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蛋白质水解是一种广泛应用于改善食品理化、功能和感官特性的技术。蛋白质在蛋白酶作用下能够产生多种生物活性肽,这些作为天然、安全、有益的功能成分,可改善蛋白质的营养、生物活性和功能特性。乳蛋白水解物可以作为一种食品添加剂,进一步改善食品的功能特性,如发泡乳化能力、凝胶形成能力、黏度、质地和持水力,最终改善或者增强产品的营养特性。

北京工商大学 北京食品营养与人类健康高精尖创新中心,北京市食品添加剂工程技术研究中心的王艺会、蔡 淼、杨贞耐*等将前期获得的基于菠萝蛋白酶的酪蛋白水解肽(CHP)应用于酸乳发酵。CHP分子质量小于1 kDa的片段富含4~11个氨基酸的肽段,具有良好的生物活性,如抗氧化和金属离子螯合活性。为此,本研究探究添加菠萝蛋白酶CHP酸乳的加工特性,包括酸乳发酵及冷藏过程中pH值、微流变特性、微观结构以及风味等的变化,以期为进一步利用CHP改善酸乳品质和功能性提供技术参考。

NO.1

酸乳发酵过程中pH值和微流变学变化

如图1所示,发酵过程中所有样品的pH值均先下降,在约150 min后趋于相对稳定。各组pH值的差异主要体现在发酵后期,添加CHP能够提前到达酸乳发酵终点(pH 4.5),缩短酸乳发酵时间,其中,CHP添加量为0.1%的酸乳发酵时间最短,为203 min,较对照组缩短了34 min。据报道,添加碱性蛋白酶的酪蛋白酸盐水解物能够加速发酵凝乳,缩短酸乳发酵时间,主要是因为乳酸菌合成氨基酸的能力较低,而酪蛋白水解物含有必需氨基酸,能够促进益生菌和酸乳发酵剂的生长,从而缩短发酵时间。

如图2A所示,在凝胶形成前,即第110分钟前,此时样品弹性较低,各组EI变化不明显,说明在酸乳发酵初期,CHP的加入对凝胶化无显著影响;之后牛乳逐渐凝胶化,EI快速增加。在150 min左右EI缓慢增加,此时凝胶结构已相对稳定,样品弹性增加。各组EI的变化差异表明CHP的加入可降低凝乳的弹性,且降低程度与CHP添加量相关。

如图2B所示,110 min前,所有样品MVI处于较低水平,此时样品处于液体状态,黏性较低;发酵至第110分钟,凝胶化的出现使4组样品的MVI迅速升高,之后进入平稳期,约30 min后又缓慢上升,约200 min达到最大值;这一阶段,酪蛋白胶束聚集后,形成相对稳定的网状结构,黏性增加。在发酵后期,3个实验组的MVI 变化率均高于对照组,表明适量添加CHP可以提高酸乳样品的黏稠性,更快达到发酵终点,各实验组差异不明显。

如图2C所示,在发酵前110 min,各组FI均处于较高水平,波动较小,样品处于液态,样品中的颗粒具有很强的流动性。FI能反映酸乳中小颗粒运动速度的快慢,FI越大,颗粒运动越快,流动性越强 。

NO.2

CHP对酸乳微观结构的影响

图3 显示了冷藏1 d后各组酸乳的微观结构。不同添加量CHP导致酸乳网状结构存在一定差异,其中对照组样品网孔较小,存在少量空隙结构;0.1%组酸乳网络结构较致密均匀;0.3%和0.5%组凝乳表面较为粗糙,存在较多空隙,尤其是0.5%组孔隙最大。因此适量添加CHP(如0.1%)可以改善酸乳的胶体结构。

NO.3

酸乳冷藏过程中pH值和活菌数的变化

如图4所示,在整个冷藏期间,各组酸乳样品pH值均呈不同程度的下降趋势,对照组酸乳pH值从初始的4.50下降到4.41,实验组酸乳pH值从初始的4.46左右下降到4.35左右,表明在冷藏过程中乳酸菌仍然产酸,即发生了后酸化现象。同时,3个实验组酸乳的pH值(约4.35)始终低于对照组(约4.41),但各实验组样品之间pH值变化没有明显差异,说明添加CHP可以降低酸乳冷藏期间的pH值。

如图5所示,在各组酸乳冷藏期间,保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌活菌数均高于6(lg(CFU/mL)),达到GB 19302—2010的要求,且这两种菌的活菌数变化趋势大致相同,即二者活菌数均先升高,在第7天时达到最大值,而后趋于下降。这可能是由于冷藏前期发酵剂菌株继续生长导致活菌数先增加,而后可能由于酸积累、发酵剂相互作用、溶解氧及过氧化氢水平以及贮藏条件的影响,乳酸菌的生长条件发生变化,使第7天后活菌数下降。

NO.4

CHP对酸乳冷藏过程中微流变学和质构特性的影响

由图6所示,冷藏期间各组酸乳样品的EI先降低,然后小幅波动;与对照组相比,添加CHP降低了酸乳的EI;MVI和FI在冷藏期间出现不同程度波动,但不同添加量CHP均未对MVI和FI的变化造成明显影响。贮藏第14天时,与对照组相比,0.3%和0.5%组的MVI略有下降,但FI均有所提高。此外,样品的EI、MVI和FI变化可能与酸乳冷藏过程中后酸化引起的凝胶结构变化有关。在酸乳凝胶体系中,酪蛋白分子聚集形成的多孔网状结构可容纳水分和其他小分子物质。

如表2所示,所有酸乳样品持水力为50.17%~54.86%,添加CHP能够一定程度改善酸乳的持水力,但是随冷藏时间的延长,各样品的持水力未发生明显变化,可见添加CHP未破坏酸乳凝胶结构。随冷藏时间的延长,所有样品的内聚性变化不明显,测定值在0.42~0.47之间。而硬度随冷藏时间的延长均呈现上升的趋势,这可能是冷藏期间酸乳凝胶结构增强的结果。添加0.3%、0.5% CHP的胶着性随贮藏时间的延长先上升后下降,而黏性变化不明显。酸乳的硬度和胶着性随CHP添加量的增加而降低,且降低幅度与CHP含量有关;CHP添加量较高时,酸乳的硬度和胶着性显著下降(P<0.05)。

NO.5

CHP对酸乳冷藏过程挥发性风味化合物的影响

由图7可知,添加0.1% CHP会影响酸乳中的风味化合物。0.1% CHP组和对照组酸乳在冷藏第1天时风味成分变化不大;冷藏第7天时,0.1% CHP组中2,3-丁二酮(1)、2-庚酮(3)、4-辛酮(4)、月桂醛(13)等物质对酸乳风味影响较大,是此冷藏阶段的主要风味物质;冷藏第14天时,0.1% CHP组中的主要风味物质有2,3-戊二酮(2)、二氢-2-甲基-3(2H)-噻吩酮(7)、2-壬酮(6)、3-羟基-2-丁酮(5)、苯甲醛(12)、乙酸(14)、丁酸(15)、己酸(16)等,酸乳的风味成分达到最佳;至冷藏第21天,与对照组相比,0.1% CHP组风味化合物含量有所下降,乙酸(14)、丁酸(15)、己酸(16)等酸类物质与样品风味呈负相关,说明冷藏时间延长会对酸乳风味造成一定影响。PCA结果表明,添加CHP一定程度上有利于酸乳风味的形成。

NO.6

CHP对酸乳冷藏过程感官品质的影响

如图8所示,冷藏期间添加0.1% CHP酸乳的感官评分始终高于对照组,在第7、14天时,其感官评分分别较对照组提高了5.81%、9.85%,说明添加CHP改善了酸乳的整体风味,使酸乳的口感更加细腻,增加了酸乳香气,且质地均匀。但当CHP添加量增加到0.3%和0.5%时,会对酸乳的感官造成影响,一定程度降低酸乳风味,表明适量添加CHP有助于改善酸乳品质,CHP可以用于酸乳的制作,以增加其功能价值。

结 论

添加CHP制备酸乳,发现添加CHP能缩短酸乳发酵时间,改善流变学特性,0.1% CHP可以使酸乳网络结构更加致密均匀,但CHP添加量增大至0.3%和0.5%,会使凝乳表面变粗糙,因此,一定添加量有利于酸乳的加工。在冷藏第21天时,0.1% CHP和0.5% CHP组的保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌活菌数的下降速率低于对照组。CHP的添加会降低酸乳的硬度和胶着性,根据流变学指标、质构、风味和感官等综合评定,添加一定量CHP(0.1%)有利于改善酸乳的风味、质地和口感。将菠萝蛋白酶水解酪蛋白的活性肽应用于酸乳,有助于功能性酸乳的研发和加工。

本文《添加酪蛋白水解肽改善酸乳的加工特性》来源于《食品科学》2022年43卷12期34-41页,作者:王艺会,蔡淼,张敏,赵华,刘京,杨贞耐。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20210906-066。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

修改/编辑:袁艺;责任编辑:张睿梅

图片来源于文章原文及摄图网。

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