谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶濃度對巴氏殺菌酸羊奶品質(zhì)的影響

張艷，張富新，王畢妮，邵玉宇，劉隆剛

(陜西師范大學(xué) 食品工程與營養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，陜西 西安，710119)

羊奶營養(yǎng)豐富，富含蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、維生素、礦物質(zhì)及多種生物活性物質(zhì)，羊奶中酪蛋白膠粒和乳脂肪球較小，有利于人體的消化吸收，用其制作的酸羊奶具有口感光滑細(xì)膩，風(fēng)味獨(dú)特的特點(diǎn)，深受消費(fèi)者歡迎[1-2]。目前市售酸奶大多為含有大量乳酸菌的活性產(chǎn)品，通常在低溫下儲藏，保質(zhì)期較短[3-4]，因此如何延長酸奶的貨架期已成為研究熱點(diǎn)。常溫酸奶通常是將發(fā)酵后的酸奶通過巴氏殺菌殺滅乳中的微生物，使其在常溫下能夠長期儲藏的發(fā)酵乳制品。雖然巴氏殺菌后酸奶中乳酸菌的保健作用有所降低，但保留了發(fā)酵乳的特有風(fēng)味，可延長酸奶的儲藏期[5]。

由于羊奶和牛奶的理化特性、化學(xué)組成及加工特性有較大差別[6-7]，常溫酸羊奶在巴氏殺菌過程中容易出現(xiàn)乳清析出，分層等不穩(wěn)定現(xiàn)象，對常溫酸羊奶的品質(zhì)有較大影響。為了解決常溫酸羊奶穩(wěn)定性較差的問題，人們通常采用添加穩(wěn)定劑[8]、增稠劑[9]等食品添加劑來改善酸羊奶的品質(zhì)，但這些成分對酸羊奶的口感和風(fēng)味會產(chǎn)生不良影響。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶(transglutaminase,TG)作為一種重要的酶制劑已在乳制品[10]、肉制品[11]、面粉[12]、奶粉[13]等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。大量研究表明，乳中的蛋白質(zhì)是TG酶的良好底物，可催化蛋白質(zhì)中谷氨酰胺殘基與賴氨酸殘基之間發(fā)生反應(yīng)，形成分子內(nèi)(間)的共價(jià)交聯(lián)，穩(wěn)定蛋白質(zhì)體系[14]，對蛋白質(zhì)的凝膠穩(wěn)定性[15]、熱穩(wěn)定性[16]、保水能力[17]、黏性[18]等均具有積極作用。因此，本研究用不同濃度TG酶處理羊奶后制備酸羊奶，經(jīng)巴氏殺菌后常溫儲藏，研究不同濃度的TG酶對巴氏殺菌酸羊奶品質(zhì)的影響，為巴氏殺菌酸羊奶的生產(chǎn)提供基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

羊奶，西北農(nóng)林科技大學(xué)教學(xué)試驗(yàn)農(nóng)場;發(fā)酵劑，丹尼斯克YO-MIX495(由保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌組成);谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶(100 u/g)，江蘇一鳴生物科技有限公司；雙乙酰，美國Sigma公司。

1.2 儀器與設(shè)備

pH計(jì)(FiveEasyPlus)，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；智能生化培養(yǎng)箱(NL18-20)，寧波海曙賽福試驗(yàn)儀器廠；水浴鍋(HH-S4型A)，余姚市東方電工儀器廠；臺式離心機(jī)(HERMLE(Z206A))，西安中團(tuán)生物科技有限公司；DV2TLVT黏度計(jì)，BROOKFIELD公司；質(zhì)構(gòu)儀(TA.XT.Plus)，英國Stable Micro System公司；紫外分光光度計(jì)(UV-5100)，上海精密儀器儀表有限公司；電動勻漿機(jī)(FS-1)，金壇市富華儀器有限公司。

1.3 巴氏殺菌酸羊奶的制備

將新鮮羊奶在50～60 ℃預(yù)熱后加入7%的蔗糖，攪拌均勻，15 MPa均質(zhì)后95 ℃殺菌5 min，冷卻至42 ℃，加入3%的發(fā)酵劑和不同濃度的TG酶(u/g蛋白)，混合均勻后42 ℃發(fā)酵至pH達(dá)到4.3，迅速冷卻至20 ℃，勻速攪拌2 min后80 ℃/5 min巴氏殺菌，經(jīng)商業(yè)無菌檢測合格后常溫儲藏。通過測定巴氏殺菌酸羊奶的酸度、黏度、持水性、質(zhì)構(gòu)特性和感官品質(zhì)，研究TG酶濃度對巴氏殺菌酸羊奶品質(zhì)的影響。

1.4 可滴定酸測定

依據(jù)GB 5009.239—2016中的方法測定。

1.5 黏度測定

用DV2TLVT黏度計(jì)在室溫下測定酸羊奶的黏度[19]：轉(zhuǎn)子No.63，轉(zhuǎn)速12 r/min，第60秒記錄數(shù)據(jù)，每個樣品測3次，取平均值，黏度單位(mPa·s)。

1.6 持水性測定

取15～20 g乳樣于離心管中，4 500 r/min離心5 min后取出離心管，傾去上清液，將離心管倒置10 min，測定殘余物質(zhì)的量，計(jì)算持水力[20]。

(1)

1.7 風(fēng)味物質(zhì)測定

根據(jù)劉寧寧的方法[21]測定巴氏殺菌酸羊奶中乙醛、雙乙酰含量。

1.8 質(zhì)構(gòu)特性測定

用TA.XT.Plus質(zhì)構(gòu)儀測定巴氏殺菌羊奶的質(zhì)構(gòu)[22]。參數(shù)設(shè)置為：觸發(fā)力5 g；測定前探頭速度、測定時(shí)探頭速度、測定后探頭速度均為1.00 mm/s；穿透距離10 mm；探頭型號A/BE-d 40；數(shù)據(jù)獲取速度200 PPS。

1.9 感官品質(zhì)測定

參照陳一萌等[23]的方法并稍做調(diào)整。將樣品隨機(jī)編號，組織10名有經(jīng)驗(yàn)的成員對酸羊奶的口感、風(fēng)味、質(zhì)地和色澤進(jìn)行評分?？诟兴?xì)膩為10分；風(fēng)味酸甜適中，奶香味濃郁為15分；質(zhì)地濃稠、細(xì)膩均勻、無乳清析出為15分；色澤呈明亮的乳白色為10分。

1.10 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差及顯著性分析，用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及圖像繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 TG酶濃度對巴氏殺菌酸羊奶酸度的影響

用不同濃度TG酶處理羊奶后制備的酸羊奶經(jīng)巴氏殺菌后酸度變化見圖1。

圖1 TG酶濃度對巴氏殺菌酸羊奶酸度的影響

Fig.1 Effect of TG concentration on the acidity of Pasteurized goat yogurt

酸度是直觀反映酸奶品質(zhì)好壞的重要指標(biāo)之一。由圖1可知，不同TG酶濃度處理后酸羊奶的酸度均低于對照組(P<0.05)，隨著TG酶濃度增大，酸羊奶的酸度呈下降趨勢，但不同TG酶處理間酸度變化不顯著(P>0.05)，表明TG酶處理會抑制酸奶酸度的形成。TG酶可催化乳蛋白中谷氨酰胺殘基與賴氨酸殘基發(fā)生?；D(zhuǎn)移反應(yīng)，形成谷氨酰胺-賴氨酸異構(gòu)肽和NH3，而NH3能中和酸奶發(fā)酵過程中產(chǎn)生的乳酸，使酸奶的酸度降低[24]；另外，酸奶在發(fā)酵過程中，發(fā)酵劑除了將乳糖轉(zhuǎn)化為乳酸外，還可利用乳中的小分子肽、氨基酸等物質(zhì)產(chǎn)酸，TG酶作用后使乳酸菌可利用的氮源減少，降低了乳酸菌的產(chǎn)酸能力，酸度降低[25]。KARZAN等[26]報(bào)道，用不同濃度TG酶處理羊奶后，酸羊奶的酸度明顯降低；TSEVDOU[27]也報(bào)道了用TG酶處理牛乳后生產(chǎn)的酸牛奶的酸度下降。

2.2 TG酶濃度對巴氏殺菌酸羊奶持水性的影響

用不同濃度TG酶處理羊奶后制備的酸羊奶經(jīng)巴氏殺菌后持水性變化見圖2。

圖2 TG酶濃度對巴氏殺菌酸羊奶持水力的影響

Fig.2 Effect of TG concentration on the water holding capacity of Pasteurized goat yogurt

持水力可表征酸奶凝膠的保水能力。由圖2可知，TG酶處理可有效提高酸羊奶的持水性(P<0.05)，但不同TG酶濃度對酸羊奶的持水性有不同影響。當(dāng)TG酶濃度在0～4 u/g范圍時(shí)，隨TG酶濃度的增加酸羊奶的持水性逐漸提高，當(dāng)TG酶濃度為4 u/g時(shí)，持水性達(dá)到69%，與未經(jīng)TG酶處理的對照組相比，持水性增加了36%；但當(dāng)TG酶濃度大于6 u/g時(shí)，酸羊奶的持水性有所下降。TG酶能催化乳蛋白發(fā)生交聯(lián)，使酸奶形成更小的網(wǎng)絡(luò)空隙，降低了凝膠滲透性，有利于酸奶凝膠保持水分[28]；但當(dāng)TG酶濃度過高時(shí)會形成高度致密的凝膠結(jié)構(gòu)，不利于水分保持，使酸奶的持水力降低。FARNSWORTH等[29]報(bào)道,用4 u/g TG酶處理羊乳后制備的酸羊奶的持水性提高了40%；楊洋等[30]也發(fā)現(xiàn)用高濃度的TG酶處理牛乳后，由于蛋白質(zhì)過度交聯(lián)導(dǎo)致酸牛奶的穩(wěn)定性降低。

2.3 TG酶濃度對巴氏殺菌酸羊奶黏度的影響

用不同濃度TG酶處理羊奶后制備的酸羊奶經(jīng)巴氏殺菌后黏度變化見圖3。

圖3 TG酶濃度對巴氏殺菌酸羊奶黏度的影響

Fig.3 Effect of TG concentration on the viscosity of Pasteurized goat yogurt

黏度是反映酸奶黏稠度的重要指標(biāo)，可表征酸奶的穩(wěn)定性。由圖3可知，用不同濃度TG酶處理羊奶后，酸羊奶的黏度顯著增加(P<0.05)；當(dāng)TG酶濃度<4 u/g時(shí)，酸羊奶的黏度隨TG酶濃度的增大而增加，在4 u/g時(shí),黏度最大為2 454 mPa.s，與未經(jīng)TG酶處理的對照組相比黏度增加了82%；當(dāng)TG酶濃度>4 u/g時(shí)，酸羊奶的黏度變化不大(P>0.05)。酸奶在發(fā)酵過程中隨著pH值降低，酪蛋白膠束逐漸解體后重新聚合形成凝膠結(jié)構(gòu)，在此過程中TG酶誘導(dǎo)蛋白質(zhì)中谷氨酰胺殘基與賴氨酸殘基反應(yīng)形成共價(jià)鍵，使酸奶形成更加致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了酸奶的黏度[31]；但高濃度的TG酶處理使酸奶的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)過于緊密，影響了TG酶進(jìn)一步誘導(dǎo)蛋白質(zhì)發(fā)生交聯(lián)。TG酶對酸奶黏度的影響已有報(bào)道，OZER等[25]報(bào)道,經(jīng)TG酶處理后酸牛奶的黏度明顯增大； FARNSWORTH[29]也報(bào)道用4 u/g的TG酶處理羊奶后，由于乳蛋白質(zhì)交聯(lián)增加了酸奶的凝膠強(qiáng)度，酸羊奶的黏度顯著增大(P<0.05)。

2.4 TG酶濃度對巴氏殺菌酸羊奶中風(fēng)味物質(zhì)的影響

酸奶發(fā)酵過程中，乳酸菌可通過碳水化合物的代謝作用形成多種羰基化合物、揮發(fā)性、非揮發(fā)性酸等風(fēng)味物質(zhì)[32]，乳中蛋白質(zhì)水解產(chǎn)生的肽和氨基酸也可經(jīng)過間接轉(zhuǎn)化或在酶的作用下產(chǎn)生風(fēng)味物質(zhì)，其中乙醛和雙乙酰被認(rèn)為是形成酸奶風(fēng)味的主要物質(zhì)[33]，為酸奶提供特殊香味。通過不同TG酶濃度處理羊奶后制備的酸羊奶經(jīng)巴氏殺菌后風(fēng)味物質(zhì)變化見圖4。

圖4 TG酶濃度對巴氏殺菌酸羊奶風(fēng)味物質(zhì)的影響

Fig.4 Effect of TG concentration on the flavor substance of Pasteurized goat yogurt

由圖4可知，TG酶處理對巴氏殺菌酸羊奶中風(fēng)味物質(zhì)的產(chǎn)生有抑制作用，隨著TG酶濃度的增大，酸羊奶中乙醛和雙乙酰的含量明顯減少(P<0.05)，其中乙醛含量降幅較大，未處理組乙醛含量為13.9 mg/L，8 u/g TG酶處理后降至6.6 mg/L,降低53%；酸羊奶中雙乙酰含量在0～2 u/g TG酶處理時(shí)變化不大(P>0.05)，當(dāng)TG酶濃度從2 u/g增加到8 u/g時(shí),酸羊奶中雙乙酰含量顯著下降(P<0.05)。大量研究表明，TG酶處理會抑制酸奶中風(fēng)味物質(zhì)的形成，LORENZEN等[31]發(fā)現(xiàn)，TG酶處理牛奶后酸奶中風(fēng)味物質(zhì)乙醛和雙乙酰的合成速率降低；OZER等[25]也認(rèn)為TG酶會干擾酸奶中乙醛的合成途徑；TSEVDOU等[34]研究發(fā)現(xiàn)，TG酶會影響酸奶中乙醛、雙乙酰的形成物質(zhì)丙酮酸的合成速率，從而使乙醛、雙乙酰的含量降低。

2.5 TG濃度對巴氏殺菌酸羊奶質(zhì)構(gòu)特性的影響

質(zhì)構(gòu)作為食品的一個重要屬性，是評價(jià)酸奶口感及消費(fèi)者可接受度的重要指標(biāo)。用不同濃度TG酶處理羊奶后制備的酸羊奶經(jīng)巴氏殺菌后的質(zhì)構(gòu)分析，結(jié)果如圖5所示。

圖5 TG酶濃度對巴氏殺菌酸羊奶質(zhì)構(gòu)特性的影響

Fig.5 Effect of TG concentration on the texture properity of Pasteurized goat yogurt

由圖5可知，TG酶處理對巴氏殺菌酸羊奶的質(zhì)構(gòu)特性有較大影響。膠黏性反映酸奶對物體的黏附能力，一般膠黏性越大，酸奶的稠厚程度越好，由圖5-a可知，TG酶處理可顯著提高酸羊奶的膠黏性，當(dāng)TG酶濃度<4 u/g時(shí)，隨著TG酶濃度的增大,酸羊奶的膠黏性顯著增加(P<0.05)，4 u/g TG酶處理后酸羊奶的膠黏性最大，當(dāng)TG酶濃度>4 u/g后，酸羊奶的膠黏性又會下降，表明4 u/g TG酶處理后酸羊奶的稠厚程度最佳；彈性可反映酸奶受到外力時(shí)的抗破裂程度，彈性越大，抗破裂能力越好，由圖5-b可知，TG酶處理對酸羊奶的彈性影響不大(P>0.05)；酸奶的內(nèi)聚力越小，其爽滑性和細(xì)膩度越好，從圖5-c中可以看出，不同TG酶濃度處理后酸羊奶的內(nèi)聚力明顯低于未經(jīng)TG酶處理的對照組，且隨著TG酶濃度的增加內(nèi)聚力逐漸減小(P<0.05)，說明TG酶處理能增加酸奶的爽滑細(xì)膩度。大量研究表明，TG酶在改善酸奶黏性、彈性、內(nèi)聚力等方面具有積極作用，GAUCHE等[35]在牛奶中添加0.5 u/g TG酶后酸奶的黏性顯著增加(P<0.05)，DOMAGAA等[36]也發(fā)現(xiàn)，用TG酶處理牛奶后制備的酸奶的膠黏性比對照組高2倍；ZHANG等[37]用0～5 u/g TG酶分別處理脫脂和全脂牛奶后制備酸牛奶，發(fā)現(xiàn)不同濃度TG酶處理后2種酸奶的內(nèi)聚力明顯降低，而彈性不受影響，酸奶的質(zhì)構(gòu)特性得到改善。

2.6 TG濃度對巴氏殺菌酸羊奶感官品質(zhì)的影響

酸奶的感官品質(zhì)能綜合反映酸奶的質(zhì)量品質(zhì)。用不同濃度TG酶處理羊奶后制備的酸羊奶經(jīng)巴氏殺菌后進(jìn)行感官評價(jià)，結(jié)果見圖6。

圖6 TG酶濃度對巴氏殺菌酸羊奶感官品質(zhì)的影響

Fig.6 Effect of TG concentration on the sensory quality of Pasteurized goat yogurt

由圖6可知，不同濃度TG酶處理制備的酸羊奶經(jīng)巴氏殺菌后，其感官評分高于未經(jīng)TG酶處理的對照組，尤其在質(zhì)地方面，2～4 u/g TG酶處理的酸羊奶經(jīng)巴氏殺菌后未有乳清析出，組織結(jié)構(gòu)光滑細(xì)膩；酸奶的風(fēng)味主要包括酸味和香味，不同濃度TG酶處理后酸羊奶的酸味低于未經(jīng)處理的對照組，香味也隨著TG酶濃度的增大有所降低，但經(jīng)感官評價(jià)表明，經(jīng)4 u/g TG酶處理后酸羊奶仍具有良好風(fēng)味； TG酶處理也能提升酸奶口感的爽滑度， 2～4 u/g濃度TG酶處理后酸羊奶的口感評分較高，表明消費(fèi)者對此濃度下酸奶的認(rèn)可度較高；同時(shí)，2～4 u/g TG酶處理后酸羊奶組織均勻，無乳清析出，呈現(xiàn)明亮的乳白色，而高濃度的TG酶處理會使酸羊奶乳清析出，顏色暗沉；綜合感官評分結(jié)果，認(rèn)為4 u/g TG酶處理羊乳后巴氏殺菌酸羊奶的品質(zhì)較好。

3 結(jié)論

本文研究了不同濃度TG酶處理羊奶后制備酸羊奶，經(jīng)巴氏殺菌后酸羊奶的酸度、黏度、持水性、質(zhì)構(gòu)特性和感官品質(zhì)的變化。TG酶處理對酸羊奶的產(chǎn)酸有一定抑制作用。低濃度的TG酶處理可提高酸羊奶的黏度和持水性，但高濃度的TG酶處理會降低酸羊奶的持水性。同時(shí)TG酶處理會抑制酸羊奶中乙醛和雙乙酰的形成，但對酸羊奶的風(fēng)味影響不大。TG酶處理可改善酸羊奶的質(zhì)構(gòu)特性，增加了酸羊奶的稠厚程度和爽滑細(xì)膩度。綜合分析表明，羊奶經(jīng)TG酶處理后可有效改善巴氏殺菌酸羊奶的品質(zhì)，尤其以4 u/g TG酶處理后酸羊奶的質(zhì)量最佳。