宋蓉，譚莎莎，李斌，王凌

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢，430070)

魔芋是我國(guó)一種栽培和食用歷史悠久的特色農(nóng)產(chǎn)品。從魔芋中提取出的魔芋葡甘露聚糖(konjac glucomannan,KGM)屬于全球稀有的膳食纖維，被世界公認(rèn)為純天然健康食品和優(yōu)質(zhì)的食品添加劑。魔芋葡甘露聚糖的降解產(chǎn)物魔芋寡糖(konjac oligosaccharide,KOS)屬于甘露寡糖的一種，也是一種優(yōu)質(zhì)的新型功能性寡糖[1]，是目前開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。已有研究證明魔芋甘露寡糖可作為人體的益生因子，可以促進(jìn)益生菌的增殖[2-3]，調(diào)節(jié)人體腸道菌群結(jié)構(gòu)，起到腸道保健作用[4-7]。

功能性酸奶已逐漸被大眾認(rèn)可，如低聚果糖、低聚木糖、果味酸奶等產(chǎn)品已進(jìn)入消費(fèi)者視線。在發(fā)達(dá)國(guó)家，功能性酸奶種類(lèi)已超過(guò)3 000種，銷(xiāo)售量?jī)H次于鮮牛奶[8]。有學(xué)者將海藻糖應(yīng)用到酸奶加工中制成低糖健康食品，酮類(lèi)物質(zhì)和芳香雜環(huán)類(lèi)物質(zhì)顯著提高[9]；有學(xué)者將抗性糊精應(yīng)用到酸奶加工中制成高纖凝固型酸奶，酸奶持水率高達(dá)100%[10]；有學(xué)者在酸奶中添加低聚糖，在增加乳酸菌數(shù)量、改善酸奶發(fā)酵工藝和酸奶口感風(fēng)味方面都有一定效果[11-12]。低聚糖以酸奶為載體進(jìn)入人體，在促進(jìn)人體腸道健康、預(yù)防心血管疾病等方面十分有利。新型魔芋寡糖酸奶的研制，以及魔芋寡糖對(duì)酸奶品質(zhì)的影響研究少見(jiàn)。本文研究了不同添加量的魔芋寡糖對(duì)酸奶品質(zhì)以及酸奶中乳酸菌增殖和貯藏期間數(shù)量變化的影響，為開(kāi)發(fā)新型功能性酸奶奠定了理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

魔芋寡糖(分子質(zhì)量2 000 Mw左右)，武漢強(qiáng)森魔芋有限公司；酸奶發(fā)酵劑(YO-MIX217，含有保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌和雙歧桿菌)，丹尼斯克(中國(guó))有限公司；鮮牛奶，光明乳業(yè)食品有限公司；白砂糖，金太陽(yáng)添加劑有限公司；商品MRS培養(yǎng)基、莫匹羅星鋰鹽和半胱氨酸鹽酸鹽改良MRS培養(yǎng)基和MC培養(yǎng)基，青島海博生物技術(shù)有限公司；其他試劑均為分析純，國(guó)藥集團(tuán)。

1.2 儀器與設(shè)備

Aranti J-E型高速冷凍離心機(jī)，美國(guó)Beckman Coulter公司；LS-B50L型立式壓力蒸汽滅菌鍋，上海華線核子儀器有限公司；THZ-98A型恒溫培養(yǎng)箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；AR2000ex型流變儀，美國(guó)TA公司；TA.XT.Plus型質(zhì)構(gòu)儀，英國(guó)STABLE公司；BSA124S-CW型分析天平，德國(guó)Sartorius公司；SW-OJ-IFD型超凈工作臺(tái)，蘇州安泰空氣技術(shù)有限公司；GZX-9070MBE型鼓風(fēng)干燥箱，上海滬粵明科學(xué)儀器有限公司。

1.3 工藝流程

鮮牛奶+ 6%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))白砂糖+ 0.6%～1.4%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))魔芋寡糖→加熱至55～ 60 ℃連續(xù)攪拌使添加物溶解，均質(zhì)→ 95 ℃巴氏殺菌5 min →冷卻至42 ℃，接種菌種(1 DCU 對(duì)應(yīng)5 kg牛奶) →灌裝密封→ 42 ℃保溫發(fā)酵培養(yǎng)5 h 至酸乳凝結(jié)，發(fā)酵結(jié)束→將酸奶轉(zhuǎn)移至4 ℃ 冰箱貯藏。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

乳酸菌計(jì)數(shù)：參見(jiàn)國(guó)標(biāo)GB4789.35—2016[13]，每個(gè)梯度3個(gè)平行樣品，取平均值。

酸度測(cè)定：參見(jiàn)國(guó)標(biāo)GB5009.239—2016中酚酞指示劑法[14]，每個(gè)梯度3個(gè)平行樣品，取平均值。

持水率：如公式(1)所示。取10 g (m) 魔芋寡糖酸奶樣品于50 mL 離心管中，記總質(zhì)量m1，設(shè)置溫度4 ℃，3 000 r/min 下離心10 min，輕輕傾斜離心管棄去上清液，待無(wú)液滴殘留后稱(chēng)量總質(zhì)量m2，平行測(cè)3次取平均值[15]。

(1)

酸奶流變學(xué)分析:選用直徑為40 mm的不銹鋼錐板，設(shè)置gap值為0.052 mm。取適量待測(cè)樣品滴于底部平板之上，降下夾具，Smart SwapTM溫度控制系統(tǒng)控制檢測(cè)溫度為酸奶貯藏溫度，精確度為±0.01 ℃。采用穩(wěn)態(tài)掃描模式，測(cè)試溫度4 ℃，剪切速率0.1～100 1/s(表1和圖1)。

酸奶質(zhì)構(gòu)分析：參數(shù)：圓柱形擠壓檢測(cè)探頭(A/BE)，測(cè)試距離30 mm，測(cè)試前速度1 mm/min，測(cè)試速度1 mm/min， 測(cè)試后速度10 mm/min，測(cè)試質(zhì)量5 g。 檢測(cè)指標(biāo)：硬度(firmness)、稠度(consistency)、內(nèi)聚性(cohesiveness)、黏度(index of viscosity)。相應(yīng)質(zhì)地參數(shù)的定義見(jiàn)表1，特征曲線如圖1所示，每個(gè)樣品測(cè)定6次。

表1 酸奶質(zhì)構(gòu)測(cè)試中的主要參數(shù)及其定義Table 1 Parameters and definition about texture analysis of set-plain yogurt

圖1 凝固型酸奶的質(zhì)構(gòu)測(cè)試圖譜Fig.1 The profile of yogurt texture analyzed by texture analyzer

2 結(jié)果與分析

2.1 魔芋寡糖添加量對(duì)貯藏期間酸奶中乳酸菌含量變化的影響

魔芋寡糖酸奶在28 d貯藏期的活菌數(shù)變化情況如圖2～圖4所示，從圖中可以看出，添加了魔芋寡糖的酸奶中3種乳酸菌的活菌數(shù)均隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，大概在一周左右的時(shí)間達(dá)到峰值，隨后呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì)。對(duì)照組酸奶中3種乳酸菌的活菌數(shù)也呈現(xiàn)與魔芋寡糖酸奶相近的變化規(guī)律。但含有魔芋寡糖酸奶3種乳酸菌的活菌數(shù)在貯藏14 d后均顯著高于對(duì)照組(P<0.05)。此結(jié)果和一些研究者的結(jié)論相一致，都表明魔芋寡糖能維持乳酸菌的活菌數(shù)[16]，只是結(jié)果在添加濃度上存在差別，推測(cè)可能與魔芋寡糖品質(zhì)有關(guān)。

圖2和圖3分別為保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌在28 d低溫貯藏條件下的生長(zhǎng)情況。

圖2 魔芋寡糖添加量對(duì)酸奶中保加利亞乳桿菌生長(zhǎng)的影響Fig.2 Effects of KOS content on the growth of L.bulgaricus in yogurt注：0.6%～1.4% KOS代表添加魔芋糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。下同。

圖3 魔芋寡糖添加量對(duì)酸奶中嗜熱鏈球菌生長(zhǎng)的影響Fig.3 Effects of KOS content on the growth of S.thermmophilus in yogurt

嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌的活菌數(shù)較高，保藏28 d后的總菌數(shù)均在108CFU/mL以上，作為酸奶發(fā)酵的兩種常用發(fā)酵菌種搭配，它們之間具有良好的互生作用，因此在酸奶中生長(zhǎng)良好。由圖2、圖3可以看出，添加了魔芋寡糖的酸奶在發(fā)酵結(jié)束后，保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌菌數(shù)都明顯優(yōu)于對(duì)照組，且在貯藏過(guò)程中始終高于對(duì)照組，說(shuō)明在貯藏期間魔芋寡糖維持嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌活菌數(shù)量的效果十分明顯。

圖4顯示雙歧桿菌經(jīng)過(guò)28 d的貯藏后總菌數(shù)相對(duì)較少，由最初的8.5左右降到了7左右，即菌數(shù)大概在107CFU/mL。分析可能是由于其對(duì)氧氣耐受性較差。魔芋寡糖組酸奶中的雙歧桿菌活菌數(shù)整體高于對(duì)照組，呈現(xiàn)趨勢(shì)是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8% KOS組的菌數(shù)最高，超出0.8% KOS的添加量時(shí)雙歧桿菌活菌數(shù)隨添加量增大而降低。

圖4 魔芋寡糖添加量對(duì)酸奶中雙歧桿菌生長(zhǎng)的影響Fig.4 Effects of KOS content on the growth of Bifidobacterium in yogurt

2.2 魔芋寡糖添加量對(duì)酸奶酸度的影響

圖5反映了不同魔芋寡糖含量的酸奶的酸度情況。如圖5所示，酸奶發(fā)酵完成后，魔芋寡糖酸奶的酸度明顯高于對(duì)照組，其中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%的KOS時(shí)，酸奶酸度最大為78°T，KOS質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥1.0% 后，酸度降低，但仍高于對(duì)照組的66°T。酸度不足會(huì)使酸乳的凝膠結(jié)構(gòu)弱化，結(jié)合2.1的結(jié)果來(lái)看，在添加了魔芋寡糖的酸奶中，乳酸菌將乳糖、魔芋寡糖等分解為葡萄糖和半乳糖并進(jìn)一步分解生成乳酸的能力增強(qiáng)，且添加0.8% KOS時(shí)產(chǎn)酸達(dá)到最大。

圖5 魔芋寡糖添加量對(duì)酸奶酸度變化的影響Fig.5 Effects of KOS content on the acidity of yogurt

2.3 魔芋寡糖添加量對(duì)酸奶持水性的影響

持水力是衡量酸奶品質(zhì)的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，持水能力強(qiáng)說(shuō)明酸奶的穩(wěn)定性好[17]。由圖6可知，添加魔芋寡糖的酸奶與對(duì)照組在持水性上有較大的差別。發(fā)酵完成后，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%和1.0% KOS的發(fā)酵酸奶的持水力最高，在82%～85%，說(shuō)明魔芋寡糖的加入使酸奶的凝膠網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)，可能與魔芋寡糖中存在的大量羥基與乳中蛋白的胺基通過(guò)氫鍵交聯(lián)，使凝膠網(wǎng)路更加穩(wěn)定[18]。也有學(xué)者研究表明KGM的添加能減少乳清自發(fā)性分離，可能和酸奶中脂肪有關(guān)[19]。而隨著添加KOS質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，即為1.2%和1.4%時(shí)，持水力明顯降低，酸奶表面出現(xiàn)不平整，分析原因主要是過(guò)量魔芋寡糖的加入破壞了酸奶中原本存在的酪蛋白凝膠三維網(wǎng)絡(luò)，這與后面流變和質(zhì)構(gòu)結(jié)果是一致的。同時(shí)，在對(duì)照組和高含量寡糖組的酸奶中出現(xiàn)了乳清析出，也是凝膠結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的表現(xiàn)。

圖6 魔芋寡糖添加量對(duì)酸奶持水性變化的影響Fig.6 Effects of KOS content on the water holding capacity of yogurt

2.4 魔芋寡糖添加量對(duì)酸奶的TA質(zhì)構(gòu)分析

表2是添加了不同量的魔芋寡糖酸奶在發(fā)酵完成后經(jīng)4 ℃低溫貯藏24 h之后測(cè)得的質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)。綜合來(lái)看，添加了魔芋寡糖之后酸奶的4項(xiàng)指標(biāo)均顯著高于未添加寡糖的對(duì)照組(P<0.05)，說(shuō)明魔芋寡糖的加入使酸奶質(zhì)地得到顯著改善。

表2 魔芋寡糖添加量對(duì)酸奶質(zhì)構(gòu)的影響Table 2 Effects of KOS content on texture of yogurt

注：不同小寫(xiě)字母表示組間差異顯著(P< 0.05)。

魔芋寡糖添加量對(duì)酸奶質(zhì)地的影響具體表現(xiàn)為：硬度指標(biāo)上，當(dāng)添加KOS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)，酸奶硬度值達(dá)到最大，含KOS質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1.0%時(shí)，隨濃度增大，硬度增大，含KOS質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1.0%時(shí)，酸奶硬度顯著下降，但添加量為1.2%和1.4%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))之間無(wú)顯著差異(P>0.05)；稠度即酸奶凝膠強(qiáng)度方面，添加魔芋寡糖使酸奶凝膠強(qiáng)度增強(qiáng)，稠度更大，0.6%KOS添加量時(shí)凝膠強(qiáng)度達(dá)到最大，但隨著魔芋寡糖添加量增多，凝膠強(qiáng)度顯著下降，0.8%、1.0% 兩組間無(wú)顯著差異(P>0.05)，且顯著高于1.2%和1.4%組(P<0.05)。已知凝乳凝膠強(qiáng)度主要與乳中蛋白質(zhì)含量和總固形物含量有關(guān)，魔芋寡糖的加入起到了一定的穩(wěn)定劑作用，魔芋寡糖酸奶的凝膠強(qiáng)度整體優(yōu)于對(duì)照組(P<0.05)，隨著較多魔芋寡糖的加入一定程度上破壞了酪蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)度，表現(xiàn)出較高魔芋寡糖的加入反而使酸奶稠度降低，添加KOS 0.8%、1.0%、1.2%、1.4%組均顯著小于0.6%酸奶組(P<0.05)；內(nèi)聚性、黏度趨勢(shì)與硬度相似，均表現(xiàn)為0.8%～1.0%時(shí)達(dá)到最大值，1.2%、1.4%的添加量使酸奶內(nèi)聚性和黏度明顯下降，但1.2%、1.4%之間無(wú)顯著差異(P>0.05)。說(shuō)明適當(dāng)添加適當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)KOS(0.8%～1.0%)可以改善酸奶質(zhì)構(gòu)，0.8%和1.0% 組酸奶整體質(zhì)構(gòu)品質(zhì)優(yōu)于其他組。

2.5 魔芋寡糖添加量對(duì)酸奶的流變分析

如圖7所示，在0～100 1/s的剪切速率范圍內(nèi)，前期隨著剪切速率的增大，發(fā)酵酸奶的表觀黏度隨之快速下降，之后剪切速率繼續(xù)升高，酸奶的表觀黏度變化趨于平緩并最終趨近于零。

圖7 不同魔芋寡糖濃度酸奶表觀黏度與剪切速率關(guān)系曲線Fig.7 Variation of apparent viscosity with shear rate of different content KOS yogurts

魔芋寡糖加入酸奶中顯著影響了酸奶的流變行為，WANG等曾分析KGM的流變學(xué)行為，證明了在一定范圍內(nèi)，KGM溶液的表觀黏度與濃度成正相關(guān)，且酸度對(duì)其黏度有較大影響[20]，在pH 4.0～7.0，KGM溶液的黏度較高，而魔芋寡糖是魔芋葡甘露聚糖經(jīng)降解得到的一系列葡甘露聚糖的混合物，具有魔芋葡甘露聚糖的性質(zhì)，酸奶中添加一定量魔芋寡糖提高了酸奶的表觀黏度，而當(dāng)添加量較大時(shí)(質(zhì)量分?jǐn)?shù)>1.2%)，酸奶表觀黏度下降，分析原因可能是較高的魔芋寡糖在其中形成團(tuán)簇會(huì)破壞酸奶中酪蛋白網(wǎng)絡(luò)的形成，導(dǎo)致酸奶凝膠結(jié)構(gòu)疏松，酸奶黏度下降。

3 結(jié)論

魔芋寡糖會(huì)對(duì)酸奶乳酸菌含量、酸度、持水率、流變性能和質(zhì)構(gòu)指標(biāo)均產(chǎn)生影響，添加0.8%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))魔芋寡糖的酸奶綜合各項(xiàng)指標(biāo)品質(zhì)最優(yōu)。魔芋寡糖能促進(jìn)乳酸菌的生長(zhǎng)并在貯藏期內(nèi)維持較高的活菌數(shù)；添加之后的酸奶酸度達(dá)到最大值78oT，是消費(fèi)者易于接受的酸度值。魔芋寡糖還能提高酸奶持水力，對(duì)酸奶水分含量影響不大。魔芋寡糖的加入還使酸奶在硬度、稠度、內(nèi)聚性、黏度等整體質(zhì)構(gòu)性能上得到改善，為開(kāi)發(fā)新型功能性酸奶奠定了一些理論基礎(chǔ)。