沈阳农业大学食品学院的Hong Ruiyao等综述了酸乳凝胶的形成机理和影响酸乳质构的主要因素，总结了利用多糖和蛋白质提高酸乳凝胶质构稳定性的方法，旨在为提升酸乳凝胶特性和酸乳品质提供理论指导和技术支持。
酸乳是世界上消费最广泛的发酵乳制品之一，其以新鲜牛乳为主要成分，利用微生物通过乳酸发酵制备。酸乳不仅提供蛋白质和维生素等营养物质，还具有缓解乳糖不耐症、改善腹泻/便秘、增强免疫力、降低胆固醇和血糖水平等多种保健功能。酸乳的微观结构为三维网络结构，主要由蛋白质基质的网络骨架组成，空隙中充满了游离水和脂肪球等物质。酸乳的基本感官特征是质构，而质构缺陷会降低消费者的购买欲望。已采取多种对策改善质构，包括添加不同的增稠稳定剂，如蛋白质、多糖。此外，不同的加工条件也会对酸乳的质构产生影响酸乳的加工步骤通常分为标准化、均质、热处理和发酵。在乳酸化过程中，分子间相互作用和大分子排列决定了凝胶网络的最终特性。这些相互作用受时间、温度和剪切强度等加工条件的影响。
乳蛋白包含2 种胶体颗粒，酪蛋白和乳清蛋白，其中酪蛋白占大部分。酪蛋白胶束由4 种酪蛋白（αs1-、αs2-、β-和κ-酪蛋白）和胶体磷酸钙，通过疏水相互作用和氢键结合在一起。κ-酪蛋白位于酪蛋白胶束表面，通过空间和负性排斥力稳定酪蛋白胶束的聚集，防止絮凝。
乳的凝胶化过程被定义为从低黏度牛顿流体转变为半固体或固体。在酸化过程中，乳酸菌将乳中的乳糖转化为乳酸，pH值降低。如图1所示，κ-酪蛋白的延伸在pH值为6.0时瓦解，当pH值降低到5.3时，胶束颗粒分解，胶体磷酸钙从胶束内部释放出来，而当pH值下降到酪蛋白等电点（pI）4.6时，酪蛋白胶束开始聚集，酪蛋白胶束开始聚集并与乳清蛋白一起形成三维网络凝胶结构。最后，酸乳凝胶的微观结构是聚集的酪蛋白的三维网络，嵌入了脂肪球和空隙，中心充满了蛋白质、乳糖等物质。
酸乳是一种健康美味的乳制品，其质构是消费者接受度的重要指标。然而，在加工和贮藏过程中可能会发生脱水收缩或乳清分离等质量缺陷，从而降低消费者的接受度。乳清分离是酸乳的一个关键步骤，会使液体沉淀在酸乳凝胶表面，从而产生不良的感官特性。此外，由于水溶性营养素的损失，酸乳的营养价值也可能下降。在酸乳形成过程中，酸乳中大分子与胶体之间的相互作用形成了特殊的网状结构，而凝胶结构对决定酸乳的质构稳定性非常重要。凝胶过程中三维网络的重排导致凝胶收缩，这可能导致乳清从凝胶基质中排出，从而造成酸乳的质量缺陷。酸乳的结构缺陷也是常见的质量缺陷，主要包括颗粒状质构和不良沉淀。发酵过程中的机械振动、剪切速率过大、发酵温度过高、蛋白质和乳脂含量降低等因素影响了酸乳凝胶的结构稳定性，导致酸乳质地粗糙、口感差。
热处理不仅可以杀死一些发酵中不需要的微生物，促进乳酸菌的生长，还可以导致乳清蛋白变性，促进其与酪蛋白胶束结合形成强大的凝胶网络结构，从而提高WHC并改善酸乳的稳定性。高压均质结合热处理可以改善酸乳的流变学特性和稳定性。热处理前均质乳比热处理后均质乳制备的酸乳具有更高的硬度和表观黏度，这有利于蛋白质相互作用，凝胶形成，并且这些指标随着均质温度的升高而增加。均质化（15～20 MPa）或高压均质可以改善酸乳的WHC，增强凝胶网络的结构稳定性，并通过影响蛋白质相互作用减少乳清沉淀。近年来，一些学者通过改进发酵剂改善酸乳的质构和功效。一些酸乳发酵剂可以释放胞外多糖（extracellular polysaccharides，EPS），与不产生EPS的菌株相比，通过发酵其制备的酸乳具有更好的质构。
乳基对凝乳质量的影响主要与蛋白质和脂肪含量有关。蛋白质与总固体的比例以及乳清与酪蛋白的比例影响凝胶特性。外源添加的蛋白质可以作为酸乳凝胶网络中的填充物，并加强三维网络的稳定性。适当提高乳清与酪蛋白的比例，可以提高酸乳凝胶的强度和弹性，形成更密集的网络结构，提高WHC，减少乳清分离。此外，蛋白的功能性质可以通过酶促反应改善。乳脂含量对凝胶结构的稳定性也有重要影响，降低乳脂含量会降低酸乳凝胶的强度和黏度，导致乳清分离和颗粒状等质地缺陷。乳脂含量的增加伴随着乳脂球含量的增加，均质后脂肪球的尺寸变小可能有助于其与蛋白质的相互作用，增强凝胶网络结合的稳定性。
提高酸乳的稳定性是促进酸乳行业持续稳定发展的关键。酸乳凝胶除了通过物理方法添加多糖和乳清蛋白提高其稳定性外，还可以通过化学方法如热处理、酸诱导、酶诱导交联等方法诱导乳清蛋白聚集，促进凝胶化，影响酸乳的稳定性。
添加多糖能够改善酸乳的WHC和凝胶结构。多糖对酸乳质构的改善取决于其离子状态，阴离子多糖和中性多糖可通过不同的机制提高酸乳的稳定性。
将阴离子多糖添加到酸乳中后，带相反电荷的酪蛋白胶束和阴离子多糖在通过蛋白质的pI后通过阴离子多糖的COO－和酪蛋白的NH3＋之间的静电相互作用形成复合物，以改善凝胶的结构稳定性并减少酸乳的脱水和凝结。
变性淀粉因其生产效率高而受到生产商的青睐，分为阴离子多糖和中性多糖。淀粉与酪蛋白之间的相互作用包括静电吸附、空间稳定性和氢键作用。磷酸酯淀粉由于磷酸酯基团的引入，具有大量的阴离子电荷。当与酪蛋白混合时，更容易发生静电吸附，形成连续、紧密的凝胶网络结构，稳定凝胶结构。交联乙酰化淀粉可吸附在酪蛋白表面形成较厚的吸附层，胶束分子相互碰撞时可重叠穿透，但不能被压缩。聚合物的浓度增加，导致酸乳体系中渗透效应的发生。渗透效应在酸乳体系的空间稳定性中起着主导作用。交联乙酰化淀粉通过静电相互作用和空间稳定性保持酸乳凝胶结构的稳定性。羟丙基淀粉和辛烯基琥珀酸淀粉酯均为中性多糖，其与酪蛋白的相互作用主要是空间稳定性，使凝胶结构更加致密，提高其稳定性。尽管淀粉和化学精制的增稠稳定剂具有成本效益，但消费者认为它们是“非天然”成分。随着消费者对“清洁标签”产品的需求不断增长，纤维素、EPS等正成为改善酸乳凝胶的新的潜在替代品。
果胶是一种阴离子多糖，近年来因其与酪蛋白的相互作用机制而受到广泛研究。果胶-酪蛋白相互作用主要受果胶酯化程度、酸乳pH值、多糖电荷密度等因素的影响。高甲氧基果胶保护酪蛋白胶束在酸性pH值下聚集，并防止酸乳凝胶化。低甲氧基果胶可通过与酪蛋白胶束架桥形成凝胶，减缓脱水收缩。
在酸乳中添加富含纤维素的水果提取物，不仅可以增加酸乳的风味，还可以提高酸乳的营养价值。水果中的可溶性和不溶性膳食纤维可以通过不同的机制减少酪蛋白胶束和乳清之间的相分离。而水果中的有机酸也可通过诱导酪蛋白变性和聚集破坏酸乳的三维凝胶网络结构。此外，果胶分子链之间的羧基可以与酪蛋白胶束释放的钙离子相互作用，促进凝胶网络的稳定。
不溶性纤维的主要成分是细胞壁颗粒（cell wall particles，CWP），其具有较强的亲水性，通过多孔的纤维结构保持大量的水分。随着CWP添加量的增加，酸乳凝胶的硬度和弹性增加，乳清分离现象减少，但添加量超过2%后，凝胶结构不稳定，添加不同添加量的不溶性大豆纤维也观察到同样的现象。
酸性条件下，阴离子多糖主要通过静电相互作用增强酸乳中酪蛋白胶束形成的网络结构，同时，通过与网络间隙空间中的自由水形成氢键，增加酸乳的WHC。大多数多糖随添加量的增加而改善酸乳凝胶的网络结构，但当添加量过高时，使酸乳凝胶不稳定。
EPS是酸乳发酵过程中微生物生长和代谢分泌的一类天然产物，向酸乳中添加少量EPS可以改善酸乳质构。EPS调节酸乳质构的能力不仅与添加量有关，还与其结构特征有关。
中性多糖（如葡甘露聚糖、瓜尔豆胶、β-葡聚糖、菊粉（inulin，IN））本身具有较高的水合能力，可增加溶液黏度，并可形成具有较高WHC的凝胶颗粒，以填充酪蛋白胶束的空隙，稳定酸乳凝胶的结构，减少脱水和缩合。在一定范围内，随着中性多糖添加量的增加，酸乳凝胶的WHC和黏度增加。
IN是一种广泛存在于植物组织中的线性果糖聚合物，具有抗氧化活性、调节血糖和血脂等生理功能。天然菊粉具有不同的聚合度（degrees of polymerization，DP），且不同DP的IN理化性质不同，长链IN比短链IN具有更强的水化能力和更低的溶解度，可以替代脂肪，更有效地改善酸乳的质构和感官特性。IN的加入使低脂酸乳的最终硬度更接近全脂酸乳，具有更稳定的凝胶网络结构和更紧密的孔隙。
近年来，关于IN对低脂酸乳的质构和流变学特性的影响，有相互矛盾的结果。有学者发现，添加1%和2% IN的低脂酸乳的流变学特性和感官评分更接近全脂酸乳，而添加3% IN的低脂酸乳硬度和黏度降低。除了上述常见的多糖外，还汇集了一些对酸乳凝胶稳定性有改善作用的多糖（表1）。
发酵前，向强化乳中添加蛋白质是改善酸乳质构的重要手段之一。乳基中蛋白质含量的增加导致酸乳的硬度、弹性和保水性增加，形成更致密的凝胶网络结构。
乳基蛋白不仅可以提高酸乳的凝胶稳定性，更能增强酸乳的营养成分。通常用于强化酸乳的乳基蛋白质是酪蛋白衍生物、乳清蛋白及其加工产品。
在发酵前添加乳清蛋白通常能提高酸乳凝胶的WHC、硬度和凝胶网络的结构稳定性。这可能是由于在发酵前通过热处理使乳清蛋白变性，以及在变性乳清蛋白表面上产生二硫键和疏水相互作用，导致乳清蛋白聚集体（whey protein aggregates，WPA）的形成。WPA与κ-酪蛋白相互作用形成胶束复合物，导致酸乳凝胶形成更均匀和紧密堆积的多孔结构，具有高度连接的凝胶网络，在孔隙中捕获更多的游离水，从而改善酸乳质构。已发现共价键合对酸乳凝胶强度具有更大的影响，主要通过共价键稳定的凝胶的强度通常高于主要通过非共价键稳定的凝胶的强度。对于给定的总蛋白质含量，降低酪蛋白的比例可以提高酸乳的WHC，并产生更稳定的蛋白质网络结构。
加工乳清蛋白比天然乳清蛋白更有效地改善酸乳的质构和稳定性。微粒乳清蛋白（microparticulated whey protein，MWP）可用作脂肪分解剂，提供与乳脂相似的质构。研究表明，MWP中天然乳清蛋白的比例越高，加热过程中形成的WPA越多，在酸化阶段与酪蛋白胶束形成键的强度或数量越多，有助于酸乳质构的改善。乳清蛋白浓缩物（whey protein concentrate，WPC）的疏松多孔结构有利于酪蛋白和乳清蛋白的桥接，从而形成更均匀和稳定的凝胶网络结构、更小的孔以及更高的酸乳黏度和WHC。此外，磷酸基团的负电荷使乳清蛋白分离物-三聚磷酸钠（whey protein isolate-sodium tripolyphosphate，WPI-STPP）在热处理过程中更容易展开，并与酪蛋白直接相互作用，增加酸乳的硬度、弹性和黏度，稳定酸乳凝胶网络结构。WPI和STPP之间的相互作用还防止了由于凝胶孔隙率的降低而沉淀的蛋白质的分层。
明胶是从胶原蛋白中提取的动物蛋白，具有良好的水合作用、凝胶特性和自身的热可逆性，可提高酸乳的凝胶强度、黏度和WHC。
明胶主要是从猪、牛等哺乳动物中提取的产品，有一定宗教信仰的消费者不接受这类产品。鱼胶目前被认为是一种潜在的替代品。与鱼明胶形成的酸乳凝胶网络的结构强度弱于哺乳动物明胶。
近年来，由于宗教信仰、素食主义和动物蛋白资源的短缺，用植物蛋白代替动物蛋白逐渐引起学者和商人的关注。植物蛋白是具有清晰的二级和三级结构的球形蛋白质。目前，用于替代酸乳中动物蛋白的主要植物蛋白是豆类蛋白、谷物蛋白和伪谷物蛋白。
豆类是植物酸乳蛋白质的主要来源，因为其富含优质蛋白质。蛋白质在植物蛋白凝胶中起主要作用，其中豆球蛋白在豆类蛋白凝胶中起主导作用。
常见的谷类蛋白质包括燕麦、玉米、小米和大米，所有这些都富含蛋白质和纤维。
近年来，植物蛋白酸乳作为一种植物性乳制品的替代品受到了广泛关注。未来的研究方向包括以下几个方面。一是，调整酸乳配方；第二，探索创新的配料；第三，开发新的加工工艺；第四，凝胶化机理研究。
蛋白质和多糖的复合物可以有效地解决由于过量添加单一蛋白质或多糖而导致的酸乳凝胶结构粗糙和WHC降低等不良影响。蛋白质和多糖之间的相互作用主要基于非共价相互作用，以增强凝胶结构的稳定性。蛋白质和多糖之间的相互作用主要有2 种，一种是吸引作用，另一种是排斥作用，这取决于其的性质和浓度，以及溶液的pH值、离子强度等因素。当它们带有相反的电荷并且pH值低于蛋白质pI时，它们在静电吸引下形成复合物。电荷被中和到一定程度后，络合物进一步聚集，形成凝胶网络结构。当它们携带相同的电荷时，不会发生相互作用。
许多研究表明，脂肪含量对乳制品的凝胶系统有影响。脂肪球含量的增加可能导致与蛋白质的相互作用增强，从而增加凝胶硬度和稳定性，导致全脂酸乳的质构优于低脂酸乳。蛋白质和多糖可以通过2 种方式作为脂肪替代品。一是作为具有不同物理、化学和感官特性的大分子，可以添加到低脂产品中，形成与全脂产品相似的口感和质构。其次，两者的聚合物可形成大小和形状与脂肪球相似的微粒，模拟脂肪形态的结构。在低脂酸乳中添加WPI和果胶，促进了多肽链之间的引力和斥力平衡，保持了凝胶三维网络结构的稳定性。然后加入预处理的植物油作为均匀分布在酸乳凝胶中的填充剂，以形成更致密的网络结构，这提高了酸乳的保水性并改善了酸乳凝胶的稳定性。黄原胶/刺槐豆胶能像明胶一样提高酸乳的稠度，有利于三维凝胶网络的形成，但对保水性的提高不明显。WPI的加入可以提高保水性而不破坏凝胶的结构。然而，WPI与角叉菜胶的组合反而对凝胶产生负面影响。这是因为卡拉胶与乳蛋白相互作用，抑制酪蛋白-乳清蛋白相互作用。
酸乳凝胶的稳定性是酸乳产品质量的重要指标，影响着产品的质构和保质期。为了满足消费者对高品质酸乳的需求，科研人员需要从原料选择、稳定剂选择、菌种改良、工艺优化等方面进行深入研究，促进酸乳行业平稳快速发展。随着人们对可持续性和健康饮食的关注日益增加，植物蛋白可以作为动物蛋白的替代品用于制备植物基酸乳。实验证明，多种植物蛋白可以提高酸乳凝胶结构的稳定性。将谷物、假谷物和豆类蛋白混合可获得最佳的产品质构和营养质量，解决了单一植物蛋白缺乏某些必需氨基酸的问题。随着消费者对天然产品的偏爱，未来的趋势是逐步增加天然稳定剂的使用。将来，可以研究不同细菌菌株对酸乳凝胶化的影响。未来可能会出现更先进的生产工艺和设备、磁场和超声处理等方法可用于增强酸乳凝胶的稳定性。
在酸乳的生产和贮藏过程中，酸乳易出现乳清分离和组织分层等不良现象。本文综述了酸乳的凝胶机理、酸乳质构缺陷的形成因素以及亲水胶体在改善酸乳质构稳定性方面的应用。多糖和蛋白质具有胶凝和增稠稳定特性，以及一些营养价值。许多研究表明，单一的多糖或蛋白质作为酸乳的增稠稳定剂可以改善酸乳的质构。但是，关于多种多糖或蛋白质的混合物以及多糖-蛋白质复合体系如何改善酸乳的研究较少，植物蛋白基酸乳的凝胶化机理研究尚不清楚。感官是影响消费者购买酸乳的重要因素，有必要开展亲水胶体对酸乳口感和气味影响的研究。今后可以通过优化生产工艺和技术手段，调整加工过程中的温度、pH值、发酵剂，采用脉冲电场、超声波处理等新技术，提高酸乳凝胶的稳定性。开发合适的包囊技术，增强酸乳中生物活性物质（如益生菌）的活性，使酸乳具有良好的质构和功能性。可以深入研究不同种类和添加量的多糖和蛋白质对酸乳质构的影响及机理，开发出多种植物蛋白酸乳和藻蛋白酸乳，为指导商家生产质构好、口感优质、营养丰富的多种酸乳提供理论支持。
Abstract
岳喜庆 教授
沈阳农业大学食品学院
李墨翰 副教授
沈阳农业大学食品学院
