蛋白质成分和均质对酸乳饮料稳定性的影响

蛋白质成分和均质对酸乳饮料稳定性的影响摘要:酸乳饮料在高含量的甲氧基果胶存在的环境中通常是稳定的，果胶是electrosorbed的蛋白质粒子和通过形成位阻防止其絮凝。此外，少量含有酪蛋白的凝胶·和果胶可以减少沉淀。在这项研究中试点工厂所采用的均质压力在20到80兆帕之间。目的是评估蛋白质颗粒大小分布对酸乳饮料稳定性的影响。此外，检测不同酸乳中乳清蛋白在稳定性中的作用的方法过程步骤是不同的。均质令蛋白质粒子尺寸减小，一种由于更大的粒子存在的就像蛋白质集群的不稳定的影响被发现。一个在酸化改善稳定性之前由于乳清蛋白变性和绑定在他们的酪蛋白胶束的预热步骤。一般来讲，蛋白质的浓度，离子种类的离子强度，粒度，和反应物的反应进程都影响酸乳的稳定性。关键词：果胶；酪蛋白；均质化；粒度分布；酸性乳饮料，稳定性。1．序言高甲氧基果胶(HMP)通常是用来稳定酸乳饮料。在低PH值时果胶吸附在酪蛋白胶束上，这样可以通过立体阻力防止酪蛋白絮凝.然而，如果要实现长期稳定，存在一个弱凝胶是很有必要的。蛋白颗粒之间的架桥絮凝是在果胶含量较低情况下诱导的，除非酪蛋白颗粒被果胶完全覆盖。这完全覆盖发生在HMP中浓度要比LMP低。果胶的构象也发挥了一定的作用。均质的要求用来实现显着改善酸化奶系统的稳定性，通过果胶。因此，这种稳定性显然依赖于在酸化牛奶中颗粒的大小。但是，Glahn(1982)指出：颗粒的尺寸是由发酵条件控制的，不是由通常用于奶制品中均质程序控制的，即均质的压力在10和20MPa之间。根据leskauskaite，Liutkevichius，和Valantinaite（1998），在这种均质压力跨度下，酸化乳品饮料的稳定性没有变化。与这些研究结果相矛盾的是，牛奶蛋白质颗粒尺寸分布已被证明是由均质（伦纳，1982）所影响。此外，BoulenguerandLaurent(2003)得出的结论是：酪蛋白颗粒的尺寸可能是由均质所施加的压力定义的。现在的问题是粒径如何影响酸化含果胶奶的稳定。根据均质乳化的经验获悉：均质应该影响脂肪球的大小，以直径超过0.7毫米的没有集群的存在，因为只有这部分是负责乳化，因而不稳定。在酸化乳品饮料中，蛋白颗粒之间的库仑排斥力应该是强大到足以让它们（也包括较重的粒子）悬浮，果胶含量应该和更高数量的小酪蛋白颗粒保持系统的稳定。一个分布不均匀的粒度会加剧弱凝胶之间的张力。已知LMP形成一个复杂的B-乳球蛋白和果胶。HMP相互作用低于乳清蛋白。此外，复杂的形成对离子的强度很敏感，从而影响B-乳球蛋白和果胶之间的静电相互作用。同样，钠酪蛋白果胶稳定性随离子强度增加而降低。总结本研究的目的是评估蛋白质粒子的粒度分布酸化牛奶果胶系统的稳定性的影响。蛋白质粒子的大小随均质压力不同而不同。其它重要的因素，如系统中离子的成分和强度以及蛋白质的历程，特别是预热条件也要考虑在内。2.材料和方法在试点工厂中样品的制备用以下连续过程中的步骤。在90°下热处理6分钟后，牛奶与培养物709在42°下酸化3小时。与此同时，HMP与蔗糖在干燥条件下以1-13.4重量比混合，并在室温下搅拌2.5小时。然后加入酸化奶，降低搅拌速度，搅拌15分钟。同时，pH值用0.05％柠檬酸调整为4.0。一次抽取123LHA1流量，通过在25°条件下均质，随之在73°下进行巴氏消毒20秒。均质压力从20至80兆帕进行变化，控制每次压力变化为两分钟。来自于同一批次的每个均质样品进行瓶装。均质机是三柱塞高压阀门开关的类型。使用两种不同的牛奶系统：（a）酪蛋白系统：脱脂牛奶由跨膜压力微滤和超滤结合处理。微滤的截留物再由超滤渗透五次，从而使酪蛋白溶液获得纯度为99.2%的酪蛋白总蛋白含量。（b）牛奶系统：商业级脱脂牛奶，无系统进一步的加工。总蛋白含量约3.3％（W/W）。系统下调蛋白准备与水1:1稀释。离子成分和乳糖含量可能使用超滤渗透来代替水。样本在4摄氏度下保存24小时。蛋白质粒度的分布由光散射所决定。未稀释的样品在磁力搅拌器条件下进行搅拌2分钟，与它们在装备中稀释前进行测量对比。用Fraunhofer理论对1毫米和1000毫米之间的粒子在750纳米的激光下进行了分析。用PIDS分析介于0.1至1毫米的微粒。米氏理论为1.41折射率的方法。平均直径不超过分布在10％端最大的粒子体积被视为蛋白簇的大小。取牛奶中的蛋白质果胶沉淀3000克进行离心20分钟。对倾斜离心管倒置5分钟后所收集的上清液的沉积物进行称量。根据斯托克斯定律，沉降速度应该受到粒子直径平方的影响。它是由Turbiscan所确定的，通过测量各种样品在试管中一定高度的浑浊度与时间的函数。完成所有的测量都是在对同一实验进行相同的探讨。数字中的误差线显示出标准偏差。采用控制应力流变仪中搅拌容器的几何参数来完成小变形流变振动。取酸性乳饮料32毫升来充满测量设备。为了测试弱凝胶结构的存在，振荡频率被定为0.1Hz和样品剪切后的定义4.1Â10À3Pa。3.结果和讨论3.1.凝胶特性牛奶系统中的凝胶特性首先被确定。图一显示了在剪切定义样品后，酸性乳饮料系统的流变学特性发生了小的变化。最初的损耗模量G00比储能模量G0具有更高的价值表明粘性主导着系统。然而，在剪应力被除去后，系统会重建一个弱凝胶结构，当可以看出G0的增长大于G00。这是由BoulenguerandLaurent一致提出的稳定机制。图一：稳定果胶酸乳体系储存和损耗模量图二：在含有1.2%牛奶蛋白和在在储存过程中以100/s剪切3分0.32%果胶的酸乳体系中以钟，该系统含有1.2%蛋白质，0.3%不同均质压力离心沉降速果胶和5%蔗糖，以0.1hz震荡，压度和量以turbimetry计量力0.0041pa,10度菱形：沉积量方形：沉积速率在10℃和3000克离心20分钟后，用稳定的百分比表示沉积物的形成。此外，选择样品的沉降速度由turbimetry计量。从图二中可以看出这两个独自方法的结果一致，这里作为一个例子，系统显示1.2％和0.3％的蛋白质果胶的数据。在这个系统中，均质压力的增加导致沉积物的减少和沉降速度降低。一个相对于更激烈的均质作用会导致小蛋白粒子数量的增加，因此，需要较多的果胶来充分地覆盖所有粒子从而获得一个稳定的系统。由于在本实验中使用该系统保持均质化的稳定后，很显然提供足够的果胶来稳定酸性乳蛋白系统。不同蛋白质系统沉积物和颗粒粒度分析：果胶比例3.2.粒径的影响表一显示出离心沉积物的量和在不同牛奶蛋白果胶的比例中蛋白质成簇的大小以及在不同均质压力下的生产。覆盖酪蛋白颗粒之间的絮凝现象发生在低果胶含量，MarozieneanddeKruif(2000)得出结论：在果胶含量中，通过这种现象中粒径增加的是最大的，等于蛋白颗粒50％的覆盖率所需的量。这一发现证实了我们的实验，通过减少3.2％蛋白质系统中果胶的含量。在这些条件下，在45MPa的均质压力下，发现沉积物的含量比标准高出三倍。簇的大小以及Sauter直径随着均质压力增加而增加。这可能是由于小颗粒从新成簇不稳定造成的，因为在单级均质后缺乏足够数量的果胶。在系统中3.2％的牛奶蛋白质和在较高均质压力下0.32％果胶也发现了类似的情况。然而，这里的粒度分布有双峰特点也被BoulenguerandLaurent(2003)所发现。依据Glahn（1982）的观点，只有较大的颗粒会造成不稳定。因此，Sauter直径与沉积物量的多少没有关系，但是d90;3值作为一尺度还衡量簇的大小。LaurentandBoulenguer(2003)表明在高蛋白系统和高果胶含量的凝胶网络不能足够快地建立来固定酪蛋白颗粒絮凝。在低蛋白含量（1.2％）和0.32％的果胶的第三个系统中，沉积物量的和簇的尺寸随着均质压力而减小。低蛋白质含量明显允许在单步均质中簇建立减少。随着均质压力的增加，沉积物的量减少表明，在均质的过程中，果胶链和蛋白颗粒开始发生反应。在酪蛋白粒子中将会建成一个多层的果胶，从而防止这些粒子再积聚。总括而言，在低蛋白、高果胶结合，较高的均质压力可增加酸性乳饮料稳定性。图三：含有3.2%的牛奶蛋白质和0.32%的果胶酸乳系统中离心所获的沉积物量的变化3.3.电子的相互作用除了弱凝胶的形成，影响酸化牛奶系统的稳定性是由电吸附到酪蛋白颗粒的果胶造成的。果胶取代丢失的水化壳在较高的pH值如6.8下可稳定酪蛋白胶束。为了模拟这水化稳定的损失，离子强度在3.2％蛋白质和0.32％果胶的系统中增加。如同“盐析”的效果，在高离子强度下沉淀物增加。如上所述，这种蛋白质和果胶的比例，凝胶网络不能足够快地建立来固定酪蛋白颗粒絮凝。在准备果胶溶液时，用乳清来代替水，离子的强度增加一倍。然后蛋白质溶液和果胶溶液1比1混合。因此，双电层被压缩，在净相互作用能中范德华吸引力会变得更加重要。这表明在高蛋白质和果胶使用水代替超滤渗透对果胶/牛奶蛋白系统的稳定性可能是有益的。在系统中有预热和无预热沉积物颗粒大小分析3.4.蛋白质成分及乳清蛋白质工艺历史天然的蛋白质对稳定性也起到重要的作用。表2显示了沉淀和簇的大小值与系统中不同的蛋白质组成及均质压力在20和70兆帕有关。这两种系统是基于超滤渗透。相对于第一样本中只将纯化的本身酪蛋白作为蛋白源，在第二样本中蛋白质成分，如牛奶中80％的酪蛋白和20％乳清蛋白。尽管簇的大小差异没有区别，但可以发现A与B的沉积物在常用均质压力20兆帕的情况下。脱脂牛奶系统显示压力水平值略低70兆帕。在所有显示的样品中，蛋白质溶液预热前在90摄氏度下酸化6分钟。在酸奶的制作工艺中，预热是进一步提高凝胶的强度。葡萄糖酸内酯诱导乳凝胶结果显示，成胶和凝胶强度通过预热最大转移到较高的pH值。在90℃的加热过程中，乳清蛋白展开，并通过二硫键结合酪蛋白胶束，即在B-乳球蛋白和k-酪蛋白之间的混合物。在发酵奶制品中，变性乳清蛋白和酪蛋白复合物，水的结合能力增加。这表明蛋白质颗粒的电荷密度较高。图3所示，净相互作用能影响酸化奶系统的稳定性。为了证明电荷密度的影响，预热过程中省略了牛奶蛋白含量为1.2％和3.2％的两个样品。在预热和非预热样品中有一明显的区别，预热进一步增强稳定性。预热阶段使乳清蛋白展开以及与其它没有胶体存在的蛋白质作用。相反，非预热系统中，在均质过程中有活性SH-组蛋白质存在，随之进行巴氏灭菌。Zaleska,Ring,andTomasik(2000)表明：参与蛋白质肽键和果胶羧基的形成也是有可能的。乳清蛋白和果胶之间的相互作用，减小后者的稳定性，能解释我们的结果。4.结论为酸化奶系统的稳定性，低果胶浓度是必要的。如果果胶的添加量增加，可以通过增加均质压力进一步提高稳定性。然而，果胶含量系统与增加的小颗粒数量的最低要求相接近，作为一个可能减少稳定性的强烈均质作用的结果。稳定性的一个先决条件是果胶与蛋白颗粒的相互作用。不仅离子的成分和强度，牛奶蛋白的工艺，特别是加热阶段，在反应中很重要。在加入果胶前，预热可进一步提高乳清蛋白的稳定性。致谢这一研究项目/工作得到了FEI(ForschungskreisderErna.hrungsindustriee.V.,Bonn),theAiFandtheMinistryofEconomicsandLabour.ProjectNo.:AiF-FV12779N的支持。同时，特别感谢DaniscoCultor,Denmark提供果胶。