廣西水牛奶與荷斯坦牛奶工藝學特性比較

姚春杰，李全陽，黃忠闖

（廣西大學輕工與食品工程學院，廣西南寧530004）

廣西水牛奶與荷斯坦牛奶工藝學特性比較

姚春杰，李全陽，黃忠闖

（廣西大學輕工與食品工程學院，廣西南寧530004）

為了探索、比較廣西水牛奶與荷斯坦牛奶的工藝學特性，對二者的緩沖容量、表面張力、粒度分布、穩(wěn)定系數(shù)進行了比較分析。結(jié)果表明，廣西水牛奶的緩沖容量和粒徑分別是荷斯坦牛奶的1.1倍和2倍。在研究范圍內(nèi)，廣西水牛奶在pH值為6.8時緩沖容量最大，溫度50℃時表面張力最小，pH值為4.7時穩(wěn)定系數(shù)最??；而荷斯坦牛奶在pH值為6.6時緩沖容量最大，溫度為50℃時表面張力最小，pH值為4.6時穩(wěn)定系數(shù)最小。廣西水牛奶的粒徑分布在91.28～458.7 nm之間，荷斯坦牛奶的粒徑主要分布為91.28～190.1 nm之間，因此，認為兩種牛奶的工藝學參數(shù)存在多方面的差異。

水牛奶；荷斯坦牛奶；緩沖容量；粒度分布；表面張力

0 引言

水牛奶營養(yǎng)價值明顯高于荷斯坦牛奶，根據(jù)廣西水牛研究所的檢測資料顯示，1 kg水牛奶相當于荷斯坦牛奶1.5～2.0 kg[1，2]。蛋白質(zhì)、氨基酸等分別是荷斯坦奶牛1～2倍，鐵、鋅和維生素則高于荷斯坦奶牛幾十倍[3]。因此，近年來多國學者對水牛奶的重視程度顯著提高[4-6]。Sarfraz Ahmad等對摩拉水牛奶和荷斯坦牛奶的理化特性進行了對比研究[7]。Cinzia Benincasa等人對兩種牛奶的元素組成進行了探討[8]。國內(nèi)許小剛等人利用粒徑分析法對水牛奶的穩(wěn)定性進行了研究[9]。郭本恒等人指出初乳的粘度與乳的總干物質(zhì)含量和溫度有關(guān)[10]。而對水牛奶和荷斯坦牛奶的緩沖容量、表面張力、粒度分布等特性的對比研究還鮮有報道。因此，本實驗開展此方面的研究，探索水牛奶與荷斯坦牛奶的工藝學特性。

1 實驗

1.1 材料與設備

荷斯坦牛奶；廣西水牛奶（為廣西本地水牛與巴基斯坦摩拉水牛雜交后代所產(chǎn)牛奶，文中簡稱為水牛奶）。磷酸二氫鈉；磷酸氫二鈉。

Zetasizer NanoS納米粒度分析儀，JYW-200A自動界面張力儀，721型分光光度計，BME100S高剪切混合乳化機，TDZ4-WS低速自動平衡離心機，阿貝折光儀。

1.2 方法

1.2.1 緩沖容量的測定

使1 L或1 mL牛乳的pH值改變一個單位（ΔpH=±1）所需加入的強酸或強堿的物質(zhì)的量[11]。

（β：緩沖容量；Δn：強酸或強堿的物質(zhì)的量；ΔpH：pH值改變量；V：牛乳的體積）。

1.2.2 表面張力的測定

將樣品倒入玻璃杯中，液面高度20～25 mm，將玻璃杯放入托盤中間位置，調(diào)零后，按上升鍵，使鉑金環(huán)深入到液體中5～7 mm處，按停止鍵。再按下降鍵，托盤和被測液體開始下降，顯示值逐漸增大，最終保持在最大值，該最大值就是表面張力值P，然后按停止鍵，測量3次取平均值[12，13]（精度±0.01）。

（1）牛奶表面張力與溫度的關(guān)系：分別在30，40，50，60，70，80，90℃測量牛乳的表面張力。

（2）牛奶表面張力與濃度的關(guān)系：將牛奶分別稀釋0，2，4，6，8倍，然后測量牛乳的表面張力（20℃±1℃）。

（3）牛奶表面張力與pH值的關(guān)系：用磷酸緩沖溶液將樣品的pH值分別調(diào)節(jié)為5.4，5.8，6.2，6.6，7.0，然后測量牛奶的表面張力（20℃±1℃）。

1.2.3 粒度分布的測定

Zetasizer NanoS納米激光粒度分析儀的相關(guān)參數(shù)：水牛奶的折射率為1.354，荷斯坦牛奶的折射率為1.347，顆粒吸收率為0.01，分散劑為水，分散劑折射率為1.330，進樣時溫度25℃，樣品稀釋50倍[9]。

1.2.4 穩(wěn)定系數(shù)的測定

取適量樣品置于10 mL離心管中，以3 600 r/min離心5 min后，用721分光光度計于780 nm波長下測定樣品離心前后的吸光度A，以穩(wěn)定系數(shù)R值（經(jīng)驗公式R=A后/A前）大小評價樣品穩(wěn)定性高低。R值越接近1，表示其穩(wěn)定性越高[14,15]。

（1）牛奶穩(wěn)定系數(shù)與濃度的關(guān)系：用純凈水將牛奶分別稀釋0，2，4，6，8倍，然后測量牛奶樣品的穩(wěn)定系數(shù)（20℃±1℃）。

（2）牛奶穩(wěn)定系數(shù)與pH的關(guān)系：用磷酸緩沖溶液將樣品的pH值調(diào)節(jié)在4.2～7.0范圍內(nèi)，間隔0.4，然后測量牛奶樣品的穩(wěn)定系數(shù)（20℃±1℃）。

2 結(jié)果與分析

2.1 緩沖容量的測定結(jié)果

不同pH值牛奶樣品緩沖容量的測定結(jié)果如圖1所示。

圖1 樣品緩沖容量與pH值的關(guān)系

由圖1可以看出，荷斯坦牛奶緩沖容量在pH值為6.6時出現(xiàn)最大值，而水牛奶的則是6.8，說明兩種牛奶的pKa（酸度系數(shù)）是不同的，兩種牛奶體系中帶電顆粒的電荷數(shù)是有差異的。從緩沖容量的絕對值看，水牛奶明顯高于荷斯坦牛奶，在本研究的酸度范圍內(nèi)，荷斯坦牛奶的最大緩沖濃度為0.0387 mol/L（pH值為6.6），與水牛奶的最小值0.0367 mol/L（pH值為5.4）相差不大，說明水牛奶對酸堿度變化的緩沖能力明顯要強，因此可以推斷，在利用水牛奶生產(chǎn)酸乳制品時，與采用荷斯坦牛奶相比，乳酸菌發(fā)酵的時間要長一些。由于水牛奶出現(xiàn)最大緩沖容量的pH值在6.8，因此新鮮水牛奶的pH值要比相應新鮮的荷斯坦牛奶的pH值要高。

2.2 表面張力的測定結(jié)果

（1）不同溫度下，牛奶樣品表面張力的測定結(jié)果如圖2所示。

圖2 樣品表面張力與溫度的關(guān)系

由圖2可以看出，在30～90℃溫度范圍內(nèi)，荷斯坦牛奶和水牛奶表面張力出現(xiàn)最小值的溫度都是50℃，分別為46.99 mN/m和45.54 mN/m，此溫度下體系的穩(wěn)定性最好，因此，從理論上講該溫度下對樣品進行均質(zhì)處理設備負載最小，效果最好。溫度從50℃繼續(xù)升高到90℃時，表面張力又升高。由圖2還可以看出，二者表面張力隨溫度的變化規(guī)律相似，在同一溫度下荷斯坦牛奶的表面張力要大于水牛奶的表面張力。

（2）不同稀釋倍數(shù)下牛奶樣品表面張力的測定結(jié)果如圖3所示。

圖3 樣品表面張力與稀釋倍數(shù)的關(guān)系

由圖3可以看出，樣品的表面張力隨濃度的降低而減小，在稀釋2倍時，水牛奶的表面張力從53.69 mN/m降低到50.88 mN/m，荷斯坦牛奶的表面張力從54.98 mN/m降低到52.32 mN/m。由此可以看出，當牛奶受到水的稀釋時，開始時水牛奶樣品的表面張力值下降較快。隨著稀釋程度的增加，二者的表面張力值降低速度變慢。在2～8倍的稀釋范圍內(nèi)，水牛奶表面張力值在50 mN/m左右，荷斯坦牛奶表面張力值在51 mN/m左右。

（3）不同pH值下牛奶樣品表面張力的測定結(jié)果如圖4所示。

圖4 樣品表面張力與pH值關(guān)系

由圖4可以看出，牛奶樣品的表面張力隨pH值的變化而變化，水牛奶和荷斯坦牛奶的變化趨勢有明顯差別。在本研究的檢測范圍內(nèi)，水牛奶的表面張力隨著pH值的升高，先減小再緩慢增大而后又減小，在pH值為6.2時表面張力最?。?9.66 mN/m），荷斯坦牛奶的表面張力隨著pH值的升高有一個較大范圍的下降過程，直到pH值6.6時有一個最小值（48.47 mN/m），而后又緩慢上升。兩條曲線在pH值約為6.25時出現(xiàn)交叉，這時二者的表面張力約為49.74 mN/m。由表面張力的概念可以知道，其數(shù)值越小體系的穩(wěn)定性越好，因此可以看出水牛奶和荷斯坦牛奶分別在pH值為6.2和pH值為6.6時穩(wěn)定性最好。在pH值約為6.25時，二者的表面張力相同，因此判斷在此條件下，二者的穩(wěn)定性是相同的。

2.3 粒度分布的測定結(jié)果

水牛奶和荷斯坦牛奶樣品經(jīng)純凈水稀釋50倍后，采用納米粒度分析儀對其粒度分布進行分析，實驗結(jié)果如圖5和圖6所示。

圖5 水牛奶粒度分布

圖6 荷斯坦牛奶粒度分布

由圖5和圖6可以看出，樣品稀釋同樣倍數(shù)后，荷斯坦牛奶的粒徑分布在91.28～190.10 nm之間，而水牛奶的粒徑分布91.28～458.70 nm之間，有88.41%的水牛奶粒徑分布在122.40～295.30 nm之間。二者的最小粒徑相同，但水牛奶的最大粒徑是458.70 nm，荷斯坦牛奶的最大粒徑為190.10 nm，因此可以看出，水牛奶的粒徑顯著高于荷斯坦牛奶的粒徑。由此可知，水牛奶高質(zhì)量分數(shù)的脂肪不是通過增加脂肪球數(shù)量，而是通過增加脂肪球大小來達到脂肪質(zhì)量分數(shù)增加的。

2.4 穩(wěn)定系數(shù)的測定結(jié)果

在乳制品中穩(wěn)定性是一個重要的指標，探討原料的穩(wěn)定性條件對保持乳制品穩(wěn)定性具有重要的意義。為了研究樣品的穩(wěn)定特性，對不同pH值下水牛奶和荷斯坦牛奶樣品的穩(wěn)定性進行了測定，結(jié)果如圖7所示。

圖7 樣品穩(wěn)定性與pH值的關(guān)系

圖7結(jié)果顯示，牛奶樣品的穩(wěn)定性隨pH值的變化會發(fā)生顯著的變化，水牛奶和荷斯坦牛奶的變化趨勢大致一樣。在pH值為4.2～7.0變化范圍內(nèi)，水牛奶的穩(wěn)定性隨著pH值的升高先緩慢減小后增大，一直到pH值為4.7左右時比值R最?。?.0153），pH值為6.2左右時比值R最大（0.209）。荷斯坦牛奶的穩(wěn)定性隨pH值的升高先減小后增大，在pH值為4.6時比值R最?。?.0292），pH值為6.2左右時比值R最大（0.184）。兩條曲線在pH值大約為4.55和4.62時相交，比值R分別為0.0440和0.0300。由穩(wěn)定性的定義可知，比值R越大說明體系的穩(wěn)定性越好，因此可以看出水牛奶和荷斯坦牛奶在pH值為6.2左右時沉淀量最小，穩(wěn)定性最好。

圖8 樣品穩(wěn)定性與稀釋倍數(shù)的關(guān)系

穩(wěn)定系數(shù)R是樣品離心后和離心前吸光度的比值，大小評價樣品穩(wěn)定性高低。R值越接近1，表示其穩(wěn)定性越高。圖8結(jié)果顯示，牛奶樣品的R值隨著稀釋倍數(shù)的不同而變化，水牛奶和荷斯坦牛奶的R值變化趨勢有明顯的不同。在實驗稀釋的范圍內(nèi)，水牛奶的R值隨稀釋倍數(shù)的增加，先略有降低然后又逐漸增大。荷斯坦牛奶稀釋倍數(shù)從0倍到2倍數(shù)，R值變化很小，這與水牛奶的變化趨勢基本相同，當稀釋倍數(shù)從2倍到4倍時，二者變化趨勢相反，荷斯坦牛奶的R值逐漸增加，而水牛奶的逐漸下降，當稀釋倍數(shù)從4倍到6倍時，荷斯坦牛奶的R值急劇增加，從0.072變?yōu)?.257，而水牛奶的R值則變化很小，從0.113到0.121，因此兩條曲線出現(xiàn)了交叉。兩條曲線在稀釋大約4.3倍時出現(xiàn)交叉，R值越大，樣品的穩(wěn)定性越好，因此可以看出荷斯坦牛奶的穩(wěn)定性在稀釋后變化顯著，而水牛奶變化不顯著。

3 討論

實驗結(jié)果顯示：廣西水牛奶和荷斯坦牛奶相比，二者在緩沖容量、表面張力、粒度分布和穩(wěn)定系數(shù)方面都存在差別。在pH值為5.0～7.0的范圍內(nèi)，廣西水牛奶的緩沖容量比荷斯坦牛奶的緩沖容量明顯要大，在相同pH值下廣西水牛奶緩沖容量一般是荷斯坦牛奶的1.2～1.3倍。Sarfraz Ahmad和Salaun等人對摩拉水牛奶進行了研究，在pH值為3.5～6.5的范圍內(nèi)，摩拉水牛奶的緩沖容量約是黑白花牛奶緩沖容量的1.3倍[16]。說明中國水牛雜種后代所產(chǎn)牛奶與摩拉水牛的特性是有差異的。

實驗對廣西水牛奶和和斯坦牛奶的表面張力與溫度、濃度和pH值的關(guān)系進行了研究，指出在相同濃度下，廣西水牛奶的表面張力小于荷斯坦牛奶的表面張力。在pH值為5.4～7.0研究范圍內(nèi)，廣西水牛奶在pH值為6.2時表面張力最小，荷斯坦牛奶在pH值為6.6時表面張力最小。

陸則堅對中、澳兩國兩種牛奶的流變學特性進行了研究，指出牛奶的流變學特性受濃度、溫度和牛奶品種的影響[17]。Lina Chianese等人對地中海牛奶中的酪蛋白進行了報道[18]，M.A.Brescia等人對印度水牛奶原料及其成品奶酪的指紋圖譜進行了探索[19]。陳瑞芳等人對水牛初乳中免疫因子和生長因子質(zhì)量濃度進行了研究，結(jié)果表明水牛泌乳最初的1～2 d內(nèi)初乳含有豐富的IgG,IgA和IGF-I[20]。徐麗等人對和斯坦牛奶的牛初乳和常乳中可的松和氫化可的松進行了研究[21]。而本研究首次對兩種牛奶的穩(wěn)定性進行了研究，發(fā)現(xiàn)在相同pH值下，廣西水牛奶的穩(wěn)定系數(shù)要小于荷斯坦牛奶的穩(wěn)定系數(shù)。這提示我們水牛奶和荷斯坦牛奶的加工藝是不能采用相同的技術(shù)參數(shù)的，水牛乳制品的加工設備和工藝參數(shù)需要結(jié)合其自身特點進行研發(fā)，而不是照搬。

4 結(jié)論

（1）水牛奶的緩沖容量比荷斯坦牛奶的緩沖容量大。在pH值為5.0～7.0范圍內(nèi)，二者隨pH值的增加而增大。水牛奶在pH值為6.8時緩沖濃度最大（0.0445 mol/L），荷斯坦牛奶在pH值為6.6時緩沖濃度最大（0.0387 mol/L）。

（2）水牛奶的表面張力小于荷斯坦牛奶的表面張力。二者在50℃時有最小值，分別為45.54 mN/m和46.99 mN/m；隨著濃度的降低，表面張力值降低，在稀釋2倍時表面張力值降低最快，濃度相同時水牛奶的表面張力值變化更快，隨著稀釋倍數(shù)的增加，二者的表面張力值降低趨于平緩。水牛奶表面張力值在50 mN/m左右，荷斯坦牛奶表面張力值在51 mN/m左右；水牛奶和荷斯坦牛奶樣品在pH值為6.2時表面張力最?。?9.66 mN/m），而在pH值為6.6時表面張力最?。?8.47 mN/m）。

（3）水牛奶的平均粒徑大于荷斯坦牛奶的平均粒徑。前者在91.28～458.7 nm之間，質(zhì)量分數(shù)為88.41%的水牛奶粒徑分布在122.4～295.3 nm之間，而后者主要分布在91.28～190.1 nm之間。

（4）在pH值為4.2～7.0研究范圍內(nèi)，水牛奶的穩(wěn)定系數(shù)要小于荷斯坦牛奶的穩(wěn)定系數(shù)。水牛奶在pH值為4.7時沉淀率最大、穩(wěn)定性最差，荷斯坦牛奶在pH值為4.6時沉淀率最大、穩(wěn)定性最差；二者在pH值為6.2左右時沉淀量最小，穩(wěn)定性最好。樣品稀釋4倍左右時，穩(wěn)定性較好，荷斯坦牛奶的穩(wěn)定性在稀釋后變化顯著，而水牛奶變化不顯著。

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Comparison on technology characteristics of Guangxi buffalo milk and Holstein milk

YAO Chun-jie，LI Quan-yang，HUANG Zhong-chuang
（College of Light Industry and Food Engineering，Guangxi University，Nanning 530004,China）

In order to investigate the technology characteristics of Guangxi Buffalo milk and Holstein milk,the buffer capacity,surface tension,the distribution of particle size and stability factor were analysised and compared respectively in this paper.The results indicated that：the buffer capacity and the distribution of Buffalo milk particle size were 1.1 times and 2 times of Holstein milk respectively.For Buffalo milk,the maximum buffer capacity was at pH6.8,the minimum surface tension was at 50℃,and the most unstability state was at pH4.7;while for Holstein milk,the data of the same features are pH6.6,50℃and pH4.6.The distribution range of Buffalo milk particle size was 91.28～458.7 nm,the Holstein milk’s range was 91.28～190.1 nm.Therefor,there were many differences between the Buffalo milk and Holstein milk the technology characteristics.

buffalo milk;holstein milk;buffer capacity;distribution of particle size;surface tension

S823.9+1

A

1001-2230（2011）03-0030-04

2010-07-09

廣西大學人才資助項目（XGZ090325）。

姚春杰（1984-），女，碩士，研究方向乳制品科學與技術(shù)。通訊作者：李全陽