引自：Rennet-induced coagulation properties of yak casein micelles: A comparison with cow casein micelles

摘要

了解凝乳酶誘導(dǎo)的酪蛋白膠束形成凝膠的凝血特性對牦牛奶酪加工具有重要意義。我們之前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)牦牛奶需要更長的發(fā)酵時間，但與牛奶相比，牦牛奶能形成更強(qiáng)的凝膠。在本研究中，我們的目標(biāo)是了解凝乳酶誘導(dǎo)牦牛酪蛋白膠束的特性，并與奶牛酪蛋白膠束進(jìn)行比較。本研究利用粒度分析、微觀流變學(xué)、流變學(xué)、激光共聚焦掃描電鏡圖像(CLSM)和低溫掃描電鏡圖像(cryo-SEM)等技術(shù)，研究牛奶和牦牛奶的凝膠機(jī)理。

實(shí)驗(yàn)方法

通過將牦牛奶與牛奶酪蛋白膠束的比較，了解凝乳酶誘導(dǎo)的牦牛酪蛋白膠束的凝乳特性。利用激光粒度儀、Rheolaser Master微流變儀器配合共焦激光掃描顯微圖像(CLSM)和冷凍掃描電鏡圖像(cryo-SEM)顯示，研究牦牛酪蛋白膠束的凝膠特性和結(jié)構(gòu)。

樣品：

從脫脂牦牛乳與牛乳中提取酪蛋白，分別分散在超濾液中(酪蛋白濃度為0.7 g protein/ 100 mL）。

Rheolaser Master微流變儀器原理

Rheolaser Master基于MS-DWS多重光散射測試技術(shù)，測試過程對樣品*無擾動，可以監(jiān)測凝膠原位狀態(tài)下的粘彈性變化過程，儀器具有6個測試通道，用于快速和同時篩選不同配方。典型的溶膠-凝膠測試結(jié)果如下所示。

均方根位移（MSD）是經(jīng)典的微流變學(xué)（Microrheology）參數(shù)，它包含了樣品的粘彈性信息，短直線（紅色）指示樣品在該時刻為純液體行為，隨著溫度或者老化時間的改變，當(dāng)曲線產(chǎn)生彈性平臺（粉紅）時，表明樣品變成了凝膠狀或固體性質(zhì)。

結(jié)果與討論

原始數(shù)據(jù)

圖1 展示了牛奶酪蛋白和牦牛奶酪蛋白的TEM照片和粒度數(shù)據(jù)。

Fig.1 TEM micrograph and the size distribution of (a)cow casein micelles and (b)yak casein micelles

兩個樣品均顯示出非常窄的粒度分布，牦牛奶酪蛋白的Z均粒度為218.6nm，明顯大于牛奶酪蛋白的178.5nm。

圖2是Rheolaser Master的微流變數(shù)據(jù)，圖2a為酪蛋白溶液的MSD曲線，圖2b為SLB隨時間變化曲線。

Fig.2 Micro-rheology vs. ageing time for casein micelles dispersions; a. Mean square displacement immediately after rennet addition (open symbols) and after 60 min (closed symbols);b. solid liquid balance.

從圖2a可見，牦牛奶體系凝膠后的MSD曲線（藍(lán)色三角）更靠近右下方，說明牦牛奶藍(lán)蛋白凝膠后的彈性和粘性更強(qiáng)。

SLB值即固液平衡點(diǎn)，代表樣品的固體和液體的性質(zhì)。SLB的數(shù)值范圍是0-1，當(dāng)樣品的性質(zhì)以液態(tài)為主時，樣品的SLB值在0.5-1之間；當(dāng)樣品的性質(zhì)以固體性質(zhì)為主時，樣品的SLB值在0-0.5之間。從圖2b中，可以發(fā)現(xiàn)牛奶酪蛋白隨時間下降較快，說明樣品凝膠過程較快，但是牦牛奶最終時刻的SLB值比奶牛的值更小，說明牦牛奶酪蛋白的凝膠性質(zhì)更接近與固態(tài)。

Fig.3 Stability of gels formed by casein micelle at 60 min after chymosin addition.

圖3展示了樣品在發(fā)酵60min時的照片。從圖中可見，樣品的凝膠穩(wěn)定性與微流變數(shù)據(jù)相符合，牦牛奶酪蛋白的凝膠更穩(wěn)定。

圖4和圖5分別是兩種牛奶酪蛋白凝膠的激光共聚焦掃描電鏡圖像(CLSM)和低溫掃描電鏡圖像(cryo-SEM)。

Fig.4 CLSM micrographs (a) cow casein micelle gel and (b) yak casein micelles gel.

Fig.5 Cryo-SEM micrographs of (a) cow casein micelle gel and (b)yak casein micelles gel. The scale bars are 10 μm.

從圖中可見，奶牛酪蛋白凝膠形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)比牦牛酪蛋白凝膠形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)孔徑大。牦牛酪蛋白膠束由于細(xì)小孔隙的毛細(xì)力較大，因而可能含有較多的水分。牦牛酪蛋白膠束因?yàn)橹旅艿慕Y(jié)構(gòu)與小的孔，凝膠的牢固度可能會增加。此外，牦牛酪蛋白凝膠中的絲狀凝膠鏈被聚集體取代，并相互連接形成更強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。相比之下，奶牛酪蛋白凝膠具有更松散的結(jié)構(gòu)和更大的孔隙。

Fig.6 Diagram showing the formation of casein micelle gels. The left column represents cow casein micelles; the right column represents yak casein micelles.

Fig.6是根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得到的兩種酪蛋白凝膠機(jī)理圖。與牛酪蛋白相比，牦牛乳酪蛋白體積較大，CCP膠體磷酸鈣濃度較高，κ-酪蛋白濃度較低（Fig6a、b）。添加凝乳酶后，κ-酪蛋白水解。這種酶促反應(yīng)使凝乳酶修飾的酪蛋白膠束接近，導(dǎo)致聚集。牦牛酪蛋白中的低濃度κ-酪蛋白水解速度慢，影響酪蛋白膠束聚集和凝膠形成。牦牛酪蛋白中κ-酪蛋白水解產(chǎn)生的反應(yīng)位點(diǎn)較少，減緩了凝膠的形成，使凝膠結(jié)構(gòu)更加有序。牛酪蛋白中大量的反應(yīng)位點(diǎn)導(dǎo)致酪蛋白更快的聚集，從而導(dǎo)致更多的開放隨機(jī)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。更重要的是，較高的CCP膠體磷酸鈣含量提供了一種密度更高的黏合劑，將牦牛酪蛋白連接在一起，從而形成相對較牢固的凝膠結(jié)構(gòu)。牦牛酪蛋白膠束以緊密堆積的形式在多個方向上連接在一起。與此相反，牛酪蛋白膠束形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)只沿一個方向連接，并且部分?jǐn)嗔选?/span>

結(jié)論

Rheolaser Master光學(xué)法微流變儀器非常適合研究結(jié)構(gòu)脆弱流體的凝膠-溶膠過程。本研究為牦牛奶酪的生產(chǎn)提供了有價值的信息。與奶牛酪蛋白膠束相比，牦牛酪蛋白膠束中磷酸鈣與κ-酪蛋白的含量與牛奶不同，這導(dǎo)致牦牛酪蛋白的凝固時間更長，凝膠結(jié)構(gòu)更致密。