《食品科学》：南昌大学胡秀婷教授等：卡拉胶对酸乳稳定性的影响与机制

酸乳是由牛乳通过乳酸菌发酵制成，因兼顾营养和口感而深受消费者喜爱。然而，酸乳凝胶网络十分脆弱，在酸乳运输和贮存期间易发生乳清分离、蛋白质絮凝或沉淀等失稳现象，严重影响其食用品质。亲水性胶体是指在一定条件下可充分水化形成黏稠、滑腻或胶冻状胶体的大分子物质，包括多糖和蛋白质。为了提高酸乳稳定性，通常向酸乳中添加多糖亲水胶体，且普遍将多糖亲水胶体提升酸乳稳定性归因于其增稠作用。然而，并不是所有多糖亲水胶体都能稳定酸乳。

多糖亲水胶体对酸乳稳定性的影响不仅取决于其增稠作用，多糖亲水胶体与牛乳蛋白的相互作用亦可能影响酸乳的品质。

南昌大学食品科学与资源挖掘全国重点实验室王辉、张洪凯、胡秀婷*等以卡拉胶为多糖亲水胶体代表，研究不同添加量卡拉胶对酸乳稳定性的影响以及卡拉胶与酪蛋白胶束的相互作用，以期阐明多糖亲水胶体影响酸乳稳定性机理，对多糖亲水胶体应用的拓展提供指导。

1 卡拉胶对酸乳稳定性的影响

如图1所示，对照组的WHC为60.5%。当卡拉胶添加量分别为0.05%、0.10%和0.15%时，酸乳的WHC分别为64.1%、43.3%和44.5%。这表明添加0.05%卡拉胶提高了酸乳的WHC，而添加≥0.10%的卡拉胶则显著降低了酸乳的WHC。

进一步通过稳定性分析仪评估卡拉胶对酸乳稳定性的影响。绿色的动态曲线是在0 min时开始检测，而在120 min时检测到红色的动态曲线。理论上，离心前后曲线之间的面积可以反映样品的稳定性，其面积越小表示稳定性越高。如图2A所示，在未添加卡拉胶的酸乳中，离心前后动态曲线的面积发生显著变化，这代表离心前后酸乳的透光率变化较大。与对照组相比，当添加0.05%的卡拉胶时，酸乳离心前后动态曲线的面积减少，而添加0.10%和0.15%卡拉胶则增大了酸乳离心前后动态曲线的面积。根据动态曲线变化计算得到不稳定指数（图2B）。对照组的不稳定指数为0.135；添加0.05%、0.10%和0.15%卡拉胶后，酸乳的不稳定指数分别为0.044、0.194和0.461。这表明低添加量的卡拉胶提高了酸乳的稳定性，而高添加量卡拉胶则显著降低了酸乳的稳定性，这与WHC的结果一致。另外，酸乳在储存28 d后发现，添加≥0.10%的卡拉胶加剧了酸乳的乳清分离（图2C），进一步证明高质量分数卡拉胶降低了酸乳稳定性。

2 卡拉胶对酸乳微观结构的影响

如图3所示，酸乳为松散蛋白质网络，图中绿色为酸奶蛋白凝胶，含有分布不均匀的黑色的孔隙（图中双箭头）。添加0.05%卡拉胶时，酸乳中孔隙减小；当卡拉胶添加量≥0.10%时，酸乳凝胶中形成更大的孔隙。这与卡拉胶对酸乳稳定性的影响结果一致。显然，酸乳中蛋白质网络越致密，酸乳稳定性越强。

3 卡拉胶对酸乳流变学性质的影响

如图4A所示，所有酸乳的表观黏度均随剪切速率的增加而降低，这表明所有酸乳均为典型的假塑性流体。添加卡拉胶明显提高了酸乳的表观黏度，并且卡拉胶添加量越高，酸乳表观黏度也越大。由此可见，卡拉胶在酸乳中具有良好的增稠效果。此外，添加卡拉胶显著增加酸乳的G′和G″（图4B），并且酸乳G′和G″与卡拉胶的添加量呈正相关。这些结果进一步证实了添加卡拉胶对酸乳的增稠作用。理论上，若卡拉胶仅通过增稠作用稳定酸乳，其稳定性与卡拉胶体添加量呈正相关关系。然而，如上所述，低添加量卡拉胶提高了酸乳的稳定性，而高添加量的卡拉胶反而降低了酸乳稳定性。由此可见，卡拉胶对酸乳稳定性的影响不仅仅取决于其增稠作用。

4 卡拉胶对酸乳发酵特性的影响

如图5所示，在发酵初期，体系pH值接近6.5；发酵3 h后，酸乳pH值快速下降至4.6左右；随后，酸乳pH值缓慢降低至4.5左右。类似地，在发酵时间0～3 h内，酸乳酸度大幅度增加；在发酵时间3～4 h内，酸乳酸度增加缓慢；且在发酵4 h后酸乳的酸度均超过70 °T，符合GB 19302—2010《发酵乳》标准。而加入卡拉胶对发酵过程中pH值和酸度变化趋势无显著影响。这与前人研究结果一致，表明卡拉胶的添加对发酵剂的活性、微生物的产酸能力无显著影响。结合酸乳的微观结构，推断卡拉胶不是通过抑制发酵改变酸乳的凝胶结构，而是与酪蛋白胶束相互作用改变了酸乳的凝胶结构并影响了其稳定性。

5 卡拉胶与酪蛋白胶束之间的相互作用

如图6所示，对照组中酪蛋白胶束呈正态分布，其粒径约为170 nm，这与以往报道中天然酪蛋白胶束的粒径范围相符。加入低添加量卡拉胶对酪蛋白胶束粒径无显著影响。然而，当卡拉胶添加量达到0.10%时，酪蛋白胶束粒径显著增大；当卡拉胶添加量为0.15%时，酪蛋白胶束平均粒径达到300 nm。这表明高添加量卡拉胶诱导了酪蛋白胶束的聚集。

如图7所示，对照组中酪蛋白胶束均匀分布。添加0.05%卡拉胶导致酪蛋白胶束的粒径略微增大但酪蛋白胶束仍保持均匀分布。当卡拉胶的添加量达到0.10%时，酪蛋白胶束聚集且体系发生明显的相分离现象。这些结果表明，当卡拉胶添加量较高时，卡拉胶与酪蛋白胶热力学不相容，从而诱导酪蛋白胶束聚集、粒径增加，形成乳清囊。这与上述研究结果一致，即高添加量的卡拉胶增大了酪蛋白胶束的粒径。

如图8所示，酪蛋白胶束在室温贮藏3 h后仍可保持稳定。这表明酪蛋白胶束悬浮液具有良好的稳定性，甚至酪蛋白胶束悬浮液在贮藏3 个月后仍可保持稳定状态。当卡拉胶添加量低于0.10%时，卡拉胶/酪蛋白胶束的混合体系在贮藏3 h后仍可保持稳定；当卡拉胶添加量为0.15%时，混合体系在贮藏3 h后发生了明显的相分离现象。说明卡拉胶与酪蛋白胶束之间的相互作用导致酪蛋白胶束在悬浮液中聚集和沉淀。由此可见，卡拉胶对酸乳稳定性的影响既取决于增稠效果，也取决于卡拉胶与酪蛋白胶束之间的相互作用。在卡拉胶添加量较低时，卡拉胶与酪蛋白胶束共溶，此时卡拉胶的增稠作用占主导地位。因此，添加卡拉胶提高了酸乳的稳定性。然而，当卡拉胶添加量较高时，卡拉胶与酪蛋白胶束之间的相互作用诱导了酸乳中的相分离并降低了酸乳的稳定性。

进一步采用ITC仪分析二者卡拉胶与酪蛋白胶束的相互作用。为了消除PBS的影响，首先使用PBS滴定酪蛋白胶束悬浮液，并绘制其微分功率（DP）随时间的变化曲线作为对照组。随后，使用卡拉胶溶液滴定了胶束酪蛋白悬浮液并绘制其DP随时间的变化曲线。当PBS滴定酪蛋白胶束悬浮液时，出现了一系列负峰（图9A），这表明酪蛋白胶束的稀释过程是放热的。这一结果与之前的研究一致。当卡拉胶溶液滴定胶束酪蛋白悬浮液时，出现了类似的负峰（图9B），然而，峰的面积显著小于图9A，这表明卡拉胶的存在减少了酪蛋白胶束稀释过程的放热。此外，使用卡拉胶溶液滴定酪蛋白胶束悬浮液的ΔS为-1.32 kJ/（mol·K），为负值，这表明酪蛋白胶束和卡拉胶的相互作用在热力学上是不利的。如上所述，卡拉胶和酪蛋白胶束热力学不相容，这种不相容性导致酪蛋白胶束发生聚集，这与上述结果一致。由此推测，卡拉胶引起的酪蛋白胶束聚集可能抑制酪蛋白胶束稀释过程的放热，并导致ΔS为负值。综上所述，ITC分析也表明上述卡拉胶和酪蛋白胶束热力学不相容。由此推测，当卡拉胶添加量较低时，卡拉胶与酪蛋白胶束共溶，此时卡拉胶的增稠作用占主导地位，因此，低添加量卡拉胶提高酸乳的稳定性。然而，当卡拉胶添加量增加时，卡拉胶与酪蛋白胶束的相互作用导致酪蛋白胶束聚集，发生相分离，因此，高添加量卡拉胶时反而降低酸乳的稳定性。综上所述，卡拉胶对酸乳稳定性的影响不仅取决于卡拉胶的增稠作用，还取决于卡拉胶与蛋白质的相互作用。

结 论

卡拉胶对酸乳稳定性的影响不仅取决于卡拉胶的增稠作用，还取决于其与蛋白质的相互作用。此外，二者的相互作用取决于卡拉胶添加量。当卡拉胶添加量较低时，其与酪蛋白胶束混溶，卡拉胶的增稠作用占主导作用，因此，低添加量的卡拉胶提高酸乳的稳定性。而高添加量卡拉胶与酪蛋白胶束热力学不相容，并引起相分离，因此，高添加量卡拉胶反而降低了酸乳的稳定性。由此可见，在使用多糖亲水胶提高酸乳稳定性时，须阻止或抑制多糖亲水胶/酪蛋白胶束相互作用引起的相分离以获得稳定的酸乳。

本文《卡拉胶对酸乳稳定性的影响与机制》来源于《食品科学》2025年46卷第8期1-7页，作者：王 辉，张洪凯，余子阳，李 胜，胡秀婷*。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20241021-127。点击下方 阅读原文 即可查看文章相关信息。

实习编辑：栾文莉；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

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