增稠劑促進(jìn)酸奶凝膠的機(jī)理及應(yīng)用研究進(jìn)展

程欣玥，孫小茜，石靜靜，曾小群*，吳振，潘道東*

1(省部共建農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全危害因子與風(fēng)險(xiǎn)防控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 寧波，315800) 2(浙江省動(dòng)物蛋白食品精深加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 寧波，315800) 3(寧波大學(xué) 食品與藥學(xué)學(xué)院，浙江 寧波，315800)

大部分酸奶是以牛乳為主要原料，采用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌等有益微生物發(fā)酵而成的發(fā)酵乳制品，是世界上消費(fèi)最多的乳制品之一。它富含鈣、鉀、鎂、維生素B2、B6和B12等多種礦物質(zhì)和維生素、以及維持人體健康所需的必需氨基酸，可提高乳糖耐受性、增強(qiáng)免疫功能和預(yù)防胃腸道疾病[1]，酸奶以其獨(dú)特的風(fēng)味、極高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值深受人們青睞。

酸奶的凝膠特性是指酸奶中的大分子和膠體在一定條件下相互作用，形成內(nèi)部含有大量液體的特殊網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其影響酸奶的硬度、黏附性、內(nèi)聚性、彈性、膠黏性和保水性等質(zhì)地指標(biāo)。在酸奶特有的凝膠結(jié)構(gòu)中, 變性酪蛋白顆粒非常規(guī)則地排成絞鏈形狀，堆積構(gòu)成凝膠體網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中間形成無(wú)數(shù)規(guī)則的空隙[2]，這種結(jié)構(gòu)與凝固型酸奶的質(zhì)地密切相關(guān)。增強(qiáng)蛋白簇之間的連接以及縮小網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的空隙可以增加酸奶的凝膠強(qiáng)度。酸奶加工與貯藏過(guò)程中的熱處理、過(guò)度酸化等, 都會(huì)影響酸奶凝膠結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致酸奶出現(xiàn)常見(jiàn)的質(zhì)地問(wèn)題：凝膠強(qiáng)度較低、容易脫水收縮、黏稠度低和乳清析出等。

增稠劑一般屬于親水性高分子化合物，可通過(guò)水合形成高黏度的均相液體，提高黏稠度并改變凝膠特性。在酸奶中加入合適的增稠劑，通過(guò)水合及與酪蛋白相互作用來(lái)增加蛋白質(zhì)分子的穩(wěn)定性，可增強(qiáng)酸奶凝膠結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，有助于提高酸奶的黏度，減少儲(chǔ)存期間乳清分離，從而改善酸奶的質(zhì)地特性，獲得更好的口感、外觀和可接受性[3]。

近年來(lái)，隨著食品添加劑的快速發(fā)展，以及消費(fèi)者對(duì)酸奶品質(zhì)要求的進(jìn)一步提高，增稠劑在酸奶中的應(yīng)用受到廣泛重視。國(guó)內(nèi)外關(guān)于增稠劑在酸奶中的應(yīng)用研究主要集中于增稠劑的來(lái)源、分類、特性，以及增稠劑對(duì)酸奶流變學(xué)、理化性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)和感官特性的影響，關(guān)于增稠劑促進(jìn)酸奶凝膠機(jī)理的系統(tǒng)分析未見(jiàn)報(bào)道。本文綜述了增稠劑的凝膠機(jī)理及其在酸奶中的應(yīng)用的研究進(jìn)展，旨在為提高酸奶的凝膠特性提供理論依據(jù)，促進(jìn)我國(guó)酸奶產(chǎn)業(yè)更快更好地發(fā)展，提升我國(guó)乳品企業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

1 酸奶中常見(jiàn)的增稠劑及其分類

酸奶增稠劑來(lái)源廣泛，如植物原料、動(dòng)物組織、海藻類產(chǎn)品和天然原料合成的物質(zhì)，常用的有淀粉、果膠、明膠、瓜爾豆膠、刺槐豆膠、菊粉、海藻酸鈉、卡拉膠、黃原膠、羧甲基纖維素、β-葡聚糖和阿拉伯膠等。不同離子類型的增稠劑促進(jìn)酸奶凝膠的機(jī)理不同，按照離子類型分為陰離子增稠劑和中性增稠劑兩大類，它們的特性及應(yīng)用如表1所示。

表1 酸奶中常用增稠劑的特性及應(yīng)用Table 1 Characteristics and application of thickeners in yogurt

2 增稠劑促進(jìn)酸奶凝膠的機(jī)理

2.1 酸奶凝膠形成的機(jī)理

酸奶是含有乳蛋白、脂肪、水分、維生素和礦物質(zhì)等成分的復(fù)雜體系，是典型的酸促凝膠。乳蛋白主要包括酪蛋白和乳清蛋白，其中酪蛋白占總蛋白質(zhì)的80%[7]。酪蛋白的4種主要成分為:αs1-、αs2-、β-和κ-酪蛋白，分別約占酪蛋白的30%～40%、10%～15%、25%～40%和10%～15%。在鈣和無(wú)機(jī)磷酸鹽存在時(shí)，酪蛋白很容易結(jié)合或聚集，形成高度水合的海綿狀膠體顆粒，被稱為“酪蛋白膠束”，其含有94%的酪蛋白和6%的礦物質(zhì)，主要為Ca3(PO4)2。HOME[14]提出的雙結(jié)合模型是目前最先進(jìn)的酪蛋白膠束模型，該模型認(rèn)為，αs1-、αs2-、β-酪蛋白之間可通過(guò)疏水作用力及膠體磷酸鈣(colloidal calcium phosphate，CCP)的交聯(lián)作用相互連接，形成酪蛋白膠束的核心部分。不含磷酸絲氨酸的κ-酪蛋白位于膠束表面，其不能與CCP交聯(lián)，在酪蛋白膠束的表面形成一層保護(hù)殼，從而使膠束穩(wěn)定地存在于溶液中。“酪蛋白膠束”對(duì)酸奶凝膠網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建十分重要。

酸奶在發(fā)酵酸化過(guò)程中，牛奶中的CCP被釋放到乳清相中，酪蛋白膠束外部的κ-酪蛋白層提供的空間排斥逐漸減少，達(dá)到酪蛋白的等電點(diǎn)(pI=4.6)后，酪蛋白膠束開(kāi)始相互聚集，通過(guò)疏水和靜電相互作用形成三維乳蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)[15]。酸奶的凝膠結(jié)構(gòu)是變性乳清蛋白和κ-酪蛋白分子之間的二硫鍵交聯(lián)、單個(gè)酪蛋白膠束之間的靜電排斥、膠束之間的疏水相互作用、乳清蛋白的自聚集和相互作用、非共價(jià)(氫鍵、靜電引力和偶極相互作用力)締合等復(fù)雜鍵合機(jī)制共同作用的結(jié)果，酸奶成分(蛋白質(zhì)、脂肪和水分等)之間的相互作用也在一定程度上影響酸奶凝膠結(jié)構(gòu)的形成。

2.2 陰離子增稠劑促進(jìn)酸奶凝膠的機(jī)理

離子官能團(tuán)的存在會(huì)導(dǎo)致聚合物鏈間的相互作用，陰離子增稠劑的陰離子基團(tuán)具有線性結(jié)構(gòu)和帶電官能團(tuán)，可與酪蛋白的氨基之間發(fā)生靜電作用形成復(fù)合物，故陰離子增稠劑比中性增稠劑促進(jìn)酸奶凝膠的效果好。酪蛋白的氨基酸組成中，脯氨酸含量相對(duì)較高，而半胱氨酸含量較低，因此二級(jí)結(jié)構(gòu)較弱，通常認(rèn)為單鏈酪蛋白分子不存在特定的構(gòu)象，而陰離子增稠劑可以和酪蛋白膠束共同形成三維凝膠網(wǎng)絡(luò)來(lái)維持水相，增強(qiáng)酪蛋白分子顆粒凝膠網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，防止酪蛋白絮凝，并抑制乳清的自由移動(dòng)，達(dá)到提高酸奶的黏度及硬度、改善酸奶品質(zhì)的效果[16-18]。

帶負(fù)電荷的親水膠體能與等電點(diǎn)附近或以下的帶正電荷的酪蛋白膠束相互作用，沉積在酪蛋白膠束上，作為活性成分參與酪蛋白網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，在親水膠體之間產(chǎn)生新的空間排斥，增強(qiáng)酪蛋白網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性，并減少脫水收縮，從而增強(qiáng)凝固酸奶的質(zhì)構(gòu)特性[19]。如：卡拉膠影響酸奶凝膠特性，歸因于其具有強(qiáng)陰離子性的半酯式硫酸鹽基團(tuán)R-OSO3-，該基團(tuán)對(duì)蛋白質(zhì)的氨基具有較強(qiáng)的吸引力，可與酪蛋白膠束協(xié)同作用，有助于提高生物聚合物的相容性, 提高酸奶的黏度和凝膠特性。

果膠在酸奶中的應(yīng)用較廣，現(xiàn)以果膠與酪蛋白膠束的相互作用為例，詳細(xì)說(shuō)明陰離子增稠劑影響酸奶凝膠特性的機(jī)理。該過(guò)程大致可分為如下5個(gè)階段(圖1)：(1)在天然牛乳(pH 6.7)中，酪蛋白膠束以酪蛋白-磷酸鹽聚合體的形式存在，由于膠束表面所帶負(fù)電荷形成的靜電斥力和位于酪蛋白膠束表層的κ-酪蛋白伸入水相的毛發(fā)層，所產(chǎn)生的空間位阻效應(yīng)，使得酪蛋白膠束之間不能相互聚集，從而具有良好的穩(wěn)定性，此pH下，酪蛋白膠束不能與果膠分子結(jié)合。(2)pH至6.7～5.8時(shí)，酪蛋白膠束的凈負(fù)電荷減少，膠束之間的靜電斥力下降，從膠束中解離出來(lái)的CCP很少，因此大體上酪蛋白分散體系保持穩(wěn)定，但膠束上的礦物質(zhì)開(kāi)始釋放到溶液中，體系開(kāi)始變得不穩(wěn)定[7]，此時(shí)，果膠分子仍未與酪蛋白膠束結(jié)合。(3)pH繼續(xù)下降至5.8～5.2時(shí)，酪蛋白膠束的凈電荷數(shù)量急劇減少，ζ電位逐漸降低，果膠開(kāi)始影響酪蛋白膠束的構(gòu)象，當(dāng)pH降低到5.2附近時(shí)，ζ電位為零，膠束呈熔融狀態(tài)，CCP幾乎全部溶解，導(dǎo)致單體酪蛋白解離，解離單體酪蛋白之間的靜電斥力大大增加，出現(xiàn)含有鈣的酪蛋白沉淀，此時(shí)，果膠開(kāi)始與酪蛋白結(jié)合。(4)pH為5.2～4.6時(shí)，Ca2+脫離，出現(xiàn)純酪蛋白沉淀，分子進(jìn)行重排。此階段，酪蛋白整體凈電荷為零，κ-酪蛋白的毛發(fā)層結(jié)構(gòu)完全坍塌，疏水相互作用增加，靜電斥力減小，空間位阻效應(yīng)全部消失。此時(shí)，果膠分子的長(zhǎng)鏈逐漸深入到酪蛋白表面，取代κ-酪蛋白并在酪蛋白表面形成空間位阻效應(yīng)，阻止膠束之間的聚集沉淀，使體系保持穩(wěn)定。(5)pH降至4.0時(shí)，酪蛋白帶正電荷，靜電斥力不足以維持酪蛋白穩(wěn)定。此時(shí)，帶負(fù)電荷的果膠長(zhǎng)鏈已深入到酪蛋白膠束表面，完全取代κ-酪蛋白的空間位阻效應(yīng)，通過(guò)靜電吸引和空間位阻效應(yīng)與酪蛋白形成緊密結(jié)合。

圖1 果膠與酪蛋白膠束相互作用示意圖[20]Fig.1 Schematic diagram of the interaction between pectin and casein micelles[20]

2.3 中性增稠劑促進(jìn)酸奶凝膠的機(jī)理

中性增稠劑與酪蛋白相互作用的機(jī)理主要有以下3個(gè)方面：一是中性增稠劑與酪蛋白聚集體之間沒(méi)有靜電相互作用，其形成的凝膠顆粒位于蛋白質(zhì)聚集體外側(cè)，起著“填充劑”作用，通過(guò)填充凝膠網(wǎng)絡(luò)的空隙來(lái)增加酸奶連續(xù)相的黏度；另一方面，中性增稠劑和酪蛋白具有熱力學(xué)不相容性，其不能直接與酪蛋白膠束結(jié)合，但中性增稠劑的加入增加了酸奶中的總固體含量，從而提高了酸奶的凝膠強(qiáng)度；三是中性增稠劑有較高的水合性能，可截留水分，在整個(gè)酸奶體系中形成三維水合分子凝膠網(wǎng)絡(luò)，有助于提高酸奶的黏度，減少乳清析出[21]。

中性增稠劑不帶電，因此不受溶液pH值變化的影響，可提高其凝膠作用的穩(wěn)定性。很多中性增稠劑需與其他增稠劑共同作用，才能形成凝膠產(chǎn)物，如刺槐豆膠和瓜爾膠等。陰離子增稠劑黃原膠與半乳甘露聚糖(如刺槐豆膠和瓜爾膠)之間存在協(xié)同作用，它們之間的相互作用可以增強(qiáng)酸奶的持水力和凝膠化，從而使酸奶變稠。半乳甘露聚糖是以β-(1,4)-甘露糖為主鍵，α-(1,6)-半乳糖單元為側(cè)基的多糖，其凝膠作用主要體現(xiàn)在分子結(jié)構(gòu)特性上，剛性的β-(1,4)-甘露糖主鏈?zhǔn)蛊渌芤壕哂懈唣ざ龋肴樘呛康陀?0%的半乳甘露聚糖，可與其他多糖(如卡拉膠和黃原膠)形成彈性凝膠[22]。刺槐豆膠與瓜爾膠的甘露糖主鏈均能和黃原膠鏈之間發(fā)生非特異性相互作用，形成透明的熱可逆彈性凝膠。SANCHEZ等[23]和PANG等[24]研究了刺槐豆膠與黃原膠的相互作用對(duì)酸奶凝膠結(jié)構(gòu)的影響，與空白對(duì)照相比，添加聚合物沒(méi)有改變酸奶凝膠網(wǎng)絡(luò)的整體組織結(jié)構(gòu)，但在酪蛋白顆粒表面觀察到絲狀結(jié)構(gòu)和小聚集體，這些絲狀的細(xì)鏈連接酪蛋白膠束，在酸奶體系中形成三維水合分子網(wǎng)絡(luò)，以增強(qiáng)酸奶的保水性(圖2)。

圖2 增稠劑與酪蛋白之間的相互作用示意圖Fig.2 Schematic diagram of the interaction between thickener and casein

3 增稠劑在酸奶中的應(yīng)用

3.1 常用增稠劑在酸奶中的應(yīng)用

3.1.1 淀粉

淀粉作為增稠劑，可以增加酸奶的黏度和硬度、減少脫水收縮、改善口感、提高經(jīng)濟(jì)價(jià)值，其易于在酸奶加工中使用，已成為酸奶生產(chǎn)中常用的增稠劑之一。玉米淀粉被廣泛用作酸奶增稠劑和脂肪替代品[25]。其他植物來(lái)源的淀粉，如葛根淀粉[26]、水山藥淀粉[27]和馬鈴薯淀粉[28]，近年來(lái)也被用作酸奶生產(chǎn)中的增稠劑。改性淀粉是在天然淀粉固有的特性基礎(chǔ)上，利用物理、化學(xué)或酶法處理，在淀粉分子上引入新的官能團(tuán)或改變淀粉分子大小和淀粉顆粒性質(zhì)，從而改善淀粉的性能。淀粉經(jīng)過(guò)改性后，其在酸奶熱滅菌和酸化的過(guò)程中結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定[29]。在巴氏殺菌過(guò)程中，淀粉顆粒吸水膨脹，發(fā)生糊化，可增加體系的黏度，從而改善酸奶質(zhì)地。

3.1.2 聚合乳清蛋白

乳清蛋白具有減少脫水收縮、增強(qiáng)酸奶質(zhì)地和改善感官特性的優(yōu)點(diǎn)。雖然天然乳清蛋白分子質(zhì)量小、黏度低，生產(chǎn)中未被直接用作增稠劑，但乳清蛋白經(jīng)高溫變性和聚合形成的聚合乳清蛋白(polymerized whey protein，PWP)可解決該問(wèn)題[30]，其凝膠性能優(yōu)異，可增加酸奶的黏度，改善其稠度和持水性[31]。PWP作為增稠劑被應(yīng)用于羊奶酸奶[32]、中國(guó)老酸奶[33]和凝固型牛奶酸奶[34]中。FANG等[35]研究發(fā)現(xiàn)，不同pH條件下制備的PWP對(duì)酸奶的黏度有顯著影響，添加在pH 8.5和pH 9.0條件下制備的 PWP，酸奶的黏度顯著高于未添加PWP的對(duì)照酸奶(P<0.01)，這是由于酸奶凝固過(guò)程中凝膠網(wǎng)絡(luò)的高度交聯(lián)，PWP和酪蛋白膠束之間的相互作用導(dǎo)致酪蛋白膠束體積變大。在其他功能性發(fā)酵食品中使用PWP，也可以改善其產(chǎn)品質(zhì)地及蛋白質(zhì)含量[30]。

3.1.3 明膠

明膠多以牛皮、豬皮或牛骨、豬骨等為原料制備，因其優(yōu)異的凝膠性能，被廣泛應(yīng)用于改善蛋白質(zhì)凝膠的流變學(xué)特性中。明膠由柔性線性多肽鏈組成，在高溫下具有靈活的螺旋構(gòu)象，但在臨界溫度(明膠鏈的螺旋轉(zhuǎn)變溫度40 ℃)以下，會(huì)形成包含不同鏈的三螺旋，從而導(dǎo)致聚集和凝膠化。MUDGIL等[4]在駱駝奶中添加0.75%～1.0%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的明膠，克服了駱駝奶酸奶凝膠質(zhì)地弱的問(wèn)題，改善了酸奶的凝膠結(jié)構(gòu)。魚(yú)明膠可以避免哺乳動(dòng)物明膠帶來(lái)的宗教信仰(穆斯林和猶太人占世界人口的近23%)和健康問(wèn)題(非洲豬瘟)，已逐漸作為哺乳動(dòng)物明膠的潛在替代品。SOW等[36]從白鱘中提取明膠，并研究添加白鱘明膠水解物(sturgeon gelatin hydrolysates，SGH)的酸奶在冷藏28 d間的物理化學(xué)、質(zhì)地和流變學(xué)特性，結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比，SGH的添加量為10 g/L時(shí)，稠度系數(shù)、復(fù)合黏度、屈服應(yīng)力、儲(chǔ)能模量和損耗模量均顯著增加，表明SGH可以作為增稠劑提高酸奶的凝膠特性。

3.1.4 果膠

果膠中的陰離子基團(tuán)羧基可與帶正電荷的酪蛋白分子靜電結(jié)合，防止酪蛋白在酸奶中聚集或沉淀，同時(shí)，果膠還可以通過(guò)增加可溶性固形物來(lái)促進(jìn)乳酸菌生長(zhǎng)，乳酸菌數(shù)量的增加提高了酸奶的生物活性[37]。ARIOUI等[6]從柑橘果皮中提取果膠加入酸奶中，添加0.6%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的果膠顯著改善了酸奶發(fā)酵和后酸化過(guò)程中的黏度、黏附性和內(nèi)聚性，同時(shí)也可以防止貯存期間的乳清析出。KHUBBER等[38]探究了低甲氧基果膠對(duì)低脂酸奶品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比，加入果膠的低脂凝固型酸奶乳清析出減少，其硬度、流變性、微觀結(jié)構(gòu)和整體口感均顯著改善。

3.1.5 復(fù)合增稠劑

WANG等[39]將PWP加入酸奶中，發(fā)現(xiàn)其改善了酸奶的持水能力和黏度，但是加入0.2%果膠和0.3% PWP(均為質(zhì)量分?jǐn)?shù))的復(fù)合增稠劑，酸奶的脫水收縮值更低，且黏度更高。脫水收縮值的降低，是由于果膠是帶負(fù)電荷的陰離子多糖，其在酸奶發(fā)酵過(guò)程中，與PWP發(fā)生靜電相互作用和交聯(lián)作用，有助于形成更強(qiáng)的凝膠網(wǎng)絡(luò)[33]。黏度的增加，歸因于果膠與酪蛋白膠束的相互作用，形成復(fù)雜的體系[34]。

HUANG等[40]用魚(yú)明膠替代哺乳動(dòng)物明膠來(lái)改善酸奶品質(zhì)，分別研究了魚(yú)明膠與3種多糖(阿拉伯膠、黃原膠、卡拉膠)以質(zhì)量比9∶1形成的魚(yú)明膠-多糖復(fù)合物的流變學(xué)和摩擦學(xué)性能，以及復(fù)合物對(duì)酸奶物理性質(zhì)的影響， 發(fā)現(xiàn)3種魚(yú)明膠-多糖復(fù)合物添加至酸奶中均提高了酸奶的硬度、持水力和黏度，其中添加魚(yú)明膠-黃原膠復(fù)合物的酸奶品質(zhì)更優(yōu)，可作為攪拌酸奶中哺乳動(dòng)物明膠的潛在替代品。

3.2 新型酸奶增稠劑

3.2.1 辣木種子提取物

CARDINES等[41]將通過(guò)超濾獲得的辣木種子提取物加入酸奶中，顯著改善了酸奶的工藝特性。辣木種子的凝膠特性，可能與其蛋白質(zhì)含量高(45%)有關(guān)，并且其作為天然陽(yáng)離子聚電解質(zhì)的可溶性蛋白質(zhì)，具有促凝特性[41]。STOHS等[42]研究發(fā)現(xiàn)辣木種子提取物具有安全性。

3.2.2 熱處理的乳清分離蛋白-三聚磷酸鈉

三聚磷酸鈉(sodium tripolyphosphate，STPP)已被國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)批準(zhǔn)作為酸奶食品添加劑[34]。LI等[43]證明了磷酸化可以改善蛋白質(zhì)的乳化性、膠凝性和熱穩(wěn)定性。CHENG等[34]通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，乳清分離蛋白(whey protein isolate，WPI)與STPP的相互作用可以穩(wěn)定酸奶凝膠的三維網(wǎng)絡(luò)，并防止由于凝膠空隙增加而導(dǎo)致的酸奶脫水收縮。與未經(jīng)熱處理的WPI-STPP相比，熱處理的WPI-STPP顯著增強(qiáng)了酸奶的硬度、彈性、黏附性和凝膠強(qiáng)度。

3.2.3 苦杏仁膠

HASHEMI等[44]研究了苦杏仁膠的水溶性部分(soluble bitter almond gum，SBAG)，通過(guò)將SBAG與酪蛋白酸鈉(sodium caseinate，SC)結(jié)合，向酸奶中加入SBAG-SC結(jié)合物，顯著提高了酸奶中酪蛋白膠束的物理穩(wěn)定性，抑制了相分離。帶負(fù)電荷的SBAG-SC可被吸附到酪蛋白膠束的表面，防止酪蛋白在酸性條件下聚集，從而穩(wěn)定酸奶的質(zhì)構(gòu)[45]。

4 酸奶增稠劑的發(fā)展方向

4.1 酸奶中添加增稠劑的必要性

眾多研究表明，將增稠劑應(yīng)用于酸奶勢(shì)在必行。MIOCINOVIC等[46]研究表明，不含任何增稠劑的羊奶發(fā)酵酸奶凝膠結(jié)構(gòu)很弱，加入增稠劑可以顯著提高凝膠強(qiáng)度，從而改善其流變、質(zhì)構(gòu)和感官特性。SONG等[47]也發(fā)現(xiàn)，不添加任何增稠劑很難生產(chǎn)出具有牢固凝膠網(wǎng)絡(luò)的凝固型小米酸奶。

宮郁郁等[48]于2016年調(diào)查了國(guó)內(nèi)部分品牌的發(fā)酵乳添加增稠劑的情況，在調(diào)查的162種發(fā)酵乳中，有141種添加了食品增稠劑，占87.04%。在現(xiàn)代發(fā)酵乳工業(yè)中，為了解決產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題、滿足制作工藝和產(chǎn)品創(chuàng)新上的需求，添加食品增稠劑已成為一種改善酸奶品質(zhì)的常用方法。我國(guó)對(duì)食品安全越來(lái)越重視，能夠進(jìn)入市場(chǎng)流通的酸奶，必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的國(guó)家食品安全檢驗(yàn)。新修訂的《中華人民共和國(guó)食品安全法》更是為食品添加劑提供了支持和保障，因此，增稠劑在酸奶中的應(yīng)用有著廣泛的應(yīng)用前景。

4.2 應(yīng)用具有功能性的增稠劑

隨著食品添加劑“天然、營(yíng)養(yǎng)、多功能”的發(fā)展趨勢(shì)，選用具有功能性的增稠劑來(lái)提高酸奶品質(zhì)，具有良好的應(yīng)用前景。膳食纖維有助于減少高血壓、胰島素反應(yīng)、肥胖和結(jié)腸癌等慢性病的發(fā)生，并且可以改善酸奶品質(zhì)[49]。源自燕麥、大麥等谷類的β-葡聚糖富含可溶性膳食纖維[50]，具有在含水體系中增加黏度和形成凝膠的能力，同時(shí)有著降血脂、降血糖、增強(qiáng)免疫力的功能，可作為增稠劑應(yīng)用于酸奶中。鄭健等[51]、KAUR等[52]均將β-葡聚糖應(yīng)用于發(fā)酵酸奶的制備中，由于酪蛋白和β-葡聚糖之間的熱力學(xué)不相容性，β-葡聚糖可能會(huì)促進(jìn)酪蛋白的自結(jié)合，從而提高酸奶的凝膠強(qiáng)度，在改善酸奶品質(zhì)的同時(shí)，保障了消費(fèi)者的健康。

4.3 利用現(xiàn)代加工技術(shù)

利用現(xiàn)代加工技術(shù)，如超高壓技術(shù)、輻照和紫外線等，有助于充分發(fā)揮酸奶增稠劑的有效性，提高其凝膠強(qiáng)度。張宇昊等[53]采用超高壓替代傳統(tǒng)的酸堿工藝，輔助提取巴沙魚(yú)魚(yú)皮明膠，破壞了膠原蛋白的三、四級(jí)結(jié)構(gòu)，斷裂其中疏水鍵、離子鍵等非共價(jià)鍵，但不會(huì)破壞共價(jià)鍵，因而既有利于膠原肽鏈的伸展和螺旋結(jié)構(gòu)的松散，又有利于保持膠原肽鏈的完整性，增加了明膠中可形成高凝膠強(qiáng)度的大分子亞基的組分含量。BESSHO等[54]用20kGy的γ-射線輻照處理明膠，BHAT等[55]采用紫外線(253.7 nm)處理魚(yú)皮明膠顆粒，均提高了明膠的凝膠強(qiáng)度。應(yīng)用現(xiàn)代加工技術(shù)制備高凝膠強(qiáng)度的增稠劑，已成為當(dāng)下的研究熱點(diǎn)，但仍缺乏對(duì)其影響凝膠微觀結(jié)構(gòu)作用機(jī)理的系統(tǒng)研究，這將成為今后研究的重點(diǎn)。

4.4 發(fā)揮復(fù)合增稠劑的優(yōu)勢(shì)

單一增稠劑在提高酸奶凝膠特性上存在局限性，如卡拉膠具有形成凝膠所需濃度低、透明度高等優(yōu)點(diǎn)，但也存在凝膠彈性差、脆性大等問(wèn)題；添加菊粉有助于酸奶形成較為均勻、疏松的微觀結(jié)構(gòu)，但酸奶穩(wěn)定性較差。與單一增稠劑相比，復(fù)合增稠劑可以實(shí)現(xiàn)協(xié)同增稠效應(yīng)，增稠劑的復(fù)合使用正逐漸成為改善酸奶品質(zhì)研究的趨勢(shì)。

結(jié)合2種及以上的增稠劑通常會(huì)產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，陳宇坤[10]以質(zhì)量比3∶7復(fù)配三贊膠和刺槐豆膠，兩者在酸奶的表觀黏度方面存在協(xié)同增效作用，用復(fù)配膠制備得到的酸奶感官品質(zhì)優(yōu)、穩(wěn)定性好。但也有一些例外，如明膠與陰離子膠(如果膠或羧甲基纖維素)復(fù)配并沒(méi)有協(xié)同增稠作用，因?yàn)樵谔囟╬H范圍內(nèi)，兩者會(huì)不可逆地相互結(jié)合并從溶液中沉淀出來(lái)。復(fù)合增稠劑產(chǎn)生的凝膠結(jié)構(gòu)取決于聚合物之間的相互作用、凝膠機(jī)理和凝膠形成條件等[56]。因此，在酸奶加工中要選擇合適的增稠劑進(jìn)行復(fù)配，充分發(fā)揮各種增稠劑的互補(bǔ)作用，才能更好地提升酸奶品質(zhì)。

4.5 在酸奶發(fā)酵前加入轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶

轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶(transglutaminase，TG)是一種催化?；D(zhuǎn)移反應(yīng)的酶，能夠通過(guò)催化酪蛋白結(jié)合谷氨酰胺殘基(?；w)中的γ-羧酰胺基，以及賴氨酸殘基中的ε-氨基之間的?；D(zhuǎn)移反應(yīng)，形成分子內(nèi)或分子間ε-(γ-谷氨酰胺)-賴氨酸等肽鍵的共價(jià)交聯(lián)[57]，使蛋白質(zhì)分子質(zhì)量變大，形成強(qiáng)有力凝膠。TG安全無(wú)毒，在酸奶發(fā)酵之前可向牛奶中添加TG，通過(guò)蛋白質(zhì)交聯(lián)反應(yīng)提高酸奶的物化特性，進(jìn)而增加凝膠強(qiáng)度，并減少脫水收縮，改善酸奶的品質(zhì)。

5 總結(jié)

我國(guó)酸奶消費(fèi)增加迅猛，其在生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存過(guò)程中極易出現(xiàn)黏度下降、乳清析出、組織粗糙等現(xiàn)象，不良現(xiàn)象的出現(xiàn)與酪蛋白膠束影響酸奶的凝膠強(qiáng)度密切相關(guān)。為解決這些問(wèn)題，本文介紹了陰離子增稠劑與中性增稠劑的凝膠機(jī)理，從機(jī)制層面闡述增稠劑如何影響酸奶的品質(zhì)，可為解決酸奶生產(chǎn)過(guò)程中遇到的實(shí)際問(wèn)題提供一定的技術(shù)參考。增稠劑可以有效改善酸奶的內(nèi)在質(zhì)構(gòu)和外觀形態(tài)，通過(guò)深入研究其凝膠機(jī)理，不斷探尋新型酸奶增稠劑，應(yīng)用有功能性食品特性的增稠劑，以及多種增稠劑的復(fù)配，在酸奶凝膠特性的研究領(lǐng)域中有著廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。此外，通過(guò)整合多糖優(yōu)異的流變特性和蛋白質(zhì)良好的界面特性，有望獲得內(nèi)含親脂性生物活性成分的凝膠結(jié)構(gòu)。隨著分子生物技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)可借助化學(xué)改性(如在分子中添加一些功能性基團(tuán)等)、微生物發(fā)酵(新型膠體的生產(chǎn))以及從基因(改變微生物的某些基因片段來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)膠體的富集)的層面來(lái)增強(qiáng)酸奶凝膠特性。