本发明属于食品加工、食品化学及食品微生物领域，涉及一种高品质酸奶稳定剂的制备方法以及高品质酸奶。
背景技术：
果胶作为酸奶生产中最重要的稳定增稠剂，可有效抑制酪蛋白的沉淀，保持产品良好的稳定性和组织状态，其需求量随着酸奶产量的增大必将日益增多。有数据预测，食品行业对果胶的需求量仍将以每年15％的速度增长。目前，果胶的生产主要集中在欧美国家，如丹麦、英国、美国等，而亚洲国家产量较少。在我国，无论从数量和质量上，果胶生产都较落后。有数据表明，我国每年果胶需求量在1500吨以上，且80％依靠进口，进口价格高达160-200元/kg，应用成本巨大。所以如果能找到其它的产品替代果胶在乳品工业特别是酸奶产业中的作用，那将会极大地节约生产成本。吉林大学的郭明若等已发明了一种利用乳清分离蛋白或乳清浓缩蛋白为原料，在中、碱性条件下热聚合制备酸奶结构改良剂及酸奶的制备方法，但结构改良剂的性能及酸奶产品仍存在诸多需要改进的地方。申请号201310541756，江连洲、李杨等，提出了一种改性乳清蛋白凝胶的制备方法，虽然该专利能够得到乳清蛋白凝胶，并可替代果胶应用在食品加工中，但是由于凝胶自身存在一定强度和弹性，添加完全的凝胶化产品会给酸奶口味带来突兀的口感，另外，对于益生菌数及产品活性的影响也有待于进一步研究；国外专利(公开号：WO2009/079691A1)将乳清浓缩蛋白采用超声处理后在一定温度下形成凝胶，也在食品中应用。但也存在凝胶本身性能带来的诸多问题。因此，研究制备来源安全广泛、能够替代果胶的、类似凝胶又不同于凝胶的高品质稳定剂成为亟待解决的问题。
三聚磷酸钠早已作为食品添加物应用于食品工业，从毒理学的观点来看，采用STPP对蛋白进行改性，是安全可行的。磷酸化是在蛋白质分子上共价连接磷酸基团，以使蛋白功能性质发生变化。磷酸基团主要与特定氨基酸残基上的氧原子连接形成新化学键(O-P)或与氨基酸残基上的氮原子连接形成新的化学键(N-P)。
国内蛋白磷酸化的研究主要集中在大豆分离蛋白、花生分离蛋白、酪蛋白和鸡蛋清蛋白，磷酸化后其水溶性、乳化性等显著增加。国内外关于乳清蛋白磷酸化改性后流体性质改变的研究极少，在国外乳清蛋白磷酸化仅见于干热磷酸化的探究，虽然湿热磷酸化产品性能好于干热磷酸化，但由于乳清蛋白成球状，电荷分布均匀等组分与结构特点，湿热磷酸化存 在诸多障碍，因此目前还没有人尝试针对乳清分离蛋白使用三聚磷酸钠(STPP)进行磷酸化的具体研究。
乳清蛋白，一种干酪制造业的副产物，约占乳蛋白质的18-20％，具有营养价值高、易消化吸收以及具有很高的代谢率和生物学价值等优质特性，是人体优质蛋白质的补充剂之一，被人们称为“蛋白之王”，商业化的乳清蛋白可分为乳清分离蛋白(WPI)和乳清浓缩蛋白(W PC)，由于具有较高的营养价值和良好的功能性质，WPI和WPC应用广泛。天然乳清蛋白具有较小的、近乎球状的蛋白颗粒，在溶于水时形成体积分数较小的低粘度溶液，因此还不能当做传统的增稠剂来使用。
技术实现要素：
本发明以乳清分离蛋白、三聚磷酸钠为原料，采用优选分段湿热聚合的工艺制备高粘度、并介于凝胶与非凝胶状态的的蛋白聚合物，确定出高粘度乳清分离蛋白-三聚磷酸钠(WPI-STPP)热聚合物的独特工艺及参数。
发明目的：尝试针对乳清分离蛋白使用三聚磷酸钠(STPP)进行磷酸化的具体研究，提供一种用于酸奶制备的高品质稳定剂的制备方法并提供一种高品质稳定剂；提供一种高品质酸奶；也提供一种特定的培养基；使高粘度乳清分离蛋白-三聚磷酸钠(WPI-STPP)热聚合物成为替代果胶的首选；为后续大规模工业化生产提供坚实的理论基础，使可以完全替代果胶成为可能。
本发明解决的技术问题：研究制备来源安全广泛、能够替代果胶的低成本、高品质稳定剂。
本发明的技术方案：
一种用于酸奶的高品质稳定剂的制备方法，其特征在于按照以下步骤进行：
(1)蛋白溶液配制：用蒸馏水和乳清分离蛋白(WPI)配制蛋白浓度为9.5-10％的溶液，调节pH值＝7.5，60℃保持30min；
(2)三聚磷酸钠(STPP)的添加：在上述溶液中添加以质量百分比计0.01-0.1％的三聚磷酸钠，在室温下磁力搅拌1-2h，得到混合溶液，调节混合溶液pH值为8-8.5；
(3)热聚合：70-85℃、30-40min的条件下加热聚合，之后立即于冰水中冷却到室温，采用真空冷冻干燥或喷雾干燥获得粉末。
其中，热聚合被三段式热聚合替代：先于60-65℃预热3-5min、再于70-75℃聚合10-15分钟、最后于80-85℃继续热聚合20-25min，之后立即冷却到室温，采用真空冷冻干燥或喷雾干燥获得粉末。
另一方面，先于60-65℃预热3-5min、再于75℃-85℃聚合20-40分钟，之后立即冷却到室温，也起到类似效果。
提供一种按上述方法制备的高品质稳定剂。
一种高品质酸奶的制备方法，其特征在于，按照以下步骤制备；
新鲜牛乳→杀菌(90℃，5min)→冷却(至40-43℃)→以2％-3％的接种量接种发酵剂，再加入权利要求3所述稳定剂，其用量以质量百分比计，为新鲜牛乳的0.3-0.8％→两段式发酵：先在40-41℃条件下培养4h，再在35-37℃条件下培养4h→4℃贮存→后熟12h或24h；其中发酵剂优选保加利亚乳杆菌、双歧杆菌、植物乳杆菌和嗜热链球菌四种菌进行组合，以活菌数计，保加利亚乳杆菌、双歧杆菌、植物乳杆菌和嗜热链球菌＝1︰2︰2：2的比例混合。
一种高品质酸奶，该酸奶在4℃保存21天后仍然具有高数量的双歧杆菌，该高数量为1.0×108CFU/mL，且饮用该酸奶后，该双歧杆菌在肠道内稳定。
一种培养基，该培养基是权利要求4中所述发酵剂混合菌的专用培养基，该培养基由以下组分及用量配制而成:70-80g脱脂乳粉、20g乳糖、5g菊糖、40-60g葡萄糖糖浆、3-5g低聚木糖，3-5g的大豆蛋白胨、3-5g胰蛋白胨、3-5g番茄汁、1mg的尿嘧啶、1mg脯氨酸和半胱氨酸，0.005mg维生素C、1mg葡萄糖酸钙和碳酸钙、1g番茄汁、0.5mg的核黄素、0.005mg硫酸锰，0.005mg氯化铁，0.01g的甲酸，加入蒸馏水并定容至1000mL；脯氨酸和半胱氨酸的比例为1：2，葡萄糖酸钙和碳酸钙的比例为1：1。
本发明的有益效果：
(1)发明人在研究过程意外的发现，配制后的乳清蛋白溶液，在pH值＝7.0-7.5，60℃保持30min，该步骤非常关键，为产品最终取得预想不到的理想效果提供坚实基础。这可能是由于在该条件下发生可逆的反应即β-乳球蛋白中自由巯基的暴露，β-乳球蛋白形成稳定的微微曲线状，为后续的热聚合提供了有利保障，同时该低温热处理类似巴氏杀菌，也起到灭菌效果，为稳定剂的品质提供质量保证。
(2)由于乳清蛋白成球状，电荷分布均匀等组分与结构特点，湿热磷酸化存在诸多障碍，因此目前还没有人尝试针对乳清分离蛋白使用三聚磷酸钠(STPP)进行磷酸化的具体研究，而本申请克服偏见，尝试使用乳源的蛋白质乳清分离蛋白作为原料，再应用到乳制品中去，风味契合，尤其应用到酸奶中，乳清蛋白对乳酸菌，尤其双歧杆菌有明显增殖和促进作用，具有特殊意义，这本身就是一种创新。
(3)发明人在研究乳清分离蛋白与三聚磷酸钠聚合过程中，还意外发现，打破常规的热聚合方式，采用三段式热聚合方式，使产品具有理想较强粘稠性，并且伴随微凝胶性，持水性 及溶解性也很理想。这可能是由于，在第(1)步处理后蓄势待发基础上，在60-65℃水浴中预热3-5min过程中，先期呈现稳定的微微曲线状β-乳球蛋白的自由巯基的开始充分暴露，使状态更稳定，反应活性变强，β-乳球蛋白热聚合过程中；在70-75℃聚合10-15min，这有利于巯基更充分暴露，在此期间，粒子逐渐聚合成群，流体动力学半径逐渐增大，也逐渐形成微纳米聚合体；在80-85℃聚合20-25分钟这个阶段，是巯基/二硫键相互作用形成聚合体最多的阶段，形成的聚合体结构也很稳定，形成大量不规则的絮状或片状聚合体，而絮状或片状聚合体更有利于高粘度蛋白液的形成，该过程中，疏水性蛋白进一步辅助促进了高粘度聚合体的形成。
(4)将特定组配的乳酸菌作用与WPI-STPP热聚合体结合使用，二者相互协同，获得高品质酸奶。酸奶粘度增加，凝乳结构更规则更紧密，从根本上改善产品的质地与感官品质。意外的发现，使用该稳定剂后，对双歧杆菌起到明显保护作用，双歧杆菌对氧及其敏感，对低pH抵抗性差，在难以在肠道内定殖等缺点，而酸奶属于低pH产品，而似乎是WPI-STPP热聚合体在参与发酵的过程中对双歧杆菌起到了一定包埋和保护作用，起到了微胶囊化的作用。
(5)本发明创新的将保加利亚乳杆菌、双歧杆菌、植物乳杆菌和嗜热链球菌四种菌进行组合，以活菌数计，保加利亚乳杆菌、双歧杆菌、植物乳杆菌和嗜热链球菌＝1︰2︰2：2，并采用先在40-41℃条件下培养4h，再在35-37℃条件下培养4h的两段式培养方式，四种菌互惠共生，多一不妥，少一不可，协同生长，发酵初期，温度更适于嗜热链球菌、双歧杆菌和保加利亚乳杆菌生长，此时双歧杆菌也大量生长，在酸度缓慢逐渐下降的情形下，稳定剂对双歧杆菌产生包埋作用，同时嗜热链球菌也产粘更多，产生更多胞外多糖多聚物，而该多胞外多糖多聚物是影响酸奶粘度的重要因素，同时该多胞外多糖多聚物与STPP聚合物进一步粘合聚合，使得酸奶质地均一、黏度高、持水性强、后酸化良好；嗜热链球菌同时产生的甲酸、叶酸和丙酮能够促进杆菌生长，后期，也就是第二阶段植物乳杆菌在适宜的温度下发挥作用，植物乳杆菌在发挥维持菌群平衡的同时，因其强产酸力，可加快发酵速度，减少酸度对双歧杆菌的影响时间，同时植物乳杆菌在生产发酵过程中还能够产生大量的醛类和酯类物质，使得酸奶酸味适宜爽口，削弱了稳定剂带来的过度厚重口感，突出酸牛奶风味。这种协同发酵方式大大提高了乳酸菌的数量，由于乳酸菌也存在吸附性，四种菌之间的协同培养更多改变细胞壁的结构和性能，增加了吸附性能。胞外多糖多聚物、STPP聚合物和乳酸菌浑然一体，为酸奶结构质地起到关键作用。
组配了特定培养基，取得好的效果，可能该培养基改变了细胞壁的结构和组成，提高 乳酸菌吸附性能，增加了胞外多糖多聚物分泌数量，在酸酸奶胡制备取得了预料不到的效果。本发明选用特定培养基由以下组分及用量配制而成，70-80g脱脂乳粉、20g乳糖、菊糖5g、40-60g葡萄糖糖浆、3-5g低聚木糖，3-5g的大豆蛋白胨、3-5g胰蛋白胨、3-5g番茄汁、1mg的尿嘧啶、1mg脯氨酸和半胱氨酸，0.005mg维生素C、1mg葡萄糖酸钙和碳酸钙、1g番茄汁、0.5mg的核黄素、0.005mg硫酸锰，0.005mg氯化铁，0.01g的甲酸，加入蒸馏水并定容至1000mL；脯氨酸和半胱氨酸的比例为1：2，葡萄糖酸钙和碳酸钙的比例为1：1；意外发现，脯氨酸和半胱氨酸的比例为1：3，葡萄糖酸钙和碳酸钙的比例为1：1，效果更佳，可能相互之间产生协同作用，发明人后续将进一步研究。
试验：每个试验均为测定三次取平均值。
试验1：不同制备条件下WPI-STPP热聚合物的性能比较，结果见表1
WPI-STPP热聚合物制备：
WPI-STPP-1：用蒸馏水与乳清分离蛋白(WPI)配制蛋白浓度为10％的溶液，调节pH值＝7.5；在上述溶液中添加以质量百分比计0.01-0.1％的三聚磷酸钠，在室温下磁力搅1h，得到混合溶液，调节混合溶液pH值为8.4；75℃、40min加热聚合，之后立即冷却到室温，真空冷冻干燥或喷雾干燥获得粉末，命名简称为WS-1。
WPI-STPP-2：用蒸馏水与乳清分离蛋白(WPI)配制蛋白浓度为10％的溶液，调节pH值＝7.5，60℃保持30分钟min；在上述溶液中添加以质量百分比计0.01-0.1％的三聚磷酸钠，在室温下磁力搅1h，得到混合溶液，调节混合溶液pH值为8.4；75℃、40min加热聚合，之后立即冷却到室温，真空冷冻干燥或喷雾干燥获得粉末，命名简称为WS-2。
WPI-STPP-3：用蒸馏水与乳清分离蛋白(WPI)配制蛋白浓度为10％的溶液，调节pH值＝7.5，60℃保持30分钟min；在上述溶液中添加以质量百分比计0.01-0.1％的三聚磷酸钠，在室温下磁力搅1h，得到混合溶液，调节混合溶液pH值为8.4；三段式热聚合：先置于60-65℃水浴中预热3-5min、再置于70-75℃聚合10-15分钟、最后置于80-85℃水浴中继续热聚合20-25min，之后立即冷却到室温，真空冷冻干燥或喷雾干燥获得粉末，命名为WS-3。
粘度测定：用NDJ-5S数字式旋转粘度计测量所得样品其粘度值；其它粘度计均可。
溶解度测定：参考Lawal的方法，称取0.5g干燥样品，用蒸馏水定容至50mL，磁力搅拌2h。然后25℃条件下离心12000g×30min，采用凯氏定氮法测定上清液中的蛋白含量。 也可以采用其它常规溶解度测定方法。
持水性的测定：
参考美国谷物化学家协会方法(America Association of Cereal Chemist,AACC 88-04)进行。称取2g干燥粉样(W1)，放入已知质量(W2)的50mL离心管内，加入20mL蒸馏水，振荡混合均匀，静置10min，25℃条件下，4000g离心20min，取出，移去上清液，称重(W3)。持水性(WHC)表示为每克蛋白的含水量
也可以采用其它常规持水性测定方法。
表面疏水性的测定
参考Wagner的方法，利用1-苯胺基-8-萘磺酸(1-anilino-8-naphthalene-sulfonate,ANS)作为荧光探针测定样品的表面疏水性。用蒸馏水稀释成不同浓度的样品溶液，使溶液中蛋白浓度控制在0.005-0.1mg Pro/mL。取20μL ANS(8.0mmol/L)溶液加到7.0mL样品溶液中，混合均匀，并于室温下避光10min，在激发波长390nm、发射波长470nm以及狭缝5nm的条件下于荧光分光光度计下比色。以荧光强度值对蛋白溶液浓度作图，记斜率为蛋白质的表面疏水性指数，以表示表面疏水性。也可以采用其它常规疏水性测定方法。
流变学性质的测定
粘性模量和弹性模量的测试采用流变仪动态测试系统。测试样经4℃冷置过夜(12h)，测试前置于室温(25℃)环境中平衡1h。选用夹具为直径60mm的平行板，平行板间距为500μm。选择一定应力(预实验所得)，在频率范围0.1-10Hz下进行动态频率扫描测试，记录测试样的粘性模量(G″)和弹性模量(G′)，G″大于G′综合表现出流体状，G″小于G′综合表现出胶体；G″≈G′呈现理想的类微凝胶状态，而非凝胶。
WPI-STPP热聚合物及果胶性能表1
试验2：不同菌种比较试验：
酸奶制备：新鲜牛乳→杀菌(90℃，5min)→冷却(至43℃)→以2％-3％的接种量接种发酵剂，再加入稳定剂，其用量以质量百分比计，为新鲜牛乳的0.3-0.8％→两段式发酵：先在40-41℃条件下培养4h，再在35-37℃条件下培养4h→4℃贮存→后熟24h。其中，稳定剂使 用WS-3或果胶；
发酵剂分别为组1和组2。
组1：以活菌数计，保加利亚乳杆菌与嗜热链球菌＝1︰1。
组2：以活菌数计，保加利亚乳杆菌、双歧杆菌、植物乳杆菌和嗜热链球菌＝1︰2︰2：2的比例混合。结果见表2。
表2：不同发酵剂对酸奶保质期的影响
试验3：不同稳定剂的酸奶比较试验：
酸奶制备：新鲜牛乳→杀菌(90℃，5min)→冷却(至43℃)→以2％-3％的接种量接种发酵剂，再加入稳定剂，其用量以质量百分比计，为新鲜牛乳的0.3-0.8％→两段式发酵：先在40-41℃条件下培养4h，再在35-37℃条件下培养4h→4℃贮存→后熟24h。其中，乳酸菌发酵剂：以活菌数计，保加利亚乳杆菌、双歧杆菌、植物乳杆菌和嗜热链球菌＝1︰2︰2：2的比例混合。稳定剂分别使用表中4种；测定常温、4℃温度条件下不同天数的酸度(°T)、双歧杆菌活菌数(CFU/mL)及与出品时相比粘度下降幅度(mPa·s)；
双歧杆菌可以采用GB4789.35-2010或常规涂布法或生物学的PCR计数方法或者其他任意可以使用的方法均可。
结果见表3。
表3：4℃保藏条件下酸度、双歧杆菌活菌数、粘度下降幅度比较表
表4：常温保藏条件下酸度、双歧杆菌活菌数、粘度下幅比较表
表5：4℃保藏条件下色泽、滋气味、组织状态比较表
酸奶的其它指标均符合国家标准。
试验4：不同培养基的比较试验
酸奶制备：新鲜牛乳→杀菌(90℃，5min)→冷却(至43℃)→以2％-3％的接种量接种发酵剂，再加入稳定剂，其用量以质量百分比计，为新鲜牛乳的0.3-0.8％→两段式发酵：先在40-41℃条件下培养4h，再在35-37℃条件下培养4h→4℃贮存→后熟24h。其中，发酵剂：以活菌数计，保加利亚乳杆菌、双歧杆菌、植物乳杆菌和嗜热链球菌＝1︰2︰2：2的比例混合。稳定剂使用WS-3；发酵剂的混合菌种培养分别使用MRS和本申请特定培养基培养，其它培养条件相同；结果见表6。
表6：不同培养基培养的发酵剂在酸奶制备中的效果比较
由于篇幅有限，前期还有诸多试验，在此不一一列举。
实施例1：一种用于酸奶的高品质稳定剂的制备方法，其特征在于按照以下步骤进行：
(1)蛋白溶液配制：用蒸馏水和乳清分离蛋白(WPI)配制蛋白浓度为9.5-10％的溶液，调节pH值＝7.5，60℃保持30min；
(2)三聚磷酸钠(STPP)的添加：在上述溶液中添加以质量百分比计0.09％的三聚磷酸钠，在室温下磁力搅拌1.5h，得到混合溶液，调节混合溶液pH值为8.2；
(3)热聚合：先于65℃预热3-5min、再于75℃聚合12分钟、最后于85℃继续热聚合20min，之后立即冷却到室温，采用真空冷冻干燥或喷雾干燥获得粉末。
实施例2：一种高品质酸奶的制备方法，其特征在于，按照以下步骤制备；
新鲜牛乳→杀菌(90℃，5min)→冷却(至43℃)→以2％的接种量接种发酵剂，再加入权利要求3或实施例1所述稳定剂，其用量以质量百分比计，为新鲜牛乳的0.5-0.7％→两段式发酵：先在40-41℃条件下培养4h，再在35-37℃条件下培养4h→4℃贮存→后熟12h或24h；其中发酵剂优选保加利亚乳杆菌、双歧杆菌、植物乳杆菌和嗜热链球菌四种菌进行组合，以活菌数计，保加利亚乳杆菌、双歧杆菌、植物乳杆菌、和嗜热链球菌＝1︰2︰2：2的比例混合。该酸奶在4℃保存21天后仍然具1.0×109CFU/mL的双歧杆菌。
实施例3：
一种培养基，其特征在于，该培养基是本发明发酵剂混合菌专用培养基，该培养基由以下组分及用量配制而成:75g脱脂乳粉、20g乳糖、5g菊糖、50g葡萄糖糖浆、4g低聚木糖，4g的大豆蛋白胨、4g胰蛋白胨、4g番茄汁、1mg的尿嘧啶、1mg脯氨酸和半胱氨酸，0.005mg维生素C、1mg葡萄糖酸钙和碳酸钙、1g番茄汁、0.5mg的核黄素、0.005mg硫酸锰，0.005mg氯化铁，0.01g的甲酸，加入蒸馏水并定容至1000mL；脯氨酸和半胱氨酸的比例为1：2，葡萄糖酸钙和碳酸钙的比例为1：1。