低場(chǎng)NMR研究抗性淀粉對(duì)酸牛奶在貯藏過程中持水性的變化

程一鑫，張錦勝，王兆龍，劉玉環(huán)，阮榕生

（南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，生物質(zhì)轉(zhuǎn)化教育部工程研究中心，中德食品工程中心，江西南昌330047）

水分是酸牛奶的主要成分，水分的存在狀態(tài)對(duì)于酸牛奶產(chǎn)品的好壞起到了重要的作用，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，酸奶體系中水分迅速流失，嚴(yán)重影響酸牛奶的食用品質(zhì)[1]，因此研究酸牛奶中的水分狀態(tài)隨著時(shí)間的變化情況具有重要意義[2]。抗性淀粉在酸牛奶中的應(yīng)用有其獨(dú)特的優(yōu)越性[3]，相對(duì)于普通淀粉，抗性淀粉具有分子結(jié)構(gòu)小的特點(diǎn)[4]，因其具有不被小腸消化吸收[5]、加速脂類物質(zhì)代謝[6]、阻止并抑制癌細(xì)胞在體內(nèi)的生長(zhǎng)繁殖、降低直腸癌發(fā)生等生理功能[7-8]，所以可以作為低熱量功能性添加劑添加到食品當(dāng)中[9]，以此改善酸牛奶的口感以及提高其營養(yǎng)價(jià)值[10-12]。目前，我國關(guān)于抗性淀粉在奶制品中的研究較少，本研究將利用核磁共振技術(shù)對(duì)添加不同量的普通淀粉、抗性淀粉的酸牛奶樣品進(jìn)行無損檢測(cè)，分析討論抗性淀粉對(duì)于酸牛奶持水性的影響，為抗性淀粉和核磁共振技術(shù)在奶制品中的應(yīng)用和發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鮮牛奶 江西陽光乳業(yè)集團(tuán)公司；玉米抗性淀粉 國民淀粉（上海）有限公司；普通玉米淀粉、白砂糖 市售；乳酸菌 由保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌組成，北京川秀科技有限公司提供；其他實(shí)驗(yàn)用試劑 均為分析純。

0.3T核磁共振成像系統(tǒng)（配備內(nèi)徑為15.6cm的射頻線圈） 寧波健信機(jī)械有限公司；低溫冰箱 中科美菱低溫科技有限責(zé)任公司；SL2002N型電子天平 上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司；恒溫水浴鍋 上海賀德實(shí)驗(yàn)有限公司；PYX-190H-B型恒溫培養(yǎng)箱 廈門精藝興業(yè)科技有限公司；pH S-25型酸度計(jì) 上海雷磁儀器廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程 酸牛奶的生產(chǎn)工藝：稱取100g鮮牛奶，加熱并添加7.5%的白砂糖，均質(zhì)5min，80℃殺菌20min后冷卻，加入3%發(fā)酵劑，44℃發(fā)酵5h，然后冷水冷卻10min，放入4℃的冰箱中后熟16h。工藝流程如下所示。

1.2.2 抗性淀粉對(duì)酸奶持水性的影響 實(shí)驗(yàn)組為在添加配料階段分別添加0%、2%、4%、6%、8%、10%的抗性淀粉，對(duì)照組為添加0%、2%、4%、6%、8%、10%的普通淀粉。

1.2.3 NMR自旋-自旋弛豫時(shí)間（T2）的測(cè)量 將含有不同濃度普通淀粉酸奶和抗性淀粉酸奶置于4℃的低溫冰箱中恒溫保藏，分別于1、6、11、16d對(duì)其進(jìn)行弛豫特性的測(cè)定。

取適當(dāng)待測(cè)樣品于樣品管中并將其置于磁場(chǎng)中心位置的射頻線圈的中心，利用（CPMG）脈沖序列掃描測(cè)定樣品的自旋-自旋弛豫時(shí)間（T2）。實(shí)驗(yàn)采用參數(shù)：采樣點(diǎn)數(shù)TD=16384，回波個(gè)數(shù)C0=30，重復(fù)掃描次數(shù)NS=16；弛豫衰減時(shí)間D0=4000ms；采樣結(jié)束后利用T2-CPMG擬合程序計(jì)算出T2值。

每個(gè)樣品平均測(cè)定三次，自旋-自旋弛豫時(shí)間（T2）取其平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 酸奶中總的水分變化

圖1 普通淀粉添加量隨貯藏時(shí)間的變化對(duì)酸奶T2*所對(duì)應(yīng)的質(zhì)子密度的影響Fig.1 Effect of ordinary starch on proton density on the basis of the storage time T2* of yoghourt

T2*所對(duì)應(yīng)的質(zhì)子密度代表樣品中總的質(zhì)子密度。從圖1可以看出，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，酸奶中的氫質(zhì)子密度下降的比較明顯，但是在貯藏過程中，添加了普通淀粉的酸牛奶氫質(zhì)子密度比未添加普通淀粉的酸牛奶要大，這說明了普通淀粉的添加提高了酸牛奶體系的持水性，但是普通淀粉顆粒較大，添加到酸牛奶中會(huì)產(chǎn)生明顯的顆粒感，降低了產(chǎn)品的接受度。

圖2 抗性淀粉添加量隨貯藏時(shí)間的變化對(duì)酸奶T2*所對(duì)應(yīng)的質(zhì)子密度的影響Fig.2 Effect of resistant starch on proton density on the basis of the storage time T2* of yoghourt

從圖2可以看出，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，不同濃度抗性淀粉添加量的酸奶中氫質(zhì)子密度在235000～205000之間表現(xiàn)出下降的趨勢(shì)；在抗性淀粉添加量小于4%時(shí)，隨著抗性淀粉添加量的增加，氫質(zhì)子密度下降幅度減??；而添加量大于4%時(shí)，繼續(xù)添加抗性淀粉，氫質(zhì)子密度的降幅開始升高。說明抗性淀粉有利于提高酸奶的保水性，且當(dāng)添加量為4%時(shí)，酸奶的保水性最強(qiáng)。

2.2 酸奶中T21狀態(tài)水分的變化

圖3 普通淀粉添加量隨貯藏時(shí)間的變化對(duì)酸奶T21所對(duì)應(yīng)的質(zhì)子密度的影響Fig.3 Effect of ordinary starch on proton density on the basis of the storage time T21 of yoghourt

橫向弛豫時(shí)間T21所對(duì)應(yīng)的氫質(zhì)子密度代表酸牛奶體系中結(jié)合得最緊密的水即單分子層結(jié)合水。從圖3可以看出，在貯藏開始階段1d，添加普通淀粉的酸牛奶T21所對(duì)應(yīng)的氫質(zhì)子密度處于較低水平，但是隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng)，普通淀粉的老化提高了體系內(nèi)單分子層結(jié)合水的含量，說明普通淀粉同樣可以提高體系對(duì)于單分子層水的束縛能力，并且在普通淀粉添加量為8%時(shí)體系對(duì)應(yīng)的單分子層水含量最大。

圖4 抗性淀粉添加量隨貯藏時(shí)間的變化對(duì)酸奶T21所對(duì)應(yīng)的質(zhì)子密度的影響Fig.4 Effect of resistant starch on proton density on the basis of the storage time T21 of yoghourt

從圖4可以看出，第1d抗性淀粉的加入對(duì)樣品T21對(duì)應(yīng)的質(zhì)子密度影響不大，但隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)可以明顯的看出抗性淀粉的優(yōu)勢(shì)。貯藏前6d牛奶樣品中的T21所對(duì)應(yīng)的氫質(zhì)子密度急劇上升，但貯藏6d后T21所對(duì)應(yīng)的氫質(zhì)子密度呈現(xiàn)波浪式變化，表明體系內(nèi)單分子層水分在存在形式上發(fā)生著變化并不是一成不變，這是因?yàn)榭剐缘矸墼诮?jīng)過發(fā)酵然后轉(zhuǎn)移至低溫環(huán)境進(jìn)行貯藏，低溫環(huán)境加速淀粉的老化，而淀粉的老化是通過直鏈淀粉分子的互相結(jié)合形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，淀粉內(nèi)的氫鍵對(duì)酸牛奶體系的水分產(chǎn)生束縛，因此這表明抗性淀粉的添加強(qiáng)化了酸牛奶對(duì)于單分子層水分的束縛程度，有利于食品水分的保持。

通過圖3與圖4的比較可以看出，添加普通淀粉的酸牛奶體系內(nèi)單分子層水的變化并沒有像添加抗性淀粉的酸牛奶樣品中單分子層水含量那樣隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)發(fā)生波浪形變化。圖4中顯示隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng)，單分子層水含量逐漸降低，這是因?yàn)閱畏肿訉铀谫A藏過程中會(huì)逐漸脫離束縛向外部遷移。

2.3 酸奶中T22狀態(tài)水分的變化

圖5 普通淀粉添加量隨貯藏時(shí)間的變化對(duì)酸奶T22所對(duì)應(yīng)的質(zhì)子密度的影響Fig.5 Effect of ordinary starch on proton density on the basis of the storage time T22 of yoghourt

圖6 抗性淀粉添加量隨貯藏時(shí)間的變化對(duì)酸奶T22所對(duì)應(yīng)的質(zhì)子密度的影響Fig.6 Effect of resistant starch on proton density on the basis of the storage time T22 of yoghourt

橫向弛豫時(shí)間T22所對(duì)應(yīng)的氫質(zhì)子密度代表酸牛奶體系中不易流動(dòng)的多分子層結(jié)合水。從圖5和圖6可以看出，添加了普通淀粉和抗性淀粉的酸牛奶樣品中T22所對(duì)應(yīng)的氫質(zhì)子密度的變化存在相似的變化趨勢(shì)。貯藏初期，T22所對(duì)應(yīng)的氫質(zhì)子密度隨著抗性淀粉添加量的增加而出現(xiàn)小幅度的增加，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)酸牛奶體系水分的流失，T22所對(duì)應(yīng)的氫質(zhì)子密度開始降低；貯藏6d后，T22所對(duì)應(yīng)的氫質(zhì)子密度呈波浪式變化，說明此時(shí)酸奶體系中的水分形式在不斷的發(fā)生轉(zhuǎn)換。

2.4 酸奶中T23狀態(tài)水分的變化

圖7 普通淀粉添加量隨貯藏時(shí)間的變化對(duì)酸奶T23所對(duì)應(yīng)的質(zhì)子密度的影響Fig.7 Effect of ordinary starch on proton density on the basis of the storage time T23 of yoghourt

圖8 抗性淀粉添加量隨貯藏時(shí)間的變化對(duì)酸奶T23所對(duì)應(yīng)的質(zhì)子密度的影響Fig.8 Effect of resistant starch on proton density on the basis of the storage time T23 of yoghourt

T23所對(duì)應(yīng)的氫質(zhì)子密度代表了體系中流動(dòng)性最強(qiáng)的那部分水，即自由水。從圖7可以看出，在貯藏初期，T23對(duì)應(yīng)的氫質(zhì)子密度隨著普通淀粉的添加而減少，當(dāng)普通淀粉添加量大于8%時(shí)，氫質(zhì)子密度有所增加。從圖8可以看出，抗性淀粉添加量在7%就能表現(xiàn)出這樣的性質(zhì)，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，體系內(nèi)水分不斷流失，T23對(duì)應(yīng)的質(zhì)子密度顯著下降，直到體系內(nèi)各水分存在形式達(dá)到平衡，平衡時(shí)添加了抗性淀粉的酸奶體系中T23對(duì)應(yīng)的氫質(zhì)子密度比添加普通淀粉略高。

3 結(jié)論

3.1 抗性淀粉和普通淀粉都能提高酸牛奶體系的持水性，當(dāng)抗性淀粉添加量為4%時(shí)，酸奶的保水性最強(qiáng)。

3.2 添加抗性淀粉和普通淀粉的酸奶自由水含量在貯藏初期均表現(xiàn)出了先減少后增加的趨勢(shì)，這可能是因?yàn)榈矸劢?jīng)過糊化、老化的過程中直鏈淀粉從新排列形成空間網(wǎng)絡(luò)，束縛了自由水，導(dǎo)致其含量降低；但是當(dāng)?shù)矸厶砑恿窟^高時(shí)，單位體積普通淀粉含量較高，影響了酪蛋白的膠凝作用，從而減弱了對(duì)自由水的束縛力。

3.3 添加抗性淀粉的酸奶體系中單分子層水含量隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)發(fā)生了波浪形的變化，這說明抗性淀粉能夠更好的調(diào)節(jié)酸牛奶水分分布，使其能更好的適應(yīng)有益微生物的生長(zhǎng)繁殖。這可能是因?yàn)榭剐缘矸垲w粒小，對(duì)水分的吸收和釋放更加容易。

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