三贊膠和刺槐豆膠復(fù)配及其在酸奶中的應(yīng)用

陳宇坤，樂袁通宇，胡國(guó)華,

1.華東理工大學(xué)生物工程學(xué)院（上海 200237）；2.華東理工大學(xué)蘇州工研院食品技術(shù)研究中心（蘇州 215011）

三贊膠是鞘氨醇單胞菌以葡萄糖和無機(jī)氮源為原料在充足的氧和無菌條件下代謝所得的胞外多糖。三贊膠的水溶液是一種典型的假塑型流體，黏度隨著剪切速率的增大而降低。當(dāng)三贊膠溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥ 0.6%并加熱至75 ℃以上，冷卻到室溫后即可形成性質(zhì)穩(wěn)定的凝膠[1]。三贊膠性能優(yōu)良，可以被廣泛地應(yīng)用在食品、材料和石油等行業(yè)。林成彬等[2]將三贊膠與果膠、海藻酸鈉復(fù)配使用在酸奶中，有效地改善了酸奶的性質(zhì)；張禹等[3]將三贊膠和高?；Y(jié)冷膠復(fù)配使用在可可奶中，克服了蛋白質(zhì)絮凝、沉淀等問題。三贊膠是我國(guó)自主研制的創(chuàng)新型親水性膠體，現(xiàn)已被批準(zhǔn)作為食品添加劑新品種應(yīng)用于食品中，但是目前關(guān)于三贊膠研究的文獻(xiàn)很少。

刺槐豆膠（Locust bean gum，LBG）是一種從刺槐豆種子胚乳中提取的植物多糖[4]，其半乳糖和甘露糖的比例約為4∶1[5-6]。刺槐豆膠在食品工業(yè)中常與其他膠體復(fù)配應(yīng)用于乳制品中，如刺槐豆膠與卡拉膠、果膠復(fù)配應(yīng)用于酸奶中，可以提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性[7]；刺槐豆膠與瓜爾豆膠、黃原膠復(fù)配可以改善乳酪的感官特性[8]；刺槐豆膠和黃原膠復(fù)配可以增強(qiáng)乳清蛋白的水包油型乳化液的氧化穩(wěn)定性[9]。

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外對(duì)于三贊膠的性質(zhì)和應(yīng)用研究少有報(bào)道。三贊膠單獨(dú)在酸奶中使用存在不足之處。在酸奶等乳制品的實(shí)際生產(chǎn)中，往往使用復(fù)配膠體以便利用膠體間的協(xié)同增效作用。因此，試驗(yàn)主要研究三贊膠和刺槐豆膠復(fù)配的黏度性質(zhì)和凝膠性質(zhì)，并將其運(yùn)用在酸奶制備中，為三贊膠與其復(fù)配膠在酸奶中的應(yīng)用提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試劑與設(shè)備

三贊膠（食品級(jí)），河北鑫合生物化工有限公司；刺槐豆膠（食品級(jí)），江蘇奧福生物科技有限公司；純牛奶（食品級(jí)），內(nèi)蒙古伊利實(shí)業(yè)集團(tuán)股份有限公司；白砂糖（食品級(jí)），廣西東亞扶南糖精有限公司；酸奶發(fā)酵劑（食品級(jí)），安琪酵母股份有限公司。

CP224C電子分析天平，奧豪斯儀器（上海）有限公司；XW-80A旋渦混合器，上海精科實(shí)業(yè)有限公司；HHS-21-4數(shù)顯恒溫水浴鍋，上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；AH-BASIC：高壓均質(zhì)機(jī)，ATS工業(yè)系統(tǒng)有限公司；HH-B11-60恒溫培養(yǎng)箱，天津?qū)嶒?yàn)儀器廠；NDJ-5S旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)，上海佑科儀器儀表有限公司；LFRA 4500 Brookfield質(zhì)構(gòu)儀，美國(guó)博勒飛公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 復(fù)配膠溶液的制備與黏度測(cè)定

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5 g/100 mL的復(fù)配膠溶液，其中三贊膠與刺槐豆膠的質(zhì)量比分別為10∶0，9∶1，7∶3，5∶5，3∶7，1∶9和0∶10，在60 ℃恒溫水浴條件下攪拌至充分溶解，冷卻至室溫備用。

在室溫條件下（25 ℃），利用NDJ-5S旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為60 r/min，測(cè)定溶液的表觀黏度。進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)，取平均值。

1.2.2 復(fù)配膠的凝膠制備與性質(zhì)測(cè)定

按照三贊膠和刺槐豆膠質(zhì)量比10∶0，10∶1，10∶2，10∶3，10∶4，10∶5，10∶6，10∶7，10∶8，10∶9和10∶10的比例準(zhǔn)確稱取膠體樣品，用旋渦混合器振蕩2 min充分混合。加水完全溶解后，在85 ℃條件下水浴30 min，補(bǔ)水至一定體積。在室溫下靜置24 h后，即可制備得到含不同比例復(fù)配膠的凝膠。

使用Brookfield質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定膠體的性質(zhì)，測(cè)試條件：測(cè)試模式為TPA模式，測(cè)試探頭直徑12.7 mm，觸發(fā)點(diǎn)4 g，測(cè)試速度0.5 mm/s，測(cè)試距離4 mm。

1.2.3 三贊膠與刺槐豆膠復(fù)配在酸奶中的應(yīng)用

1.2.3.1 工藝流程

準(zhǔn)確稱取不同比例的三贊膠和刺槐豆膠（精確至0.000 1 g）、6 g白砂糖，加入20 mL緩沖溶液充分溶解后，與約80 mL純奶牛混合均勻。高壓均質(zhì)后在100 ℃條件下滅菌15 min，冷卻至室溫并接種0.1 g酸奶發(fā)酵劑。攪拌均勻，置于恒溫培養(yǎng)箱中，于43 ℃發(fā)酵6 h。發(fā)酵結(jié)束后攪拌破乳，在4 ℃冰箱中后熟12～24 h，即得成品酸奶。

1.2.3.2 感官評(píng)價(jià)

邀請(qǐng)10名食品專業(yè)的學(xué)生對(duì)酸奶進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。根據(jù)感官評(píng)價(jià)表（表1），選擇色澤、風(fēng)味、組織狀態(tài)、口感4個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，每一項(xiàng)滿分10分，10分代表非常喜歡，0分代表極難接受。色澤、風(fēng)味、組織狀態(tài)、口感分別占比20%，20%，30%和30%。

1.2.3.3 表觀黏度測(cè)定[10]

使用NDJ-5S旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為60 r/min，在2 min內(nèi)測(cè)定酸奶的表觀黏度，每30 s記錄一次數(shù)據(jù)，將記錄的表觀黏度平均值作為酸奶樣品的表觀黏度。

表1 酸奶感官評(píng)價(jià)表

1.2.3.4 黏附性

使用Brookfield質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定酸奶的黏附性。測(cè)試條件：測(cè)試模式為Compression模式，測(cè)試探頭為TA 4/1000有機(jī)玻璃圓柱形探頭（直徑38.1 mm），觸發(fā)點(diǎn)4.5 g，測(cè)試速度1 mm/s，測(cè)試深度20 mm。

1.2.3.5 脫水收縮敏感性（Susceptibility to syneresis，STS）[11-12]

準(zhǔn)確稱取50.00 g（精確到0.01 g）酸奶樣品，置于直徑0.106 mm過濾篩中，放置在4 ℃冰箱中，用燒杯收集濾出的乳清，2 h后稱量收集的乳清的質(zhì)量。根據(jù)式（1）計(jì)算酸奶的脫水收縮敏感性。

式中：m0為酸奶樣品質(zhì)量，g；m1為濾出的乳清質(zhì)量，g。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)用SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，使用Origin 8.0軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 三贊膠與刺槐豆膠復(fù)配的黏度性質(zhì)

由圖1可知，復(fù)配膠的表觀黏度隨著刺槐豆膠的比例增加而減小。圖中試驗(yàn)值為試驗(yàn)實(shí)際測(cè)得的復(fù)配體系的表觀黏度，預(yù)測(cè)值為體系中各組分單獨(dú)存在時(shí)表觀黏度的總和。當(dāng)三贊膠和刺槐豆膠的復(fù)配質(zhì)量比為9∶1～3∶7時(shí)，試驗(yàn)值均大于預(yù)測(cè)值，2種膠體之間存在著“1+1＞2”的協(xié)同增效效果。當(dāng)三贊膠和刺槐豆膠質(zhì)量比為5∶5時(shí)，增效系數(shù)達(dá)到87.57%，增效最顯著。這可能是因?yàn)楫?dāng)三贊膠和刺槐豆膠按照一定比例復(fù)配制成水溶液后，2種親水性膠體分子鏈上大量的羥基會(huì)在分子內(nèi)部和分子鏈間形成大量氫鍵，使得2種膠體分子鏈互相纏繞，分子鏈間的相互作用力增強(qiáng)。當(dāng)兩者的復(fù)配質(zhì)量比為1∶9時(shí)，實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值無明顯差異，即2種膠體之間在該比例范圍不存在協(xié)同增效作用。

2.2 三贊膠與刺槐豆膠復(fù)配的凝膠性質(zhì)

由圖2可知，雖然刺槐豆膠自身無法形成凝膠，但是在三贊膠中加入一定比例的刺槐豆膠可以提高三贊膠的凝膠強(qiáng)度和彈性。在復(fù)配質(zhì)量比10∶1～10∶9時(shí)，凝膠強(qiáng)度隨著刺槐豆膠的比例增加而逐漸增強(qiáng)。當(dāng)復(fù)配質(zhì)量比為10∶9時(shí)，凝膠強(qiáng)度達(dá)到最大，與對(duì)照組（10∶0）存在著顯著差異。因此，可以認(rèn)為三贊膠和刺槐豆膠存在協(xié)同增效作用。這可能是因?yàn)榇袒倍鼓z以甘露糖為主鏈，側(cè)鏈上的半乳糖分布不均勻會(huì)形成毛狀區(qū)和光滑區(qū)[5]，未被取代的甘露糖基的光滑區(qū)域[13]與三贊膠雙重螺旋部分交聯(lián)，填充到三贊膠形成的三維連續(xù)式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中。2種親水性膠體分子鏈之間存在的氫鍵也會(huì)增強(qiáng)復(fù)配體系凝膠網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)度。當(dāng)復(fù)配質(zhì)量比為10∶10時(shí)，凝膠強(qiáng)度有所下降，可能是因?yàn)榇袒倍鼓z自身無法凝膠，添加量過大會(huì)影響復(fù)配凝膠體系的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。隨著體系中刺槐豆膠比例的增大，復(fù)配凝膠的彈性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)復(fù)配質(zhì)量比為10∶7時(shí)，彈性達(dá)到最大值，當(dāng)刺槐豆膠的比例進(jìn)一步增大時(shí)，彈性反而出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，這可能與復(fù)配凝膠的脆性增大有關(guān)。

圖1 復(fù)配膠的表觀黏度隨復(fù)配質(zhì)量比的變化曲線

圖2 復(fù)配膠的凝膠性質(zhì)隨著復(fù)配質(zhì)量比的變化曲線

2.3 三贊膠和刺槐豆膠復(fù)配在酸奶中的應(yīng)用

2.3.1 感官評(píng)價(jià)

三贊膠和刺槐豆膠2種親水性膠體加入到酸奶中，主要影響酸奶的組織狀態(tài)和口感，對(duì)色澤和氣味沒有明顯的影響。由表2可知，特定比例范圍內(nèi)的三贊膠和刺槐豆膠可以改善酸奶的感官品質(zhì)。當(dāng)三贊膠單獨(dú)在酸奶中使用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不利的影響，如出現(xiàn)明顯的固體顆粒，口感粗糙，入口較稀。三贊膠的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高或三贊膠在復(fù)配膠中的比例越高，此現(xiàn)象越明顯。隨著復(fù)配膠中三贊膠比例的下降，酸奶的感官品質(zhì)逐漸上升，當(dāng)三贊膠和刺槐豆膠的復(fù)配質(zhì)量比為3∶7時(shí)，酸奶的感官評(píng)分最高。當(dāng)膠體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02%時(shí)，各組感官評(píng)價(jià)的差異較??；當(dāng)膠體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.04%和0.06%時(shí)，酸奶均在3∶7～1∶9（m（三贊膠）∶m（刺槐豆膠））范圍附近達(dá)到較好的感官品質(zhì)。

表2 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)復(fù)配膠對(duì)酸奶感官品質(zhì)的影響

2.3.2 表觀黏度

表觀黏度是評(píng)價(jià)酸奶黏稠度的一個(gè)重要指標(biāo)。在酸奶發(fā)酵過程中，體系pH下降至酪蛋白的等電點(diǎn)附近時(shí)，酪蛋白會(huì)發(fā)生凝集并形成蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所以酸奶的黏度遠(yuǎn)高于發(fā)酵之前牛奶的黏度[14]。當(dāng)膠體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02%時(shí)，膠體的加入可以提高酸奶的表觀黏度，且在m（三贊膠）∶m（刺槐豆膠）=3∶7時(shí)達(dá)到最大值。當(dāng)膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到0.04%和0.06%時(shí)，三贊膠比例過高會(huì)導(dǎo)致較差的組織狀態(tài)，酸奶的表觀黏度很低，遠(yuǎn)低于空白對(duì)照組。酸奶中對(duì)體系穩(wěn)定性起主要作用的是蛋白質(zhì)，所以研究膠體對(duì)酸奶品質(zhì)的影響主要是研究膠體和酪蛋白、乳清蛋白之間的相互作用[15-17]。因此造成這種現(xiàn)象的可能原因是三贊膠在體系中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過一定閾值后，膠體形成的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與酸奶中的酪蛋白等存在排斥作用，導(dǎo)致蛋白大量聚集，形成宏觀可見的顆粒。當(dāng)m（三贊膠）∶m（刺槐豆膠）=3∶7～1∶9時(shí)，酸奶擁有良好的組織狀態(tài)，表觀黏度高于空白對(duì)照組和2種膠體單獨(dú)使用的情況。這可能是因?yàn)樵诤线m的復(fù)配質(zhì)量比下，刺槐豆膠與三贊膠分子鏈在酸奶中存在交互作用，抑制了三贊膠在酸奶中單獨(dú)使用的不良作用；同時(shí)復(fù)配膠的分子鏈與酸奶中酪蛋白、乳清蛋白等大分子鏈之間互相伸展、纏繞，從而使得黏度增加，穩(wěn)定性提升[18]。特定比例的刺槐豆膠的加入可以有效改善三贊膠在酸奶中單獨(dú)使用時(shí)的不良影響。

2.3.3 黏附性

酸奶的黏附性是評(píng)價(jià)酸奶質(zhì)構(gòu)的一個(gè)重要指標(biāo)。酸奶樣品具有較好的黏附性時(shí)，其在口腔中可以少量附著，有輕微的拉絲感[18]。由圖4可知，添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)復(fù)配膠后，酸奶的黏附性變化趨勢(shì)與酸奶的表觀黏度變化趨勢(shì)基本一致。往酸奶中添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)復(fù)配膠體，黏附性均在復(fù)配質(zhì)量比為1∶9時(shí)達(dá)到最大值，遠(yuǎn)高于對(duì)照組。

圖3 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)復(fù)配膠對(duì)酸奶表觀黏度的影響

圖4 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)復(fù)配膠對(duì)酸奶黏附性的影響

2.3.4 脫水收縮敏感性

圖5 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)復(fù)配膠對(duì)酸奶脫水收縮敏感性的影響

在酸奶的發(fā)酵過程中，酪蛋白與水的結(jié)合能力隨著體系pH降低而減弱，導(dǎo)致體系中的水未被完全包裹而發(fā)生游離現(xiàn)象。在酸奶的工業(yè)化生產(chǎn)中，往往通過加入親水性膠體來抑制這種現(xiàn)象。脫水收縮敏感性（STS）也是評(píng)價(jià)酸奶穩(wěn)定性的重要指標(biāo)之一。脫水收縮敏感性越低，酸奶的穩(wěn)定性越高。由圖5可知，當(dāng)膠體添加量為0.02%時(shí)，各組酸奶的STS值均低于空白對(duì)照組，即酸奶的穩(wěn)定性有所提高。當(dāng)膠體添加量為0.04%和0.06%時(shí)，各組酸奶的STS值隨著三贊膠比例的降低先上升后下降，分別在3∶7和1∶9比例下達(dá)到STS的最小值，且最小值與空白對(duì)照組存在著顯著差異。因此特定質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下，一定比例的復(fù)配膠可以有效提高酸奶的穩(wěn)定性。酸奶的脫水收縮敏感性降低是由于體系中較高的總固體以及脂肪小球和凝膠網(wǎng)絡(luò)之間的相互作用[19]。適當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的復(fù)配膠與酪蛋白之間形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)阻礙了體系中的乳清流動(dòng)，酸奶中會(huì)有更多的水被凝膠網(wǎng)絡(luò)包裹，使體系中可以流動(dòng)的水含量下降。因此，復(fù)配膠在一定程度上可以起到“鎖水”作用。

3 結(jié)論

試驗(yàn)研究了三贊膠與刺槐豆膠復(fù)配的黏度性質(zhì)和凝膠性質(zhì)，并將其運(yùn)用在酸奶制作中。研究結(jié)果表明，當(dāng)三贊膠與刺槐豆膠的復(fù)配質(zhì)量比為9∶1～3∶7時(shí)，2種親水性膠體在黏度方面存在著協(xié)同增效作用。刺槐豆膠的加入均可提高單一三贊膠的凝膠強(qiáng)度和彈性。當(dāng)復(fù)配質(zhì)量比為10∶9和10∶7時(shí)，分別達(dá)到凝膠強(qiáng)度最大值和彈性最大值。將不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)和不同復(fù)配質(zhì)量比的復(fù)配膠運(yùn)用到酸奶中，并與單一的三贊膠、刺槐豆膠在酸奶中的應(yīng)用進(jìn)行對(duì)比。以酸奶的感官評(píng)價(jià)為主，綜合考慮穩(wěn)定性和節(jié)約膠體用量等角度，最終確定復(fù)配膠在酸奶中的優(yōu)化配方為膠體添加量0.04%、復(fù)配質(zhì)量比3∶7。此次研究為三贊膠及其復(fù)配膠在食品中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。