全谷物脫脂酸牛奶的理化性質及流變學特性研究

彭小霞，李 理 *，余保寧

（1.華南理工大學 食品科學與工程學院，廣東 廣州 510640；2.廣東燕塘乳業股份有限公司，廣東 廣州 510507）

發酵乳是指以牛乳或者羊乳為原料，接種乳酸菌發酵后制成的產品[1]。在發酵過程中，由于乳酸菌的代謝作用，牛奶中的乳糖轉化為乳酸，大分子的蛋白質部分降解為小分子的多肽和氨基酸[2-3]，并形成一些新的活性成分[4]。牛奶經過發酵形成酸牛奶后，不僅風味改善，蛋白質和鈣、鐵、磷等元素的吸收和利用也進一步增強。富含益生元和益生菌的功能性酸牛奶除了具有營養補充的功能外，還具有顯著的改善腸道微生態等功能活性，是目前酸牛奶產品的開發熱點[5]。

全谷物包含麩皮、胚芽、胚乳中所含的營養物質，含有豐富的膳食纖維和B族維生素[6]，有利益生菌的生長，可降低II型糖尿病、冠心病及癌癥發生的風險。綜合國內外的研究報道，低糖低脂的功能性酸奶研究較少，本課題組前期研究了添加燕麥粉、山藥粉、薏米粉的全谷物酸牛奶的功能特性，發現全谷物酸牛奶的抗氧化活性普遍比對照組高，而且有相當一部分淀粉轉化為抗性淀粉[7-8]。本研究在此基礎上，進一步對全谷物酸牛奶的配方和發酵劑進行拓展和優化，選擇兩組谷物配方（山藥薏米紅豆和白藜麥粉），將其加入強化蛋白的脫脂復原乳中，并選用兩組含有益生菌的發酵劑068（包含益生菌嗜酸乳桿菌NCFM、乳雙歧桿菌HN019）與XPL-1（包含益生菌乳酸乳球菌、腸膜明串珠菌）進行發酵，以期獲得風味、口感及活菌數穩定的低糖、脫脂全谷物酸牛奶產品，為體質量管理人士和II型糖尿病人提供新的選擇，為全谷物酸牛奶功能性產品的開發和工業化生產奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

全脂乳粉、脫脂乳粉：新西蘭恒天然（中國）公司；乳清蛋白粉TP800：荷蘭皇家菲仕蘭公司；山藥粉、薏米粉、紅豆粉、白藜麥粉：廣州泰民有限公司；XPL-1發酵劑（包含乳酸乳球菌乳脂亞種（Lactococcus lactissubsp.cermoris）、乳酸乳球菌乳酸亞種（Lactococcus lactissubsp.lactis）、乳酸乳球菌乳酸亞種雙乙酰變種（Lactococcus lactissubsp.lactisbiovar diacetylactis）、腸膜明串珠菌乳脂亞種（Leuconostoc mesen-teoridessubsp.cremoris）、嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus）、091發酵劑（包含嗜熱鏈球菌（Streptococcus ther mophilus）、德氏乳桿菌保加利亞亞種（Lactobacillus delbrueckiisubsp.bularicus）：科漢森（中國）有限公司；068發酵劑（包含嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus）、保加利亞乳桿菌（Lactobacillus delbrueckiisubsp.bularicus）、副干酪乳桿菌（Lactobacillus paracasei）、嗜酸乳桿菌（Lactobacillus acidophilus）NCFM、乳雙歧桿菌（Bifidobacterium lactis）HN019）：杜邦丹尼斯克（中國）有限公司；其他試劑均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

PX2202ZH電子天平、STARTER3100pH計：奧豪斯儀器（上海）有限公司；WNE14恒溫水浴鍋：美墨爾特（上海）貿易有限公司；APV-1000均質機：斯必克（中國）投資有限公司；DHP-9012恒溫培養箱：上海一恒科學儀器有限公司；PAL-BX/ACID 91牛奶糖度計：ATAGO（中國）分公司；MCR102流變儀：安東帕（中國）有限公司；3K15冷凍離心機：美國SIGMA公司；DHG-9030電熱鼓風干燥箱：上海一恒科學儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 全谷物酸牛奶制備的工藝流程、配方設計及操作要點

表1 全谷物脫脂酸牛奶的配方設計Table 1 Formulation design of whole grain skim yogurt

操作要點：

調配：稱量乳粉、全谷物粉、乳清蛋白粉和蔗糖，參照表1的配方調配4個復原乳，65 ℃水浴30 min，再經過高速剪切機5 000 r/min的速度進行剪切，使物料混合均勻。

均質：將混合物料預熱至65 ℃進行均質，一級均質壓力為18～22 MPa，二級均質壓力為3.0～5.0 MPa。

殺菌：95 ℃水浴15～20 min，然后冷卻至32 ℃或42 ℃。

接種、發酵：在KB1和KB2配方中接種901菌種（接種量20 U/100 L）后置于42 ℃發酵7 h，在其余含谷物粉的4種復原乳中分別接種XPL-1和菌種068，接種XPL-1的復原乳置于32 ℃發酵18 h（接種量20 U/100 L），接種068的復原乳置于42 ℃發酵7 h（接種量20 U/100 L）。

攪拌破乳：采用攪拌器150 r/min的攪拌速度破乳5 min，4 ℃冷藏24 h，得到全谷物酸牛奶。

1.3.2 全谷物酸牛奶的理化分析可溶性固形物含量的測定：采用糖度計進行測定。

pH值的測定：產品發酵完成后至于4 ℃冰箱冷藏后熟24 h，取出用常溫水水浴恢復至25 ℃，使用pH計進行檢測，每組測定3個平行樣。

酸度的測定：根據國標GB 5009.239—2016《食品酸度的測定》[9]中的方法進行測定。

持水力的測定：稱取30 g后熟后的樣品，在20 ℃溫度條件下，以及2 655×g的離心力作用下，持續離心5 min，棄去上層乳清，稱質量。持水力計算公式如下：

1.3.3 流變學特性的測定

采用流變儀進行測量，選用同心圓桶系統，設定測量溫度為25 ℃。振幅掃描的測定：設定角頻率為10 rad/s，應變掃描范圍為0.01%～100%。頻率掃描的測定：固定應變為0.5%，頻率掃描范圍設置為0.1～100 rad/s[8]。

1.3.4 感官評定

參照文獻[10]有所修改，隨機選取有經驗的8個品評員，分別對全谷物酸牛奶進行評分。全谷物酸牛奶的感官評定按照表2的感官評分標準進行評分。

表2 全谷物脫脂酸牛奶的感官評分標準Table 2 Sensory score standards of whole grain skim yoghurt

續表

1.3.5 酸牛奶的活菌數測定[11]

按照GB 4789.35—2016《食品安全國家標準食品微生物學檢驗乳酸菌檢驗》進行檢驗。

1.3.6 數據處理采用SPSS 22.0統計分析軟件進行實驗數據處理，采用Duncan分析方法，置信水平為95%。

2 結果與分析

2.1 全谷物酸牛奶pH、酸度和持水力

可溶性固形物、pH值、酸度、持水力是評價酸牛奶理化性質的基礎指標，全谷物酸牛奶的可溶性固形物、pH、酸度、持水力檢測結果見表3。

表3 全谷物脫脂酸牛奶的可溶性固形物、pH值、酸度及持水力檢測結果Table 3 Determination results of soluble solid,pH,acidity and water holding capacity of whole grain skim yoghurt

由表3可知，六組酸牛奶樣品的酸度均達到70°T以上，符合國標GB 19302—2010《食品安全國家標準發酵乳》規定的酸牛奶酸度的要求，說明全谷物粉的加入不會影響乳酸菌的發酵。在6個樣品中，全脂酸牛奶KB2的酸度值最低，這可能是因為在相同固形物含量下，非脂乳固體質量分數低時，乳糖質量分數也低，乳酸菌在發酵過程中可利用的糖份少，從而產酸較少。

從表3還可以看到，全脂酸牛奶樣品KB2的持水力明顯比脫脂酸牛奶樣品KB2要高，這可能與酸牛奶中的脂肪與蛋白質相互作用形成穩定的網狀結構有關。此外，全谷物脫脂酸牛奶樣品HP1、LP1和LP2的持水力比脫脂酸牛奶樣品KB1的持水力高，但HP2的持水力卻比KB1低，說明谷物和發酵劑都對樣品的持水力有影響。HP1比HP2的持水力高，有可能是因為XPL-1中腸膜明串株菌在低溫（32 ℃）長時發酵（18 h）時，產生了大量的胞外多糖[12]，從而提高了產品的持水力。這個現象在LP1和LP2中也得到相應的驗證。此外，有報道表明乳清蛋白可以提高脫脂發酵乳的內聚性，降低乳清析出率并延長酸牛奶在保質期內的穩定性[13]。

2.2 流變學特性

酸牛奶凝膠的形成是關系到酸牛奶品質的重要指標。凝膠的強弱、表觀形態、流變學性質等均對酸牛奶的功能品質和感官接受度有直接影響。因此，適度凝膠的形成，關系到酸牛奶產品的可接受程度。

振幅掃描通過對幾組不同的酸牛奶的黏彈性測試，可以了解樣品的線性黏彈區、屈服點、流動點。屈服點也指屈服應力，指線性黏彈區邊界處的剪切應力值。流動點也稱流動應力，指G'=G"交叉點處的剪切應力值。在線性黏彈區內，固定剪切應變或者剪切應力，進行頻率掃描，可以了解樣品的長期儲存穩定性、物理分散穩定性。振幅掃描和頻率掃描均可了解酸牛奶凝膠結構的強弱、耐變形性、可灌裝性、為改善口感、灌裝運輸提供理論指導。G'和G"是反映酸牛奶黏彈性的重要指標；G'代表酸牛奶的儲能模量（即彈性模量），代表酸牛奶流動時的彈性大小，描述樣品的固態特性。G"代表樣品的損耗模量（黏性模量），代表樣品流動時的黏性大小，表示流動時由于內部摩擦而損失的變形能量，描述樣品的液態特性。

圖1 六組全谷物脫脂酸牛奶的振幅掃描曲線Fig.1 Amplitude scan curve of six groups of whole grain skim yoghurt

由圖1可知，六組樣品在線性黏彈區，G'＞G"，這代表六組全谷物酸牛奶均具有類固體的特性，彈性成分占優勢。在較高的剪切應變下，黏性部分將占主導作用，樣品處于流動狀態，六組樣品的流動點均出現在第20和21個測量點的中間，說明六組樣品的流動點幾乎一致，樣品灌裝時觸動酸牛奶流動的應變的大小相近。這說明全谷物粉的增加，并不會引起產品灌裝難度的提高。

由圖2可知，應變固定為0.5%時，對六組全谷物酸牛奶樣品進行頻率掃描，KB1、KB2、HP1、HP2、LP1和LP2的G'＞G"，說明六組全谷物酸牛奶均具有類固體的特性，彈性成分占優勢。G'及G"值反映全谷物酸牛奶的凝膠網狀結構。一般認為，G'值越高，其凝膠結構越致密[14]。在統一掃描頻率下，全谷物酸牛奶G'大小關系順序為：KB1＞KB2＞HP1＞HP2＞LP2＞LP1。KB1的G'大于其他五組全谷物酸牛奶的G'，這代表在總的固形物含量一致的情況下，脫脂奶粉復原乳發酵出來的酸牛奶凝膠結構最為致密，在六組配方中質地是最硬的；全脂酸牛奶比脫脂酸牛奶質地較軟，添加了谷物粉的酸牛奶質地也比較疏松柔軟，其中HP1跟KB2最為接近。

圖2 全谷物脫脂酸牛奶頻率掃描曲線Fig.2 Frequency sweep curve of six groups of whole grain skim yoghurt

由圖1和圖2還可以看到，G'（HP1）＞G'（HP2）、G"（HP1）＞G"（HP2），這與前面的持水力是一致的。可能是因為XPL-1中的腸膜明串珠菌產生胞外多糖的能力比068中的嗜熱鏈球菌強，因此表現出較好的黏彈性優勢。腸膜明串珠菌能在適宜的發酵條件下產生大量的葡聚糖和功能性低聚糖[12，15]，其中葡聚糖的網絡結構可通過氫鍵結合大量的水，從而改善食品的質構和流變學特性[16]。但菌種XPL-1和068在藜麥全谷物酸牛奶中，黏彈性差異不明顯，可能是對因為藜麥粉含有較高比例的支鏈淀粉[17]，而且超長支鏈淀粉含量高達13%～19%[18]，使得藜麥谷物酸牛奶具有較穩定的流變學性質，其產生的影響比菌種產生的影響大。此外，不同的谷物配方對酸牛奶的流變學性質影響非常大。從圖1和圖2中可以看到G'（HP1）＞G'（LP1）、G"（HP1）＞G"（LP1），G'（HP2）＞G'（LP2）、G"（HP2）＞G"（LP2），這可能是因為山藥薏米紅豆全谷物酸牛奶中，山藥粉含有較多的淀粉（70%以上）以及山藥多糖，淀粉糊化后表現出較好的黏彈性，而藜麥配方相比山藥薏米紅豆配方含有更多的膳食纖維。

2.3 感官評價

全谷物酸牛奶在氣味、外觀、滋味、質構和總體可接受性方面的感官評分結果表4。由表4可知，在氣味方面，脫脂酸牛奶和全脂酸牛奶的氣味得分較高分別為8.15分和8.20分；在外觀方面，六組全谷物酸牛奶的評分無顯著性差異（P＞0.05）；在滋味方面，全谷物酸酸牛奶的評分均高于對照組，其中山藥薏米紅豆全谷物酸牛奶（HP1、HP2）因具有紅豆獨特的滋味，容易被辨認同時受到歡迎，其得分分別為8.70分和8.53分，而白藜麥脫脂酸牛奶（LP1、LP2）因具有白藜麥的滋味，也比較受歡迎，得分分別為8.30分和8.53分；在質構方面，全脂酸牛奶得分最高，為（8.60±0.26）分，脫脂酸牛奶得分最低，為（7.30±0.10）分，而全谷物酸牛奶得分比脫脂酸牛奶高，得分在8.10～8.50分之間，這可能是因為各個樣品的總固形物相同，添加谷物粉的酸牛奶中，谷物粉增加了酸牛奶的疏松和柔軟度，使得酸牛奶在具有較好的凝膠狀態下，質構較為細膩。在總體接受度方面，山藥薏米紅豆脫脂酸牛奶HP1、HP2和白藜麥脫脂酸牛奶LP1、LP2的得分較高，分別為8.51分、8.31分和8.31分、8.35分，比脫脂酸牛奶和全脂酸牛奶都要高，且相互之間沒有顯著性差異（P＞0.05）。可見，這兩組配方和發酵劑在感官風味方面均有優勢。

表4 全谷物脫脂酸牛奶的感官評定結果Table 4 Sensory evaluation results of whole grain skim yoghurt

2.4 保質期內的活菌數

表5 全谷物脂酸酸牛奶在保質期內乳酸菌活菌數變化Table 5 Change of viable count of lactic acid bacteria in whole grain skim yoghurt during the shelf life CFU/g

由表5可知，六組酸牛奶在4 ℃保存，在保質期內（23 d）乳酸菌活菌數均能達到108CFU/g，達到國家標準要求（＞1×106CFU/g）。這表明全谷物粉的添加對酸牛奶保質期內乳酸菌活菌數的影響不大。其中HP1和LP1接種的XPL-1菌種含有腸膜明串珠菌、乳酸乳球菌等益生菌，它既能改善機體腸道環境又能拮抗致病菌，提高機體免疫力。HP2和LP2接種的菌種068含有嗜酸乳桿菌NCFM、乳雙歧桿菌HN019兩種益生菌，其中嗜酸乳桿菌NCFM可以在健康和患病人群腸道中存活，產生抗菌素，緩解消化道不適，減少腹瀉的發生率等，對致病性大腸埃希菌、金黃色葡萄球菌以及炭疽桿菌有明顯的抑菌作用，是小腸中的主要益生菌；而乳雙歧桿菌是大腸中的主要益生菌，具有調節人體腸道菌群平衡，抑制有害菌的繁殖和生長，防止便秘、增強免疫力、預防腫瘤等作用[19-20]。因而全谷物酸牛奶具有一定的益生保健功能。

3 結論

本研究利用藜麥粉、山藥粉、紅豆粉和薏米粉為原料，制備全谷物脫脂酸牛奶，品質優良，相比脫脂酸牛奶對照組，全谷物酸牛奶的感官總體接受性提高（得分＞8.30分），持水力總體明顯上升，柔軟度和細膩度上升。與普通全脂酸牛奶比，全谷物酸牛奶具有脫脂、感官良好（總體可接受性得分＞8.30分）、理化性質良好，并且在保質期內乳酸菌活菌數高，達到108CFU/g以上。此外，該產品含有兩種以上益生菌，具有益生菌相應的保健功能，適宜肥胖人士代餐以及Ⅱ型糖尿病患者食用，有很好的開發應用前景。