隨著我國(guó)大豆生產(chǎn)的增加，傳統(tǒng)豆制品加工過(guò)程中產(chǎn)生大量副產(chǎn)物，如大豆乳清和豆渣等。近年來(lái)，大豆乳清發(fā)酵在大豆制品制備中的應(yīng)用成為研究熱點(diǎn)。大豆乳清中的可溶性固形物和蛋白質(zhì)在發(fā)酵過(guò)程中被微生物分解和利用，產(chǎn)生多種有益代謝物，通過(guò)優(yōu)化發(fā)酵條件和工藝，可以使大豆制品形成更穩(wěn)定的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，改善其質(zhì)地和彈性。

緩釋技術(shù)指通過(guò)借助一定的緩釋運(yùn)載系統(tǒng)，以減小體系中目標(biāo)物質(zhì)的釋放速度，達(dá)到緩慢釋放或定時(shí)釋放的目的。

渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院的衣鴻博、李君*、李佳怡等利用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌發(fā)酵大豆乳清，在此基礎(chǔ)上，將發(fā)酵液進(jìn)行包埋處理，開(kāi)發(fā)制備大豆乳清緩釋凝固劑。對(duì)比不同菌種先旋蒸后發(fā)酵和先發(fā)酵后旋蒸2種制備方式對(duì)緩釋凝固劑離子釋放速率的影響以及誘導(dǎo)大豆全粉乳液凝膠特性的差異機(jī)制，以期改善全大豆乳液凝膠特性，增強(qiáng)其凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

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發(fā)酵大豆乳清pH值變化

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發(fā)酵大豆乳清pH值可以反映不同菌種在不同工藝下發(fā)酵大豆乳清產(chǎn)生游離H+的情況。由圖1可知，前7 h內(nèi)，各樣品的pH值顯著下降，CFL、CFS、FCL、FCS從未發(fā)酵的5.99分別降到了4.40、4.67、4.03、4.49，7 h后pH值下降趨勢(shì)逐漸平穩(wěn)，在35 h時(shí)pH值分別降至3.65、3.96、3.61、3.59。在發(fā)酵過(guò)程中，乳酸菌的代謝活動(dòng)是以碳水化合物為主要碳源，碳水化合物被分解代謝產(chǎn)生酸，從而降低pH值。發(fā)酵終點(diǎn)時(shí)，F(xiàn)CL和FCS的pH值均小于CFL和CFS的pH值，說(shuō)明先發(fā)酵后濃縮的工藝初期，乳酸菌能夠充分利用大豆乳清中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，迅速產(chǎn)酸。發(fā)酵結(jié)束后再濃縮，濃縮后的發(fā)酵液具有更高的酸度，而先旋蒸后發(fā)酵工藝中，高濃度的環(huán)境可能會(huì)抑制菌株的活性，影響其產(chǎn)酸效率。

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大豆乳清緩釋凝固劑的緩釋特性

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通過(guò)分析水浴加熱條件下電導(dǎo)率的變化，可以評(píng)估大豆乳清緩釋凝固劑的模擬釋放性能。從圖2可以看出，隨著測(cè)試時(shí)間的延長(zhǎng)，大豆乳清發(fā)酵液及其W/O乳液的離子釋放量逐漸增加。相較于未經(jīng)包埋處理的大豆乳清發(fā)酵液凝固劑，包埋處理的大豆乳清發(fā)酵液W/O乳液凝固劑的電導(dǎo)率在初始階段較低，且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，電導(dǎo)率值增大較慢。包埋處理的大豆乳清發(fā)酵液W/O乳液凝固劑在加入初始，只有極少量離子釋放到蒸餾水中，隨著逐漸受熱，油水界面膜破裂，離子緩慢穿過(guò)油相釋放到水中。結(jié)果表明，包埋處理能夠有效控制大豆乳清發(fā)酵液中離子的釋放速率，這與Li Jinlong等以鹵水為水相的W/O乳液控釋能力的分析結(jié)果相似。當(dāng)離子釋放速度過(guò)快時(shí)，可能導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子之間的過(guò)度交聯(lián)，形成不均勻的凝膠結(jié)構(gòu)。

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大豆乳清緩釋凝固劑對(duì)大豆全粉乳液凝膠質(zhì)構(gòu)特性和持水性的影響

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圖3A為采用先旋蒸后發(fā)酵工藝制備的大豆乳清濃縮發(fā)酵液及其W/O乳液對(duì)大豆全粉乳液凝膠質(zhì)構(gòu)特性和持水性的影響。未經(jīng)包埋處理的大豆乳清發(fā)酵液誘導(dǎo)大豆全粉乳液凝膠的凝膠強(qiáng)度和持水性高于包埋處理組。CFL和CFS的凝膠強(qiáng)度和持水性分別為24.08、23.63 g和65.79%、64.57%，經(jīng)過(guò)包埋處理后，離子釋放速率較為緩慢，導(dǎo)致大豆全粉乳液的凝固速率減慢，其凝膠強(qiáng)度和持水性分別降低了2.99%、4.99%和9.94%、15.11%。結(jié)合大豆乳清發(fā)酵液pH值測(cè)定結(jié)果分析，這可能是因?yàn)橄葷饪s后發(fā)酵工藝制備的大豆乳清發(fā)酵液中酸含量較少，導(dǎo)致大豆蛋白分子表面的凈負(fù)電荷增加，蛋白質(zhì)分子之間的靜電排斥力增強(qiáng)，進(jìn)而導(dǎo)致蛋白質(zhì)溶解性增加。這種情況下，蛋白質(zhì)分子難以相互靠近和聚集，阻礙了凝膠網(wǎng)絡(luò)的形成。

由圖3B可知，經(jīng)過(guò)包埋處理的大豆乳清發(fā)酵液誘導(dǎo)大豆全粉乳液凝膠的凝膠強(qiáng)度和持水性高于未包埋處理組，W/O FCS誘導(dǎo)的大豆全粉凝膠的凝膠強(qiáng)度和持水性最高（24.48 g和91.43%）。FCL和FCS誘導(dǎo)的大豆全粉凝膠的凝膠強(qiáng)度和持水性分別為21.84、23.87g和52.46%、54.55%，這可能是因?yàn)橄劝l(fā)酵后濃縮使大豆乳清發(fā)酵液的溶劑大量蒸發(fā)，H+的含量顯著增高，使得蛋白質(zhì)的酸化速率過(guò)快，蛋白質(zhì)分子之間的氫鍵作用加強(qiáng)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子迅速聚集并形成大的聚集體，造成凝膠結(jié)構(gòu)粗糙且不均勻。粗糙且不均勻的凝膠網(wǎng)絡(luò)難以有效地鎖住水分，導(dǎo)致水分更容易從凝膠中滲出，持水性下降。經(jīng)過(guò)包埋處理后，酸凝速率得到控制，利于形成均一有序的分子結(jié)構(gòu)，W/O FCL和W/O FCS的凝膠強(qiáng)度和持水性分別提高了11.63%、2.56%和51.72%、67.61%。這表明包埋處理能夠有效控制離子的釋放速率，使蛋白質(zhì)分子之間的交聯(lián)反應(yīng)更加平緩和均勻，有利于形成均勻的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

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大豆乳清緩釋凝固劑對(duì)大豆全粉乳液凝膠DSC及SR的影響

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圖4為不同發(fā)酵工藝制備的大豆乳清發(fā)酵液及其W/O乳液誘導(dǎo)大豆全粉乳液凝膠的DSC譜。利用得到的熱焓值結(jié)合SR測(cè)定結(jié)果對(duì)大豆乳清發(fā)酵液及其W/O乳液誘導(dǎo)的凝膠中不同狀態(tài)水分含量進(jìn)行分析。從表1可以看出，采用先發(fā)酵后濃縮工藝制備的大豆乳清W/O緩釋凝固劑誘導(dǎo)大豆全粉乳液凝膠的EWC、SR和Wnf總體上高于先濃縮后發(fā)酵工藝組。W/O FCS誘導(dǎo)凝膠的EWC、SR和Wnf最大，分別為88.22%、7.50%和7.32%。凝膠網(wǎng)絡(luò)的緊密強(qiáng)度與菌株的酸化能力呈正相關(guān)。大豆乳清發(fā)酵液中嗜熱鏈球菌及其代謝產(chǎn)物能夠更好促進(jìn)大豆全粉乳液凝膠三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，因此得到的凝膠結(jié)構(gòu)較為致密均勻。均勻且致密的凝膠網(wǎng)絡(luò)能夠有效地限制水分的流動(dòng)和蒸發(fā)，保持水分在凝膠中的分布，并減少自由水的滲出。對(duì)于先濃縮后發(fā)酵工藝來(lái)說(shuō)，未經(jīng)過(guò)包埋處理的大豆乳清發(fā)酵液誘導(dǎo)大豆全粉乳液凝膠的EWC、SR和Wnf明顯高于包埋處理組。對(duì)于先發(fā)酵后濃縮工藝來(lái)說(shuō)，結(jié)果剛好相反，經(jīng)過(guò)包埋處理的大豆乳清發(fā)酵液誘導(dǎo)大豆全粉乳液凝膠的EWC、SR和Wnf明顯高于未包埋處理組。這進(jìn)一步證實(shí)了 H + 濃度通過(guò)影響蛋白質(zhì)分子的電荷狀態(tài)，進(jìn)而影響蛋白質(zhì)分子間相互作用，對(duì)凝膠結(jié)構(gòu)的形成起著重要作用。

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大豆乳清緩釋凝固劑對(duì)大豆全粉乳液凝膠流變學(xué)特性的影響

5.1 對(duì)大豆全粉乳液凝膠G’的影響

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5.2 對(duì)大豆全粉乳液凝膠大規(guī)模形變的影響

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屈服點(diǎn)是指凝膠在外力作用下開(kāi)始發(fā)生不可逆變形的應(yīng)力水平。圖6為大豆乳清發(fā)酵液及其W/O乳液對(duì)大豆全粉乳液凝膠剪切應(yīng)力隨應(yīng)變變化的曲線，其中應(yīng)力開(kāi)始減小的最大值表示凝膠的屈服點(diǎn)。屈服應(yīng)力與凝膠網(wǎng)絡(luò)的股線厚度和粗糙度密切相關(guān)，凝膠的股線越粗，增強(qiáng)分子之間的相互作用力，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越緊密均勻，屈服應(yīng)力越大。CFL和W/O CFL誘導(dǎo)的大豆全粉乳液凝膠的屈服應(yīng)力分別為361.06 Pa和218.84 Pa，高于CFS和W/O CFS誘導(dǎo)凝膠的屈服應(yīng)力（148.27 Pa和96.49 Pa）（圖6A）。這表明先濃縮后發(fā)酵工藝中，保加利亞乳桿菌發(fā)酵大豆乳清產(chǎn)酸量相對(duì)較高，蛋白質(zhì)分子表面帶有較多電荷，分子間排斥力增大，避免了分子過(guò)度聚集或沉淀，有助于形成穩(wěn)定的大豆全粉乳液凝膠網(wǎng)絡(luò)。此外，未經(jīng)過(guò)包埋處理的大豆乳清發(fā)酵液誘導(dǎo)凝膠的屈服應(yīng)力高于包埋處理組，這可能是因?yàn)橄葷饪s后發(fā)酵工藝制得的大豆乳清發(fā)酵液中H+含量少，經(jīng)過(guò)包埋處理后，離子釋放速率緩慢，導(dǎo)致蛋白質(zhì)之間的相互作用力減弱，凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)股線較細(xì)，更容易斷裂。

FCS和W/O FCS誘導(dǎo)的大豆全粉乳液凝膠的屈服應(yīng)力分別為289.60 Pa和498.22 Pa，高于FCL和W/O FCL誘導(dǎo)凝膠的屈服應(yīng)力（139.65 Pa和336.60 Pa）（圖6B）。分析大豆乳清發(fā)酵產(chǎn)酸結(jié)果，可能是因?yàn)樵谙劝l(fā)酵后濃縮工藝中嗜熱鏈球菌發(fā)酵大豆乳清的產(chǎn)酸量適中，蛋白質(zhì)分子間的氫鍵作用增強(qiáng)，交聯(lián)密度高，提高了凝膠的屈服應(yīng)力。經(jīng)過(guò)包埋處理的大豆乳清發(fā)酵液誘導(dǎo)凝膠的屈服應(yīng)力高于未包埋處理組，未經(jīng)包埋處理的凝固劑加入到大豆全粉乳液中時(shí)會(huì)快速釋放出H+與大豆蛋白直接且迅速發(fā)生作用，導(dǎo)致凝膠結(jié)構(gòu)松散。對(duì)大豆乳清發(fā)酵液進(jìn)行包埋處理可以有效控制其離子釋放，改善凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使凝膠強(qiáng)度增大，不容易斷裂。

5.3 對(duì)大豆全粉乳液凝膠蠕變-恢復(fù)的影響

蠕變是一種施加一定大小的力于凝膠體，以呈現(xiàn)物體形變隨時(shí)間變化而增加的現(xiàn)象。大豆全粉乳液凝膠為蜂窩狀的三度網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，蛋白分子間相互作用形成蛋白質(zhì)鏈條，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)孔徑的大小和分布情況取決于膠凝過(guò)程中蛋白質(zhì)體系對(duì)水分的束縛程度。凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越緊密，孔徑越小且分布越均勻，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)受到外力施加時(shí)會(huì)更加穩(wěn)固，使鏈段遷移和分子鏈間的位移困難，層流內(nèi)摩擦力增大，凝膠的變形阻力增強(qiáng)。

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圖7為不同發(fā)酵工藝制備的大豆乳清發(fā)酵液及其W/O乳液誘導(dǎo)大豆全粉乳液凝膠蠕變-恢復(fù)曲線。凝膠樣品都顯示出典型的黏彈性曲線，在測(cè)試結(jié)束時(shí)，可以觀察到不可恢復(fù)的應(yīng)變。對(duì)于先濃縮后發(fā)酵工藝，未經(jīng)過(guò)包埋處理的大豆乳清發(fā)酵液誘導(dǎo)大豆全粉乳液凝膠的抗變形性明顯高于包埋處理組，其中CFL表現(xiàn)出最好的抗變形能力（圖7A）。這表明蠕變階段的變形較小，恢復(fù)階段的彈性恢復(fù)較好，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高。而對(duì)于先發(fā)酵后濃縮工藝來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)包埋處理的大豆乳清發(fā)酵液誘導(dǎo)大豆全粉乳液凝膠的抗變形性明顯高于未包埋處理組，其中W/O FCS的抗變形性最好（圖7B）。包埋處理導(dǎo)致離子緩慢釋放，蛋白網(wǎng)絡(luò)鏈條變粗，網(wǎng)絡(luò)致密性變高，從而增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的耐壓能力，保持較高剛性。采用先發(fā)酵后濃縮工藝制備的大豆乳清發(fā)酵液及其W/O乳液誘導(dǎo)大豆全粉乳液凝膠的抗變形性普遍高于先濃縮后發(fā)酵工藝組，生成的凝膠具有更高的剛性。這一現(xiàn)象可能是因?yàn)橄劝l(fā)酵后濃縮工藝產(chǎn)酸量較高，蛋白質(zhì)間相互作用力增加，進(jìn)而增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和提高抗變形能力，改善了凝膠的蠕變-恢復(fù)特性。

結(jié)論

不同發(fā)酵工藝制備的大豆乳清發(fā)酵液及其W/O緩釋凝固劑對(duì)大豆全粉乳液凝膠特性具有顯著影響。研究發(fā)現(xiàn)，先發(fā)酵后濃縮工藝的產(chǎn)酸量更高，有利于蛋白質(zhì)分子間的相互作用，促進(jìn)凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成。包埋處理能夠有效控制大豆乳清發(fā)酵液中離子的緩慢釋放，使蛋白質(zhì)逐步形成均勻的凝膠結(jié)構(gòu)，從而改善凝膠的力學(xué)性能和持水性。因此，開(kāi)發(fā)發(fā)酵大豆乳清緩釋凝固劑可解決全豆凝膠快速凝膠導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)粗糙問(wèn)題，促進(jìn)大豆副產(chǎn)物再利用和全豆制品的品質(zhì)提升，為全豆制品的開(kāi)發(fā)提供創(chuàng)新思路和科學(xué)依據(jù)。

作者簡(jiǎn)介

通信作者：

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李君 講師

渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院講師

李君，講師，碩士生導(dǎo)師，工程師，高級(jí)公共營(yíng)養(yǎng)師。從事大豆全產(chǎn)業(yè)鏈精細(xì)加工創(chuàng)新升級(jí)技術(shù)的研究。主持省級(jí)科技特派專項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃1 項(xiàng)、錦州市科技特派團(tuán)1 項(xiàng)、中國(guó)農(nóng)村專業(yè)技術(shù)協(xié)會(huì)科技小院1 項(xiàng)、教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目1 項(xiàng)、遼寧省教育廳產(chǎn)教融合“雙百計(jì)劃”重點(diǎn)項(xiàng)目1 項(xiàng)、企業(yè)橫向課題9 項(xiàng)；作為主要成員參加了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、青年科學(xué)基金項(xiàng)目、遼寧省高校產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院重大項(xiàng)目、遼寧省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃指導(dǎo)計(jì)劃項(xiàng)目、遼寧省高校優(yōu)秀人才計(jì)劃項(xiàng)目、遼寧省中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展專項(xiàng)、乳業(yè)生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題、遼寧省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目等10余項(xiàng)。第一發(fā)明人授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利1 項(xiàng)，參與申報(bào)國(guó)家發(fā)明專利21 項(xiàng)，授權(quán)6 項(xiàng)。在《Food Hydrocolloids》《International Journal of Food Science & Technology》等期刊以第一作者或第一通信作者共發(fā)表論文14 篇。2019—2023年期間，共指導(dǎo)本科生參加國(guó)家級(jí)、省級(jí)、校級(jí)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)21 項(xiàng)。本人參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，人社部“創(chuàng)翼中國(guó)”創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新大賽、工信部“創(chuàng)客中國(guó)”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等共獲獎(jiǎng)7 項(xiàng)。2021年榮獲“智慧錦州巾幗筑夢(mèng)”錦州女性科技創(chuàng)新大賽一等獎(jiǎng)。

第一作者：

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衣鴻博 碩士研究生

渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院

衣鴻博，渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院2022級(jí)碩士研究生，研究方向?yàn)槭称凤L(fēng)味化學(xué)。目前在《Food Reviews International》國(guó)際期刊發(fā)表SCI論文1 篇，《食品科學(xué)》發(fā)表EI論文1 篇。參加遼寧省營(yíng)養(yǎng)師職業(yè)技能大賽并獲得二等獎(jiǎng)，獲得2023-2024學(xué)年研究生二等獎(jiǎng)學(xué)金，獲得渤海大學(xué)2023—2024學(xué)年度“文體活動(dòng)積極分子”。

本文《發(fā)酵大豆乳清W/O緩釋凝固劑對(duì)大豆全粉乳液凝膠特性的影響》來(lái)源于《食品科學(xué)》2024年45卷23期，作者：衣鴻博，李君，李佳怡，王鵬，王勝男，劉賀。DOI：10.7506/spkx1002-6630-20240510-073。點(diǎn)擊下方閱讀原文即可查看文章相關(guān)信息。

實(shí)習(xí)編輯：彤禾；責(zé)任編輯：張睿梅。點(diǎn)擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來(lái)源于文章原文及攝圖網(wǎng)

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為深入探討未來(lái)食品在大食物觀框架下的創(chuàng)新發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研用各界的交流合作，由北京食品科學(xué)研究院、中國(guó)肉類食品綜合研究中心、國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局技術(shù)創(chuàng)新中心（動(dòng)物替代蛋白）及中國(guó)食品雜志社《食品科學(xué)》雜志、《Food Science and Human Wellness》雜志、《Journal of Future Foods》雜志主辦，西華大學(xué)食品與生物工程學(xué)院、四川旅游學(xué)院烹飪與食品科學(xué)工程學(xué)院、四川輕化工大學(xué)生物工程學(xué)院、成都大學(xué)食品與生物工程學(xué)院、成都醫(yī)學(xué)院檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)院、四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院都市農(nóng)業(yè)研究所、四川大學(xué)農(nóng)產(chǎn)品加工研究院、西昌學(xué)院農(nóng)業(yè)科學(xué)學(xué)院、宿州學(xué)院生物與食品工程學(xué)院、大連民族大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、北京聯(lián)合大學(xué)保健食品功能檢測(cè)中心共同主辦的“第二屆大食物觀·未來(lái)食品科技創(chuàng)新國(guó)際研討會(huì)”即將于2025年5月24-25日在中國(guó) 四川 成都召開(kāi)。

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