A1與A2 β-酪蛋白酸奶產(chǎn)品特性的比較

徐小爽，韓翼宇，李逍遙，彭秋琦，羅文靜，于景華,*

（1.天津科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300450；2.中國(guó)飲料工業(yè)協(xié)會(huì)，北京 100000）

乳和乳制品是日常飲食的重要組成部分，可提供高質(zhì)量的蛋白質(zhì)和鈣。牛乳中蛋白質(zhì)主要有兩種：乳清蛋白（20%）和酪蛋白（80%）。其中酪蛋白主要以膠束形式存在，由-酪蛋白、-酪蛋白、-酪蛋白和-酪蛋白組成。酪蛋白在乳制品加工中具有重要作用，主要參與酸奶和奶酪的凝膠化過(guò)程。

-酪蛋白占酪蛋白的36%，可細(xì)分為A1-酪蛋白、A2-酪蛋白、B-酪蛋白、C-酪蛋白等，導(dǎo)致上述多種蛋白質(zhì)變體的主要原因是基因水平上的差異性。組成-酪蛋白的氨基酸有209 個(gè)，基于氨基酸位置的不同，至少有12 種變異。由于外顯子VII發(fā)生點(diǎn)突變，-酪蛋白基因的第6條染色體上胞嘧啶向腺嘌呤轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致第67位的組氨酸（密碼子CAT）取代脯氨酸（密碼子CCT）。這一細(xì)微的差異主要影響了-酪啡肽-7的釋放。在A1-酪蛋白的第67位上，含有組氨酸的化合物可通過(guò)不同的腸胃酶釋放-酪啡肽-7。而在A2-酪蛋白的第67位有脯氨酸，阻礙在此位置上的裂解，因此不能形成-酪啡肽-7。

-酪蛋白是一種無(wú)序蛋白，具有很強(qiáng)的兩親性。這種兩親性可使其以單體形式存在于溶液中，或自組裝成膠束結(jié)構(gòu)。然而，A2變體中存在額外的脯氨酸，這可能會(huì)增強(qiáng)聚脯氨酸II螺旋的形成，從而改變-酪蛋白自組裝行為，并且可能導(dǎo)致A1和A2-酪蛋白具有不同的功能特性。有關(guān)-酪蛋白不同表型牛奶性質(zhì)的研究顯示，在牛奶自然pH值為6.5～6.7的情況下，與A1-酪蛋白牛奶相比，A2-酪蛋白牛奶的疏水性更小，更易溶解，并且具有更高的伴侶活性。-酪蛋白參與酪蛋白膠束的形成，與牛奶的凝膠化和凝固有關(guān)，A2-酪蛋白先前被報(bào)道與凝乳酶凝固性能差的牛奶有關(guān)。此外，有研究指出A2-酪蛋白是非凝固和凝固性差的牛奶樣品中的主要基因型（＞70%）。

本研究分別將含有A1和A2-酪蛋白的牛乳制成酸奶（攪拌型和凝固型），通過(guò)持水力、質(zhì)構(gòu)特性、流變學(xué)特性、微觀結(jié)構(gòu)的測(cè)定對(duì)其產(chǎn)品性質(zhì)進(jìn)行分析和對(duì)比，以期為A2-酪蛋白酸奶的工藝及產(chǎn)品品質(zhì)的優(yōu)化提供一定理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

A1-酪蛋白牛乳（蛋白質(zhì)3.5 g/100 mL、脂肪4.3 g/mL、碳水化合物5.0 g/mL） 天津武清區(qū)百圣奶牛養(yǎng)殖有限公司；A2-酪蛋白牛乳（蛋白質(zhì)3.5 g/100 mL、脂肪4.2 g/mL、碳水化合物5.0 g/mL）北京三元集團(tuán)有限責(zé)任公司；科漢森903菌種 丹麥科漢森公司；均為食品級(jí)。

氯化鈉、氯化鉀 天津市化學(xué)試劑五廠；磷酸氫二鈉 天津市化學(xué)試劑一廠；磷酸氫二鉀 天津博迪化工股份有限公司；戊二醛 國(guó)能化工有限公司；試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

H1850R臺(tái)式高速冷凍離心 湖南湘儀離心機(jī)儀器有限公司；YXQ-LS-50S11立式壓力蒸汽滅菌器 上海博訊實(shí)業(yè)有限公司；SU1510掃描電子顯微鏡 日本日立公司；MARS 60動(dòng)態(tài)流變儀 德國(guó)哈克公司；TA-XT plus質(zhì)構(gòu)儀 英國(guó)Stable Micro Systems公司。

1.3 方法

1.3.1 酸奶制備

制備前將所用到的玻璃器皿在121 ℃高壓蒸汽滅菌15 min。

1.3.1.1 酸奶制備工藝流程

攪拌型酸奶制備：-酪蛋白牛乳（A1或A2）→均質(zhì)→接種發(fā)酵劑科漢森903菌種→破乳→發(fā)酵→灌裝→后熟→成品→4 ℃冷藏保存。

凝固型酸奶制備：-酪蛋白牛乳（A1或A2）→均質(zhì)→接種發(fā)酵劑科漢森903菌種→灌裝→發(fā)酵→后熟→成品→4 ℃冷藏保存。

得到4 種酸奶樣品：A1-酪蛋白攪拌型酸奶、A2-酪蛋白攪拌型酸奶、A1-酪蛋白凝固型酸奶、A2-酪蛋白凝固型酸奶。

1.3.1.2 酸奶制備工藝操作要點(diǎn)

接種：在無(wú)菌條件下，加入準(zhǔn)確稱取的科漢森903菌種（添加量0.04 g/500 g）于已滅菌的-酪蛋白牛乳中。不斷攪拌20 min；發(fā)酵：42 ℃恒溫箱中發(fā)酵6 h至pH≤4.6；破乳：緩慢并充分?jǐn)嚢璋l(fā)酵后的酸奶，降低黏度；后熟：將酸奶放入4 ℃冰箱中，后熟12 h。

1.3.2 酸奶持水力測(cè)定

取10 g酸奶（），室溫4 200 r/min離心15 min，棄上清液。離心管倒置10 min后立即稱量（），按式（1）計(jì)算持水力：

1.3.3 酸奶質(zhì)構(gòu)特性測(cè)定

將4 種酸奶樣品放入測(cè)定杯中，使樣品高3 cm且表面平整。使用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定硬度、稠度、黏聚性和膠著度，參數(shù)設(shè)定參考廖芬等方法。

1.3.4 酸奶流變學(xué)特性測(cè)定

在頻率0.1～10 Hz、應(yīng)變0.5%條件下，用動(dòng)態(tài)流變儀分別測(cè)定4 種酸奶的黏彈性，得到儲(chǔ)能模量（’）和損耗模量（”），參數(shù)設(shè)定參考Li Hongbo等方法。剪切掃描條件：間距1 000 μm；溫度25 ℃；上樣后平衡20 min；穩(wěn)態(tài)所需最長(zhǎng)時(shí)間為2 min；剪切應(yīng)力掃描范圍為0～600 Pa。

用Herschel-Bulkley模型分析剪切測(cè)試中的曲線，可用式（2）表示：

式中：為剪切應(yīng)力；為屈服應(yīng)力；為稠度系數(shù)；為剪切速率；為流動(dòng)行為指數(shù)。

1.3.5 酸奶微觀結(jié)構(gòu)測(cè)定

取酸奶表層1 cm下的凝塊，置于盛有2.5%戊二醛溶液（/）的小燒杯中4 h，用pH 7.2 0.1 mol/L磷酸鹽緩沖液沖洗10 min。將酸奶凝塊放入平板，封膜扎孔，置于－40 ℃冰箱中冷凍12 h。取出后將酸奶敲成小碎塊，用30%、50%、70%、90%、100%的乙醇溶液（/）梯度洗脫15 min，再用氯仿（體積分?jǐn)?shù)≥99%）脫脂3 次，每次15～20 min。封膜扎孔，真空冷凍干燥12 h。鍍金后于10 kV條件下放大4 000 倍和6 500 倍的掃描電子顯微鏡下觀察酸奶的微觀結(jié)構(gòu)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 不同酪蛋白酸奶持水力分析

圖1 4 種β-酪蛋白酸奶持水力Fig. 1 Water-holding capacity of four yoghurts

由圖1可知，同種類-酪蛋白的攪拌型和凝固型酸奶在持水力上無(wú)顯著差異，但A2攪拌型酸奶的持水力比其凝固型稍低。此外，在攪拌型酸奶中，A1、A2型的持水力分別為69.19%、65.27%；在凝固型酸奶中，A1、A2型的持水力分別為69.78%、67.68%。不論是凝固型還是攪拌型酸奶，A1型均比A2型有著更高的持水力，說(shuō)明A1-酪蛋白酸奶凝膠網(wǎng)絡(luò)比A2-酪蛋白酸奶凝膠網(wǎng)絡(luò)更為致密，也更為緊實(shí)。有研究表明，蛋白質(zhì)分子主要靠疏水作用和范德華力相互吸引，但這兩種力不能完全克服分子間斥力，所以分子一般會(huì)以單體或者較小的聚集體的形式存在。而酪蛋白種類不同，空間結(jié)構(gòu)不同，會(huì)影響酸奶的持水力。

2.2 不同酪蛋白酸奶質(zhì)構(gòu)特性分析

酸奶中各種化學(xué)鍵結(jié)合及可溶性顆粒聚合影響酸奶的硬度。質(zhì)地柔軟的酸奶不利于儲(chǔ)存和運(yùn)輸，影響酸奶的品質(zhì)。酸奶的黏度主要與蛋白質(zhì)、乳酸菌和胞外多糖有關(guān)。其中，蛋白質(zhì)決定著酸奶的黏度系數(shù)；胞外多糖是酸奶的重要產(chǎn)黏物質(zhì)，且不同結(jié)構(gòu)對(duì)酸奶的黏度有不同影響。由表1可知，在攪拌型酸奶中，A1型硬度值比A2型高32%，A1型稠度值比A2型高28.8%；在凝固型酸奶中，A1型硬度值比A2型高41.4%，A1型稠度值比A2型高59.8%。說(shuō)明無(wú)論是攪拌型還是凝固型，A1-酪蛋白酸奶硬度和稠度均比A2-酪蛋白酸奶高，且凝固型酸奶的差異更為明顯。酸奶的黏聚性和膠著度也表現(xiàn)出相似的規(guī)律，無(wú)論是攪拌型還是凝固型，A1-酪蛋白酸奶黏聚性與膠著度的絕對(duì)值均比A2-酪蛋白酸奶大，且測(cè)定時(shí)的誤差更小。這些結(jié)果說(shuō)明A2-酪蛋白酸奶的凝膠更細(xì)軟，當(dāng)暴露在消化酶中可能會(huì)更快地分解，但這需要進(jìn)一步驗(yàn)證。此外，也說(shuō)明A2-酪蛋白酸奶的凝膠更容易在外力作用下發(fā)生破裂和變形，在搬運(yùn)和運(yùn)輸A2-酪蛋白酸奶產(chǎn)品時(shí)要小心。

表1 A1、A2 β-酪蛋白對(duì)酸奶質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 1 Effect of A1 and A2 β-casein on texture of yoghurts

2.3 不同酪蛋白酸奶流變學(xué)特性分析

2.3.1 不同酪蛋白酸奶頻率掃描分析

圖2 不同酪蛋白酸奶頻率掃描曲線Fig. 2 Storage and loss moduli of yoghurts as a function of frequency

由圖2可知，酸奶樣品的’和”都隨著頻率的增加而增加，并且在同種類型的酸奶中，’均大于”。說(shuō)明酸奶樣品具有一定的剛性（彈性行為），呈現(xiàn)出半固體的弱凝膠結(jié)構(gòu)，符合酸奶的性質(zhì)。A1型的’和”均大于A2型，說(shuō)明A1-酪蛋白酸奶表現(xiàn)出比A2-酪蛋白酸奶更像固體的行為，A1-酪蛋白酸奶中蛋白質(zhì)的聚集程度、酪蛋白分子間的各個(gè)鍵的結(jié)合能力和蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)（即凝膠形成）都更好一些，所以A2-酪蛋白酸奶的凝膠比A1-酪蛋白酸奶更軟。這與質(zhì)構(gòu)特性的結(jié)果相同。此外，凝固型酸奶的’和”均大于攪拌型酸奶。其中，凝固型酸奶在低頻率下，’和”的變化隨著頻率的變化更為明顯，表現(xiàn)出更高的頻率依賴性。此外，同種酪蛋白凝固型酸奶的’、”差異均較攪拌型更小，說(shuō)明酸奶制備形式在一定程度上會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響。

2.3.2 不同酪蛋白酸奶剪切掃描分析

圖3 不同酪蛋白酸奶剪切掃描曲線Fig. 3 Shear force of yoghurts as a function of shear rate

由圖3可知，流動(dòng)性在曲線中都出現(xiàn)滯后回路，顯示出高度的能變性。4 組樣品中A1-酪蛋白酸奶下行曲線上的各剪切速率對(duì)應(yīng)的剪切應(yīng)力均比A2-酪蛋白酸奶樣品的剪切應(yīng)力大，且A2-酪蛋白酸奶剪切曲線較平緩，說(shuō)明在整體趨勢(shì)上A1-酪蛋白酸奶的黏性要比A2-酪蛋白酸奶的黏性高。

表2 不同酪蛋白酸奶流變參數(shù)Table 2 Rheological parameters of yogurts

由表2可知，各樣品相關(guān)指數(shù)均在0.99以上，表明此模型可以很好地?cái)M合酸奶在降速剪切時(shí)的流變特性。攪拌型酸奶中，A1型比A2型的流動(dòng)指數(shù)小8.8%，A1型比A2型的屈服應(yīng)力值大50%，說(shuō)明A1-酪蛋白攪拌型酸奶的抗剪切能力更強(qiáng)，酸奶的凝膠結(jié)構(gòu)更加致密，剪切掃描時(shí)呈現(xiàn)出較少的剪切稀化特征。因此，凝膠結(jié)構(gòu)更為緊密的A1-酪蛋白攪拌型酸奶的口感更為堅(jiān)實(shí)；而凝膠結(jié)構(gòu)更軟的A2-酪蛋白攪拌型酸奶的口感更為細(xì)膩。在凝固型酸奶中，A1型酸奶比A2型的屈服應(yīng)力大2.6%，流動(dòng)指數(shù)一致，說(shuō)明A1-酪蛋白凝固型酸奶更穩(wěn)定。與攪拌型酸奶相比，A1、A2凝固型酸奶的流動(dòng)指數(shù)分別小7.5%、15.7%，說(shuō)明凝固型酸奶的剪切稀化特性較攪拌型酸奶大，表現(xiàn)出更好的凝膠性質(zhì)，在感官口感上更加堅(jiān)實(shí)。

50 s剪切速率下的表觀黏度能夠更好地反映酸奶食用時(shí)的黏稠感。由表2可知，A1攪拌型酸奶比A2攪拌型酸奶高42.1%；A1凝固型酸奶比A2凝固型酸奶高34.0%。無(wú)論是凝固型還是攪拌型，A1型均大于A2型，表明A1-酪蛋白酸奶比A2-酪蛋白酸奶黏稠，與質(zhì)構(gòu)特性結(jié)果一致。此外，兩種酪蛋白攪拌型酸奶間黏稠感的差異比凝固型酸奶更大。

滯后回線面積越大，表示樣品恢復(fù)形變的能力越弱。由表2可知，攪拌型酸奶中，A1型滯后回線面積比A2型小14%；凝固型酸奶中，A1型滯后回線面積比A2型小14.6%?？梢钥闯?，被破壞后，凝固型酸奶比攪拌型酸奶更不容易恢復(fù)；A2-酪蛋白酸奶比A1-酪蛋白酸奶更不容易恢復(fù)。這能夠進(jìn)一步說(shuō)明，A1-酪蛋白酸奶的凝膠結(jié)構(gòu)剛性更強(qiáng)，且具有更加緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

2.4 不同酪蛋白酸奶凝膠的微觀結(jié)構(gòu)分析

圖4 A1、A2 β-酪蛋白攪拌型（a、b）及凝固型酸奶（c、d）掃描電鏡圖Fig. 4 Scanning electron microscopic images of stirred (a, b) and set yogurt (c, d) produced from A1 or A2 β-casein milk

從圖4可以看出，4 種酸奶樣品的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由酪蛋白鏈和聚集酪蛋白膠束的聚集體組成，并且均呈現(xiàn)出相對(duì)均勻和多孔隙的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。攪拌型和凝固型酸奶中，與A1型相比，A2型的孔洞更大，蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)密度更低，表明A2-酪蛋白牛乳制成的酸奶凝膠強(qiáng)度較弱。

3 結(jié) 論

將A1、A2-酪蛋白牛乳分別制成攪拌型及凝固型酸奶，并測(cè)定其持水力、質(zhì)構(gòu)特性、流變學(xué)特性及微觀結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，蛋白質(zhì)種類的不同，對(duì)酸奶的組織、微觀結(jié)構(gòu)和功能性能有明顯影響。A1攪拌型酸奶硬度值比A2攪拌型酸奶高32%；A1凝固型酸奶硬度值比A2凝固型酸奶高41.4%。A1攪拌型酸奶稠度值比A2攪拌型酸奶高28.8%；A1凝固型酸奶稠度值比A2凝固型酸奶高59.8%。A1攪拌型酸奶滯后回線面積比A2攪拌型酸奶小14%；A1凝固型滯后回線面積較A2凝固型小14.6%。質(zhì)構(gòu)特性、流變學(xué)特性、微觀結(jié)構(gòu)觀察的結(jié)果一致。A1-酪蛋白牛乳所制成的酸奶在黏性和硬度等方面較A2-酪蛋白牛乳制成的酸奶更好。A2-酪蛋白酸奶的’、”與A1-酪蛋白酸奶相比，都更低一些。A2-酪蛋白酸奶蛋白凝膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更為稀疏且不均勻。這會(huì)導(dǎo)致A2-酪蛋白酸奶在貯存、運(yùn)輸過(guò)程中易發(fā)生乳清析出，形狀變化，不便于貯存運(yùn)輸。由于實(shí)驗(yàn)條件限制，本研究并未探究A1、A2-酪蛋白酸奶剪切時(shí)間對(duì)酸奶表觀黏度的影響，未來(lái)可針對(duì)此方向進(jìn)一步探索。