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酸奶凝胶的结构特性及其影响因素


摘要: 主要说明了酸奶凝胶的结构、物理特性及其影响因素。酸奶凝胶超微结构呈一种纤维网状立体结构,网状纤维中间形成无数有规则的空隙。均质、热处理等加工因素对其质地有不同的影响。乳制品是人们普遍喜爱的食品,因其营养丰富,易于消化吸收,在人们的日常膳食中占有重要的地位。在众多乳制品中,酸奶以其独有的风味、营养价值和对人体的特殊保健功能而日益受到重视。
凝固型酸奶的凝胶体是否稳定,在贮运过程中是否易破碎,与酸奶的凝胶体结构有密切关系。凝胶体脆弱,导致组织状态被破坏,乳清析出,失去商品性,是凝固型酸奶的重要质量品质缺陷。
影响酸凝乳质量的因素很多,如原料乳的质量、发酵剂的品质、发酵的温度和时间、抗生素的含量等等。对此,国内外研究很多,对改善酸凝乳的质量起到了良好的作用。但对于酸凝乳重要质量特性的凝胶稳定性研究的文献并不多见,其微观结构与他的强度、保水性等宏观物理性质密切相关,在这方面的理论研究更是鲜见报导。

1酸奶凝胶的组织结构
牛奶中80%(以质量计)的蛋白质以四种形式与数量可观的微胶团或酪蛋白磷酸肽以酪蛋白为中心聚合成酪蛋白微胶团的形式结合。至少有三种酪蛋白微胶团模型,一种假设微胶团中心分成不连续的单元,他们的外层毛 状 结 构 明 显 不 同;另一种模型认为内部的微结构聚集成一内部交联的或酪蛋白分子交叉的链状网络结构,或者是单个的分子与提供骨架的酪蛋白形成聚集物。
起初假设任何一个微胶束由酪蛋白磷酸肽桥聚集在一起,但是现在认为有许多因素影响胶束的完整性。 酪蛋白磷酸肽的形成是一种有效的掩埋钙和磷酸盐的方式。现在得出如果乳在20℃以下酸化,可以不破坏胶束除去酪蛋白磷酸肽。
疏水基的相互作用和氢键对于胶束的完整性十分重要,因为尿素的加入可以不用溶解酪蛋白磷酸肽就破坏胶束结构。酪蛋白胶束交联模型是一个缩聚或聚合模型,此模型证实了酪蛋白聚合的两个交联途径,即酪蛋白通过疏水基和酪蛋白磷酸肽桥交联。胶束的形成和完整性取决于酪蛋白间的吸引和排斥力。此模型的另一个特点是由于酪蛋白只能与其他酪蛋白疏水基结合,以此作为链的终止。此模型理论可较好地解释酪蛋白在ph、温度、尿素及去除磷酸钙时的反应。
K酪蛋白表面位置也可由其作为链终止的作用来解释,这提供了一个控制酪蛋白聚集增长的机制。在酸化牛奶过程中,酪蛋白微胶团的许多生理化学特性发生了明显变化,尤其是Ph从5.5变到了5.0,其中也包含酪蛋白的解离。
在酸化牛奶过程中,热处理对CPP的溶解和酪蛋白的释放有影响。一般而言,热处理对胶团中磷和钙的溶解影响不大。当在5℃进行酸化时,加热牛奶中与胶团分离的酪蛋白比未加热牛奶中的多;当在22℃进行时,会出现相反的情况。
有人指出,酸乳酪凝胶网络从类似胶团的微粒中形成,相对于单个酪蛋白的特定参数而言,这些胶团微粒的内部和表面结构与原始胶团相比有很大的变化。然而,当酸化牛奶ph>5.3时,多数胶团中的+,, 被溶解,单个酪蛋白的电荷改变,溶液的离子强度增大。

2酸奶凝胶的微结构
将酸凝乳凝胶结构在扫描电镜下观察,酸凝乳凝胶的超微结构呈一种纤维网状立体结构,网状纤维中间形成无数有规则的空隙。这种纤维网状立体结构所形成的无数有规则的空隙呈六棱形。将酸凝乳凝胶体进一步放大,发现构成凝胶体纤维网状立体结构的支架是由变性酪蛋白颗粒堆积形成的,这些酪蛋白颗粒非常规则的排成一种丛状或绞链形状。在酸凝乳凝胶体中,乳脂肪以脂肪球的形式镶嵌于酪蛋白颗粒构成的凝胶体纤维网中,乳脂肪球呈标准的椭圆形。并且,乳酸菌也镶嵌在酸凝乳凝胶之中。采用电子微缩技术研究凝胶的电子图片发现,利用未加热过的牛奶制得的酸凝乳凝胶比用加热过的牛奶制得的有着更大的蛋白质丛,并表现为较大的分支。

3加工处理方法对酸奶凝胶中质构蛋白的影响
3.1牛奶总固形物含量
我们知道增加固形物含量会提高凝胶硬度和黏度。一般认为非脂乳固形物含量提高到16g/100g-18g/100g时,发酵生产的酸乳凝胶会变弱,并倾向于脱水收缩。
3.2均质作用
均质的作用可以阻止储藏过程中脂肪的分离,
提高黏稠度,增加光泽度,降低乳清分离程度。通常在10MPa-20MPa,55℃-65℃下对牛奶进行均质,然后进行热处理。但是,即使在不同的均质压力下,利用低脂肪含量和高脂肪含量的牛奶制得的酸乳其坚固性和表观黏度没有什么不同。据报道,热处理比均质对酸性凝胶黏稠度和质构影响更大。
3.3热处理
热处理是影响酸奶凝胶质构的最重要因素,尽管有许多关于热处理对酸乳质构的影响和研究,但是多数研究都采用经验的测试方法来研究凝胶硬度和强度的影响因素。只有少数研究将其与热处理过程中乳清蛋白的变性程度联系起来。热处理也使凝胶时间减少,使得凝胶点处的ph增大。尽管高温处理导致酸奶凝胶变得脆弱,但是仍然使他的动态模量增大。
3.4接种和凝胶温度
一般情况下,高接种温度,过度酸化常导致乳清分离,不良的凝胶成型。部分研究者建议将接种温度从44℃降到38℃以下,以便提高凝胶硬度和黏稠度,降低乳清分离程度。在较低的接种温度下,凝胶成型时间可延长到12h,但仍能获得质量好的酸乳。高ph凝胶比低 ph 凝胶有更强的脱水收缩趋势。

4酸奶凝胶的物理性质及缺陷
4.1表形
凝固型酸奶凝胶应当光滑,具有半固体均质表面,且表面无乳清。其外表应当光滑,无裂缝或其他瑕疵。90%将牛奶加热30min制得的酸奶是有“纹理”的,而80℃或85℃加热30min制得的酸奶“光滑且坚固”。
4.2乳清分离
乳清分离是指在牛奶凝胶表面出现乳清液体,这是发酵奶产品中常有的缺点。如果凝胶网络被破坏,或者凝胶发生大量的结构重组,乳清分离现象常常会出现。脱水收缩定义为凝胶的收缩,常伴随液体的渗出或乳清分离发生。自然脱水收缩是凝胶在无任何外力作用(如离心力)时的收缩现象,这和凝胶网络所有乳清片段的保持能力丧失导致网络不稳定有关。酸乳生产商试图通过增加牛奶中总固形物的含量来制止乳清分离的发生,搅拌型酸乳可通过添加稳定剂(如果胶、明胶)来实现。
最近的研究发现,在高接种温度下快速酸化与未经加热处理在低温下培养的牛乳相比具有较高的乳清分离。现在酸奶的生产中主要是搅拌型产品,这可使生产者添加各种稳定剂来防止乳清析出。为什么凝胶会出现乳清析出是一个重要的问题,此缺陷与不稳定的、有强烈重排趋势的网络结构有关,导致失去包埋水分的能力。但是,是什么原因引起了网络结构的不稳定?酪蛋白凝胶本来是动态的,构成凝胶的粒子在形成凝胶前和形成中过度的重排是乳清析出的原因,并且使一些流变学参数表现为可能发生乳清析出,这些参数包括:动态模量(表示网络结构中键的强度和数目),屈服应力。
最近的研究表明热处理后的牛乳并没有像一直认为的那样可以防止乳清析出,这也可能增加乳清的析出,诱导加热牛乳产生的凝胶表现出更高的乳清析出率,这与在凝胶形成中较低的断裂应力增大有关。用来生产酸奶的牛乳通常要经过加热处理,在70℃以上的加热可引起乳清蛋白的变性,其中一些可通过疏水键与分子间二硫键和酪蛋白胶束交联。
加热影响酸奶凝胶流变学性质的详细机制已有阐述,这些与酪蛋白交联的乳清蛋白有助于酪蛋白粒子在凝胶网络中的结合,导致储能模量和ph的增加。虽然热处理增加了酸奶凝胶的硬度,但在防止乳清析出上不是很有效果。
4.3组织结构的缺陷
非常高的总固形物含量、稳定剂的使用、很低的凝胶温度都会使凝胶质构过度坚硬。而很低的固形物含量、牛奶加热不充分、低酸和高凝胶温度会使质构微弱。结块儿、结粒以及小结节的出现与消费者所期望的光滑、质地好是相悖的。
结块儿指酸乳酪中大的蛋白质聚集的出现,其大小为1mm-5mm。高培养温度下酸性副产物的生成、凝乳酶的使用、过量的促酵物的使用与这种缺陷有关。在酸乳酪样品中,用浓缩乳清蛋白代替其中20℃以上的非脂乳固形物后,观察到了有纹理的质构。用脱脂奶粉作为WPC的替代物来提高酸乳酪的固形物含量,结果结块和结粒现象加重,而用WPC代替酪蛋白后,酸乳酪呈现光滑度和结块度都较低的外观。在搅拌型酸乳中,常添加稳定剂来控制组织结构上的缺陷和乳清分离,但是在普通的凝固型酸乳酪中常常不添加稳定剂。

来源:惠合CIP清洗系统


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