时域核磁研究生牛奶均质化脂肪分子流动性

2022-12-22 20:20:07, 纽迈分析 苏州纽迈分析仪器股份有限公司


牛奶均质化概述

新鲜的牛奶由水、脂肪、蛋白质、碳水化合物、矿物质构成,其中脂肪比水轻,静置一段时间后,牛奶和奶油会自然分层,有一部分浮在顶部,脂肪粒凝聚在一起,形成半凝固状态物质、细碎颗粒、漂浮物等。而且由于脂肪粒没有被打散,颜色比普通牛奶看起来略黄一些,不仅口感也更浓稠,且不易被吸收。因此为了防止脂肪上浮,使牛奶中的各种固体物质均匀的分散在乳中,改善牛奶的组织状态、口感风味,提高消化吸收率,要给牛奶做均质处理。
均质化处理简单的说就是利用均质机在极高压差作用下把牛奶中的脂肪颗粒全部击碎,让它们的颗粒变小,小到足以被吸收进入血液,并且均匀分散在牛奶中,从而使牛奶中分子更小,营养更好吸收。

图:左为未均质化牛奶,右为均质化处理牛奶

“均质化”的工作原理是用高压均质机在一定压力下,迫使温度为60℃左右的牛奶在千分之几秒的极短时间内,高速通过细微的狭缝,使大直径的脂肪球(0.1-22微米)在瞬间破碎成为更小更均匀(0.1-4微米)的脂肪球,从而形成稳定的悬浮状态。


牛奶均质化前后脂肪分子变化

研究表明:非均质化的牛奶中,壳蛋白胶质体(蛋白质)和脂防球(脂肪)主要作为分散在牛奶中的独立胶体颗粒存在。一个富含极性脂质和糖蛋白的原生脂防球状膜围绕若脂防球状膜如图(1a,1b)。在均质化过程中,原生的脂防球膜随着脂防球颗粒大小的减少而被破坏,导致表面积过度增加,并允许其他蛋白质吸附到脂防液滴的表面。吸附在脂肪球表面的成分会影响脂肪分子的流动性,从而影响牛奶中脂防的稳定性、可消化性等,因此对于均质化后的牛奶中脂肪分子流动性评估非常重要。

图片来自:《Characterization of high-pressure jet-induced fat-protein complexation》一文

时域核磁原理

时域核磁弛豫测定法是一种快速、无损的检测方法,可用于评价食品体系的物理与化学变化。时域核磁(TD-NMR)通常以氢核为探针,基于不同脉冲序列的弛豫时间测量,包括称为纵向弛豫时间(T1)和横向弛豫时间(T2),这些弛豫时间与样品中氢质子状态有关,也就是不同样品由于氢质子状态不同,测试结果所呈现的弛豫时间也不同,分子运动性越强其弛豫时间越长。

时域核磁研究牛奶中脂肪分子流动性

通过上面时域核磁原理,我们了解到不同样品由于氢质子状态不同,表现出的弛豫时间也不相同。均质化处理后,牛奶中脂肪颗粒由于被击碎而变小,导致表面积增加,并允许其他蛋白质吸附到脂防液滴的表面,从而影响脂肪分子流动性。所以,均质化处理后得牛奶脂肪分子弛豫要明显不同于未均质化得牛奶得脂肪分子。下图是:经不同压力均质处理后牛奶的弛豫时间T2

实验结果可知:经均质处理后的牛奶的弛豫时间明显比未经均质处理的弛豫短,在一定均质压力范围内,随着均质压力的增大,弛豫时间逐步变短,说明均质化后牛奶中脂肪的流动性被限制。进一步验证了均质化处理通过牛奶中脂肪颗粒变小,脂肪分子表面积增加,被牛奶中蛋白质分子等吸附限制其流动性,从而使牛奶中脂肪更稳当。且在一定压力范围内均质化压力越大,牛奶中脂肪颗粒被击碎的越小,脂肪流动性越小,稳定性也会更好,从而可以评价并选择最佳的均质化参数(压力,温度等)。

时域核磁法测量牛奶中脂肪分子流动性的优势

时域核磁共振法是一种直接测量反映牛奶中脂肪分子流动性,从而反映处理前后牛奶中被均质化等处理后脂肪分子稳定性的变化。与间接测试方法不同,如差示扫描量热法(DSC),间接测试方法是通过测量脂肪结晶曲线变化,再分析判断其稳定性变化。
除此外时域核磁具有很多优势:
  • 虽然样品需要恒温处理,但核磁法测量时间短(通常几十秒),测试过程简单;
  • 仪器操作简单,简单需培训即可使用仪器;
  • 核磁共振技术是无损检测技术,可对同一样品进行重复测量或进行其他测量;
  • 核磁法校准方便,仪器稳定可靠。

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