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酸奶凝膠的結構特性及其影響因素


摘要: 主要說明了酸奶凝膠的結構、物理特性及其影響因素。酸奶凝膠微結構呈一種纖維網狀立體結構,網狀纖維中間形成無數有規則的空隙。均質、熱處理等加工因素對其質地有不同的影響。乳製品是人們普遍喜愛的食品,因其營養豐富,易於消化吸收,在人們的日常膳食中占有重要的地位。在眾多乳製品中,酸奶以其獨有的風味、營養價值和對人體的保健功能而日益受到重視。
凝固型酸奶的凝膠體是否穩定,在貯運過程中是否易破碎,與酸奶的凝膠體結構有密切關係。凝膠體脆弱,導致組織狀態被破壞,乳清析出,失去商品性,是凝固型酸奶的重要質量品質缺陷。
影響酸凝乳質量的因素很多,如原料乳的質量、發酵劑的品質、發酵的溫度和時間、抗生素的含量等等。對此,國內外研究很多,對改善酸凝乳的質量起到了良好的作用。但對於酸凝乳重要質量特性的凝膠穩定性研究的文獻並不多見,其微觀結構與他的強度、保水性等宏觀物理性質密切相關,在這方麵的理論研究更是鮮見報導。

1酸奶凝膠的組織結構
牛奶中80%(以質量計)的蛋白質以四種形式與數量可觀的微膠團或酪蛋白磷酸肽以酪蛋白為中心聚合成酪蛋白微膠團的形式結合。至少有三種酪蛋白微膠團模型,一種假設微膠團中心分成不連續的單元,他們的外層毛 狀 結 構 明 顯 不 同;另一種模型認為內部的微結構聚集成一內部交聯的或酪蛋白分子交叉的鏈狀網絡結構,或者是單個的分子與提供骨架的酪蛋白形成聚集物。
起初假設任何一個微膠束由酪蛋白磷酸肽橋聚集在一起,但是現在認為有許多因素影響膠束的完整性。 酪蛋白磷酸肽的形成是一種有效的掩埋鈣和磷酸鹽的方式。現在得出如果乳在20℃以下酸化,可以不破壞膠束除去酪蛋白磷酸肽。
疏水基的相互作用和氫鍵對於膠束的完整性十分重要,因為尿素的加入可以不用溶解酪蛋白磷酸肽就破壞膠束結構。酪蛋白膠束交聯模型是一個縮聚或聚合模型,此模型證實了酪蛋白聚合的兩個交聯途徑,即酪蛋白通過疏水基和酪蛋白磷酸肽橋交聯。膠束的形成和完整性取決於酪蛋白間的吸引和排斥力。此模型的另一個特點是由於酪蛋白隻能與其他酪蛋白疏水基結合,以此作為鏈的終止。此模型理論可較好地解釋酪蛋白在ph、溫度、尿素及去除磷酸鈣時的反應。
K酪蛋白表麵位置也可由其作為鏈終止的作用來解釋,這提供了一個控製酪蛋白聚集增長的機製。在酸化牛奶過程中,酪蛋白微膠團的許多生理化學特性發生了明顯變化,尤其是Ph從5.5變到了5.0,其中也包含酪蛋白的解離。
在酸化牛奶過程中,熱處理對CPP的溶解和酪蛋白的釋放有影響。一般而言,熱處理對膠團中磷和鈣的溶解影響不大。當在5℃進行酸化時,加熱牛奶中與膠團分離的酪蛋白比未加熱牛奶中的多;當在22℃進行時,會出現相反的情況。
有人指出,酸乳酪凝膠網絡從類似膠團的微粒中形成,相對於單個酪蛋白的特定參數而言,這些膠團微粒的內部和表麵結構與原始膠團相比有很大的變化。然而,當酸化牛奶ph>5.3時,多數膠團中的+,, 被溶解,單個酪蛋白的電荷改變,溶液的離子強度增大。

2酸奶凝膠的微結構
將酸凝乳凝膠結構在掃描電鏡下觀察,酸凝乳凝膠的微結構呈一種纖維網狀立體結構,網狀纖維中間形成無數有規則的空隙。這種纖維網狀立體結構所形成的無數有規則的空隙呈六棱形。將酸凝乳凝膠體進一步放大,發現構成凝膠體纖維網狀立體結構的支架是由變性酪蛋白顆粒堆積形成的,這些酪蛋白顆粒非常規則的排成一種叢狀或絞鏈形狀。在酸凝乳凝膠體中,乳脂肪以脂肪球的形式鑲嵌於酪蛋白顆粒構成的凝膠體纖維網中,乳脂肪球呈標準的橢圓形。並且,乳酸菌也鑲嵌在酸凝乳凝膠之中。采用電子微縮技術研究凝膠的電子圖片發現,利用未加熱過的牛奶製得的酸凝乳凝膠比用加熱過的牛奶製得的有著更大的蛋白質叢,並表現為較大的分支。

3加工處理方法對酸奶凝膠中質構蛋白的影響
3.1牛奶總固形物含量
www.青春草知道增加固形物含量會提高凝膠硬度和黏度。一般認為非脂乳固形物含量提高到16g/100g-18g/100g時,發酵生產的酸乳凝膠會變弱,並傾向於脫水收縮。
3.2均質作用
均質的作用可以阻止儲藏過程中脂肪的分離,
提高黏稠度,增加光澤度,降低乳清分離程度。通常在10MPa-20MPa,55℃-65℃下對牛奶進行均質,然後進行熱處理。但是,即使在不同的均質壓力下,利用低脂肪含量和高脂肪含量的牛奶製得的酸乳其堅固性和表觀黏度沒有什麽不同。據報道,熱處理比均質對酸性凝膠黏稠度和質構影響更大。
3.3熱處理
熱處理是影響酸奶凝膠質構的重要因素,盡管有許多關於熱處理對酸乳質構的影響和研究,但是多數研究都采用經驗的測試方法來研究凝膠硬度和強度的影響因素。隻有少數研究將其與熱處理過程中乳清蛋白的變性程度聯係起來。熱處理也使凝膠時間減少,使得凝膠點處的ph增大。盡管高溫處理導致酸奶凝膠變得脆弱,但是仍然使他的動態模量增大。
3.4接種和凝膠溫度
一般情況下,高接種溫度,過度酸化常導致乳清分離,不良的凝膠成型。部分研究者建議將接種溫度從44℃降到38℃以下,以便提高凝膠硬度和黏稠度,降低乳清分離程度。在較低的接種溫度下,凝膠成型時間可延長到12h,但仍能獲得質量好的酸乳。高ph凝膠比低 ph 凝膠有更強的脫水收縮趨勢。

4酸奶凝膠的物理性質及缺陷
4.1表形
凝固型酸奶凝膠應當光滑,具有半固體均質表麵,且表麵無乳清。其外表應當光滑,無裂縫或其他瑕疵。90%將牛奶加熱30min製得的酸奶是有“紋理”的,而80℃或85℃加熱30min製得的酸奶“光滑且堅固”。
4.2乳清分離
乳清分離是指在牛奶凝膠表麵出現乳清液體,這是發酵奶產品中常有的缺點。如果凝膠網絡被破壞,或者凝膠發生大量的結構重組,乳清分離現象常常會出現。脫水收縮定義為凝膠的收縮,常伴隨液體的滲出或乳清分離發生。自然脫水收縮是凝膠在無任何外力作用(如離心力)時的收縮現象,這和凝膠網絡乳清片段的保持能力喪失導致網絡不穩定有關。酸乳生產商試圖通過增加牛奶中總固形物的含量來製止乳清分離的發生,攪拌型酸乳可通過添加穩定劑(如果膠、明膠)來實現。
近的研究發現,在高接種溫度下快速酸化與未經加熱處理在低溫下培養的牛乳相比具有較高的乳清分離。現在酸奶的生產中主要是攪拌型產品,這可使生產者添加各種穩定劑來防止乳清析出。為什麽凝膠會出現乳清析出是一個重要的問題,此缺陷與不穩定的、有強烈重排趨勢的網絡結構有關,導致失去包埋水分的能力。但是,是什麽原因引起了網絡結構的不穩定?酪蛋白凝膠本來是動態的,構成凝膠的粒子在形成凝膠前和形成中過度的重排是乳清析出的原因,並且使一些流變學參數表現為可能發生乳清析出,這些參數包括:動態模量(表示網絡結構中鍵的強度和數目),屈服應力。
近的研究表明熱處理後的牛乳並沒有像認為的那樣可以防止乳清析出,這也可能增加乳清的析出,誘導加熱牛乳產生的凝膠表現出更高的乳清析出率,這與在凝膠形成中較低的斷裂應力增大有關。用來生產酸奶的牛乳通常要經過加熱處理,在70℃以上的加熱可引起乳清蛋白的變性,其中一些可通過疏水鍵與分子間二硫鍵和酪蛋白膠束交聯。
加熱影響酸奶凝膠流變學性質的詳細機製已有闡述,這些與酪蛋白交聯的乳清蛋白有助於酪蛋白粒子在凝膠網絡中的結合,導致儲能模量和ph的增加。雖然熱處理增加了酸奶凝膠的硬度,但在防止乳清析出上不是很有效果。
4.3組織結構的缺陷
非常高的總固形物含量、穩定劑的使用、很低的凝膠溫度都會使凝膠質構過度堅硬。而很低的固形物含量、牛奶加熱不充分、低酸和高凝膠溫度會使質構微弱。結塊兒、結粒以及小結節的出現與消費者所期望的光滑、質地好是相悖的。
結塊兒指酸乳酪中大的蛋白質聚集的出現,其大小為1mm-5mm。高培養溫度下酸性副產物的生成、凝乳酶的使用、過量的促酵物的使用與這種缺陷有關。在酸乳酪樣品中,用濃縮乳清蛋白代替其中20℃以上的非脂乳固形物後,觀察到了有紋理的質構。用脫脂奶粉作為WPC的替代物來提高酸乳酪的固形物含量,結果結塊和結粒現象加重,而用WPC代替酪蛋白後,酸乳酪呈現光滑度和結塊度都較低的外觀。在攪拌型酸乳中,常添加穩定劑來控製組織結構上的缺陷和乳清分離,但是在普通的凝固型酸乳酪中常常不添加穩定劑。

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