转谷氨酰胺酶和明胶在热加工过程中对室温固化山羊酸奶热稳定性的协同作用

《International Dairy Journal》：Synergistic effects of transglutaminase and gelatin on thermal stability of ambient-temperature solidified goat yogurt during heat processing

本研究探究了转谷氨酰胺酶（TG）与明胶协同作用对山羊酸奶热稳定性的提升效果。实验表明，2% TG与5%明胶复合使用可显著增强凝胶强度（32.606±3.533 g）、持水能力（81.34±0.95%）及流变特性，XRD和表面疏水性分析证实其通过氢键、疏水相互作用及共价键形成更致密的蛋白网络结构，有效抑制蛋白质聚集与变性。

　　

陈玉峰|丁佳月|兰思琪|王琪|周旭霞|刘淑莱|丁玉婷

浙江工业大学食品科学与技术学院，浙江省海洋渔业资源绿色、低碳与高效开发重点实验室，国家远洋水产品加工技术研发分中心（杭州），中国杭州310014

摘要

常温凝固酸奶的热稳定性是乳制品行业面临的主要挑战之一。本研究旨在探讨转谷氨酰胺酶（TG）和明胶对巴氏杀菌（90°C，15分钟）后凝固山羊酸奶（SGY）热稳定性的协同作用。与空白组相比，同时添加2%的TG和5%的明胶显著提高了SGY的凝胶强度（32.606 ± 3.533 g）、质地（内聚性：1.023 ± 0.06475；弹性：0.808 ± 0.06017）和持水能力（81.34 ± 0.95%）。XRD分析显示，明胶处理后的凝胶网络更加紧密（d间距：10.85 nm，而空白组为12.10 nm）。TG和明胶的结合抑制了蛋白质表面的疏水基团暴露，减少了蛋白质聚集，降低了蛋白质变性，增强了SGY的整体粘弹性和抗变形能力。此外，TG和明胶的组合还增强了分子内/间氢键、疏水相互作用以及ε-(γ-谷氨酰)赖氨酸共价键的形成。这些发现为利用TG和明胶改善酸奶品质和稳定性提供了宝贵的见解。

引言

山羊酸奶因其独特的营养价值和市场潜力而受到重视，预计到2026年其市场规模将达到114亿美元（Verruck等人，2019年）。虽然山羊奶的蛋白质和脂肪成分与牛奶相似，但其独特的氨基酸组成和酪蛋白胶束结构使其更易于消化且过敏原性较低。然而，山羊奶中α-S1-酪蛋白含量较低，导致其在发酵过程中热稳定性较差，凝胶形成能力较弱（Munekata等人，2021年）。提高山羊酸奶的热稳定性和凝胶强度对于防止发酵后高温处理过程中的乳清分离和保持质地至关重要，从而提升产品品质和市场吸引力。

食品添加剂技术的进步使得明胶（Gel）和转谷氨酰胺酶（TG）等天然成分被广泛应用于乳制品加工中，以改善产品的质地和稳定性。明胶通过其凝胶形成和水凝胶结合能力增强产品的结构完整性和流变性能。Wu等人（2024年）发现，明胶能够增强酸奶凝胶网络，防止乳清分离，并提高产品的稳定性和感官品质。TG作为一种交联酶，能够形成稳定的蛋白质网络，改善质地和凝胶强度。Vasi?等人（2023年）表明，TG在酸性条件下能增强凝胶强度、热稳定性和酸奶的弹性。TG的交联作用还能提高持水能力并减少乳清分离，从而提升整体产品质量（Akbari，2021年）。

目前市场上常温凝固的山羊酸奶种类有限。这类产品的一个主要问题是发酵后需要加热灭活。然而，加热过程常常会导致酸奶基质絮凝和乳清分离，从而影响产品的结构稳定性。为了解决这一问题，本研究提出了一种结合TG和明胶的协同方法，旨在提高酸奶在加工过程中的热稳定性。尽管许多研究单独探讨了明胶或TG对乳制品的影响，但关于它们共同作用对酸奶凝胶结构和性能影响的研究仍然有限（Duarte等人，2020年；Marhons，2023年）。因此，本研究系统地研究了明胶和TG单独使用、联合使用以及不同添加顺序对SGY结构完整性和热稳定性的影响，为开发更稳定、口感更好的酸奶产品提供了理论和技术支持。

材料

山羊奶粉购自中国昆明龙腾生物乳业有限公司。转谷氨酰胺酶（TG，浓度120 U/mL）购自中国上海青瑞食品科技有限公司。明胶（200 Bloom）由河南博阳有限公司提供。单甘酯脂肪酸酯由浙江YINO生物科技有限公司提供。用于酸奶生产的发酵菌株包括Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus等。

宏观结构与微观结构分析

如图1a所示，各处理组之间存在明显的结构差异。宏观上，TG组和明胶组相比空白组表现出更低的絮凝程度和更高的结构完整性。而TG-明胶组则出现了明显的表面收缩现象。显微镜观察发现，TG组的蛋白质颗粒排列更紧密，而明胶组的蛋白质颗粒虽然较大，但分布更为均匀。

结论

通过颗粒大小分布、持水能力、浊度、巯基含量和表面疏水性等参数进行了全面的物理化学表征。分析结果表明，TG和明胶的协同交联显著增强了凝胶网络结构，提高了持水能力、机械强度和热稳定性。FTIR和XRD检测显示，在最佳TG-明胶浓度下，蛋白质交联效率得到提升。

CRediT作者贡献声明

丁佳月：撰写初稿、实验设计。 陈玉峰：资料收集、方法论制定、资金申请、概念构思。 兰思琪：数据分析、数据管理。 周旭霞：撰写、审稿与编辑、软件应用。 王琪：实验实施。 丁玉婷：项目监督、行政管理、资金申请。 刘淑莱：撰写、审稿与编辑、结果验证。

未引用参考文献

Akbari等人，2021年；Chen等人，2025年；Freire等人，2022年；Li等人，2022年；Li等人，2022年；Li等人，2025年；Ifeduba和Akoh，2015年；Marhons等人，2023年；Nanakali等人，2023年；Nivala等人，2021年；Wang等人，2023年；Zhang等人，2024年；Zhou等人，2022年。

利益冲突

作者声明不存在可能影响本文研究的已知竞争性财务利益或个人关系。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知竞争性财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢国家自然科学基金（项目编号32402098、32172242）、浙江省“建兵”和“凌雁”重点研发计划（项目编号2024C04011）、农业农村部农产品质量评价与健康效益重点实验室开放基金（项目编号ZJU-APQHLAB-2401）以及Today Food有限公司委托的横向项目（项目编号SH1330230491）的支持。