（食品科学与工程专业论文）乳清浓缩蛋白对酸奶品质特性影响的研究.pdf

中国农业大学硕士学位论文摘要 摘要 乳清蛋白是千酪生产的副产品( 乳清) 经浓缩、超滤、脱盐和喷雾干燥等工艺而得的产品。 它是一种较有营养价值的原料，并且具有许多独特的功能性质。本文研究了使用乳清浓缩蛋白 w p c 3 5 0 3 和w p c 8 2 0 0 生产酸奶，对酸奶发酵和储藏过程中品质特性的影响，包括p h 值、滴 定酸度、表观粘度、保水率、乳酸菌总数、凝胶的微观结构以及破断强度等，并做了感官评价。 主要得出了以下结论： 1 ，使用w p c 3 5 0 3 部分替代全脂奶粉( w m p ) 生产酸奶时( 乳固形物含量1 2 和蛋白含量2 4 两种方法) 当替代率为1 1 1 2 0 时( 质量分数) ，可以减缓储藏过程中p h 值和滴定酸度的变化， 并使酸奶具有较高的表观粘度、保水率及凝胶破断强度，并具有较好的感官效果，同时，凝胶微 观结构也变得较为致密。 2 使用w p c 一8 2 0 0 部分替代w m p ( 蛋白含量2 4 ) 和w m p 一脱脂奶粉( s m p ) 混合物( 脂 肪含量1 2 、蛋白含量3 。5 ) 生产酸奶时。当w p c - 8 2 0 0 替代率为3 8 1 7 2 时，酸奶在储藏过 程中具有较低的p h 值和滴定酸度。同时，使酸奶具有较高的保水率、凝胶破断强度以及较好的 感观效果，凝胶微观结构也变得较为致密。但随着w p c 一8 2 0 0 替代率的增加，酸奶的表观粘度总 体下降的趋势。 3 从总体上看，使用w p c - 3 5 0 3 或w p c 8 2 0 0 替代w m p 和或s m p 生产酸奶，对酸奶中乳 酸菌总数没有明显影响。 4 使用w p c 一8 2 0 0 强化新鲜牛奶生产酸奶( 添加量o 5 ) ，酸奶凝胶具有较高的破断强度， 破乳后的具有较高的表观粘度和保水率。但观测不到其对组织结构的影响。 关键词：酸奶，乳清浓缩蛋白，理化特性。乳酸菌，微观结构 a b s t r a c t w h e vp r o t e i nc o n c e n t r a t e ( w e c ) i so r i g i n a t e df r o mw h e yw h i c h i sb y - p r o d u c ti nt h ep r o d u c t i o no f c h e e s e w p ci sg e n e r a l l yp r o c e s s e db yc o n c e n t r a t i o n ，u l t r a f l l t r a t i o n ，d e m i n e r a l i z a t i o na n ds p r a yd r y i n g i ti s i n d u s t r ym a t e r i a lo f r i c hn u t r i t i o nv a l u ea n dm a n ys p e c i a lf u n c t i o n s i n f l u e n c eo f q u a l i t y c h a r a c t e r i s t i c so f y o 曲u n sw i t hw p c 3 5 0 3a n dw p c - 8 2 0 0w e r ei n v e s t i g a t e dd u r i n gf e r m e n m t i o n a n d s t o r a g e ，i n c l u d i n gp h ，a c i d i t y , a p p a r e n tv i s c o s i t y , w a t e r - h o l d i n gc a p a c i t y ( w h c ) ，c o u n t so f l a c t o b a c i l l u s ，s e n s o r ye v a l u a t i o n ，m i c r o s t r u c t u r ea n d t e x t u r e p r o f d eo f g e l ( w h e n t h e y o g h u r ts t r u c t m e i s n o ta f f e c t e d 、t h ep r i m a r yr e s u l t sa i ea sf o l l o w s ： 1 t h eu s eo fw p c - 3 5 0 3a sp a n i a ls u b s t i t u t e sf o rw h o l em i l kp o w d e r ( w m p ) i i ly o g h u r t m a n u f a c t u r e ( m a i n t a i n i n gt h ef i n a lt o t a ls o l i d sc o n c e n t r a t i o no f1 2 a n d t h et o t a lp r o t e i nc o n c e n t r a t i o n o f 2 4 i nt h ef i n a ly o g h u r t ) w h e nt h er a t i oo fs u b s t i t u t i o ni sb e t w e e n1 1 1 - 2 0 ( m a s sf r a c t i o n ) ，t h e c h a n g e so fp ha n da c i d i t ys l o wd o w n ，y o g h u r te x h i b i t s ah i g h e ra p p a r e n tv i s c o s i t y , w h ca n d f r a c t u r a b i l i t yo fg e lt h a nc o n t r o ly o g h u r t ，a l s op r o v i d e si n t e r e s t i n gs e n s o r yp r o p e r t i e s ad e n s e r m i e r o s t r u c t u r ew a sf o r m e dt h a nc o n t r o ly o g h u r t t h e r ew a sn or e m a r k a b l ei n f l u e n c eo np ha n da c i d i t y 2 t h e o s e o f w p c ，8 2 0 0a s p a r t i a ls u b s t i t u t e s f o r w m p ( t h e t o t a l p r o t e i nc o n t e n ta t ac o n s t a n t 2 q a n db l e n d so fw v l p - s k i mm i l kp o w d e r ，s m e ) i ny o g h u r tm a n u f a c t u r e ( f a tc o n t e n ta tac o n s t a n t1 2 a n dt h et o t a lp r o t e i nc o n t e n ta tac o n s t a n t 3 5 i nt h ef i n a ly o g h u r t ) w h e nt h er a t i oo fs u b s t i t u t i o ni s b e t w e e n3 8 1 - 7 2 ( m a s sf r a c t i o n ) 。y o g h u r t se x h i b i t sal o w e ra c i d i t ya n dp ht h a nc o n t r o ly o g h u r t , a l s o i n c r e a s e dt h ew h c ，b r e a k i n gf o r c eo fg e la n dp r o v i d e si n t e r e s t i n gs e n s o r yp r o p e r t i e s ( w h e nt h er a t i oo f s u b s t i t u t i o nr e a c h e d8 1 t h es c o r e so fs e n s o r ye v a l u a t i o nd e c r e a s e d ) ac o m p a c tm i e r o s t r u c t u r ei s f o r m e da tt h es a m et i m e ，b u ta p p a r e n tv i s c o s i t yo f y o g h u r td e c r e a s e di nt h em a s s 3 t h e r ew a sn oi n f l u e n c eo nt h ec o m l t so fl a c t o b a c i l l u sw h e ny o g h u r tw a sm a n u f a c t u r e dw i t l l b l e n do f w p c 一3 5 0 3 w p c 8 2 0 0a n dw m p s m p 4 y o g h u r tf o r t i f i e dw i t hw p c - 8 2 0 0 ( 0 5 ) ，e x h i b i t sh i g h e rb r e a k i n gf o r c e ，a p p a r e n tv i s c o s i t ya n d w h ct h a ny o g h u r t sp r e p a r e dw i t hf r e s hm i l k ，b u tt h ei n f l u e n c eo nt h em i c r o s t r u c t u r ei s n tf o u n d k e yw o r d s ：y o g h u r t ，w h e yp r o t e i nc o n c e n t r a t e ，p h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e s ，l a c t o b a c i l l u s ， m i c r a s t r u c t u r e 独创性声明 、， - l 9 3 8 5 5 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 程铝辉 时间： 2 ， 年石月2 - 0 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名： 程铝獬 时间：2 0 06 年彳月却曰 时间：卅年月日 席 ，影 秒1 1 1 、 名签 师 导 1 1 酸奶简介 第一章绪论 酸奶现已成为风靡世界的发酵乳制品，其有益于人类健康并有丰富的营养价值这一观念在许 多文明国度里已存在了较长时间。 酸奶是以牛乳或乳制品为原料，经均质( 或不均质) 、杀菌( 或灭菌) 、冷却后，加入特定的微 生物发酵剂而制成的产品。由于乳酸菌的发酵作用，使营养成分比牛乳更趋完善，较易于消化吸 收( 张延利，唐秀敏，1 9 9 7 ) 。它是一个极好地体现牛奶所有优点的食品体系，它能通过配方设计 和加工最大限度地降低脂肪和乳糖含量，强化蛋白质和矿物质含量。同时它也是一种极佳的保健 食品。尤其适合作为婴幼儿辅助食品和老年人食品。另外，酸奶中加入香精和果料后能呈现出令 各年龄段的消费者都喜欢的口味。所以，现在酸奶被认为是益生菌和健康的生物活性物质最理想 的转化媒介。另外，它还包含了一些潜在的乳清组分，如乳铁蛋白、乳过氧化物酶等生物活性物质 ( l a g r a n g e ，1 9 9 9 ) 。因此，近年来，酸奶生产在我国发展较快，销售量逐年上升。 酸奶凝胶结构的形成是由于发酵过程中微生物在生长代谢过程中分解乳糖产生乳酸，随着酸 度的增加，酪蛋白颗粒逐渐失去所带的负电荷。当p a 值达到4 6 时( 即酪蛋白的等电点) ，酪蛋 白凝结，并形成一个三维空间网络结构。然后它与各种成分( 包括水分) 结合成一体而形成凝胶 结构( 惠艺，1 9 9 8 ) ，即我们所见到的酸奶凝胶网络结构。 当前，人们对营养健康食品的认识和兴趣在世界范围迅速提高。在饮食中，乳制品的营养价 值已被科学确认。随着钙、优质蛋白、生物活性物质以及益生菌对健康的重要性日益被人们所认 识，牛奶和酸奶独特的营养和保健价值正在被越来越多的人所认同。 1 1 1 酸奶的营养保健价值 ( 1 ) 酸奶中的碳水化合物容易消化 牛乳中的碳水化合物以乳糖为主，约占4 5 ，制成酸奶后有2 0 - - 3 0 变为乳酸及其它有机酸， 如苯甲酸、柠檬酸、醋酸及酪酸等。产生的酸味物质除供给机体能源外，还有以下营养和生理效 果：提高乳的保存性：增加乳的爽快风味；抑制有害微生物的繁殖；促进胃肠蠕动和胃液分泌； 提高机体对c a 、p 、f e 的吸收利用。此外，乳糖还有部分分解为葡萄糖和半乳糖，除供给能源外， 半乳糖可参与脑苷脂和神经物质的合成，有助于婴幼儿脑和神经系统的发育。并且，由于乳酸菌 的发酵作用，酸奶中乳糖含量大大降低，g a l l a g h e r ( 1 9 7 4 ) j i j f 究表明人们对酸奶中乳糖的利用率高 于牛奶中的乳糖利用率，从而减轻乳糖的不耐受症状。此外乳酸菌的抗癌作用也有不少报道。 ( 2 ) 酸奶中蛋白质易于吸收 牛乳中蛋白质经过乳酸菌的发酵，可变为微细的凝块，易于消化。游离氨基酸约比牛奶增加 4 倍。多肽类也增多，从而容易受消化酶作用，易于吸收。如果将酸奶按干物质计算，其中1 为乳酸菌菌体细胞，这种菌体细胞中的蛋白质含必需氨基酸丰富，营养价值较高。 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 ( 3 ) 营养食品 酸奶中含有丰富的脂溶性维生素如v a 、b 瑚萝 素、v e 、v 。，由于乳酸菌的发酵作用，可 合成大量的b 族维生素如v b l 、v b 2 、v b 5 等。矿物元素中k 和p 含量较多，f e 和i 稍低。 ( 4 ) 胆固醇与脂肪的代谢优于牛乳 酸奶中约含3 的脂肪，其脂肪球小，易于消化；低级脂肪酸高而容易代谢：必需脂肪酸含 量较多；乳脂中的磷脂能促进脂肪乳化，调节胆固醇浓度。另外，酸奶中脂类因受乳酸菌脂酶的 作用，不仅产生少量的游离脂肪酸，而且脂肪的组成发生变化，易于消化吸收。 ( 5 ) 提高钙、磷利用率，促进铁和v d 的吸收 钙是牛奶中含量最多的矿物质，也是机体中的一种主要组成成分；而v d 、乳糖、磷和精氨 酸等影响肠道对钙的吸收。发酵乳制品可以满足v 。以外的所有条件，是补充钙的良好食品。 ( 6 ) 酸奶能维持肠道菌群生态平衡 酸奶是乳酸杆菌和双歧杆菌等乳酸菌的有效载体，使其进入肠道的过程中存活率提高( 韩雪， 孙冰，2 0 0 3 ) 。人体衰老和人体肠内菌群有较大关系，乳酸菌属于有益菌群，乳酸菌菌体细胞中 的蛋白质，含丰富的必需氨基酸，提高了菌体的营养价值和生理效果。它可以解除肠内菌群不良 作用，增强良好作用，同时抑制腐败产物，防止产气，防止外来菌感染，增强人体免疫力，避免 了疾病的发生( 于学军，1 9 8 8 ) 。l i d b e c k ( 1 9 9 2 ) 还证实乳酸杆菌能预防放疗引起的腹泻。 ( 7 ) 酸奶对疾病起辅助治疗作用 酸奶中大量易消化的蛋白质及乳酸可以缓解胃病，易于长期食用。而且酸奶易于吸收，较适 合糖尿病人食用，也是保护肝脏的最佳食品。将乳酸菌用于保健食品，可以增强机体对致病菌的 抵抗力，防止腹泻、痢疾、便秘，以及由于肠道紊乱所引起的多种疾病。 1 1 ，2 酸奶的生产及发展趋势 酸奶基于以下几个方面分为不同的类型： ( 1 ) 依据化学成分和脂肪含量对产品进行分类，可以分为：全脂、半脂中脂、脱脂，低脂； ( 2 ) 依据产品的物理性质，可以分为：凝固型、搅拌型或液态型饮用型，后者被认为是低 黏度的搅拌型酸乳； ( 3 ) 依据产品的风味，可以分为：纯的天然型、果料型或调味型，后两种类型通常是甜的； ( 4 ) 后发酵过程( 添加维生素或进行热处理) ( t a r m n e ，1 9 9 2 ) 。 最常见的酸奶为凝固型和搅拌型两种。搅拌型酸奶，又名液体酸奶，是近几年来国际上较为 风行的一种乳制品。它在制作上与凝固型酸奶不同点是将凝固好的酸奶，通过机械或人工方法进 行搅拌( 使其变成糊状) ，装入瓶中或其它容器中而制成的。搅拌型酸奶是从上世纪9 0 年代以来 逐渐发展起来的，目前我国酸奶主要以搅拌型酸奶为主，传统的凝固型居次。 在世界各地给酸奶生产提供高品质的原料是完全可行的。在符合政府法规的条件下，酸奶生 产厂家能够采用多种方式将高附加值的原料加入其产品中。由丁乳清产品的功能和营养特性，从 甜性乳清粉t u g l 清浓缩蛋f = i 以及多种乳清组分已在世界各地被越来越多地应用于酸奶生产中 ( l a 铲a n g e ，1 9 9 9 ) a 产品开发人员在设计酸奶配方时，有许多种选择方案，以使他们的产品能最好地满足消费者对 2 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 产品营养和健康、外观、口感和组织状态的期望。他们可以选择不同的乳品配料、稳定剂、发酵 帮菌种和香料、调整配料的用量改进生产工艺。乳清产品能在酸奶配方中提供非脂乳固体，并改 进产品的品质因此已经被一些大型乳品企业应用于产品生产中。 1 2 乳清产品种类及生产情况 乳清是从干酪或者干酪素生产中得到的副产品。牛奶乳清呈淡黄绿色，有轻微的酸味。在干 酪生产中，大约5 0 的乳固体被排出的乳清所带走，这其中包含大部分的乳糖，水溶性矿物质和 维生素，以及2 0 的牛奶蛋白质。这些成分使其拥有了良好的营养和感观价值( h a h 和i g l e s i a s 。 1 9 9 7 ) 。根据所生产的干酪品种的不同，可以将乳清液制成酸性乳清粉和甜性乳清粉。 乳清粉是指将经巴氏杀菌、没有添加任何防腐剂的新鲜乳清经过脱脂( 或脱盐) 、超滤( 或 结晶、沉淀、反渗透等其他物理分离手段) 、喷雾干燥所得到的产品。乳清粉含有新鲜乳清除水 分以外的所有成分，并且其比例不变。 1 2 1 乳清的分类 1 2 1 1 乳清粉 ( 1 ) 甜乳清粉主要来自契达干酪( c h e d d a r ) 、瑞士千酪( s w i s s ) 、奠泽瑞拉干酪( m o z z a r e l l a ) 等品 种，甜性乳清粉酸度低( 最大滴定酸度为0 1 6 ，以乳酸计) ，乳糖的百分含量高，钙含量低。 ( 2 ) 酸性乳清粉主要来自农家干酪和f i c o f l a 干酪等品种，酸性乳清粉与甜性乳清粉相比具 有较高的滴定酸度( 不低于o 3 5 ，以乳酸计) 、较低的乳糖含量、较高的钙含量以及不同的矿物 质组成。 1 2 1 2 脱盐乳清粉 脱盐乳清粉( 或低盐乳清粉) 是指从巴氏杀菌的乳清中去掉一部分矿物质后，再经过沉淀或 过滤、渗析、喷雾干燥而制成的乳清粉。通常的脱盐率分别为2 5 、4 0 、7 0 、9 0 ，干粉中 灰分含量不超过7 。 1 2 1 3 乳清浓缩蛋白 乳清浓缩蛋白( w h e yp r o t e i nc o n c e n t r a t e ，w p c ) 是指从巴氏杀菌的乳清中充分去除非蛋白成 分，再经过沉淀或过滤、渗析、喷雾干燥而制成的产品，最终干燥产品中含有超过2 5 蛋白质的 乳清产品。 根据最终产品中的蛋白质的含凳不同分为：乳清浓缩蛋白w p c 3 4 、乳清浓缩蛋白w p c 一5 0 、 乳清浓缩蛋白w p c j 8 0 等。 1 2 1 4 乳清分离蛋白 乳清分离蛋白是指从乳清中充分去除非蛋白组分，使得摄终干燥产品中的蛋白含量达到9 0 以上的乳清产品。 1 2 1 5 乳清活性蛋白粉 乳清中含有许多具有生物功能活性的蛋自组分，包括乳铁蛋自、免疫球蛋白和乳白蛋白等， 根据不同的分离工艺得到不同的分离蛋白，经过低温喷雾干燥或冷冻干燥等非失活热处理工艺制 中国农业大学硕士学位论文第一章绪论 成的粉状产品，即乳铁蛋白粉、免疫球蛋白粉、乳白蛋白粉。 乳清蛋白是利用现代生产工艺由牛奶中提取出来的蛋白质，牛奶中8 7 是水，1 3 固体中 3 7 是乳糖，3 0 是脂肪，2 7 是乳蛋白，6 是矿物质。而乳蛋白中只有2 0 是乳清蛋白，8 0 都是酪蛋白。它经过澄清、超滤、二次过滤、干燥等过程后就得到乳清浓缩蛋白。乳清蛋白的胆 固醇、脂肪和乳糖含量低，易消化，易吸收，与其它蛋白质比较，具有较高的生物利用价值。生 产工艺可影响乳清蛋白的功效，低温、膜超滤技术提取的未变性乳清蛋白的活性和功效较好( 关 路，李跃敏，2 0 0 3 ) 。 表1 - 1 乳清蛋白制品的种类和组成( ) t a b l e l - 1c a t e g o r ya n dc o m p o s i n g o f p r o d u c t s o r i g i n a t e d f m m w h e y p r o t e i n ( ) 注：1 裹示乳清糟根据来源及加工条件不同分为很多中这里只列出了典型乳清粉的成分硬组成 1 3 乳清蛋白的功能及营养特征 1 3 1 乳清蛋白组成成分及生理功能 1 3 1 1 乳清蛋白组成成分 表1 - 2 乳清蛋白主要成分及其作用 t a b l e l - 2i n g r e d i e n t sa n df u n c t i o n so f w h e y p r o t e i n 睢乳球蛋白 具有较强的与松香油和脂肪酸结合的能力 卵白蛋白，持水性也较好( 于学军1 9 8 8 一般被用作功能性配料使用，胶凝性优于 谢纯刚，2 0 0 0 ；l a g r a n g e 、1 9 9 9 ) 乳铁蛋白 活性包括抗细菌性、抑制游离基形成、铁质转移、促进细胞生长、抗氧化性等( 刘正 冬，2 0 0 2 ；李树芹，2 0 0 0 ) 乳过氧化酶 是一种天然杀微生物剂，也是一种抗细菌剂( 汪河，王文智，1 9 9 8 ) 生长因子 治疗肠道疾病和修补伤口( 赵谋明，1 9 9 4 ) 4 乳清蛋白( w p c ) 依过滤程度不同。蛋白浓度从2 5 - 9 0 不等，而乳清分离蛋f l ( w p l ) 的蛋白含 量则高达9 0 以上。乳清蛋白主要由p - 乳球蛋白、m 乳白蛋白、免疫球蛋白、牛血清蛋白等组成， 此外还含有一些具有生物活性的微量成分，包括乳铁蛋白、乳过氧化物酶、溶菌酶、酪蛋白巨肽、 脂肪球膜蛋白、生长因子等( 陈陶声，1 9 9 2 ) 。正是这些成分提供了乳清蛋白卓越的价值。 图i - 1 乳清蛋白的成分图 t a b l e l - 1i n g r c d i e n t so f w h e yp r o t e i n 1 3 1 2 乳清蛋白的生理功能 乳清蛋白有许多生理功能，它可以： ( i ) 降低癌症的发病率 乳清蛋白中的* 乳白蛋白能抑制细胞的分裂，根据模型实验发现，发酵过程中产生的生物活 性肽能有效地减少细胞培养基中细胞的数量。有研究指出，结肠癌发病率的降低和酸奶消费之间 可能存在着一定的关系。 ( 2 ) 增强人体免疫力 具有生物活性的w p c ，未经热处理变性时，可为h i v 阳性病人的食谱提供大量蛋白质，使 病人能够恢复体重( 郭本恒，2 0 0 1 ) 。 ( 3 ) 促进骨骼生长 在组织培养研究中发现，w p c 能促进成骨细胞( 形成骨质的细胞) 的生长繁殖。乳清蛋白 对骨细胞的促进作用不受热处理或消化酶作用的影响( 汪河，王文智，1 9 9 8 ) 。 1 3 2 乳清蛋白营养特征 通常对食物蛋白的蛋白价值进行评价时可以使用以下3 个指标：生物值( b v ) 、净蛋白质利用 率( n p u ) 和蛋白质效率比( p e r ) 。这些指标与蛋白质的浓度和必需氨基酸的生物利用性有关。在表 1 - 3 中将牛乳和乳清蛋白的b v 、p e r 和n p u 与其他的食用蛋白进行了对比。酪蛋自和乳清蛋白 有显著的不同，乳清蛋白的生物值最高，甚至比全蛋蛋白还要高。对于乳清组分来说，n 一乳白蛋 白的p e r 值为4 ，p 一乳球蛋白的p e r 值是3 5 。科学研究证实乳清蛋白不仅易于被消化吸收，而 且他们的必需氨基酸组成完全符合或超出f a o w h o 要求( 万国余，1 9 9 1 ) 。 5 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 表l - 3 乳清蛋白与其他蛋白的蛋白价值的比较( 郭本恒，2 0 0 3 ) t a b l e l - 3c o m p a r i n gt h ev a l u eo f w h c yp r o t e i na n do t h e rp r o t e i n s 食物蛋白b vp e rn p u食物蛋白b vp e rn p u 全蛋蛋白 1 0 03 89 4大豆蛋白7 42 16 1 牛乳蛋白9 13 18 2马铃薯蛋白7 l 酪蛋白7 72 97 6大米蛋白5 92 05 7 乳清蛋白 1 0 43 69 2 小麦蛋白 5 41 54 1 牛肉蛋白8 02 97 3 豆蛋白 4 91 43 9 1 4 乳清蛋白开发利用及研究现状 1 4 1 乳清蛋白的功能特性 ( 1 ) 成胶性。乳清蛋白加热可形成热诱导性凝胶，并保持大量水分。在成胶作用过程中， 乳清蛋白形成一种网络结构，使水分镶嵌在其微小的空隙中。乳清蛋白加热到6 5 c 左右开始成胶， 蛋白质质量分数为1 0 1 2 ，温度为7 0 9 0 c ，酸性条件( p h 值为4 乱6 o ) 是成胶的最佳条件。 在水溶液中蛋白质质量分数达到7 时，乳清蛋白开始成胶。在食品体系中，由于其它成分影响 了可利用的水分，因而乳清浓缩蛋白浓度达o 5 3 时就能形成凝胶( 刘通迅，1 9 9 6 ) 。 ( 2 ) 搅打起泡性。乳清蛋白在形成泡沫时具有表面活性作用。乳清蛋白的搅打性能使其成 为鸡蛋清的有效代用品。特别是低脂肪乳清浓缩蛋白，具有较高的泡沫膨胀性能，使起泡时间延 长。起泡性能在诸如冷冻甜食、蛋奶、奶糖和蛋白甜饼等食品中非常重要。 ( 3 ) 乳化性。乳清蛋白每个分子中既有亲水基团，又有疏水基团，其蛋白溶懈性好，能够 在相界面伸展和重排，能够乳化油和水。在水溶液中，亲水基团大多数分布于外侧，而呈现较好 的水溶性。这种结构赋予乳清蛋白极佳的表面活性和乳化稳定性。 乳清的乳化稳定性能是一个有价值的性质，在糖果、烘焙食品、乳和肉制品、色拉罐头、汤 和沙司中得到广泛的应用。在实际使用过程中，由于乳清蛋白以球蛋白为主，易受热变性，变性 的蛋白质分子相互作用力加强，会引起部分蛋白凝集成胶，影响乳清蛋白的活性作用。因此，乳 清蛋白通常只有在 6 0 ) ，还要进行超滤操作。 典型w p c 的蛋白含量是从3 4 - - 8 0 。 有报道总结了乳清粉和乳清蛋白浓缩物在食品和乳品工业中的应用。市场上有许多种粉状乳 清产品( 如w p c 、w p i 、乳清蛋白水解物w p h 、变性乳清蛋白、乳清蛋白组分和非蛋白氮产品) ， 它们各自所具有的特性与进行干燥前所采用的技术有关，如脱盐、去乳糖、乳清蛋白浓缩或直接 干燥( 宋立峰，2 0 0 5 ) 。 自从1 9 7 0 年以来一些研究者就着眼于在生产过程中添加牛奶乳清来强化酸奶。其工艺过 程包括增加牛奶的乳固型物含量以使产品具有较好的浓度。质地和乳脂状。p a t o c k a ( 1 9 9 3 ) 及h o l l a r ( 1 9 9 5 ) 报道了酸乳生产过程中乳清蛋白的热稳定性。根据t a m i m e 和r o b i n s o n ( 1 9 9 1 ) 的推荐，添 加到酸乳混合物中的乳清粉( w p ) 的量为1 - - 2 ，这是由于添加量过大会产生一种令人不快的乳清 味。 不过，也有报道称用来强化酸乳混合物的乳清蛋白粉的量在o 6 - 4 之间。在酸乳中强化乳 清蛋白粉，由于混合物中非脂乳固体( s n f ) 含量的提高和另外的蛋白质、磷酸盐、柠檬酸盐、乳 酸盐和其他各种成分的缓冲作用，乳的滴定酸度增高0 h r a l s t r a ，1 9 8 4 ) ，并且这种作用有可能缩短凝 胶形成时间。p e n n a ( 1 9 9 7 ) 研究表明发酵时问取决于脱盐乳清浓度；它随着脱盐乳清粉的增加而 线性降低。通常，用复原的s m p 与甜性乳清粉( w p ) 按7 5 ：2 5 的比例可生产出优质的酸乳( 固体 含量约为1 2 ) ( s h a h ，1 9 9 3 ) 。 很多学者都对用w p c 部分替代力强s m p 牛奶对酸奶结构和物理性质的影响进行了研究。 然而，得出的结果并不一致。b r o o m e ( 1 9 8 2 ) 和m a r i e ( 1 9 9 6 ) 报道用w p c ( 总乳固体大约1 4 ) 来强 化酸乳混合料，用量可达3 0 ，而不影响产品的质量。g r e i g 和h a r r i s ( 1 9 8 3 ) 发现，当用w p c 替 代4 0 的液态乳时，酸乳有“奶酪”气味，黏度降低口c o 0 1 ) ，而替代1 0 会得到理想的结果， g o n z a l e z - m a r l i n e z ( 2 0 0 2 ) 、p u v a n e n t h i r a n ( 2 0 0 2 ) $ 1a u g u s f i n ( 2 0 0 3 ) ，c h e n g0 0 0 0 ) 健道称使用w p c 部分替代s m p 会增加产品的破断强度和戚表观粘度。相反的，g u i n e e ( 1 9 9 5 ) 、g u z r n a n - g o n z a l e z ( 1 9 9 9 ) 和s o d i n i ( 2 0 0 5 ) 报道称用w p c 部分替代s m p 生产出的酸奶黏性与直接用s m p 生产的酸奶 相近或略有降低；j e l e n ( 1 9 8 7 ) 和m o m s ( 1 9 9 5 ) 报导添加w p c 对于酸奶的破断强度有较小或者基 本没有影响，而c u z i b a n g o r t z a l e z ( 1 9 9 9 ) ；m o d l e r ( 1 9 8 3 ) 报导添加w p c 会降低酸奶的凝胶破断强 度。研究人员关于持水能力也各持说法，g u z m a n g o n z a l e z ( 1 9 9 9 ) 、c h e n g ( 2 0 0 0 ) 、p u v a l l e n t h i r a l l ( 2 0 0 2 ) 和a u g u s t i n ( 2 0 0 3 ) 称含有w p c 的酸奶相比含有s m p 的酸奶有较好的持水能力。然而， g u i n e e ( 1 9 9 5 ) ，g o n z a l e z - m a r t i n e z ( 2 0 0 2 ) 等人却得出了相反的结论。关于酸奶凝胶结构的报道， g o n z a l e z - m a r t i n e z ( 2 0 0 2 ) 发现加入乳清后凝胶变得较疏松；p u v a n e n t h i r a n ( 2 0 0 2 ) 却发现加入乳清后 7 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 凝胶变得较致密。罗永康( 2 0 0 2 ，2 0 0 5 ) 发现用w p c 部分替代力口强w m p - - s m p 或牛奶生产酸 奶，酸奶的保水性、粘度、口感及组织状态均得到一定的改善和提高。 有研究者对在酸乳生产过程中应用液态w p c 部分替代脱脂乳进行了综述：大多数欧洲国家 法规并不一致，根据荷兰的法定技术条件所允许的用w p c 替代非脂乳固体( s n f ) 的最大量分别 为：饮用型酸乳1 0 、纯搅拌型酸乳2 0 、果料搅拌型酸乳3 0 ：在某些情况下酸乳的流变学和 感官性质得到改善，而在另外一些情况下风味却受到影响，这可能是由于；强化牛奶所用w p c 的含量不同和或在酸乳加工过程中所使用的工艺条件不同( d eb o e r 和k o e n m a d s ，1 9 8 7 ) 。然而， 在研究过程中，w p c 性质的变化不应当忽视。 在近几年，乳清生产工艺的优化已经改进了w p c 产品的一致性和功能特性。然而，乳清强 化酸奶功能特性上的差异可能会依然存在。因此，分析使用商业乳清( w p c 3 4 - w p c 一8 0 ) 强化酸 奶的特性，并决定各种w p c 理化特性的差异是否能导致酸奶性质的差异是目前急需要解决的问 题。 其它的研究测定了牛乳的浓度和混合处理温度对酸奶品质特性的影响。结果显示，在原料乳 中添加脱盐乳清粉，产品的均一性随着混合处理温度的增加和脱盐乳清粉的减少而降低。热处理 过程中乳清蛋白的变性率也影响着酸奶品质。s o d i n i ( 2 0 0 5 ) 报道，乳清变性率越高相应的酸奶的 表观粘度和破断强度就越低。k a i l a s a p a t h y ( 1 9 9 6 ) 报道称添加w p c 能使酸奶在较高p h 值时具有 较低的缓冲能力，在较低p h 值时具有较高的缓冲能力，因此对乳酸菌具有保护作用；a 1 d a b b a g h 和a l l a n ( 1 9 8 9 搬道乳中s n f 含量的不同，也影响了酸乳发酵剂的世代时间和细胞数量，对于德 氏乳杆菌保加利亚亚种( l a c t o b a c i l l u sd e l b r u e c k i ls u b s p e c i e sl a c t i s ，l b ) 和嗜热链球菌( s t r e p t o c o c c u s t h e r m o p h i l u s ，t s ) 的最适条件为s n f 含量分别是1 2 和1 4 。 大部分的研究者确认用w p c 来强化或部分替代脱脂奶粉对酸奶的发酵过程没有影响，这主 要是基于酸奶细菌数方面的表现。此外乳清中的矿物质和其它能抑制发酵荆的物质经过超滤已经 同乳清蛋白分离。其他的一些研究者报道超滤w p c 能加快酸奶发酵的速度，并能促进嗜热链球 菌和瑞士乳杆菌的生长，但是这种促进作用在工厂生产中并未发现( b m o m e ，1 9 8 2 ) 。 1 5 研究的目的和意义 乳清蛋白是由干酪生产过程中所产生的副产品乳清，经过特殊工艺浓缩精制而成的一类蛋白 质，具有丰富的营养价值。它们不仅容易消化，而且具有较高的生物学效价。乳清蛋白加入食品 中可以起到改善食品组织结构和流变学特性的作用，其作为食品的营养强化剂和组织改良剂使 用，亦可提高食品营养价值和改善其品质特性。 酸奶以其特有的营养价值和风味已受到越来越多消费者的青睐，在酸奶的配方中添加乳清蛋 白可以改善酸奶的风味和质地、减少乳清析出从而延长保质期，并且能够起到营养强化和益生元 作用a 此外，由于乳清蛋白相比全脂乳粉具有一定的价格优势。因此也可以降低生产成本。 本课题在国内外科学家研究的基础上，针对目前国内乳清浓缩蛋白在酸奶加工中的应用缺乏 理论依据及方法参考等问题，从酸奶本身品质特性上入手，以脱脂奶粉、全脂奶粉、乳清浓缩蛋 白w p c 一3 5 0 3 和w p c - 8 2 0 0 为基料，对不同加工类型酸奶的理化特性、微观结构以及微生物指标 进行比较，并进行了感官评定，以期确定在使用s m p ，w m p 生产酸奶过程中，乳清蛋白的适宣 中国农业大学硕士学位论文 第一章绪论 添加比例。 1 6 研究的主要内容 本课题以w m p 、s m p 、乳清浓缩蛋白w p c - 3 5 0 3 和w p c 8 2 0 0 为基料进行研究，主要研究 内容如下： 1 分析发酵剂添加量对酸奶理化特性的影响； 2 分析乳清浓缩蛋a ( w p c 3 5 0 3 和w p c 一8 2 0 0 ) 囊j 搅拌型酸奶发酵及储藏过程中d h 值、滴 定酸度以及储藏过程中表观粘度、保水率以及微生物指标的影响，并进行感官评定； 3 分析乳清浓缩蛋白对凝固型酸奶凝胶破断强度以及微观结构的影响 4 确定在使用s m p ，w m p 生产酸奶过程中，乳清蛋白的适宜添加比例； 5 分析在鲜牛奶中加强w p c 8 2 0 0 对酸奶物理特性和显微结构的影响。 9 中国农业大学硕士学位论文 第二章实验材料与方法 2 1 实验材料及试剂 第二章实验材料与方法 全脂奶粉 脱脂奶粉 乳清浓缩蛋白w p c - - 3 5 耐热型 乳清浓缩蛋白w p c - - 8 0 耐热型 直投式发酵剂e z a ld r i e dm y 9 0 0 m r s 培养基 n a o h 酚酞 酒精 戊二醛 磷酸盐缓冲液 邻苯二甲酸氢钾缓冲溶 四氧化锇 2 2 实验仪器及设备 仪器名称 分析天平 天平 p h 计 恒温磁力搅拌器 高压均质机 恒温水浴锅 恒温水浴锅 台式离心机 电热恒温鼓风干燥箱 旋转式粘度剂 磁力搅拌器 压力蒸汽灭菌锅 生化培养箱 超净工作台 流变仪 冰箱 型号 n 2 2 0 t p 1 0 0 0 p h s 一2 5 7 8 w h 1 型 g y b6 0 6 s w 2 0 1 b h h s y 2 1 - n i t d l _ 4 0 b d h g 9 0 7 0 a n d j ，7 9 8 5 _ 2 型 y x q - s g 4 6 - 2 8 0 s u t h _ 2 5 0 d l c j - l f r t 2 0 0 2 d d b c d 2 4 8 t 1 0 北京银河路经贸有限公司提供 新西兰乳品局 d a i r y g o l d3 5 0 3 ，爱尔兰 p r o l i a n t8 2 0 0 ，美国 d a n i s c o 丹麦 北京双旋微生物培养基制品厂 北京化学试剂公司 北京化学试剂公司 北京化学试剂公司 北京化学试剂公司 北京化学试剂公司 北京化学试剂公司 北京化学试剂公司 生产厂家 s h i m a d z u ，日本 湖南湘仪天平仪器厂 上海雷磁仪器厂 江苏金坛荣华仪器制造有限公司 上海东华高压均质机厂 上海申生科技有限公司 北京长风仪器仪表公司 上海安亭科学仪器厂制造 上海一恒科技有限公司 同济大学机电厂 上海司乐仪器厂 上海博迅实业有限公司医疗设备厂 上海一恒科技有限公司 哈尔滨东联电子技术开发有限公司 r h e o t e c h 公司，日本 河南新乡新飞电器有限公司 电子镀膜仪i b 5h i t a c h i ，日本 临界点干燥仪 ( c f i f i c a lp o i n td d e o 扫描电子显微镜 ( s e m ) h c p - 2 s 一5 7 0 h 1 t a c h i ，日本 h i t a c h i ，日本 表2 - iw p c 主要成分及其含量( ) t a b l e 2 - 1c o n t e n to f i n g r e d i e n t si nw p c ( ) 2 3 实验方法 2 3 1 酸奶的制作工艺及检测指标 加入发酵剂 2 3 2 主要操作要点及原理 ( 1 ) 原料乳的制备 图2 - 1 实验流程图 t a b l e 2 - 1t h e p r o c e s s i n go f e x p e r i m e n t 中国农业大学硕士学位论文 第二章实验材料与方法 根据实验要求及原料奶标准化的标准，用乳清浓缩蛋白w p c 一3 5 0 3 或w p c 一8 2 0 0 部分代替 w m p 和或s m p 生产酸奶( 保持总固形物含量恒定或者蛋白含量恒定) ，在4 5 c - 5 0 c 的水温下， 将称重、干混好的奶粉和浓缩乳清蛋白混合物还原，并间歇式搅拌( 每搅拌5 m i n ，停顿5 m i n ) ， 保温4 5 m i n 以上，以使奶粉中的酪蛋白有充分的时间吸水湿润，彻底溶解。 ( 2 ) 加糖 待奶水合好后，在温度6 5 7 0 c 之间一边搅拌一边加入事先称好的糖( 一般加入量为4 一7 ) 。 加入后要继续搅拌1 0 - - - 1 5 m i n ，以使糖充分溶解。 ( 3 ) 均质 原料乳预热蛰j 6 0 - - , 7 0 c ，在1 5 2 0 m p a 压力( 一级压力i o m p a ，二级压力5 i o m p a ) 下将原料 乳进行两遍均质。均质处理除了分散脂肪，防止脂肪分层、上浮至酸奶表面，便于营养成分的消 化吸收外；还对提高蛋白质水合力有一定作用，减少脱水收缩。随着脂肪球的增加，酪蛋白附着 于脂肪球表面，结果使悬浮物总体积增加，这对增加搅拌型酸奶的稠度和稳定性起到一定的作用； 同时改善酸奶的光散射，使其看上去颜色较白，确保配料( 糖) 的均匀分布。 ( 4 ) 杀菌和冷却 均质后的原料乳覆盖保鲜膜后，采用9 0 , - 0 5 c ，5 - l o m i n 的杀菌工艺进行杀菌。在杀菌温度没 有达到要求时，要进行搅拌，以防止