吳 彤,姜淑娟,妥彥峰,錢 方,朱雪梅,吳曉萌,牟光慶

(大連工業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,遼寧大連 116034)

熱處理是酸乳生產(chǎn)加工中的重要環(huán)節(jié),發(fā)酵前對牛乳進行熱處理會使乳清蛋白和酪蛋白變性,改變其固有的蛋白形態(tài)和穩(wěn)定性。熱處理過程中產(chǎn)生的諸多香味物質(zhì)還可以提高酸乳的感官特性。Li等[1]研究不同加熱溫度下由鮮牛乳及復(fù)原乳制成的酸乳的質(zhì)地和揮發(fā)物,結(jié)果表明不同的加熱過程會極大地影響酸乳的質(zhì)地特性和風(fēng)味,并形成一些變性的乳清蛋白和酪蛋白膠束復(fù)合物。Lee等[2]和Penna等[3]測定了經(jīng)過超高溫瞬時加熱和高壓加熱的鮮牛乳形成的酸乳的物理和結(jié)構(gòu)屬性,發(fā)現(xiàn)熱處理會增強酸乳的凝膠結(jié)構(gòu),使酸乳更粘稠并提高持水率。

轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶(Transglutaminase,TGase)是一種催化全稱為蛋白質(zhì)谷胺酰胺γ-谷氨酰胺基轉(zhuǎn)移酶,是一種催化轉(zhuǎn)?；磻?yīng)的酶[4]。TG酶可使乳蛋白中的谷氨酰胺殘基與賴氨酸之間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)形成共價鍵,改善酸乳的持水性、質(zhì)地特性和凝膠特性等[5]。一些研究人員認為酸乳的三維結(jié)構(gòu)可以通過TG酶交聯(lián)反應(yīng)來穩(wěn)定。B?nisch等[6]和Jaros等[7]在進行了TG酶誘導(dǎo)的乳制品蛋白質(zhì)交聯(lián)的研究中,認為TG酶處理的酸乳會顯示表現(xiàn)出更高的持水能力,更均勻的結(jié)構(gòu),更高的粘度和優(yōu)異的口感。

熱處理或TG酶作用對改善酸乳的質(zhì)量具有一定的積極影響,但單一的改性方式可能具有局限性。采用熱處理與TG酶處理相結(jié)合的方法對凝固型酸乳品質(zhì)的影響未見報道。為了探究熱處理和TG酶共同作用對凝固型酸乳品質(zhì)的影響,本研究對牛乳進行熱處理,在添加發(fā)酵菌種發(fā)酵的同時加入TG酶改性,從而獲得了復(fù)合改性的酸乳。重點評價凝固型酸乳的色度、持水性、硬度、pH及感官特性,以揭示熱處理和TG酶對凝固型酸乳生產(chǎn)的綜合作用。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鮮牛乳(蛋白質(zhì)含量為3%) 大連三寰乳業(yè)有限公司;發(fā)酵菌種(保加利亞乳桿菌CICC 6047和嗜熱鏈球菌CICC 6038,體積比為1∶1) 大連工業(yè)大學(xué)食品學(xué)院保藏菌株;轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶(酶活為100 U/g) 江蘇一鳴生物制品有限公司;其他試劑 均為分析純。

DK-S22型電熱恒溫水浴鍋 上海精密實驗設(shè)備有限公司;DNP-9082型電熱恒溫培養(yǎng)箱 上海精宏實驗設(shè)備有限公司;SW-CJ-2FD超凈工作臺 蘇州安泰空氣技術(shù)有限公司;SC-80C自動色差儀 北京康光有限公司;TA-XTplus型質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro System公司;S210-K型SevenCompact pH計 梅特勒-托利多儀器有限公司;5804R型冷凍離心機 Eppendorf中國有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 熱處理和TG酶復(fù)合改性酸乳的制作 根據(jù)文獻[8-10]參數(shù)設(shè)置熱處理條件(70 ℃ 15 min、80 ℃ 15 min、90 ℃ 15 min、95 ℃ 5 min),將鮮牛乳(100 mL)熱處理后冷卻至42 ℃,在無菌超凈工作臺中各接種2%(V/V)的第6代保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌的發(fā)酵液(將-80 ℃凍存的2株菌分別于5%(V/V)的MRS培養(yǎng)基中活化1～3代,再于12%(V/V)的脫脂乳粉培養(yǎng)基中活化4～6代)于發(fā)酵瓶中,與此同時分別加入0、5、10 U的TG酶。將接種牛乳在42 ℃恒溫培養(yǎng)至pH4.6時發(fā)酵結(jié)束。制備的酸乳放置于4 ℃后熟24 h,進行色度、持水性、硬度等品質(zhì)特性的測定與感官評價。

1.2.2 酸乳色差的測定 根據(jù)Barkallah等[11]的方法對酸乳進行色差測定。先使用標(biāo)準(zhǔn)白板將色度計標(biāo)準(zhǔn)化。使用反射模式比較每個樣品和標(biāo)準(zhǔn)白板之間的色差。通過從凝固型酸乳上表面進行三點取樣(由三個點形成的三角形)來確定平均值,并記錄總體顏色變化值(ΔE)。

1.2.3 酸乳持水率的測定 根據(jù)Feng等[12]的方法取酸乳樣品10 g,于10 ℃ 4000 r/min離心10 min,傾去上清液,將離心管倒置10 min后稱重。持水率(%)為離心后沉淀樣品質(zhì)量與離心前酸乳初始樣品質(zhì)量比。

1.2.4 酸乳硬度的測定 測定酸乳的硬度時對Delikanli等[13]的方法進行了改良,探頭用P0.5圓柱形探頭,溫度為25 ℃,對100 mL發(fā)酵杯中的凝固型酸乳進行兩次壓縮測試。測試前速度3.00 mm/s,測試速度1.50 mm/s,測試后速度1.50 mm/s。兩次壓縮之間的時間為10.00 s,壓縮距離為10.00 mm,觸發(fā)力為5.0 g。

1.2.5 酸乳貯藏期pH的測定 在25 ℃下用pH計測量其pH,并進行溫度補償校準(zhǔn)。酸乳樣品經(jīng)4 ℃后熟1、4、7、14、21 d相同時間點的pH。

1.2.6 酸乳感官評價 根據(jù)GB 19302-2010發(fā)酵乳的感官評價標(biāo)準(zhǔn)[14]對經(jīng)過4 ℃后熟24 h的酸乳進行感官評價。邀請10位經(jīng)過專業(yè)感官培訓(xùn)的感官評定員對酸乳的各項感官指標(biāo)進行評定。具體指標(biāo)評分標(biāo)準(zhǔn)參考表1。

表1 酸乳感官品質(zhì)評分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Scoring standards for sensory quality of yoghurt

1.3 數(shù)據(jù)分析

每組實驗至少進行三組平行試驗,每組實驗重復(fù)兩次。采用軟件IMB SPSS Statistics 19中Duncan檢驗,在置信區(qū)間95%的水平用ANOVA分析方法進行數(shù)據(jù)差異顯著性分析,P<0.05時認為差異顯著。用軟件Origin 8.6繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱處理和TG酶對酸乳色差的影響

色度值是一種重要的感官因素。圖1顯示了在不同熱處理溫度和TG酶濃度下凝固型酸乳樣品的總體顏色變化值(ΔE)。由圖所示,在70～90 ℃進行熱處理的酸乳ΔE逐漸升高,但經(jīng)90 ℃熱處理15 min和95 ℃熱處理5 min的酸乳在ΔE上未見明顯變化。同時還可以看出加入了TG酶酸乳的色差呈現(xiàn)出顯著降低的趨勢(P<0.05)。在同一溫度下加入10 U TG酶的酸乳ΔE比未添加TG酶時的分別降低了25.45%(70 ℃),14.68%(80 ℃),10.84%(90 ℃),8.11%(95 ℃)。這可能是因為TG酶作為一種?；D(zhuǎn)移酶,可以通過促進谷氨酰胺和賴氨酸殘基之間的異肽鍵形成分子內(nèi)和分子間交聯(lián),并消耗了大量的賴氨酸和谷氨酰胺等褐變氨基酸[15]。TG酶可以降低酸乳的色度,使酸乳獲得更佳的色澤。

2.2 熱處理和TG酶對酸乳持水率的影響

持水率是評價酸乳品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。圖2顯示了在不同熱處理溫度和TG酶濃度處理下酸乳樣品的持水率變化情況。在本實驗條件下,熱處理溫度由低到高的變化過程和酸乳持水率的變化趨勢呈正相關(guān)。圖2所示,當(dāng)熱處理溫度由70 ℃上升到95 ℃時,在相同TG酶濃度(0～10 U)下進行改性的酸乳的持水率平均增加了14.15%。熱處理過程中乳蛋白變性程度增大形成相對穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[16],王毅等[17]和趙麗麗[18]在原料乳的熱穩(wěn)定性及最佳熱處理條件的研究指出,至少75%的乳清蛋白經(jīng)熱處理變性后會使蛋白肽鏈逐漸展開結(jié)合更多的水分,并減少脫水收縮作用的發(fā)生提高持水率。此外,在同一溫度下添加TG酶也可以顯著提高酸乳的持水率[19],酶處理使乳蛋白交聯(lián)增強和穩(wěn)定了酸乳中的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),降低了乳清的分散或分離速率。應(yīng)用TG酶和熱處理作用對酸乳持水率的提高起協(xié)同作用。

圖2 熱處理和TG酶對酸乳持水率的影響Fig.2 Effects of heat treatment and TGase on the water holding capacity of yoghurt

2.3 熱處理和TG酶對酸乳硬度的影響

由圖3可知,熱改性和TG酶處理對酸乳硬度均產(chǎn)生影響,熱處理溫度越高酸乳硬度越大,但經(jīng)90 ℃熱處理15 min的酸乳與95 ℃熱處理5 min的酸乳硬度差別不大。與未經(jīng)TG酶處理(0 U)的對照組相比,同一溫度下TG酶處理后的酸乳硬度提升,且隨著TG酶濃度的升高酸乳硬度顯著(P<0.05)增加。添加10 U TG酶的酸乳的硬度是相同溫度下未添加TG酶酸乳的1.31倍(70 ℃),1.22倍(80 ℃),1.25倍(90 ℃)和1.23倍(95 ℃)。李思寧等[20]的研究發(fā)現(xiàn)TG酶添加量為3 U/g蛋白時的酸乳硬度比未添加TG酶時升高了43%。Domagala等[21]的研究也發(fā)現(xiàn)TG酶添加量為2 U/g蛋白時酸乳的硬度平均升高了39.16%。在TG酶的作用下以酪蛋白為主要蛋白的乳蛋白質(zhì)分子間發(fā)生交聯(lián),形成大的聚集體,并增強了酸乳凝膠的強度[22-23]。

圖3 熱處理和TG酶對酸乳硬度的影響Fig.3 Effects of thermal treatment and TGase on the hardness of yoghurt

2.4 熱處理和TG酶對酸乳pH的影響

酸乳在儲存期會發(fā)生后酸化,經(jīng)不同溫度和TG酶濃度處理的酸乳于4 ℃冰箱中儲存,在1、4、7、14、21 d的相同時間點測定各個樣品的pH,酸乳pH的變化趨勢如圖4所示。熱處理溫度為70 ℃,儲存時間為1 d時未添加TG酶(0 U)酸乳樣品的pH從4.58降低到4.39,并在后續(xù)的儲存過程中繼續(xù)呈明顯的下降趨勢。在同一溫度下添加TG酶酸乳的pH顯著高于對照組(0 U),且濃度越高現(xiàn)象越明顯。

圖4 酸乳儲存1～21 d期間pH變化Fig.4 Change in pH of yoghurt during storage for 1 to 21 d注:a～d分別代表不同的熱處理溫度70、80、90、95 ℃。

酸乳在儲存期發(fā)生后酸化,不僅會使pH降低導(dǎo)致酸味過重,還會出現(xiàn)乳清析出、感官質(zhì)量下降等諸多問題[24-25]。圖4顯示由于TG酶的作用明顯減緩了酸乳的后酸化作用,pH降低曲線的斜率較未加TG酶酸乳更為平緩,說明TG酶可以顯著(P<0.05)影響酸乳后酸化過程。這與Ozer等[26]發(fā)現(xiàn)的TG酶可以通過形成蛋白質(zhì)交聯(lián)減少發(fā)酵菌種對所需氮源(氨基酸和低分子量肽)的可用性,從而導(dǎo)致更慢的后酸化過程的結(jié)論是一致的。

2.5 熱處理和TG酶對酸乳感官評價的影響

表2～表5顯示不同熱處理溫度和TG酶濃度對酸乳總體感官評價分數(shù)影響較大。隨著熱處理溫度的升高酸乳的感官評分逐漸增大,在95 ℃加熱5 min處理酸乳得分最高。評分升高的原因是牛乳在加熱過程中隨著溫度的升高蛋白質(zhì)變性程度增強,酸乳口感更稠厚,產(chǎn)生較多的香氣成分,改善了酸乳的風(fēng)味[27-28]。在同一溫度下加入TG酶也可使酸乳的感官評分增大,且酸乳的口感和組織狀態(tài)分數(shù)升高幅度較大,在TG酶濃度為10 U時酸乳擁有細膩綿綢的最佳口感。牛乳中的酪蛋白和乳清蛋白作為TG酶的良好底物,可以在酶的作用下在乳蛋白的分子內(nèi)或分子間形成ε-(γ-谷氨?；?賴氨酸異肽鍵,從而增強了酸乳的凝膠結(jié)構(gòu),使酸乳擁有更佳的品質(zhì)。

表2 70 ℃熱處理和TG酶共同作用酸乳的感官評價結(jié)果Table 2 Sensory evaluation results of yoghurt treated with 70 ℃ heat treatment and TGase addition

表3 80 ℃熱處理和TG酶共同作用酸乳的感官評價結(jié)果Table 3 Sensory evaluation results of yoghurt treated with 80 ℃ heat treatment and TGase addtion

表4 90 ℃熱處理和TG酶共同作用酸乳的感官評價結(jié)果Table 4 Sensory evaluation results of yoghurt treated with 90 ℃ heat treatment and TGase addtion

表5 95 ℃熱處理和TG酶共同作用酸乳的感官評價結(jié)果Table 5 Sensory evaluation results of yoghurt treated with 95 ℃ heat treatment and TGase addtion

3 結(jié)論

應(yīng)用熱處理和TG酶共同作用可以改善凝固型酸乳的品質(zhì)特性。復(fù)合改性不僅可以提高酸乳的持水率,減少乳清析出現(xiàn)象,同時對減緩酸乳的后酸化速率具有積極作用,獲得較高的感官評分,口感更佳。熱處理和TG酶共同作用有望為凝固型酸乳發(fā)展提供新的思路參考。