《Food Structure》：Microrheological Mechanisms of Casein-Whey Protein Ratio Regulating Protein-Dominated Gel Networks and Quality Correlation in Yogurt
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本研究系统探究了酪蛋白-乳清蛋白（CN:WP）比例对酸奶凝胶微流变学特性及宏观质量的影响。通过制备8种不同比例的蛋白凝胶和酸奶，分析发现当CN:WP为8:2-8:3时，凝胶弹性指数（EI≈0.008 nm?2）、宏观粘度指数（MVI≈0.1 nm?2·s）及强度均显著优于其他比例，同时酸奶呈现更优的水分保持能力（73.99%-77.04%）和均匀质地，感官评分提升1.2分。
作者：马海兰|吴秀英|胡佳杰|蔡慧芳|李慧|李洪亮|白晓霞
内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司，中国呼和浩特市
摘要
本研究系统地探讨了不同酪蛋白与乳清蛋白（CN:WP）比例对蛋白质凝胶的微流变特性以及酸奶品质特征的影响。制备了八组蛋白质凝胶和酸奶样品，其CN:WP比例分别为10:0、9:1、8:2、7:2、8:3、5:2和3:2。对于蛋白质凝胶，测量的关键参数包括微流变特性（均方位移MSD；弹性指数EI；固液平衡SLB；宏观粘度指数MVI）和凝胶强度；对于酸奶，则分析了颗粒大小分布、持水能力（WHC）、质地特性和感官属性。结果表明，酪蛋白对于蛋白质凝胶网络的形成和结构完整性至关重要。当CN:WP比例小于8:2时，蛋白质凝胶的弹性、粘度和强度随着CN:WP比例的增加而增加——这归因于连续的酪蛋白主导网络的增强形成。对于酸奶，CN:WP比例大于8:2的样品表现出更好的WHC和一致性。在8:2–8:3的CN:WP范围内，较高的酪蛋白比例促进了更坚固的凝胶结构的形成。因此，相应的酸奶具有更小且更均匀的颗粒大小（22.59–31.11 μm），持水能力（WHC）进一步提高（73.99%–77.04%），质地特性也得到改善。具体而言，将CN:WP比例控制在8:2–8:3范围内，可以生产出口感顺滑（感官评分+1.2）且质地均匀的酸奶，这些是商业产品的理想品质特性。
引言
牛奶蛋白是酸奶凝胶形成和质地品质的核心决定因素，其组成比例直接影响最终产品的工业生产稳定性和消费者接受度（Xu & Li, 2011）。作为牛奶中的两种主要蛋白质成分，酪蛋白（CN）和乳清蛋白（WP）分别占总牛奶蛋白的约80%和20%。这两种蛋白质通过疏水相互作用、静电相互作用和其他分子间力形成的凝胶网络，为酸奶提供了理想的质地、持水能力和感官体验（Lucey, 2002）。
现有研究已经证实CN:WP比例会影响酸奶的凝胶化过程，但仍存在显著局限性：首先，大多数研究关注的范围较窄（4:1至1:1）（Xu et al., 2011），缺乏对高酪蛋白比例（>8:2）和多梯度比例组合的系统性研究。其次，关于高乳清蛋白含量对酸奶质地的影响存在矛盾的结果——一些研究报道“质地更加均匀”（Biliaderis et al., 1992），而另一些研究则认为“会导致凝胶粗糙和析水”（Puvanenthiran et al., 2002）——这可能是由于实验设计和系统组成的差异所致。第三，大多数现有研究侧重于宏观品质的表征，对CN:WP比例如何调节蛋白质凝胶的微流变机制阐述不足，难以建立“微观特性与宏观品质”之间的明确关联。
在酸奶的工业生产中，优化酪蛋白与乳清蛋白（CN:WP）的比例是一个关键技术挑战。未优化且不平衡的CN:WP比例常常导致严重的品质缺陷，从而影响生产效率和产品竞争力，例如持水能力（WHC）差，析水率超过15%，质地不均匀，块状程度评分大于+1，感官接受度总体评分低于0（图5）。为了解决这些长期存在的工业瓶颈并填补该领域的研究空白——例如，目前大多数研究关注的是4:1至1:1的低CN:WP比例，而高酪蛋白比例（大于8:2）的研究较少，这严重限制了高蛋白酸奶的开发和质地改善——本研究设计了8个实验组，涵盖了广泛的CN:WP比例范围（10:0至3:2）。具体而言，本研究旨在：（1）探讨这一广泛比例范围如何调节蛋白质凝胶的微流变特性，这是酸奶结构的核心决定因素；（2）建立凝胶微流变特性与酸奶宏观品质属性之间的定量关联，包括颗粒大小分布、WHC和感官性能；（3）确定高质量酸奶生产的最佳CN:WP比例，从而为乳制品行业的精确配方设计提供理论和技术支持。
材料
材料
使用酪蛋白粉（蛋白质含量89.0%，灰分6.7%，水分4.8%，脂肪1.3%，乳糖1.1%；VITALUS，加拿大阿伯茨福德）和乳清蛋白粉（蛋白质含量77.78%，乳糖6.54%，脂肪6.04%，水分4.98%，灰分4.66%；Wheyco，德国汉堡）来制备凝胶和酸奶。使用启动菌株（GREEK INDEED I DSL，DSM，澳大利亚），其中含有嗜热乳杆菌（Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus）和嗜热链球菌（Streptococcus salivarius subsp. thermophilus），糖（一级，COFCO，中国）和稳定剂（Pectin LA-S20，Cargill）。
凝胶样品
共有两组凝胶样品：第一组的酪蛋白/乳清蛋白比例为10:0、9:1、8:2、7:3、6:4；第二组的酪蛋白/乳清蛋白比例为10:0、8:2、7:2、8:3、5:2、4:2、3:2。每个样品的蛋白质含量均为3.3%（w/w）。制备过程如下：
凝胶发酵过程：预热纯净水 → 蛋白质粉 → 蛋白质液均质化 → 巴氏杀菌（75°C/15秒）→ 冷却 → 发酵。
形成的凝胶的微流变特性
1. 均方位移（MSD）
乳酸菌将系统pH值从约6.7降低到<4.5，促使蛋白质颗粒从类似液体的分散状态转变为粘弹性三维聚集网络。为了研究不同酪蛋白与乳清蛋白（CN:WP）比例下恒温热处理系统的凝胶化动力学，我们使用了基于扩散波光谱（DWS）的Rheo-laser MASTER?光学流变仪。动态光散射（DLS）数据显示，在初始凝胶化过程中
颗粒大小分布
动态光散射（DLS）用于测定不同酪蛋白与乳清蛋白（CN:WP）比例的酸奶样品的颗粒大小（图4）。CN:WP比例为8:2、7:2和8:3的样品显示出狭窄、高强度的颗粒大小曲线，颗粒集中在约50 μm的中心轴附近，高斯拟合R2值>0.99。此外，它们的频率分布峰值约为7%，表明颗粒大小更小且更均匀——这些特性与优质的酸奶相关
结论
本研究系统地探讨了酪蛋白与乳清蛋白（CN:WP）比例对酸奶凝胶微流变特性和宏观品质的调节作用。主要发现如下：
（1）CN:WP比例为8:2–8:3时，凝胶的微流变特性（弹性指数EI约为0.008 nm?2；宏观粘度指数MVI约为0.1 nm?2·s）得到优化，形成了致密、均匀的三维网络结构，凝胶强度（>40 g）和稳定性显著优于其他比例组。
（2）使用该比例制备的酸奶
未引用的参考文献
(Dalgleish and Corredig, 2012, G??b and Boratyński, 2017, Guzmán-González et al., 1999, Heertje et al., 1985, Li, 2011, Li et al., 2007, Li, 2021, Meletharayil et al., 2018, Salvador et al., 2009, Zhou et al., 2000)
CRediT作者贡献声明
吴秀英：验证、研究。
马海兰：撰写 – 审稿与编辑、资源管理、数据整理、概念构建。
胡佳杰：软件应用、方法论设计。
李慧：资源管理、概念构建。
蔡慧芳：可视化处理、验证、方法论设计。
白晓霞：初稿撰写、验证、正式分析、数据整理。
李洪亮：资源管理、项目协调、资金筹措。
