《食品科学》：渤海大学李君讲师等：发酵大豆乳清W/O缓释凝固剂对大豆全粉乳液凝胶特性的影响

随着我国大豆生产的增加，传统豆制品加工过程中产生大量副产物，如大豆乳清和豆渣等。近年来，大豆乳清发酵在大豆制品制备中的应用成为研究热点。大豆乳清中的可溶性固形物和蛋白质在发酵过程中被微生物分解和利用，产生多种有益代谢物，通过优化发酵条件和工艺，可以使大豆制品形成更稳定的凝胶网络结构，改善其质地和弹性。

缓释技术指通过借助一定的缓释运载系统，以减小体系中目标物质的释放速度，达到缓慢释放或定时释放的目的。

渤海大学食品科学与工程学院的衣鸿博、李君*、李佳怡等利用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌发酵大豆乳清，在此基础上，将发酵液进行包埋处理，开发制备大豆乳清缓释凝固剂。对比不同菌种先旋蒸后发酵和先发酵后旋蒸2种制备方式对缓释凝固剂离子释放速率的影响以及诱导大豆全粉乳液凝胶特性的差异机制，以期改善全大豆乳液凝胶特性，增强其凝胶网络结构。

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发酵大豆乳清pH值变化

发酵大豆乳清pH值可以反映不同菌种在不同工艺下发酵大豆乳清产生游离H+的情况。由图1可知，前7 h内，各样品的pH值显著下降，CFL、CFS、FCL、FCS从未发酵的5.99分别降到了4.40、4.67、4.03、4.49，7 h后pH值下降趋势逐渐平稳，在35 h时pH值分别降至3.65、3.96、3.61、3.59。在发酵过程中，乳酸菌的代谢活动是以碳水化合物为主要碳源，碳水化合物被分解代谢产生酸，从而降低pH值。发酵终点时，FCL和FCS的pH值均小于CFL和CFS的pH值，说明先发酵后浓缩的工艺初期，乳酸菌能够充分利用大豆乳清中的营养物质，迅速产酸。发酵结束后再浓缩，浓缩后的发酵液具有更高的酸度，而先旋蒸后发酵工艺中，高浓度的环境可能会抑制菌株的活性，影响其产酸效率。

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大豆乳清缓释凝固剂的缓释特性

通过分析水浴加热条件下电导率的变化，可以评估大豆乳清缓释凝固剂的模拟释放性能。从图2可以看出，随着测试时间的延长，大豆乳清发酵液及其W/O乳液的离子释放量逐渐增加。相较于未经包埋处理的大豆乳清发酵液凝固剂，包埋处理的大豆乳清发酵液W/O乳液凝固剂的电导率在初始阶段较低，且随着时间的延长，电导率值增大较慢。包埋处理的大豆乳清发酵液W/O乳液凝固剂在加入初始，只有极少量离子释放到蒸馏水中，随着逐渐受热，油水界面膜破裂，离子缓慢穿过油相释放到水中。结果表明，包埋处理能够有效控制大豆乳清发酵液中离子的释放速率，这与Li Jinlong等以卤水为水相的W/O乳液控释能力的分析结果相似。当离子释放速度过快时，可能导致蛋白质分子之间的过度交联，形成不均匀的凝胶结构。

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大豆乳清缓释凝固剂对大豆全粉乳液凝胶质构特性和持水性的影响

图3A为采用先旋蒸后发酵工艺制备的大豆乳清浓缩发酵液及其W/O乳液对大豆全粉乳液凝胶质构特性和持水性的影响。未经包埋处理的大豆乳清发酵液诱导大豆全粉乳液凝胶的凝胶强度和持水性高于包埋处理组。CFL和CFS的凝胶强度和持水性分别为24.08、23.63 g和65.79%、64.57%，经过包埋处理后，离子释放速率较为缓慢，导致大豆全粉乳液的凝固速率减慢，其凝胶强度和持水性分别降低了2.99%、4.99%和9.94%、15.11%。结合大豆乳清发酵液pH值测定结果分析，这可能是因为先浓缩后发酵工艺制备的大豆乳清发酵液中酸含量较少，导致大豆蛋白分子表面的净负电荷增加，蛋白质分子之间的静电排斥力增强，进而导致蛋白质溶解性增加。这种情况下，蛋白质分子难以相互靠近和聚集，阻碍了凝胶网络的形成。

由图3B可知，经过包埋处理的大豆乳清发酵液诱导大豆全粉乳液凝胶的凝胶强度和持水性高于未包埋处理组，W/O FCS诱导的大豆全粉凝胶的凝胶强度和持水性最高（24.48 g和91.43%）。FCL和FCS诱导的大豆全粉凝胶的凝胶强度和持水性分别为21.84、23.87g和52.46%、54.55%，这可能是因为先发酵后浓缩使大豆乳清发酵液的溶剂大量蒸发，H+的含量显著增高，使得蛋白质的酸化速率过快，蛋白质分子之间的氢键作用加强，导致蛋白质分子迅速聚集并形成大的聚集体，造成凝胶结构粗糙且不均匀。粗糙且不均匀的凝胶网络难以有效地锁住水分，导致水分更容易从凝胶中渗出，持水性下降。经过包埋处理后，酸凝速率得到控制，利于形成均一有序的分子结构，W/O FCL和W/O FCS的凝胶强度和持水性分别提高了11.63%、2.56%和51.72%、67.61%。这表明包埋处理能够有效控制离子的释放速率，使蛋白质分子之间的交联反应更加平缓和均匀，有利于形成均匀的凝胶网络结构。

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大豆乳清缓释凝固剂对大豆全粉乳液凝胶DSC及SR的影响

图4为不同发酵工艺制备的大豆乳清发酵液及其W/O乳液诱导大豆全粉乳液凝胶的DSC谱。利用得到的热焓值结合SR测定结果对大豆乳清发酵液及其W/O乳液诱导的凝胶中不同状态水分含量进行分析。从表1可以看出，采用先发酵后浓缩工艺制备的大豆乳清W/O缓释凝固剂诱导大豆全粉乳液凝胶的EWC、SR和Wnf总体上高于先浓缩后发酵工艺组。W/O FCS诱导凝胶的EWC、SR和Wnf最大，分别为88.22%、7.50%和7.32%。凝胶网络的紧密强度与菌株的酸化能力呈正相关。大豆乳清发酵液中嗜热链球菌及其代谢产物能够更好促进大豆全粉乳液凝胶三维网络结构的形成，因此得到的凝胶结构较为致密均匀。均匀且致密的凝胶网络能够有效地限制水分的流动和蒸发，保持水分在凝胶中的分布，并减少自由水的渗出。对于先浓缩后发酵工艺来说，未经过包埋处理的大豆乳清发酵液诱导大豆全粉乳液凝胶的EWC、SR和Wnf明显高于包埋处理组。对于先发酵后浓缩工艺来说，结果刚好相反，经过包埋处理的大豆乳清发酵液诱导大豆全粉乳液凝胶的EWC、SR和Wnf明显高于未包埋处理组。这进一步证实了 H + 浓度通过影响蛋白质分子的电荷状态，进而影响蛋白质分子间相互作用，对凝胶结构的形成起着重要作用。

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大豆乳清缓释凝固剂对大豆全粉乳液凝胶流变学特性的影响

5.1 对大豆全粉乳液凝胶G’的影响

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5.2 对大豆全粉乳液凝胶大规模形变的影响

屈服点是指凝胶在外力作用下开始发生不可逆变形的应力水平。图6为大豆乳清发酵液及其W/O乳液对大豆全粉乳液凝胶剪切应力随应变变化的曲线，其中应力开始减小的最大值表示凝胶的屈服点。屈服应力与凝胶网络的股线厚度和粗糙度密切相关，凝胶的股线越粗，增强分子之间的相互作用力，网络结构越紧密均匀，屈服应力越大。CFL和W/O CFL诱导的大豆全粉乳液凝胶的屈服应力分别为361.06 Pa和218.84 Pa，高于CFS和W/O CFS诱导凝胶的屈服应力（148.27 Pa和96.49 Pa）（图6A）。这表明先浓缩后发酵工艺中，保加利亚乳杆菌发酵大豆乳清产酸量相对较高，蛋白质分子表面带有较多电荷，分子间排斥力增大，避免了分子过度聚集或沉淀，有助于形成稳定的大豆全粉乳液凝胶网络。此外，未经过包埋处理的大豆乳清发酵液诱导凝胶的屈服应力高于包埋处理组，这可能是因为先浓缩后发酵工艺制得的大豆乳清发酵液中H+含量少，经过包埋处理后，离子释放速率缓慢，导致蛋白质之间的相互作用力减弱，凝胶网络结构股线较细，更容易断裂。

FCS和W/O FCS诱导的大豆全粉乳液凝胶的屈服应力分别为289.60 Pa和498.22 Pa，高于FCL和W/O FCL诱导凝胶的屈服应力（139.65 Pa和336.60 Pa）（图6B）。分析大豆乳清发酵产酸结果，可能是因为在先发酵后浓缩工艺中嗜热链球菌发酵大豆乳清的产酸量适中，蛋白质分子间的氢键作用增强，交联密度高，提高了凝胶的屈服应力。经过包埋处理的大豆乳清发酵液诱导凝胶的屈服应力高于未包埋处理组，未经包埋处理的凝固剂加入到大豆全粉乳液中时会快速释放出H+与大豆蛋白直接且迅速发生作用，导致凝胶结构松散。对大豆乳清发酵液进行包埋处理可以有效控制其离子释放，改善凝胶网络结构，使凝胶强度增大，不容易断裂。

5.3 对大豆全粉乳液凝胶蠕变-恢复的影响

蠕变是一种施加一定大小的力于凝胶体，以呈现物体形变随时间变化而增加的现象。大豆全粉乳液凝胶为蜂窝状的三度网状结构，蛋白分子间相互作用形成蛋白质链条，网状结构孔径的大小和分布情况取决于胶凝过程中蛋白质体系对水分的束缚程度。凝胶网络结构越紧密，孔径越小且分布越均匀，网络结构受到外力施加时会更加稳固，使链段迁移和分子链间的位移困难，层流内摩擦力增大，凝胶的变形阻力增强。

图7为不同发酵工艺制备的大豆乳清发酵液及其W/O乳液诱导大豆全粉乳液凝胶蠕变-恢复曲线。凝胶样品都显示出典型的黏弹性曲线，在测试结束时，可以观察到不可恢复的应变。对于先浓缩后发酵工艺，未经过包埋处理的大豆乳清发酵液诱导大豆全粉乳液凝胶的抗变形性明显高于包埋处理组，其中CFL表现出最好的抗变形能力（图7A）。这表明蠕变阶段的变形较小，恢复阶段的弹性恢复较好，网络结构强度较高。而对于先发酵后浓缩工艺来说，经过包埋处理的大豆乳清发酵液诱导大豆全粉乳液凝胶的抗变形性明显高于未包埋处理组，其中W/O FCS的抗变形性最好（图7B）。包埋处理导致离子缓慢释放，蛋白网络链条变粗，网络致密性变高，从而增强了网络的耐压能力，保持较高刚性。采用先发酵后浓缩工艺制备的大豆乳清发酵液及其W/O乳液诱导大豆全粉乳液凝胶的抗变形性普遍高于先浓缩后发酵工艺组，生成的凝胶具有更高的刚性。这一现象可能是因为先发酵后浓缩工艺产酸量较高，蛋白质间相互作用力增加，进而增强网络结构的稳定性和提高抗变形能力，改善了凝胶的蠕变-恢复特性。

结论

不同发酵工艺制备的大豆乳清发酵液及其W/O缓释凝固剂对大豆全粉乳液凝胶特性具有显著影响。研究发现，先发酵后浓缩工艺的产酸量更高，有利于蛋白质分子间的相互作用，促进凝胶网络结构的形成。包埋处理能够有效控制大豆乳清发酵液中离子的缓慢释放，使蛋白质逐步形成均匀的凝胶结构，从而改善凝胶的力学性能和持水性。因此，开发发酵大豆乳清缓释凝固剂可解决全豆凝胶快速凝胶导致的网络结构粗糙问题，促进大豆副产物再利用和全豆制品的品质提升，为全豆制品的开发提供创新思路和科学依据。

作者简介

通信作者：

李君 讲师

渤海大学食品科学与工程学院讲师

李君，讲师，硕士生导师，工程师，高级公共营养师。从事大豆全产业链精细加工创新升级技术的研究。主持省级科技特派专项行动计划1 项、锦州市科技特派团1 项、中国农村专业技术协会科技小院1 项、教育部产学合作协同育人项目1 项、辽宁省教育厅产教融合“双百计划”重点项目1 项、企业横向课题9 项；作为主要成员参加了国家自然科学基金面上项目、青年科学基金项目、辽宁省高校产业技术研究院重大项目、辽宁省重点研发计划指导计划项目、辽宁省高校优秀人才计划项目、辽宁省中央引导地方科技发展专项、乳业生物技术国家重点实验室开放课题、辽宁省高校重点实验室项目等10余项。第一发明人授权国家发明专利1 项，参与申报国家发明专利21 项，授权6 项。在《Food Hydrocolloids》《International Journal of Food Science & Technology》等期刊以第一作者或第一通信作者共发表论文14 篇。2019—2023年期间，共指导本科生参加国家级、省级、校级竞赛获奖21 项。本人参加创新创业大赛，人社部“创翼中国”创业创新大赛、工信部“创客中国”创新创业大赛等共获奖7 项。2021年荣获“智慧锦州巾帼筑梦”锦州女性科技创新大赛一等奖。

第一作者：

衣鸿博 硕士研究生

渤海大学食品科学与工程学院

衣鸿博，渤海大学食品科学与工程学院2022级硕士研究生，研究方向为食品风味化学。目前在《Food Reviews International》国际期刊发表SCI论文1 篇，《食品科学》发表EI论文1 篇。参加辽宁省营养师职业技能大赛并获得二等奖，获得2023-2024学年研究生二等奖学金，获得渤海大学2023—2024学年度“文体活动积极分子”。

本文《发酵大豆乳清W/O缓释凝固剂对大豆全粉乳液凝胶特性的影响》来源于《食品科学》2024年45卷23期，作者：衣鸿博，李君，李佳怡，王鹏，王胜男，刘贺。DOI：10.7506/spkx1002-6630-20240510-073。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：彤禾；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

为深入探讨未来食品在大食物观框架下的创新发展机遇与挑战，促进产学研用各界的交流合作，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、国家市场监督管理总局技术创新中心（动物替代蛋白）及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办，西华大学食品与生物工程学院、四川旅游学院烹饪与食品科学工程学院、四川轻化工大学生物工程学院、成都大学食品与生物工程学院、成都医学院检验医学院、四川省农业科学院农产品加工研究所、中国农业科学院都市农业研究所、四川大学农产品加工研究院、西昌学院农业科学学院、宿州学院生物与食品工程学院、大连民族大学生命科学学院、北京联合大学保健食品功能检测中心共同主办的“第二届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会”即将于2025年5月24-25日在中国 四川 成都召开。

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