Yogurt: Electron Microscopy

作者：M. Kalab （加拿大）
译者：童梦

 

在欧洲的东南部和中东地区，酸奶作为人们膳食结构的一部分已经有上千年的历史了。现在，酸奶风靡全球，在很多国家里，甚至最小的杂货店都会出售酸奶。酸奶是一种制作工艺简单的发酵乳品，有很多网站都介绍它的制作方法。乳酸菌是制作酸奶的关键。

 

与干酪，冰淇淋和黄油等其它乳制品相比，酸奶几乎含有牛奶的全部成分，除了乳糖。乳酸菌将乳糖发酵成乳酸，因此产生了可口的酸味，不过由乳糖带来的甜味也就减弱了。活性乳酸菌能够抑制有害病原菌的生长，因而延长了酸奶的货架期。由于某些饮食上的要求，有些品种的酸奶含脂肪较低。有些酸奶还会含有低浓度的增稠剂，比如植物多糖，糊化淀粉，明胶等。这些增稠剂的作用是保持酸奶中的水分。

 

http://www.dac.com.cn/upload/pic/suannai001.jpg传统上，人们使用经过蒸发浓缩的牛奶来制作酸奶，通过加热到接近沸腾来进行蒸发浓缩。乳中蛋白质的凝结是由嗜热乳酸菌促成的，比如德氏乳杆菌保加利亚亚种，以及唾液链球菌嗜热亚种等。嗜热乳酸菌的最佳繁殖温度为40-45℃。随着发酵产生的乳酸的积累，牛奶渐渐地凝结。牛奶并不是沉淀下来（如果一次性添加大量乳酸就会发生沉淀），而是形成凝胶。在电子显微镜下可以观察到，在凝胶中，蛋白质形成网状结构，因此保留住了牛奶中的水分。蛋白质网状结构是由酪蛋白胶粒短链构成的，整个结构就如同一块布满小孔的海绵。

 

不论从结构的角度还是从成分的角度来看，酸奶都是一种很特别的乳制品。酸奶是一种凝固的乳品，却是凝固乳品中含水分最高的。如果长时间的储存，可能会有一些液体从酸奶凝块中析出，不过这仅仅是美观上的缺陷，经过搅拌，这些液体又可以被吸收回去。 

 

http://www.dac.com.cn/upload/pic/suannai002.jpg电子显微镜能够显示酸奶的结构发展过程中一些有趣的特征。酸奶制作中，很关键的一步就是加热牛奶，牛奶温度至少达到85℃，通常是90℃，并保持10分钟。这样的热处理使酪蛋白变性，为下一步结构的发展做好准备。

 

酪蛋白胶粒是一种直径大约为100nm的蛋白质团，由更小的亚胶粒构成，其中k-酪蛋白分布于酪蛋白胶粒的表面，对酪蛋白胶粒的稳定起了至关重要的作用。只要k-酪蛋白是完整的，酪蛋白胶粒就能够保持独立的个体，假如k-酪蛋白的完整性被破坏，酪蛋白胶粒就会凝结。

 

 

http://www.dac.com.cn/upload/pic/suannai004.jpg在未经过热处理的牛奶中，酪蛋白胶粒的表面比较光滑，带有一些突起，这是由亚胶粒造成的。当牛奶被加热到85℃时，b-乳球蛋白（乳清蛋白的一种）就会与酪蛋白胶粒表面的k－酪蛋白发生反应。形成一种复合物，导致酪蛋白胶粒表面明显变得粗糙（见右上图）。

“k－酪蛋白－b－乳球蛋白”复合物使得酪蛋白胶粒的凝结能力受到限制。结果，就形成了由酪蛋白胶粒短链构成的网状结构（左中图）。

 

而在干酪制作中，凝乳酶分解了k－酪蛋白，因此能够形成酪蛋白胶粒团（左下图）。

 

 

 

增加原料乳总固体的含量，尤其是蛋白质的含量，能够显著的提高蛋白质网状结构的密度，减小孔洞的尺寸。这样一来，水分也就被结合的更紧密了。可以通过添加奶粉，乳清粉，浓缩乳蛋白，浓缩乳清蛋白，和酪蛋白酸钠来达到这种强化的效果。可以观察到，随着原料乳总固体含量的增加，蛋白质网状结构明显变得更加紧密。

 

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总固体含量依次为：

◎10% 

◎15% 

◎20%

 

 

 

浓缩乳清蛋白不含酪蛋白胶粒，其中蛋白质以细微的分散体的形式存在。当应用于酸奶制作时，能够在酪蛋白胶粒之间形成细小的连接，最好用TEM来观察这种现象。

 

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上图为不添加浓缩乳清蛋白的酸奶，可以看到蛋白质网状结构完全由酪蛋白胶粒构成。

 

 

下图中酸奶的原料为脱脂牛奶和1.5%经过超滤的浓缩乳清蛋白，可以观察到乳清蛋白形成的细小连接。

 

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有时，酸奶中会析出一些液体，这种现象被称为“脱水收缩作用”。是由于蛋白质网状结构不够结实，从而无法保持住全部水分。导致这种后果的可能有几种原因。其中一个可能的原因是对原料乳加热的不够，这样导致在形成酪蛋白胶粒短链的同时，也会形成酪蛋白胶粒团，而胶粒团的持水能力明显不如由短链构成的网状结构。另外，原料乳的总固体含量也对酸奶的持水能力有很大影响，上文中也提高，随着总固体含量的增加，蛋白质网状结构的密度增大，持水能力也就更强。传统上，通过蒸发浓缩来提高原料乳的总固体含量，现在则通过添加乳固体或者超滤法，反渗透法来调整总固体含量。酸度的影响也很重要，一般来说酸奶的pH在4.0-4.4的范围内。增稠剂也能够增加酸奶的持水能力，比如糊化淀粉，明胶，以及一些植物来源的增稠剂，如卡拉胶，角豆荚胶等。不过增稠剂带来的一些感官特性上的改变，可能有的消费者会不喜欢，比如粘稠度增加（当然也有人喜欢……）。运输过程中的振动会增加酸奶发生“脱水收缩作用”的敏感度。

 

酸奶“脱水收缩作用”的敏感度可以用排水法在试验室里测量。在250ml的烧杯里制作酸奶，然后切成4块，放到120目的不锈钢滤网上，每5分钟测量一次排出的乳清，持续60分钟。

 

本文的作者和他的一名同事设计了一种离心法。

 

在15ml的试管里制作酸奶，然后进行离心，离心力的范围为30－2000×g。测量排出乳清的体积，并与对比离心力的数据绘制曲线图。

 

http://www.dac.com.cn/upload/pic/suannai010.jpg右图为两种酸奶的试验曲线图，V%表示析出的乳清的体积分数，刻度分别为10%,20%,30%,40%。g表示离心力，刻度分别为500，1000，1500×g。曲线拐点处对应的离心力就被定义为脱水收缩作用的“敏感度”。蓝色曲线的酸奶总固体含量为10%，在最大的离心力下，析出的乳清超过40%一点。红色曲线的酸奶添加了脱脂乳粉，总固体为15%，曲线的拐点出现在更大的离心力处（敏感度更低），而且析出乳清的量也明显少与前者。

 

Labneh

Labneh事实上就是经过沥滤的酸奶，在中东地区非常流行。与酸奶不同，Labneh只采用全脂奶来制作。在黎巴嫩，叙利亚，土耳其等国，一般使用羊奶制作Labneh，因为当地的气候条件不适合喂养奶牛。

 

在英国，Labneh被称为希腊奶酪，而在北美人们更习惯叫它酸奶奶酪。在阿拉伯国家，通常会用干香草或者橄榄油来装饰Labneh，并配着面包食用。

 

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TEM观察绵羊奶Labneh的图象：脂肪球（黄色）被蛋白质颗粒（深色）包裹着。

短线为1微米

传统的Labneh制作方法是将全脂酸奶倒入干酪纱布中进行沥滤。如今则越来越多的使用现代工艺，可以用机械来分离多余的液体。

 

制作酸奶的工艺也有所创新，有人将超滤奶牛后剩下的残余物进行发酵，这样可以得到总固体更多的酸奶，也就省去了蒸发浓缩的工序，也有人采用超滤温酸奶的工艺。

 

我们通过电子显微镜来观察比较一下使用沥滤酸奶（传统方法）和超滤酸奶制作的Labneh的区别。分别用奶牛，山羊奶和绵羊奶制作了样本，总固体的含量为20.5-22.5%，其中蛋白质为6.7-8.2%，脂肪为7.8-8.9%。

 

这里我们建议不要进行均质化，虽然均质化能够使产品更加柔滑，但是会使Labneh变得不那么结实（均质化对牛奶Labneh的影响相对小一些，可以观察到羊奶Labneh中，孔洞的尺寸比较大）。均质化（单级ALM均质机，7℃，8MPa），导致脂肪球的破裂，随后脂肪球的碎片就会与蛋白质结合，只能用TEM观察到这个现象（上页图）。

 

未经均质化的Labneh也会随着原料乳和浓缩方法的不同而有所差异。

 

SEM观察的图象

 

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上图为没有均质化的山羊奶Labneh，采用传统方法浓缩（沥滤）

 

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下图为没有均质化的牛奶Labneh，采用超滤法浓缩

 

浅色的为蛋白质结构，深色的为孔洞，可以看出Labneh中蛋白质结构的密度比酸奶更高。

 

短线为25微米