富硒酸奶的研究現狀

巨家升，焦璐，周連玉*

（1.青海師范大學生命科學學院，青海 西寧 810008；2.青海省青藏高原藥用動植物資源重點實驗室，青海 西寧 810008；3.青海省青藏高原生物多樣性形成機制與綜合利用重點實驗室，青海 西寧 810008；4.高原科學與可持續發展研究院，青海 西寧 810008）

硒是人體所必需的微量元素之一，具有抗氧化、抗癌、抗菌、增強免疫力等多重作用[1-2]。研究表明，人體的克山病、大骨節病、癌癥、心血管病、糖尿病、機體免疫力減弱和衰老等40余種疾病均與缺硒有關[3-4]。硒的化學形態有無機態和有機態兩種形式存在，無機態一般是指亞硒酸鈉和硒酸鈉，有機態以硒蛋白質（功能蛋白質及酶類）、硒多糖、硒核酸等形式存在。但是，無機硒的毒性很強，吸收率又低；而有機硒安全性高，易被人體吸收利用，因此補充有機硒可以作為一種安全有效的補硒手段。

許多生物能將無機硒轉換為有機硒。研究表明，在培養體系中加入無機硒，微生物可以將其轉化為有機硒從而利于人體吸收[5]。許多乳酸菌具有富集硒和轉化硒形態的能力[6]，其獨特的益生性被廣泛應用于食品工業。牛奶經乳酸菌發酵后形成的酸奶價格適中、口感清新，同時具備調節腸道菌群、促進腸胃蠕動、降低膽固醇的吸收、提高機體免疫力、適合乳糖不耐受人群飲用等特點。近年來，人們越來越注重身體健康，但市場上現有的乳制品中硒含量較低（0.005 5 μg/g），明顯低于生理需求量（40 μg/日）和膳食硒適宜量（50 μg/日）[7]。在牛乳或羊乳中不添加或添加硒化物作為乳酸菌生長的基質上，接入富硒發酵劑或發酵劑進行發酵培養，通過優化發酵工藝條件制備成富硒酸奶，該酸奶具有優良的理化特性和功能特性[8]。

1 富硒酸奶發酵條件

牛奶經乳酸菌發酵后形成的酸奶既有獨特風味，又有豐富的營養價值與保健作用，深受廣大消費者青睞。酸奶品質受原料、添加劑、發酵劑（菌株種類）、發酵溫度及時間、貯藏等多種因素的影響。

1.1 添加劑生產原料、添加劑成品對酸奶品質的影響

亞硒酸鈉作為硒源可應用于藥品、食品等行業。張蓉等[8]在 10%脫脂復原乳中分別添加 40、50、60、70、80 μg/kg亞硒酸鈉，接入富硒青春雙歧桿菌和干酪乳桿菌發酵劑研制成酸奶，發現酸奶的感官總分變化趨勢為先略微上升再迅速下降，當亞硒酸鈉添加量大于70 μg/kg時酸奶顏色微黃、口感發澀，可滴定酸度變化不明顯；結合酸奶中硒含量，確定亞硒酸鈉適宜的添加量為60 μg/kg。在牛奶中加入無機硒，再通過乳酸菌發酵研制出的富硒酸奶可能存在微毒的單質硒。

為了避免單質硒引起的危害，一些研究者采用生物轉化原理，如植物、酵母菌、食用菌，將無機硒轉化為有機硒，制成硒粉后添加到奶液中，再利用乳酸菌發酵制成具有保健功能的新型酸奶[9-11]。湯慶莉等[9]按照1∶5的體積比混合富硒銀杏葉和富硒玉米須的提取液，并制得富硒粉（總硒含量0.107 mg/L），將富硒粉以0.25、0.50、0.75、1.00、1.25、1.50 g/mL 為添加梯度發酵酸奶，試驗結果發現富硒粉添加量＞0.25 g/mL時，酸奶發酵不正常，酸奶表現為淡黃、無凝乳、有乳清析出、酸味不正等現象。接著降低富硒粉添加量（0.05、0.10、0.15、0.20、0.25 g/mL），以口感和酸度為指標確定酸奶中富硒粉適宜添加量為0.10 g/mL～1.15 g/mL。曾鈺鵬等[10]使用12菌型酸奶發酵劑發酵含有15%辣木葉提取液的牛乳時，通過感官評分和持水度評定富硒酵母添加量為 0.02%、0.03%、0.04%、0.05%、0.06%對酸奶的影響。富硒酵母添加量在0.02%～0.06%時持水度保持在62%～65%，酸奶的感官評分呈先上升后下降的趨勢。當富硒酵母的添加量在0.04%時，感官評分最高達到了83.4。此研究說明富硒酵母的添加量對酸奶的組織狀態影響較小，對感官品質影響較大。總體上，含硒物質種類、濃度對酸奶的酸度、感官品質影響較大，在持水度方面影響較小。

1.2 發酵劑（菌株種類）和接種量對酸奶品質的影響

一些研究者通過對保加利亞桿菌（Lactobacillus bulgaria）、嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus）、雙歧桿菌（Bifidobacterium longum）、嗜酸乳桿菌（Lactobacillus acidophilus）等乳酸菌進行富硒發酵培養，開發富硒酸奶[12-15]。乳酸菌代謝產生乳酸的途徑有同型乳酸發酵和異型乳酸發酵，不同菌種代謝產生乳酸及其他物質存在差異。而接種量的多少，會影響乳酸菌的繁殖速度，進而對酸奶的感官品質產生影響。在辣木富硒低糖酸奶中分別接入0.08%、0.10%、0.12%、0.16%的12菌型酸奶發酵劑，持水度隨接種量上升變化幅度較小（70%～72%），當接種量為0.10%時酸奶的感官評分和持水度均達到最大值，分別為85.2分和72%[10]。結合單因素和Box-Behnken試驗設計優化出青春雙歧桿菌和干酪乳桿菌富硒發酵劑，選擇1.5%～7.5%接種量接入牛奶發酵成酸奶，接種量為1.5%～4.5%時酸奶感官評分隨著接種量增加而增加，而4.5%～7.5%接種量時感官評分隨其增加呈下降趨勢；接種量為1.5%～7.5%時，酸度隨著接種量的增加而呈上升趨勢，為保證酸奶口味酸甜合適最終確定接種量為4.5%[8]。

1.3 發酵溫度和時間對酸奶品質的影響

乳酸菌的生長和代謝受營養物質、溫度、pH值等因素的影響。孫林超[12]使用富硒粉利用保加利亞乳桿菌與嗜熱鏈球菌制作富硒酸奶，分別在36、38、40、42、44℃進行發酵，通過感官評分以及酸奶的酸度對其品質進行評價。結果顯示在40℃下發酵的酸奶酸度適宜，組織狀態良好，綜合評價好，風味與一般酸奶無異。曾鈺鵬等[10]使用 12 菌型酸奶發酵劑在 39、42、45、48、51℃發酵辣木富硒低糖酸奶，發現51℃時酸奶發酵不成功，其他溫度均發酵成功。當溫度為42℃時，酸奶感官評分與持水度最高；當溫度小于或大于42℃時，持水度和感官評分持續下降，可見合適的發酵溫度有利于形成良好品質的酸奶。

酸奶發酵時間與乳酸菌生長速度的快慢有關。張蓉等[8]通過單因素試驗結果發現，富硒酸奶發酵時間為5 h～7 h時，酸奶的感官總分呈增加趨勢，而后下降。富硒酸奶的酸度隨著發酵時間的延長而增加，在發酵時間為7 h感官總分最大，為8.0，此時的酸度為76.7°T。原因是在發酵過程中乳酸菌的生長在逐漸加快，在一定時期內達到了指數生長期，致使酸奶的酸度上升明顯。

Alzate等[16]以富硒菌體作為發酵劑，設定酸奶發酵時間分為12、24 h和36 h，溫度為37℃～42℃，研究結果顯示發酵時間為12 h時硒的含量最高，發酵溫度為40℃時酸奶的組織狀態最佳，口感與風味純正。結合這些學者的研究可以發現發酵溫度、發酵時間可能還與不同的菌種有關。

1.4 多因素對富硒酸奶品質的影響

諸多培養條件如硒濃度、培養溫度、發酵時間、接種量和混合菌比例等都影響著酸奶的品質，各因素之間存在著相互作用。黃高明[14]采用三因素三水平正交試驗優化了富硒酸奶的制作工藝，研究培養溫度、富硒發酵劑接種量和加糖量對酸奶感官評分的影響。結果表明影響富硒酸奶品質的主次因素為培養溫度＞接種量＞加糖量，最佳工藝條件為溫度42℃、富硒發酵劑接種量7%、加糖量6%。并經方差分析發現培養溫度顯著影響酸奶的品質，接種量或加糖量對酸奶品質無明顯作用。賈建波[17]選擇L16（45）正交水平試驗優化富硒酸奶發酵條件，以酸度為評價指標得出最佳發酵條件：硒粉添加量為0.075%、蔗糖添加量為7%、羧甲基纖維素鈉使用量為0.20%、接種量為5%、發酵時間為3.5 h，在此條件下酸奶酸度最佳，組織狀態良好，有機硒含量為43.55 μg/100 g。張蓉等[8]在單因素試驗基礎上，利用中心組合設計優化得到富硒酸奶的最優發酵條件：奶粉12%，蔗糖5%，低聚異麥芽糖1%，亞硒酸鈉61.8 μg/kg，酪蛋白酸鈉1.4%，接種量為4.5%，發酵溫度為40℃，發酵時間為7 h。通過最優條件進行驗證試驗得到的富硒酸奶凝乳完全，呈乳白色，具有酸奶固有口味和香味，酸甜合適、組織均勻、無乳清析出，感官總分為9.1，有機硒質量比為29.2 μg/kg。此外，謝海軍等[18]采用氫氧化鈉法提取富硒平菇中的硒蛋白，以感官評價為指標，正交設計優化出硒蛋白酸奶發酵條件：硒蛋白添加量為4%、接種量為3%、蔗糖添加量為8%、發酵時間為6 h；研究還發現硒蛋白的添加量對感官評分的影響最大，其次為接種量，發酵時間及蔗糖添加量對其影響最小。

2 富硒酸奶的特性

牛奶中硒化合物及含量影響著乳酸菌的生長代謝，導致酸奶的一些理化性質發生變化；而乳酸菌可以將無機硒轉化為不同形態的有機硒，增加酸奶中硒蛋白、硒代氨基酸、單質硒（納米硒）等物質含量。

2.1 富硒酸奶的理化性質

酸奶的理化性質包括持水力、酸度、黏度、營養成分等指標。湯慶莉等[9]利用富硒玉米須和銀杏葉制成的富硒粉并添加到牛奶中（0.1 g/mL牛奶），發酵得到富硒酸奶的水分、蛋白質、脂肪、酸度、硒含量分別為83.5%、4.6%、3.1%、0.63%～0.99%、0.107 mg/L，這些指標均符合國家標準。黃高明[14]通過在牛乳中添加亞硒酸鈉制得發酵劑，利用富硒發酵劑發酵的富硒酸奶，其脂肪、蛋白質、非脂乳固體、硒含量及酸度依次為3.2%、3.1%、8.4%、0.475 μg/mL、91°T，這 5項指標均大于國家標準。使用富硒混合乳酸菌菌體與適量的復原乳獲得發酵劑，劉冬等[19]用其發酵的富硒酸奶的脂肪、非脂乳固體、蛋白質、有機硒含量、酸度分別為（3.6±0.4）%、（8.6±0.3）%、（3.2±0.2）%、（17±4.5）μg/kg、（80±3）°T，富硒酸奶理化指標均符合文獻[20]的相關規定。通過以上不同富硒酸奶的理化指標可見，相同指標存在差異，原因可能與發酵中所使用的乳酸菌菌種、富硒原料、發酵時間、發酵溫度等因素有關，對辣木富硒低糖酸奶和普通酸奶理化特性進行比較分析，曾鈺鵬等[10]發現辣木富硒低糖酸奶酸度、持水力、黏度、蛋白質以及硒含量均高于普通酸奶。黃高明[14]研制的富硒酸奶各項理化指標與普通酸奶均無差別，而有機硒達到了0.481 5 μg/mL，是普通酸奶的硒含量的約480倍。可見富硒酸奶的各項理化指標并不一定優于普通酸奶，但其含有的有機硒含量要遠高于普通酸奶。

在不同的儲藏條件下富硒酸奶和普通酸奶理化指標會發生不同程度的變化[18，21-22]。謝海軍等[18]研究發現用硒蛋白制得的富硒酸奶和普通酸奶在冷藏9 d期間，隨著時間的延長保水性、黏度都呈下降趨勢；兩種酸奶的乳酸菌數量、酸度都呈增加趨勢。在冷藏5 d后普通酸奶的黏度顯著低于富硒酸奶（P＜0.05），冷藏7 d后普通酸奶的乳酸菌數顯著高于富硒酸奶（P＜0.05），整個冷藏過程中富硒酸奶的保水性都顯著高于普通酸奶（P＜0.05）。宋玉卿等[22]使用含有亞硒酸鈉的MRS液體培養基培養獲得富硒乳酸菌并將其與牛乳混合制得發酵劑，發酵的富硒酸奶在4℃貯藏21 d期間內，隨貯藏時間的延長持水率呈下降趨勢；酸度、黏度均呈上升趨勢；儲存期內有機硒的含量達27.7 μg/kg。貯藏過程中持水率在前7 d內持續下降，黏度在9 d時達到最大值，酸度在第21天達到最大值，為97.4°T。張蓉等[8]使用固態富硒酸奶發酵劑制得富硒酸奶，在4℃儲藏25 d，發現隨儲藏時間的延長水收縮值、酸度均呈上升趨勢；活菌數、蛋白質、脂肪、非脂乳固體都呈下降趨勢；有機硒含量為 29.8 μg/kg～30.1 μg/kg。富硒酸奶儲藏25 d時，蛋白質、脂肪、脫水收縮值和非脂乳固體等理化指標仍符合相關規定，且活菌數達到2.88×107CFU/mL，遠高于乳制品規定的乳酸菌數（≥1×106CFU/mL）。這些研究發現富硒酸奶在低溫貯藏過程中保水率呈下降趨勢、黏度呈上升趨勢，可能是乳酸菌代謝的胞外多糖增加了酸奶的黏度[23-24]，而黏度的增加有利于提高其保水性，因此保水性較普通酸奶更高。酸度呈上升趨勢與普通酸奶差異不顯著，可見硒的添加會影響酸奶的部分性質。富硒酸奶中存在穩定的有機硒，硒含量遠高于普通酸奶，達到了為機體補硒的目的。其他各項理化指標及活菌數雖有下降，但都符合GB19302—2010《食品安全國家標準發酵乳》[20]相關規定。

2.2 富硒酸奶中硒的形態

鑒于硒元素與硫元素的化學性質相似，無機硒經生物體的硫代謝途徑轉變為有機硒。乳酸菌能將無機硒轉化形成納米硒或者有機態硒。而對酸奶中硒代謝的研究報道并不多見，富硒酸奶中硒的存在方式主要為有機硒以及部分單質硒。張蓉等[8]通過截留透析的方法去除酸奶中的無機硒，根據GB 5009.93—2017《食品安全國家標準食品中硒的測定》，選用3，3-二氨基聯苯胺法測定酸奶中的有機硒含量為 29.8 μg/kg～30.1 μg/kg。

硒濃度影響著酸奶中硒形態和含量，經掃描電鏡鑒定硒濃度超過5 μg/g的酸奶中聚集硒納米顆粒；而在亞硒酸鈉濃度低于2 μg/g時，通過高效液相色譜-電感耦合等離子體質譜法（high performance liquid chromatography-Inductively coupled plasma mass spectrometry，HPLC-ICP-MS）檢測發現乳酸菌可將亞硒酸鈉或硒酸鈉轉化為硒代胱氨酸和甲基硒代半胱氨酸，且兩者含量隨著硒濃度和發酵時間而變化；然而在對照和加硒條件下經乳酸菌代謝后硒代蛋氨酸含量基本上沒有變化[16]。通過模擬人體消化系統，硒濃度1 μg/g～5 μg/g 的酸奶在小腸階段的硒生物可給性（74%～76%）明顯高于在胃階段的硒生物可給性（55%～63%）（P＜0.05）；添加硒濃度 2 μg/g的酸奶在胃消化階段釋放出180 ng/g未確定的硒化合物和152 ng/g硒代胱氨酸，而在小腸消化階段釋放出未確定的硒化合物、硒代胱氨酸、甲基硒代半胱氨酸含量依次為111、134、255 ng/g[25]。

3 富硒酸奶的生物活性

普通酸奶具有抗氧化、抗菌等活性，通過乳酸菌對牛奶基質中硒化合物的轉化形成的富硒酸奶，更加具有特殊的生物活性。

3.1 抗氧化活性

谷胱甘肽過氧化物酶是由硒蛋白構成的硒酶，硒位于酶的活性中心，具有抗氧化能力，可催化過氧化氫的還原、減少活性氧產生，可與自由基相互抵消保護機體的蛋白質、DNA、染色體結構和功能不受氧化作用影響[26]。曾鈺鵬等[10]分別測定辣木富硒低糖酸奶與兩種市售酸奶的總抗氧化能力為5.43、3.45、3.70 U/mL。鄭文瑋等[27]，使用松針提取液、富硒酵母、全脂乳粉發酵的松針富硒酸乳的總抗氧化能力為22.57 U/mL，與5種市售酸奶的抗氧化能力（2.47、2.87、3.45、4.77、5.30 U/mL）相比，該酸乳抗氧化能力為市售酸奶的4倍～10倍。由此可見，富硒酸奶的抗氧化能力高于普通酸奶[28]，可能與酸奶中硒含量和硒價態有關。

3.2 解毒活性

富硒酸奶在抗病毒方面有顯著的作用，尤其是對黃曲霉毒素的抵抗能力。Alsuhaibani等[29]研究發現，大鼠在感染黃曲霉毒后肝腎功能會產生嚴重的功能障礙和組織變化，致其體重下降，與文獻研究一致[30]。繼而以健康大鼠為陰性組，以被黃曲霉毒素感染的大鼠作為陽性組。陽性組在喂食富硒酸奶后，血紅蛋白由（109.9±12.5）g/L 升至（124.5±13.4）g/L；紅細胞壓積由（27.53±2.60）%升至（33.98±4.08）%；血糖由（8.28±0.58）mmol/L 下降至（5.81±0.74）mmol/L，3 項指標與體重均恢復至正常范圍，與喂食前的陽性對照有顯著差異（P＜0.05）；說明富硒強化酸奶對肝臟功能的恢復有著顯著作用。同時對大鼠腎臟進行了組織病理學觀察，結果發現陽性組的腎臟出現了炎癥和腎小球周圍細胞纖維狀異常增殖；而喂食了富硒酸奶的大鼠腎臟則與陰性組的健康腎臟組織相同，說明富硒酸奶能恢復大鼠腎臟功能和維持腎臟的正常組織結構，有效地降解了黃曲霉毒素。

4 展望

以牛乳、硒化物等為基質，經乳酸菌發酵后形成的富硒酸奶，具有良好的理化特性、多種營養價值以及功能特性。而富硒酸奶的理化特性與硒化物、乳酸菌、接種量、發酵時間、發酵溫度等多種因素有關。一些乳酸菌在含有亞硒酸鈉的MRS培養基中生長時，可以代謝產生硒多糖、硒核酸、納米硒、硒代氨基酸等物質。而乳酸菌在含亞硒酸鈉的牛乳基質中代謝產生的有機硒種類和含量，與硒代謝途徑中亞硫酸還原酶、硒磷酸化物合成酶、高半胱氨酸甲基轉移酶、S-腺苷甲硫氨酸合成酶、S-腺苷甲硫氨酸甲基轉移酶、半胱氨酸合酶活性、谷胱甘肽還原酶、超氧化物歧化酶和硒代半胱氨酸裂解酶等酶活性有關。采用聚合酶鏈式反應擴增技術研究硒代謝關鍵基因GshR/gor、Scl、SelA、SelD的數量，以此來評價不同乳酸菌的富硒與轉化硒能力，或者分析酸奶形成過程中關鍵基因表達的差異。