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黄原胶和CMC复配对酸性乳饮料稳定性的影响

发布日期:2014-09-19 14:35:36
黄原胶和CMC复配对酸性乳饮料稳定性的影响的详细研究报告
黄原胶和CMC复配对酸性乳饮料稳定性的影响:
黄原胶和CMC复配对酸性乳饮料稳定性的影响,当采取酸性乳次料配方一(35°〇鲜奶,10°〇砂糖,0.4°〇CMC和/或0.05°〇黄原胶,其余用 水补足到l〇〇u。)实验时,结果表明,单独添加CMC时产品的离心沉淀率为0.84%;在 CMC基础上添加CN时产品的沉淀率分别为2.89°。、3.51°。、3.60°。和4.12°。,添加JV和 FR-01、05时产品的沉淀率分别为0.78°。、0.79°。、0.60°。、0.82°。、0.67°。和0.78°〇。采取 酸性乳饮料配方二(35°。鲜奶,5°〇砂糖,0.25°〇甜味剂,0.4°〇CMC和/或0.05°。黄原胶,其余 用水补足到100 °。)验证丁上述结论,单独添加CMC产品时离心沉淀率为0.84°。,在 匚1(:基础上添加^04时产品的离心沉淀率为3.10°。,添加?11-05时为0.69°〇。
通过在采取酸性乳次料配方一进行实验时对酸性乳饮料产品进行直接观察、 Turbiscan、粘度和粒径分析结果表明:通过直接观察和Turbiscan测试得到的产品蛋白 稳定性和通过离心沉淀得到的产品蛋白稳定性相一致;凡是在CMC的基础上添加了黄 原晈的酸性乳次料产品的粘度都比单独添加CMC的不同程度地升高了,产品的粘度不 是决定产品稳定性的唯一因素;在CMC基础上添加FR-05的产品的粒径和单独添加 CMC时比较相似,且它们都比较小,在CMC基础上添加JV的产品的粒径分布比单独添 加CMC时略大,而在CMC基础上添加CN及FR-01、04的产品的粒径大小比较接近且都 比单独添加CMC的显著增大,黄原胶和CMC复配对酸性乳饮料稳定性的影响,产品的粒径不是决定产品稳定性的唯一因素。
通过研究不同来源黄原晈样品的基本理化指标及其溶液的功能性质与酸性乳次料 产品稳定性之间的关系,对不同来源黄原晈和CMC复配后导致酸性乳次料产品具有不 同稳定性的原因进行了初步的探讨。结果表明.不同来源黄原晈样品具有的理化指标 (■蛋白质、无机盐、微生物、有机溶剂、Ca2+、Mg2+、K+、Na+等残留杂质、分子量、 丙酮酸和乙酰基、溶液pH、电导率)和黄原胶水溶液的低剪切粘度、剪切性能以及耐 酸性、黄原晈1 .〇u。Kcr溶液的低剪切粘度以及水一 1.〇u。Kcr溶液的平衡浓度和酸性乳 饮料产品的稳定性没有一定的对应关系;不同来源黄原晈溶液的耐热性差异(它们的 构象转变温度分别为:CN大于90°C, JV大约为68°C, FR-01-04大约25°C,FR-05小于 20°C)可能导致它们在产品中处于的构象不一样,从而导致和酪蛋白的相互作用不一 样,因而可能是导致酸性乳饮料产品具有不同稳定性的原因;不同来源黄原胶对钙离 子的耐受性差异LCN耐受性差,JV和FR耐受性好)也可能是导致其在酸性乳饮料产品 中应用导致产品具有不同稳定性的原因。
第一章绪论
1.1立题背景
黄原胶(■Xanthan),又称黄胶、汉生胶,1952年由美国农业部伊利诺斯州皮奥里 尔北部研究所分离得到甘蓝黑腐病黄单胞菌,并使甘蓝提取物转化为水溶性的酸性胞 外杂多糖而得到[1?3]。黄原晈自从被发现以来广泛应用于包括食品行业在内的二十多t 行业,位居微生物发酵多糖商业利用的榜首目前,世界黄原晈年产量已达5?6万 吨,并保持7%的年增长率,其中将近一半的份额用于食品领域黄原晈作为食品 添加剂安全无毒[S],主要被用于调味酱料、饮料、焙烤、乳制品等备t方面,以改善产 品的质构、口感和稳定性,它是一种良好的食品增稠剂和稳定剂。
近年来,随着我国人民生活水平的不断提高、健康意识的不断加强,乳制品市场 日益壮大。酸奶以其独特的营养和风味风靡全世界,在国外占据乳制品行业80°。的市 场份额,但因其价格比较贵在我国的市场占有率不到20%。酸性乳饮料酸甜适中,爽 滑可口,不仅保留丁酸奶的特殊风味,还具备丁酸奶的大部分营养和功能,且价格适 中,因而在我国深受广大消费者的青睐,特别是少年儿童,在我国液态乳市场上迅速 占据丁相当的份额,并且每年保持20°。左右的增长速率。酸性乳饮料是一种以鲜奶、 复原奶和豆奶为主要原料,添加其他甜味剂、稳定剂、香精和色素等辅助原料,利用 活性菌进行乳酸发酵或直接添加果汁、食品酸等(■乳酸、苹果酸和柠檬酸等)辅助原 料调配获得的pH介于3.8到4.2 C低于酪蛋白的等电点4.6),蛋白含量大于1%的含乳次 料[9]。为丁满足消费者对酸性乳饮料日益增长的需求.因此乳制品企业致力于生产和开 发形式多样的酸性乳次料产品,但脂肪上浮和蛋白质沉淀却一直制约着酸性乳次料产 品的生产和开发,本文着重讨论其蛋白沉淀的问题,它主要是因为蛋白酪在酸性乳次 料生广过程中易变性引起的,而在广品中添加稳定剂可以有戏解决广品中蛋白质的稳 定性问题。
在实际生产中,稳定酸性乳饮料最常用的稳定剂以CMC价格最为低廉,因而其在 我国酸性乳次料工业中得到了广泛的应用。虽然CMC单独应用可以达到稳定产品的目 的.但是产品的口感和RI味释放不好,所以,通常它和其它胶体复配使用.使产品具有 良好稳定性的同时,也具有良好的口感。CMC和其他任何晈体复配都没有协同增效作 用,但是可以和其它很多胶体在一 1M本系里相容[1<M1]。而黄原晈在酸性乳次料中应用 可以给产品带来爽滑的口感,所以生产厂家通常将它和CMC复配用于酸性乳次料产 品。通常,CMC添加量为0.4°。〇.6°。,黄原晈的添加量为0.02°。〇.10°。[2?3]。但是,一 直困扰酸性乳饮料厂家的是采用该复配方法的产品稳定性波动很大,具体表现为在相 同酸性乳饮料配方和工艺条件下,在CMC基础上添加不同来源的黄原胶后,产品的稳 定性比单独添加CMC时变得更好或更差,也就是产品的蛋白质沉淀量增多或减少。这 t问题给生产厂家选择该复配配方带来麻烦,限制丁该复配配方在酸性乳次料产品中 
的应用。目前还没有文献资料系统报道具有何种理化指标和功能特性的黄原胶和CMC 复配后稳定酸性乳饮料产品最为合适,迄今的文献资料也仅限于利用黄原胶和其它胶 体复配为稳定酸性乳饮料对产品配方和工艺的探讨。
1.1.1黄原胶的分子结构和在溶液中的构象
黄原胶的分子结构如图1-1所示[12],具有五糖重复结构单元,分子量为 2?5〇xl〇6^L主链呈纤维结构,由2分子D-葡萄糖通过p(l—4)糖苷键连接而成,每 隔一个葡萄糖残基,在其主链的C3位上连接有一个三糖恻链,恻链的首尾为甘露糖, 中间为葡萄糖醛酸,在靠近主链的甘露糖心位上连接有乙酰基,在末端的甘露糖的C4 和Cji与丙酮酸缩合(乙酰基和丙酮酸含量受发酵条件和生产工艺的影响)。恻链上 的葡萄糖醛酸和丙酮酸赋予了黄原胶负电荷,带负电荷的侧链之间以及恻链与聚合物骨 架之间的相互作用决定了黄原胶溶液的优良性质。
 
图1-1黄原胶分子结构示意图
黄原胶的二级结构是侧链绕主链骨架反向缠绕,通过氢键维系形成棒状螺旋结 构,其三级结构是棒状螺旋结构间靠微弱的非极性共价键结合形成螺旋复合体。
黄原胶在水溶液中呈多聚阴离子且构象是多样的,依赖于被表征的条件(溶液的 离子强度、pH和电解质的性质),该分子可以处于有序的螺旋结构(helix)(此时恻 链呈折叠状态靠近主链)和无序的无规线团(random coil)(此时侧链离幵主链,主 链变得柔软)[14_17]。其有序的构象可以是天然的(native),也可以是变性 (denature) 了的,在溶点温度以下的分子处于天然的构象,该温度依赖于黄原胶溶解 介质的离子强度。X-射线显示[18],天然有序的黄原胶构象呈5倍对称折叠的右手螺旋, 螺距为4.7nm,直径为1.9miu该螺旋结构为单股、双股或多股螺旋的说法都有,不过 目前更多人支撑其为双股螺旋[1^分子的双螺旋结构己经被很多实验所证明,Capron 等人表明,当加热温度超过分子从有序到无序的转变温度时.,天然有序的结构结构会 发生变性,同时分子量降低,而且分子量大约降低了一半,这证明了天然形式的双螺 旋结构。该螺旋通过非共价键(氢键、静电和空间效应)来稳定,可以用棒状来描述 它。在水溶液中,温度或离子强度的变化可以使分子发生构象的转变,但这依赖于分 子中羟基和乙酰基被离子化的程度。一般由温度导致的分子构象从有序到无序的变化 
主要是由于双股螺旋部分或者全部被解开。在适当的条件下(■温度低于转变温度和高 离子强度),黄原胶分子会复性U-emrture)。从变性到复性的状态是可逆的,而从天 然的状态到变性的状态不可逆。冷却后复性时分子量不变,这表明复性是一t分子内 过程,黄原晈有序形式的恢复发生于单分子里。很有可能的是黄原晈复性形式的构象 是由一条链折叠成发卡环状〔hahpin loop)的反平行、双股线结构。复性后黄原胶溶 液的粘度比天然的高,支撑丁在复性过程中单股线缔合成超分子结构的理论。
在低离子强度或高温溶液中,由于带负电荷侧链间的彼此相互排斥作用,黄原胶 链形成一种盘旋结构,然而即使电解质浓度的少量增加也会减少侧链间的静电排斥, 使得侧链盘绕在聚合物骨架上,聚合物链伸展成为相对僵硬的螺旋状杆。随着电解质 浓度的增加,这种杆状结构在高温和高浓度的状态下也能稳定存在。
1.1.2黄原胶溶液的功能特性及其在食品中的应用价值
黄原胶特殊的分子结构和构象决定丁它具有特殊的功能性质,从而使黄原胶成为 应用领域广、发展速度快且极富发展潜力的微生物多糖[2<5_23]。
黄原胶分子量非常高.其螺旋结构使黄原胶在低浓度、低剪切力时具有高粘度的 特点;同时该粘度为黄原胶溶液提供丁一定的屈服值,即要使黄原晈溶液发生流动需 要一t最小的力,这t力的存在使得产品在低应力的储存和运输过程中保持稳定。
黄原胶溶液还具有十分良好的假塑性,该流变特性对食品的加工和食用有重要价 值。在食品加工中,作为添加剂易于泵送和灌注等工艺,便于高固形物食品的混合搅 拌,提高工作效率。添加黄原胶的食品在食用时,因咀嚼及舌头转动时所形成的剪切 率,使食物粘度下降不粘口,口感细腻,利于风味释放。
黄原胶特殊的结构特征还使其对热、酸、碱和酶都具有十分良好的耐受能力,这 些性质都使得黄原胶成为十分良好的食品增稠剂和稳定剂。
1.1.3我国黄原胶质量存在的不足
我国黄原胶的生产起步于70年代末,在二十多年的发展过程中,黄原晈的产量和 产品质量得到丁大幅度提高,目前年产上万吨,并成为我国添加剂中的主要出口产 品。然而,我国在黄原晈的质量等方面和国外相比还存在不少问题[24_~],如因生产工 艺不够规范和生产过程质量控制不严导致产品质量的稳定性有较大的波动,从而导致 其应用到食品中时引起产品具有比较大的波动性;产品的质量指标、检测方法等不能 和国际接轨,从而为我国黄原胶的出口带来比较大的麻烦;产品品种比较单一,一味 注重产品的粘度和剪切比,而国外则注重产品功能性,针对不同的食品体系的特殊功 能性需求开发不同的黄原胶品种,如透明型、速溶型和耐盐型,这些产品主要通过将 黄原晈和其它物质复配以及对黄原晈进行改性制得,而在价格上却是国内的两倍以 上。 
1.1.4酸性乳饮料中酪蛋白失稳的机理
牛乳中蛋白质大约占总量的3.5%,其中最主要为酪蛋白,占总蛋白的80%左右。 它由asl-,a.s2-,P-和K-酪蛋白组成,在牛乳中它和无机盐(主要为磷酸盐)、水以及一 些微量组份共同组成酪蛋白钙酪蛋白磷酸盐复合物,俗称酪蛋白胶束。其中,asl-, ocs2-,(3-酪蛋白在胶粒内部形成胶粒的核,它们通过和磷酸钙结合形成胶粒,ic-酪蛋白 的2/3N-末端通过疏水作用和内部的<xsl-酪蛋白相互作用,2/3N末端通过亲水作用伸向水 层,因而在胶粒的表面形成“毛发”结构。因此,酪蛋白胶粒通过其表面带有的净负 电荷以及其该“毛发”区提供的空间位阻而稳定存在,特别是后者的作用。
在酸性乳饮料调酸过程中,随着pH的降低,酪蛋白胶粒表面的静电排斥作用不断 减小,因而有互相聚集的趋势;随着pH的进一步降低,酪蛋白从外层的K-酪蛋白向内 层的ctsl-, asr,p-酪蛋白逐渐溶解,同时释放磷酸钙;当pH值经过酪蛋白的等电点时, 酪蛋白胶束静电荷为零,这时容易发生聚集沉淀;当pH下降到酪蛋白等电点以下时, 酪蛋白胶束静电荷为正,但此时它们之间的排斥力不够大,而最终使蛋白沉淀相互靠 近而聚集沉淀,而热处理则会加剧这样的进程[26~29]。同时,组成酪蛋白的ctsl-,〇ts2-,p- 酪蛋白具有较强的钙敏性,在调酸过程中它们结合牛奶中游离的钙从而导致酪蛋白的 聚沉。
1.1.5多糠稳定酪蛋白的机理
由于上述的问题,酸性乳饮料的生产中通常需要加入稳定剂提高产品的蛋白稳定 性。这些稳定剂一般都是食品级水溶性高分子多糖,它们在稳定酸性乳饮料时,除了 靠自身提供的粘度之外,实际上还涉及到多糖和蛋白质在水溶液中混合时相互作用的 问题_3]。如图1-2所示,多糖和蛋白质在水溶液中混合时会发生如下三种作用。
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miscibility
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complex coacervationincompatibility
Fig. 1. Classification of the mixing behaviour of ternary mer solutions solvent + polymer A + polymer B systems. Due to entropy rea^ons> separation wi]l never be complete. The
图1-2三元高分子溶液的混合行为分类(溶剂+高分子A+高分子B)
(1)相容(miscibility):如果多糖和蛋白质之间的作用类似于同种高分子之间的作 用,黄原胶和CMC复配对酸性乳饮料稳定性的影响,它们就会发生相容的情况,即使在较高的浓度下也能使混合体系保持均匀稳定。 但是随着高分子分子量的增加,高分子之间的既不太排斥又不太变得吸引的平衡很难 达到,因为每个分子中各片断轻微的排斥或吸引电势累积起来后会非常大。
(2)不相容(incompatibility):当不同高分子之间的排斥力比同种高分子之间更 大时,体系因为热力学不相容(thermodynamic incompatibility )发生分离相分离
(segregative-type phase separation),每相中只含有一种高分子。
(3)络合(complex coacervation):不同高分子分子间的净相互吸引力会导致高
分子之间发生络合作用。此时体系发生相分离,一相富含溶剂,另一相富含两高分子 形成的凝聚物(coacervates)。该典型情况是带相反电荷的聚电解质在水溶液中混合, 它们分子中离子残基释放抗衡离子过程中产生的过剩焓使它们发生络合。络合反应需 要高分子之间发生非定位的静电作用,这样可以使高分子的分子链具有移动性,否则 该动态平衡会被打破,它们形成不可逆的沉淀。比较高的高分子浓度会抑制自身的络 合作用:一旦系统髙分子的浓度达到凝聚的条件,能引起相分离的驱动力消失了。同 时,高离子强度会通过消除释放抗衡离子增加的洽来减少或抑制络合物的生成。
由此两高分子混合时产生的不同作用来看,选择不同的多糖会使酪蛋白稳定性发 生变化。对酸性乳饮料体系来说,选择阴离子多糖和处于等电点以下带正净电荷的酪 蛋白产生络合作用是提高酪蛋白稳定性的有效措施。
同时,对多糖和蛋白质共存的体系,多糖是否容易吸附在蛋白质上,以及本身是 否凝胶以及其添加的浓度对蛋白质具有不同的稳定效果,具体如图1-3?1-5所示。
 
图1-3非吸附、非凝胶多糖对酪蛋白胶束稳定作用示意图
图1-3中,对非吸附,非凝胶多糖,随着多糖浓度的增加,系统发生如下的变化: (a)稳定、(b)损耗絮凝(depletion flocculation)和(c)稳定。在高分散相体积分 数的体系中,需要长时间来重组紧密堆积的胶粒网络结构-假稳定状态(b。。非吸附 高分子在高浓度时可以使体系稳定,但这时体系粘度太高,一般不适用。
 
图1-4吸附、非凝胶多糖在酪蛋白胶体溶液中和酪蛋白胶束相互作用示意图
如图1-4,对吸附、非凝胶多糖,随着多糖浓度的增加,系统发生如下的转变:
(a )键桥絮凝(bridge flocculation)、( b )稳定和(c )损耗絮凝(depletion
flocculation)。键桥效应在非常低的浓度下发生,当胶粒表面积大约有一半饱和时,该 键桥絮凝越来越明显。如果体系里存在过剩的吸附多糖,它将转变成自由的非吸附多 糖,从而引起损耗絮凝,当损耗絮凝发生的时候,聚合物被从颗粒之间排挤出来,导 致颗粒周围和颗粒之间的聚合物存在浓度差,聚合物溶液之间的渗透压大于颗粒间无 聚合物区域的渗透压,因而增加了颗粒间的相互吸引,从而导致颗粒的聚集。
 
图1-5凝胶多糖在酪蛋白胶体溶液中和酪蛋白胶束相互作用示意图
图1-5中,(a)表明非吸附、凝胶多糖在酪蛋白胶粒周围产生网络结构;(b)表 明吸附、凝胶多糖将胶粒包裹在凝胶结构里,这两种情况都很稳定;(c)对吸附、凝胶 多糖来说,如果多糖的浓度低于形成凝胶的临界浓度,被吸附的多糖和它们悬浮的链 末端发生缔合而直接导致键桥絮凝效应。
由此可以看出,选择吸附和/或凝胶类多糖,同时控制多糖的浓度,就可以使酪蛋 白处于稳定的状态。
1.1.6目前国内外用于酸性乳饮料的稳定剂
迄今为止,高酯果胶(HM pectin)、水溶性大豆多糖(soluble soybean polysaccharide)、海藻酸丙二醇醋(PGA)和澳门威利斯人88038(CMC)被认为是最有 效稳定酸性乳饮料的亲水胶体[3446],它们都是阴离子多糖,除了通过增加产品的粘度 提高产品的稳定性外,它们主要通过和等电点以下带正净电荷的酪蛋白发生络合作 用,吸附在酪蛋白的表面形成保护膜,利用它们之间的静电排斥力和/或空间位阻作用 防止酪蛋白的聚集沉淀,从而提高酸性乳饮料产品的稳定性。这些稳定剂稳定酪蛋白 除了因为其具有一定的电荷密度,还因为其分子链比较柔顺,如CMC作为线性多糖其 分子链比较柔软,所以和酪蛋白相互作用时在酪蛋白表面形成一层比较薄的保护膜从 而稳定酪蛋白,果胶的分子链也十分柔软,但是因为其支链比较多和酪蛋白作用时在 酪蛋白表面形成的保护膜比较厚,所以其对酪蛋白具有更好的稳定性。
实际生产中,一般利用这些稳定剂中的一种或多种和其它一些胶体进行复配稳定 酸性乳饮料产品,其中利用大豆多糖、果胶生产酸性乳饮料产品稳定性好,且风味优 良,但是其价格比较昂贵^目前,水溶性大豆多糖主要用宁日本,果胶主要用于欧 美,我国目前则主要使用CMC。
黄原胶特殊的流变性能给液态奶产品带来十分爽滑的'口感,所以,在实际生产 中,它被通过和其它胶体复配的方式添加到产品中去,即使很少量也会给产品带来爽 滑的口感和良好的风味释放功能。
1.1.7黄原胶和蛋白质的相互作用及其在酸性乳饮料中的应用现状
从能有效稳定酸性乳饮料的亲水胶体的特性来看,它们都属于阴离子多糖,黄原胶和CMC复配对酸性乳饮料稳定性的影响,除了 通过产品粘度提高产品稳定性之外,主要依赖和带正静电荷的酪蛋白相互作用形成吸 附膜,从而通过静电排斥和/或空间位阻作用来稳定酪蛋白而黄原胶作为阴离子多 糖,只能通过和其它能使体系稳定的胶体复配,而不能单独用来稳定酸性乳饮料。
研究表明,在中性情况下,黄原胶在适用的浓度范围内会因为和酪蛋白酸钠或乳 清蛋白热动力学不相容而发生分离相分离,以及使酪蛋白胶束和变性的乳清蛋白发生 损耗絮凝而导致相分离[4^5<)]。所以对酸性乳饮料体系,在产品调酸之前,产品就发生 了相分离,该相分离状态在调酸搅拌过程中叉呈暂时的均匀状态,随着产品pH值的降 低,一方面酪蛋白M不断聚集趋势,另一方面,黄原胶保持对它的排阻絮凝的同时和 它在带比较少负电荷的情况下发生非定位络合作用,这几种因素的共同作用导致体系 最终分别得到-个包含酪蛋白凝聚物和缔合的黄原胶的海棉状物质和&个水相。该海 绵状物质是相分离导致的不对称物质的普遍特征,它的微观结构被很多人被利用扫描 电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等成像技术观察到[51~52],Sanchez等人 [52]将14% (w/w)的脱脂奶粉进行酸化凝胶化时,体系中添加不同浓度的黄原胶 (0.001%、0.02%和0.1%)对产生的酪蛋白凝胶结构有较大的影响^在添加纛•常少 (0.001%)时,酪蛋白凝胶结构基本不受影响;在添加量为0.02%和0.1%时,酪蛋白凝 胶结构受到很大的影响,如图1-6所示,形成的超分子水平海棉状凝胶结构中孔径变得 越来越小,孔数越来越多且更加紧密。
 
图1-6利用SEM观察得到的酸性脱脂乳/黄原胶凝胶(PH4.6)
黃原胶含鼋分别为(wAv) 0.001% (A-C) , 0.02%(D-F)和0.1% (G-I)。 
以上机理也说明了实际生产中企图单独利用黄原胶稳定酸性乳饮料在调酸过程中 出现的白色丝状物质和调酸后出现的豆腐花状物质的现象,如图1-7。
 
图1-7单独利用黄原胶(0.05?0.25%)稳定酸性乳饮料在调酸过程中及调酸后的现象
由此可以看出,黄原胶在适用的浓度范围内不能单独稳定酸性乳饮料,当然,对 中性乳,其也不能单独稳定,其单独可以用于酸奶,添加量为0.01?0.03%可以改善酸 奶的质构和析水问题[5>55]。其中,对于酸性乳饮料体系,黄原胶一般通过和能有效保 护酪蛋白的果胶、CMC和PGA等复配使用,从体系的稳定性角度,一般认为它主要靠 这些胶体对酪蛋白的保护,而关于黄原胶对体系稳定性的影响则众说纷纭,有的认为 它对体系影响不大,有的认为它能使体系更稳定,有的认为它对体系更不稳定。而到 底黄原胶和其它胶体复配后,体系的稳定性如何,没有报道系统研究过,有的只是对 实验配方和工艺的探讨[56?58]。
从理论上讲,将黄原胶添加到酸性乳饮料产品中,即使添加量很少,体系的粘度 也会增大,因而其稳定性应该稍有提高《但是,即使很少量黄原胶的添加,也会影响 蛋白和多糖的相3:作用,从而影响产品的稳定性。
由上述表明,在酸性乳饮料调酸过程中,当酪蛋白处于等电点以上,但是带负电 荷相对较少时就和黄原胶发生络合作用。该络合作用的大小受很多因素影响,包括蛋 白质表面离子基团的分布以及它的结构被打开的容易程度,以及黄原胶分子链的柔顺 性和电荷密度等。黄原胶分子链的柔顺性和电荷密度又受黄原胶的在溶液中的分子构 象和其带电基团的多少等相关。
综上所述,黄原胶的构象有螺旋结构和无规线团,这具体受它的受热历史、溶液 中离子强度等因素影响。因为对多糖来说,电荷密度越高,分子构象越柔软,其和带 正静电荷的酪蛋白络合作用越强。但是对黄原胶来说,如果在溶液中其分子构象处于 螺旋结构,分子链比较僵直*则不能有效和酪蛋白结合,这种情况下,要么其分子链 和溶液中存在的其它多糖多余的分子链一起增加产品的粘度(如图l-4-b)从而提高产 品的稳定性,要么因为它引起体系的排阻絮凝(如图l-4-c)从而降低产品的稳定性; 如果黄原胶的分子构象处于柔软的无规线团时,有可能吸附在酪蛋白周围(如图1-4- 
b)从而直接对酪蛋白起稳定作用,当然该作用如果过大,则可能导致络合沉淀,从而 使体系更不稳定。
1.2论文的目的和意义
本论文课题来源于丹尼斯克(■中国)有限企业,目的是解决不同来源黄原晈和 CMC复配后导致酸性乳饮料产品稳定性波动大的问题,即通过研究不同来源黄原胶和 CMC复配对酸性乳次料产品稳定性的影响,选择合适的黄原胶品种和CMC复配用于稳 定酸性乳饮料,并且通过探讨产品具有不同稳定性的原因,为将来选择黄原胶在酸性 乳次料中应用提供合适的参数引导。
本论文问题的解决将不仅为丹尼斯克(■中国)有限企业带来一定的经济效益,同 时对国民经济和学术研究都有一定的意义,即具有一定的经济意义和社会意义。
1)可以获得合适的黄原胶品种和CMC复配稳定酸性乳饮料;
2)为将来选择黄原晈品种在酸性乳饮料中应用提供合适的参数引导;
3)为酸性乳次料提供优质价廉的稳定剂,推动酸性乳次料产品的生产和开发,提 高全民牛乳摄入量,增强人口身体素质;
4)扩大黄原晈在酸性乳次料领域中的应用;
5)为生产用于酸性乳饮料产品的黄原胶品种提供参数引导等。
1.3本论文主要研究的内容
1)研究在CMC的基础上添加不同来源黄原胶对酸性乳饮料的稳定性影响;
2)根据不同来源的黄原胶在理化指标和功能性质上的差异,黄原胶和CMC复配对酸性乳饮料稳定性的影响,探讨在CMC基础上添 加不同来源黄原晈引起酸性乳饮料不同稳定性的原因。
即通过以某种CMC稳定酸性乳饮料为基础(■添加量为0.4°。),添加10种不同来源 的黄原胶〔添加量为0.05%)考察产品稳定性情况,根据产品的稳定性结果筛选出使产 品更稳定和更不稳定的黄原胶,并通过对比这两类黄原晈在理化性质上的差异,寻找 它们使产品体系更稳定和更不稳定的原因。 
第二章不同来源黄原胶和CMC复配对酸性乳饮料稳定性的影响 2.1引言
本章在CMC的基础上分别添加10种不同来源的黄原胶来稳定酸性乳饮料,通过对 比添加不同来源黄原胶后产品的稳定性和单独添加CMC时产品的稳定性,从而考察黄 原胶的加入对CMC稳定的酸性乳饮料产品稳定性的影响。
实验首先选取酸性乳饮料基本配方(表2-2)进行研究,在利用其得到结论后,利 用酸性乳饮料应用配方(表2-3)进行验证。本实验选取超高温短时杀菌(UHT)方式 作为制备酸性乳饮料产品的杀菌方式,采取三批平行实验。
实验中对酸性乳饮料产品采取的分析方法为:货架观察、离心沉淀测试、垂直扫描 宏观分析(Turbiscan)测试、粒径分布测试和粘度测试,其中离心沉淀测试是反映产品 稳定性最快速的方法,一直被液态乳生产厂家用来评价产品的长期稳定性,所以本实验 也将其作为评价产品长期稳定性的指标,其他测试手段获得的信息用来对产品的稳定性 进行辅助分析[59~6'
垂直扫描宏观分析仪(Turbiscan)的核心部分是一个能沿着圆柱型测试管轴向移动 从而扫描整个样品高度的读数头,读数头内置有一个脉冲近红外光源和两个同步的光探 测器(透射光探测器和后向散射光探测器)。透射光探测器接收透射过样品的光,后向散 射光探测器接收从样品135^处后向散射的光,如图2-1 (a)。读数头在最大80mm的样品 高度上每隔40叫11捕获透射光和后向散射光的数据,读数头的工作周期等可以由程序设 定。用后向散射光(Back Scattering,简称BS)或透射光(Transmission,简称T)的百分率 对样品高度作图显示在仪器的屏幕上,这些数据表征产品的均一性、颗粒的浓度和直径, 如图2-1 (b)
 
仪器在不同时间里沿着样品高度收集样品的BS或T数据,通过获得的BS或T数据反 映产品的稳定性变化情况,如图2-2所示,如果颗粒尺寸或者体积分数没有发生变化, 则在样品的高度上BS和T保持不变;如果粒径发生了变化(产生絮凝或聚集),在样品 的高度上BS或T则会发生变化;颗粒的移动现象(分层或沉淀)导致颗粒在样品的上、 下两端体积分数发生变化,Turbiscan可以计算颗粒的移动速率。
10 
观察到产品稳定性的变化,利用Turbisan测试的另一个优点是它能非破坏性测试出未稀 释乳状液(特别是不透明和浓稠的体系)的不稳定现象。
 
 
图2-2 Turbiscan测试的产品的不稳定现象
对乳品体系,在乳品贮藏过程中出现的不稳定现象,如凝聚或絮凝,以及随之导致 的分层或沉降等都可以通过Turbisan在产品贮藏早期进行动态分析,从而远远早于肉眼
2.2实验材料与仪器
2.2.1实验材料
昆山鲜奶供应站 太古糖业有限企业 上海试剂一厂,分析纯 上海科旺化学试剂有限企业 丹尼斯克有限企业提供
鲜奶 白砂糖 柠檬酸 變氯化钠
澳门威利斯人88038型号FH9 (简称CMC)
10种不同来源黄原胶,它们的来源及理化指标如表2-1所示。
表2-1不同来源黄原胶的理化指标
来源简称:目数外观水分
(%)灰分
(%)酒精或
异丙醇(mg/kg)
CN-01200乳白色粉末9.76.0(酒精)40
国内某企业生产的某一型CN-02200乳白色粉末9.97.6(酒精)3
号的4个不同批次CN-03200乳白色粉末8.95.9(酒精)〇
CN-04200乳白色粉末10.19.0(酒精)100
中美合资某企业生产的某  ...
JV80淡米黄色粉末9.78.3(酒精V
一型号的1个批次
FR-0180淡米黄色粉末9.210.7(异丙醇)30
法国某企业生产的两个不FR-0280淡米黄色粉末9.710.7(异丙醇)30
同型号的分别4个和1个FR-03200白色粉末7.111.2(异丙醇)<30
批次FR-04200白色粉末8.610.7(异丙醇)30
FR-0580淡米黄色粉末8.011.0(异丙醇)<30
11
2.2.2主要实验仪器和设备
IKA, LABORTECHNIK
德国组装
RaNVIE,丹麦哥本哈根 Metrohm,瑞士 上海安亭科学仪器厂 Brookfield,美国 Formulation,法国 马尔文仪器有限企业,英国
搅拌器(RW20D2M.n)
试验型超高温短时杀菌机(ALFA-LEVEL) 均质机(二级) pH 计(744 型)
大容量低速离心机(DL-5)
粘度计(DV-I+)
垂直扫描宏观分析仪(Turbiscan,MA2000) 激光粒径分析伩(Mastersizer 2000)
2.3实验方法
2.3.1酸性乳饮料配方
酸性乳饮料基本配方和应用配方分别如表2-2, 2-3所示。
表2-2酸性乳饮料配方一(g)
实验编号
1#2#3#4#5#6#7#8#9#10#11#
鲜奶35003500350035003500350035003500350035003500
砂糖10001000100010001000100010001000100010001000
CMC4040404040404040404040
CN-015
CN-025
CN-035
CN-045
JV5
FR-015
FR-025
FR-035
FR-045
FR-055
水54605455545554555455545554555455545554555455
总量1000010000100001000010000100001000010000100001000010000
本文为表述方便,将单独添加CMC值得的样品称为CMC,将CMC和不同来源黄 原胶复配后制得的样品分别以黄原胶的简称来命名,分别为CN-01?04 (总称为CN)、 JV、和FR-01?05 (总称为FR)。
12
表2-3酸性乳饮料配方二(g)
组分实验编号
1#2#3#
鲜奶350035003500
砂糖500500500
AK糖/阿氏巴甜(1:1)2.52.52.5
CMC404040
CN-045
FR-055
浓缩苹果汁(70°Bx)170170170
水6787.56782.56782.5
总量100001000010000
2.3.2酸性乳饮料生产工艺和操作要点
2.3.2.1生产工艺
1.将胶体(CMC和/或黄原胶)和砂糖和/或甜味剂混合均匀,高速搅拌状态下加入到 75°C的水中,搅拌约30min,保证胶体充分溶解;
2. 待胶体充分溶解后,放入20°C水浴冷却,冷却到30°C以下和冷鲜奶混合;
3.混合液在30°C以下用50% (w/w)柠檬酸调酸至pH4.00,对酸性乳饮料配方二在调 酸前加入浓缩苹果汁的稀释液(10倍稀释);
4•搅拌均匀后,经UHT杀菌(121°C,4s,其中均质温度65GC,压力25MPa);
5.无菌冷灌装,出口温度为25义。
2.3.2.2操作要点
1.溶胶:该步骤非常重要,必须保证胶体充分溶解。因为如果溶解方法不当,会导致 胶体的结团等不良的现象,从而影响胶体的实际添加浓度。本实验以砂糖为分散剂, 将其和胶体混合均匀后添加到水中,同时在添加时保证水处于被高速搅拌的状态, 但是注意控制搅拌速度,不能混入过多气泡,以免影响产品的稳定性。
2.调酸:首先应保证产品在调酸时温度不超过30GC,因为在高于30GC调酸时会影响 产品的稳定性。所以,在产品制备过程中,必须将溶解均匀的胶体溶液置于冷水浴 中冷却到以下再和冷鲜奶混合,从而保证产品的调酸时的温度大约为20QC。
3.均质:均质可以使产品具有足够小的颗粒,这样不仅可以提高产品的口感,同时可 以提高产品的稳定性。产品在均质时温度为65°C时,均质效果比较好,所以本实验 选取了该温度进行均质。均质压力选的太小或太大都不好,太小,达不到减少颗粒 粒径的目的,太大反而会影响产品的稳定性。黄原胶和CMC复配对酸性乳饮料稳定性的影响,本实验选取25MPa,并采取二级均质 压力4MPa,从而保证产品得到充分的均质。
13 
4.灌装:本实验因为是无菌冷灌装,所以要保证灌装的无菌操作。首先,灌装前应利 用紫外灯照射和双氧水喷洒工作台,双氧水浸泡灌装头等措施进行杀菌。灌装时, 手要用酒精擦拭,灌装动作要迅速,从而保证产品的绝对无菌状态。
样品制备好后,除了放在常温货架上对稳定性进行直接观察外,保证产品在常温下 至少平衡一天后对产品进行如下项目的测试:离心沉淀,Turbiscan,粘度和粒径分布。
2.3.3直接观察
将制备得到的样品置于常温贮藏室的观察台上,并在后续的六个月里观察样品的稳 定性情况。
2.3.4离心沉淀测试
在产品贮藏一天后,对产品进行离心沉淀测试。称取40g样品到离心管中,常温下 以4696 rpm的转速旋转20 min,离心后倒出上层液体(本次实验因为是鲜奶,上层脂肪 被同时倒出),再将离心管倒置5min后称重。每个样品进行3次平行测定,离心沉淀率 取平行测定的平均值。产品的离心沉淀率等测试结果取3次平行实验的平均值。
离心沉淀率的计算公式如下:
离心沉淀率(%)=离心沉淀量/称取样品量x 1〇〇%;
离心沉淀率越大,产品越不稳定。一般,产品离心沉降率在1%以内认为比较稳定, 大于1%的,越大越不稳定。
2.3.5 Turbiscan 测试
本研究对第二批平行实验产品进行Turbiscan测试,在产品贮藏一天后进行。为防止 产品在贮藏过程中腐败变质,在将样品装入Turbiscan测试管前加入0.04%的叠氮化钠,
装样量为5g,在接下来90天的不同时间里常温测试样品的后向散射光和透射光。
对乳品体系,通过TurbiscanApp将得到的后向散射光(BS)曲线处理成DeltaBS的 模式(即反映样品BS值相对于第一次测试时的变化)对产品的稳定性进行分析,且在数 据处理时,只有当透射光(T)为0时,才能利用后向散射光进行分析,否则,透过测试 管壁的部分透射光会干扰后向散射光的信号。
2.3.6粘度测试
产品在贮藏一天后,对产品进行粘度测试。本实验通过Brookfield VI+测试产品的粘 度,测定选择01号转子,转速为lOOipm,在该转速下停留时间为:30s,测量温度为:25°C。
2.3.7粒径分布测试
三批平行实验产品分别在贮藏一天后进行粒径测试。本实验利用激光粒径分析仪测 试产品的粒径分布情况,该仪器基于米氏光散射理论设计,以波长为633nm的He-Ne
14
激光器为主:光源.,波长为466nm的藍光固体光源为辅光源,检测限为:0.02?SOOO^im。 测试条件为:蛋白质折光指数为1.529,水为1.33,吸光度为0,转速为2050r/min。粒 径测试的结果通过该仪器附带的App进行分析。
2.4结果与讨论
2.4.1直接观察结果
观察发现,产品在贮藏一天后都非常稳定,如图2-3第一批实验1#-7#产品所示。
 
图2-3第一批产品1#-7#在贮藏一天后的稳定性状态
随着贮藏时间的延长,所有产品在贮藏过程中都出现了不同程度的蛋白质沉淀和脂 肪上浮的现象.CMC碁础上添加不同来源黄原胶的产品的蛋白沉淀多少不一样,添加 CN的蛋白沉淀都比单独添加CMC的显著増多,而添加JV及FR的蛋白沉淀都比单独添加 CMC的略微偏少,其中JV和FR-05最少。这说明,在CMC的基础上添加不同来源黄原胶 产品的稳定性有显著差异,添加CN的产品的稳定性比单独添加CMC时更差,而在CMC 基础上添加JV或FR的,产品的稳定性比单独添加CMC时略好。
通过直接观察还发现,添加黄原胶的产品的脂肪上浮情况都比单独添加CMC的略少 ^些,也就是说添加黄原胶到产品中去:会对产品减少脂肪上浮略有帮助,但是本文对 此不作深入研究,全要讨论黄原胶对产品蛋白稳定性的影响。
本实验因为无菌灌装时要达到完全相同的装样麓比较困难,同时因为无菌瓶瓶形不 均匀及肉眼读数存在误差等原因,没有对样品进行蛋白沉淀髙度的测量比较。
2.4.2离》L、}几}疋率结果
以样品名称为横坐标.以每个样品H批平行实验得到的离心沉淀率为纵坐标作散点 图(如图2-4)或以它们的平均值为纵坐标作柱_图(如图2-5)。
5.08
^ 4.50 A 4.56^ 4.47
A 3:97 ♦ 4 11
▲ 3.46
2.81
^ 2.83
A 2.02
♦ 1.34
1 --1.083K 109 鲁 0.96■ 113_1.11
■ 0:孫▲ 0.715IC _ • 0.61 0 總■ 8盈日溫■ §1§
〇 !!!|!!!|!|||
-CMC ACN-01 ACN-42 4CN-03 ^CN-04«FR4>1 〇FR>02 BFR-03 aFR-04 -FR45
图2-4酸性乳饮料配方一三批实验离心沉淀率分布图
由图2-4可以看出,和CMC相比较,添加少量不同来源的黄原胶,产品的稳定性 受到的影响不同。其中,添加CN黄原胶的样品,三批平行实验产品的离心沉淀率分布 比较广,即相对于参比三批实验的离心沉淀值分别为0.66%、0.78%和1.10%,CN-01 分别为 0.71%、3.46°/〇和 4.50%,CN-02 分别为 2.01%、3.97%和 4.56%,CN-03 分别为 1.34%、4.11%和5.34%,CN-04分另I]为2.83%、4.46%和5.08%,它们中虽然也有在较 小离心沉淀率区域的分布,如CN-01的0.71%和CN-03的1.34%,但是这样的在较稳定 区的分布很少,它们主要集中分布在较大的离心沉淀率区域上;而添加JV和FR的样 品,三批平行实验产品的离心沉淀率分布都和参比差不多,如JV为1.09%、0.64%和
0.60%,FR-01 为 0.96°/。、0.61%和 2.81°/。,FR-02 为 0.74%、0.44%和 0.64°/。,FR-03 为 1.1%、0.59%和0.75%^尺-04为0.80%、0.61%和0.59%,?尺-05为1.11%、0.65%和0.59%, 且FR-01的2.81%是因为实验调酸时速度未控制好导致,计算FR-01的平均离心沉淀率 时忽略不计。
0.00
〇 o 〇 〇 〇 o 〇 〇
4 ^ ^2.1
?/0)奠奪®
 
 
CMC CN-01 CN-02 CN-03 CN-04 JV FR-01FR-02FR-03 FR-04 FR-05
图2-5酸性乳饮料配方一三批实验平均离心沉淀率柱型图
16
5.00 r 
由图2-5可以看出,相对于CMC的产品平均离心沉淀率0.84%,CN加入到样品中使 得稳定性大大降低,即产品的平均离心沉淀率分别为2.89%、3.51%、3.60%和4.12%, 而JV或FR加入到样品中,产品的平均离心沉淀率分别为0.78%、0.79°/。、0.60%、0.82%、
0.67%和0.70%,稳定性比CMC略好。
以上离心沉淀率实验结果和直接观察结果具有良好的一致性,它们共同说明CN和 CMC复配后使酸性乳饮料产品稳定性更差,该产品对制备酸性乳饮料过程中三批平行 实验间较小的差别都很敏感,即受原料(如鲜奶源)或操作工艺(如搅拌速度)等波动 的影响较大,而这些波动在实际生产中是不可避免的,作为一种稳定的食品添加剂,它 应能经受得住实验之间较小的实验误差,相反JV和CMC复配后或FR和CMC复配后 酸性乳饮料产品则比单独利用CMC更稳定。
根据上述得出的结论,筛选出使产品更稳定的FR-05和使产品更不稳定的CN-04,利 用酸性乳饮料配方二,以单独添加CMC为参比,在其基础上分别添加FR-05和CN-04, 它们三批平行实验产品的离心沉淀率分布如图2-6所示
A 5.33
A 3.28
#0,!§
■ FR-05▲ CN-04
〇 ■—
♦ CMC
| 111A 0-69
图2-6酸性乳饮料配方二3批实验离心沉淀率分布图 从图2-6可以看出,添加CMC的产品离心沉淀率分别为0.88%、0.80%和0.84%,添 加FR-05的产品离心沉淀率分别为0.78%、0.70%和0.60%,它们都集中分布在较稳定的 区域内,且变化较小,而添加CN-04的产品离心率分别为0.69%、3.28%和5.33%,它们 的分布从稳定区域到不稳定区域比较广。CMC、FR-05及CN-04的三批平行实验的平均 离心沉淀率分别为0.84%、0.69%和3.10%,说明FR-05的稳定性比CMC更好,而CN-04 的稳定性则比CMC更差。因此,利用配方二得到的产品稳定性结论验证了利用配方一得 到的产品稳定性结论,即不同来源黄原胶和CMC复配会使酸性乳饮料更稳定或更不稳 定。
以上实验结果表明,CMC可以和黄原胶复配稳定酸性乳饮料,只是应注意黄原胶 来源的选择。对本实验来说,合资厂和法国来源的可以选择和CMC复配来稳定酸性乳
饮料。
17
2.4.3 Turbiscan 测试结果
利用配方一制备得到的某一批酸性乳饮料产品50天的Turbiscan测试图如附录图1所 示,由附录图1中各样品的DeltaBS曲线可以看出,酸性乳饮料产品在贮藏过程中稳定性 都不同程度地发生了变化。
CMC
4〇% Delta Back Scattering0d 0:00
 
20mm40mm
图2-7参比常温下50天内不同时间的DeltaBS曲线图
3d 0:05 5d 23:22 8d 3:09 11d0:48 13d 1:42 14d 22:29 20d 0:31 21d 23:31 42d 21:52 47d 23:41 49d1:01 50d 1:02
以参比(单独添加CMC的产品)的Turbiscan测试图为例,如图2-7所示,样品 在贮藏前几天,DeltaBS值在样品的底部(曲线从左到右代表样品从底部到顶部)和顶 部分别越来小于〇和越来越大于〇,并且Delta BS<0的情况从样品底部逐渐向顶部发展, 这表明,样品中的蛋白质和脂肪不断发生絮凝和聚集,并且脂肪发生絮凝和聚集速度非 常快,以致于在贮藏的前几天就在样品顶部形成脂肪层;随着时间的推移,在样品的底 部开始出现Delta BS>0的情况,同时Delta BS在样品中部和顶部分别越来越小和越来 越大。这表明,当样品中蛋白质通过絮凝或凝聚越聚越大后开始发生沉淀,同时样品中 蛋白质仍然在不停地絮凝和沉淀,顶部脂肪仍在不断的上浮,DeltaBS大于零的峰面积 来体现了样品中蛋白沉淀和脂肪上浮的程度。
由附录图1可以看出,在CMC基础上添加黄原胶产品的蛋白沉淀和脂肪上浮变化 过程和单独添加CMC的产品类似,但是它们分别在管底和管顶的峰面积大小和单独添 加CMC的相比存在一定的差异,这表明它们随着贮藏时间的延长蛋白沉淀和脂肪上浮 的程度存在差异。对产品的蛋白沉淀来说,CN比参比都严重,JV和FR则比参比轻得 多,特别是FR-02和05其在50天贮藏的时间里还没有发生蛋白沉淀,且FR-05的蛋白 质的絮凝和聚集程度比FR-02更轻;对产品的脂肪上浮来说,所有产品的脂肪上浮程度 都比参比略低。通过Turbiscan对不同样品的稳定性观察发现,其结论和对产品进行的 直接观察以及离心沉淀具有很好的一致性。
资料表明[61],通过Turbiscan测得的产品的蛋白沉降速率快慢和通过离心分离测得 的产品的离心沉淀率大小对反映产品的稳定性具有一致性。本论文因为在样品测试的前
18
三天样品数据收集的不够密,利用App处理得到的蛋白质沉降速率不够精确,因而给样 品之间沉降速率的对比带来困难,且本实验因为没有对三批平行实验都进行Turbiscan测 试,所以没有对不同产品的Turbiscan结果进行沉降速率分析,但是通过Turbiscan测试手 段得到的Delta BS曲线仍能了解产品在贮藏过程中的稳定性变化过程,以及不同样品蛋 白沉淀和脂肪上浮的程度。
2.4.4产品的粘度测试结果
根据Stocks定律,
D-颗粒的平均粒径 Pf-介质密度,kg/m3 n-介质粘度,Pa*s
V=D2(PS-Pf)g/18 n 其中,V-颗粒的沉降速率,m/s Ps-颗粒密度,kg/m3 g-重力加速度
蛋白质颗粒的沉降速率和颗粒的粒径和粘度等因素有关,所以本文分别采用了粘度 计和粒径分析仪分别对它们进行测试。
54321098765
3^333322222
§ I
 
图2-8三次平行实验样品的平均粘度值
根据Stocks定律,产品的粘度越大,产品应该越稳定。本实验三批平行实验产品粘 度平均值如图2-8所示。
由图2-8可以看出,与参比相比,凡是在0.4%CMC的基础上添加了 0.05%黄原胶, 酸性乳饮料产品的粘度均不同程度地升高了,其中FR-05和JV升得最高,其余CN中 CN-03和FR中FR-02, 04升高的比较多,其余的都比较低且比较接近。
从本实验测试结果可以看出,添加黄原胶的产品粘度都比CMC高而其稳定性有的 比参比好有的比参比差,这说明产品粘度高其稳定性不一定就好,从Stocks定律也可以 看出,颗粒沉降速率不仅和广品的粘度有关,还和粒径等其他因素有关。广品粘度闻稳 定性不一定好的结论和实际生产中人们通常不能够只通过增加产品粘度的方法来获得 乳品的稳定性的结论是一致的,特别是对酸性乳饮料。
19 
2.4.5产品的粒径分析结果
根据Stocks定律,产品中颗粒粒径越小,分布越窄,产品越稳定。如图2-9所示,全 脂牛奶,半脱脂牛奶,和脱脂牛奶都有两个峰分别位于O.l^m和lfim周围,它们分别为 酪蛋白和脂肪颗粒的粒径分布-
!rJ
is
 
丨 fet ^™SVffTmed■_ Sen* • Skimmed
图2-9全脂牛奶,半脱脂牛奶和脱脂牛奶的粒径分布示意图 (引于马尔文企业粒径仪的应用记录:利用激光衍射测定乳品和乳状液的粒径。www.malvem.com)
 
图2-10 U)第一批平行实验产品的粒径分布频率分布模式图
o
109876 54321
Volume (%}
Psrtktls S!Z4
 
-CMC -CM-01 -CH-02 -CH-03 -CH-04 —JV _FR-01 _FR-02 FR-03 FR-04
Particle Size (um)
100
本实验三批平行实验产品的粒径分布的频率模式如图2-10 (a,b,c)所示。
图2.10 (b)第二批平行实验产品的粒径分布频率分布模式图
SQ:
 
Partide Size ([am)
图2-10 (c〉第三批平行实验产品的粒径分布频率分布模式图
由图2-10 U,b, c)所示,三批平行实验产品的粒径分析结果具有相似的规律。 参比和FR-05在0.1畔和ljim周围各有一个峰(和全脂奶在O.ljim周围的酪蛋白峰和 1阿周围的脂肪峰相一致),JV在O.Urni和5Mm周围各有一个峰,其它CN (实线) 和FR-01?04(虚线)在ljim和10[jm周围各有~*个峰(在ljim处的峰比较矮)或只在lOjim 周围有一个峰。
该粒径分析结果表明,参比、:FR-05以及JV具有比较小的粒径分布,而CN和 FR-01?04都具有比较大的粒径分布。
vdie(%}
Volume 3
 
图2-11 (a)第一枇平行实验产品的敉径分布体枳累枳模式图 figfftste^te)-Dtetrlbut)Q〇
00908070605040302010
 
图2-11 (b)第二枇平行实验产品的粒径分布体枳累积模式图
0.1
Particle Size (um)
100
21
三批平行实验产品的粒径分布体积累积模5^图如2-11 (a, b, c)所示4 
E南太幸硕±■聿拉论S:
 
图2-11 Cc3第三批平行.实验卢品的粒径#相钵枳累积桟式囝
由图2-11可以看出,产品的体积E积模式图表现为双3型;E积体积5tm■处的释筏作 力体积中位敷直径(doJ,人们常用这个筒单的数字表.示乳品复杂的粒程分布[<51⑷】u 结果表明,#比、FR-CI5和JV具有比较小的dcih即该三种产品的冗%体积的粒径在1冲1 以下,而CN和FR-H_1~04的具有比较大的(^值,在10—左右。
从本章产品的粒径分布结果发现;不伺来源黄原校的粒使分布大致有两类;即#比、 FR-05和JV具有比较小的粒私其他则具有比较大的粒径分布;但是从产品的稳定性 来看,AT和FR都比#比稳定,_比鹭比不m定。所以,产品的粒輕大小也不是反映 产品的稳定性的唣一因秦^根据日tocks定律,产品的稳定性坯和产品的粘度等其他的因 紊有关...但是产品的粒择■分布情况仍能杯一定程度上反映产品的稳定性情IVP知FR-05 和JV具有比較小的粒径分布c其具有比较好的稳定性,CN-D4具有比较大的粒径分布, 其具有比较差的榜.定性*
通过本实验还发现;⑶和FR-01-D4具有相似的粘度和粒择分布(本论文所有酸性 乳饮料产品因为生产原料、配方和工艺基本相同,Stacfo走律中的^-^应比较接近h 其产品的稳定性却有很大的差异,即CN比#比更不稳定而FR-CI1~04比#比更稳定; 所以本实验酸性轧饮料产品的稳定性不仅仅和如〇ckS定律相关^还受到其他因紊的影 如黄原校样品中是否含有杂质和黄原胶和酤蛋白的相互作用等,而这受不同来源黄 原胶的理化指标和功能性质的影响,本论文:在下一耷将对此作较洋尽的研究,以探讨在 (CMC基础上添加不同来源黄原胶导致酸性乳饮料产品稳定性不同的原因„
15本章小结
1.对酸性乳饮料基本配方来说,单独添加CMC产品的离心:沉淀率力118_4队,在其基础 上添加.(1^时产品的离心沉淀傘分别为1?9%,3.._5】%、'3.60%和4.12%,而在其基础 上添加JV和FR的产品时离心沉淀率分别为0.7|%、0;79.%、0:d0%、0:^2%、0.$?%和
0.■□这表明,在C.M.C基础上掭加C.N的产品的蛋白稳定性比单独添加CMC时更不 稳定-而在CMC基础上添加JY■和FR的产品的蛋白稳定性比单■独添加CMC时更稳定
2, 对酸性乳饮料应用配方来说,单■独添加CMC产品的离心沆淀率为在其基础 上添加CN-D4的产品的离心沉危率为Cf%.、而在其基础上崧加FR-05的产品的离心
22 
沉淀率为0.69°。。这表明,在CMC基础上添加CN-04的产品的蛋白稳定性比单独添加 CMC时更不稳定,而在CMC基础上添加FR-05的产品的蛋白稳定性比单独添加CMC 时更稳定,该结论验证丁利用酸性乳饮料基础配方得出的实验结论。
3.通过对酸性乳次料产品直接观察和TurMscan测试得到的产品蛋白质稳定性结果和通 过离心沉淀得到的产品蛋白稳定性结果相一致。
4.通过TurMscan测试结果表明,样品在贮藏过程中,蛋白质和脂肪不断发生絮凝和聚 集,随着时间的延长,分别在管底和管顶出现蛋白沉淀和脂肪上浮,脂肪上浮从贮 藏的前几天就以比较快的速率发生。
5.通过粘度测试结果表明,凡是在CMC的基础上添加丁黄原胶的酸性乳饮料产品的粘 度都比单独添加CMC的不同程度地升高丁,其中添加FR-05和JV的升得最高,产品 的粘度不是决定产品稳定性的唯一原因。
6.通过粒径分析结果发现,单独添加CMC以及在其基础上添加FR-05的产品的粒径分 布和全脂奶的粒径分布比较相似,分别在0.u™和u™周围各有一仑峰;在CMC基 础上添加JV的产品在O.lpm和5pm周围各有一 t峰;在CMC基础上添加CN-0卜04和 FR-0卜04的在1 pm和1 Opm周围备有一 t峰或只在1 Opm周围有一 t峰。即单独添加 CMC及在其基础上添加FR-05及JV的产品的粒径分布相似,且都比较小,而在CMC 基础上添加CN及FR-01-04的产品的粒径分布比较相似且比较大。产品的粒径分布不 是产品稳定性的唯一原因。 
第三章不同来源黄原胶和CMC复配导致酸性乳饮料 稳定性不同的原因分析
3.1引言
因为目前国内外黄原胶的质量标准还没有达到完全统一[8],所以,本论文选取的黄 原胶样品分别符合所在国家的质量标准,其中CN和JV符合我国食品级黄原胶国家标准 (GB1886-92) [64],FR符合欧洲食品级黄原胶国家标准[65]。目前,欧洲食品级黄原胶 质量标准通过1999年第53届FDA/WHO专家联合委员会会议制定(见表3-1),我国食品级 黄原胶的质量标准为1999年制定的强制性国标[66](见表3-2)。
表3-1 FDA/WHO规定食品级黄原胶质量标准
项目指标项目指标
产量(按干物质算)
产生的二氧化碳 相当于黄原胶的含量4.2%~5.4°/〇
91.0%~117.0°/〇总氣^1.5%
物理状态乳白色粉末铅<500mg/kg
溶解性易溶于水异丙醇和乙醇(单独或合并)<500mg/kg
水分<15%杂菌数^5000cfu/g
灰分彡16%酵母菌霉菌^500cfu/g
丙酮酸彡 1_ 5%大肠杆菌、沙门氏菌阴性
表3-2我国食品级黄原胶质量标准
项目指标项目指标
外观类白色或淡米黄色粉末总氮^1.7%
粒度全部通过80目(0.175孔径)筛水分<13%
剪切性能值彡6.0灰分<13%
粘度多 0.6Pa-s砷(以As计)彡0.0003%
丙酮酸^1.5%重金属(以Pb计)^0.001%
从国内的强制性国标可以看出,我国食品级黄原胶质量标准和国际食品级质量标 准有一定的差别。我国某些指标比国际指标窄(如干燥失重和灰分),有的比国际指 标宽(如总氮),同时比国际指标更注重黄原胶产品的粘度和剪切性能比(粘度计,3 号转子、6r/miii和60r/min的粘度比)。
在我国,某些黄原胶生产企业为了满足黄原胶在不同食品领域中的应用指标,还 在国家标准的基础上制定了一些企业标准,如分别将0.3%和1.0%黄原胶水溶液和 1.0%KC1溶液的低剪切粘度作为评价黄原胶产品质量优劣的指标。
24 
由第二章研究内容可知,在CMC基础上添加不同来源黄原胶会导致酸性乳饮料产 品具有不同的稳定性,即在CMC基础上添加CN的产品比单独添加CMC时更不稳 定,而在CMC基础上添加JV和FR的产品比单独添加CMC时更稳定。黄原胶的来源 不同是导致酸性乳饮料产品具有不同稳定性的唯一因素。对本实验来说,虽然实验用 到的10种黄原胶都符合国际/国内食品级黄原晈质量标准,但是因为它们来源于三t不 同的黄原晈生产企业,这些企业不同的黄原胶生产配方和工艺可能会导致黄原胶产品 具有略微不同的理化参数和功能特性。这些差异中的一t或几t的共同作用可能会导 致黄原晈和CMC复配时使酸性乳饮料产品具有不同的稳定性。
本章针对不同来源黄原晈在酸性乳饮料体系中的应用,研究其某些理化指标和功 能特性的差异,从而探讨它们和酸性乳饮料产品稳定性之间的关系,以期寻找到不同 来源黄原晈导致酸性乳饮料产品具有不同稳定性的根本原因,为稳定酸性乳饮料产品 选择合适的黄原胶品种提供参数引导。
黄原胶溶液根据溶剂的条件(■浓度、电解质强度和pH等)来决定是牛顿流体还是 假塑性非牛顿流体。它的流变学行为可以通过粘度计〔如Brookfield LVT)采用不同的 剪切速率来测试溶液的剪切应力或粘度,也可通过采用控制应力或应变的流变仪进行 动态粘弹性和稳态剪切的测试。本研究利用流变仪对黄原晈溶液进行稳态流变学测 定,利用该测试手段可以更多地从宏观的角度丁解溶液微观结构变化的信息。
目前有两t方程可以较好地模拟黄原晈溶液的流变曲线,一是〇stwald de Waele
方程
n-K/'1
其中,n为表观粘度;K为稠度指数,它为^二^1时的粘度值;n为流变指数,
对黄原晈来溶液来说,其为假塑性流体,该方程假设丁溶液没有屈服值的情况。 二是Casson模型
T = T l:l+Kc 厂11
其中,T为剪切应力;T。为开始的屈服应力值;Ke为Casson常数,n为流变指
数。
该方程考虑丁开始的屈服值。
黄原胶溶液的流变学特性可以通过低剪切粘度和流变指数来反映,本研究根据仪 器的极限,将流变曲线在剪切速率为0.01s4时的粘度作为溶液的低剪切粘度,并且通过 仪器数据处理App中的Casson模型对流变曲线进行回归得到溶液的流变指数。
3. 2实验材料和仪器
3.2.1实验材料和试剂
10种不同来源黄原胶(■同第二章) 
蒸馏水(电导率<2.0|is)
上海碧纯饮用水有限企业 中国医药集面上海化学试剂企业 上海凌峰化学试剂有限企业 中国医药集团上海化学试剂企业
Metrohm,瑞典 IKA,中国 YSI,德国
上海科学仪器有限企业,中国 ThermoHaake,德国
氯化钠(分析纯)
氯化钾(分析纯)
六偏磷酸钠(分析纯)
3. 2. 2主要实验仪器和设备
pH计(744型)
揽拌器
电导仪(CERAN5〇0, NiCr-Ni)
乌氏粘度计(〇:〇.6-0.7mm)
流变仪(Rheostress1)
3. 3实验方法
3. 3. 1黄原胶溶液的外观观察
配制1.0%浓度的不同来源黄原胶溶液,常温下观察其外观状态。
3.3.2黄原胶样品中氮含量的测试
江苏昆山产品质量技术监督局提供检测,采用微量凯氏定氮法测定,蛋白质的含 量通过将氮含量扩大6.25倍换算得到。
3. 3. 3黄原胶样品中主要金属离子Ca'Mg'lCNa+含量的测试
丹尼斯克公旬巴黎研究中心提供测试,将黄原胶样品经酸水解后,利用原子吸取 光谱测试。
3. 3. 4黄原胶分子量的测试
采用乌氏粘度法测定不同来源黄原胶溶液的特性粘度[T1],利用Mark-Houwink方程 h]=KMa和已知a值和K值获得不同来源黄原胶样品分子量前大小网,具体步骤如下: ⑴用0.08mol/lNaCl作溶剂,精确配制浓度为0.5mg/ml的黄原胶样品溶液,加0ml.于 乌氏粘度计中,25土0.1°C测定流出时间为^,然后分别加入0.08mol/lNaCI5ml和 10ml逐步将黄原胶样品溶液稀释,流出时间分别为12和13。
(2)用同样方法测得0.08mol/l NaCl溶剂流出时间为t〇D 数据处理如下(外推法
—=_ri 4-K[n ^cp I1-^=- -tL
Huggins公式:cp ^ _I,其中t。 ,Cp为黄原胶溶液的粘度,用
nsP/Cp对应Cp作图,并外推至Cp—〇 (即无限稀释),其截距即为[n]。
已知黄原胶的K值和a值分别为0.0000247922和0.6941283,将[n]代入Mark- Houwink 方程 [ n ]=KMa, 即可求出分子暈 M。
26 
3.3.5黄原胶样品特殊基团(丙酮酸和乙酰基)含量的测试
丹尼斯克企业巴黎研究中心提供测试,将黄原胶样品经酸水解后,利用HPLC测
试。
3.3.6黄原胶溶液pH值的测试
配制1.0%浓度的不同来源黄原胶溶液,常温下用pH计测试溶液的pH值。
3.3.7黄原胶溶液电导率的测试
利用3. 3. 6配制的L0°〇浓度的不同来源黄原晈溶液,常温下用电导仪测试溶液的 电导率。
3.3.8黄原胶水溶液的流变学性质测试
配制10种不同来源黄原晈的0.3°。和1.0%水溶液,在4°C下静置过夜,利用流变仪对 溶液进行稳态流变学测定。测定采用平板-平板(金属钛,直径为60mm)测量头系统,间 隙:1.000mm,25°C,剪切速率范围:0.01-1000 s'作双对数轴剪切速率-粘度关系 图。根据流变曲线第一平台区获得低剪切粘度.根据仪器数据分析App中的Casson模 型得到备曲线的流变指数。
3.3.9黄原胶在KCI溶液中的流变学性质测试
分别配制10种不同来源黄原晈〇.3°。和1.0°。浓度的1.0%KC1水溶液,在4°C下静置过
夜。如3.3.4对溶液进行稳态流变学测定,根据流变曲线的第一平台区获得不同溶液的 低剪切粘度。
3. 3.10黄原胶溶液的耐热性测试
3. 3.10.1黄原胶样品中钙离子对黄原胶溶液构象转变温度影响的测试
配制0.3°。浓度的CN-03、JV、FR-03和FR-05黄原晈溶液,并在溶液中添加0°〇、 0.15°。六偏磷酸钠CNa-HMP)。测定溶液在不同温度下的流变学特性,测定采用平板- 平板(金属纟太,直径为60mm)的测量头系统,间隙:1.000mm,温度扫描范围:20- 9(fC,剪切速率为:0.01 s'温度上升速率为:5min/10°C,温度随时间线性变化。以 粘度-温度曲线中粘度随温度下降幅度突然增大的拐点温度为构象转变温度的起始温 度。
3. 3. 10. 2黄原胶样品中钙离子对黄原胶低剪切粘度影响的测试
如下方法配制10种不同来源黄原晈溶液,在4°C下静置过夜。如3.3.4,对溶液进行 稳态流变学测定,根据流变曲线的第一平台区获得不同溶液的低剪切粘度。
⑴冷水配制〇.3°。浓度黄原胶的0°。和0.15°〇Na-HMP溶液;
⑵冷水配制0.3°。浓度黄原胶的0°。和0.15° 〇Na-HMP溶液,加热到80°C ,并保持
1 Omin,再自来水流水冷却至室温; 
(3)冷水配制0.3%黄原胶的0.30%Na-HMP溶液,加热到80°C,并保持lOmin,再自来水 流水冷却至室温;
3. 3.11黄原胶溶液的耐酸性测试
同2.3.4配制0.3%浓度的10种不同来源黄原胶的水溶液,并将该溶液分成3份分别按 如下3种方法处理,在4°C下静置过夜,如3.3.4对溶液进行稳态流变学测定,根据流变 曲线的第一平台区获得不同溶液的低剪切粘度。
(1)加热到80^,并保持lOmin,再自来水流水冷却至室温;
(2)用10%柠檬酸溶液将溶液pH调至4.00;
(3)取部分(2)方法制备的溶液,加热到80°C,并保持lOmiii,再自来水流水冷却至室 温;
3.3.12添加钙离子对黄原胶溶液流变学性质的影响测试
3. 3.12.1相同浓度CaCI2对不同来源黄原胶溶液流变学性质的影响测试
配制0.3%浓度的10种不同来源黄原胶的0.15%CaCl2溶液,取部分该溶液加热到 80°C,并保持lOmin,用自来水流水冷却至室温,在4°C下静置过夜,如3.3.4对溶液进 行稳态流变学测定,根据流变曲线的第一平台区获得不同溶液的低剪切粘度。
3. 3. 12. 2不同浓度GaGI2对同种黄原胶溶液流变学性的影响测试
配制0.3%浓度的FR-05黄原胶的0.15%、0.3%、0.6%和10%的CaCl2溶液,加热 到80°C,并保持lOmin,用自来水流水冷却至室温,在4°C下静置过夜,如3.3.4利用
流变仪对溶液进行稳态流变学测定,根据流变曲线的第一平台区获得不同溶液的低剪 切粘度。
3.4结果与讨论
3. 4.1黄原胶样品中杂质和酸性乳饮料产品稳定性的关系
黄原胶在生产过程中除杂的工艺不一样会导致产品中残留不同种类和含量的杂 质,杂质种类包括残留的菌体细胞、无机盐、微生物和有机溶剂等,这些杂质的存在 可能会导致黄原胶在酸性乳饮料产品中应用时对产品的稳定性造成一定的影响。如果 相对JV和FR,CN中含有较多易引起酸性乳饮料蛋白沉淀的杂质,则这10种不同来 源的黄原胶应用到酸性乳饮料产品中时会得到第二章中产品的稳定性结论。
表3-3不同来源黄原胶溶液(1.0%)的外观
样品CN-01CN-02CN-03CN-04JVFR-01FR-02FR-03FR-04FR-05
外观暗黄暗黄暗黄暗黄乳白
色乳白
色乳白
色无色
透明乳白
色乳白
 
不同来源黄原胶溶液的外观由表3-3所示,CN的溶液颜色比较深,JV和FR的比较 浅,这说明不同来源黄原胶在生产过程中杂质的去除情况不一样[69],CN的杂质含量比 较高,JV和FR的杂质含量比较低。不同来源黄原胶中杂质含量的差异也许是导致酸性 乳饮料产品具有不同稳定性的原因,下面本论文则考察这10种不同来源黄原胶样品中 具体含有的杂质和酸性乳饮料产品稳定性之间的关系。
3.4.1.1菌体细胞残留
制备食品级黄原胶的重要步骤是采用物理或化学方法尽量去除菌体细胞,从而降 低蛋白质含量,以达到WHO/FAO规定的有关卫生标准和质量标准。刁虎欣等人[7()]的研 究表明蛋白质含量高的黄原胶在液体食品体系中会出现蛋白质絮凝物,影响液体食品 的质量,在固形食品中则无此影响。他们认为用于液体食品和固体食品中的黄原胶, 其蛋白质含量应有不同的要求。用于液体食品的黄原胶应尽量用蛋白酶处理,而用于 固体食品的黄原胶则可采用容易的脱蛋白方法。
本论文测得不同来源黄原胶的氮含量以及换算成蛋白质含量见表3-4所示。
表3_4不同来源黄原胶样品中的氮含量(%)及换算成的蛋白质含量(%)
样品CN-01CN-02CN-03CN-04JVFR-01FR-02FR-03FR-04FR-05
氮含量0.760.720.780.750.650.780.700.370.710.61
蛋白质
含量4.754.504.884.694.064.884.382.314.443.81
从表3-4可以看出,所有黄原胶样品的氮含量都比国际标准(€1.5%)低得多,但 它们之间的含量稍有差别,CN和FR-01-02,04比较接高且比较接近,JV和FR-05次之, 且比较接近,FR-03最小,这同样反映了不同来源黄原胶样品之间蛋白质含量的差别, 由该结果可以看出,不同来源黄原胶产品中菌体细胞残留的多少不是导致酸性乳饮料 产品具有不同稳定性的主要因素。从该结果还可以看出,黄原胶溶液的颜色深浅并不 是由黄原胶中菌体细胞残留的多少决定的,但是溶液越澄清可能要求其菌体残留越 少,如FR-03,其溶液为澄清透明的,其氮含量相对其他则低的多。
3. 4.1.2无机盐残留
灰分含量体现了产品中残留的无机盐情况,由表2-1可以看出,CN和JV的灰分 含量比较少而且比较接近,而FR的灰分含量则比它们大的多,所以产品残留的无机盐 含量大小不是导致酸性乳饮料产品具有不同稳定性的主要因素。
3.4.1.3微生物残留
因为10种不同来源黄原胶的微生物含量都符合国际标准,且经过酸性乳饮料的生 产加工后产品处于绝对无菌,所以黄原胶样品中微生物残留不是导致酸性乳饮料产品 具有不同稳定性的主要因素。
29
3.4.1.4有机溶剂残留
在黄原胶实际生产过程中,黄原胶的提纯工艺有很多种,包括醇析法、盐醇析法 和超滤等[71_76]。目前,醇析法是工业中应用最多的一种提纯黄原胶的成熟方法。但是 因为价格原因国内外采取不一样的醇溶剂沉淀提纯黄原胶,国内用酒精,而国外用异 丙醇。黄原胶样品中残留的提纯黄原胶的有机溶剂种类和浓度也许会导致酸性乳饮料 产品具有不同的稳定性。
不同来源黄原胶中酒精和/或异丙醇含量由表2-1所示,CN和JV都采取酒精沉 淀,而FR采取异丙醇沉淀,且它们的酒精或异丙醇含量都较低且符合国际质量标准, 所以黄原胶样品中酒精和/或异丙醇含量不是导致酸性乳饮料产品具有不同稳定性的主 要因素。
3. 4.1.5 Ca' Mg2+、K+和 Na+残留
在黄原胶的生物合成中,碳源和无机盐是影响黄原胶分子量最显著的因素[68'77]。 在培养基中通过添加无机盐引进Ca2+、Mg2+、K+、Na+等离子会对产品的生物合成速率 和终产品的性能C分子量、粘度和耐热性等)有较大的影响。其中,最佳的无机盐是轻质 CaC03,在黄原胶发酵过程中,CaC03不仅可以作为缓冲剂调节发酵过程中产品pH值 不致下降过快,从而控制细胞的生长,同时其解离出来的Ca2+可以作为聚合酶的促进 因子,提高聚合酶的活性,从而提高黄原胶分子的聚合度和分子量;Mg2+是多种激酶 和合成酶的激活剂,而K+、Na+则是黄单胞菌细胞膜上钠钾泵的组成成分,该泵对膜上 离子的通透性有显著的影响,它有助于细胞中大分子物质的转运,即有助于将黄原胶 生物合成的能量和前体物质••葡萄糖转入胞内,也有助于将黄原胶的生物合成的前体物 质转出胞外,从而对黄原胶的生物合成产生显著影响。
10种不同来源黄原胶中Ca2+、Mg2+、K+、Na+含量测试结果如表3-5所示。
表3-5不同来源黄原胶样品中Ca2+、Mg2+、K+和Na+含量
JJZ. P主要金属禹卞含量(%)
:':MiCa2+Mg2+K+Na+
CN-013.00.110.090.47
CN-023.10.130.090.62
CN-033.20.130.080.44
CN-043.00.140.090.58
JV2.80.070.131.40
FR-010.090.050.144.20
FR-020.090.030.134.40
FR-030.11/0.074.80
FR-040.040.030.134.40
FR-050.090.030.124.30
由表3-5可以看出,不同来源黄原胶中金属离子含量之间最大的差异是CN和JV具有 比较高的钙离子含量和较低的钠离子含量,而FR具有较高的钠离子含量和较低的钙离子
30
(次 r#贺:!Ig、雠TTrr怒 litHi0
 
含量,其它离子含量水平,各来源比较接近。因为钙离子和镁离子残留可能会导致酸性 乳饮料产品〇tsl-,Cts2-,P-酪蛋白的沉淀,因而不同来源黄原胶样品中Ca2+、Mg2+含量 差异也许会导致酸性乳饮料产品具有不同的稳定性,不同来源黄原胶中钙镁离子含量 总和与酸性乳饮料稳定性关系如图3-1所示。
00. 511. 522. 533. 5
黄原胶样品中钙镁离子含量(%)
图3-1黄原胶中钙镁离子含量与酸性乳饮料稳定性关系图
由图3-1可以看出,虽然CN的钙离子含量高,其对应的酸性乳饮料产品的离心沉 淀率比较高,FR的钙离子含量比较低,其对应的酸性乳饮料产品的离心沉淀率比较 低,但是JV的钙离子含量和CN比较接近,其对应的酸性乳饮料产品的离心沉淀率却 和FR处于一个水平,所以黄原胶中钙镁离子含量不是导致酸性乳饮料产品具有不同稳 定性的主要因素。
通过以上考察不同来源黄原胶样品中菌体细胞、无机盐、微生物、有机溶剂(酒 精/异丙醇)和Ca2+、Mg2+、K+、Na+残留情况和酸性乳饮料产品稳定性之间的关系, 结果表明CN和JV含有杂质的情况比较接近,但是根据第二章中的结论:CN使酸性 乳饮料产品更不稳定、JV使体系更稳定,所以这些理化参数都不是影响酸性乳饮料产 品稳定性的主要因素,不能利用这些参数引导选择合适的黄原胶品种到酸性乳饮料产 品中应用。黄原胶样品中可能还存在其他杂质导致酸性乳饮料产品具有不同的稳定 性,这有待于进一步研究。
3.4.2黄原胶样品的pH值、电导率和酸性乳饮料产品稳定性的关系
生产黄原胶的菌体在中性条件下生长最佳,在黄原胶生产过程中酸性基团的不断 累积会使发酵环境的pH从中性起持续下降,造成菌体对碳源的利用率降低[76]。所以, 通常在发酵初期将pH值控制在6.5-7.5,培养过程中用KOH、NaOH或NH4OH等将产品 的pH值调至中性,从而提高黄原胶的产量,也许产品不同的调酸方法会导致酸性乳饮 料产品具有不同的稳定性。
10种不同来源黄原胶溶液的pH值测试结果如表3-6所示。
31
表3-6不同来源黄原胶溶液(1.0%)的pH值
样品CN-01CN-02CN-03CN-04 JVFR-01FR-02FR-03FR-04FR-05
pH7.247.357.367.467.896.826.376.536.416.18
注:水的pH值为6.5。
从表3-6可以看出,10种不同来源黄原胶1.0%溶液的pH值都在中性周围,其中 JV的最高,CN的比较高,而FR的则比较低。由此可以看出,所有黄原胶产品都经过 pH值的调整,只是不同来源调整的幅度不一样,但是产品的pH值和酸性乳饮料产品 的稳定性仍然没有一定的对应关系,所以黄原胶产品的pH值也不是导致酸性乳饮料产 品具有不同稳定性的主要因素。
黄原胶溶液的电导率反映该溶液的离子强度,1.0%不同来源黄原胶溶液的电导率 如表3-7所示。
表3-7不同来源黄原胶溶液(1.0%)的电导率(叫)
样品CN-01CN-02CN-03CN-04JVFR-01FR-02FR-03FR-04FR-05
电导率40948541148858911341036117910631241
注:水的电导率为2.0jas。
由表3-7中的电导率测试值可以看出,CN的比较低且值都比较接近,为450|as左 右,JV的略高一点,为589叫,而FR的则比较高且值都比较接近,在1100^左右,大约 为CN的3倍,该结果和酸性乳饮料产品稳定性也没有一定的对应关系,所以溶液的电 导率也不是导致酸性乳饮料产品具有不同稳定性的原因。
因为不同来源黄原胶之间金属离子含量最大的差异是CN及JV具有较高的钙离子含 量和较少的钠离子含量,而FR具有较高的钠离子含量和较低的钙离子含量,其它离子 含量水平各来源比较接近。
根据离子强度公式:
B
其中,I表示离子强度,mB表示质量摩尔浓度,zB表示价数。
当不同来源黄原胶水溶液浓度相同时,CN和JV溶液的离子强度应该比FR的离子强 度大得多,而由3-7可以看出FR溶液的离子强度比CN和JV的大得多。这表明,钙离子在 CN和JV溶液中不是以游离状态存在的,而是以和黄原胶分子链缔合的状态存在的,这 会导致黄原胶的分子量增大,以及使其水溶液的低剪切粘度升高。
3.4.3黄原胶的分子量和酸性乳饮料产品稳定性的关系
黄原胶的分子量及分子量分布对黄原胶的功能性质具有较大的影响,因而这可能 导致黄原胶在酸性乳饮料中应用具有不同的稳定性。黄原胶因为分子量较一般亲水胶 体高得多(2?5〇xl〇6Da),分子僵硬且存在分子的聚合体,所以一般不能精确测试其 分子量及分子量分布。本论文利用乌氏粘度计测得不同来源黄原胶溶液的特性粘度 [n],根据Mark-Houwink方程[n^KM0#到分子量值。
32
不同来源黄原胶溶液的nsp/Cp-Cp关系图如附录图2所示,由附录图2得到不同来源 黄原胶的特性粘度tn]和其分子量(M)如表3-8所示。
表3-8不同来源黄原胶的特性粘度h]和分子量(M)
样品CN-01CN-02CN-03CN-04JVFR-01FR-02FR-03FR-04FR-05
h]1.60531.59901.84121.41541.97261.23831.06641.73371.01271.3885
Mxl〇6Da8.548.4910.407.1211.495.874.749.544.406.93
从表3-8可以看出,JV的分子量最高;CN的比较高,其中CN-03最高;FR中除FR- 03比较高,其余都比较低。CN和JV分子量比较高可能和黄原胶样品中含量比较高的钙 离子和分子链的缔合有关。从不同来源黄原胶的分子量含量和酸性乳饮料产品稳定性 之间的关系表明,黄原胶的分子量高低不是决定酸性乳饮料产品稳定性的主要因素。 同时,黄原胶的分子量和酸性乳饮料产品的粘度和粒径大小都没有一定的对应关系, 这表明,酸性乳饮料产品的粘度和粒径大小和黄原胶的分子量无关。
3. 4. 4黄原胶中特殊基团和酸性乳饮料产品稳定性的关系
绪论中曾阐述过,在酸性乳饮料调酸过程中,当酪蛋白带负电荷比较少时就会和 黄原胶发生络合作用,它们络合的强度受黄原胶的电荷密度及分子构象影响。因而, 不同来源黄原胶在产品中具有不同的电荷密度和分子构象,则和酪蛋白络合的强度不 同,从而使酸性乳饮料产品具有不同的稳定性。
黄原胶中的丙酮酸、乙酰基是黄原胶分子中最重要的特殊基团,其含量显著影响 黄原胶的溶液特性[m]。其中,黄原胶中丙酮酸含量决定了黄原胶的电荷密度,且黄 原胶中丙酮酸和乙酰基含量对黄原胶溶液的构象转变温度(Tm)有一定的影响[^82]。
黄原胶中的丙酮酸化和乙酰化程度分别在0.32?0.44和0.34?0.90之间,根据化学计 量等值(stoichiometric equivalence)计算,黄原胶丙酮酸含量最高为8.9%。它们的含 量受发酵条件(菌种、碳源、氮源和溶氧速率和温度等)和后续处理工艺影响[83#]。 本实验中10种不同来源黄原胶的丙酮酸和乙酰基含量测试结果如图3-2和3-3所示。
 
图3-2黄原胶样品中丙酮酸含量柱型图
由图3-2可以看出,CN和JV的丙酮酸含量比较高且比较接近,FR-02和FR-05在 所有黄原胶样品中最小且比较接近,其余在所有样品中比较高且比较接近。
33 
图3-3黄原胶样品中乙酰基含量柱型图
由图3-3可以看出,CN和JV在所有样品中比较小,且比较接近;FR在所有样品 中比较大,且比较接近。
本论文得到不同来源黄原胶中丙酮酸和乙酰基含量和酸性乳饮料稳定性关系如图 3-4和3-5所示。
 
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CN-
01
CN-
02
CN-
03
CN-
04
JV
FR-
01
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FR- FR- 0405
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^15
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麁0.5 0
黄原胶样品i丙酮酸含(%)
图3-4黄原胶样品中丙酮酸含量与酸性乳饮料稳定性关系图 由图3-4可以看出,CN中丙酮酸含量比FR-02和FR-05大得多,稍小于FR- 01?04,对应的酸性乳饮料产品的离心沉淀率在所有产品中比较高,而JV和FR的丙酮 酸含量从最低到最高,其对应的酸性乳饮料产品的离心沉淀率都比较小。因此,黄原 胶样品中丙酮酸含量大小并不是决定酸性乳饮料产品稳定性的主要因素。
但是可以看到如果丙酮酸含量低,则酸性乳饮料产品的稳定性就比较好。从第二 章酸性乳饮料产品的粘度和粒径分布测试结果可以看出,FR-05丙酮酸含量低,对应的 酸性乳饮料产品的粘度比较高且粒径比较小,产品比较稳定。丹尼斯克企业内部资料 也表明[85],用不同丙酮酸含量的黄原胶溶液和发酵酸奶的奶基混合可以提高产品粘 度,添加高丙酮酸含量的黄原胶,即使量很小,也会使产品发生蛋白絮凝,从而给产 品质构带来缺陷,而添加低丙酮酸含量的黄原胶,即使量比较大,也不会发生该现 象,从而达到改善产品质构的目的。
34
 
图3-5黄原胶样品中乙酰基含量与酸性乳饮料稳定性关系图
由图3-5可以看出,虽然CN具有较小的乙酰基含量却对应着较高的酸性乳饮料产 品离心沉淀率,FR具有较高的乙酰基含量却对应着较低的酸性乳饮料产品离心沉淀 率,但是和CN处于相似乙酰基水平的JV产品稳定性却和FR处于相似的水平。因 此,黄原胶样品中乙酰基含量也不是决定酸性乳饮料产品稳定性的主要因素。
3. 4. 5黄原胶水溶液的低剪切粘度和流变指数与酸性乳饮料产品稳定性的关系
100
Flow curves of 0.3 %xanthan in distilled water
1000
Flow curves of 1.0%Xanthan in distilled water
CN-01
CN-02
CN-03
CN-04
 
)0
1000
0.01
10
Shear rate (1/s)
100
S1hear rate (11)s)
虽然酸性乳饮料产品的粘度不是影响产品稳定性的主要原因,但是人们通常通过 0.3%和1.0%黄原胶水溶液的低剪切粘度和剪切性能比来衡量黄原胶产品质量的优劣, 所以本论文也考察此和酸性乳饮料产品稳定性之间的关系。本论文得到0.3%和1.0%浓 度的10种不同来源黄原胶的水溶液的粘度-剪切速率关系图如图3-6所示。
图3-6 0.3%和1.0%10种不同来源黄原胶的水和1.0°/(^(:1溶液的粘度-剪切速率关系图
35 
0^ £
(茁_n^mftt$^齊细函这m針番)
低剪切粘度(Pa •
0  0:2
CNI〇1 CNIQ2 CN-8 CN-04 JV FR—01 FRi2 FR-03 FR—04 FRI05
12. 58
15.04
口 63 13-44 二
_
6. 66
17. 12
〇• 45
17. 91
P39
0.47 0.47
17.22
17. 48
0. 38
〇.39
P42
P37
〇.38丨
〇.40
流变指数(n)
问画汗.遵屮.谇ilr»H
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36
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低剪切粘度(Pa « s)
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cn
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tN—ol CN—02 CN—03 CN—04 JV FR—01 FR—02 FR—03 FRI〇4 FR-o&Jioo-l
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流变指数(n)
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从图3-7 Cb)可以看出,与0.3°。浓度的不同来源黄原晈水溶液的低剪切粘度和流 变指数相比,1.0°。浓度时不同来源黄原晈水溶液不仅低剪切粘度显著增加,流变指数 也明显减小,从0.40左右下降到0.15左右,这同样因为黄原胶溶液浓度增大,分子链间 的缠绕增加导致的。
该1.0°。浓度下不同来源黄原胶水溶液的低剪切粘度之间以及流变指数之间大小存 在差异,并且在低浓度下的低剪切粘度和流变指数的大小顺序在高浓度时已不复存 在。对溶液的低剪切粘度来说,CN-03.JV和FR-02比较大,CN-01.04和FR-03次之,其 余都比较小,且FR-05还是最小;对溶液的流变指数来说,CN比较大,FR-02, 03次 之,其余都比较小。
总之,无论黄原晈溶液的浓度是否相同,不同来源黄原晈溶液的低剪切粘度之间 以及流变指数之间不存在对应关系,且流变指数的大小顺序和它们本身的低剪切粘度 大小顺序也无关。通过对比不同浓度的不同来源黄原晈水溶液的低剪切粘度以及流变 指数和酸性乳饮料产品稳定性之间的关系可以发现,它们和酸性乳饮料产品之间的稳 定性不存在对应关系。
但是通过对0.3°。和1.0°。浓度下不同来源黄原胶溶液的流变学测试可以发现不同来 源黄原晈之间的性质差异。黄原胶溶液的粘度受溶解温度和检测温度、其溶液浓度、 溶液中电解质(无机盐)种类和浓度、溶液pH值等因素影响。对本实验10种不同来源黄 原胶水溶液来说,它们的pH值、电导率以及含有的Ca2+、Mg2+、K+、Na+浓度等存在一 定的差异,所以它们在相同的样品制备条件和测试条件下低剪切粘度大小也有差异。
由实验结果可以看出,〇.3°。浓度的CN L除CN-04)和JV水溶液具有比较高的低剪 切粘度,这和黄原胶的分子量具有比较好的对应关系,这也验证丁黄原晈样品中钙离 子含量比较高其分子量比较高且水溶液的低剪切粘度比较高。实际应用中可以将钙离 子含量比较低的黄原胶溶液的钙离子水平补充到较高的水平,可以使溶液的低剪切粘 度和钙离子&量高的溶液相同^]。正因为如此,目前国内很多黄原胶生产企业通过在 黄原晈生产过程中在培养基中添加钙离子使产品具有比较高的水粘度。在黄原胶的生 产过程中,需要对黄原胶的发酵培养基进行一定的热处理,以使黄原晈通过它的有序 到无序的状态转变。采取这t步骤是为丁固定黄原晈分子的分子结构,从而提高黄原 晈产品的功能性质(■低剪切粘度):实际生产中对发酵培养基杀菌前对钙离子的处理 方式不同,黄原胶产品水溶液的粘度增加情况不一样。如果在黄原晈发酵培养基杀菌 前去除并回收钙离子,在杀菌后重新加入会提高黄原晈的水溶液,反之,则黄原胶的 水粘度增加很少,同时会提高黄原晈的热转变温度.本实验所用的CN和JV是在对发 酵培养基杀菌前对钙离子进行丁去除和回收.并在杀菌后进行丁补充。
本实验还发现1.0%浓度的不同来源黄原胶的水溶液比〇.3°。浓度时不再具有相对FR 较高的低剪切粘度.且0.3%和1.0%浓度的黄原晈的低剪切粘度和特征粘度及相应换算 得到的分子量没有一定的对应关系,这可能是不同浓度黄原晈溶液中分子链的相互缠 绕程度不一样导致的。 
江南大学硕士学位论文
从本实验结果还可以看出,FR-05的低剪切粘度在0.3%和1.0%的浓度下都最小,且 其流变指数也比较低,这可能和其丙酮酸含量比较低有关,通常,在相同分子量条件 下黄原胶样品中丙酮酸含量越低,其溶液粘度越低。因为对低浓度黄原胶溶液,丙酮 酸含量越低,丙酮酸基团间排斥力越小,分子链伸展越不充分,所以溶液的粘度越 低;对高浓度黄原胶溶液,丙酮酸含量越低,则丙酮酸甲基之间的非极性相互作用越 小,从而减小黄原胶的粘度。但由前面测试结果知,其特性粘度不是最低,且FR-02丙 酮酸含量和FR-05比较接近,且其分子量比FR-05低,但是其低剪切粘度在0.3%浓度时 不是特别低,在1.0%浓度时最高,同时其流变指数都比较大,该原因有待于进一步探 讨。由此可以看出,黄原胶丙酮酸含量高低并不是决定产品其质量优劣的唯一因素, 这还和其他因素有关^
3.4.6黄原胶1.0%KGI溶液的低剪切粘度和酸性乳饮料产品稳定性的关系
鉴于人们通常也利用0.3%和1.0%浓度黄原胶的1.0%KC1溶液的低剪切粘度来衡量 黄原胶产品质量的优劣,所以本论文也考察此和酸性乳饮料产品稳定性之间的关系。
黄原胶溶液的粘度受溶液中电解质(无机盐)种类和浓度的影响,同时也受黄原 胶浓度的影响[14。通常,黄原胶溶液浓度低于某个特定值时,在溶液中添加电解质, 会使溶液的粘度略有降低,而当黄原胶溶液浓度高于该特定值时,其粘度会增加,这 是因为在黄原胶的水溶液中,带有阴离子的分子链由于相互排斥力的存在而呈伸展状 态,这时高分子溶液的粘度比较高,加入电解质后,带有正电荷的离子与黄原胶分子 链上的阴离子基团结合,导致其分子链上阴离子之间的排斥力被屏蔽,从而使得高分 子链不能充分伸展而呈收缩状态,因而溶液粘度降低;当黄原胶浓度比较高时,溶液 中存在的盐离子通过静电屏蔽作用,增强分子链之间的交联并维护刚性有序的分子构 象,所以使粘度升高。
0.3%和1.0%浓度时不同来源黄原胶溶液在1.0% KC1溶液中的粘度-剪切速率关系图 如图3-6所示。其中,每一种黄原胶不同浓度的水和1.0%KC1溶液的粘度■•剪切速率关系 对比图如附录图3 (Ab)所示,在此以CN-01为例,如图3-8(a,b)所示。
100 q
-'CN-01 in distilled water
(scod)當 ssl>
0.01 0.1 1 10 100 1000
Shear rate (1/s)
图3-8(a) 0.3% CN-01的水和1.0%KC1溶液的粘度-剪切速率关系图
38 
0 1
1000 .
100-
-CN-01 in distilled water CN-01 in 1.0%KCI
(sed) AijsoosjA
Shear rate (1/s)
图3-8(b) 1.0% CN-01的水和1.0%KC1溶液的粘度-剪切速率关系图
由图3-8(a,b)可以看出,0.3%CN-01在1.0%KC1溶液中的粘度比在水中低,而 1.0%CN-01在1.0%KC1溶液中的粘度比在水中高。
0.3%黄原胶水和1.0%KC1溶液、1.0%黄原胶水和1.0%KC1溶液的低剪切粘度对比情 况如图3-9(a,b)所示。
0.3% xanthan in distilled water and 1.0%KCI _00.3% xanthan in distilled water
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CN-01 CN-02 CN-03 CN-04 JV FR-01FR-02FR-03FR-04FR-05
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5
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1.0% xanthan in distilled water and 1.0% KCI
00
4
00
3
00
2
00
o
 
图3-9(a)0.3°/。黄原胶溶液的水和1.0%KC1溶液的低剪切粘度对比图
图3-9(b) 1.0%黄原胶溶液的水和1.0%KC1溶液的低剪切粘度对比图
39 
由图3-9 (a)可以看出,除JV和FR-02外,0.3%浓度不同来源黄原胶的1.0%KC1溶 液的低剪切粘度比在水中时不同程度地下降了。FR-01, 04?05的低剪切粘度在1.0%KC1 溶液中比在水中下降得最多,其次是CN-02?03,然后是CN-01,FR-03和04,而JY和 FR-02基本不受盐离子的影响;由图3-9 (b)可以看出,1.0%浓度的不同来源黄原胶在 1.0%KC1溶液中的低剪切粘度比在水中时都不同程度地上升了,其中,CN和FR-05上升 得比较少,JV及FR-01?04上升得比较多。
通常,当电解质的浓度达到0.02-0.07%时溶液的粘度达到最大值,再增加甚至使溶 液达到饱和,溶液的粘度或稳定性受到的影响很小,甚至不受影响。二价盐离子,如 钙、镁对溶液粘度的影响具有类似的结果,且二价盐离子比一价盐离子对溶液粘度影 响更大,本实验中,CN上升的比较少是因为溶液中己经存在大量的钙离子了。
对比0.3%和1.0%浓度的不同来源黄原胶1.0%KC1溶液的低剪切粘度和酸性乳饮料 产品稳定性之间的关系可以发现,它们和酸性乳饮料产品稳定性之间没有一定的对应 关系。
但是从本实验可以发现不同来源黄原胶的低剪切粘度受溶液中电解质的影响情 况。根据实验得到不同来源黄原胶在水和1.0%KC1溶液中的浓度-低剪切粘度关系图如 附录图4所示,此处以CN-01为例,如图3-10所示。
1000 r
CN-01
 
Distilled water
■ • • 1%KCI
I 10
|
1.2
0.00.20.40.60.81.0
Concentrtion (%)
图3-10 CN-01的水-1.0%KC1溶液的浓度-低剪切粘度关系图
由图3-10可以看出,黄原胶浓度等于0.78%时其在水溶液中的低剪切粘度和在KC1 溶液中的粘度相同,低于该浓度值时加入盐离子其低剪切粘度下降,高于该浓度值时 加入盐离子其低剪切粘度升高,在本论文中将这样的浓度值称为黄原胶的水-1.0%KC1 溶液粘度平衡浓度。则由附录图2得到其他不同来源黄原胶的水-1.0%KC1溶液的粘度平 衡浓度如表3-9所示。
表3-9 10种不同来源黄原胶的水-1.0%KC1溶液的粘度平衡浓度(%)
黄原胶CN-01CN-02CN-03CN-04JVFR-01FR-02FR-03FR-04FR-05
平衡浓度0.780.880.920.680.300.780.300.360.780.82
40
 
由表3-9可以看出,CN-0卜04,FR-01, 04,05在比较大的溶液浓度下加入盐离子 其低剪切粘度才能增加,而JV, FR-02, 03在比较低的浓度下加入盐离子就可以使溶 液的粘度增加。从该结果也可以看出,不同来源黄原胶的水-L0%KC1溶液的粘度平衡 浓度和酸性乳饮料产品稳定性之间也没有一定的对应关系。
3. 4. 7黄原胶溶液的耐热性和酸性乳饮料产品稳定性的关系
黄原胶溶液经一定的热处理后.其溶液粘度下降的幅度决定丁黄原晈溶液的耐热 性大小,而该溶液粘度是否发生下降和该热处理条件能否使黄原晈的分子构象从螺旋 结构转变成无规线团有关,如果经热处理后黄原晈的分子构象从螺旋结构转变成无规 线团.则其溶液的粘度下降。因而,黄原胶溶液的耐热性大小也决定丁黄原胶在其溶 液经热处理后具有的分子构象,而黄原胶在溶液中具有的分子构象对其和酪蛋白的相 互作用有一定的影响.从而影响酸性乳次料产品的稳定性。
黄原胶在溶液中具有的分子构象和黄原胶溶液的热处理温度是否高于其溶液的构 象转变温度(■热转变温度.Tm)有关。黄原胶溶液Tm的大小和溶液中电解质的种类和 浓度有关[1_3]。在给定的离子强度下.黄原胶至少需要15°C的温度使溶液的构象从螺旋 结构变成无规线团,增加溶液中盐离子的强度会增加黄原胶溶液的Tm[SC)]。高丙酮酸含 量的黄原胶水溶液的Tm—般为42°C,而增加盐离子后溶液的Tm为65°C[S2]。溶液中离子 强度每增加10倍,Tm大约增加44°C[SQ]C
无机盐对黄原胶溶液Tm的影响因离子种类而异。通常,二价盐离子比一价盐离子 更容易引起黄原晈溶液Tm的升高,对黄原胶溶液的Tm影响的顺序从大到小为:Ca2% Mg2、Ba2+ . K+ . NH4+ . Na+。无机盐引起黄原胶热转变温度升高的机理:通过从聚 合物-水表面吸附和排除离子.从而影响界面能。通常.非吸附(■盐析)的离子趋向于 稳定有序的结构,而吸附(■盐溶)的离子趋向于稳定无序的结构[19]。
黄原晈在水溶液中的Tm和黄原胶样品中残留离子的种类和浓度有关[8'本实验中 不同来源黄原胶中钙离子含量有比较大的差异,CN和JV的比较高,约为FR的30倍,且 它们在溶液中使分子链发生缔合,因此,不同来源黄原胶溶液的Tm会有所不同。因为 在杀菌后钙离子的添加方式分为干法和湿法,干法添加使钙离子和产品混合不均匀, 从而钙离子和分子链缔合不紧密,而湿法添加使钙离子和产品混合比较均匀,从而使 钙离子和分子链缔合得比较紧密。
本实验首先利用流变仪的变温稳态剪切程序,考察黄原晈溶液的粘度随温度升高 的变化情况。并且为丁考察黄原胶样品中的钙离子对黄原胶溶液Tm的影响及其添加方 式,在配制黄原晈水溶液时添加螯合钙离子能力最强的六偏磷酸钠(以下简称Na- HMP),同时选择具有代表性的四t黄原晈样品进行实验,它们分别为CN-03(代表CN 来源)、JV、FR-03(代表FR-01、04)和FR-05。
四种不同0.3%浓度黄原胶水溶液在固定低剪切速率CO.OK1)下粘度随温度的变化 曲线如图3-11所示,它们的构象转变起始温度Tm如表3-10所示。 
 
0.3%FR-05
0.3%FR-05+0.15%Na-HMP
0.3%FR-03
0.3%FR-03+0.15%Na-HMP
 
 
2030405060708090 2030405060708090
TT
 
图3-11 0.3%浓度的黄原胶(0%和0.15%) Na-HMP溶液的粘度-温度关系图
表3-10 0.3%浓度的黄原胶溶液在添加/不添加Na-HMP时构象转变起始温度
黄原胶0%0.15%
CN-03>90°C42°C
JV68C41 °C
FR-0325°C41 °C
FR-05没有发现明显的构象转变现象
由表3-10可以看出,在不添加任何螯合剂的情况下,CN-03直到测试的最高温度 (90°C)时仍未发生构象转变现象,而JV在68°C左右发生构象转变,FR-03在25°C左右就 发生构象转变,FR-05在实验温度范围内未发现明显的构象转变现象。
这四种不同来源黄原胶溶液的Tm的差异和它们具有的钙离子含量以及钙离子使分 子链缔合的紧密程度等因素有关。CN-03样品中含有比较高的钙离子,且其可能通过杀 菌后湿法添加使分子链缔合得非常紧密,所以需要很高的温度才能打开(一般需要 100%以上);JV虽然钙离子含量都比较高,但是其可能通过干法添加使分子链缔合的 不够紧密,所以它发生构象转变的温度比CN-03低;而FR-03因为钙离子含量比较少, 分子链不能得到有效缔合,因此其分子构象在较低的温度下(25°C左右)就发生转 变;FR-05同样因为钙离子含量比较低,分子链不能得到有效缔合,且可能其丙酮酸含 量又比较低,钙离子不能通过丙酮酸使分子链有效缔合,因此其可能在测试温度以下 己经呈无规线团状态,也所以在整个测试过程中未发现其构象发生转变。
42
在添加0.15%Na-HMP时,CN-03、JV和FR-03都在41°C左右发生构象转变,而FR- 05在测试的温度范围内仍然未发现构象转变现象。该结果可能是CN-03、JV含有的钙 离子在加热过程中被Na-HMP螯合后溶液的性质和FR-03趋向于一致,所以它们具有比 较近似的Tm; FR-03在添加Na-HMP后,构象转变温度从25°C左右增大到41°C左右,可 能是因为Na-HMP的加入导致了溶液的离子强度增大的原因;FR-05仍然可能是在测试 温度前己经发生了构象转变的原因。
由此可见,不同来源黄原胶溶液的构象转变温度存在差异,这决定了其溶液的耐 热性也存在一定的差异。
本实验进一步通过一定的热处理条件,根据不同来源黄原胶溶液的低剪切粘度发 生的变化来考察其耐热性。实验仍然通过在制备黄原胶溶液过程中添加不同浓度的Na- HMP,考察钙离子对不同来源黄原胶溶液耐热性的影响及其添加方式。
0.3%浓度的不同来源黄原胶溶液在添加不同含量的Na-HMP和经过不同的热处理条 件后的粘度随剪切速率变化的情况如附录图5所示,在此以CN-01,JV和FR-01为例, 如图3-12 (a,b, c)所示。
100
▲ CN-01
+ +■
++++++
■ CN-01+0.15%Na-HMP x CN-01 after heating ♦ CN-01+0.15%Na-HMP after heating CN-01+0.30%Na-HMP after long heating
0.1
0.01
0.1
1 10 Shear rate (1/s)
100
1000
0.01
图3-12 (a) CN-01溶液在添加不同浓度Na-HMP和经过不同热处理条件后的粘度-剪切速率关系图 100:
JV
nJ
0^
JV+Na-HMP JV after heating JV+Na-HMP after heating JV+0.30°/〇Na-HMP after heating
0.1
0.01
0.1
100
1000
0.01
Shear rate (1/s)
图3-12 (b) JV溶液在添加不同浓度Na-HMP和经过不同热处理条件后的粘度-剪切速率关系图
43
▲ FR-01
A
100 -
 
(V
■ FR-01+0.15%Na-HMP x FR-01 after heating ♦ FR-01+0.15%Na-HMP afterheating + FR-01+0.3%Na-HMP after heating
0.010.1110too1000
Shear rate (1/s)
图3-12 (c)FR-01溶液在添加不同浓度Na-HMP和经过不同热处理条件后的粘度-剪切速率关系图
由附录图5可以看出,经过加热处理后的不同来源黄原胶溶液的低剪切粘度和未经 热处理溶液的低剪切粘度相比发生了不同的变化。CN的低剪切粘度基本和未加热的一 样;JV略有下降,而FR的降低幅度较明显。这和上述不同来源黄原胶溶液的Tm的结果 相一致的,也就是CN溶液的^^高,而80QC,lOmin (加热后立即自来水流水冷却)的 加热强度不够使其发生构象转变,因而低剪切粘度保持不变;JV因STm大约为68°C左 右,其在加热处理后只有部分螺旋结构转变为无规线团,所以低剪切粘度略微降低; ?&的1很低,在该加热处理后低剪切粘度发生了明显的下降,特别是FR-05,其流变 曲线己经发生了抖动^
在不经热处理的情况下,添加/不添加Na-HMP的黄原胶溶液的流变曲线基本重 合。这说明,CN和JV中的钙离子和黄原胶分子链缔合得紧密程度在冷水溶解条件下不 易释放出来。
在经过热处理(加热到80%,保持lOmin,再自来水流水冷却至室温)的情况下, 添加0.15%Na-HMP的黄原胶溶液的低剪切粘度除JV发生了显著的下降,其它都和受同 样热处理而未加Na-HMP的一样。这些现象也说明JV中的钙离子使分子链结合的不够紧 密,在热处理过程中分子链容易打开,从而使钙离子容易释放出来被Na-HMP进行螯 合,因而导致溶液低剪切粘度发生下降;对CN来说,添加0.15%Na-HMP,经相同热处 理其低剪切粘度基本保持不变,但是在上述实验中CN-03添加相同量的Na-HMP,溶液 的分子构象从41°C左右开始就发生构象转变,这可能是因为前者受到的是静态热处 理,该热处理时黄原胶分子链不发生移动,所以钙离子不容易释放出来,而后者受到 的是动态热处理,即在加热过程中分子链因受到剪切而发生相对较大的移动,从而有 利于钙离子释放出来被Na-HMP进行螯合;对FR来源来说,因为其钙离子含量低,在 相同的热处理条件下其溶液中添加/不添加Na-HMP得到的流变曲线也应该一致。
当在溶液中添加〇.3%Na-HMP并进行更大强度的热处理(加热到80°C,保持 lOmin,自然冷却至室温)时,所有来源黄原胶溶液的低剪切粘度都显著下降。由此可 见,CN中钙离子和分子链缔合得非常紧密,在非常大的加热强度下才能将其打开;在
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该条件下其它黄原晈溶液的低剪切粘度则下降更多,特别是JV的流变曲线已经变得不 规则,这表明JV在去除钙离子后不耐热的特点。
由此可以看出,不同来源黄原胶水溶液的耐热性存在差异,CN比较耐热、JV次 之、FR-0K04不耐热、FR-05耐热性最差,该差异可能和黄原晈样品中钙离子&量以及 钙离子使分子链缔合的紧密程度等因素相关。
酸性乳饮料生产过程中涉及到的加热处理包括75°C,30min左右的溶晈,65°C, 0.25Mpa的均质和121°C, 48的1旧丁杀菌。黄原胶在酸性乳饮料产品中应用时,虽然 牛奶中&有的电解质会影响其构象转变温度,但是在该热处理条件下,CN可能还没有 发生构象转变而处于有序的螺旋结构,而JV和FR则可能发生丁构象转变从螺旋结构 转变成无规线团。如果它们处于这样不同的构象,再结合它们的电荷密度,这也许是 导致酸性乳饮料产品具有不同稳定性的原因,下面用该假设的结论说明不同酸性乳饮 料产品的稳定性。
对CMC单独稳定的酸性乳饮料,CMC吸附在酪蛋白的表面,形成丁比较薄的表 面膜,从而对酪蛋白起到丁稳定的作用,所以它的粒径分布和全脂奶的粒径分布基本 一致,虽然产品的粘度比较小,产品的稳定性仍然比较好。
在CMC基础上添加CN的产品主要通过CMC稳定,CN经过酸性乳饮料生产过程 中的加热处理仍然处于螺旋结构状态,虽然其丙酮酸&量比较大,其僵直的构象不容 易与酪蛋白发生络合作用而容易通过排阻絮凝作用使酪蛋白发生絮凝和聚集,从而容 易沉淀,也许正因为如此,该类广品在大粒径方向上具有粒径分布,问时因为广品的 粘度也比较低,所以产品不稳定。
在CMC基础上添加JV和FR的酸性乳饮料产品主要通过CMC稳定,同时这些黄 原晈品种因为不耐热,经过酸性乳饮料生产加工后在产品中呈无规线团,分子链比较 柔软,当其丙酮酸&量比较高时可以和酪蛋白发生相互静电作用,从而和CMC—起保 护酪蛋白,当其丙酮酸&量比较低时,不易与酪蛋白发生相互静电作用,它在产品中 通过增加粘度来提高产品的稳定性,因而产品比较稳定,这类产品的粒径分布可能因 为这些黄原胶在产品中具有不同的链长将酪蛋白带到不同的粒径方向上。
对CN和FR-0K04来说,在酸性乳饮料产品中它们具有的不同分子构象导致它们 和酪蛋白的相互作用不同。CN因为处于螺旋结构构象对酪蛋白产生排阻絮凝而使酪蛋 白聚沉,而FR-01〇4因为处于无规线团和酪蛋白发生络合作用从而保护酪蛋白。CN 因为对酪蛋白的排阻絮凝使产品在大粒径方向具有分布.而FR-0K04因为其在溶液中 较长的分子链将酪蛋白带到大粒径方向。所以,CN和FR-01〇4和酪蛋白不同的相互 作用导致它们虽然粘度和粒径分别比较接近.但是产品稳定性却相差很大。
综上所述,黄原晈在酸性乳饮料产品中处于不同的构象对产品的稳定性具有一定 的影响,而黄原胶在产品中具有的构象又和其耐热性大小相关,这实际上受黄原胶自 身丙酮酸含量、钙离子&量以及分子量高低等因素的影响。 
3. 4. 8黄原胶溶液的耐酸性和酸性乳饮料产品稳定性的关系
一般来说,黄原胶溶液的粘度在pH3?13范围内不受影响。当pH彡13时,乙酰基容 易解离,当pH<3时,丙酮酸容易解离。本研究考虑到用于实验的酸性乳饮料产品的 pH值为4.00,也许黄原胶的来源不同使其在pH为4.00时的耐酸性有差异,同时酸性乳 饮料生产中有加热的工艺,在加热条件下黄原胶溶液的pH值降低也许会引起产品低剪 切粘度的变化,所以本实验对pH值为4.00,对经过和不经过加热的不同来源黄原胶溶 液进行稳态流变学测定,从而了解它们的耐酸性差别。
0.3%浓度不同来源黄原胶溶液在不同pH值和加热条件下粘度-剪切速率关系图如附
录6〇
 
图3-13 0.3%FR-05在不同pH值和加热条件下的粘度-剪切速率关系图 由附录图6可知,当调整黄原胶溶液的pH值为4.00时,未经热处理的不同来源黄原
胶溶液的低剪切粘度只有FR-05 (见图3-13)略有下降,其余的基本和未经调酸的流变 曲线重合;经过热处理的不同来源黄原胶溶液的流变曲线和未经调酸的流变曲线基本 重合。
由此看出,10种不同来源黄原胶0.3%浓度水溶液的耐酸性除FR-05较差外,其余都 比较好,这和FR-05丙酮酸含量比较低,同时分子量也比较小有关。由该实验可以看 出,不同来源黄原胶溶液的耐酸性并不是影响酸性乳饮料产品稳定性的主要因素。
3. 4. 9黄原胶溶液对钙离子的耐受性与酸性乳饮料产品稳定性的关系
因为牛乳中钙离子含量比较高,如果不同黄原胶对钙离子的耐受性不同,其和 CMC复配后对酸性乳饮料产品的稳定影响可能不一样,因此本论文考察了不同来源黄 原胶在CaCl2溶液中性质的变化情况。
不同来源黄原胶在〇.15%CaCl2溶液中未经过和经过加热处理的流变曲线如附录图7 所示,它们在〇.15%CaCl2溶液中的低剪切粘度与它们在水溶液中的低剪切粘度比较 图,如图3-14和3-15所示。
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1510R C21)鹋?fR4a擊
n in pure water ■ in 0. 15% CaCl2 solution
CN-01 CN-02 CN-03 CN-04 JV FR-01 FR-02 FR-03 FR-04 FR-05 图3-14 0.3%不同来源黄原胶的水和0.15%CaCl2溶液的低剪切粘度柱型图(未经热处理)
□ in pure water, heating ■ in 0.15% CaCh solution? heating
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CN-01 CN-02 CN-03 CN-04 JV FR-01 FR-02 FR-03 FR-04 FR-05 图3-15 0.3%不同来源黄原胶水和0.15%CaCl2溶液的低剪切粘度柱型图(经热处理)
由图3-14可以看出,未经加热处理的情况下,不同来源黄原胶在CaCl2溶液中的低 剪切粘度和在水中的相比,除了CN-04、JV以及FR-03保持不变,其他都不同程度地发 生了下降。这可能是因为冷水溶解时,黄原胶的分子链不能被有效打开,因而不能使 销离子和分子链发生有效地缔合,而钙离子对分子链的电荷屏蔽作用使分子链更加缩 合,溶液的粘度下降。
由图3-15可以看出,在加热的情况下,不同来源黄原胶在CaCl2溶液中的低剪切粘 度和在水溶液中的低剪切粘度相比,对CN,除CN-04基本不变,其他都不同程度地发生 了下降,而JV和FR都不同程度地升高了。这可能与黄原胶样品中存在的钙离子含量以 及在加热过程中分子链被打开的难易程度有关。如图3-16所示,FR-05随溶液中钙离子 含量增加的粘度一剪切速率关系图,以及图3-17所示其溶液低剪切粘度随着CaCl2浓度 增加而变化的情况。
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表3-16 0.3%浓度的FR-05随溶液中CaCl2浓度增加溶液的粘度-剪切速率关系图
 
CaC12溶液浓度(%)
图3-17 0.3%FR-05在不同CaCl2溶液中的低剪切粘度曲线图 由图3-16和3-17可以看出,0.3%浓度的FR-05溶液经热处理时低剪切粘度和未经热 处理时比较接近,但是该流变曲线变得不规则,而其分别在0.075%和0.15%耗离子存在 的条件下,相同热处理条件其流变曲线变得更规则,且低剪切粘度稍有升高,分别为 7.534Pa.s和9.392Pa.s,但是当溶液中钙离子含量为0.3%时,溶液发生盐析而低剪切粘 度下降,当溶液中钙离子含量达到0.6%时,盐析现象更明显,曲线变得非常不规则, 所以没有采用该低剪切粘度。
由此可以看出,经过热处理,黄原胶溶液的低剪切粘度随溶液中钙离子含量的增 大而增大,但是其增大到一定值以后会随着钙离子含量的增大而减小。因为CN样品中 已经含有比较高的钙离子,再增加钙离子导致其发生盐析,对酸性乳饮料产品来说, 这会导致产品更不稳定;JV中钙离子含量虽比较高,但可能因其通过干法添加,钙离 子和分子链结合不紧密,加热时容易被打开,冷却时钙离子可以使分子链有效缔合, 从而使溶液粘度增加,对酸性乳饮料产品来说,这使产品更加稳定;FR钙离子含量比
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较少,经热处理后冷却时使分子链缔合更紧密,从而使溶液粘度增加,对酸性乳饮料 产品来说,这也使产品更加稳定。
对比本章实验得到的0.3°。浓度的不同来源黄原胶水溶液的低剪切粘度与第二章在 CMC基础上添加不同来源黄原晈的酸性乳饮料产品的粘度可以发现,在黄原晈水溶液 中CN-0K03, JV和FR-04的低剪切粘度比较高,其余都比较低,其中FR-05最低, 而在酸性乳饮料产品中CN在水溶液中低剪切粘度高的优势不复存在丁,它具有较低 的粘度,JV和FR在产品中却具有比较高的粘度,特别是FR-05,其在酸性乳饮料产品 中具有最高的粘度。该现象和上述经过热处理后不同来源黄原晈对溶液中钙离子的耐 受性情况相一致。因此,黄原胶对钙离子的耐受性和酸性乳饮料产品的稳定性具有一 定的联系,但是该结论有侍于进一步研究。
3. 5本章小结
本章通过研究不同来源黄原晈样品的基本理化指标以及其溶液的功能性质与酸性 乳次料产品稳定性之间的关系,结果表明:
1.不同来源黄原胶样品中的杂质(■残留的菌体细胞、无机盐、微生物、有机溶剂、 Ca2+、Mg2+、K+、Na+等),黄原晈分子量和特殊基团(■丙酮酸和乙酰基),黄原 晈水溶液的pH值、电导率、低剪切粘度、剪切性能以及耐酸性,黄原胶1.0°〇KC1 溶液的低剪切粘度以及水-1.0%KC1溶液平衡浓度和酸性乳饮料的稳定性都没有一
定的对应关系。
2.不同来源黄原胶溶液的耐热性差异(它们的构象转变温度分别为:CN大于90°C, JV大约为68°C, FR-0K04大约25°C, FR-05小于20°C)可能导致它们在产品中 处于的构象不一样,从而导致和酪蛋白的相互作用不一样,因而可能是导致酸性乳 饮料产品具有不同稳定性的原因,但是黄原晈在产品中是否处于上述构象以及是否 和酪蛋白发生上述作用有侍于进一步验证。
3. 不同来源黄原胶对钙离子的耐受性差异(CN耐受性差,JV和FR耐受性好)也可 能是导致其在酸性乳饮料产品中应用导致产品具有不同的稳定性原因,但是导致不 同来源黄原胶对钙离子具有不同耐受性的原因有侍于进一步的研究。
主要结论
1.本论文通过研究在CMC基础上添加10种不同来源黄原胶对酸性乳饮料产品稳定性
的影响结果表明,添加CN的产品比单独添加CMC时更不稳定,而添加JV和FR的产
品比单独添加CMC时更加稳定。
1)当采取酸性乳次料配方一实验时,结果表明.单独添加CMC时产品的离心沉淀 率为0.84°。;在CMC基础上添加CN时产品的沉淀率分别为2.89°。、3.51°。、3.60°〇 和4.12°。,添加JV和FR-01、05时产品的沉淀率分别为0.78°。、0.79°。、0.60°〇、 0.82°〇、0.67°〇和0.78〇〇。
2)采取酸性乳饮料配方二验证丁上述结论,单独添加CMC产品时离心沉淀率为 0.84°。,在CMC基础上添加CN-04时产品的离心沉淀率为3.10°。,添加FR-05时为 0.69〇〇,
2.通过在采取酸性乳饮料配方一进行实验时对酸性乳饮料产品进行直接观察、
Turbiscan、粘度和粒径分析,结果表明:
通过直接观察和Turbiscan测试得到的产品蛋白稳定性和通过离心沉淀得到的产品蛋
白稳定性相一致;
1)凡是在CMC的基础上添加丁黄原胶的酸性乳次料产品的粘度都比单独添加 CMC的不同程度地升高丁,产品的粘度不是决定产品稳定性的唯一因素。
2)在CMC基础上添加FR-05的产品的粒径和单独添加CMC时比较相似,且它们都 比较小,在CMC基础上添加JV的产品的粒径分布比单独添加CMC时略大,而在 CMC基础上添加CN及FR-0 K04的产品的粒径大小比较接近且都比单独添加 CMC的显著增大,产品的粒径不是决定产品稳定性的唯一因素。
3.通过研究不同来源黄原晈样品的基本理化指标及其溶液的功能性质与酸性乳饮料产
品稳定性之间的关系,黄原胶和CMC复配对酸性乳饮料稳定性的影响,对不同来源黄原胶和CMC复配后导致酸性乳饮料产品具有不
同稳定性的原因进行丁初步的探讨。结果表明:
1)不同来源黄原胶样品中的杂质(■残留的菌体细胞、无机盐、微生物、有机溶剂、 Ca2+、Mg2+、K+、Na+等),黄原胶分子量和特殊基团L丙酮酸和乙酰基),黄 原晈水溶液的pH值、电导率、低剪切粘度、剪切性能以及耐酸性,黄原Kl.0%KCl 溶液的低剪切粘度以及水-1.0u。KC1溶液平衡浓度和酸性乳饮料的稳定性都没有 一定的对应关系。
2)不同来源黄原胶溶液的耐热性差异(■它们的构象转变温度分别为:CN大于90°C, JV大约为68°C, FR-01〇4大约25°C, FR-05小于20°C)可能导致它们在产品中处 于的构象不一样,从而导致和酪蛋白的相互作用不一样,因而可能是导致酸性 乳饮料产品具有不同稳定性的原因,但是黄原晈在产品中是否处于上述构象以 及是否和酪蛋白发生上述作用有恃于进一步验证; 
3)不同来源黄原胶对钙离子的耐受性差异(CN耐受性差,JV和FR耐受性好)也可 能是导致其在酸性乳饮料产品中应用导致产品具有不同的稳定性原因,但是导 致不同来源黄原晈对钙离子具有不同耐受性的原因有侍于进一步的研究。
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