试验设计 原料：全脂牛乳；低聚木糖（XOS）（聚合度2-7，>95%）；氯化钠（AR）；尿素（99%）；葡萄糖（99%）；木糖（98%）；半乳糖（98%）；乳糖（AR，98%）；麦芽糖（95%）；低聚果糖（95%）；低聚半乳糖（≥70%）；魔芋甘露寡糖（聚合度2-10）。 单糖/低聚糖-牛乳共加热条件：准确量取40 mL牛乳于100 mL玻璃瓶中，加入7%（w/v）不同种类的单糖及低聚糖，包括葡萄糖、木糖、半乳糖、乳糖、麦芽糖、低聚木糖、低聚果糖、低聚半乳糖和魔芋甘露寡糖，充分溶解后各取1 mL上述牛乳于1.5 mL EP管中，95°C水浴加热10 h，反应完毕后冷却至室温，倒置观察。 XOS-牛乳凝胶制备条件优化：准确量取40 mL牛乳于100 mL玻璃瓶中，加入XOS后充分溶解，于95°C水浴加热，反应完毕后冷却至室温备用。低聚木糖添加量选择3%、5%和7%（w/v），加热时间选择4、6和8 h，以感官评价方法优化低聚木糖添加量及加热时间，在下文中，XOS前数字表示低聚木糖添加量，H前数字表示加热时间，如 5%XOS-6H表示低聚木糖添加量为5%，加热时间为6 h的样品。 感官评价方法：组织8名经过训练的评价人员对XOS-牛乳凝胶进行感官评价，评判指标为气味（1-10）、风味（1-10）、颜色（1-10）、外观（1-10）、质地（1-10）、粘性（1-10）、弹性（1-10）和接受度（1-10），按喜好程度进行打分。 XOS-牛乳体系加热条件：依据XOS-牛乳凝胶制备条件的优化结果，选择低聚木糖最佳添加量，测定低聚木糖-牛奶体系在加热过程中pH值、色度、凝胶强度、持水力及流变学参数的变化，并通过溶解度测定、粒径测定及聚丙烯酰胺凝胶电泳分析探讨凝胶形成机制，加热时间设置为 0、2、4、6、8 h。 测定XOS-牛乳凝胶的pH值、色度、凝胶强度、持水力、流变学性质、溶解性、粒径，观察其微观结构，并进行聚丙烯酰胺凝胶电泳分析。 试验结果 （1）单糖/低聚糖-牛乳共加热凝固现象 由图1可知，在加热条件下低聚木糖使牛乳发生凝固，且基本无水分析出；在魔芋甘露寡糖组中，体系加热后发生絮凝，未形成均匀固状物；其他单糖或低聚糖均未发生明显凝固现象，因此，选用低聚木糖进行后续实验。
（2）XOS-牛乳凝胶制备条件优化 由表1可知，低聚木糖加入量为5%（w/v），加热时间6 h制备的凝胶（5%XOS-6H）的感官评分最高（68.5分），随着加热时间延长，样品由乳白色转变为焦糖色，颜色评分提高，但加热8 h样品颜色评分反而下降，加热8 h的样品入口后产生颗粒感，导致质地评分下降。综上所述，加热6 h及低聚木糖添加量5%（w/v）的凝胶获得最优的感官评分，因此，后续实验中选择低聚木糖添加量5%探究体系在加热过程中的物性变化和形成机制。
（3）XOS-牛乳凝胶的物性表征 XOS-牛乳凝胶的pH值测定结果：由表2可知，随着加热时间延长，样品的pH值逐渐降低，由2 h的pH6.60到8 h的pH 5.40。 XOS-牛乳凝胶的凝胶强度测定结果：由表2可知，随着加热时间延长，样品的凝胶强度逐渐增大，反应时间由2 h延长至8 h，凝胶强度从22.7 g提高至144.4 g。 XOS-牛乳凝胶的持水力测定结果：由表2可知，加热初期凝胶的持水力增加，而加热时间由6 h增至8 h，凝胶样品持水力由53.1%降低至49.1%。 XOS-牛乳凝胶的色度测定结果：由表2可知，凝胶样品的L*随反应时间的延长而降低，同时a*值、b*值及BI值逐渐升高，凝胶样品的颜色随美拉德反应时间延长而逐渐变深，色度中的红色及黄色占比逐渐提高，赋予凝胶样品棕黄色的颜色特征。 XOS-牛乳凝胶的流变学性质：由图2可知，随着反应时间的延长，XOS-牛乳凝胶样品在震荡频率为0.1 Hz时储能模量G′明显增大，由加热2 h时1.7 Pa提高至8 h的61.3 Pa（P<0.05），XOS-牛乳凝胶样品的模量随频率改变而发生变化，表现为弱凝胶的特点。
XOS-牛乳凝胶的微观结构：由图3可知，未加热样品与实验组相比未形成凝胶结构，呈块状或者颗粒状，而凝胶样品均呈现致密、多孔的网络结构；随着加热时间的延长，加热8 h样品（D）与加热2 h样品相比（B）中出现较多薄片状和团聚结构，说明牛乳-XOS共加热促进凝胶结构的生成，而聚集和交联程度的加深使凝胶结构更加紧密。
（4）XOS-牛乳凝胶形成机制 XOS-牛乳凝胶溶解度分析：由表3可知，各凝胶样品中，离子键的贡献最大，但其作用逐渐减弱, 反应4 h的51.2%降低到6 h的47.7%，继续加热无明显变化；氢键和疏水相互作用对美拉德反应诱导XOS-牛乳凝胶结构形成的贡献相对较小（4.0%-20.0%和 5.3%-36.0%），且氢键的贡献随加热时间延长而减小；疏水相互作用的贡献随加热时间延长先增大后减弱，在4 h达到最大值 36.0%。
XOS-牛乳凝胶的粒径及SDS-PAGE分析：由图4可知，牛乳中的主要蛋白种类为αs1 -酪蛋白（~23 kDa），αs1 -酪蛋白（~25 kDa），β-酪蛋白（~23 kDa），κ-酪蛋白（~19 kDa），β-乳球蛋白（~18 kDa）以及α-乳清蛋白（~14 kDa）；纯牛乳与样品5%XOS-0H的蛋白条带无明显差异，说明XOS的加入无法直接对牛乳蛋白起到修饰作用，在加热2 h时，凝胶样品中蛋白条带出现拖尾现象；随着加热时间的延长，牛乳蛋白条带逐渐变淡。
试验结论 本文先通过感官评价方法对低聚木糖-牛乳凝胶的制备条件进行优化，在最优低聚木糖添加量下，研究低聚木糖-牛乳体系在加热过程中pH值、色度、凝胶强度、持水力及流变学参数的变化，并利用溶解度测定、粒径测定及聚丙烯酰胺凝胶电泳方法分析凝胶形成机制，发现在加热条件下，低聚木糖可使牛乳蛋白加速聚集形成凝胶网络结构，结果表明低聚木糖可以促进牛乳形成热凝胶，且在低聚木糖添加量为5%、加热时间为6 h时低聚木糖-牛乳凝胶的感官评分最高。这一特性有望应用于相关产品的研发。
参考资料： 王青杨,苗妙,李树森等.低聚木糖-牛乳凝胶的物性及形成机制研究[J/OL].食品工业科技:1-11. |
