沙棘多糖對(duì)發(fā)酵乳凝膠特性的影響及沙棘多糖酸奶工藝優(yōu)化

周勇，李偉，彭禛菲，胡旭東，周先林，周建中

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院，烏魯木齊830052；2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，南京210095；3.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院西部農(nóng)業(yè)研究中心，新疆昌吉831100）

0 引 言

酸奶由于營(yíng)養(yǎng)豐富、口感優(yōu)良、易于消化等特點(diǎn)得到消費(fèi)者的普遍認(rèn)可，已經(jīng)成為人們飲食結(jié)構(gòu)中的重要組成部分[1]。工業(yè)化生產(chǎn)的乳制品均采用成本較低品質(zhì)穩(wěn)定的直投式發(fā)酵劑，優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單便于管理，但無(wú)特色同質(zhì)化嚴(yán)重的問(wèn)題也越來(lái)越突出[2]。生產(chǎn)出既有營(yíng)養(yǎng)又有特色的酸奶產(chǎn)品逐漸成為人們的共識(shí)。

酸奶的凝膠特性是指酸奶中的大分子和膠體在一定條件下相互作用，形成內(nèi)部含有大量液體的特殊網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，酸奶的凝膠特性會(huì)影響酸奶的黏度、持水力、拉絲性等一系列指標(biāo)，是評(píng)價(jià)酸奶的一個(gè)重要指標(biāo)。

酸奶的拉絲性，即酸奶從容器或勺子向下傾倒時(shí)形成線狀的能力，屬于酸奶的感官特性，良好的拉絲性不僅能增加酸奶的品質(zhì)也能提高酸奶的口感[3]。酸奶工業(yè)化生產(chǎn)中主要是添加明膠、黃原膠等提高酸奶的拉絲性，但此類(lèi)添加劑不會(huì)被人體吸收營(yíng)養(yǎng)價(jià)值也不高[4]。多糖與人類(lèi)的生活密切相關(guān)，在日常生活中一般作為穩(wěn)定劑、增稠劑等食品添加劑而使用，在所有動(dòng)物和植物體內(nèi)幾乎都有多糖存在。同時(shí)多糖由于生物活性突出，在醫(yī)療上可用于免疫調(diào)節(jié)、抗病毒及抗癌、降血糖、治療、美容、乳化等[5]。有很多研究將銀耳多糖[6]，滑菇多糖[7]，金針菇多糖[8]，人參多糖[9]，松茸多糖[10]等應(yīng)用于酸奶的研制中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不僅能改善酸奶的感官品質(zhì)，還能提升酸奶的品質(zhì)并賦予相應(yīng)多糖的特殊風(fēng)味，因此將活性多糖用于特色酸乳的開(kāi)發(fā)有著巨大的市場(chǎng)潛力。沙棘多糖是沙棘果實(shí)主要活性成分之一，國(guó)內(nèi)對(duì)于沙棘多糖的研究仍處于探索階段，主要在提取工藝和抗氧化方面的研究[11-12]。而關(guān)于沙棘多糖對(duì)發(fā)酵乳品質(zhì)影響的研究未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。

由此，本實(shí)驗(yàn)以沙棘多糖和發(fā)酵乳為研究對(duì)象，考察沙棘多糖對(duì)發(fā)酵乳拉絲性等理化指標(biāo)的影響，為開(kāi)發(fā)一種品質(zhì)優(yōu)良，拉絲特色突出且具有保健作用的新型沙棘多糖酸奶提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

保加利亞乳桿菌（Lactobacillus bulgaricus）、嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus），安琪酵母股份有限公司；沙棘多糖60%，陜西昊遠(yuǎn)生物科技有限公司；天潤(rùn)原味酸奶，西域春純牛奶；蔗糖，市售。

1.2 儀器與設(shè)備

JY5002電子天平，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；BCD-226TX冰箱，青島海爾股份有限公司；PQX-280A-3H人工氣候箱，寧波萊福科技有限公司；SNB-1數(shù)字黏度計(jì)，上海天美天平儀器有限公司；TA.XT plus物性測(cè)試儀，北京微訊超技儀器技術(shù)有限公司；JZ-350色彩色差計(jì)，深圳市金準(zhǔn)儀器設(shè)備有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 沙棘多糖對(duì)成品酸奶拉絲性的影響

取酸奶100 mL，分別加入0%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%的沙棘多糖，充分?jǐn)嚢杈鶆颍?℃冰箱冷藏12 h后測(cè)定酸奶黏度、p H值、酸度、持水力、拉絲性。

1.3.2 沙棘多糖發(fā)酵乳制備

取200 mL的純牛奶經(jīng)65℃預(yù)熱加入8%蔗糖溶解后，分別加入0%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%的沙棘多糖，在90℃的條件下殺菌15 min，待溫度冷卻到40℃，分別接種1‰的保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌復(fù)合菌粉，在42℃的人工氣候箱中恒溫發(fā)酵6 h，發(fā)酵結(jié)束后放入4℃的冰箱中后熟12 h制得沙棘多糖發(fā)酵乳，以添加沙棘多糖比例為0%的樣品組為空白對(duì)照組。每組實(shí)驗(yàn)做3個(gè)平行。

1.4 酸奶理化指標(biāo)測(cè)定

1.4.1 黏度的測(cè)定

用SNB-1數(shù)字黏度計(jì)測(cè)量試樣的黏度，選擇3號(hào)轉(zhuǎn)子，設(shè)置轉(zhuǎn)速12 r/min，每30 s記錄一次數(shù)值，記錄3次，取3次數(shù)值的算術(shù)平均值為最后黏度。

1.4.2 p H值得測(cè)定

用精密pH計(jì)測(cè)定樣品p H值，每組做三次平行。

1.4.3 酸度的測(cè)定

參照GB 5009.239-2016食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品酸度的測(cè)定[13]。

1.4.4 持水力的測(cè)定

參考文獻(xiàn)[14]的方法。

1.4.5 色澤測(cè)定

色差測(cè)定采用文獻(xiàn)[15]的方法，公式如下：

其中，△E*：總色彩的大小；△L*=L*樣品-L*標(biāo)準(zhǔn)；△a*=a*樣品-a*標(biāo)準(zhǔn)；△b*=b*樣品-b*標(biāo)準(zhǔn)；△L+表示偏白，△L-表示偏黑；△a+表示偏紅，△L-表示偏綠；△b+表示偏黃，△L-表示偏藍(lán)。

1.4.6 質(zhì)構(gòu)測(cè)定

參考文獻(xiàn)[16]方法，采用TA.XT Plus物性測(cè)試儀測(cè)試樣品的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)。

1.4.7 酸奶的拉絲性測(cè)定

酸奶拉絲性的測(cè)定參考文獻(xiàn)[17]的方法。

1.5 沙棘多糖發(fā)酵乳的工藝優(yōu)化

1.5.1 工藝流程純牛奶→預(yù)熱→加入適量蔗糖→加入沙棘多糖→巴氏殺菌→冷卻、添加菌種發(fā)酵→冷藏后熟→感官評(píng)價(jià)

1.5.2 沙棘多糖發(fā)酵乳單因素實(shí)驗(yàn)

經(jīng)前期預(yù)實(shí)驗(yàn)，確定起始條件為發(fā)酵時(shí)間6 h，發(fā)酵溫度40℃，菌種接種量1%，沙棘多糖添加量0.15%，蔗糖添加量8%，在此基礎(chǔ)上研究發(fā)酵時(shí)間，發(fā)酵溫度，菌種接種量，沙棘多糖添加量對(duì)酸奶品質(zhì)的影響，具體實(shí)驗(yàn)方案見(jiàn)表1。

表1 單因素水平設(shè)計(jì)

1.5.3 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以發(fā)酵時(shí)間（A）、發(fā)酵溫度（B）、菌種接種量（C）、沙棘多糖添加量（D）4個(gè)因素為考察因素，每個(gè)因素設(shè)置三個(gè)水平，設(shè)計(jì)L9（34）正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，因素水平見(jiàn)表2。

表2 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

1.5.4 感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

參考RHB 103-2004，酸牛乳感官質(zhì)量評(píng)鑒細(xì)則[18]。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Excel和SPSS21.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，所有實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，實(shí)驗(yàn)結(jié)果以±s表示。采用Origin2017軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 沙棘多糖對(duì)成品酸奶理化指標(biāo)及拉絲性的影響

發(fā)酵的酸奶中由于含有蛋白質(zhì)、脂肪和非脂乳固體等固形物從而具有一定的濃稠度和黏性[19]，當(dāng)被傾倒或被其他物體攪拌時(shí)，可表現(xiàn)出黏滯拉絲的效應(yīng)。當(dāng)酸奶從容器或勺子向下傾倒時(shí)，剛開(kāi)始時(shí)酸奶的黏性和內(nèi)聚力小于酸奶的重力，隨著酸奶液下落速度的加快，酸奶絲會(huì)逐漸變長(zhǎng)變細(xì)直至斷掉，不同黏度和內(nèi)聚力的酸奶表現(xiàn)出不一樣的拉絲特性。

表3 沙棘多糖對(duì)成品酸奶理化指標(biāo)的影響

由表3可以看出，沙棘多糖對(duì)成品酸奶的pH值和酸度有一定的影響，隨著沙棘多糖添加量的增加，酸奶的p H值逐漸降低，酸度逐漸升高，這主要是因?yàn)樯臣嗵羌兌炔粔颍渲羞€含有大量的蘋(píng)果酸等有機(jī)酸類(lèi)[20]。沙棘多糖對(duì)成品酸奶黏度、持水力、拉絲性等理化指標(biāo)影響不顯著，隨著沙棘多糖添加量的增加，黏度、持水力、拉絲性等指標(biāo)無(wú)明顯變化。酸奶的黏度和持水力主要受到發(fā)酵過(guò)程中蛋白質(zhì)含量和固形物濃度的影響[21-22]。外加沙棘多糖并不能改變成品酸奶發(fā)酵過(guò)程中的蛋白質(zhì)含量和固形物的濃度，所以不能對(duì)成品酸奶的黏度和持水力產(chǎn)生影響。酸奶的拉絲性與酸奶中存在的胞外多糖含量有關(guān)[23]，而胞外多糖是乳酸菌生長(zhǎng)繁殖非必需的物質(zhì)，是以初級(jí)代謝產(chǎn)物為前體合成的次級(jí)代謝產(chǎn)物[24]，沙棘多糖并未參與成品酸奶乳酸菌的代謝過(guò)程，故對(duì)成品酸奶的拉絲性影響也不顯著。

2.2 沙棘多糖對(duì)酸奶黏度的影響

圖1 沙棘多糖對(duì)酸奶黏度的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。隨著沙棘多糖添加量的增加，酸奶的黏度先升高后降低，當(dāng)沙棘多糖添加量為0.15%時(shí)酸奶的黏度最高，為8.47 Pa·s，隨著沙棘多糖添加量的繼續(xù)增加，酸奶的黏度逐漸降低直至低于對(duì)照組。根據(jù)Vivian等人[25]的研究結(jié)果，酸奶中的多糖對(duì)胞外多糖的產(chǎn)生有促進(jìn)作用，而EPS能與酸奶中的蛋白質(zhì)形成蛋白凝膠，優(yōu)化和改善酸奶的組織狀態(tài)，提升酸奶的品質(zhì)[26]；然而當(dāng)多糖的濃度逐漸提高后，過(guò)量的沙棘多糖會(huì)對(duì)酪蛋白蛋白凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成產(chǎn)生一定的抑制作用，破壞其網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使其松散，從而降低酸奶的黏度[27]。

2.3 沙棘多糖對(duì)酸奶p H值和酸度的影響

圖2 沙棘多糖對(duì)酸奶pH值的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2和圖3所示，隨著沙棘多糖添加量的增加，酸奶的p H值呈現(xiàn)線性降低趨勢(shì)，且實(shí)驗(yàn)組的p H值均明顯低于對(duì)照組（P＜0.05）。酸奶的p H值降低主要是因?yàn)槿樗峋诎l(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸不斷積累增多引起的[28]，并且多糖的添加會(huì)促進(jìn)酸奶中乳酸菌的發(fā)酵，加速有機(jī)酸的積累[29]，較低的p H值會(huì)抑制酸奶中有害病菌和其他雜菌的生長(zhǎng)，延緩酸奶的變質(zhì)，適當(dāng)降低酸奶的p H值，可以改善酸奶的組織狀態(tài)和風(fēng)味，提高酸奶貯藏安全性。

圖3 沙棘多糖對(duì)酸奶酸度的影響

由圖3可知，隨著沙棘多糖添加量的增加，酸奶酸度逐漸增加。且不同沙棘多糖添加量的酸奶的酸度均顯著高于對(duì)照組（P＜0.05）。酸奶的酸度與p H值有對(duì)應(yīng)關(guān)系，p H值越低酸度越高，pH越高表明酸度越低[30]。同時(shí)沙棘多糖純度不夠，含有一定量的沙棘果實(shí)成分，沙棘果實(shí)中不僅含有油酸、亞麻油酸等脂肪酸還含有抗壞血酸等天然有機(jī)酸，沙棘果實(shí)的酸度超過(guò)大多數(shù)水果，純沙棘果汁的酸度比純橙汁還要酸10多倍[31]。沙棘多糖中含有的脂肪酸和有機(jī)酸，也會(huì)對(duì)酸奶酸度產(chǎn)生影響。

2.4 沙棘多糖對(duì)酸奶持水力的影響

圖4 沙棘多糖對(duì)酸奶持水力的影響

不同沙棘多糖添加量對(duì)酸奶持水力的影響見(jiàn)圖4，隨著沙棘多糖添加量的增加，酸奶的持水力呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，當(dāng)沙棘多糖添加量為0.15%時(shí)，酸奶的持水力達(dá)到最高，為70.5%，當(dāng)添加量繼續(xù)增加，酸奶的持水力降低至與空白組差異不顯著（P＜0.05），直至持水力低于空白組。Saskia等人[32]的研究表明多糖可以引起酸奶中蛋白質(zhì)構(gòu)象改變，形成蛋白凝膠，增加酸奶的凝固性。另外，多糖與蛋白質(zhì)之間會(huì)形成氫鍵，強(qiáng)化蛋白質(zhì)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，防止乳清析出[6]。但是當(dāng)多糖濃度過(guò)高時(shí)，凝膠的微觀結(jié)構(gòu)遭到破壞，同時(shí)乳清蛋白凝膠的模量會(huì)顯著的降低，導(dǎo)致乳清析出[33]。

2.5 沙棘多糖對(duì)酸奶色澤的影響

色澤是酸奶品質(zhì)評(píng)價(jià)的一個(gè)重要指標(biāo)，L*、a*和b*值分別表示樣品從亮到暗、從綠變紅以及從藍(lán)變黃的過(guò)程[34]。不同沙棘多糖添加量對(duì)酸奶色澤的影響見(jiàn)表4。由表4可知，隨著沙棘多糖添加量的增加，實(shí)驗(yàn)組的L*值與對(duì)照組相比逐漸降低，而a*值和b*值卻逐漸升高，△E*值也呈明顯的上升趨勢(shì)。這主要是因?yàn)樯臣嗵潜旧砭哂凶攸S色色澤，提取的沙棘多糖當(dāng)中含有一定量的色素雜質(zhì)，隨著添加量的增加，酸奶中的色素逐漸富集，從量變到質(zhì)變，最后導(dǎo)致酸奶顏色逐漸變暗，并賦予酸奶棕黃色的色澤。

表4 沙棘多糖對(duì)酸奶色澤的影響

2.6 沙棘多糖對(duì)酸奶質(zhì)構(gòu)的影響

不同沙棘多糖添加量對(duì)酸奶質(zhì)構(gòu)的影響見(jiàn)表5。由表5可知，隨著沙棘多糖添加量的增加，酸奶的硬度、黏性、膠著性、內(nèi)聚性、拉絲性呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，當(dāng)沙棘多糖的添加量為0.15%時(shí)，酸奶的硬度、黏性、膠著性、內(nèi)聚性、拉絲長(zhǎng)度均達(dá)到最大值，分別為60.42 g、154.89 g、39.79 g，0.69 g·s、17.65 mm，當(dāng)沙棘多糖添加量達(dá)到0.25%后，其硬度、黏性、膠著性和拉絲長(zhǎng)度均呈現(xiàn)顯著下降（P＜0.05）。隨著沙棘多糖添加量的增加，酸奶的彈性變化不顯著，各組數(shù)據(jù)沒(méi)有明顯差異，說(shuō)明沙棘多糖不能對(duì)酸奶的彈性產(chǎn)生明顯影響。

適量沙棘多糖的添加會(huì)引起硬度、黏性、膠著性、內(nèi)聚性、拉絲性的升高，可能是由于沙棘多糖會(huì)促進(jìn)酸奶中胞外多糖的產(chǎn)生，胞外多糖與酸奶中酪蛋白相互作用，促進(jìn)了酪蛋白的相互聚集，提高了酸奶的黏性和膠著性[27]。且多糖自身在發(fā)酵過(guò)程中也會(huì)與蛋白質(zhì)相互作用形成緊密的結(jié)構(gòu)，提高酸奶的硬度、黏性、膠著性、內(nèi)聚性，賦予酸奶更好的口感[35]。

酸奶的拉絲性主要受到酸奶中胞外多糖含量的影響[36]，胞外多糖會(huì)增加酸奶的持水力，增強(qiáng)酸奶的凝膠結(jié)構(gòu)，提升酸奶的黏度和拉絲性[37]。金婷[38]測(cè)定了沙棘多糖由阿拉伯糖、半乳糖等組成，分子量約為10萬(wàn)與李儀琳[39]測(cè)定的乳酸菌胞外多糖在結(jié)構(gòu)和分子量上接近，可能沙棘多糖會(huì)模擬胞外多糖對(duì)酸奶的黏度和拉絲性產(chǎn)生影響。當(dāng)沙棘多糖含量過(guò)高時(shí)，會(huì)改變酸奶中蛋白凝膠的微觀結(jié)構(gòu)，從而降低其品質(zhì)和拉絲性。

表5 酸奶的質(zhì)構(gòu)特性

2.7 沙棘多糖酸奶工藝優(yōu)化

2.7.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖5 不同因素對(duì)沙棘多糖酸奶感官評(píng)分的影響

由圖5（a）可知隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，酸奶的感官評(píng)分呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢(shì)，在發(fā)酵時(shí)間7 h時(shí)酸奶的感官評(píng)分最高，時(shí)間低于7 h酸奶發(fā)酵不完全，時(shí)間高于7 h，酸奶因?yàn)榘l(fā)酵過(guò)度，品質(zhì)也不太理想；由圖5（b）可知，溫度對(duì)酸奶感官評(píng)分有明顯影響，42℃最適合酸奶發(fā)酵，溫度過(guò)低或者過(guò)高都會(huì)影響酸奶中乳酸菌的生長(zhǎng)速率；由圖5（c）可知，當(dāng)接種量為0.10%時(shí)酸奶的品質(zhì)最好，當(dāng)接種量過(guò)低時(shí)，制成的酸奶品質(zhì)很差，當(dāng)接種量高于0.14%時(shí)酸奶的感官評(píng)分也有明顯下降。由圖5（d）可知，沙棘多糖對(duì)酸奶感官的影響主要在黏度和拉絲性上，當(dāng)沙棘多糖添加量為0.15%時(shí)，酸奶的拉絲性最好，此時(shí)的感官評(píng)分也最高，隨著沙棘多糖添加量的增加，酸奶的感官評(píng)分略微下降。

2.7.2 工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表6 正交試驗(yàn)結(jié)果

由表6可知，正交試驗(yàn)結(jié)果最優(yōu)組合為2號(hào)（A1B2C2D2），感官評(píng)分為84.6分，各因素對(duì)沙棘多糖酸奶感官評(píng)分的影響主次順序?yàn)镃（接種量）＞B（發(fā)酵溫度）＞A（發(fā)酵時(shí)間）＞D（沙棘多糖添加量），最優(yōu)工藝的水平組合為A3B2C2D2。對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，感官評(píng)分為97.6分，優(yōu)于正交試驗(yàn)6號(hào)。因此選擇A3B2C2D2作為沙棘多糖酸奶的最佳工藝，即發(fā)酵時(shí)間7 h、發(fā)酵溫度42℃、接種量0.1%、沙棘多糖添加量0.15%。

3 結(jié) 論

添加沙棘多糖到成品酸奶中可以改變酸奶的p H值和酸度，但是不能對(duì)成品酸奶黏度、持水力、拉絲性等凝膠特性產(chǎn)生顯著影響，沙棘多糖可以提高發(fā)酵乳的黏度、酸度、持水力、拉絲性以及改善發(fā)酵乳的色澤和質(zhì)構(gòu)特性，當(dāng)沙棘多糖添加量為0.15%時(shí)，其硬度、黏性、膠著性、內(nèi)聚性、拉絲長(zhǎng)度達(dá)到最大。在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，運(yùn)用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)沙棘多糖酸奶的工藝進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果表明沙棘多糖酸奶的最佳工藝條件為，發(fā)酵時(shí)間7 h，發(fā)酵溫度42℃，菌種接種量0.1%，沙棘多糖添加量0.15%。添加沙棘多糖可有效改善酸奶的凝膠特性等理化指標(biāo)，提高酸奶的品質(zhì)。