复合稳定剂在乳制品中的应用基础研究进展_胡国华
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近几年来, 复合食品胶在食品中的应用越来 越广泛, 将是今后食品胶生产与发展的一个重要 趋势, 复合亲水胶体相互作用机理的研究正成为 当前学术研究的热点 [ 1] 。根据我们科研团队给出
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中 国 食 品 添 加 剂 试验研究 Ch ina F ood Additives
的定义, 复合食品胶是指将两种或两种以上食品 胶体按 照一定 的比例 复合而 成的食 品添 加剂 产 品。而广义的 复合 食 品添加剂 ( 或可食用化学物, 如盐类 ) 复合而得 到的添加剂 [ 2- 4] 。
中 国 食 品 添 加 剂 试验研究 Ch ina F ood Additives
复合稳定剂在乳制品中的应用基础研究进展
胡国华* , 马正智, 杨琴, 王飞
( 上海师范大学工程食品研究所功能与复合食品添加剂研究室, 上海 200234)
摘 要: 复合稳定剂在乳制 品或乳饮料中的应用具有中国 特色。单一亲 水胶体在乳 制品中的 应用日 趋广 泛, 而随着消费者对乳制品或乳 饮料花色品种要求不断提高。目 前复合稳定 剂对乳饮料 的稳定作 用依据 十分 欠缺, 基本上没有科学和理论依据, 全是依靠针对 具体产品而 / 盲 目 0 进行应 用实验出来 的, 是造成目 前各 复合胶稳定剂应用企业 生产出的各种奶饮料不稳定的主要 原因。迄今为 止, 复合亲水胶 与酪蛋白 相互作 用的 研究未见任何报道。我们通过课 题应用基础研究, 研究复合胶与 乳制品中 酪蛋白之间 的相互作 用, 揭示 复合 胶与乳制品中酪蛋白的 相互作用凝聚态结构, 以发现它们之间的稳定作用 方式和机制, 为研发 / 稳定 0 的乳 制品复合胶稳定剂奠定 技术基础。也能解释 / 复合 胶为什 么比单 一胶能更 有效地 稳定牛 乳酪蛋 白?0 这 个技 术疑问。
( Shangha iN orm a l University Eng ineering F ood Research Institute, Shangha i 200234)
Abstrac t: T he app lication o f com pound stab ilizer on da iry products and m ilk beverage is a characteristic in ch ina. The sing le hydro co llo id used in dairy products is m ore and m ore ex tensiv e. H owever, the var iety of da iry products can no t satisfy the requ irements of consume rs. N ow, the mo stly com pound stab ilizer which a imed at g iven products cam e from b lindness tests. A nd its effects of stab iliza tion lacked sc ientific proo fs. T his is the m ain reason that the da iry products w ere instab ility. So fa r, there is no repo rts on the effects betw een compound food hydroco llo ids and casein. In this basic studies, the effects and stuctures of coacerva tion between compound food hydroco llo ids and case in w ere investigated, and the reac tion m echan ism in stab iliza tion o f products a lso w as discovered. T his study established scientific techniques for devw lop ing the com pound stabilizer on da iry products. A nd its also responded why the com pound food hydroco llo ids m ore effic iency than sing le food hydroco llo ids on da iry produc ts. K ey word s: the compound stabilizer; da iry products; app lication; basic studies
试验研究 中 国 食 品 添 加 剂 Ch ina Food Add itives
期原材料价格上涨, 有些企业将复合稳定剂的配 方作了调整, 但因复 合稳定剂的作用 机理复杂, 国内复合稳定剂在乳饮料中的应用没有更权威的 相关基础研究作支撑, 因此, 复合稳定剂在乳制 品中的应用受到挑战。我们认为, 研究机构及有 实力的企业应该加强复合稳定剂应用的基础性研 究, 不要只为眼前利益而简单地做些应用实验了 事。
复合稳定剂在乳制品或乳饮料中的应用具有 中国特色。单一亲水胶体在乳制品中的应用日趋 广泛, 而随着消费者对乳制品或乳饮料花色品种 要求不断提高, 我国以复合胶为主的稳定剂在乳 制品或乳饮料中的应用呈大副上升之势, 尤其是 在一些特色乳饮料中应用更多。实践发现, 复合 胶 ( 稳定剂 ) 比单一胶稳定剂能更有效地稳定牛 乳酪蛋白, 至于复合胶为什么比单一胶能更有效 地稳定牛 乳酪蛋白, 原 因还不清楚。迄今为止, 复合亲水胶 ( 稳定剂 ) 与酪蛋白相互作用的研究 还未见研究报道。通过利用现代仪器分析手段和 方法, 研究复合胶与乳制品中酪蛋白的相互作用 关系, 通 过实验 数据 可 / 看到 0 复合 胶 ( 稳定 剂 ) 与乳制品中酪蛋白的相互作用的存在和结构 特点, 这样就可揭示复合胶与乳制品中酪蛋白相 互作用的凝聚态结构, 寻找到复合胶 ( 稳定剂 ) 与酪蛋白作用的理论依据, 再将这些研究结果直 接应用到复合稳定剂的研发工作中, 就可为复合 稳定剂产品研发提供科学明确的指导, 为发展稳 定的复合稳定剂产品奠定技术基础。
1 我国复合稳定剂在乳制品中的应用现状
在我国, 复合食品胶 (稳定剂 ) 因其诸多的 优越性而得到食品应用企业的青睐, 据不完全统 计, 我国 2007 年 用 于乳 制 品 中 的 复 合 食 品 胶 ( 稳定剂 ) 约 3万吨。我国以复合胶为主的稳 定 剂在乳制品和乳饮料中的应用呈 大副上升之势, 尤其是在一些特色乳饮料中应用更多。那么, 复 合稳定剂在乳制品或乳饮料中的应用是不是很完 善? 目前复合稳定剂对乳饮料的稳定作用的依据 十分欠缺, 一些复合稳定剂大多是针对具体产品 和客户要求而进行应用实验研制出来的, 缺乏基 础研究, 这是造成目前各复合胶稳定剂应用企业 生产出的各种奶饮料不稳定的主要原因。我们了 解到, 国内外在常用单一亲水胶体方面已有广泛 的研究, 有关各胶的化学组成、分子结构、理化 性质及实际应用等方面已有较多的研究报道, 但 目前在复合胶 ( 稳定剂 ) 方面的研究还较少。近
* 通讯作者
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以功能 强 度、限 量、 成本、使 用方 便 性等 为 指 标, 优选其中比较理想的复合胶转化为商业化生 产, 满足食品工业市场的需求 [ 1 ] 。
随着人们食品健康意识的不断地提高, 高纤 维、低热量和低脂肪食品越来越受到青睐, 促进 了生物大分子多糖的应用。一些多糖的黏性和胶 凝性等特性还可以改善和控制食品的流变和质构 特征, 为食品加工的多样性提供了条件。亲水胶 体就有改善和控制食品的流变和质构特征这样的 / 双重功能性 0。亲水胶体可提高食品的黏稠度或 形成凝胶产品, 从而改变食品的物理形状, 赋予 食品黏润、适宜的口感, 并兼有乳化、稳定或使 食品颗粒呈悬浮状态等作用。有些复合胶 ( 稳定 剂 ) 之间存在的协同作用, 不仅可发挥各种单一 食品胶的特性, 而且可能发挥各种单一食品胶的 互补作用, 达到一种协同效应, 产生一些单体胶 本身并不具有的特性, 或能改善单体胶在某些方 面的性能, 从而扩大食品胶的使用范围或提高其 使用功能, 增强食品的流变学性质, 改善产品质 量, 并降低生产成本。近 10 年来, 复合食品 胶 ( 稳定剂 ) 正是在这种情况下应运而生, 这也 是 今后食品胶生产与发展的一个重要趋势, 并逐渐 成为亲水胶体研究的热点。
近十多年来, 食品胶的研究已成为国内外碳 水化合物或多糖方面的研究热点, 有关各种新型 食品胶的结构组成、物化特性及其在食品工业中 的应用研究报道比较多。要预测食品胶今后的研 究趋势, 则得以食品胶的功能性为基点, 以其在
食品中的应用为方向来推断。以现有的允许用作 食品添加剂和食用胶为基础原料, 通过研究各种 单体胶的性质特性、胶与胶之间及胶与电解质之 间的反应行为, 确定单体胶种类及各自比例, 采 用复合配制的方法从而产生无数种复合胶。然后
关键词: 复合稳定剂; 乳制品; 应用; 基础研究
Advances in the applied basic studies of compound stabilizer on dairy products
HU Guo-hua, M A Zheng-zh ,i YANG Q in, W ANG Fei
2 复合稳定剂在乳制品中的应用基础研究 进展
随着科学技术的发展, 在分子水平上研究生 物分子相互作用的分子机制, 对于深入了解生物 分子的特异识别、生化过程以及分子结构与功能 的关系具有重要意义, 是目前生物、化学、物理 交叉领域的一个前沿方向 [ 5- 10] 。这使得我们从分 子级别上来观测复合食品胶和蛋白分子作用成为 可能。
对于亲水胶体和牛奶蛋白的研究, 它们普遍 注重于蛋白质与多糖混合后的流变性质的变化规 律等方面, 利用差热分析方法来探讨交互作用的 强弱及交互作用键的种类和稳定性 [ 16 - 17] , 关于分 子级别上的 形貌研 究不 是很 多。目 前对 于卡 拉 胶、果胶分别与酪蛋白结合稳定关系已有研究报 道 [ 18- 21 ] 。牛乳中酪蛋 白胶束包 括 as1 - , as2 - , B- , J- 酪蛋白, SP agnuolo 等 [ 18] 在研究酪蛋 白 胶束与卡拉胶之间的相互作用时提出酪蛋白胶束 的直径大概为 200nm, J - 酪蛋 白短链从酪蛋 白
许多胶体之间存在的良好的协同作用, 因此 复合胶的产生能有效的改善单体胶在某些方面的 性能。例 如一定 比例 的黄 原胶、魔芋 胶复 合使 用, 即使它们在水中的浓度低达 0102% , 仍可以 形成凝胶。卡拉胶和槐 豆胶, 黄原胶 和槐豆胶, 黄蓍胶和海藻酸钠, 黄蓍胶和黄原胶都有相互增 效的协同效应, 这种增效效应的共同特点是: 混 合溶液经过一定时间后, 体系的黏度大于体系中 各组分黏度的总和, 或者在形成凝胶之后成为高 强度的凝胶。
正因为如有关食品胶的研究和开发一直以来都是食品配料行业中十分活跃的领域尤其是在食品业比较发达的美国日本及西欧等国家和地区更是这在每一天中利用食品胶开发出的新产品获得的专利都很可能数以千计因此食品胶是在食品工业中有着广泛用途的一类重要的食品添目前复合稳定剂对乳饮料的稳定作用依据十分欠缺基本上没有科学和理论依据全是依靠针对具体产品而盲目进行应用实验出来的试验研究chinafoodadditives93是造成目前各复合胶稳定剂应用企业生产出的各种奶饮料不稳定的主要原因如消费者在乳饮料外包装上经常见到的本饮料在保质期内可能会有少量沉淀为饮料的有效成分请放心饮
原子力显微镜法以其独特的优越性在生物分 子相互作用的研究中发挥着十分重要的作用。原 子力显微镜 ( atom ic force m icroscopy, AFM ) 具 有原子级的高空间分 辨率, 制样 方法相对简单, 能在接近生理环境的条件下 ( 如溶液 中 ) 操作, 不同于电子显微镜只能提供二维图像, AFM 提供 真正的三维表面图, 利用它对生物样品进行高分 辨成像, 已成为生物学研究的热门技术, 正在广 泛应用于结构生物学、分子生物学、细胞生物学 等各领域 [ 11- 12] 。近几年来原子力显微镜对多糖分 子结构的研究发展较快, 原子力显微镜被广发应 用于很 多多糖 生物大 分子的 分子以 及超 分子 结 构 [ 13- 14 ] 。 Lee等 [ 15] 首先报道利用 AFM 皮牛级的 测力灵敏度来研究生物分子间的非共价作用, 使 得传统热力学研究方法无法实现的分子水平上分 子间相互作用力的测定成为可能。
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中 国 食 品 添 加 剂 试验研究 Ch ina F ood Additives
的定义, 复合食品胶是指将两种或两种以上食品 胶体按 照一定 的比例 复合而 成的食 品添 加剂 产 品。而广义的 复合 食 品添加剂 ( 或可食用化学物, 如盐类 ) 复合而得 到的添加剂 [ 2- 4] 。
中 国 食 品 添 加 剂 试验研究 Ch ina F ood Additives
复合稳定剂在乳制品中的应用基础研究进展
胡国华* , 马正智, 杨琴, 王飞
( 上海师范大学工程食品研究所功能与复合食品添加剂研究室, 上海 200234)
摘 要: 复合稳定剂在乳制 品或乳饮料中的应用具有中国 特色。单一亲 水胶体在乳 制品中的 应用日 趋广 泛, 而随着消费者对乳制品或乳 饮料花色品种要求不断提高。目 前复合稳定 剂对乳饮料 的稳定作 用依据 十分 欠缺, 基本上没有科学和理论依据, 全是依靠针对 具体产品而 / 盲 目 0 进行应 用实验出来 的, 是造成目 前各 复合胶稳定剂应用企业 生产出的各种奶饮料不稳定的主要 原因。迄今为 止, 复合亲水胶 与酪蛋白 相互作 用的 研究未见任何报道。我们通过课 题应用基础研究, 研究复合胶与 乳制品中 酪蛋白之间 的相互作 用, 揭示 复合 胶与乳制品中酪蛋白的 相互作用凝聚态结构, 以发现它们之间的稳定作用 方式和机制, 为研发 / 稳定 0 的乳 制品复合胶稳定剂奠定 技术基础。也能解释 / 复合 胶为什 么比单 一胶能更 有效地 稳定牛 乳酪蛋 白?0 这 个技 术疑问。
( Shangha iN orm a l University Eng ineering F ood Research Institute, Shangha i 200234)
Abstrac t: T he app lication o f com pound stab ilizer on da iry products and m ilk beverage is a characteristic in ch ina. The sing le hydro co llo id used in dairy products is m ore and m ore ex tensiv e. H owever, the var iety of da iry products can no t satisfy the requ irements of consume rs. N ow, the mo stly com pound stab ilizer which a imed at g iven products cam e from b lindness tests. A nd its effects of stab iliza tion lacked sc ientific proo fs. T his is the m ain reason that the da iry products w ere instab ility. So fa r, there is no repo rts on the effects betw een compound food hydroco llo ids and casein. In this basic studies, the effects and stuctures of coacerva tion between compound food hydroco llo ids and case in w ere investigated, and the reac tion m echan ism in stab iliza tion o f products a lso w as discovered. T his study established scientific techniques for devw lop ing the com pound stabilizer on da iry products. A nd its also responded why the com pound food hydroco llo ids m ore effic iency than sing le food hydroco llo ids on da iry produc ts. K ey word s: the compound stabilizer; da iry products; app lication; basic studies
试验研究 中 国 食 品 添 加 剂 Ch ina Food Add itives
期原材料价格上涨, 有些企业将复合稳定剂的配 方作了调整, 但因复 合稳定剂的作用 机理复杂, 国内复合稳定剂在乳饮料中的应用没有更权威的 相关基础研究作支撑, 因此, 复合稳定剂在乳制 品中的应用受到挑战。我们认为, 研究机构及有 实力的企业应该加强复合稳定剂应用的基础性研 究, 不要只为眼前利益而简单地做些应用实验了 事。
复合稳定剂在乳制品或乳饮料中的应用具有 中国特色。单一亲水胶体在乳制品中的应用日趋 广泛, 而随着消费者对乳制品或乳饮料花色品种 要求不断提高, 我国以复合胶为主的稳定剂在乳 制品或乳饮料中的应用呈大副上升之势, 尤其是 在一些特色乳饮料中应用更多。实践发现, 复合 胶 ( 稳定剂 ) 比单一胶稳定剂能更有效地稳定牛 乳酪蛋白, 至于复合胶为什么比单一胶能更有效 地稳定牛 乳酪蛋白, 原 因还不清楚。迄今为止, 复合亲水胶 ( 稳定剂 ) 与酪蛋白相互作用的研究 还未见研究报道。通过利用现代仪器分析手段和 方法, 研究复合胶与乳制品中酪蛋白的相互作用 关系, 通 过实验 数据 可 / 看到 0 复合 胶 ( 稳定 剂 ) 与乳制品中酪蛋白的相互作用的存在和结构 特点, 这样就可揭示复合胶与乳制品中酪蛋白相 互作用的凝聚态结构, 寻找到复合胶 ( 稳定剂 ) 与酪蛋白作用的理论依据, 再将这些研究结果直 接应用到复合稳定剂的研发工作中, 就可为复合 稳定剂产品研发提供科学明确的指导, 为发展稳 定的复合稳定剂产品奠定技术基础。
1 我国复合稳定剂在乳制品中的应用现状
在我国, 复合食品胶 (稳定剂 ) 因其诸多的 优越性而得到食品应用企业的青睐, 据不完全统 计, 我国 2007 年 用 于乳 制 品 中 的 复 合 食 品 胶 ( 稳定剂 ) 约 3万吨。我国以复合胶为主的稳 定 剂在乳制品和乳饮料中的应用呈 大副上升之势, 尤其是在一些特色乳饮料中应用更多。那么, 复 合稳定剂在乳制品或乳饮料中的应用是不是很完 善? 目前复合稳定剂对乳饮料的稳定作用的依据 十分欠缺, 一些复合稳定剂大多是针对具体产品 和客户要求而进行应用实验研制出来的, 缺乏基 础研究, 这是造成目前各复合胶稳定剂应用企业 生产出的各种奶饮料不稳定的主要原因。我们了 解到, 国内外在常用单一亲水胶体方面已有广泛 的研究, 有关各胶的化学组成、分子结构、理化 性质及实际应用等方面已有较多的研究报道, 但 目前在复合胶 ( 稳定剂 ) 方面的研究还较少。近
* 通讯作者
90
以功能 强 度、限 量、 成本、使 用方 便 性等 为 指 标, 优选其中比较理想的复合胶转化为商业化生 产, 满足食品工业市场的需求 [ 1 ] 。
随着人们食品健康意识的不断地提高, 高纤 维、低热量和低脂肪食品越来越受到青睐, 促进 了生物大分子多糖的应用。一些多糖的黏性和胶 凝性等特性还可以改善和控制食品的流变和质构 特征, 为食品加工的多样性提供了条件。亲水胶 体就有改善和控制食品的流变和质构特征这样的 / 双重功能性 0。亲水胶体可提高食品的黏稠度或 形成凝胶产品, 从而改变食品的物理形状, 赋予 食品黏润、适宜的口感, 并兼有乳化、稳定或使 食品颗粒呈悬浮状态等作用。有些复合胶 ( 稳定 剂 ) 之间存在的协同作用, 不仅可发挥各种单一 食品胶的特性, 而且可能发挥各种单一食品胶的 互补作用, 达到一种协同效应, 产生一些单体胶 本身并不具有的特性, 或能改善单体胶在某些方 面的性能, 从而扩大食品胶的使用范围或提高其 使用功能, 增强食品的流变学性质, 改善产品质 量, 并降低生产成本。近 10 年来, 复合食品 胶 ( 稳定剂 ) 正是在这种情况下应运而生, 这也 是 今后食品胶生产与发展的一个重要趋势, 并逐渐 成为亲水胶体研究的热点。
近十多年来, 食品胶的研究已成为国内外碳 水化合物或多糖方面的研究热点, 有关各种新型 食品胶的结构组成、物化特性及其在食品工业中 的应用研究报道比较多。要预测食品胶今后的研 究趋势, 则得以食品胶的功能性为基点, 以其在
食品中的应用为方向来推断。以现有的允许用作 食品添加剂和食用胶为基础原料, 通过研究各种 单体胶的性质特性、胶与胶之间及胶与电解质之 间的反应行为, 确定单体胶种类及各自比例, 采 用复合配制的方法从而产生无数种复合胶。然后
关键词: 复合稳定剂; 乳制品; 应用; 基础研究
Advances in the applied basic studies of compound stabilizer on dairy products
HU Guo-hua, M A Zheng-zh ,i YANG Q in, W ANG Fei
2 复合稳定剂在乳制品中的应用基础研究 进展
随着科学技术的发展, 在分子水平上研究生 物分子相互作用的分子机制, 对于深入了解生物 分子的特异识别、生化过程以及分子结构与功能 的关系具有重要意义, 是目前生物、化学、物理 交叉领域的一个前沿方向 [ 5- 10] 。这使得我们从分 子级别上来观测复合食品胶和蛋白分子作用成为 可能。
对于亲水胶体和牛奶蛋白的研究, 它们普遍 注重于蛋白质与多糖混合后的流变性质的变化规 律等方面, 利用差热分析方法来探讨交互作用的 强弱及交互作用键的种类和稳定性 [ 16 - 17] , 关于分 子级别上的 形貌研 究不 是很 多。目 前对 于卡 拉 胶、果胶分别与酪蛋白结合稳定关系已有研究报 道 [ 18- 21 ] 。牛乳中酪蛋 白胶束包 括 as1 - , as2 - , B- , J- 酪蛋白, SP agnuolo 等 [ 18] 在研究酪蛋 白 胶束与卡拉胶之间的相互作用时提出酪蛋白胶束 的直径大概为 200nm, J - 酪蛋 白短链从酪蛋 白
许多胶体之间存在的良好的协同作用, 因此 复合胶的产生能有效的改善单体胶在某些方面的 性能。例 如一定 比例 的黄 原胶、魔芋 胶复 合使 用, 即使它们在水中的浓度低达 0102% , 仍可以 形成凝胶。卡拉胶和槐 豆胶, 黄原胶 和槐豆胶, 黄蓍胶和海藻酸钠, 黄蓍胶和黄原胶都有相互增 效的协同效应, 这种增效效应的共同特点是: 混 合溶液经过一定时间后, 体系的黏度大于体系中 各组分黏度的总和, 或者在形成凝胶之后成为高 强度的凝胶。
正因为如有关食品胶的研究和开发一直以来都是食品配料行业中十分活跃的领域尤其是在食品业比较发达的美国日本及西欧等国家和地区更是这在每一天中利用食品胶开发出的新产品获得的专利都很可能数以千计因此食品胶是在食品工业中有着广泛用途的一类重要的食品添目前复合稳定剂对乳饮料的稳定作用依据十分欠缺基本上没有科学和理论依据全是依靠针对具体产品而盲目进行应用实验出来的试验研究chinafoodadditives93是造成目前各复合胶稳定剂应用企业生产出的各种奶饮料不稳定的主要原因如消费者在乳饮料外包装上经常见到的本饮料在保质期内可能会有少量沉淀为饮料的有效成分请放心饮
原子力显微镜法以其独特的优越性在生物分 子相互作用的研究中发挥着十分重要的作用。原 子力显微镜 ( atom ic force m icroscopy, AFM ) 具 有原子级的高空间分 辨率, 制样 方法相对简单, 能在接近生理环境的条件下 ( 如溶液 中 ) 操作, 不同于电子显微镜只能提供二维图像, AFM 提供 真正的三维表面图, 利用它对生物样品进行高分 辨成像, 已成为生物学研究的热门技术, 正在广 泛应用于结构生物学、分子生物学、细胞生物学 等各领域 [ 11- 12] 。近几年来原子力显微镜对多糖分 子结构的研究发展较快, 原子力显微镜被广发应 用于很 多多糖 生物大 分子的 分子以 及超 分子 结 构 [ 13- 14 ] 。 Lee等 [ 15] 首先报道利用 AFM 皮牛级的 测力灵敏度来研究生物分子间的非共价作用, 使 得传统热力学研究方法无法实现的分子水平上分 子间相互作用力的测定成为可能。