羧甲基纖維素鈉（CMC）與酪蛋白的相互作用及其穩(wěn)定酸性乳體系機(jī)理的研究.pdf

1、近些年，乳品工業(yè)在我國得到了迅猛的發(fā)展。在所有農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中，乳業(yè)是增長量最大、增長持續(xù)時(shí)間最長的產(chǎn)業(yè)，其中液態(tài)乳生產(chǎn)與消費(fèi)的大幅度增長已成為我國乳品工業(yè)新發(fā)展時(shí)期的總體特點(diǎn)之一。酸乳由于其獨(dú)特的風(fēng)味及保健功能而風(fēng)靡全世界，近幾年出現(xiàn)在國內(nèi)市場上，發(fā)展也是非常迅猛。牛乳蛋白在酸性條件下的變性沉淀一直是影響酸乳及酸性乳飲料生產(chǎn)及開發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵性問題。因此，近年來對親水膠體與乳蛋白的相互作用，以及對最終產(chǎn)品穩(wěn)定性的研究已成為世界各國乳品科學(xué)研究

2、的熱點(diǎn)。CMC作為一種常用的酸性乳飲料體系的穩(wěn)定劑，在亞洲尤其在中國有著廣泛的應(yīng)用。CMC的加入，可以有效的防止酪蛋白在酸性條件下的聚集、沉淀以及由此產(chǎn)生的乳清分離，使酸性乳飲料在一定時(shí)期內(nèi)保持均一、穩(wěn)定的分散體系。酸性乳飲料由于其獨(dú)特的風(fēng)味及口感，近幾年在國內(nèi)市場上發(fā)展非常迅猛，如何避免牛乳蛋白在酸性條件下的變性沉淀則是影響酸性乳飲料生產(chǎn)及開發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵性問題。目前對CMC穩(wěn)定酸性乳飲料的研究主要在穩(wěn)定劑的復(fù)配與生產(chǎn)工藝過程的優(yōu)化方面

3、，對其穩(wěn)定機(jī)理的探討較少。本文針對具體工業(yè)應(yīng)用，根據(jù)中國酸性乳品的特點(diǎn)和技術(shù)需求，主要通過研究纖維素膠與乳蛋白之間的相互作用及其影響因素，從多糖吸附動力學(xué)，膠體微觀結(jié)構(gòu)演變和結(jié)構(gòu)流變學(xué)性質(zhì)演變的角度，來闡明酸性乳飲料體系的穩(wěn)定/失穩(wěn)機(jī)理，為高品質(zhì)酸性乳的生產(chǎn)和工藝優(yōu)化提供理論依據(jù)和指導(dǎo)，提高我國乳制品大國的地位，同時(shí)促進(jìn)食品科學(xué)和高分子科學(xué)的交叉融合，進(jìn)而建立高分子科學(xué)研究發(fā)展的新切入點(diǎn)，深化乳品物性學(xué)的研究。本文的主要研究內(nèi)容及結(jié)論如

4、下： ⑴研究了其溶液的流變學(xué)性質(zhì)及在酸性乳飲料生產(chǎn)過程中諸多因素對其流變學(xué)性質(zhì)的影響。CMC溶液是典型的假塑性流體，溶液的粘度隨剪切速率的升高而降低。由于CMC分子鏈增長(即分子量增加)或溶液濃度的增加，使分子鏈間易纏結(jié)，溶液的零剪切粘度增高；CMC的取代度高，使其分子在溶液中以較伸展的狀態(tài)存在，流體力學(xué)體積相對較大，溶液的零剪切粘度較高。 ⑵CMC溶液的粘度隨pH下降而降低，當(dāng)?shù)陀趐Ka后，粘度略有上升，最終形成游離酸

5、而發(fā)生沉淀。CMC為聚陰離子型高分子，當(dāng)加入一價(jià)鹽離子Na+，K+后，因其電荷屏蔽作用粘度隨之降低。二價(jià)陽離子Ca2+的加入使溶液的粘度先降低而后升高。當(dāng)Ca2+的濃度高于化學(xué)計(jì)量點(diǎn)后，CMC分子與Ca2+作用，溶液中存在超結(jié)構(gòu)：Mg2+對CMC溶液的作用與Ca2+相似，但因Mg2+的半徑較小，使CMC溶液絮凝所需的Mg2+濃度增加。蔗糖是一種強(qiáng)需水劑，其加入等同與溶液中CMC濃度的提高，使CMC溶液的粘度升高。CMC是一種水溶性纖維，

6、只要溶解充分，溶解方法(冷水溶/熱水溶)并不影響其溶液的流變學(xué)性質(zhì)。 ⑶當(dāng)CMC/酪蛋白混合體系的pH小于5.2時(shí)，CMC因靜電作用在酪蛋白膠粒表面發(fā)生吸附。CMC在酪蛋白表面的吸附層所提供的空間位阻作用而非靜電排斥作用，是維持酪蛋白膠粒在酸性條件下穩(wěn)定的主要因素。CMC的分子參數(shù)可以影響其在酪蛋白表面的吸附層厚度，當(dāng)CMC的濃度足以使酪蛋白發(fā)生飽和吸附，在低pH值達(dá)到粒徑平衡時(shí)，添加CMC的分子量越高，酪蛋白的粒徑越大；CMC

7、的取代度越低，酪蛋白的粒徑越大。若CMC/酪蛋白混合體系的pH大于5.2，當(dāng)CMC濃度較高時(shí)，體系因熱力學(xué)不相容而發(fā)生相分離，上層為澄清的多糖溶液，下層為乳白色的酪蛋白沉淀。 ⑷研究了含有4％MSNF/0.4％CMC混合體系的穩(wěn)定性。當(dāng)pH值大于5.2時(shí)，CMC與酪蛋白間無相互作用，體系因耗散絮凝發(fā)生明顯的相分離：當(dāng)pH值小于5.2時(shí)，CMC可以吸附在酪蛋白表面，提供空間位阻作用使體系維持穩(wěn)定。CMC與酪蛋白發(fā)生相互作用時(shí)，如果

8、體系中CMC的濃度較低，一個(gè)CMC分子鏈可以連接兩個(gè)或兩個(gè)以上的酪蛋白顆粒，體系發(fā)生架橋絮凝；如果體系中CMC的濃度足夠高，可以在酪蛋白表面形成飽和吸附。則其吸附層提供的空間位阻作用可以使酪蛋白維持穩(wěn)定。 ⑸在研究CMC與酪蛋白相互作用的基礎(chǔ)上，闡明了CMC對調(diào)酸型酸性乳飲料的穩(wěn)定機(jī)理。作為穩(wěn)定劑加入的CMC，一部分與蛋白質(zhì)顆粒發(fā)生靜電相互作用，吸附在蛋白質(zhì)顆粒的表面，提供空間位阻作用維持酪蛋白在酸性條件下的穩(wěn)定性；另一部分未吸

9、附的CMC并不能與酪蛋白形成弱的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，未吸附的CMC通過增加體系的粘度，減緩酪蛋白顆粒的沉降速率，增加酸性乳體系的穩(wěn)定性。 ⑹因調(diào)酸型和發(fā)酵型乳飲料中，酪蛋白的構(gòu)象及聚集形態(tài)完全不同，CMC與其中蛋白質(zhì)的相互作用及其穩(wěn)定效果也有較大差異。在調(diào)酸型酸性乳體系中，當(dāng)CMC在酪蛋白表面發(fā)生飽和吸附后，其吸附量不隨CMC濃度的提高而增加。但是在發(fā)酵型酸性乳體系中，CMC在酪蛋白表面的吸附量會隨著體系中CMC濃度的提高而增加。生產(chǎn)

10、酸性乳飲料的巴氏殺菌過程，對調(diào)酸型乳飲料中CMC在酪蛋白上的吸附量沒有顯著影響。但是這一加熱殺菌過程可以降低CMC在發(fā)酵型乳飲料中蛋白顆粒的吸附百分比及吸附量。 ⑺酸性乳飲料的穩(wěn)定性受諸多因素的影響，如所用CMC的分子參數(shù)，生產(chǎn)過程中的均質(zhì)壓力及酪蛋白的不同聚集形態(tài)等。研究結(jié)果表明對調(diào)酸型酸性乳飲料，分子量大的CMC可使體系的粘度增加，產(chǎn)品中蛋白質(zhì)顆粒的粒徑也相對較小，以分子量大的CMC為穩(wěn)定劑的酸性乳飲料穩(wěn)定性較好；CMC的取

11、代度對體系的穩(wěn)定性也有一定的影響，CMC取代度高時(shí)，電荷密度大，有利于與酪蛋白發(fā)生吸附，從而使體系穩(wěn)定。但取代度的變化對體系穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)較小，分子量變化對體系穩(wěn)定性的影響比取代度大。蔗糖的加入使體系的粘度升高，使其穩(wěn)定性增強(qiáng)。提高均質(zhì)壓力，可以使蛋白質(zhì)的顆粒明顯降低，但同時(shí)也使CMC的分子鏈長度減小，導(dǎo)致酸性乳體系的粘度降低，使酸性乳體系的穩(wěn)定性下降。調(diào)酸型和發(fā)酵型乳飲料的粘度均隨著體系中CMC含量的增加而增加，體系pH值的降低而降低。