利用水胶体对发酵酪乳进行物理稳定处理

《New Scientist》：Physical Stabilization of Fermented Buttermilk Using Hydrocolloids

本研究探究了黄原胶、瓜尔胶等亲水胶体对酸性但termilk热处理后物理稳定性的影响，发现XG（0.3%）、GG（0.3%）、IC（0.2%）和LBG（0.4%）有效防止分层，其中IC配薄荷香气感官评分最高，XG次之。

　　这项研究聚焦于一种名为“Doogh”的传统乳制品，它在伊朗、东欧、亚洲、中东、西欧和美国等地广为人知。Doogh是一种通过发酵牛奶（如牛乳、羊乳或奶牛乳）制成的乳饮料，通常使用乳酸菌（如印度的Lassi或斯堪的纳维亚的饮品）作为发酵剂，也可以通过混合酸奶与水（如伊朗的Doogh或土耳其的Ayran）来制备。此外，Doogh还可以由奶油或酸奶制作过程中产生的乳脂副产品制成，这种乳脂副产品通常具有酸性或甜味的特性。由于其独特的风味和营养价值，Doogh在一些地区受到消费者的喜爱，但其商业化过程中面临诸多挑战，尤其是物理稳定性问题。

酸性Doogh的一个主要问题在于其在低温下的相分离现象，这通常是由蛋白质的聚集和沉淀引起的。蛋白质在乳制品中扮演着重要的角色，它们不仅影响产品的口感和质地，还与营养成分和健康益处密切相关。然而，当乳制品被酸化时，例如在发酵过程中，其pH值会逐渐下降至等电点（约pH 4.6），导致蛋白质结构发生变化，从而出现聚集和沉淀现象。这种现象会降低产品的外观吸引力，影响其市场价值，但并不会影响其营养价值。

为了应对这一问题，研究者尝试通过添加不同的天然和合成胶体（如黄原胶、瓜尔胶、洋槐胶、阿拉伯胶、羧甲基纤维素、果胶、ι-卡拉胶和κ-卡拉胶）来改善酸性Doogh的物理稳定性。这些胶体被广泛应用于食品工业中，具有增强粘度、防止蛋白质聚集、提高产品稳定性等多种功能。研究者在实验中使用了不同浓度的胶体（0.2–0.5% w/w），并观察了它们在热处理（如72°C或90°C加热90秒）后的效果。

研究结果表明，黄原胶（XG）、瓜尔胶（GG）、ι-卡拉胶（IC）和洋槐胶（LBG）在特定浓度下（分别为0.3%、0.3%、0.2%和0.4% w/w）能够有效防止酸性Doogh在30天内发生相分离现象。这些胶体在热处理后仍能保持较高的物理稳定性，使得产品在冷藏条件下（6°C）能够维持良好的质地和外观。相比之下，阿拉伯胶（GA）、羧甲基纤维素（CMC）和果胶（G）未能有效阻止相分离现象，而κ-卡拉胶（KC）虽然具有一定的稳定作用，但会导致产品呈现出粘稠且凝胶状的质地，影响其感官特性。

从流变学角度来看，控制样品（未添加任何胶体）表现出牛顿流体的特性，即其粘度在剪切速率变化时保持恒定。而黄原胶添加的样品则符合赫希菲尔-布雷克利模型（Herschel-Bulkley model），其表观粘度为106.75 mPa.s，屈服应力为9.98 mPa。这表明黄原胶能够显著改变样品的流变行为，使其具有更高的粘度和更强的结构稳定性。对于由瓜尔胶、洋槐胶和ι-卡拉胶稳定的产品，幂律模型（Power Law model）被证明是最佳拟合模型，这些样品的表观粘度分别为18.57、62.50和21.19 mPa.s。这表明这些胶体能够通过增加粘度和改善流变特性来提高产品的稳定性。

此外，研究还关注了产品在热处理后的颜色、粒径、Zeta电位、浊度和微观结构等物理性质的变化。通过分析这些性质，研究者能够更全面地评估不同胶体对产品稳定性的影响。例如，Zeta电位的变化可以反映胶体对蛋白质表面电荷的影响，从而影响蛋白质的聚集和沉淀行为。粒径和浊度的变化则可以用于评估产品在热处理后的稳定性，而微观结构的观察则能够提供更直观的证据，说明胶体如何影响产品的质地和结构。

在感官评价方面，研究者邀请了半训练的品评小组对稳定后的样品进行评估。结果显示，由ι-卡拉胶稳定并添加薄荷水香气的样品获得了最高的评分，而黄原胶稳定的产品则获得了第二高的接受度。这表明虽然不同胶体对产品稳定性的影响各有不同，但在感官特性方面，ι-卡拉胶的添加不仅提高了产品的稳定性，还改善了其风味和接受度。相比之下，黄原胶虽然在流变学和物理稳定性方面表现优异，但其感官特性略逊于ι-卡拉胶。

研究还指出，酸性Doogh的物理稳定性问题与多种因素有关，包括蛋白质的类型、胶体的种类和浓度、热处理的条件以及产品的储存环境。这些因素共同作用，影响了酸性Doogh的质地和外观。例如，蛋白质在酸性条件下的聚集和沉淀不仅与pH值的变化有关，还与胶体的添加量和类型密切相关。此外，热处理的条件（如温度和时间）也对产品的稳定性产生重要影响，某些高温处理可能会加速蛋白质的聚集，而适当的低温处理则有助于保持产品的稳定性。

为了进一步了解这些因素对产品稳定性的影响，研究者对不同胶体进行了详细的分析。例如，瓜尔胶和洋槐胶作为非吸附性胶体，其主要作用是通过增加粘度和改善流变特性来提高产品的稳定性。相比之下，黄原胶和ι-卡拉胶作为吸附性胶体，其作用不仅限于增加粘度，还可能通过与蛋白质表面的相互作用来防止聚集和沉淀。这种吸附性胶体的作用机制可能与它们的分子结构和电荷特性有关，从而影响其在酸性条件下的稳定性。

此外，研究还探讨了不同胶体对产品感官特性的影响。例如，添加不同的胶体可能会改变产品的口感、质地和风味，从而影响消费者的接受度。在实验中，研究者发现，由ι-卡拉胶稳定的产品不仅在物理稳定性方面表现优异，还在感官特性方面获得了较高的评分。这表明ι-卡拉胶的添加不仅能够改善产品的稳定性，还能够提升其整体品质，使其更符合消费者的期望。

在实际应用中，这些研究结果对于食品工业具有重要的指导意义。例如，乳制品生产商可以通过添加适当的胶体来改善酸性Doogh的物理稳定性，从而延长其保质期，提高其市场竞争力。此外，研究还指出，不同胶体对产品的影响可能存在差异，因此在实际应用中需要根据具体的产品需求和市场定位来选择合适的胶体。例如，如果目标是提高产品的粘度和结构稳定性，那么黄原胶和ι-卡拉胶可能是更好的选择；如果目标是改善产品的感官特性，那么ι-卡拉胶的添加可能更为有效。

总的来说，这项研究通过系统的实验分析，揭示了不同胶体对酸性Doogh物理稳定性的影响。研究结果表明，黄原胶、瓜尔胶、ι-卡拉胶和洋槐胶在特定浓度下能够有效防止酸性Doogh的相分离现象，提高其稳定性。这些胶体不仅在流变学和物理性质方面表现出色，还在感官特性方面获得了较高的评分。相比之下，其他胶体如阿拉伯胶、羧甲基纤维素和果胶未能有效改善产品的稳定性，而κ-卡拉胶的添加虽然具有一定的稳定作用，但可能导致产品呈现出不理想的质地。因此，这些研究结果为食品工业在开发和改进酸性乳制品提供了重要的参考依据，有助于提高产品的质量和市场竞争力。