雙歧桿菌胞外多糖對酸豆乳品質的影響

雙歧桿菌胞外多糖對酸豆乳品質的影響

劉麗莎1，彭義交1，田 旭1，李平蘭2，陶國琴1，任 麗1，鮑魯生1，郭 宏1,*
（1.北京食品科學研究院，北京市食品研究所，北京 100162；2.中國農業大學食品科學與營養工程學院，北京 100083）

為探索益生菌及其胞外多糖對酸豆乳的影響，利用產胞外多糖雙歧桿菌及其活性多糖與傳統發酵劑共同發酵豆漿，研究其對酸豆乳理化、感官及質構特性的作用。結果表明：添加雙歧桿菌（107CFU/mL）和其活性胞外多糖（質量分數0.3%，下同）均對酸豆乳凝乳速度及后酸化無顯著影響（P＞0.05）。添加0.3%胞外多糖能顯著提高酸豆乳的黏度、持水力和質構特性（P＜0.05）。添加產胞外多糖雙歧桿菌107CFU/mL，對發酵期間酸豆乳發酵速率及凝膠特性影響不大；在后酵期間產生86 mg/L 胞外多糖，顯著提高酸豆乳的黏度和質構特性（P＜0.05），但對產品持水力的影響并不顯著（P＞0.05）。雙歧桿菌胞外多糖可有效改善酸豆乳凝膠特性，提高產品品質。

胞外多糖；雙歧桿菌；酸豆乳；質構特性

劉麗莎, 彭義交, 田旭, 等. 雙歧桿菌胞外多糖對酸豆乳品質的影響[J]. 食品科學, 2016, 37(11): 120-124. DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201611021. http://www.spkx.net.cn

LIU Lisha, PENG Yijiao, TIAN Xu, et al. Effect of exopolysaccharides produced by Bifidobacterium on properties of soya yogurt[J]. Food Science, 2016, 37(11): 120-124. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201611021. http://www.spkx.net.cn

大豆是我國傳統的優質蛋白資源，隨著大豆營養價值與功能成分的闡明，大豆新產品開發也引起了研究人員的關注。酸豆乳是以大豆為原料，經乳酸菌發酵制得的產品，營養豐富、風味獨特，具有抗氧化、免疫調節等功效[1-2]。酸豆乳較酸乳而言，存在豆腥味重、組織結構粗糙、穩定性差等問題，市場接受度較低，目前沒有成型產品上市[3]。在酸乳生產過程中，通過添加增稠劑和穩定劑可為發酵乳制品提供良好的黏度、穩定性及保水性，賦予產品良好的口感和質地。近年來，研究發現乳酸菌胞外多糖（exopolysaccharide，EPS）具有抗腫瘤、抗潰瘍、提高免疫力及降低膽固醇等多種生理活性，是一類市場潛力巨大的功能性食品添加劑[4]。科研人員針對乳酸菌胞外多糖改良乳制品品質及影響機制開展了大量研究工作，但在發酵豆乳中的應用還未見報道。

雙歧桿菌（Bifidobacterium）是人體腸道最重要的一類益生菌，廣泛應用于食品及輔助藥劑來維持腸道微生物菌群平衡[5]。本研究所用菌株為動物雙歧桿菌乳亞種（Bifidobacterium animalis subsp. lactis），能產生2 種具有抗腫瘤、調節腸黏膜免疫功能的EPS，且具有良好的流變特性、增稠性[6]，是一種潛在的功能性食品添加劑。利用該益生菌及其活性EPS與常規發酵劑（保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌）共同發酵豆乳，研究其對酸豆乳品質的影響，在提高酸豆乳功能特性的同時，改善酸豆乳口感粗糙、穩定性差等難題，為雙歧桿菌活性多糖的應用及酸豆乳產品品質改良提供基礎。

1 材料與方法

1.1 菌株、培養基與試劑

動物雙歧桿菌乳亞種，分離自廣西巴馬長壽老人腸道菌群，由中國農業大學食品科學與營養工程學院李平蘭教授惠贈；嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus）、保加利亞乳桿菌（Lactobacillus bulgaricus）購于哈爾濱美華生物技術股份有限公司。雙歧桿菌胞外多糖制備方法參考旭日花等[7]。經乙醇沉淀，Sevag法脫蛋白制備，多糖含量為78%。

乳酸細菌（MRS）培養基、M17、TPY液體培養基北京奧博星生物技術有限責任公司。

大豆、白砂糖 北京京客隆超市；三氯乙酸、苯酚、硫酸、葡萄糖為分析純 北京陸橋試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

PB-10數顯酸度計 賽多利斯科學儀器（北京）有限公司；DV-1旋轉式黏度計 上海精密科學儀器有限公司；ML54分析天平 英國梅特勒-托利多儀器有限公司；TA-XT質構儀 英國Stable Micro Systems公司。

1.3 方法

1.3.1 菌株活化

分別將保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌凍干菌粉接種至MRS、M17液體培養基中，42 ℃條件下活化3 代置于4 ℃保存；將雙歧桿菌菌粉接種至TPY液體培養基，37 ℃條件下厭氧培養12 h，活化3 代置于4 ℃備用。

1.3.2 樣品制備

制備豆水比為1∶8（m/V）的豆漿[8]，添加7%白砂糖，105 ℃條件下保持10 min，迅速冷卻至42 ℃，按表1加入菌種、雙歧桿菌和EPS，42 ℃條件下發酵至pH 4.5，4 ℃放置24 h后酵，4 ℃貯存21 d[9]。定期取樣檢測pH值、持水力、黏度、EPS產量、活菌數及感官特性，研究EPS對酸豆乳品質的影響。

表1 酸豆乳發酵劑菌株配比Table 1 Inoculum and EPS concentrations in three experimental groups

1.3.3 酸豆乳樣品指標檢測

1.3.3.1 pH值的測定

酸豆乳樣品取出后快速冷卻至室溫，采用pH計在20 ℃條件下測定樣品的pH值。

1.3.3.2 黏度的測定

采用DV-1黏度計，在20 ℃測定黏度。測定條件：3#轉子，12 r/min，30 s取值。

1.3.3. 3 EPS含量的測定

取10 mL樣品稀釋2 倍，沸水浴15 min滅酶。加入80%三氯乙酸溶液，使其終體積分數為4%，充分搖勻后4 ℃放置1 h，4 ℃、10 000 r/min離心去除蛋白質，上清液加入3 倍體積乙醇，4 ℃沉淀過夜。4 ℃、10 000 r/min離心，定容至20 mL，采用硫酸-苯酚法[10]測定EPS含量。

1.3.3.4 持水力的測定

準確稱取后酵24 h的樣品各10 g，4 ℃、4 000 r/min離心10 min，棄上清液后稱質量，按以下公式計算樣品持水力。

1.3.3.5 質構特性分析

采用質構儀繪制酸豆乳質構特征曲線圖，獲得表征質構評價參數。具體參數為：檢測溫度4 ℃，25 mm圓柱形探頭，測前速率：1.0 mm/s；測中速率：5.0 mm/s；測后速率：1.0 mm/s，下壓距離30 mm[11]。各項評價參數計算方法如下：硬度：正向最大力，即下壓過程中受到的最大力；稠度：力與時間形成的正峰面積；黏聚性：負向最大力，模擬樣品內部黏合力；黏性指數：力與時間形成的負峰面積，反映樣品黏著性。

1.3.3.6 感官鑒評

感官鑒評小組由10 名食品相關專業碩士研究生組成，男女各5 人，小組成員經常飲用發酵乳且接受過《食品感官評價》等課程培訓，分別從色澤、滋氣味、組織狀態三方面對不同酸豆乳樣品進行打分評定[12]。感官評分標準如表2所示。

表2 酸豆乳感官評分標準Table 2 Criteria for sensory evaluation of soya yogurt

1.4 數據處理

酸豆乳樣品各指標測定均作3 次平行，數據分析采用SPSS 17.0軟件。

2 結果與分析

2.1 雙歧桿菌及其EPS對酸豆乳理化性質的影響

2.1.1 雙歧桿菌及其EPS對酸豆乳pH值的影響

乳酸菌在發酵豆漿過程中發酵蔗糖及大豆低聚糖等產酸，使豆漿pH值下降，大豆蛋白在低pH值時形成酸豆乳。添加產糖雙歧桿菌及其EPS對酸豆乳發酵過程pH值的影響如圖1所示。

圖1 酸豆乳pH值的變化Fig. 1 Change in pH in soya yogurt during fermentation

由圖1可知，隨著發酵時間延長，酸乳樣品pH值均呈下降趨勢，在發酵4 h后達發酵終點（pH 4.5），貯藏期間pH值維持在4.0以上，添加雙歧桿菌或EPS對酸豆乳pH值的影響并不顯著（P＞0.05）。本研究所用雙歧桿菌菌株具有一定的耐氧能力，但產酸能力不強，在預實驗中單獨發酵豆漿時不能形成凝乳，因而添加雙歧桿菌和EPS對發酵過程pH值影響較小，對酸豆乳凝乳形成速率的影響并不顯著。

2.1.2 雙歧桿菌和EPS對酸豆乳黏度的影響

黏度是凝膠質點發生位移時的阻力，來源于凝膠碎片間的位阻效應及質點間的引力。由圖2可知，在發酵階段（0～4 h），隨著發酵時間延長，樣品黏度不斷增大。在發酵過程中，乳酸菌大量產酸，pH值不斷降低，豆漿蛋白質分子表面活性降低，形成微小的亞膠體分子團，從而使黏度上升[13]。在4 ℃后酵及貯藏過程中，酸豆乳黏度增加，其中對照組黏度最低。對照組樣品貯藏7 d后黏度維持在2 790 mPa·s，與劉希山等[14]研究結果相似，較酸乳黏度低；添加產糖雙歧桿菌的樣品在貯藏期間黏度不斷升高，于14 d時達穩定，黏度為3 948 mPa·s；添加EPS的樣品黏度最高，達4 285 mPa·s。添加產糖雙歧桿菌在發酵期間對樣品影響很小，但隨著貯藏時間的延長，黏度較對照組顯著增加，可能與貯藏過程中產生的胞外多糖有關。目前，研究酸豆乳凝膠機理的文獻較少，李全陽[15]研究酸乳時發現，酸乳體系中含有大分子EPS時，分子間相互作用使其呈無規則線團狀，EPS與蛋白質互相連接，形成更穩固的結構，使酸乳流動時受到內摩擦力，故添加EPS的樣品具有較高的黏度。

圖2 酸豆乳黏度變化Fig. 2 Change in viscosity in soya yogurt during fermentation

2.1.3 酸豆乳發酵及貯藏過程中EPS含量變化

圖3 酸豆乳EPS含量的變化Fig. 3 Change in EPS content in soya yogurt during fermentation

由圖3可知，在發酵及貯藏過程中，對照組和EPS組的多糖含量變化較小，這是由于選用的發酵劑為非產黏菌株，產糖能力較差，故多糖含量維持水平。添加雙歧桿菌組樣品的多糖含量，在發酵過程中無明顯變化，在后酵過程中增加86 mg/L，隨后在貯藏過程中保持穩定。這與樣品黏度變化趨勢一致，表明EPS含量與酸豆乳的黏度成正相關，添加產糖雙歧桿菌能提高酸豆乳中EPS產量及黏度。研究證實，乳酸菌在乳制品中能產生25～125 mg/L EPS，產黏菌株能大幅提高乳制品的黏度[16]。研究也表明，雙歧桿菌可在豆漿中生長[17-18]，但在豆乳中的產糖量及其作用目前還未見報道。

對于EPS影響豆乳凝膠形成的機理目前還未見報道，可能與EPS對酸乳體系的影響機制類似，有待進一步證實。EPS影響乳制品的黏度與其分子大小及結構相關，在酪蛋白凝膠時，EPS參與凝膠構建過程[19]。趙正濤等[20]對乳酸菌EPS影響酸乳凝膠機理研究表明：酸乳中EPS含量在100～380 mg/L之間，多糖自身黏度對酸乳黏度貢獻非常小，乳酸菌EPS是通過自身分子形成的空間位壘，干擾酪蛋白微球的連接方式，動態影響酪蛋白微球立體結構構件。

2.1.4 雙歧桿菌和EPS對酸豆乳持水力的影響

圖4 酸豆乳持水力的變化Fig. 4 Change in water-holding capacity of soya yogurt during fermentation

持水力是樣品在離心過程中，對體系中水分及其他小分子物質的總保持能力[21]。由圖4可知，酸豆乳在發酵過程中，持水力一直處于上升趨勢，其中添加產糖雙歧桿菌組略高于對照組，但效果并不顯著；添加雙歧桿菌EPS的樣品發酵3 h后顯著高于對照組，提高酸豆乳發酵過程中樣品的持水力。所有樣品在4 ℃條件下貯藏1周時，持水力保持穩定，在后期持水力上升，與林海知[11]報道一致；添加EPS的樣品持水力最佳，在4 ℃條件下保藏21 d后持水力達61%，雙歧桿菌EPS在酸豆乳體系中能夠束縛水分子，使樣品持水力增加，質地稠密。

2.2 雙歧桿菌EPS對酸豆乳質構特性的影響

采用質構儀檢測酸豆乳樣品在4 ℃時貯藏21 d的質構變化，4 ℃貯藏1 d和21 d的質構特性曲線如圖5所示，貯藏期間的質構特性參數變化如圖6所示。

圖5 酸豆乳貯藏期間質構特性曲線Fig. 5 Texture curves of soya yogurt

由圖5可知，在4 ℃條件下放置24 h，添加雙歧桿菌組樣品質構特性曲線與對照組類似，EPS組差異較大。經21 d貯藏后，添加EPS和雙歧桿菌組樣品質構特性相似，均與對照組有顯著差別。

圖6 酸豆乳質構特性分析Fig. 6 Texture properties of soya yogurt

由圖6可知，對照組樣品稠度、凝聚性和黏性指數在4 ℃貯藏期間保持相對穩定或略有升高，硬度在貯藏7 d后有小幅升高（P＜0.05），與王翠娜[22]報道的結果類似，硬度的升高可能由于巰基和二硫鍵相互轉化反應使蛋白網絡結構硬化，或發生乳清析出導致凝膠緊縮所致。添加雙歧桿菌的樣品在貯藏初期質構特性與對照組相似，隨著貯藏時間延長，添加雙歧桿菌組樣品的硬度、稠度、凝聚性和黏性指數均顯著高于對照組（P＜0.05）。添加0.3%的EPS樣品的硬度、稠度、凝聚性和黏性指數均顯著高于對照組樣品（P＜0.05），其中硬度在貯藏期間先上升后稍下降，與Ferragut[23]報道的趨勢一致。綜上結果表明，添加EPS或在貯藏過程產生的EPS能大幅增加酸豆乳樣品的黏性和稠度，使樣品更為稠厚、穩定，有利于攪拌型酸豆乳在貯藏、運輸期間抵抗外力對凝膠的破壞，保持較好的狀態和品質。

2.3 感官評價

分別從色澤、滋味氣味、組織狀態對酸豆乳樣品進行感官評價，結果如表3所示。

表3 酸豆乳感官評價Table 3 Sensory characteristics of soya yogurt

由表3可知，添加產糖雙歧桿菌和EPS對酸豆乳的感官品質均有一定的提高。添加雙歧桿菌能顯著提高樣品的滋味氣味（P＜0.05），減輕豆乳的豆腥味，并在一定程度提高樣品的組織狀態。添加EPS的樣品表面光滑，無乳清析出，組織細膩均勻，無顆粒感，組織狀態得到明顯改善（P＜0.05），這與EPS有一定關系。研究已證實，乳酸菌黏性物質能改善酸乳的質地，且對產品風味有重要作用[24]。

3 討 論

為改善酸豆乳組織狀態粗糙、穩定性差等問題，本研究通過研究雙歧桿菌EPS對酸豆乳體系的影響，證實添加產糖雙歧桿菌在后熟期間能產生86 mg/L EPS，可有效地改善貯藏期間酸豆乳感官品質及質構特性；添加0.3% EPS能顯著提高酸豆乳的黏度、持水力和質構特性，使酸豆乳細膩均勻、平滑稠密。目前，對于酸乳的凝膠機制及影響因素研究較透徹，其良好的組織狀態得益于酪蛋白膠束網狀結構，EPS在酸乳凝膠結構中與酪蛋白結合，強化凝膠結構。但益生菌EPS，尤其是雙歧桿菌EPS參與酸豆乳凝膠構建及其影響機制研究較少，需進一步深入探索。

隨著社會發展，高血壓、高血脂、糖尿病等慢性病使得消費者日益關注營養與健康。本研究選用的雙歧桿菌為公認的益生菌，雙歧桿菌EPS具有抗氧化、調節腸黏膜免疫、抗腫瘤、調節腸道菌群平衡[25]等諸多功能。選擇活性雙歧桿菌EPS作為功能性食品添加劑開發，與酸豆乳產品有機結合，不僅可以提高酸豆乳產品品質，更是一種富含益生菌及活性成分的功能食品，將具有廣闊的市場前景。

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Effect of Exopolysaccharides Produced by Bifi dobacterium on Properties of Soya Yogurt

LIU Lisha1, PENG Yijiao1, TIAN Xu1, LI Pinglan2, TAO Guoqin1, REN Li1, BAO Lusheng1, GUO Hong1,*
(1. Beijing Academy of Food Sciences, Beijing Food Research Institute, Beijing 100162, China; 2. College of Food Science and Nutritional Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China)

In order to explore the effect of addition of probiotics and probiotic exopolysaccharides (EPS) on properties of soya yogurt, the physicochemical, sensory and texture properties of soya yogurt fermented by a traditional starter culture combined with Bifi dobacterium animalis subsp. lactis after addition of EPS produced by the probiotic strain were examined. Changes in pH, water-holding capacity, apparent viscosity, EPS content and texture properties were determined during fermentation and storage over 21 days. The results indicated that water-holding capacity, apparent viscosity and texture properties of soya yogurt containing 0.3% EPS were signifi cantly higher than those of the blank control (P < 0.05). The addition of the EPS-producing bacterium had no effect on fermentation speed and gel properties of soya yogurt, but the EPS (86 mg/L) produced during post-fermentation storage at 4 ℃ for 24 h led to a signifi cant improvement in apparent viscosity and texture properties (P < 0.05), while not signifi cantly infl uencing water-holding capacity (P > 0.05). This study led us to conclude that addition of EPS produced by Bifi dobacterium animalis subsp. lactis was effective for improvement of gel properties and quality of soya yogurt.

exopolysaccharides; Bifi dobacterium; soya yogurt; texture properties

10.7506/spkx1002-6630-201611021

TS214.2

A

2016-01-20

北京市優秀人才培養資助項目（2014754154700G201）；國家高技術研究發展計劃（863計劃）項目（2013AA102105）

劉麗莎（1989—），女，工程師，碩士，研究方向為食品微生物及代謝產物。E-mail：liulisha0616@sina.com

*通信作者：郭宏（1961—），男，教授級高級工程師，碩士，研究方向為豆制品加工及綜合利用。E-mail：guohong1961@sina.com