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黄原胶对酸乳凝胶特性的影响及其作用机理探讨

发布日期:2014-10-03 00:08:37
黄原胶对酸乳凝胶特性的影响及其作用机理探讨研究
黄原胶对酸乳凝胶特性的影响及其作用机理探讨:
黄原胶对酸乳凝胶特性的影响及其作用机理探讨,为探索增稠剂对酸乳体系的影响作用机理,以在原料鲜牛乳中分别加入0.0%、0.1%、0.2%、0.3%的黄原胶制 作的酸乳为材料,对其流变特性和微观结构进行了观测。结果表明:种样品都是正触变性流体,其触变环面积之比 为1:1.08:0.64:0.77。在加入量为0.1%。、0.2%。和0.3%。的三个样品中,随着黄原胶加入量的增加,酸乳样品的表观黏度 和剪切应力逐渐降低。电镜观察显示,不加入黄原胶时酪蛋白相互凝集成立体网状结构,加入黄原胶后酪蛋白凝集胶 束变成了散乱的片状结构。初步分析认为,黄原胶对酸乳发生作用的机理是通过其大分子的空间位垒效应干扰酪蛋 白发生凝集的方式,导致酪蛋白胶束结构散乱,从而降低酸乳凝胶的表观黏度和剪切应力.
近年来,我国酸乳制品发展迅速,销量不断增 加。产量由2001年的30.9万t,到2005年己达到 161.9万t,5年增长了 5.2倍,其产销量增长速度均高 达40%>以上,超过液态乳30%>的增长率[1]。因此,保 障和提高酸乳质量成为许多生产厂家和学者的重要 研宄课题,尤其是酸乳的状态更成为研宄的热点。 酸乳是乳酸菌发酵牛奶形成的比较松软的凝胶,其状态的形成影响因素很多。有关的研宄报道表明, 脂肪取代物对酸奶微观结构会产生显著的影响[2]。 发酵过程中,乳酸菌自身形成的胞外多糖可利用其 分子形成的空间位垒动态地影响酪蛋白微球立体网 状结构的构建,这种影响不仅与多糖的分子大小及 结构有关,还与添加的方式、时间、速度、浓度有关[3]。 将菊粉加入脱脂乳中制备的酸乳,其凝胶结构和凝 胶强度都有所改善,与未加菊粉的酸乳相比,含有脂 肪替代品的酸乳的微观结构比较均匀、疏松且开放 度较高[4]。目前,我国许多厂家在生产酸乳时为了保 证产品的质量,使酸乳更加粘稠和细腻,在配料中经 常加入增稠剂,然而酸乳生产实践中增稠剂的选择 和加入量也是随机和经验性的,加入增稠剂对其流变和结构有何影响的研宄报道则较少。因此本实验 通过在原料乳中添加不同含量的黄原胶进行发酵得 到酸乳,进而研宄不同样品在不同剪切速率和剪切 时间下的黏度变化,并探宄黄原胶不同添加量对酸 乳流变性和微观结构的影响,试图揭示其作用机理, 为酸乳的生产提供理论引导。
1材料与方法 1.1材料与设备
菌种由本研宄室提供;原料乳,黄原胶。
 1.2实验方法
1.2.1酸乳的生产原料乳中加入不同含量(0.06、 0.16、0.26、0.36 )的黄原胶,659均质,959灭菌 5mi=,冷却至439,接种量36,混合菌种按嗜热链球 菌和保加利亚乳杆菌1?1的比例加入。接种后分装, 429条件下发酵,当酸度达到80QT时取出,放入49 的冰箱中,后熟24h后进行检测。
1.2.2流变特性测定
1.2.2.1流变特性的检测 恒温(209 )恒速 (16r/mi=)下,测定4个样品的剪切应力和表观黏度 随时间的变化,测定时间为5mi=。重复测量3次,取
平均值。
1.2.2.2触变特性的检测在209下,转子转速变化
范围是0~240r/mi=,先升速后降速。每取一个值的 时间间隔为8G,每次测定都重新更换样品,测定指标 为剪切应力和表观黏度。重复测量3次,取平均值。 1.2.3电镜观察选取具有代表性的黄原胶添加量
为0.26的发酵酸乳和对照酸乳样品,放入戊二醛溶 液中固定4h以上,再转入锇酸溶液中固定4h以上, 用磷酸缓冲液洗涤,乙醇梯度脱水,C〇2临界点干燥, 喷金,用扫描电镜观察。
2结果与分析
2.1酸乳凝胶体的流变学类型
恒温恒速下,四种酸乳样品剪切应力和表观黏 度的检测结果见图1。
 
 
图1表观黏度和剪切应力随时间的变化 由图1可知,四种酸乳样品在恒温、恒速的剪切
作用下,其表观黏度和剪切应力都逐渐减小,并且较 好地遵循对数曲线方程。而且加入量为0.16和 0.26的两个样品在受到剪切时,其表观黏度和剪切 应力变化出现波浪式起伏,这可能是其结构不均匀 造成的。
2.2变速剪切下酸乳样品的剪切应力与表观黏度测 定结果
添加不同量的黄原胶发酵而成的酸乳,黄原胶对酸乳凝胶特性的影响及其作用机理探讨,在同一 温度、不同剪切速率作用下的剪切应力检测结果见 图2,相应的表观黏度见图3。
 
 
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图3不同黄原胶添加M酸乳的黏度曲线阁
图2显示,4种酸乳样品的剪切应力都形成了触 变环,说明它们都是触变性体系。触变性是指某体 系在搅动或其它机械作用下,其黏度或剪切应力随 时间变化的一种流变现象。在外切力作用下,若体 系的黏度随剪切时间的延长而下降,静止后又恢复, 即具有时间因素的切稀现象,称为正触变性;反之, 若体系的黏度上升,静止后又恢复,即具有时间因素 的切稠现象,称为负触变性。一个特定体系可先后 出现正触变性和负触变性特征,称之为复合触变 性[5]。结合图1和图2的检测结果,大家判断四个酸 乳样品都属于正触变性流体。这与大家前期对未添 加增稠剂所形成的酸乳的流变学特性检测分析报道 的结果是相同的[6]。但是,图2显示加入增稠剂以后 触变环的形状发生了很大变化。
从表观黏度和剪切应力的数值来看,图2中A、 B、C、D显示的最大剪切应力值分别为41.5、23、12.1、 17.8Pa,说明对照样品A是最“结实”的,但是一旦被 “破坏”则应力很快下降,尤其是降速剪切时,黏度 恢复能力较差;而添加0.26的黄原胶形成的凝胶最 为“稀软”而且其产生最大应力时不是在刚刚受到 外力剪切时产生的。
分析四个触变环的形状,发现四个样品存在很 大的差异。图1A显示,未添加黄原胶发酵的酸乳在
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Science and Technology of Food Industry
黄原胶对酸乳凝胶特性的影响及其作用机理探讨,刚开始受到剪切时,其应力很大,说明这种样品未受 到剪切时存在具有一定坚固性的结构。而添加 0.1$的黄原胶时这种结构被明显破坏,添加0.2$时 这种结构则变得更加脆弱,黄原胶添加到0.3$时, 结构状况与添加0.2$时的情况基本相似。
触变环的面积能够反映触变性的大小。面积 大,则表示该体系经外力作用后,其黏度变化大,外 力撤出后,此体系恢复到未经力作用的体系状态所 需的时间长[7]。分别求得4个样品触变环的面积是 1473.68、1585.89、950.10、1138.22,因此它们的面积之 比为1:1.08:0.64:0.77。这样从绝对值的角度来看,加 入0.1$黄原胶的样品B在受到搅拌后,黏度变化最 大;而加入0.2$黄原胶的样品C在受到搅拌后,黏 度变化最小。
图3显示,四种酸乳的黏度都是一开始就达到 一个最大值,然后随着剪切速率的增加而逐渐降低。 对照组未添加黄原胶发酵的酸乳的平均黏度较大,并 且与不添加对照样品相比,当添加低浓度的黄原胶时, 酸乳的表观黏度反而会降低。在添加量0.1$00.3$的 范围内,随着添加量增加,表观黏度反而会逐渐 降低。
2.2电镜观察结果及作用机理分析
对未添加黄原胶和添加量为0.2$的酸乳样品 的电镜观察结果见图4和图5。
 W4末添加箝原胶酸乳的电镊照片
ffl5黄哚胶添加W为0.2%酸乳的电镜照片 图4显示,未添加黄原胶发酵形成的酸乳,酪蛋 白微球相互凝集在一起形成了簇形物,即酪蛋白胶 束,这些胶束之间相互链接,构成了相对细密、稳固 的立体网状结构,乳酸菌分布在酪蛋白胶束形成的 网孔中。当额外添加了 0.2$黄原胶时,发酵形成的 酸乳中出现了许多丝状物,这些丝状物是大分子的 黄原胶,丝状物与酪蛋白凝集体以及乳酸菌纠缠在 一起,但是没有了典型的酪蛋白凝集胶束,也看不到 胶束链接形成的立体网状结构。取而代之的是由酪 蛋白形成的球状和串珠状凝集体,它们相互分离,连 续性较差,仅仅能够形成片状的结构(图5)。
酸乳的制作就是牛乳中的酪蛋白在乳酸菌形成 的乳酸作用下,相互凝集构成立体网状结构的过程。 大家前期的研宄发现:在酸乳凝胶形成的过程中,由 乳酸菌代谢产生的胞外多糖被缓慢而均匀的分泌出 来,这些多糖与酪蛋白之间是相斥的,因此会产生空 间位垒效应,这种效应是由无到有逐渐增大的[3]。
黄原胶分子是由D-葡萄糖、D-甘露糖、D-葡萄 糖醛酸、乙酸和丙酮酸构成的“五糖重复单元”是一 种水溶性生物高分子聚合物,其平均分子量在2 3 106~5x107u之间。其微观结构中侧链与主链间通 过氢键结合形成双螺旋结构,并以多重螺旋聚合体 状态存在,侧链葡萄糖醛酸基带负电荷[8]。因此,可 以判断原料乳中的酪蛋白一开始与额外添加的黄原 胶是相互排斥的(都带有负电荷)。而黄原胶大分子 则会在酪蛋白所在的介质中扩散,相互间甚至能够 缔合形成网络[9]。大家在原料乳中添加0.05$的黄 原胶时,黄原胶对酸乳凝胶特性的影响及其作用机理探讨,发现发酵形成的酸乳会产生明显的乳清析 出。因此推测,该浓度下带有负电荷的大分子黄原 胶之间形成的网络空隙较大,把较大量的酪蛋白限 制在相对孤立的较大区间中,当乳酸菌发酵产生乳 酸导致介质酸度增加时,这些区间的酪蛋白就会首 先相互缔合凝集,从而形成较大的颗粒,由于这种颗 粒大到无法悬浮的程度而逐渐下沉,因此导致乳清 析出。当黄原胶的浓度增加时,不仅其分子本身水 合作用增强,而且它们在原料乳中溶解后形成的立 体网状结构的网眼也会变小,介质酸度增加时,酪蛋 白凝集形成的颗粒就会相应减小,因此沉降的速度 会逐渐降低;当黄原胶增加到一定浓度时,酪蛋白颗 粒就会小到“难以沉淀”的程度,这时形成的酸乳就 不会有乳清析出了。但是这时酪蛋白也会被分割得 非常细密,发生凝集时则会变成链接性不佳的串珠 状或者球状,从而导致这种酸乳的表观黏度和剪切 应力较小,图1和图2的结果都支撑大家的这种观 点。由于变性后的酪蛋白带正电荷,黄原胶分子的 电离常数与变性的酪蛋白凝集体不同,因此二者相 互靠近时,相互之间就会产生吸引作用而纠缠在一 起,图5的观察结果则支撑了大家的这种观点。
综上所述,在酸乳凝胶体系形成的过程中,黄原 胶分子通过静电作用和自身形成的空间位垒作用影 响酸乳网状结构的形成,从而降低酪蛋白立体网状 结构的牢固程度。当黄原胶添加量较低时,形成的 网眼较大,酪蛋白凝集体过大,导致酸乳乳清析出严 重;随着黄原胶添加量的增加,黄原胶不仅本身吸取 自由水分子的数量增加,而且黄原胶分子本身产生 的空间位垒效应不断增强,导致酪蛋白凝集体变得 细小,从而进一步减少了乳清析出,但是这与不添加 黄原胶所形成的结构相比,额外黄原胶大分子的加 入都使得酸乳凝胶变得“支离破碎”从而在宏观上 表现为酸乳的表观黏度和剪切应力下降。
3结论
在牛乳中添加0.1$~0.3$的黄原胶后,再进行乳 酸菌发酵形成的酸乳凝胶体是一种正触变性流体;这 种凝胶的表观黏度和剪切应力都会降低,增稠剂黄原 
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Vol.30,No.05y2009 
胶的添加并没有增稠反而导致产品的黏度降低了。其 作用机理是:黄原胶对酸乳凝胶特性的影响及其作用机理探讨,在酸乳凝胶体系形成的过程中,黄原胶分 子通过静电作用和自身形成的空间位垒作用影响酸乳 网状结构的形成,降低酪蛋白立体网状结构的牢固程 度,使得酸乳凝胶变得“支离破碎”从而在宏观上表 现为酸乳的表观黏度和剪切应力下降。
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