試驗設計 原料：全脂牛乳；低聚木糖（XOS）（聚合度2-7，>95%）；氯化鈉（AR）；尿素（99%）；葡萄糖（99%）；木糖（98%）；半乳糖（98%）；乳糖（AR，98%）；麥芽糖（95%）；低聚果糖（95%）；低聚半乳糖（≥70%）；魔芋甘露寡糖（聚合度2-10）。 單糖/低聚糖-牛乳共加熱條件：準確量取40 mL牛乳于100 mL玻璃瓶中，加入7%（w/v）不同種類的單糖及低聚糖，包括葡萄糖、木糖、半乳糖、乳糖、麥芽糖、低聚木糖、低聚果糖、低聚半乳糖和魔芋甘露寡糖，充分溶解后各取1 mL上述牛乳于1.5 mL EP管中，95°C水浴加熱10 h，反應完畢后冷卻至室溫，倒置觀察。 XOS-牛乳凝膠制備條件優(yōu)化：準確量取40 mL牛乳于100 mL玻璃瓶中，加入XOS后充分溶解，于95°C水浴加熱，反應完畢后冷卻至室溫備用。低聚木糖添加量選擇3%、5%和7%（w/v），加熱時間選擇4、6和8 h，以感官評價方法優(yōu)化低聚木糖添加量及加熱時間，在下文中，XOS前數(shù)字表示低聚木糖添加量，H前數(shù)字表示加熱時間，如 5%XOS-6H表示低聚木糖添加量為5%，加熱時間為6 h的樣品。 感官評價方法：組織8名經(jīng)過訓練的評價人員對XOS-牛乳凝膠進行感官評價，評判指標為氣味（1-10）、風味（1-10）、顏色（1-10）、外觀（1-10）、質(zhì)地（1-10）、粘性（1-10）、彈性（1-10）和接受度（1-10），按喜好程度進行打分。 XOS-牛乳體系加熱條件：依據(jù)XOS-牛乳凝膠制備條件的優(yōu)化結果，選擇低聚木糖最佳添加量，測定低聚木糖-牛奶體系在加熱過程中pH值、色度、凝膠強度、持水力及流變學參數(shù)的變化，并通過溶解度測定、粒徑測定及聚丙烯酰胺凝膠電泳分析探討凝膠形成機制，加熱時間設置為 0、2、4、6、8 h。 測定XOS-牛乳凝膠的pH值、色度、凝膠強度、持水力、流變學性質(zhì)、溶解性、粒徑，觀察其微觀結構，并進行聚丙烯酰胺凝膠電泳分析。 試驗結果 （1）單糖/低聚糖-牛乳共加熱凝固現(xiàn)象 由圖1可知，在加熱條件下低聚木糖使牛乳發(fā)生凝固，且基本無水分析出；在魔芋甘露寡糖組中，體系加熱后發(fā)生絮凝，未形成均勻固狀物；其他單糖或低聚糖均未發(fā)生明顯凝固現(xiàn)象，因此，選用低聚木糖進行后續(xù)實驗。
（2）XOS-牛乳凝膠制備條件優(yōu)化 由表1可知，低聚木糖加入量為5%（w/v），加熱時間6 h制備的凝膠（5%XOS-6H）的感官評分最高（68.5分），隨著加熱時間延長，樣品由乳白色轉(zhuǎn)變?yōu)榻固巧?，顏色評分提高，但加熱8 h樣品顏色評分反而下降，加熱8 h的樣品入口后產(chǎn)生顆粒感，導致質(zhì)地評分下降。綜上所述，加熱6 h及低聚木糖添加量5%（w/v）的凝膠獲得最優(yōu)的感官評分，因此，后續(xù)實驗中選擇低聚木糖添加量5%探究體系在加熱過程中的物性變化和形成機制。
（3）XOS-牛乳凝膠的物性表征 XOS-牛乳凝膠的pH值測定結果：由表2可知，隨著加熱時間延長，樣品的pH值逐漸降低，由2 h的pH6.60到8 h的pH 5.40。 XOS-牛乳凝膠的凝膠強度測定結果：由表2可知，隨著加熱時間延長，樣品的凝膠強度逐漸增大，反應時間由2 h延長至8 h，凝膠強度從22.7 g提高至144.4 g。 XOS-牛乳凝膠的持水力測定結果：由表2可知，加熱初期凝膠的持水力增加，而加熱時間由6 h增至8 h，凝膠樣品持水力由53.1%降低至49.1%。 XOS-牛乳凝膠的色度測定結果：由表2可知，凝膠樣品的L*隨反應時間的延長而降低，同時a*值、b*值及BI值逐漸升高，凝膠樣品的顏色隨美拉德反應時間延長而逐漸變深，色度中的紅色及黃色占比逐漸提高，賦予凝膠樣品棕黃色的顏色特征。 XOS-牛乳凝膠的流變學性質(zhì)：由圖2可知，隨著反應時間的延長，XOS-牛乳凝膠樣品在震蕩頻率為0.1 Hz時儲能模量G′明顯增大，由加熱2 h時1.7 Pa提高至8 h的61.3 Pa（P<0.05），XOS-牛乳凝膠樣品的模量隨頻率改變而發(fā)生變化，表現(xiàn)為弱凝膠的特點。
XOS-牛乳凝膠的微觀結構：由圖3可知，未加熱樣品與實驗組相比未形成凝膠結構，呈塊狀或者顆粒狀，而凝膠樣品均呈現(xiàn)致密、多孔的網(wǎng)絡結構；隨著加熱時間的延長，加熱8 h樣品（D）與加熱2 h樣品相比（B）中出現(xiàn)較多薄片狀和團聚結構，說明牛乳-XOS共加熱促進凝膠結構的生成，而聚集和交聯(lián)程度的加深使凝膠結構更加緊密。
（4）XOS-牛乳凝膠形成機制 XOS-牛乳凝膠溶解度分析：由表3可知，各凝膠樣品中，離子鍵的貢獻最大，但其作用逐漸減弱, 反應4 h的51.2%降低到6 h的47.7%，繼續(xù)加熱無明顯變化；氫鍵和疏水相互作用對美拉德反應誘導XOS-牛乳凝膠結構形成的貢獻相對較?。?.0%-20.0%和 5.3%-36.0%），且氫鍵的貢獻隨加熱時間延長而減?。皇杷嗷プ饔玫呢暙I隨加熱時間延長先增大后減弱，在4 h達到最大值 36.0%。
XOS-牛乳凝膠的粒徑及SDS-PAGE分析：由圖4可知，牛乳中的主要蛋白種類為αs1 -酪蛋白（~23 kDa），αs1 -酪蛋白（~25 kDa），β-酪蛋白（~23 kDa），κ-酪蛋白（~19 kDa），β-乳球蛋白（~18 kDa）以及α-乳清蛋白（~14 kDa）；純牛乳與樣品5%XOS-0H的蛋白條帶無明顯差異，說明XOS的加入無法直接對牛乳蛋白起到修飾作用，在加熱2 h時，凝膠樣品中蛋白條帶出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象；隨著加熱時間的延長，牛乳蛋白條帶逐漸變淡。
試驗結論 本文先通過感官評價方法對低聚木糖-牛乳凝膠的制備條件進行優(yōu)化，在最優(yōu)低聚木糖添加量下，研究低聚木糖-牛乳體系在加熱過程中pH值、色度、凝膠強度、持水力及流變學參數(shù)的變化，并利用溶解度測定、粒徑測定及聚丙烯酰胺凝膠電泳方法分析凝膠形成機制，發(fā)現(xiàn)在加熱條件下，低聚木糖可使牛乳蛋白加速聚集形成凝膠網(wǎng)絡結構，結果表明低聚木糖可以促進牛乳形成熱凝膠，且在低聚木糖添加量為5%、加熱時間為6 h時低聚木糖-牛乳凝膠的感官評分最高。這一特性有望應用于相關產(chǎn)品的研發(fā)。
參考資料： 王青楊,苗妙,李樹森等.低聚木糖-牛乳凝膠的物性及形成機制研究[J/OL].食品工業(yè)科技:1-11. |
