新稿速递嗜热链球菌发酵乳对全蛋液起泡性的影响-澳洲进口奶制品联盟

摘要：主要研究嗜热链球菌发酵乳对全蛋液起泡性的影响。随着发酵乳含量的增加(0%～50%w/w)，ST5-24 h发酵乳与全蛋液混合物的黏度逐渐增加(17.9～197.3 mPa·s)，pH值逐渐降低(7.75～4.95)；Zeta电位先降低再增加，且在25%左右达到最小值；表面张力整体呈下降趋势。全蛋液与发酵乳混合物的起泡能力在发酵乳含量小于30%时有降低的趋势但变化较小；混合物的泡性稳定性整体呈先上升(38～71 min)后下降(71～30 min)趋势，且在25%时达到最大值71 min(全蛋液的1.9倍)。此外，由泡沫微观结构的变化也可以看出，添加一定量的发酵乳可以增加液膜的弹性，从而显著提高全蛋液的泡沫稳定性。研究发现，在无蔗糖等稳泡剂添加的情况下，发酵乳的添加可以显著增加全蛋液泡沫的稳定性，且在一定量的添加范围内对起泡能力影响不大。

蛋液作为烘焙行业必备的原料，对其起泡能力及泡沫稳定性功能性质的研究将为蛋糕的工业生产提供坚实的理论依据。但近年来对蛋液的研究重点主要集中在鸡蛋蛋白质的理化性质和蛋清的起泡性等方面，而全蛋液由于其结构与组成的复杂多样性并没有得到应有的重视。目前主要是通过改变蛋糖比[1]、加工工艺条件[2]、热变性[3]及添加多糖型泡沫稳定剂的物理改性方法[4]或者酶水解改性[5]的方法来改善蛋液起泡性，从而改善蛋糕生产品质。

发酵乳是利用乳酸菌对乳的同型乳酸发酵作用而得到的具有独特质构、风味和较高营养保健功能的乳制品。研究表明，在蛋清中添加不同种类的牛奶蛋白可以增加蛋白的充气能力[6]，并且在糖和蛋液的混合物中加入酸牛奶可以通过改变黏度来增加泡沫的稳定性[7]。此外，多数研究表明通过改变蛋白液的酸碱度可以适当提高蛋清的起泡性并增加其泡沫稳定性[8-9]，发酵乳中的乳酸等有机酸可以调节蛋液的pH从而改变蛋液的起泡性。如果发酵乳的添加可以改善全蛋液的起泡性，在烘焙工业上不仅可以提高产品的口感和营养价值，简化生产工艺，更适应了人们追求无糖及低糖产品的趋势。

本研究创新性的将发酵乳添加到全蛋液中，通过测定二者混合物的 pH、黏度、表面张力、起泡性等性质的变化探究发酵乳在蛋液起泡性质上的作用。

1 材料与方法

鲜鸡蛋(购于超市，蛋白质含量为11.21%)，雀巢高热脱脂乳粉(蛋白质含量为32.0%)，嗜热链球菌ST5P-134(华南理工大学食品科学与工程学院实验室培养，下文简称ST5)。

SW-CJ-2G双人单面净化工作台，苏州净化设备有限公司；PYX-DHS·400-BS 恒温培养箱，北京市医疗设备厂；pHS-25 指针型pH计，上海雷磁仪器有限公司；NDJ-1型旋转式黏度计，上海恒平科学仪器有限公司；SM-168厨师机，深圳市牧人王电器五金制品有限公司；NANO ZS纳米粒度及Zeta电位分析仪，英国Malvom公司；DSA20光学接触角测试仪器，德国KRUSS；XSP-BM-3CA 光学显微镜，上海上光新光学科技有限公司。

1.3.1 发酵乳的制备

10%脱脂乳粉复溶液，50～60 ℃下搅拌水化20 min使其充分溶解，90～95 ℃灭菌10 min，立即冷却至室温，无菌条件下接种(接种量5×106 CFU/mL，CFU：菌落数)，37 ℃下发酵24 h，即ST5-24 h发酵乳。

新鲜鸡蛋打蛋去壳，搅拌均匀。将全蛋液与发酵乳混合，使发酵乳含量为0%、5%、10%、15%、…、50%。混合液用电动搅拌器在200 r/min转速下搅拌30 s混合均匀。

用pHS-25型酸度计测定样品的pH值，每个样品平行3次，取平均值。

1.4.2 黏度的测定

将全蛋液与发酵乳混合液在冰箱中静置15 min，15 ℃下用NDJ-1型旋转式黏度计测定黏度，测定条件为：1号转子，转速30 r/min，选取第30 s的数据为测量值，每个样品平行3次，取平均值。

发酵乳黏度测量条件：15 ℃，3号转子，转速12 r/min，每个样品平行3次，取平均值。

1.4.3 Zeta电位的测定

取1g发酵乳含量为0%、5%、10%……50%的混合液，用相应pH值的缓冲溶液稀释100倍。采用NANO ZS纳米粒度及Zeta电位分析仪测定样品的Zeta电位，每个样品平行3次，取平均值。

1.4.4 表面张力的测定

取适量发酵乳含量为0%、5%、10%…50%的混合液，采用DSA20光学接触角测试仪器悬滴法测定样品的表面张力，每个样品平行5次，取平均值。

测量条件：25 ℃，针头粗外径1.82 mm，液滴体积为3 μL。

1.4.5 泡沫性质的测定

起泡能力和泡沫稳定性的测定参照PHILLIPS等人[6，10]的方法，并略加修改。取200 g全蛋液与发酵乳混合液水浴加热至30 ℃，SM-168厨师机6档搅打20 min。搅打结束后，轻轻提起打蛋笼，立即用塑料抹刀将泡沫放入2个500 mL的呈倒圆锥形的底部开有3 mm小孔的容器中，称量其质量且整个过程要在搅打结束2 min内完成。装有泡沫的容器用保鲜膜密封，室温下静置5 h，期间不断测量析出液体的质量并拍照记录泡沫结构的变化。平行3次实验，取平均值。

起泡能力采用充气能力(Foam overrun)表示：

式中：Wm为100 mL 搅打前全蛋液与发酵乳混合物的质量；Wf为搅打后100 mL泡沫的质量泡沫稳定性(FS)用析出液体的质量为泡沫质量1/2时的时间表示。

1.4.6 泡沫微观结构的观察分析

将刚搅打结束的泡沫样品平铺在表面皿上形成薄薄的一层，然后立即用XSP-BM-3CA光学显微镜进行观察，调节清晰后用相机进行拍摄。目镜：16 X；物镜：10 X。

实验数据利用SPSS22.0进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 全蛋液与发酵乳混合液的pH变化

新鲜全蛋液的pH值在pH 7.5左右，通过改变pH可以影响不同种类蛋白质的物理性质和化学结构的变化。本研究中嗜热链球菌利用乳粉中的乳糖进行同型发酵产生乳酸，随着乳酸的增加，发酵乳的pH逐渐降低。ST5-24 h发酵乳的pH值为pH 3.84，添加不同量的发酵乳对全蛋液pH值和Zeta电位的影响如图1所示。

图1 全蛋液与发酵乳混合液样品的pH和Zeta电位变化
Fig.1 Changes in pH and Zeta values of liquid whole egg with different content of fermented milk

由图1可知，随着发酵乳含量的增加，全蛋液与ST5-24 h发酵乳混合液的pH值由pH 7.75下降至pH 4.95。此外，混合物的Zeta电位均表现为负电荷，且小幅下降后逐渐增大，并在发酵乳含量为25%时达到最小值。对混合物起泡性质起主要作用的是全蛋液中的蛋清蛋白和脱脂乳中的乳清蛋白质，其中蛋清蛋白的起泡性能力取决于球蛋白G1、G2和卵转铁蛋白，卵粘蛋白和溶菌酶起稳定作用[11-12]。蛋清中大部分蛋白质的等电点主要分布在pI 4.0～6.0之间，且球蛋白G1、G2的等电点分别为pI 5.5和5.8。随着pH值的降低，逐渐接近蛋白质的等电点，分子结构发生变化，暴露更多的疏水基团，促进蛋白质在界面上的吸附，从而影响其泡沫性质。

2.2 全蛋液与发酵乳混合液的黏度变化

实验室先前的研究[13]表明ST5菌株为黏性菌株，可以合成胞外多糖，其对发酵乳起到天然增稠作用。ST5发酵乳经过24 h的发酵，黏度可以达到6 253 mPa·s，远大于新鲜蛋液的黏度。图2为全蛋液与发酵乳混合后的黏度变化情况。

图2 全蛋液与发酵乳混合液样品的黏度变化
Fig.2 Changes in viscosity of liquid whole egg with different content of fermented milk

由图2可知，新鲜全蛋液的黏度为18 mPa·s，并且随着发酵乳含量的增加，二者混合液的黏度不断增加。当发酵乳含量小于15%时，全蛋液与ST5-24 h发酵乳混合液的黏度上升较慢，处于23～35 mPa·s之间。随着发酵乳含量的增加，pH值降低，逐渐达到部分蛋白质的等电点，使少量蛋白质开始发生聚集，但由于发酵乳中大量酪蛋白聚集体的增稠作用，混合物黏度直线上升至197.3 mPa·s。

2.3 全蛋液与发酵乳混合液的表面张力变化

图3为全蛋液与发酵乳混合后的表面张力变化情况。从图3中可以看出，全蛋液的表面张力为50.5 mN/m左右，发酵乳的添加可以不同程度的改变二者混合物的表面张力。发酵乳中的酪蛋白由于其两亲结构可以作为一种表面活性剂降低表面张力[14]，所以当加入少量发酵乳时，即可明显降低混合物的表面张力。此外，蛋清蛋白和乳清蛋白混合物有相互协同作用，且乳清蛋白对界面性质的作用较大[15]。但表面张力在发酵乳含量为5%～30%变化不大(49.5～49.8 mN/m)，说明发酵乳在混合物表面性质上的作用已经达到饱和状态。当发酵乳含量在35%～50%，混合物pH值降至pH 5.5以下，大部分蛋白质已经开始变性，表面张力上升至50.4 mN/m左右。

图3 全蛋液与发酵乳混合液样品的表面张力变化
Fig.3 Changes in interfacial pressure of liquid whole egg with different content of fermented milk

2.4 发酵乳对全蛋液起泡性的影响

图4为发酵乳对全蛋液起泡能力的影响。由图可知，随着发酵乳添加量的增加，全蛋液与发酵乳混合物的起泡性整体呈下降趋势。生成泡沫时，液体表面积增加，体系能量也相应的增加。因此，从热力学的角度来看，低表面张力有利于泡沫的生成。发酵乳含量在0%～30%时，混合液的表面张力小于全蛋液且相对稳定，但是黏度的增加却抑制蛋液的起泡性，并且pH的改变也会影响其起泡性[16]。因此，在这个范围内全蛋液与ST5-24 h发酵乳混合液起泡性有降低的趋势但变化不大，其充气能力维持在700%～730%之间。当发酵乳含量大于30%时，混合物中的蛋白质由于pH值的降低开始大量聚集，表面张力与全蛋液相差不大，黏度则由于胞外多糖的作用继续增大，所以其起泡性开始急剧下降，且在发酵乳与全蛋液1∶1时降到477%。由此可以说明，ST5-24 h发酵乳添加到全蛋液中可以改变蛋液的表面张力、pH和黏度，从而3者相互作用影响混合物的起泡性。

图4 全蛋液与发酵乳混合液样品的起泡性变化
Fig.4 Changes in foam overrun of liquid whole egg with different content of fermented milk

2.5 发酵乳对全蛋液泡沫稳定性的影响

图5为发酵乳对全蛋液泡沫稳定性的影响。结果表明，全蛋液与发酵乳混合物的泡性稳定性整体呈先上升后下降趋势，且与全蛋液相比，发酵乳的添加不同程度上增加了蛋液泡沫的稳定性。当发酵乳含量为5%～15%时，混合物的泡沫稳定性变化较小，析出一半液体的时间在38 min左右。随着发酵乳含量的增加，混合物黏度上升速度增大，泡沫稳定性也开始急剧增加，并在25%时达到最大值71 min，相对全蛋液增加了1.4倍左右。一般来说，液体表面张力与泡沫稳定性并无确定的相应关系。只有当表面膜具有一定的强度，低表面张力可以减慢排液和液膜变薄速度，泡沫的稳定性增加[17]。此时混合物表面黏度的增加不仅可以增强表面膜的强度，而且可以与表面张力协同作用增加泡沫的稳定性。并且在25%时，混合物的Zeta电位达到最小值，此时混合物的黏度是影响泡沫稳定性的主要因素，且其作用达到最大值[18]。当发酵乳含量大于25%时，黏度继续增加但B值急剧下降至43 min，并一直缓慢下降至30 min，这可能与起泡性的降低有关。此时，搅打后的气泡大小不一，泡沫流动性较强，从而影响泡沫稳定性。

图5 全蛋液与发酵乳混合液样品的泡沫稳定性变化
Fig.5 Changes in foam stability of liquid whole egg with different content of fermented milk

2.6 泡沫显微结构图

图6为全蛋液与不同量的ST5-24 h发酵乳混合物经过搅打后的泡沫放置0、10、20和30 min时的显微结构图，其中目镜和物镜的放大倍数分别为16 X和10 X。由图6可以看出，在0 min时，发酵乳含量为0%～30%的气泡小而稠密，而40%和50%的气泡大小不一且稀疏，说明混合液的起泡性在发酵乳含量大于30%时开始降低。此外，在发酵乳含量较少时，气泡之间连接比较紧密；而发酵乳含量较高，尤其是在发酵乳含量为50%时，气泡呈分散状态，并且在气泡底部有少量析出的液体(图中灰色部分)。

液态泡沫是一个非平衡的系统，它的结构随着时间不断发生变化。泡沫破坏的过程，主要包括泡沫渗流、液膜破裂和气体扩散，因此泡沫的稳定性主要取决于排液快慢和液膜的强度。由图6可以看出，随着时间的增加，气泡均逐渐增大，液膜变薄。其中发酵乳含量为40%和50%的气泡变化较大，且在160 X下可以观察到30 min时部分液膜开始破裂。不含发酵乳的气泡大小变化虽然较小，但是在10 min时大部分气泡的液膜已经开始破裂，而20 min到30 min的过程中气泡几乎无变化。综上可以看出，添加ST5-24 h发酵乳的气泡由于胞外多糖的作用使表面膜强度增大，从而增加泡沫的稳定性。

2.7 各指标与全蛋液起泡能力和泡沫稳定性之间的相关性分析

表1 pH值、Zeta电位、黏度、表面张力与蛋液起泡性质之间的相关性分析

Table 1 Correlation analysis between pH values, Zeta values,viscosity, interfacial pressure and foaming properties

用SPSS软件对混合液的pH值、Zeta电位、黏度、表面张力与起泡性质之间的简单相关性分析如表1所示。从各指标与FO的相关性来看，其Pearson相关性分别为0.769、0.896、-0.839、-0.507，0.5<|r|<0.9。pH的改变不仅可以影响蛋白质的溶解度，尤其在等电点附近时容易聚集，同时还可以改变溶液中的电荷使蛋白质分子因分子间力而展开，从而影响蛋液的起泡能力。Zeta电位作为反映胶体溶液稳定性的重要指标，也表明了相邻粒子间的相互作用力关系。所以pH值、Zeta电位与FO呈现正相关性。而溶液的黏度可以减缓蛋白质分子在界面上的吸附，从而降低起泡性，并且低表面张力可以在生成相同总面积的泡沫过程中少做功，所以黏度和表面张力与FO呈负相关。从与FS的相关性来看，其Pearson相关性分别为0.063、0.657、-0.063、-0.656，即Zeta电位和表面张力与FS呈现弱相关性，而pH和黏度可认为基本不相关。一般来说，溶液的表面黏度可以增加表面膜的强度，减缓泡沫渗流，从而增加泡沫稳定性。但混合物黏度的增加也并不意味着表面黏度的增加，并且决定泡沫稳定性的关键是液膜的强度[19]，只有当表面膜具有一定的强度，低表面张力和高黏度值才可以减慢排液和液膜变薄速度，使泡沫的稳定性增加。由以上分析可知，溶液黏度是影响泡沫稳定性的重要因素，但不是唯一因素，是各种因素相互作用的结果。

目镜：16 X；物镜：10 X
图6 全蛋液与发酵乳混合液样品搅打后0、10、20和30 min的泡沫显微结构图
Fig.6 Foam microstructure with different amounts of fermented milk at 0, 10, 20 and 30 min after the foam was made

3 结论

全蛋液中添加ST5-24 h发酵乳可以通过改变混合液的黏度、pH值、表面张力等性质来改善蛋液的泡沫性质。在发酵乳含量小于30%时，全蛋液与发酵乳混合物的起泡性几乎无变化；混合物的泡性稳定性随着发酵乳含量的增加呈先上升后下降的趋势，但与全蛋液相比均有不同程度增加。此外，由泡沫微观结构的变化也可以看出，发酵乳中的添加可以增加液膜的弹性，从而减慢液体的析出速率，增加泡沫稳定性。

Effect of fermented milk with Streptococcus thermophiluson foaming properties of whole liquid egg

(School of Food Science and Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510641, China)

Abstract：Egg has been extensively used in aerated food because of its functional properties of foaming. This study aimed at investigating the effect of fermented milk cultured for 24 hours with Streptococcus thermophilus (ST5-24 h fermented milk) on the foaming properties of liquid whole egg. Increasing fermented milk concentration (0% w/w-50% w/w) gradually increased solution viscosity (17.9-197.3 mPa·s) and decreased pH values (7.75-4.95) and the interfacial pressure presented a decrease as a whole. The Zeta values decreased at the earlier and then increased, the minimum was reached when the content of fermented milk was about 25%. The foam ability presented a slightly decrease when its concentration was less than 30%. Incorporation of fermented milk enhanced the foam stability and the half-life of foam drainage increased rapidly from 38 min to 71 min (1.9 times compared to liquid whole egg) at 25% and then decreased to 30 min. Moreover, microstructures at different time indicated that addition of fermented milk could possibly improve the bubbles elasticity and the stability of foams. In conclusion, the fermented milk had a significant impact on the foaming properties of liquid whole egg and little impact on the foaming ability without foam stabilizer.

第一作者：硕士研究生(陈中副教授为通讯作者，E-mail：chzhong@scut.edu.cn)。