嗜熱鏈球菌發(fā)酵乳對全蛋液起泡性的影響

劉清霞，林偉鋒，陳中

(華南理工大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州，510641)

嗜熱鏈球菌發(fā)酵乳對全蛋液起泡性的影響

劉清霞，林偉鋒，陳中*

(華南理工大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州，510641)

主要研究嗜熱鏈球菌發(fā)酵乳對全蛋液起泡性的影響。隨著發(fā)酵乳含量的增加(0%～50%w/w)，ST5-24 h發(fā)酵乳與全蛋液混合物的黏度逐漸增加(17.9～197.3 mPa·s)，pH值逐漸降低(7.75～4.95)；Zeta電位先降低再增加，且在25%左右達(dá)到最小值；表面張力整體呈下降趨勢。全蛋液與發(fā)酵乳混合物的起泡能力在發(fā)酵乳含量小于30%時有降低的趨勢但變化較?。换旌衔锏呐菪苑€(wěn)定性整體呈先上升(38～71 min)后下降(71～30 min)趨勢，且在25%時達(dá)到最大值71 min(全蛋液的1.9倍)。此外，由泡沫微觀結(jié)構(gòu)的變化也可以看出，添加一定量的發(fā)酵乳可以增加液膜的彈性，從而顯著提高全蛋液的泡沫穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)，在無蔗糖等穩(wěn)泡劑添加的情況下，發(fā)酵乳的添加可以顯著增加全蛋液泡沫的穩(wěn)定性，且在一定量的添加范圍內(nèi)對起泡能力影響不大。

發(fā)酵乳；全蛋液；起泡性；黏度

蛋液作為烘焙行業(yè)必備的原料，對其起泡能力及泡沫穩(wěn)定性功能性質(zhì)的研究將為蛋糕的工業(yè)生產(chǎn)提供堅實的理論依據(jù)。但近年來對蛋液的研究重點主要集中在雞蛋蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)和蛋清的起泡性等方面，而全蛋液由于其結(jié)構(gòu)與組成的復(fù)雜多樣性并沒有得到應(yīng)有的重視。目前主要是通過改變蛋糖比[1]、加工工藝條件[2]、熱變性[3]及添加多糖型泡沫穩(wěn)定劑的物理改性方法[4]或者酶水解改性[5]的方法來改善蛋液起泡性，從而改善蛋糕生產(chǎn)品質(zhì)。

發(fā)酵乳是利用乳酸菌對乳的同型乳酸發(fā)酵作用而得到的具有獨特質(zhì)構(gòu)、風(fēng)味和較高營養(yǎng)保健功能的乳制品。研究表明，在蛋清中添加不同種類的牛奶蛋白可以增加蛋白的充氣能力[6]，并且在糖和蛋液的混合物中加入酸牛奶可以通過改變黏度來增加泡沫的穩(wěn)定性[7]。此外，多數(shù)研究表明通過改變蛋白液的酸堿度可以適當(dāng)提高蛋清的起泡性并增加其泡沫穩(wěn)定性[8-9]，發(fā)酵乳中的乳酸等有機(jī)酸可以調(diào)節(jié)蛋液的pH從而改變蛋液的起泡性。如果發(fā)酵乳的添加可以改善全蛋液的起泡性，在烘焙工業(yè)上不僅可以提高產(chǎn)品的口感和營養(yǎng)價值，簡化生產(chǎn)工藝，更適應(yīng)了人們追求無糖及低糖產(chǎn)品的趨勢。

本研究創(chuàng)新性的將發(fā)酵乳添加到全蛋液中，通過測定二者混合物的 pH、黏度、表面張力、起泡性等性質(zhì)的變化探究發(fā)酵乳在蛋液起泡性質(zhì)上的作用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鮮雞蛋(購于超市，蛋白質(zhì)含量為11.21%)，雀巢高熱脫脂乳粉(蛋白質(zhì)含量為32.0%)，嗜熱鏈球菌ST5P-134(華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院實驗室培養(yǎng)，下文簡稱ST5)。

1.2 儀器與設(shè)備

SW-CJ-2G雙人單面凈化工作臺，蘇州凈化設(shè)備有限公司；PYX-DHS·400-BS 恒溫培養(yǎng)箱，北京市醫(yī)療設(shè)備廠；pHS-25 指針型pH計，上海雷磁儀器有限公司；NDJ-1型旋轉(zhuǎn)式黏度計，上海恒平科學(xué)儀器有限公司；SM-168廚師機(jī)，深圳市牧人王電器五金制品有限公司；NANO ZS納米粒度及Zeta電位分析儀，英國Malvom公司；DSA20光學(xué)接觸角測試儀器，德國KRUSS；XSP-BM-3CA 光學(xué)顯微鏡，上海上光新光學(xué)科技有限公司。

1.3 樣品制備

1.3.1 發(fā)酵乳的制備

10%脫脂乳粉復(fù)溶液，50～60 ℃下攪拌水化20 min使其充分溶解，90～95 ℃滅菌10 min，立即冷卻至室溫，無菌條件下接種(接種量5×106CFU/mL，CFU：菌落數(shù))，37 ℃下發(fā)酵24 h，即ST5-24 h發(fā)酵乳。

1.3.2 樣品處理

新鮮雞蛋打蛋去殼，攪拌均勻。將全蛋液與發(fā)酵乳混合，使發(fā)酵乳含量為0%、5%、10%、15%、…、50%。混合液用電動攪拌器在200 r/min轉(zhuǎn)速下攪拌30 s混合均勻。

1.4 實驗方法

1.4.1 pH的測定

用pHS-25型酸度計測定樣品的pH值，每個樣品平行3次，取平均值。

1.4.2 黏度的測定

將全蛋液與發(fā)酵乳混合液在冰箱中靜置15 min，15 ℃下用NDJ-1型旋轉(zhuǎn)式黏度計測定黏度，測定條件為：1號轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速30 r/min，選取第30 s的數(shù)據(jù)為測量值，每個樣品平行3次，取平均值。

發(fā)酵乳黏度測量條件：15 ℃，3號轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速12 r/min，每個樣品平行3次，取平均值。

1.4.3 Zeta電位的測定

取1g發(fā)酵乳含量為0%、5%、10%……50%的混合液，用相應(yīng)pH值的緩沖溶液稀釋100倍。采用NANO ZS納米粒度及Zeta電位分析儀測定樣品的Zeta電位，每個樣品平行3次，取平均值。

1.4.4 表面張力的測定

取適量發(fā)酵乳含量為0%、5%、10%…50%的混合液，采用DSA20光學(xué)接觸角測試儀器懸滴法測定樣品的表面張力，每個樣品平行5次，取平均值。

測量條件：25 ℃，針頭粗外徑1.82 mm，液滴體積為3 μL。

1.4.5 泡沫性質(zhì)的測定

起泡能力和泡沫穩(wěn)定性的測定參照PHILLIPS等人[6，10]的方法，并略加修改。取200 g全蛋液與發(fā)酵乳混合液水浴加熱至30 ℃，SM-168廚師機(jī)6檔攪打20 min。攪打結(jié)束后，輕輕提起打蛋籠，立即用塑料抹刀將泡沫放入2個500 mL的呈倒圓錐形的底部開有3 mm小孔的容器中，稱量其質(zhì)量且整個過程要在攪打結(jié)束2 min內(nèi)完成。裝有泡沫的容器用保鮮膜密封，室溫下靜置5 h，期間不斷測量析出液體的質(zhì)量并拍照記錄泡沫結(jié)構(gòu)的變化。平行3次實驗，取平均值。

起泡能力采用充氣能力(Foam overrun)表示：

式中：Wm為100 mL 攪打前全蛋液與發(fā)酵乳混合物的質(zhì)量；Wf為攪打后100 mL泡沫的質(zhì)量泡沫穩(wěn)定性(FS)用析出液體的質(zhì)量為泡沫質(zhì)量1/2時的時間表示。

1.4.6 泡沫微觀結(jié)構(gòu)的觀察分析

將剛攪打結(jié)束的泡沫樣品平鋪在表面皿上形成薄薄的一層，然后立即用XSP-BM-3CA光學(xué)顯微鏡進(jìn)行觀察，調(diào)節(jié)清晰后用相機(jī)進(jìn)行拍攝。目鏡：16 X；物鏡：10 X。

1.4.7 數(shù)據(jù)分析

實驗數(shù)據(jù)利用SPSS22.0進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 全蛋液與發(fā)酵乳混合液的pH變化

新鮮全蛋液的pH值在pH 7.5左右，通過改變pH可以影響不同種類蛋白質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化。本研究中嗜熱鏈球菌利用乳粉中的乳糖進(jìn)行同型發(fā)酵產(chǎn)生乳酸，隨著乳酸的增加，發(fā)酵乳的pH逐漸降低。ST5-24 h發(fā)酵乳的pH值為pH 3.84，添加不同量的發(fā)酵乳對全蛋液pH值和Zeta電位的影響如圖1所示。

圖1 全蛋液與發(fā)酵乳混合液樣品的pH和Zeta電位變化Fig.1 Changes in pH and Zeta values of liquid whole egg with different content of fermented milk

由圖1可知，隨著發(fā)酵乳含量的增加，全蛋液與ST5-24 h發(fā)酵乳混合液的pH值由pH 7.75下降至pH 4.95。此外，混合物的Zeta電位均表現(xiàn)為負(fù)電荷，且小幅下降后逐漸增大，并在發(fā)酵乳含量為25%時達(dá)到最小值。對混合物起泡性質(zhì)起主要作用的是全蛋液中的蛋清蛋白和脫脂乳中的乳清蛋白質(zhì)，其中蛋清蛋白的起泡性能力取決于球蛋白G1、G2和卵轉(zhuǎn)鐵蛋白，卵粘蛋白和溶菌酶起穩(wěn)定作用[11-12]。蛋清中大部分蛋白質(zhì)的等電點主要分布在pI 4.0～6.0之間，且球蛋白G1、G2的等電點分別為pI 5.5和5.8。隨著pH值的降低，逐漸接近蛋白質(zhì)的等電點，分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，暴露更多的疏水基團(tuán)，促進(jìn)蛋白質(zhì)在界面上的吸附，從而影響其泡沫性質(zhì)。

2.2 全蛋液與發(fā)酵乳混合液的黏度變化

實驗室先前的研究[13]表明ST5菌株為黏性菌株，可以合成胞外多糖，其對發(fā)酵乳起到天然增稠作用。ST5發(fā)酵乳經(jīng)過24 h的發(fā)酵，黏度可以達(dá)到6 253 mPa·s，遠(yuǎn)大于新鮮蛋液的黏度。圖2為全蛋液與發(fā)酵乳混合后的黏度變化情況。

圖2 全蛋液與發(fā)酵乳混合液樣品的黏度變化Fig.2 Changes in viscosity of liquid whole egg with different content of fermented milk

由圖2可知，新鮮全蛋液的黏度為18 mPa·s，并且隨著發(fā)酵乳含量的增加，二者混合液的黏度不斷增加。當(dāng)發(fā)酵乳含量小于15%時，全蛋液與ST5-24 h發(fā)酵乳混合液的黏度上升較慢，處于23～35 mPa·s之間。隨著發(fā)酵乳含量的增加，pH值降低，逐漸達(dá)到部分蛋白質(zhì)的等電點，使少量蛋白質(zhì)開始發(fā)生聚集，但由于發(fā)酵乳中大量酪蛋白聚集體的增稠作用，混合物黏度直線上升至197.3 mPa·s。

2.3 全蛋液與發(fā)酵乳混合液的表面張力變化

圖3為全蛋液與發(fā)酵乳混合后的表面張力變化情況。從圖3中可以看出，全蛋液的表面張力為50.5 mN/m左右，發(fā)酵乳的添加可以不同程度的改變二者混合物的表面張力。發(fā)酵乳中的酪蛋白由于其兩親結(jié)構(gòu)可以作為一種表面活性劑降低表面張力[14]，所以當(dāng)加入少量發(fā)酵乳時，即可明顯降低混合物的表面張力。此外，蛋清蛋白和乳清蛋白混合物有相互協(xié)同作用，且乳清蛋白對界面性質(zhì)的作用較大[15]。但表面張力在發(fā)酵乳含量為5%～30%變化不大(49.5～49.8 mN/m)，說明發(fā)酵乳在混合物表面性質(zhì)上的作用已經(jīng)達(dá)到飽和狀態(tài)。當(dāng)發(fā)酵乳含量在35%～50%，混合物pH值降至pH 5.5以下，大部分蛋白質(zhì)已經(jīng)開始變性，表面張力上升至50.4 mN/m左右。

圖3 全蛋液與發(fā)酵乳混合液樣品的表面張力變化Fig.3 Changes in interfacial pressure of liquid whole egg with different content of fermented milk

2.4 發(fā)酵乳對全蛋液起泡性的影響

圖4為發(fā)酵乳對全蛋液起泡能力的影響。由圖可知，隨著發(fā)酵乳添加量的增加，全蛋液與發(fā)酵乳混合物的起泡性整體呈下降趨勢。生成泡沫時，液體表面積增加，體系能量也相應(yīng)的增加。因此，從熱力學(xué)的角度來看，低表面張力有利于泡沫的生成。發(fā)酵乳含量在0%～30%時，混合液的表面張力小于全蛋液且相對穩(wěn)定，但是黏度的增加卻抑制蛋液的起泡性，并且pH的改變也會影響其起泡性[16]。因此，在這個范圍內(nèi)全蛋液與ST5-24 h發(fā)酵乳混合液起泡性有降低的趨勢但變化不大，其充氣能力維持在700%～730%之間。當(dāng)發(fā)酵乳含量大于30%時，混合物中的蛋白質(zhì)由于pH值的降低開始大量聚集，表面張力與全蛋液相差不大，黏度則由于胞外多糖的作用繼續(xù)增大，所以其起泡性開始急劇下降，且在發(fā)酵乳與全蛋液1∶1時降到477%。由此可以說明，ST5-24 h發(fā)酵乳添加到全蛋液中可以改變蛋液的表面張力、pH和黏度，從而3者相互作用影響混合物的起泡性。

圖4 全蛋液與發(fā)酵乳混合液樣品的起泡性變化Fig.4 Changes in foam overrun of liquid whole egg with different content of fermented milk

2.5 發(fā)酵乳對全蛋液泡沫穩(wěn)定性的影響

圖5為發(fā)酵乳對全蛋液泡沫穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，全蛋液與發(fā)酵乳混合物的泡性穩(wěn)定性整體呈先上升后下降趨勢，且與全蛋液相比，發(fā)酵乳的添加不同程度上增加了蛋液泡沫的穩(wěn)定性。當(dāng)發(fā)酵乳含量為5%～15%時，混合物的泡沫穩(wěn)定性變化較小，析出一半液體的時間在38 min左右。隨著發(fā)酵乳含量的增加，混合物黏度上升速度增大，泡沫穩(wěn)定性也開始急劇增加，并在25%時達(dá)到最大值71 min，相對全蛋液增加了1.4倍左右。一般來說，液體表面張力與泡沫穩(wěn)定性并無確定的相應(yīng)關(guān)系。只有當(dāng)表面膜具有一定的強(qiáng)度，低表面張力可以減慢排液和液膜變薄速度，泡沫的穩(wěn)定性增加[17]。此時混合物表面黏度的增加不僅可以增強(qiáng)表面膜的強(qiáng)度，而且可以與表面張力協(xié)同作用增加泡沫的穩(wěn)定性。并且在25%時，混合物的Zeta電位達(dá)到最小值，此時混合物的黏度是影響泡沫穩(wěn)定性的主要因素，且其作用達(dá)到最大值[18]。當(dāng)發(fā)酵乳含量大于25%時，黏度繼續(xù)增加但B值急劇下降至43 min，并一直緩慢下降至30 min，這可能與起泡性的降低有關(guān)。此時，攪打后的氣泡大小不一，泡沫流動性較強(qiáng)，從而影響泡沫穩(wěn)定性。

圖5 全蛋液與發(fā)酵乳混合液樣品的泡沫穩(wěn)定性變化Fig.5 Changes in foam stability of liquid whole egg with different content of fermented milk

2.6 泡沫顯微結(jié)構(gòu)圖

圖6為全蛋液與不同量的ST5-24 h發(fā)酵乳混合物經(jīng)過攪打后的泡沫放置0、10、20和30 min時的顯微結(jié)構(gòu)圖，其中目鏡和物鏡的放大倍數(shù)分別為16 X和10 X。由圖6可以看出，在0 min時，發(fā)酵乳含量為0%～30%的氣泡小而稠密，而40%和50%的氣泡大小不一且稀疏，說明混合液的起泡性在發(fā)酵乳含量大于30%時開始降低。此外，在發(fā)酵乳含量較少時，氣泡之間連接比較緊密；而發(fā)酵乳含量較高，尤其是在發(fā)酵乳含量為50%時，氣泡呈分散狀態(tài)，并且在氣泡底部有少量析出的液體(圖中灰色部分)。

液態(tài)泡沫是一個非平衡的系統(tǒng)，它的結(jié)構(gòu)隨著時間不斷發(fā)生變化。泡沫破壞的過程，主要包括泡沫滲流、液膜破裂和氣體擴(kuò)散，因此泡沫的穩(wěn)定性主要取決于排液快慢和液膜的強(qiáng)度。由圖6可以看出，隨著時間的增加，氣泡均逐漸增大，液膜變薄。其中發(fā)酵乳含量為40%和50%的氣泡變化較大，且在160 X下可以觀察到30 min時部分液膜開始破裂。不含發(fā)酵乳的氣泡大小變化雖然較小，但是在10 min時大部分氣泡的液膜已經(jīng)開始破裂，而20 min到30 min的過程中氣泡幾乎無變化。綜上可以看出，添加ST5-24 h發(fā)酵乳的氣泡由于胞外多糖的作用使表面膜強(qiáng)度增大，從而增加泡沫的穩(wěn)定性。

2.7 各指標(biāo)與全蛋液起泡能力和泡沫穩(wěn)定性之間的相關(guān)性分析

表1 pH值、Zeta電位、黏度、表面張力與蛋液起泡性質(zhì)之間的相關(guān)性分析

用SPSS軟件對混合液的pH值、Zeta電位、黏度、表面張力與起泡性質(zhì)之間的簡單相關(guān)性分析如表1所示。從各指標(biāo)與FO的相關(guān)性來看，其Pearson相關(guān)性分別為0.769、0.896、-0.839、-0.507，0.5<|r|<0.9。pH的改變不僅可以影響蛋白質(zhì)的溶解度，尤其在等電點附近時容易聚集，同時還可以改變?nèi)芤褐械碾姾墒沟鞍踪|(zhì)分子因分子間力而展開，從而影響蛋液的起泡能力。Zeta電位作為反映膠體溶液穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，也表明了相鄰粒子間的相互作用力關(guān)系。所以pH值、Zeta電位與FO呈現(xiàn)正相關(guān)性。而溶液的黏度可以減緩蛋白質(zhì)分子在界面上的吸附，從而降低起泡性，并且低表面張力可以在生成相同總面積的泡沫過程中少做功，所以黏度和表面張力與FO呈負(fù)相關(guān)。從與FS的相關(guān)性來看，其Pearson相關(guān)性分別為0.063、0.657、-0.063、-0.656，即Zeta電位和表面張力與FS呈現(xiàn)弱相關(guān)性，而pH和黏度可認(rèn)為基本不相關(guān)。一般來說，溶液的表面黏度可以增加表面膜的強(qiáng)度，減緩泡沫滲流，從而增加泡沫穩(wěn)定性。但混合物黏度的增加也并不意味著表面黏度的增加，并且決定泡沫穩(wěn)定性的關(guān)鍵是液膜的強(qiáng)度[19]，只有當(dāng)表面膜具有一定的強(qiáng)度，低表面張力和高黏度值才可以減慢排液和液膜變薄速度，使泡沫的穩(wěn)定性增加。由以上分析可知，溶液黏度是影響泡沫穩(wěn)定性的重要因素，但不是唯一因素，是各種因素相互作用的結(jié)果。

目鏡：16 X；物鏡：10 X圖6 全蛋液與發(fā)酵乳混合液樣品攪打后0、10、20和30 min的泡沫顯微結(jié)構(gòu)圖Fig.6 Foam microstructure with different amounts of fermented milk at 0, 10, 20 and 30 min after the foam was made

3 結(jié)論

全蛋液中添加ST5-24 h發(fā)酵乳可以通過改變混合液的黏度、pH值、表面張力等性質(zhì)來改善蛋液的泡沫性質(zhì)。在發(fā)酵乳含量小于30%時，全蛋液與發(fā)酵乳混合物的起泡性幾乎無變化；混合物的泡性穩(wěn)定性隨著發(fā)酵乳含量的增加呈先上升后下降的趨勢，但與全蛋液相比均有不同程度增加。此外，由泡沫微觀結(jié)構(gòu)的變化也可以看出，發(fā)酵乳中的添加可以增加液膜的彈性，從而減慢液體的析出速率，增加泡沫穩(wěn)定性。

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Effect of fermented milk withStreptococcusthermophiluson foaming properties of whole liquid egg

LIU Qing-xia, LIN Wei-feng, CHEN Zhong*

(School of Food Science and Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510641, China)

Egg has been extensively used in aerated food because of its functional properties of foaming. This study aimed at investigating the effect of fermented milk cultured for 24 hours with Streptococcus thermophilus (ST5-24 h fermented milk) on the foaming properties of liquid whole egg. Increasing fermented milk concentration (0% w/w-50% w/w) gradually increased solution viscosity (17.9-197.3 mPa·s) and decreased pH values (7.75-4.95) and the interfacial pressure presented a decrease as a whole. The Zeta values decreased at the earlier and then increased, the minimum was reached when the content of fermented milk was about 25%. The foam ability presented a slightly decrease when its concentration was less than 30%. Incorporation of fermented milk enhanced the foam stability and the half-life of foam drainage increased rapidly from 38 min to 71 min (1.9 times compared to liquid whole egg) at 25% and then decreased to 30 min. Moreover, microstructures at different time indicated that addition of fermented milk could possibly improve the bubbles elasticity and the stability of foams. In conclusion, the fermented milk had a significant impact on the foaming properties of liquid whole egg and little impact on the foaming ability without foam stabilizer.

fermented milk; liquid whole egg; foam properties; viscosity

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201704018

碩士研究生(陳中副教授為通訊作者，E-mail：chzhong@scut.edu.cn)。

2016-11-01，改回日期：2016-11-28