谷物汁添加量對發酵乳質構及流變特性的影響

包一楓，王娜，陳霞，陳大衛，顧瑞霞

（揚州大學江蘇省乳品生物技術與安全控制重點實驗室，江蘇揚州225127）

谷物汁添加量對發酵乳質構及流變特性的影響

包一楓，王娜，陳霞*，陳大衛，顧瑞霞

（揚州大學江蘇省乳品生物技術與安全控制重點實驗室，江蘇揚州225127）

為探究谷物汁添加量對全谷物發酵乳品質的影響，將燕麥和蕎麥經過烘烤、磨漿和酶解后制作成谷物汁，以不同比例添加到全脂復原乳中進行發酵，并測定發酵乳的質構特性、流變特性和感官特性。結果表明：當全谷物汁的添加量為20%時，全谷物發酵乳感官評價較好；當全谷物汁添加量從10%增加到30%時，發酵乳樣品的硬度、膠黏性和咀嚼性呈下降趨勢，并使其凝膠穩定性降低，抗機械運動的能力下降。當谷物汁的添加量達到20%時，會顯著降低全谷物發酵乳的凝膠強度，使其在較小的外力作用下就會發生破乳。

全谷物發酵乳；感官特性；質構特性；流變特性

全谷物是指“完整、碾碎、破碎或壓片的谷物，基本的組成包括淀粉質胚乳、胚芽與皮層，各組成部分的相對比例與完整穎果一樣”[1]。全谷物中富含膳食纖維、類胡蘿卜素、葉酸、維生素E、甜菜堿、膽堿、植酸、木質素、木酚素、β-葡聚糖、甾醇等植物[2]。研究表明，全谷物對人體起著重要的保護作用，長期攝入全谷物，可有效降低心腦血管疾病、癌癥、Ⅱ型糖尿病等慢性疾病的風險，同時有助于體重的控制[3-6]。

在國外，很多研究者利用益生菌在谷物基質上的發酵，取得了較多的研究成果。Martensson等[7]研究了酸奶發酵劑在燕麥汁基質上的存活率情況，發現益生菌可以在燕麥基質上生長，并在冷藏過程中保持了較高的存活率；Gopal等[8]用混合益生菌菌種發酵谷物汁，結果表明在5%的麥芽汁基質中，采用酵母菌與乳酸菌混合發酵對乳酸菌的生長有利；Velitchk等[9]對保加利亞一種名為boza的發酵谷物飲料進行菌種的分離鑒定，發現其中主要含有乳酸菌和酵母菌；Bekers等[10]研究了一種以燕麥和脫脂乳為基質的乳制品，實驗表明，接種發酵后能得到一種既含有活性益生菌，又含有可溶性膳食纖維和不飽和脂肪酸的多功能性食品。

近年來，隨著人們健康意識的不斷增強，全谷物食品也受到了我國消費者的關注。燕麥和蕎麥富含膳食纖維，在我國種植較廣泛。以燕麥、蕎麥為原料，通過烘烤、粉碎、加水糊化后添加淀粉酶和糖化酶進行酶解，然后添加到全脂復原乳中作為發酵基質，并接種前期篩選的對α-葡萄糖苷酶具有抑制作用的益生菌進行發酵，制備一種新型具有輔助降血糖功能的谷物發酵乳。研究不同谷物汁添加量對發酵乳的感官、質構和流變特性的影響，為開發全谷物發酵乳產品提供參考。

1 材料與方法

1.1 菌株與材料

使用的植物乳桿菌亞種（Lactobacillus plantarum subsp.）s7、德氏乳桿菌保加利亞亞種（Lactobacillus delbrueckii subsp.）d12 和嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus）937：揚州大學江蘇省乳品生物技術與安全控制重點實驗室分離、篩選和保存的專利菌株，其中L.plantarum subsp.s7和L.delbrueckii d12對α-葡萄糖苷酶抑制率高于73.00%，而S.thermophilus 937產黏特性較好。

全脂乳粉：新西蘭威士蘭乳業公司；木糖醇：山東蜜福堂有限公司；燕麥、蕎麥：市售；食用性檸檬酸、食用堿：國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

Malvern Kinexus Pro旋轉流變儀：英國Malvern公司；TMS-Pro質構儀：美國TMS公司；pH計：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；JF-SX-500全自動滅菌鍋：日本TOMY公司；SW-CJ-1F超凈工作臺：蘇州凈化設備有限公司；SPX-150BSH生化培養箱：上海新苗醫療器械制造有限公司；HH-6型水浴鍋：國華電器有限公司；BS2000S型電子天平（1/100）：北京賽多利斯天平有限公司。

1.3 方法

1.3.1 谷物汁的制備

燕麥和蕎麥于180℃烤箱中分別焙烤20 min和10 min，至表面金黃，體積膨大，香味濃郁。用粉碎機打成粉末狀，按質量比（g）1∶1混合后，加水調整料水質量比（g）為1∶10，過膠體磨后于80℃水浴糊化30 min，用飽和碳酸鈉溶液調節糊化液pH值至6.5，加入耐高溫的 α-淀粉酶（20 000 U/g），溫度 85℃，用酶量 70 U/g，液化50 min。冷卻至室溫后加入40%的檸檬酸溶液調節pH值至4.5，加入糖化酶（100 000 U/g），溫度65℃，用酶量90 U/g，糖化20 min。冷卻至室溫后加入飽和碳酸鈉調節pH值至6.4～6.8，備用。

1.3.2 全谷物發酵乳的制備

將混合酶解液添加到全脂復原乳（全脂乳粉質量分數為12%，木糖醇6%）中，添加量分別為10%、15%、20%、25%、30%。將全谷物酶解液和全脂復原乳混合均勻后，在55℃、20 MPa下進行均質，并于95℃水浴中滅菌5 min。冷卻至42℃后接種體積分數為3.0%的混合發酵劑（S.thermophilus 937∶L.plantarum s7∶L.delbrueckii d12=1∶1∶1），于 42℃中發酵至凝乳，后于冷藏于4℃冰箱中12 h進行后酸化，取出備用。

1.3.3 感官評價

參照文獻[11]所述方法，選擇10名食品專業的學生組成感官評定小組，樣品采用隨機編碼，常溫下進行品評。對全谷物發酵乳的感官進行評分，最高分100分，確定加權系數分別為組織狀態30分，口感30分，風味20分，色澤20分。最終得分為感官評定小組成員評分的算術平均值。品評時應避免外來氣味，品嘗不同的樣品時應漱口以保持口腔清爽。全谷物發酵乳感官評價標準如表1所示。

表1 全谷物發酵乳感官評價標準Table 1 Sensory evaluation standard for fermented whole-grain milk

續表1 全谷物發酵乳感官評價標準Continue table 1 Sensory evaluation standard for fermented whole-grain milk

1.3.4 質構特性的測定

發酵乳質構特性參照陳霞等[12]方法，用TMS-pro物性測定儀進行測定，測定探頭：P/36柱形，測定參數：測試速度1.0 mm/s，測試形變量50%，起始力0.01N，測試后速度10.0 mm/s。選取發酵乳硬度、彈性、膠黏性、咀嚼性、內聚性、黏附性等參數進行比較。

1.3.5 流變特性的測定

發酵乳流變特性的測定參照李榮華[13]等方法，并略作改動。利用馬爾文Kinexus Pro旋轉流變儀，采用CP2/50 SR0162 SS探頭對發酵乳樣品分別進行以下流變特性指標的檢測。在恒溫25℃條件下，分升速和降速兩個步驟進行測定，設置轉子轉速為0～100 r/s，每12 s采集一個數據，測定時間為2min。每次測定都要重新更換樣品。探究樣品剪切應力、表觀黏度隨剪切速率的變化關系。

2 結果與分析

2.1 全谷物發酵乳感官評價

添加不同比例的谷物汁后，全谷物發酵乳的感官得分如表2所示。

表2 全谷物發酵乳感官評定結果Table 2 Sensory evaluation of fermented whole-grain milk

如表2所示，隨著谷物汁添加量的增加，發酵乳的感官得分值呈先上升后下降的趨勢。當谷物汁添加量為20%時，發酵乳的感官得分最高。由此可知，當谷物汁添加量太少，發酵乳顏色不佳，沒有谷物固有的顏色，并且谷物香味也較淡；隨著添加量的增加，發酵乳色澤加深，但添加量過大時，產品色澤變暗，質地不細膩，奶香味被掩蓋。

2.2 谷物汁添加量對全谷物發酵乳質構特性的影響

添加不同比例的谷物汁后，全谷物發酵乳的質構特性測定結果如表3。

表3 質構特性測定結果Table 3 The measured results of texture properties

由表3可知，隨著谷物汁添加量的增加，發酵乳的硬度、膠黏性、咀嚼性呈下降趨勢，而內聚性和彈性的變化不顯著。發酵乳的質構不僅受蛋白質含量的影響，還與蛋白質的種類及組成有關[14]。燕麥的蛋白質含量在11.3%～19.9%之間，主要為醇溶蛋白、球蛋白、谷蛋白等[15]。蕎麥粉中蛋白質的含量約為9%～12%，主要為清蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白和球蛋白等[16]。全脂奶粉中蛋白質主要是酪蛋白、乳白蛋白及乳球蛋白。在原料乳中添加不同比例的谷物汁后，使得樣品中蛋白質的含量和組成發生了變化，酪蛋白的質量分數降低，這是導致發酵乳硬度、膠黏性和咀嚼性降低的主要原因。

2.3 發酵乳樣品剪切應力隨剪切速率的變化情況

在恒溫25℃條件下，添加不同比例的谷物汁后，全谷物發酵乳的剪切應力隨剪切速率的變化的測定結果如圖1。

圖1 恒溫條件下各發酵乳樣品的剪切應力隨剪切速率的變化曲線Fig.1 Curves of shear stress versus shear rate at constant temperatures of fermented milk

由圖1可知，在升速剪切階段，各發酵乳樣品的剪切應力均隨著剪切速率的升高而逐漸增大；當剪切速率達到100 r/s開始降速剪切，各發酵乳樣品的剪切應力隨著剪切速率的降低逐漸減小。在剪切速率從0加速到20 r/s的階段，剪切應力升幅較大；在20 r/s～100 r/s階段上升幅度減小。這是因為在開始攪拌時，轉子需要克服酸乳凝膠的屈服應力較大；而當速度達到20 r/s后，發酵乳的凝膠狀態被破壞后，剪切應力會迅速降低。隨著谷物酶解液添加量的增加，全谷物發酵乳剪切應力的最大值逐漸減小。說明在發酵乳中添加谷物酶解液會降低其凝膠強度，使其在很小的外力作用下就會破乳。

由圖1還可以看出，各發酵乳樣品的升速曲線和降速曲線并不重合，發生滯后現象，說明發酵乳樣品具有剪切稀釋現象，屬于正觸變性流體。正觸變性流體在外力作用下，其凝膠結構受到破壞后將無法恢復到初始狀態。升速和降速時剪切應力的變化曲線形成觸變環，其面積越大，說明發酵乳體系經外力作用后，其黏度變化大，外力撤出后，此體系恢復到原來狀態所需的時間越長，也就是說發酵乳經外力作用后需要很長時間才能恢復到初始狀態。添加不同質量分數的谷物汁后各發酵乳樣品的觸變環面積測定結果如表4所示。

表4 觸變環面積測定結果Table 4 The area of thixotropic loop of fermented milk

隨著谷物酶解液添加量的增加，各發酵乳樣品的觸變環面積隨之減小。說明添加的谷物酶解液越多，則發酵乳的穩定性越低，在運輸途中經過晃動破乳后很難恢復到初始狀態。

2.4 發酵乳樣品表觀黏度與剪切速率的關系

在恒溫25℃條件下，添加不同質量分數谷物汁的發酵乳樣品表觀黏度隨剪切速率的變化曲線如圖2所示。

圖2 表觀黏度隨剪切速率的變化Fig.2 The changes of share viscosity

由圖2可知，在升速剪切階段，各發酵乳樣品的表觀黏度均隨著剪切速率的增大而逐漸降低；當剪切速率達到100 r/s開始降速剪切，此時表觀黏度呈先下降后上升的趨勢，但不能恢復到其原有的黏度。彈性好的酸奶在剪切速率降低時其表觀黏度會有一個緩慢上升的過程，本研究中各發酵乳樣品的表觀黏度都在剪切速率升高到30 r/s時開始升高，說明各樣品的彈性相近，這與質構特性測定中彈性測定值相符合。

從圖2中的表觀黏度變化還可以看到，添加了谷物汁的樣品，其初始表觀黏度都比空白對照組的低。起始表觀黏度最大，這是因為發酵乳尚處于凝固狀態，隨著剪切速率增大，發酵乳的凝膠狀態被破壞，其表觀黏度會迅速降低[17]。10%和15%組的初始表觀黏度相近，但明顯的低于對照組（P＜0.05）；20%、25%和30%組初始表觀黏度相近，但明顯的低于10%和15%組（P＜0.05）。說明添加谷物汁后，會降低發酵乳樣品的凝膠強度；當谷物汁的添加量達到20%時，會顯著降低全谷物發酵乳的凝膠強度，使其在較小的外力作用下就會發生破乳，因此全谷物酸奶中谷物汁的添加量應控制在20%以下較好。

3 結論

以奶粉添加量為12.0%，木糖醇6.0%，接種量3.0%（S.thermophilus 937 ∶L.plantarum s7 ∶L.delbrueckii d12=1∶1∶1），添加不同比例的全谷物混合酶解液制備的全谷物發酵乳，在42℃發酵至凝乳后冷藏24 h，研究了不同全谷物混合酶解液添加量對發酵乳的質構特性和流變特性的影響。結果表明：（1）全谷物發酵乳感官得分隨著谷物汁添加量的增加呈先升后降趨勢，當添加量為20%時得分最高。（2）隨著谷物汁添加量的增加，發酵乳樣品的硬度、膠黏性、咀嚼性呈下降趨勢，而對樣品內聚性和彈性的影響不顯著。（3）在發酵乳添加谷物汁后會對其流變特性產生影響，使其凝膠穩定性降低，抗機械運動的能力降低，當谷物汁的添加量達到20%時，會顯著降低全谷物發酵乳的凝膠強度，使其在較小的外力作用下就會發生破乳。因此，制作全谷物發酵乳時谷物汁的添加量應該控制在20%以下。

[1] 譚斌,汪麗萍,劉明,等.用全谷物大思路推動我國雜糧加工業的發展(上)[J].糧食與食品工業,2011,18(3):1-3

[2] 鞠興榮,何榮,易起達,等.全谷物食品對人體健康最重要的營養健康因子[J].糧食與食品工業,2011,18(6):1-7

[3] Du H,van der A D L,van Bakel M M,et al.Glycemic index and glycemic load in relation to food and nutrient intake and metabolic risk factors in a Dutch population[J].The American Journal of Clinical Nutrition,2008,87(3):655-661

[4] Schatzkin A,Mouw T,Park Y,et al.Dietary fiber and whole-grain consumption in relation to colorectal cancer in the NIH-AARP Diet and Health Study[J].The American Journal of Clinical Nutrition,2007,85(5):1353-1360

[5] Pereira M A,Swain J,Goldfine A B,et al.Effects of a low-glycemic load diet on resting energy expenditure and heart disease risk factors during weight loss[J].The Journal of the American Medical Association,2004,292(20):2482-2490

[6] Giovannucci E.Insulin and colon cancer[J].Cancer Causes Control,1995,6(2):164-179

[7]Martensson,Ouster,Holst O.The effect of yogurt culture on the survival of probity bacteria in oat-based non-dairy products[J].Food Research International,2002,35(8):775-784

[8] Kedia G,Patel W H,Pandiella S S.Use of mixed cultures for the fermentation of cereal-based substrates with potential probotic properties[J].Process Biochemistry,2007,42(1):65-70

[9] Gotcheva V,Severino P S,Angel A.Microflora identification of the Bulgarian cereal-based fermented beverage boza[J].Process Biochemistry,2000,36(1):127-130

[10]Bekers,Marauska M,Laukevics J,et al.Oat sand fat-free milk based functional food product[J].Food Biotechnology,2001,15(1):1-12

[11]Pakkanen R,Aalto J.Growth factors and antimicrobial factors of bovine colostrum[J].International Dairy Journal,1997,7(5):285-297

[12]陳霞,包一楓,陳大衛,等.原料乳中氧氟沙星殘留量對S.thermophilus grx02發酵乳質構及流變特性的影響[J].食品科學,2015,36(23):18-22

[13]李榮華.乳蛋白對凝固型酸奶流變學特性及微觀結構的影響[D].哈爾濱,東北農業大學,2007

[14]范宇,陳歷俊,趙常新.酸奶質構影響因素研究進展[J].中國乳品工業,2009,37(7):30-33

[15]李春花,梅春光.燕麥的營養成分及營養保健價值的研究進展[J].農業經濟,2010,77(5):134-135

[16]徐瓏珀.蕎麥營養與化學成份研究進展[J].四川化工,2014,17(4):4-8

[17]李全陽,夏文水.酸乳流變學特性的初步研究[J].食品與發酵工業,2003,29(12):82-85

Effect of Substrate Composition on the Texture and Rheological Properties of Whole-grain Yogurt

BAO Yi-feng，WANG Na，CHEN Xia*，CHEN Da-wei，GU Rui-xia
（Jiangsu Key Laboratories of Dairy Biological Technology and Safety Control，Yangzhou University，Yangzhou 225127，Jiangsu，China）

The oat and buckwheat are made into cereal juice after baking，refining and enzymatic hydrolysis.The juice was added into the whole milk with different proportions and fermented to study the quality of wholegrain fermented milk.It was found that the yogurt with 20%of whole-grain enzymatic hydrolyzate got the highest score in sensory evaluation.With the increase of whole-grain enzymatic hydrolyzate from 10%to 30%added into milk，the hardness，gumminess and chewiness of samples'got reduced，the gel stability and resistance to mechanical motion reduced as well.When the amount of cereal juice reached 20%，the gel strength of whole-grain yogurt reduced heavily which lead to the breaking with a small external force.

whole-grainyogurt；sensory evaluation；texture properties；rheologicalproperties

2016-08-27

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.11.016

國家自然科學基金青年基金資助項目（31201393）；國家科技支撐計劃項目（2013BAD18B12）

包一楓（1992—），女（漢），碩士研究生，研究方向：營養與食品衛生學。

*通信作者：陳霞（1976—），女（漢），副教授，博士，研究方向：乳品科學。