Whey Protein Isolate–Pectin Complexes Regulate Microstructure and Stability of Pasteurized Drinking Yogurt

技术摘要：分离로乳清蛋白–果胶复合物调节巴氏杀菌饮用型酸奶的微观结构与稳定性

问题陈述
巴氏杀菌饮用型酸奶（PDY）是一种具有室温稳定性、因其便携性和营养保留价值而备受青睐的产品。然而，用于灭活乳酸菌并确保安全性的巴氏杀菌过程往往会诱发不利的质量缺陷。具体而言，热处理会促进蛋白质聚集、颗粒生长和乳清分离（脱水现象），从而导致质地粗糙、稳定性降低以及消费者接受度下降。虽然果胶等多糖和乳清蛋白（WPI）等蛋白质在单独影响酸奶质地方面已有研究，但在不同巴氏杀菌强度下，WPI–果胶复合物对 PDY 的微观结构、水分分布及稳定性的协同效应仍有待深入研究。

研究方法
本研究采用受控实验设计，评估了由不同蛋白质和多糖组合配制的 PDX 的理化性质。

• 配方： 以脱脂奶粉（SMP）为基质。使用分离乳清蛋白（WPI）替代 40% 的 SMP 蛋白质，以达到 4.0% (w/w) 的总蛋白质浓度。添加了 0.2% (w/w) 的果胶（60% 酯化度）。共设立四个组别：对照组（仅含 SMP）、仅含 WPI 组、仅含果胶组以及 WPI–果胶复合组。
• 加工： 样品经发酵至 pH 4.6，随后进行均质处理，并施加特定的热处理以模拟巴氏杀菌强度：65°C、75°C、85°C 和 95°C（均为 20 分钟），此外还包括 85°C 处理 10 分钟以及 0 分钟（未加热对照组）。复合组特别测试了在 85°C 下处理 0、10 和 20 分钟的情况。
• 表征：
  • 颗粒大小： 通过激光衍射仪（Mastersizer 3000）测量。
  • 持水能力 (WHC)： 通过改良离心法测定。
  • 流变学： 使用平行板流变仪测量表观粘度和粘弹性模量（储能模量 $G'$ 和损耗模量 $G''$）。
  • 水分分布： 利用低场核磁共振（LF-NMR）分析，定量分析结合水、束缚水和自由水组分（$T_2$ 弛豫时间）。
  • 微观结构： 通过扫描电子显微镜（SEM）在 10,000× 倍率下进行观察。
  • 物理稳定性： 使用 Turbiscan 稳定性分析仪监测背散射剖面，并计算 Turbiscan 稳定性指数（TSI）。

主要结果

• 巴氏杀菌强度的影响： 随着温度和保持时间的增加，显著促进了颗粒聚集，使颗粒粒径分布向较大直径偏移。这种热强度增加了表观粘度和粘弹性模量（$G'$ 和 $G''$），但显著降低了 WHC。
• 单一添加剂效应：
  • 果胶： 单独添加果胶会诱发架桥絮凝，导致颗粒尺寸明显增大，且粘度和粘弹性高于对照组。
  • WPI： 单独添加 WPI 会减少蛋白质聚集，促进形成更细小的凝胶网络，且粘度低于对照组。
• WPI–果胶复合物的协同效应：
  • WHC： 复合配方表现出最显著的水分保持能力提升。在 85°C 处理 20 分钟的标准巴氏杀菌条件下，复合型酸奶的 WHC 达到 88%，显著高于对照组（约 53%）和单一添加剂组（约 63–69%）。
  • 流变学： 尽管具有高 WHC，复合型酸奶的表观粘度和粘弹性模量在所有样品中最低，表明其具有更好的流动性和较低的类固体特性。
  • 水分分布 (LF-NMR)： 添加 WPI 增加了结合水的比例并限制了水分子的迁移。在复合体系中，自由水组分被降至最低，证实了高 WHC 的现象。
  • 微观结构 (SEM)： WPI–果胶复合体形成了致密、均匀且具有细微孔隙的微观结构。相比之下，仅含果胶的样品显示出较大的聚集体，而高温处理通常会导致产生更粗糙的网络和更大的孔径。
  • 稳定性： Turbiscan 分析证实，复合型酸奶具有最低的 Turbiscan 稳定性指数（TSI）以及随时间变化的最小背散射剖面变化，表明其物理稳定性显著增强，且比对照组更具抗乳清分离能力。

意义与结论
作者得出结论，WPI 和果胶通过协同作用调节巴氏杀菌饮用型酸奶的质地、水分分布和稳定性。研究为这些组分的相互作用提供了机理基础：WPI 促进形成精细的蛋白质网络并结合水分，而果胶在与 WPI 结合时，有助于构建致密且均匀的微观结构，从而有效地捕捉乳清，而不会像单独使用果胶时那样引起过高的粘度和颗粒聚集。

本文声称，这种复合方法为开发高质量、高稳定性的巴氏杀菌饮用型酸奶产品提供了一种可行策略，使其即使在巴氏杀菌的热应力下也能保持光滑的质地和稳定性。研究结果表明，优化 WPI 与果胶的比例可以减轻通常与室温储存相关的质量缺陷。