乙醇溶液（/）梯度洗脱15 min，再用氯仿（体积分数≥99%）脱脂3 次，每次15～20 min。封膜扎孔，真空冷冻干燥12 h。镀金后于10 kV条件下放大4 000 倍和6 500 倍的扫描电子显微镜下观察酸奶的微观结构。

1.4 数据处理

2 结果与分析

2.1 不同酪蛋白酸奶持水力分析

图1 4 种β-酪蛋白酸奶持水力Fig. 1 Water-holding capacity of four yoghurts

由图1可知，同种类-酪蛋白的搅拌型和凝固型酸奶在持水力上无显著差异，但A2搅拌型酸奶的持水力比其凝固型稍低。此外，在搅拌型酸奶中，A1、A2型的持水力分别为69.19%、65.27%；在凝固型酸奶中，A1、A2型的持水力分别为69.78%、67.68%。不论是凝固型还是搅拌型酸奶，A1型均比A2型有着更高的持水力，说明A1-酪蛋白酸奶凝胶网络比A2-酪蛋白酸奶凝胶网络更为致密，也更为紧实。有研究表明，蛋白质分子主要靠疏水作用和范德华力相互吸引，但这两种力不能完全克服分子间斥力，所以分子一般会以单体或者较小的聚集体的形式存在。而酪蛋白种类不同，空间结构不同，会影响酸奶的持水力。

2.2 不同酪蛋白酸奶质构特性分析

酸奶中各种化学键结合及可溶性颗粒聚合影响酸奶的硬度。质地柔软的酸奶不利于储存和运输，影响酸奶的品质。酸奶的黏度主要与蛋白质、乳酸菌和胞外多糖有关。其中，蛋白质决定着酸奶的黏度系数；胞外多糖是酸奶的重要产黏物质，且不同结构对酸奶的黏度有不同影响。由表1可知，在搅拌型酸奶中，A1型硬度值比A2型高32%，A1型稠度值比A2型高28.8%；在凝固型酸奶中，A1型硬度值比A2型高41.4%，A1型稠度值比A2型高59.8%。说明无论是搅拌型还是凝固型，A1-酪蛋白酸奶硬度和稠度均比A2-酪蛋白酸奶高，且凝固型酸奶的差异更为明显。酸奶的黏聚性和胶着度也表现出相似的规律，无论是搅拌型还是凝固型，A1-酪蛋白酸奶黏聚性与胶着度的绝对值均比A2-酪蛋白酸奶大，且测定时的误差更小。这些结果说明A2-酪蛋白酸奶的凝胶更细软，当暴露在消化酶中可能会更快地分解，但这需要进一步验证。此外，也说明A2-酪蛋白酸奶的凝胶更容易在外力作用下发生破裂和变形，在搬运和运输A2-酪蛋白酸奶产品时要小心。

表1 A1、A2 β-酪蛋白对酸奶质构特性的影响Table 1 Effect of A1 and A2 β-casein on texture of yoghurts

2.3 不同酪蛋白酸奶流变学特性分析

2.3.1 不同酪蛋白酸奶频率扫描分析

图2 不同酪蛋白酸奶频率扫描曲线Fig. 2 Storage and loss moduli of yoghurts as a function of frequency

由图2可知，酸奶样品的’和”都随着频率的增加而增加，并且在同种类型的酸奶中，’均大于”。说明酸奶样品具有一定的刚性（弹性行为），呈现出半固体的弱凝胶结构，符合酸奶的性质。A1型的’和”均大于A2型，说明A1-酪蛋白酸奶表现出比A2-酪蛋白酸奶更像固体的行为，A1-酪蛋白酸奶中蛋白质的聚集程度、酪蛋白分子间的各个键的结合能力和蛋白质网络（即凝胶形成）都更好一些，所以A2-酪蛋白酸奶的凝胶比A1-酪蛋白酸奶更软。这与质构特性的结果相同。此外，凝固型酸奶的’和”均大于搅拌型酸奶。其中，凝固型酸奶在低频率下，’和”的变化随着频率的变化更为明显，表现出更高的频率依赖性。此外，同种酪蛋白凝固型酸奶的’、”差异均较搅拌型更小，说明酸奶制备形式在一定程度上会对结果产生影响。

2.3.2 不同酪蛋白酸奶剪切扫描分析

图3 不同酪蛋白酸奶剪切扫描曲线Fig. 3 Shear force of yoghurts as a function of shear rate

由图3可知，流动性在曲线中都出现滞后回路，显示出高度的能变性。4 组样品中A1-酪蛋白酸奶下行曲线上的各剪切速率对应的剪切应力均比A2-酪蛋白酸奶样品的剪切应力大，且A2-酪蛋白酸奶剪切曲线较平缓，说明在整体趋势上A1-酪蛋白酸奶的黏性要比A2-酪蛋白酸奶的黏性高。

表2 不同酪蛋白酸奶流变参数Table 2 Rheological parameters of yogurts

由表2可知，各样品相关指数均在0.99以上，表明此模型可以很好地拟合酸奶在降速剪切时的流变特性。搅拌型酸奶中，A1型比A2型的流动指数小8.8%，A1型比A2型的屈服应力值大50%，说明A1-酪蛋白搅拌型酸奶的抗剪切能力更强，酸奶的凝胶结构更加致密，剪切扫描时呈现出较少的剪切稀化特征。因此，凝胶结构更为紧密的A1-酪蛋白搅拌型酸奶的口感更为坚实；而凝胶结构更软的A2-酪蛋白搅拌型酸奶的口感更为细腻。在凝固型酸奶中，A1型酸奶比A2型的屈服应力大2.6%，流动指数一致，说明A1-酪蛋白凝固型酸奶更稳定。与搅拌型酸奶相比，A1、A2凝固型酸奶的流动指数分别小7.5%、15.7%，说明凝固型酸奶的剪切稀化特性较搅拌型酸奶大，表现出更好的凝胶性质，在感官口感上更加坚实。

50 s剪切速率下的表观黏度能够更好地反映酸奶食用时的黏稠感。由表2可知，A1搅拌型酸奶比A2搅拌型酸奶高42.1%；A1凝固型酸奶比A2凝固型酸奶高34.0%。无论是凝固型还是搅拌型，A1型均大于A2型，表明A1-酪蛋白酸奶比A2-酪蛋白酸奶黏稠，与质构特性结果一致。此外，两种酪蛋白搅拌型酸奶间黏稠感的差异比凝固型酸奶更大。

滞后回线面积越大，表示样品恢复形变的能力越弱。由表2可知，搅拌型酸奶中，A1型滞后回线面积比A2型小14%；凝固型酸奶中，A1型滞后回线面积比A2型小14.6%。可以看出，被破坏后，凝固型酸奶比搅拌型酸奶更不容易恢复；A2-酪蛋白酸奶比A1-酪蛋白酸奶更不容易恢复。这能够进一步说明，A1-酪蛋白酸奶的凝胶结构刚性更强，且具有更加紧密的网络结构。

2.4 不同酪蛋白酸奶凝胶的微观结构分析

图4 A1、A2 β-酪蛋白搅拌型（a、b）及凝固型酸奶（c、d）扫描电镜图Fig. 4 Scanning electron microscopic images of stirred (a, b) and set yogurt (c, d) produced from A1 or A2 β-casein milk

从图4可以看出，4 种酸奶样品的三维网络结构由酪蛋白链和聚集酪蛋白胶束的聚集体组成，并且均呈现出相对均匀和多孔隙的网络结构。搅拌型和凝固型酸奶中，与A1型相比，A2型的孔洞更大，蛋白质网络密度更低，表明A2-酪蛋白牛乳制成的酸奶凝胶强度较弱。

3 结 论

将A1、A2-酪蛋白牛乳分别制成搅拌型及凝固型酸奶，并测定其持水力、质构特性、流变学特性及微观结构。结果表明，蛋白质种类的不同，对酸奶的组织、微观结构和功能性能有明显影响。A1搅拌型酸奶硬度值比A2搅拌型酸奶高32%；A1凝固型酸奶硬度值比A2凝固型酸奶高41.4%。A1搅拌型酸奶稠度值比A2搅拌型酸奶高28.8%；A1凝固型酸奶稠度值比A2凝固型酸奶高59.8%。A1搅拌型酸奶滞后回线面积比A2搅拌型酸奶小14%；A1凝固型滞后回线面积较A2凝固型小14.6%。质构特性、流变学特性、微观结构观察的结果一致。A1-酪蛋白牛乳所制成的酸奶在黏性和硬度等方面较A2-酪蛋白牛乳制成的酸奶更好。A2-酪蛋白酸奶的’、”与A1-酪蛋白酸奶相比，都更低一些。A2-酪蛋白酸奶蛋白凝胶的网状结构更为稀疏且不均匀。这会导致A2-酪蛋白酸奶在贮存、运输过程中易发生乳清析出，形状变化，不便于贮存运输。由于实验条件限制，本研究并未探究A1、A2-酪蛋白酸奶剪切时间对酸奶表观黏度的影响，未来可针对此方向进一步探索。