（食品科学专业论文）凝固型原味酸奶质地及微观结构的研究.pdf

摘要 凝匍型酸奶制品在生产，贮藏和运输过程中常存在一些质量问题，例如乳清析出就极大 地影响了酸奶产品的质地与品质，直接关系到消费者对产品的可接受性。本研究通过系统地 分析确定了增稠剂、发酵温度、超声波处理、模拟运输以及贮藏等因素对凝固型原味酸奶 质地的影响程度，同时通过利_ h j 扫描电子显微镜观察其微观结构特征，进一步确定了凝固型 酸奶的微结构与质地之间存在的相关性。 通过研究不同增稠剂对凝同型酸奶质地特性的影响，发现当添加量为0 1 时，果胶、明 胶、耐酸c m c 、海藻酸钠分别提高了酸奶的硬度、黏度及内聚性，而槐豆胶、瓜尔豆胶、魔 芋腔、卡拉胶则降低了这些性质，其中只有明胶、果胶降低了酸奶的乳清析出率。当添加量 增人n o 1 5 时，明胶、果胶对酸奶质地的影响呈上升趋势，而海藻酸钠、耐酸c m c 、瓜尔 豆胶则表现为下降。将两种增稠剂按优选的比例进行复合调配使用，结果卡拉胶与槐豆胶之 间表现出明显的协同增效性，改善了酸奶的质地；果胶与海藻酸钠的复合调配使用，在一定 程度上起剑互补作用；而明胶与果胶的复合调配使用。表现出减效作用，导致酸奶的流变学 性质及保水性的下降。 通过研究加工条件对凝f 嗣型酸奶质地的影响，发现降低发酵过程中的温度，会导致酸奶 的硬度、黏度及内聚性发生不同样度的下降，但是酸奶的保水性却略有提高。在接种前或接 种斤使t h j 超声波处理牛奶，发现接种前的超声波处理对酸奶发酵中p h 值的变化无显著性影 响：在接种后的超声波处理中，如果是采用较高功率超声波处理的样品，在发酵过程中p h 值1 f 降迅速与对照组相比，发酵时间减少0 5h ；在对不同样品的质地分析结果中表明，中高 功率超声波处理组与对照组相比，其硬度、黏度、内聚性以及保水性都有不同程度的提高； 而低功率超声波处理组则儿乎无明显变化。 在研究模拟运输和贮藏( 温度4 1 2 ) 对凝f i i i l 型酸奶质地的影响中，发现连续的振荡会导 致凝崩型酸奶样品的硬度、黏度、内聚性发生下降，以及部分样品乳清析出。冷藏使凝固型 酸奶样品的硬度、黏度随贮藏时间的延长而增加内聚性则表现为先增大后减小；酸奶的乳 清析n j 率表现为随贮藏时间的延长而减小。 通过利朋扫描电镜对不同酸奶样品的微观结构进行观察，对比其品质分析结果，可以看 山，只要是酸奶微结构中存在连续、均匀、致密的网状结构，将有利于凝固型酸奶流变学性 质的提高，以及乳清析出程度的降低，酸奶具有较好的品质：反之，如果在酸奶的微观结构 中存在不连续、脆弱、疏松的网状结构，则会导致凝固型的酸奶流变学性质的降低，以及品 质的劣化。实验结果表明，明胶等增稠剂可以显著改善凝固型酸奶的微结构特征，而瓜尔豆 胶等增稠荆不能对凝瞄型酸奶的微结构产生有益的影响作用。 关键词：酸奶：增稠剂；质地；微观结构 t h es t u d yo ft h et e x t u r ea n d m i c r o s t r u c t u r eo f s e t - p l a i ny o g u r t a b s t r a c t t h e r ea r ea l w a y ss o m ep r o b l e m si nt h ep r o d u c i n g ，s t o d n ga n dt r a n s p o r t i n go f s e t - p l a i ny o g u r t , f o re x a m p l e ，t h es e p a r a t i o no f w h e yt h a tm a ya f f e c tt h eq u a l i t yo f t h ey o g u r ti n t e n s i v e l y t h em a i n p u r p o s eo ft h i ss t u d yw a st oi n v e s t i g a t et h ee f f e c to fs o m ef a c t o r ss u c ha st h i c k e n e r sa p p l i e d , f e r m e n t a t i o nt e m p e r a t u r e ，u l t r a s o n i ct r e a t m e n t ，c o n d i t i o ni nt r a n s p o r t a t i o na n ds t o r a g eo nt h e q u a l i t yo fs e t - p l a i ny o g u r t s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y ( s e m ) w a su s e dh e r et oc o n f i r mt h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nm i c r o s t r u c t u r eo f s e t - p l a i ny o g u r ta n di t st e x t u r e t h ee f f e c to f d i f f e r e n tt h i c k e n e r so nt h eq u a l i t yo f y o g u r tw a ss t u d i e d i tw a sf o u n dt h a tw h e n 0 1 t h i c k e n e r , s u c ha sp e c t i n , g e l a t i n , a c i d r e s i s t a n tc a r b o x y m e t h y l - c e l l u l o s co rs o d i u ma l g i n a t e w a sa d d e dt oy o g u r t , t h er i g i d i t y , v i s c o s i t ya n dc o h e s i v e n e s so f y o g u r tm i g h ti n c r e a s er e s p e c t i v e l y m e a n w h i l ea d d i t i o no fc a r o bg u m ，g u a rg u m , k o n j a cg u ma n dc a r r a g e e n a nm i g h td e c r e a s et h e s e p a r a m e t e r s o n l yd i dg e l a t i na n dp e c t i nd e c r e a s et h ew h e ys e p a r a t i o no fy o g u r t a st h ea d d i t i o n l e v e lo ft h i c k e n e rw a s 叩t oo 1 5 ，t h ei n f l u e n c eo fg e l a t i na n dp e c t i no nt h eq u a l i t yo fy o g u r t b e c o m em u c ho b v i o u s 。o p p o s i t et ot h a to f s o d i u ma l g i n a t e , a c i d r e s i s t a n te a r b o x y m e t h y l c e l l u l o s e a n dg u a rg u m i ft w ot h i c k e n e r sw e l em i x e da ts e l e c t e dr a t i o i tw a sf o u n dt h a tm i x i n go f c a r r a g e e n a na n dc a r o bg u mh a dab e n e f i c i a le f f e c tt oi m p r o v et h et e x t u r eo fy o g u r t a l s oi st h e m i x i n go f p e c t i na n ds o d i u ma l g i n a t e m i x i n go f g e l a t i na n dp e c t i ns h o w e da l la d v e r s ee f f e c to nt h e q u a l i t yo f y o g u r t ，b e c a u s er b e o l o g i c a lp r o p e r t i e sa n dw a t e rr e t e n t i o no f y o g u r tw e r ea 1 1 i tw a sf o u n dt h a tl o w e ro ft h ef e r m e n t a t i o nt e m p e r a t u r em i g h td e c r e a s et h er i g i d i t y , v i s c o s i t y a n dc o h e s i v e n e s so f y o g u r ta td i f f e r e n tl e v e l ，b u tt h ei m p r o v et h ew a t e rr e t e n t i o ns l i g h t l y a l s o ，p h c h a n g ef o ry o g u r ts a m p l e sw i t hu l t r a s o n i ct r e a t m e n ta f t e ri n o c u l a t i o nh a ds i g n i f i c a n td i f f e r e n c e c o m p a r e dt oc o n t r 0 1 f o rs a m p l e sw i t hu l t r a s o n i ct r e a t m e n ta th i i g hp o w e rl e v e lb e f o r ei n o c u l a t i o n , p hm i g h td e c r e a s em u c hq u i c k l y , a n dl e s sf e r m e n t a t i o nt i m ew a sn e e d e dt h a nc o n t r 0 1 c o m p a r i s o n o ft h et e n u r ea n a l y s i sr e s u l t s , t h er i g i d i t y , v i s c o s i t y , c o h e s i v e n e s sa n dw a t e rr e t e n t i o no fy o g u r t w i t hu l t r a s o n i ct r e a t m e n ta tm o d e r a t eo rh i g hp o w e rl e v e lw e r ea l li m p r o v e dt h a nt h a to fc o n t m l o nt h eo t h e rh a n d ，y o g u r tw i t hu l t r a s o n i ct r e a t m e n ta tl o wp o w e rl e v e lh a dn oi n f l u e n c eo ni t s t e x t u r e t h ee f f e c to ft r a n s p o r t a t i o na n ds t o r a g ec o n d i t i o n sa l li n f l u e n c e dt h eq u a l i t yo fs e t - p l a i n y o g u r t i tw a sf o u n dt h a tt h er i g i d i t y , v i s c o s i t ya n dc o h e s i v e n e s so fy o g u r ts a m p l ed e c r e a s e da n d s o m ew h e ym i g h ts e p a r a t eo u ta f t e rc o n t i n u o u ss h a k i n g d u r i n gc o l d - s t o r a g e ，t h er i g i d i t ya n d v i s c o s i t yo fy o g u r ti n c r e a s e da n dw h e ys e p a r a t i o nd e c r e a s e d ，b u tt h ec o h e s i v e n e s si n c r e a s e de a r l y 东北农业大学t 学硕七学位论文 a n dd e c r e a s e dl a t e l s e mw a se m p l o y e dt os t u d yt h em i c m s t r u c t u r eo fy o g u r t i tw u sf o u n dt h a tac o n t i n u o u s ， u n i f o r ma n dc o m p a c tm i c r o s t r u c t u r ee x i s t e di ny o g u r tm i g h tl e a dt ot h e i m p r o v e m e n ti n t h e o l o g i c a lp r o p e r t i e s a n dw h e ys e p a r a t i o n o t h e r w i s e 。ad i s c o n t i n u o u s ，f r i a b l ea n dl o o s e m i c r o s t m c t u r em i g h ta d v e r s et ot h eq u a l i t yo fy o g u r t e x p e r i m e n t a lr e s u l ts h o w e dt h a tt h eg e l a t i n i m p r o v e dt h em i c r o s t r u c t u r eo f t h es e ! 一p l a i ny o g u r to b v i o u s l y o nt h eo t h e rh a n d ，l o c u s tb e a ng u m h a dn ob e n e f i c i a le f f e c to nt h eq u a l i t yo f y o g u r t k e yw o r d s ：y o g u r t ；t h i c k e n e r ；q u a l i t y ；m i c r o s t r u c t u r e c a n d i d a t e ：w a n gw e i m a j o r ：f o o ds c i e n c e s u p e r v i s o r ：p r o f z h a ox i n h u a i 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，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，也不包含未获得 莲i 垫超直基丝益要挂别直跑鳆：奎拦互窒2 或其他教育机构的学位或证书使 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 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：王镌l日期：2 嘲年月，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。 本人授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解 密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 王镏l日期：如d 降月嘭日 导师签名：衣己污刁乞日期：习年月f f 日 1 引言 1 1 酸奶 随着生活水平的不断提高，人们对于健康、合理、营养饮食的追求已成为现代生活中的 主要潮流，并且这种追求己直接反映在人们对食品的选择上。在我国，酸奶以它特有的营养 价值和风味己受到越来越多的消费者喜爱。作为发酵乳的一种，酸奶产品的发展代表了未来 发酵乳的发展趋势之一。 酸奶是以新鲜牛奶为主要原料，利用保加利亚乳杆菌( l a c t o b a c i l l u sb u l g a d c u s ) 和嗜热 链球菌( s t r e p t o c o c c u st h e r m o p h i l u s ) 等微生物，通过乳酸发酵作用而得到的一种发酵型乳制 品，其中含有大量的活性乳酸菌。因此酸奶的营养、保健价值颇高，能增强肠胃的消化功能， 促进钙、磷的有效吸收，增加肠道有益菌的数量以及降低血清中胆固醇含量、预防心血管疾 病( 谢继志，1 9 9 9 ) ，因此经常饮用酸奶可以起到食疗兼收的效果，有益于人体健康。 从全球酸奶消费市场而言，欧洲市场举足轻重。从平均每人年均消费量统计，荷兰居首 位，瑞士次之，芬兰和法国位于第三、第四位。由于酸奶在欧洲发展较早，其已完全融入大 众日常饮食结构中，因而在这些国家里，酸奶的品种、口味、产品的包装更加丰富、新颖， 市场上各类酸奶产品竞争十分激烈。 我国酸奶生产虽然起步较晚，但发展相当迅速，近两年产销量年增长速度高达4 0 以上。 目前，酸奶产品的种类也不仅仅限于传统的凝固型，搅拌型酸奶在近几年得到了迅速的发展， 于是更多的酸奶品种也相继涌入市场，如果味酸奶、果料酸奶，无糖酸奶、低脂酸奶、添加 益生菌的高附加值酸奶等，这些品种繁多的酸奶产品进一步丰富了人们的选择性和对不同口 味的需求，同时也满足了特殊人群的需要，如糖尿病人，肥胖人等。从新产品的发展趋势上 看，我国将处在追求健康保健的风潮之下，酸奶产品将以其功能性吸引更多的消费者。 1 1 1 酸奶的生产 我国是从年代初才正式开始商业化生产酸奶，如北京市1 9 8 2 年年产酸奶仅为1 1 6 0 吨，但到了1 9 8 9 年已年产3 3 万吨，八年中产量增加了近3 0 倍。据有关统计显示，近几年 我国酸奶产量逐年增加，2 0 0 3 年全国总产量达2 3 万吨( 刘敦艳等，2 0 0 5 ) 。目前，酸奶在我 国大中城市已相当普及，已成为我国液态奶中发展最快的乳制品之。 酸奶按其生产方法和凝块的物理结构，可分为两大类，即凝固型酸奶和搅拌型酸奶。通 过乳酸菌在乳中的生长繁殖，分解乳糖产生乳酸，随着p h 值逐渐下降，使酪蛋白在其等电 点附近发生凝集，我们把这种乳凝状的酸奶称为凝固型酸奶。搅拌型酸奶是在凝固型酸奶的 基础上发展起来的，它是指原料乳经过预处理、接种发酵剂后r 发酵至凝结_ 然后经适度的一 搅拌，冷却，成品呈流体状，有一定黏度。除此之外，还有浓缩酸奶、干燥酸奶、冷冻酸奶 等。，目前；我国所生产的酸奶，主要还是凝固型和搅拌型。 ( 1 ) 凝固型酸奶的工艺流程( 骆承庠，1 9 9 9 ) ： 原料乳验收一过滤、净化一标准化一预热一均质一杀菌一冷却一添加发酵剂- - d 容器灌 装一培养室发酵培养一冷却一冷藏后熟一成品。 东北农业大学工学硕士学位论文 ( 2 ) 搅拌型酸奶的工艺流程： 原料乳验收一过滤、净化一标准化一预热一均质一杀菌一冷却一添加发酵剂一培养罐发 酵培养一冷却、搅拌( 添加果料) 一灌装一冷藏后熟一成品。 1 1 2 乳蛋白的凝胶及其机理 酸奶是一种以包含乳清、脂肪球、乳酸菌，酪蛋白为结构框架的三维网状结构，它是酸 促凝胶的典型代表。 酸奶中主要成分是酪蛋白和脂肪。乳脂肪在乳中的含量为3 一5 ，对酸奶的风味起重 要作用，它不溶于水，而以脂肪球状态分散于乳浆中。脂肪球表面被脂肪球膜包裹着，由于 脂肪球膜中的磷脂与蛋白质形成脂蛋白络合物，所以脂肪球能稳定地存在于乳中。酪蛋白是 乳中最丰富的蛋白质，约占乳蛋白总量的7 6 8 6 ，它与一定数量的胶束磷酸钙以非共价 键结合，形成一种称为酪蛋白胶束的蛋白质聚合体。由于胶束表面的k 酪蛋白形成毛发层结 构。使得酪蛋白胶束在乳中正常p a6 7 下保持稳定。胶束的存在及其特性对乳的加工性能有 很大的影响。从大的范围上讲，胶束决定着 l $ 1 j 品在加热、浓缩及贮存期间的稳定性。胶束 极其变化大致上决定着酸奶的流变特性。如果降低p h 达到酪蛋白胶束的等电点( 4 6 ) ，由 k - 酪蛋白形成的毛发状结构的电荷分布就会发生改变，静电斥力减小，于是胶束产生凝聚趋 向，最后形成凝胶( 文峰等，2 0 0 4 ) 。 在酸促凝胶过程中，第一步是毛发层的崩溃，然后开始磷酸钙的释放。接着酪蛋白分 子( 主要是b 酪蛋白、k 酪蛋白) 离开胶束，当p h 降低到它们的等电点以下，这些酪蛋白 分子带上正电荷，于是与其它带有大量负电荷的胶粒进行重新结合形成乳凝胶。 碎片聚集理论被应用到各种酪蛋白凝胶的形成过程中，b i j s t e r b o s c h 等用b r o w i a n 动态模 拟系统观察了不同类型凝胶内部微粒的相互作用对微粒凝胶碎片结构的影响，以及一些有可 能发生局部聚集物结构重组的模型，被证明这些现象发生在酸奶凝胶形成的过程中( 顾建荣 等，2 0 0 4 ) 在正常p h 的牛奶中，酪蛋白微胶团通过水合作用，负电荷以及空间斥力保持稳 定在酸化时由于电荷中和而使得酪蛋白微粒聚集。导致链和丛的形成，它们互相交联形成 三维立体网络。在酸化那些酪蛋白微粒时，酪蛋白微胶团内部发生明显的变化，这些酪蛋白 在p h4 8 处形成凝胶，它们不含有酪蛋白磷酸肽( c c p ) ，与天然的酪蛋白微胶团相比它们 有着不同的性质。1 , u c e y 等指出，用未加热牛奶制作的凝胶在成胶阶段有强烈的微胶团重排 发生，这导致形成浓厚的酪蛋白微粒聚集丛，从而形成凝胶在这些丛中，许多微粒对网络 的交叉链接贡献不大，因此未加热牛奶制得的凝胶有较低的存储模量( l u c e y 等，1 9 9 8 ) 。 1 1 3 加工条件对酸奶质地的影晌 酸奶产品的主要生产流程包括：原料乳的标准化( 固形物含量、酪蛋白含量以及脂肪含 量) 、均质、热处理、添加发酵帮、培养发酵、冷却和贮藏，还有些过程，如果料的加入及 一些添加剂( 增稠剂，香味剂等) 的使用。 对发酵 l $ 1 j 品质地产生影响的主要加工参数包括：蛋白质含量强化程度和原料的使用； 稳定剂的类型和使用量；脂肪含量和均质条件：乳的热处理条件；发酵剂( 类型、酸度增长 的速度和胞外多糖的产生) ：发酵温度( 影响发酵剂生长、胶体聚合、结合强度) ；冷却条件； 2 - 生产后的贮藏( 物理条件和温度的错误使用) 。以上这些加工条件会对酸奶的品质产生很大 的影响。如果操作不当，会造成酸味不足、乳清析出严重、凝乳不结实、脂肪上浮、蛋白沉 淀、组织状态粗糙、风味异常等缺陷。因此，在生产过程中应积极控制一些加工参数的设定。 酸奶产品的质地问题经常与以下情况相关联( j o h nal u c e y ，2 0 0 4 ) ： ( 1 ) 过高的发酵温度：虽然生产厂家希望有一个快速的生产流程，但不得不去考虑产 品的质地以及良好风味的形成。发酵温度过高会导致急剧产酸，乳清大量析出，产品尖酸、 涩味重。 ( 2 ) 不足的热处理：如果大多数的乳清蛋白没有变性，这通常会使酸奶产品在发酵结 束后形成的凝胶体质地稀薄、柔软、黏稠度低；并且热处理的温度偏低或时间不够，还会导 致乳清分离。因此。至少应使7 5 的乳清蛋白变性，原因是变性的乳清蛋白可与酪蛋白形成 复合物，能容纳更多的水分，并具有最小的脱水收缩作用( r a l p he a r l y ，2 0 0 2 ) 。这就要求 8 5 、2 吡3 0 r a i n 或9 5 、5 1 0 r a i n 较佳的热处理。 ( 3 ) 过低的固形物含量：选取适当的固形物含量，要以原料乳中初始蛋白质的含量为 标准。通常制作酸奶的原料乳中固形物含量要在1 1 5 以上酪蛋白酸盐形成良好结构的能 力比奶粉中酪蛋白分子强。对于同种乳蛋白而言，蛋白含量越高形成良好结构的能力就越强。 ( 4 ) 过高的乳清蛋白与酪蛋白的比率：利用乳清蛋白补充乳中的蛋白质含量以达到标 准化，当添加量高于2 0 一3 0 时，凝胶体的质地有成为颗粒状的倾向 ( 5 ) 稳定剂的选择、用量及使用：稳定剂通常被用于发酵乳制品，以控制质地和防止 乳清分离。为了克服单一稳定剂作用的局限性，越来越多的产品中使用复合稳定剂，以达到 成品对稳定剂的综合要求。值得一提的是，酸奶中稳定剂的使用在有些国家是有限制的，如 在瑞士，其使用量不可超过0 2 。在我国明文规定，在酸奶生产中，除果胶、明胶及淀粉的 使用量不超过1 外，其他稳定剂均不得超过0 5 ( 谢继志，1 9 9 9 ) 。 ( 6 ) 通过发酵剂来改变酸度变化的速率：控制酸度的变化在发酵乳制品中非常重要。 快速的产酸( 如在高温中使用葡萄糖6 内酯) 会使过多的乳清析出。而在酸奶的生产中，缓 慢的酸化又会导致凝胶体变得不够结实，这可能与可溶性酪蛋白磷酸肽( c c p ) 在凝胶网络 形成前的比例和含量有关。 ( 7 ) 发酵剂的选择、类型及添加量：这决定了酸奶在发酵与贮藏过程中，酸度变化的 速率和范围，以及蛋白质的水解程度。如某种乳酸菌产生的胞外多糖的浓度和类型也会影响 产品的质地和感观性质。酸奶中乳杆菌与链球菌的比例也很重要，这对酸奶形成良好的风味 有很大的影响。 ( 8 ) 胶凝或冷却过程中对脆性凝胶体的损害：凝胶体的硬度随冷却温度的降低而增加； 如果凝胶温度过高，它会由于过热而变得更软；当给它过大的压力时，那么它的结构可能会 被破坏 ( 9 ) 在贮藏和分装过程中，温度和物理方法的滥用( 如不适当的操作) ：大多数的发酵 乳制品为了保持货架期必须被保存在冷藏温度下。温度的滥用可能使凝乳发生后酸化，从而 破坏了质地。分装和零售过程中的不当方法也会对凝乳的质地产生影响，如调味或果肉酸奶 应始终保持杯体向上，否则它们将无法保持形状，还会产生乳清析出。 ( 1 0 ) 容器的类型( 形状和包装材料) ：凝胶在某些表面会吸附得更好，容器倾斜的内 - 3 东北农业大学一【学硕士学位论文 壁有助于结构的重排。 ( 1 1 ) 产酸不足，过度酸化：酸奶凝胶体形成最佳硬度的p h 值范围大约是4 4 4 6 。如 果p h 大于4 7 。产品将趋于弱化。但同时也要防止酸奶在冷却前的过度酸化，即控制发酵时 间和温度，防止产酸过度，引起乳清大量析出( 张兰威，2 0 0 3 ) 。 1 2 食品增稠剂 食品增稠剂对食品工业的发展十分重要，从食品增稠剂这几十年来在国内外的发展历程 来看，其重要性与日俱增，相当数量和种类的加工食品若要进一步提高其感官品质和质量， 都离不开食品增稠剂在其中的作用。同时，不少天然产物( 包括植物、动物及微生物食品原料) 要顺利地加工成合适的食品，也往往要靠食品增稠剂的功能特性来完成。因而，对于食品工 艺技术的提高和食品工业的快速发展，食品增稠剂有着显著的推动作用。 食品增稠剂是一种能改善食品的物理特性。增加食品的黏稠度或形成凝胶，赋予食品黏 润、适宜的口感，并且具有提高乳化状和悬浮状稳定性作用的物质。增稠剂是属于具有胶体 特性的一类高分子化合物。该类物质的分子中带有许多的亲水性基团，易产生水合作用，形 成相对稳定的均匀分散的体系( 梁琦，2 0 0 5 ) 。在食品加工中具有稳定乳化状态、稳定悬浮 状态、形成凝胶态，增加黏稠性、稳定性、滑腻性、持水性等作用，在食品工业中有着广泛 的用途，是一类重要的食品添加剂。 食品增稠剂具有多重功能性，尤其是对食品的质构有着很大的影响。质构是除食品色、 香、昧外最重要的一项性质，不仅是加工过程中一个难以控制的因素，而且是决定食品档次 和口感的最重要的指标之一。所以近几十年来，增稠剂在食品工业中的重要性与日俱增，相 当数量和种类的加工食品若要迸一步提高其感官品质和质量，都离不开增稠剂在其中的有效 应用；同时，不少天然产物( 包括植物、动物及微生物食品原料) 要顺利地加工成合适的食 品，也往往要靠增稠剂的功能特性来完成( 胡国华，2 0 0 4 ) ，因而对于食品工艺技术的提高 和食品工业的快速发展都有着显著的推动作用。 1 2 1 食品增稠剂的分类及组成 食品增稠剂广泛分布于自然界中，按其来源一般可分为以下五类( 侯振建，2 0 0 4 ) ： 第一类；由植物渗出渡、种子、果皮和茎等制取获褥的增稠剂，简称“植物胶”。如瓜 尔豆胶、阿拉伯胶、果胶、魔芋胶等。 第二类：由含蛋白质的动物原料制取的增稠剂，简称“动物胶”。如明胶、甲壳素等。 第三类：由微生物代谢产物中获得的增稠荆，简称“微生物胶”如黄原胶，结冷胶等。 第四类；由海藻制取获得的增稠剂，简称“海藻胶”。如琼脂、卡拉胶、红藻胶等。 第五类：以天然物质为基础经化学合成、加工修饰而成的增稠剂，简称“化学改性胶” 如羧甲基纤维素钠、微晶纤维素，变性淀粉、聚丙烯酸钠等。 食品增稠剂的化学组成大多是天然多糖及其衍生物( 除部分动物胶和化学改性胶外) ， 广泛分布于自然界，它们的基本化学组成是单糖及其衍生物。常见的单塘包括葡萄糖、半乳 糖、木糖、阿拉伯糖、甘露糖、果糖、鼠李糖，岩藻糖及葡萄糖醛酸，半乳糖醛酸、古洛糖 醛酸、甘露糖圈酸等。虽然在化学结构上都是以单糖位单位形成的大分子多糖，但由于所构 4 引言 成多糖的单糖种类、聚合度、糖单元之间的键连及排列方式、糖单元上羟基的取代情况等各 异，导致不同的食品增稠剂在性质上既有共性又有各自的特性，体现在溶解性、黏度、胶溶 液对酸碱及温度的稳定性、各种多糖之间的协同互补等方面存在差异( 黄来发，2 0 0 0 ) 。有 些食品增稠剂的化学组成中还含有非糖部分，这些非糖部分能赋予这些食品增稠剂特殊的功 能性质。 1 2 2 食品增稠剂的功能特性 食品增稠剂在食品中有着广泛的应用，主要原因在于它们具有很多的功能特性，能够改 善食品的流变学性质，赋予食品不同的质构。所以在食品中往往可以作为胶凝剂、增稠剂、 乳化剂、持水剂、稳定剂、悬浮剂等使用。 ( 1 ) 增稠性 在增稠剂的功能特性中，最重要的是它的增稠性。一般多糖分子在溶液中呈无规则线团 状态，溶液中线性高聚物分子旋转时占有很大空间，分子间彼此碰撞频率高，产生摩擦，因 而具有很高黏度( 刘邻渭，2 0 0 0 ) 。一般来说，在溶液中容易形成网状结构或具有较多亲水 基团的增稠剂都具有较高的黏度，并且相对分子质量越大，相同质量浓度的体系黏度就越大； 增稠剂浓度增大，黏度都会或多或少地有所增加。黏度除了受增稠剂本身的结构因素( 如聚 合度、分子量等) 、溶液体系的性质( 如浓度、p r i 值等) 影响外，还要受到加工过程中的搅 拌、混合、均质、泵传送等机械作用的影响 ( 2 ) 胶凝性 增稠剂一般都是大分子聚集体，长链分子相互交联作用形成三维网络结构，将液体缠绕 固定在内从而形成凝胶。增稠剂形成凝胶的条件与浓度、温度、阳离子、蔗糖等非盐物质的 存在及p h 值有关。 ( 3 ) 乳化稳定性 增稠剂是通过增加水相黏度以阻止或减弱分散的油粒小球发生迁移和聚合倾向，从而起 到乳化功能，所以它并不是真正的乳化剂。由于增稠剂添加到食品中后，体系黏度增加，体 系中的分散相不容易聚集和凝聚，因此可以使分散体系稳定( 刘钟栋，2 0 0 0 ) ( 4 ) 悬浮分散性 增稠剂大多数具有表面活性，可以吸附于分散相的表面，使其具有一定的亲水性而易于 在水体系中分散。 ( 5 ) 保水、持水性 增稠剂都是亲水性高分子， 持一定的水分含量。 ( 6 ) 起泡性 在食品加工中添加增稠剂， ( 7 ) 控制结晶 本身具有较强的吸水性。将其添加到食品后，可以使食品保 可以提高产品的发泡性，在食品的内部形成许多网状结构 由于增稠剂能够增加食品体系的黏度，使晶核不易成长，从而使体系不容易结晶或使结 晶细小。 ( 8 ) 澄清作用 5 在一定条件下高分子增稠剂可同时吸附于多个分散介质体上使其凝聚达到澄清，净化的 目的。 ( 9 ) 成膜及保鲜作用 一定浓度的食品增稠剂可制成食用薄膜，用于食品包装；此外，还可以在食品表面形成 一层保护性薄膜，保护食品不受氧气、微生物的作用，经过复配可用于水果、蔬菜的保鲜。 ( 1 0 ) 保健、低热值食品加工 来自天然胶质的大分子增稠剂一般不易被人体所消化，而直接排出体外。故可利用这些 增稠剂作为脂肪取代物，应用于低脂、疗效和保健食品中( 胡国华，2 0 0 4 ) 。 1 2 3 食品增稠剂在乳制品中的应用 随着人们对食品增稠剂的不断研究与开发，目前食品增稠剂在食品工业中己得到了广泛 的应用，其中有很多被应用于乳制品的生产加工领域，并且得到了很好的使用效果。 ( 1 ) 食品增稠剂在冰淇淋中的应用 冰淇淋以其轻滑细腻的组织状态、紧密柔软的形体、醇厚持久的风味以及丰富的营养和 凉爽的口感。深受消费者的喜爱。但由于冰淇淋复杂的组分体系和加工工艺，使得它在制作 和贮藏过程中易出现质量问题，因此在制作过程中，一些增稠稳定剂的使用则对冰淇淋产品 起到了显著的改善作用 在冰淇淋中添加增稠剂，其目的在于提高冰淇淋浆料的黏度，改善油脂以及含油脂固体 微粒的分散度，防止或抑制冰晶的生长以及延缓冰渣出现的时间，改善冰淇淋口感、内部结 构和外观状态，提高冰淇淋体系的分散稳定性和抗融性( 杨湘庆等，1 9 9 9 ) 。 瓜尔豆胶能够明显提高冰淇淋浆料的黏度，并且能够保证，加入酸味剂后，配料液的酸 稳定性，因此，瓜尔豆胶常作为冰淇淋的主稳定剂。又由于瓜尔豆胶能与某些线型多糖，如 黄原胶、魔芋胶，琼脂糖和卡拉胶相互作用，并产生协同增效效应，所以在实际的冰淇淋制 作时，常将瓜尔豆胶与上述增稠剂复合使用，以达到最佳的效果( 何强等，2 0 0 4 ) 。 在制作冰淇淋时，加入少量的槐豆胶不会对混合料的黏性产生多大的影响，但却能使成 品更加均匀和细腻。同时，还能提高成品的耐温度骤变能力和减慢冰淇淋的融化速度；添加 一定比例的魔芋精粉，可使成品组织细腻滑润，形态稳定，具有一定的稠度和硬度，防止砂 糖结晶析出，避免冰晶的生成；食用明胶作为冰淇淋的稳定剂可以防止粗冰晶的形成，同时 也能使冰淇淋的融化速率降低，再加上食用明胶的乳化及凝冻作用，使冰淇淋入口柔滑、口 感细腻( 胡国华，2 0 0 4 ) ；在冰淇淋中黄原胶能调整混合物黏度，有利于提高膨化率，防止 冰晶的生成，使其具有均匀、稳定的组成，使质地滑软，口感滑爽。同时。产品能缓慢地融 化，提高了冰淇淋抗骤热的性能，而且在融化时奶油和水混合均匀，不会产生浆渣分离的现 象。卡拉胶可使冰淇淋中的脂肪和其他固体成分分布均匀，防止乳浆分离以及冰晶在制造与 贮藏时增大，还可使冰淇淋组织细腻、结构良好、润滑适口；由于卡拉胶独特的胶凝特性， 可增加冰淇淋的成型性和抗融性，提高冰淇淋在温度波动时的稳定性，放置时也不易融化， 并且它在很低浓度时也能很好地防止乳清分离( 胡国华等，2 0 0 1 ) 。使用海藻酸钠能使冰淇 淋的配料混合均匀，易于搅拌和溶化，在冷冻时可调节流动，使产品具有平滑的外观及融化 特性，同时也无需陈化时间，膨胀率也较大，产品口感滑润、细腻、口味良好，用量要比其 6 他常用增稠剂低。另一种海藻胶海藻酸丙二醇酯( p g a ) 可以明显改善油脂和含油脂固体微 粒的分散度及冰淇淋的口感，提高冰淇淋的抗融化性能( 刘梅森，2 0 0 6 ) 。而将p g a 和其他 增稠剂如黄原胶、瓜尔豆胶、槐豆胶及c i v i c 复合使用，效果或性价比会更好一些。c i v i c 最 普通的用途是与其他增稠剂复配后控制冰淇淋中冰晶的生成和改善其组织结构。c i v i c 作为 冰淇淋稳定剂，可以提高冰淇淋的膨胀度，改进融化速度，并赋予良好的形感及口感。 ( 2 ) 食品增稠剂在酸奶中的应用 酸奶因其良好的营养价值和功能作用，而深受欢迎。但是酸奶制品常常出现黏稠度低、 组织状态粗糙、口感差、乳清析出等不良现象，所以常常在酸奶中添加一些稳定剂或增稠剂 去改善酸奶的品质，其主要目的是提高酸奶产品的黏稠度并改善其质地、状态与口感。 常用的增稠剂有明胶、海藻酸钠、琼脂、果胶和羧甲基纤维素钠( 耐酸型) 。如明胶可 应用于不同类型的酸奶中，最突出的作用是稳定剂。明胶可使低脂酸奶达到类似高奶油含量 酸奶的组织状态，提高其可接受性；在制作酸奶时加入一定量的果胶，可避免酪蛋白微粒之 间的相互作用，防止沉淀，有利于酪蛋白颗粒稳定地分散，并赋予酸奶怡人的口感和良好的 风味；卡拉胶可用来稳定果味酸奶，使酸奶滑爽并增加其质构；p g a 同其他增稠剂相比，具 有更加优异的使用性价比，它能够赋予酸奶产品天然的质地口感，即使在乳固形物添加量降 低的条件下也能很好地呈现出这种特性，并且它能够有效地防止产品形成不美观的粗糙凸凹 表面，使产品的外观平滑亮泽( 胡国华，2 0 0 4 ) 由此可见，食品增稠剂在酸奶中的主要作用是，保持在加工过程中的黏度和提高产品的 最终黏度；影响产品的结构和质构；有助于防止乳清分离，尤其是在贮藏和运输过程中发生 的乳清分离；有助于悬浮水果颗粒，赋予酸奶滑润细腻的口感( r a l p h e a r l y 等，2 0 0 2 ) 。 需要注意的是，并不是所有的食品增稠剂都可以应用到酸奶这种特殊的饮品之中，在这 里不仅要考虑各种增稠剂本身的结构特性及功能特性，还需要考虑到它们与酸奶中的蛋白 质，主要是酪蛋白的相互作用情况、体系的p h 和生产中所应用的加工条件等因为有些食 品增稠剂对生产中所使用的剪切及加热处理非常敏感，这些会改变它们的某些功能特性，影 响到食品增稠剂在酸奶中的使用效果；甚至会导致酸奶质地的劣化，产生脱水收缩，分层， 凝乳不结实，黏稠度下降等现象，使产品失去商品性。由于酸奶制品在生产和贮藏过程中的 产品稳定性及其由此带来的产品感官品质问题直接关系到消费者对产品的可接受性，因此选 择的食品增稠剂是否合适就显得尤为重要 ( 3 ) 食品增稠剂在干酪、酸性乳饮料等乳制品中的应用 食品增稠剂还被应用到干酪和奶油等乳制品的加工中。如在干酪的生产过程中，瓜尔豆 胶、槐豆胶可以控制产品的稠度和扩散性质、调节干酪的涂抹能力，并且由于它们具有结合 水的特性，能够提高干酪中的含水量，从而使干酪变得更加滑腻和均匀( 邵辉等，2 0 0 5 ) ： 黄原胶的假塑性有助于干酪涂抹品的生产，在干酪奶品调料中与半乳聚糖合用，可避免脱水 现象，改善液体和泡沫型浇料的乳化稳定性及控制流动性能( 胡国华，2 0 0 5 ) ；明胶可被应 用在乳脂干酪、农家干酪及涂抹干酪制造的过程，有助于形成物理化学性质稳定的产品以及 提供需要的质地和可融化特性。明胶与水结合起到稳定作用，有效地控制乳清析出由于明 胶的熔点接近人的体温，这使得产品具有滑润细腻的口感，及令人满意的风味及；明胶还可 以应用到酸性稀奶油和低脂奶油中，使产品达到良好的外观。平滑的适口感和良好的质构， 7 确保低脂产品具有与高脂产品相类似的感官性质和组织状态；卡拉胶在孚l c j j 品中主要的作用 是增稠、稳定、悬浮、凝胶等。如可可奶中加入卡拉胶后，由于酪蛋白和卡拉胶之间相互作 用，产生细微的胶体结构，可保持可可粉的悬浮，防止其沉淀，并使饮料具有饱满的口感； 低浓度的卡拉胶可使炼乳的乳脂肪稳定，并能模拟全脂奶的口感与外观( 郑坚强，2 0 0 3 ) 。 调配型酸性含乳饮料是指用乳酸、柠檬酸或果汁等将牛奶或豆奶的p h 值调整到酪蛋白 的等电点( p h 值在4 6 以下) 而制成的一种乳饮料，由于其凉爽的自然口味和高营养价值而 备受消费者欢迎。酸奶饮料可以通过发酵、直接酸化或与果汁混合来制各，但经常出现的蛋 白质沉淀、分层等质量问题严重制约了乳饮料行业的发展。 果胶能与酪蛋白所带正电荷发生静电作用，形成亲水性复合物，能避免颗粒间的聚合作 用使酪蛋白胶束颗粒得以稳定地分散，即使经过均质、杀菌、输送等过程，酸性乳饮料依 然十分稳定( 张燕，2 0 0 0 ) ；在酸性乳饮料的制作中使用耐酸型c m c ，可起到稳定作用，具 有防止沉淀分层、改善口感、提高品质、耐高温等特性，并且还起到延长产品货架期的作用； 以p g a 为主稳定剂，可以和耐酸c m c 、黄原胶、果胶等复合使用，这样生产出来的产品稳 定性和口感方面都较好，完全能满足该类产品的品质要求。 1 。3 食品的微观结构 真正意义上的食品工业产生于上个世纪，并得到了突飞猛进的发展。2 0 世纪食品工程的 主要成就，就是成功地将相关学科如化学和机械工程的知识应用于食品科学，在工艺和宏观 水平上应用单元操作及待殊设计的设备来转化，加工和保存食品，从而使大批量工业化生产 食品成为可能。但是，随着消费者对食品的要求从足量趋向于高品质，从普遍化趋向于个性 化，以及生物处理和生物材料的出现，传统的化学工程对食品工程的影响正在逐渐减弱，取 而代之的是材科学和生物学工程( a g u i l e t a jm 等，1 9 9 9 ) 。 而材料学和生物学工程所支持的食品技术的核心是，原材料结构的保持、转变、破坏与 再构建，以获得天然或形成特定的食品结构。因此，食品的很多特性都取决于它们的结构，可 以说食品加工就是将现有的食品成分构建成 或设计成) 所需要的结构。丽食品结构按其尺 寸的大小可以分为宏观结构和微观结构( 或微细结构、微结构) 同一物料针对不同的对象 ( 如整体或局部结构) 经不同的加工手段，涉及的尺度是不一样的( j o s em a ，2 0 0 0 ) 。例如， 水果片经过切割变成水果颗粒，它的结构发生的是宏观变化，而再经过压缩、加热处理，结 构表现为