酸乳冷鏈物流模擬振動(dòng)的理化性質(zhì)及微觀結(jié)構(gòu)研究

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(1.浙江科技學(xué)院 生物與化學(xué)工程學(xué)院，浙江 杭州 310023；2.浙江一鳴食品有限公司，浙江 溫州 325400)

酸乳，是一種營養(yǎng)豐富，擁有獨(dú)特感官特性的健康食品，也是一種復(fù)雜的凝膠系統(tǒng)，含有蛋白質(zhì)、多糖和脂類。酸乳是由牛奶發(fā)酵制成的，是人類為了將牛奶轉(zhuǎn)化成成品以延長保質(zhì)期的最古老的方法之一。酸乳最早可能是在中東的游牧民族盛傳，被不同的文明使用了幾千年。如今，酸乳通常是在控制溫度和環(huán)境條件下，通過發(fā)酵牛奶，利用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌的共生培養(yǎng)制成的[1-2]。乳糖通過發(fā)酵生成乳酸，乳酸使蛋白質(zhì)變性，從而賦予酸乳獨(dú)特的凝膠質(zhì)地及味道[3]。在這個(gè)過程中還會(huì)產(chǎn)生少量的副產(chǎn)品，這能使酸乳味道和口感更加獨(dú)特。

目前，國內(nèi)外對(duì)酸乳的貯存條件與貨架期有大量研究[4-7]，而對(duì)冷鏈物流產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)酸乳品質(zhì)影響的研究較少。隨著酸乳產(chǎn)業(yè)的不斷擴(kuò)大，更多的乳制品加工廠加入到酸乳產(chǎn)業(yè)中來，運(yùn)輸距離也不斷延長，酸乳的冷鏈物流逐漸成為各大公司的研究熱點(diǎn)。目前冷鏈物流企業(yè)大多關(guān)注全程冷鏈[8]，對(duì)酸乳品質(zhì)在冷鏈物流下的研究鮮有報(bào)道。筆者圍繞物流振動(dòng)對(duì)酸乳的影響展開研究，以期尋找到酸乳性質(zhì)變化規(guī)律，為保證酸乳產(chǎn)品的新鮮風(fēng)味和口感的研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

全脂奶粉，新西蘭恒天然有限公司；蔗糖，市售；YO-MIX 495發(fā)酵劑，丹尼斯克集團(tuán)(法國)；其他試劑均為分析純級(jí)。

1.2 儀 器

MR23i 高速冷凍離心機(jī)，上海欣田生物科技有限公司；UV-2012PC 紫外-可見分光光度計(jì)，尤尼科(上海儀器有限公司)；TA. XT. plus 質(zhì)構(gòu)儀，英國Stable Micro Systems公司；模擬物流振動(dòng)臺(tái)，高天試驗(yàn)設(shè)備有限公司(湖北)；SU1510掃描電子顯微鏡，日立高新技術(shù)公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 酸乳制作工藝流程

全脂乳粉復(fù)原(奶粉：100 g；去離子水：700 mL；蔗糖48 g)→熱處理(95 ℃，保持5 min)→冷卻至40 ℃→接種→發(fā)酵(42 ℃，5～7 h)→攪拌→裝罐→冷卻后熟(4 ℃，12 h)→成品[9]。

1.3.2 模擬振動(dòng)條件

將酸乳樣品放于(4±1) ℃保溫箱中，并放置在模擬振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上。具體操作為

1) 模擬物流振動(dòng)臺(tái)的轉(zhuǎn)速設(shè)定為150 r/min，振動(dòng)時(shí)間為120 min，每隔30 min取樣檢測(cè)。

2) 轉(zhuǎn)速依次設(shè)定為40，80，120，160 r/min，振動(dòng)時(shí)間為30 min，取樣檢測(cè)，記錄數(shù)據(jù)。

3) 酸乳樣品在轉(zhuǎn)速為80 r/min條件下，振動(dòng)3 h，取樣進(jìn)行貨架期研究。

1.3.3 酸乳樣品理化指標(biāo)測(cè)定

1) 硬度和黏著性：使用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)試[10]，下降速度與測(cè)試速度為1.0 mm/s，測(cè)試深度為30.0 mm，提升速度為10.0 mm/s。曲線正值區(qū)域的最大值表示物質(zhì)的硬度，曲線負(fù)值區(qū)域的總面積表示物質(zhì)的黏著性。

2) 酸度：按GB 5009.239—2016測(cè)定。

3) pH：pH計(jì)測(cè)量酸乳樣品，重復(fù)實(shí)驗(yàn)3次，取平均值。

4) 持水力：準(zhǔn)確稱取5 g酸乳，以5 400g離心10 min，靜置1 min，測(cè)得上清液質(zhì)量為w2，酸乳樣品的持水力(WHC)計(jì)算公式為

式中：w1為樣品質(zhì)量；w2為上清液質(zhì)量。

1.3.4 酸乳樣品微觀結(jié)構(gòu)測(cè)定

掃描電子顯微鏡對(duì)酸乳樣品微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)定，具體實(shí)驗(yàn)步驟[11]為

1) 固定：取適量酸乳，用2.5%的戊二醛固定，置于4 ℃冰箱中保存4 h。

2) 沖洗：用pH 6.6磷酸緩沖液沖洗3次，每次10 min。

3) 脫水：分別用體積分?jǐn)?shù)為30%，50%，70%和90%的乙醇依次進(jìn)行梯度脫水各1次，每次10 min，體積分?jǐn)?shù)為100%的乙醇脫水2次，每次10 min。

4) 置換：叔丁醇置換乙醇2次，每次10 min。

5) 干燥：真空冷凍干燥24 h。

6) 鍍金：選擇要觀察的面并固定，離子漸射鍍金。

7) 上鏡觀察，取樣。

1.4 基于冷鏈物流的酸乳貨架期考察

按照配方制作酸乳樣品，模擬物流振動(dòng)條件。轉(zhuǎn)速設(shè)定為80 r/min，振動(dòng)時(shí)間為180 min，模擬振動(dòng)完成后立即放入4 ℃環(huán)境中儲(chǔ)存，在第1，3，5，8，15天測(cè)量酸度、質(zhì)構(gòu)和pH并記錄數(shù)據(jù)。

1.5 數(shù)據(jù)分析及處理

所有實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，數(shù)據(jù)用“實(shí)驗(yàn)結(jié)果±標(biāo)準(zhǔn)偏差”表示。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Origin 8.0作圖分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 振動(dòng)條件對(duì)酸乳的影響

2.1.1 振動(dòng)條件對(duì)酸乳持水力的影響

振動(dòng)時(shí)間和頻率對(duì)持水力的影響見圖1。由圖1可知：酸乳的持水力隨著振動(dòng)頻率的增加酸乳的持水力從45.53%(頻率為0 r/min)下降到44.64%(頻率為160 r/min)。隨著振動(dòng)時(shí)間的延長，酸乳的持水力從54.24%(不振動(dòng))減少為47.42%(振動(dòng)120 min)，持水力隨著振動(dòng)時(shí)間和振動(dòng)頻率的增加而呈下降趨勢(shì)，這是由于振動(dòng)導(dǎo)致酸乳凝膠結(jié)構(gòu)變得稀松，出現(xiàn)許多空隙，持水能力降低。

圖1 振動(dòng)時(shí)間和頻率對(duì)持水力的影響Fig.1 Effect of vibration time and frequency on WHC

2.1.2 振動(dòng)條件對(duì)酸乳pH的影響

振動(dòng)時(shí)間和頻率對(duì)酸乳pH的影響見圖2。由圖2可知：隨著振動(dòng)頻率的增加，酸乳pH呈下降趨勢(shì)，從4.24(不振動(dòng))下降到4.13(振動(dòng)頻率為160 r/min)；隨著振動(dòng)時(shí)間的增加，酸乳pH呈下降趨勢(shì)，從4.23(不振動(dòng))下降到3.85(振動(dòng)120 min)，說明振動(dòng)時(shí)間和頻率對(duì)酸乳pH的影響較大。在振動(dòng)過程中酸乳pH逐漸下降，凝膠狀態(tài)的磷酸鈣開始不斷溶解，達(dá)到等電點(diǎn)時(shí)，磷酸鈣完全溶解，導(dǎo)致酪蛋白凝聚，乳清析出，黏度下降[3,12]。

圖2 振動(dòng)時(shí)間和頻率對(duì)pH的影響Fig.2 Effect of vibration time and frequency on pH

2.1.3 振動(dòng)條件對(duì)酸乳酸度的影響

振動(dòng)時(shí)間和頻率對(duì)酸度的影響見圖3。由圖3可知：振動(dòng)時(shí)間對(duì)酸乳酸度的影響大于振動(dòng)頻率對(duì)酸乳酸度的影響。酸乳的酸度在74.06 °T(不振動(dòng))

到74.18 °T之間變化(振動(dòng)頻率為160 r/min)，范圍較小，基本可視為振動(dòng)頻率對(duì)酸乳酸度無影響。隨著振動(dòng)時(shí)間的增加，酸乳酸度從73.99 °T(不振動(dòng))到75.32 °T(振動(dòng)頻率為120 r/min)遞增，在60 min時(shí)遞增速度呈現(xiàn)減緩趨勢(shì)。

圖3 振動(dòng)時(shí)間和頻率對(duì)酸度的影響Fig.3 Effect of vibration time and frequency on acidity

2.2 酸乳樣品的微觀結(jié)構(gòu)分析

酸乳在掃描電子顯微鏡下狀態(tài)呈現(xiàn)如圖4。由圖4(a)可知：未振動(dòng)的酸乳結(jié)構(gòu)呈大塊分子團(tuán)狀，分子團(tuán)之間連接緊密，空隙大，有穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)；由圖4(b)可知：振動(dòng)0.5 h的酸乳比未振動(dòng)的酸乳空洞變多，分子團(tuán)變細(xì)，結(jié)構(gòu)開始變得疏松；由圖4(c)可知：振動(dòng)1 h的酸乳分子結(jié)構(gòu)更加疏松，出現(xiàn)了少量的游離肽鏈末端；由圖4(d)可知：振動(dòng)1.5 h的酸乳，分子結(jié)構(gòu)基本被破壞，分子團(tuán)變小，空洞更多，有許多游離肽鏈末端。

圖4 不同振動(dòng)時(shí)間下酸乳的SEM圖Fig.4 SEM images of yogurt with different vibration time

2.3 基于冷鏈物流下的酸乳樣品貨架期結(jié)果

酸乳樣品不同存儲(chǔ)日期下的pH和酸度見圖5。由圖5可知：酸乳pH隨著貯存時(shí)間的增加而降低，從4.77下降到4.44；酸度從85.9 °T增加到91.6 °T，說明酸乳中的乳酸菌仍然在不斷產(chǎn)酸，而酸度過高會(huì)影響酸乳的整體感官評(píng)價(jià)，不易被消費(fèi)者接受。

圖5 酸乳樣品不同存儲(chǔ)日期下的pH和酸度 Fig.5 pH and acidity of yogurt samples at different storage dates

不同存儲(chǔ)日期下的質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)見表1。由表1可知：在15 d的存儲(chǔ)期內(nèi)，酸乳的硬度從0.398 2 N增長到0.478 3 N，黏著性從0.795 802 7增加到1.040 913 9，這是由于振動(dòng)導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞在存儲(chǔ)過程中不斷被修復(fù)，如凝膠結(jié)構(gòu)中的氫鍵等二級(jí)鍵連接成蛋白質(zhì)線狀大分子長鏈，一部分凝膠粒子重新配位，會(huì)使黏度增加。

表1 酸乳樣品不同存儲(chǔ)日期下的質(zhì)構(gòu)Table 1 Texture of yogurt samples at different storage dates

3 結(jié) 論

隨著振動(dòng)時(shí)間或頻率的增加，酸乳的酸度變化為73.99～75.32 °T，持水力的變化為54.47%～47.42%，pH變化為4.24～3.85。從掃描電子顯微鏡中可以看出，酸乳凝膠結(jié)構(gòu)改變，分子結(jié)構(gòu)變得稀松。隨著存儲(chǔ)時(shí)間的增加，酸乳的酸度、硬度和黏度不斷增加，這是由于存儲(chǔ)后凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得堅(jiān)固，凝膠強(qiáng)度增大。在存儲(chǔ)過程中酪蛋白粒子增大，從而使接觸面積增大，導(dǎo)致硬度和黏度均增加[12]。但在保質(zhì)期內(nèi)，各項(xiàng)指標(biāo)都在可接受范圍內(nèi)，消費(fèi)者可放心飲用。筆者對(duì)振動(dòng)條件對(duì)酸乳的影響進(jìn)行了特性研究，對(duì)可能在運(yùn)輸過程中對(duì)酸乳品質(zhì)產(chǎn)生影響的幾個(gè)因素進(jìn)行考查，為酸乳冷鏈物流的研究提供良好的思路。

本文得到了余杭區(qū)農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新項(xiàng)目(余科〔2018〕55號(hào))的資助。