微纳米气泡与Whey Protein Concentrate-80对甜味发酵乳饮料性质的影响

《International Dairy Journal》：Influence of Micro–Nano Bubbles and Whey Protein Concentrate-80 on the Properties of a Sweetened Fermented Dairy Drink

微纳米气泡（MNBs）和酪蛋白 whey protein concentrate-80（WPC-80）对甜味发酵乳饮料的理化性质及微生物特性影响研究表明，WPC-80浓度增加会提升乳清分离和表观粘度，但MNB处理能有效抑制乳清分离并降低粘度，同时储存期间MNB处理组S. thermophilus和L. bulgaricus菌落总数显著低于对照组。

　　

作者：Aarushi Kaura | Pranav Kumar Singh | Venus Bansal | Nitika Goel | Gajanan P. Deshmukh | Santosh Kumar Mishra

印度旁遮普邦卢迪亚纳市Guru Angad Dev兽医与动物科学大学乳品与食品科学与技术学院，邮编141004

摘要

本研究探讨了微纳米气泡（MNBs）和乳清蛋白浓缩物-80（WPC-80）对含糖发酵乳制品（SFDD）的物理化学性质和微生物特性的影响。实验中使用了不同比例的WPC-80（7–10%）以及不同的酸奶与水比例（60:40和70:30），并分别添加了MNBs（处理组样本-TS）和未添加MNBs的对照组样本-CS。在60:40的酸奶与水比例下，对含有MNBs的处理组样本（STS）和不含MNBs的对照组样本（SCS）进行了储存试验。实验中牛奶的脂肪含量被调整至4.5%，乳固形物含量调整至8.7%，然后进行发酵至pH值为4.5，随后加入12%的糖和水。WPC-80浓度的增加促进了乳制品的收缩现象（syneresis）和表观粘度的提升，但其对颜色参数（L*、a*和b*值）的影响不显著。相比之下，MNBs处理显著抑制了收缩现象。在储存过程中，酸度增加，而pH值和表观粘度降低。随着时间的推移，Streptococcus thermophilus（S. thermophilus）和Lactobacillus bulgaricus（L. bulgaricus）的活菌数量有所增加；然而，处理组样本的活菌数量始终显著低于对照组样本。

引言

发酵乳制品如lassi、酪乳、开菲尔和饮用酸奶不仅是传统的饮品，也是人类饮食中的重要营养来源。几个世纪以来，这些饮品因其富含高质量的蛋白质、益生菌、生物活性肽和必需营养素而受到广泛消费。它们是通过特定微生物（主要是乳酸菌LAB，偶尔也有酵母）对牛奶的作用产生的（Shiby等人，2013年）。在发酵过程中，乳糖（牛奶中的糖分）被转化为乳酸，从而降低了pH值，使产品变得更加浓稠，并带有酸味，同时提高了消化性。

尽管具有这些优点，但发酵乳制品的蛋白质含量通常较低，一般在1.5–2.5%之间，这取决于凝乳与水的比例以及牛奶的初始蛋白质含量。为了提高营养价值，通常会添加牛奶蛋白来源进行强化。最简单的方法是添加酪蛋白酸盐、乳清蛋白浓缩物（WPC）或其他牛奶蛋白。其中，WPC因其高营养价值和功能性特性（尤其是在变性后能形成粘弹性凝胶的能力）而被广泛研究和使用（Guzman-Gonzalez等人，1999年；Lucey等人，1999年；Puvanenthiran等人，2002年；Remeuf等人，2003年；Amatayakul等人，2006年；Ozen和Kilic，2009年）。然而，WPC的添加可能会通过改变产品的物理性质（如粘度和乳清分离）而对其质量产生负面影响。例如，WPC的添加与酸奶和其他发酵乳制品中的收缩现象增加有关（Laiho等人，2017年；Wherry等人，2019年），同时还会使粘度升高到不理想的水平。

最近的研究表明，微纳米气泡（MNBs）可能有助于缓解这些问题。微纳米气泡技术包括直径为10–50微米的微气泡和约200纳米的纳米气泡，这些气泡由悬浮在液体中的气体空腔组成。由于成本低廉、环保且可扩展性强，MNBs在食品和农业应用中受到了越来越多的关注，此外它们在废水处理、清洁和消毒方面也有应用（Agarwal等人，2011年；Ahmed等人，2018年）。在乳制品系统中，MNBs的应用已被证明可以通过提高持水能力来改善酸奶中的乳清分离效果（Babu等人，2022年），而Amamcharla等人（2017年）的研究表明MNBs可以降低乳蛋白溶液的粘度。这种粘度的降低可能与MNBs的缓冲作用有关，这种作用有助于防止蛋白质聚集。此外，Sharma等人（2023年）观察到超细气泡对发酵牛奶中益生菌的存活率没有显著影响，支持了其在功能性食品中的安全应用。

基于上述背景，使用MNBs是一种有前景且经济有效的策略，可以改善添加了WPC的发酵乳制品的持水能力并降低其粘度。因此，本研究旨在探讨压缩空气制备的MNBs对添加了不同浓度WPC-80（7–10%）和不同酸奶与水比例（60:40和70:30）的发酵乳制品的收缩现象和表观粘度的影响。此外，还在4±1°C的温度下进行了为期30天的储存试验，使用的配方中含有10%的WPC-80和60:40的酸奶与水比例。

实验部分

菌种制备与扩增

Streptococcus thermophilus（ST）和Lactobacillus bulgaricus（LB）从印度昌迪加尔CSIR微生物技术研究所获得。这些菌种分别在M17和MRS培养基中，在其最佳生长温度（ST为42°C，LB为37°C）下扩增，随后转移到脱脂牛奶中活化（Kenny等人，1994年）。储备菌种储存在-18°C条件下，用于制备发酵乳制品。

酸奶制备

新鲜混合牛奶...

pH值与酸度

表1展示了含有不同比例WPC-80和酸奶与水（60:40和70:30）的含糖发酵乳制品的pH值和可滴定酸度。添加WPC-80后，两种酸奶与水比例下的pH值均显著升高（p < 0.05，见表1）。此外，添加MNBs后，相同WPC-80比例下处理组的pH值也显著升高（见表1）。然而，对照组样本（CS）的酸度没有显著差异...

结论

研究表明，WPC-80的添加会促进含糖发酵乳制品的收缩现象和表观粘度的增加，但对颜色没有显著影响。微纳米气泡（MNBs）的应用有效抑制了收缩现象并降低了粘度，表明产品的持水能力和凝胶结构得到了改善。在储存过程中，pH值和粘度逐渐降低，而Streptococcus thermophilus和Lactobacillus bulgaricus的活菌数量增加；然而，处理组样本的这些指标始终低于对照组样本。

作者贡献声明

Venus Bansal：撰写、审稿与编辑、监督、数据分析。 Pranav Kumar Singh：撰写、审稿与编辑、监督、方法论设计、概念构思。 Nitika Goel：撰写、审稿与编辑、监督。 Santosh Kumar Mishra：撰写、审稿与编辑、监督。 Gajanan P Deshmukh：撰写、审稿与编辑、概念构思。 Aarushi Kaura：撰写初稿、实验设计。

未引用参考文献

AOAC, 2006; Babu和Amamcharla, 2022; Guzmán-González等人，1999; Horiuchi, 2014; Horiuchi, 2014; Joon等人，2017; Kenny和Brackman, 1994; Oh等人，2025; Phan等人，2021; Sharma和Ramanathan, 2023; Shiby和Mishra, 2013; Sirame, 2023.

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或可能影响本文研究的个人关系。

数据获取

数据可应要求提供。

资金来源

本研究未获得公共部门、商业部门或非营利组织的任何特定资助。

利益冲突声明

作者声明没有可能影响本文研究的已知财务利益冲突或个人关系。

致谢

作者感谢IIT Ropar分校的Neelkanth Nirmal副教授提供的批量纳米气泡发生器支持。