《食品科學》：南昌大學胡秀婷教授等：卡拉膠對酸乳穩定性的影響與機制

酸乳是由牛乳通過乳酸菌發酵制成，因兼顧營養和口感而深受消費者喜愛。然而，酸乳凝膠網絡十分脆弱，在酸乳運輸和貯存期間易發生乳清分離、蛋白質絮凝或沉淀等失穩現象，嚴重影響其食用品質。親水性膠體是指在一定條件下可充分水化形成黏稠、滑膩或膠凍狀膠體的大分子物質，包括多糖和蛋白質。為了提高酸乳穩定性，通常向酸乳中添加多糖親水膠體，且普遍將多糖親水膠體提升酸乳穩定性歸因于其增稠作用。然而，并不是所有多糖親水膠體都能穩定酸乳。

多糖親水膠體對酸乳穩定性的影響不僅取決于其增稠作用，多糖親水膠體與牛乳蛋白的相互作用亦可能影響酸乳的品質。

南昌大學食品科學與資源挖掘全國重點實驗室王輝、張洪凱、胡秀婷*等以卡拉膠為多糖親水膠體代表，研究不同添加量卡拉膠對酸乳穩定性的影響以及卡拉膠與酪蛋白膠束的相互作用，以期闡明多糖親水膠體影響酸乳穩定性機理，對多糖親水膠體應用的拓展提供指導。

1 卡拉膠對酸乳穩定性的影響

如圖1所示，對照組的WHC為60.5%。當卡拉膠添加量分別為0.05%、0.10%和0.15%時，酸乳的WHC分別為64.1%、43.3%和44.5%。這表明添加0.05%卡拉膠提高了酸乳的WHC，而添加≥0.10%的卡拉膠則顯著降低了酸乳的WHC。

進一步通過穩定性分析儀評估卡拉膠對酸乳穩定性的影響。綠色的動態曲線是在0 min時開始檢測，而在120 min時檢測到紅色的動態曲線。理論上，離心前后曲線之間的面積可以反映樣品的穩定性，其面積越小表示穩定性越高。如圖2A所示，在未添加卡拉膠的酸乳中，離心前后動態曲線的面積發生顯著變化，這代表離心前后酸乳的透光率變化較大。與對照組相比，當添加0.05%的卡拉膠時，酸乳離心前后動態曲線的面積減少，而添加0.10%和0.15%卡拉膠則增大了酸乳離心前后動態曲線的面積。根據動態曲線變化計算得到不穩定指數（圖2B）。對照組的不穩定指數為0.135；添加0.05%、0.10%和0.15%卡拉膠后，酸乳的不穩定指數分別為0.044、0.194和0.461。這表明低添加量的卡拉膠提高了酸乳的穩定性，而高添加量卡拉膠則顯著降低了酸乳的穩定性，這與WHC的結果一致。另外，酸乳在儲存28 d后發現，添加≥0.10%的卡拉膠加劇了酸乳的乳清分離（圖2C），進一步證明高質量分數卡拉膠降低了酸乳穩定性。

2 卡拉膠對酸乳微觀結構的影響

如圖3所示，酸乳為松散蛋白質網絡，圖中綠色為酸奶蛋白凝膠，含有分布不均勻的黑色的孔隙（圖中雙箭頭）。添加0.05%卡拉膠時，酸乳中孔隙減小；當卡拉膠添加量≥0.10%時，酸乳凝膠中形成更大的孔隙。這與卡拉膠對酸乳穩定性的影響結果一致。顯然，酸乳中蛋白質網絡越致密，酸乳穩定性越強。

3 卡拉膠對酸乳流變學性質的影響

如圖4A所示，所有酸乳的表觀黏度均隨剪切速率的增加而降低，這表明所有酸乳均為典型的假塑性流體。添加卡拉膠明顯提高了酸乳的表觀黏度，并且卡拉膠添加量越高，酸乳表觀黏度也越大。由此可見，卡拉膠在酸乳中具有良好的增稠效果。此外，添加卡拉膠顯著增加酸乳的G′和G″（圖4B），并且酸乳G′和G″與卡拉膠的添加量呈正相關。這些結果進一步證實了添加卡拉膠對酸乳的增稠作用。理論上，若卡拉膠僅通過增稠作用穩定酸乳，其穩定性與卡拉膠體添加量呈正相關關系。然而，如上所述，低添加量卡拉膠提高了酸乳的穩定性，而高添加量的卡拉膠反而降低了酸乳穩定性。由此可見，卡拉膠對酸乳穩定性的影響不僅僅取決于其增稠作用。

4 卡拉膠對酸乳發酵特性的影響

如圖5所示，在發酵初期，體系pH值接近6.5；發酵3 h后，酸乳pH值快速下降至4.6左右；隨后，酸乳pH值緩慢降低至4.5左右。類似地，在發酵時間0～3 h內，酸乳酸度大幅度增加；在發酵時間3～4 h內，酸乳酸度增加緩慢；且在發酵4 h后酸乳的酸度均超過70 °T，符合GB 19302—2010《發酵乳》標準。而加入卡拉膠對發酵過程中pH值和酸度變化趨勢無顯著影響。這與前人研究結果一致，表明卡拉膠的添加對發酵劑的活性、微生物的產酸能力無顯著影響。結合酸乳的微觀結構，推斷卡拉膠不是通過抑制發酵改變酸乳的凝膠結構，而是與酪蛋白膠束相互作用改變了酸乳的凝膠結構并影響了其穩定性。

5 卡拉膠與酪蛋白膠束之間的相互作用

如圖6所示，對照組中酪蛋白膠束呈正態分布，其粒徑約為170 nm，這與以往報道中天然酪蛋白膠束的粒徑范圍相符。加入低添加量卡拉膠對酪蛋白膠束粒徑無顯著影響。然而，當卡拉膠添加量達到0.10%時，酪蛋白膠束粒徑顯著增大；當卡拉膠添加量為0.15%時，酪蛋白膠束平均粒徑達到300 nm。這表明高添加量卡拉膠誘導了酪蛋白膠束的聚集。

如圖7所示，對照組中酪蛋白膠束均勻分布。添加0.05%卡拉膠導致酪蛋白膠束的粒徑略微增大但酪蛋白膠束仍保持均勻分布。當卡拉膠的添加量達到0.10%時，酪蛋白膠束聚集且體系發生明顯的相分離現象。這些結果表明，當卡拉膠添加量較高時，卡拉膠與酪蛋白膠熱力學不相容，從而誘導酪蛋白膠束聚集、粒徑增加，形成乳清囊。這與上述研究結果一致，即高添加量的卡拉膠增大了酪蛋白膠束的粒徑。

如圖8所示，酪蛋白膠束在室溫貯藏3 h后仍可保持穩定。這表明酪蛋白膠束懸浮液具有良好的穩定性，甚至酪蛋白膠束懸浮液在貯藏3 個月后仍可保持穩定狀態。當卡拉膠添加量低于0.10%時，卡拉膠/酪蛋白膠束的混合體系在貯藏3 h后仍可保持穩定；當卡拉膠添加量為0.15%時，混合體系在貯藏3 h后發生了明顯的相分離現象。說明卡拉膠與酪蛋白膠束之間的相互作用導致酪蛋白膠束在懸浮液中聚集和沉淀。由此可見，卡拉膠對酸乳穩定性的影響既取決于增稠效果，也取決于卡拉膠與酪蛋白膠束之間的相互作用。在卡拉膠添加量較低時，卡拉膠與酪蛋白膠束共溶，此時卡拉膠的增稠作用占主導地位。因此，添加卡拉膠提高了酸乳的穩定性。然而，當卡拉膠添加量較高時，卡拉膠與酪蛋白膠束之間的相互作用誘導了酸乳中的相分離并降低了酸乳的穩定性。

進一步采用ITC儀分析二者卡拉膠與酪蛋白膠束的相互作用。為了消除PBS的影響，首先使用PBS滴定酪蛋白膠束懸浮液，并繪制其微分功率（DP）隨時間的變化曲線作為對照組。隨后，使用卡拉膠溶液滴定了膠束酪蛋白懸浮液并繪制其DP隨時間的變化曲線。當PBS滴定酪蛋白膠束懸浮液時，出現了一系列負峰（圖9A），這表明酪蛋白膠束的稀釋過程是放熱的。這一結果與之前的研究一致。當卡拉膠溶液滴定膠束酪蛋白懸浮液時，出現了類似的負峰（圖9B），然而，峰的面積顯著小于圖9A，這表明卡拉膠的存在減少了酪蛋白膠束稀釋過程的放熱。此外，使用卡拉膠溶液滴定酪蛋白膠束懸浮液的ΔS為-1.32 kJ/（mol·K），為負值，這表明酪蛋白膠束和卡拉膠的相互作用在熱力學上是不利的。如上所述，卡拉膠和酪蛋白膠束熱力學不相容，這種不相容性導致酪蛋白膠束發生聚集，這與上述結果一致。由此推測，卡拉膠引起的酪蛋白膠束聚集可能抑制酪蛋白膠束稀釋過程的放熱，并導致ΔS為負值。綜上所述，ITC分析也表明上述卡拉膠和酪蛋白膠束熱力學不相容。由此推測，當卡拉膠添加量較低時，卡拉膠與酪蛋白膠束共溶，此時卡拉膠的增稠作用占主導地位，因此，低添加量卡拉膠提高酸乳的穩定性。然而，當卡拉膠添加量增加時，卡拉膠與酪蛋白膠束的相互作用導致酪蛋白膠束聚集，發生相分離，因此，高添加量卡拉膠時反而降低酸乳的穩定性。綜上所述，卡拉膠對酸乳穩定性的影響不僅取決于卡拉膠的增稠作用，還取決于卡拉膠與蛋白質的相互作用。

結 論

卡拉膠對酸乳穩定性的影響不僅取決于卡拉膠的增稠作用，還取決于其與蛋白質的相互作用。此外，二者的相互作用取決于卡拉膠添加量。當卡拉膠添加量較低時，其與酪蛋白膠束混溶，卡拉膠的增稠作用占主導作用，因此，低添加量的卡拉膠提高酸乳的穩定性。而高添加量卡拉膠與酪蛋白膠束熱力學不相容，并引起相分離，因此，高添加量卡拉膠反而降低了酸乳的穩定性。由此可見，在使用多糖親水膠提高酸乳穩定性時，須阻止或抑制多糖親水膠/酪蛋白膠束相互作用引起的相分離以獲得穩定的酸乳。

本文《卡拉膠對酸乳穩定性的影響與機制》來源于《食品科學》2025年46卷第8期1-7頁，作者：王 輝，張洪凱，余子陽，李 勝，胡秀婷*。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20241021-127。點擊下方 閱讀原文 即可查看文章相關信息。

實習編輯：欒文莉；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網

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