低乳糖酸奶與普通酸奶的特性分析

徐愛才，馬成杰，華寶珍，杜昭平，徐志平，劉 軍

(1.光明乳業股份有限公司技術研究中心華中研究所，湖北武漢430040;2.武漢工業學院生物與制藥工程學院，湖北武漢430023)

乳與乳制品是營養成分十分豐富的天然食品，是人類不可或缺的一類營養品。人剛出生時，腸道內乳糖酶活性最高，可以有效的降解乳及乳制品中的乳糖，但隨著人的生長發育，體內乳糖酶活性呈規律性衰減，導致許多青少年、成年人和老年人存在著不同程度的乳糖不耐癥，從而影響了人們對乳制品的正常攝入［1-4］。酸奶是牛乳經乳酸菌發酵后的一種乳制品，其牛乳中所含的乳糖在乳酸菌發酵后能降解約30%～40%［5］，雖能一定程度上緩解乳糖不耐癥，但對那些乳糖不耐癥狀嚴重的患者，尤其是老年人來說普通酸奶仍無法滿足他們的需求，因此必須開發出低乳糖甚者無乳糖乳制品來滿足市場的需求［6］。乳糖經乳糖酶分解后生成葡萄糖和半乳糖，不僅能有效解決乳糖不耐受的問題，同時賦予了牛乳更高的甜味，因此利用乳糖酶水解乳糖為低乳糖乳制品的開發提供了一種途徑。鑒于此，本研究利用乳糖酶對牛乳中的乳糖進行酶解，并比較酶解前后乳酸菌的發酵曲線，發酵乳在貯藏過程中后酸化速度、黏度、活菌數量及主要風味物質含量的變化，以期為低乳糖酸奶的開發提供一定的技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鮮牛乳 武漢光明乳品有限公司;發酵劑 丹麥DANISCO 公司;中性乳糖酶 哈爾濱華美生物技術股份有限公司;乳糖/半乳糖試劑盒 Boehringer Mannheim 公司;MRS Merck 公司 其它均為國產分析純。

Brookfield Dv-1 VISCOM ETER 黏度儀 德國Marimex 公司;紫外可見分光光度計 日本島津UV-1800;臺式冷凍大容量高速離心機 德國eppendorf 公司;Cinac 發酵素酸化監控系統 法國ALLIANCE 公司;數顯pH 計 瑞士梅特勒托利多公司;超凈工作臺 上海科學儀器廠;MIR-253 生化培養箱 日本SANYO 公司;SA-300VF 滅菌鍋 德國Sturdy Industrial 公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 酸奶工藝流程 低乳糖酸奶工藝流程:鮮牛乳→預熱(65～70℃) →加8%蔗糖→均質(140～160MPa) →殺菌(95℃，5min) →冷卻(37～39℃) →酶解( 水解率70%) →滅酶(65℃，15min) →冷卻至(42℃) 接入發酵劑發酵10h 后結束發酵。

普通酸奶工藝流程:鮮牛乳→預熱(65～70℃) →加8%蔗糖→均質( 140～160MPa) →殺菌( 95℃，5min) →冷卻(42℃) 接入發酵劑發酵10h 后結束發酵。

1.2.2乳糖水解率的測定 采用 Boehringer Mannheim 乳糖/半乳糖試劑盒測定乳糖的水解率，其中:水解率(%)=(1-水解后酸奶中的乳糖含量/水解前牛乳中的乳糖含量)×100%。

1.2.3 牛乳發酵過程中pH 的測定 采用Cinac 發酵素酸化監控系統對牛乳發酵過程中pH 的變化進行監測。

1.2.4 發酵乳酸度的測定 發酵乳的酸度以酚酞為指示劑，用0.1000mol/L 的NaOH 標準溶液滴定。滴定酸度以吉爾涅爾度(°T)表示，即每100mL 樣品消耗NaOH 溶液的體積，每個實驗重復3 次，取平均值［7］。

1.2.5 發酵乳黏度的測定 將發酵乳樣品調溫至20～22℃，采用Brookfield Dv-1 VISCOM ETER 黏度儀(MA)4#轉子進行測定，其中轉子轉速為30r/min，測定時間為30s，重復測定3 次，取其平均值。

1.2.6 發酵乳中活菌數含量的測定 牛乳經發酵10h 后利用IKA RW20 digital 攪拌器600r/min 攪拌3min，分別在第0、5、10、15、20、25d 取樣利用培養基MRS 采用稀釋傾注平皿法檢測發酵乳中乳桿菌的活菌數［8］。

1.2.7 發酵乳中雙乙酰含量的測定 鄰苯二胺可以與聯二酮類反應生成2，3-二甲基并吡嗪，生成物的鹽酸鹽在335nm 波長下有最大吸收，可測出丁二酮的含量［9］。每個實驗重復3 次，取平均值。

1.2.8 發酵乳中乙醛含量的測定 乙醛在酸性條件下與亞硫酸氫鈉發生加成反應，其剩余的亞硫酸氫鈉被碘氧化，在堿性條件下乙醛亞硫酸氫鈉與碘定量反應，根據反應當量關系計算乙醛含量［10］。每個實驗重復3 次，取平均值。

2 結果與分析

2.1 牛乳經乳糖酶水解前后發酵曲線的比較

牛乳經乳糖酶水解后巴氏殺菌，冷卻至42℃按質量比0.02%添加發酵劑，同時以未經乳糖酶水解巴氏殺菌的牛乳做對照，利用Cinac 發酵素酸化監控系統對發酵過程中酸乳pH 變化進行監測，pH 變化如圖1 所示。

圖1 樣品pH-發酵時間的變化Fig.1 Changes of samples in pH during fermentation

由圖1 可知，牛乳經乳糖酶水解后的發酵曲線與未經乳糖酶處理的發酵曲線有一定的差異。發酵10h 后，經乳糖酶處理的樣品pH 由6.45 下降至4.38，而未經乳糖酶處理的樣品的pH 由6.45 下降至4.56，發酵結束時前者的pH 比后者低0.18。接入發酵劑前1h，兩種處理pH 下降均比較緩慢，這是由于菌體接入新環境后有一定的延遲期所致，2h 后經乳糖酶處理的樣品pH 由6.45 下降至6.18，而未經乳糖酶處理的樣品pH 由6.45 下降至6.32，經乳糖酶處理的樣品的發酵速度比未經乳糖酶處理的樣品的發酵速度略快。發酵2h 后，經乳糖酶處理的樣品pH 急速下降，而未經乳糖酶處理的樣品發酵3h 后pH 下降速率才有所增強。乳酸菌利用乳糖的過程可以分為兩個階段，第一個階段是乳酸菌自身分泌少量的乳糖酶，將乳糖分解成葡萄糖和半乳糖;第二個階段是乳酸菌利用葡萄糖或者半乳糖進行糖酵解［11］。在普通酸奶中，由于前期菌體數量較少，自身分泌的乳糖酶量較少;在低乳糖酸奶中，由于利用外源乳糖酶對乳糖進行水解，使得牛乳中存在大量的葡萄糖和半乳糖，而葡萄糖作為最直接能量供應單位而被乳酸菌直接利用，因此，與未經乳糖酶處理組相比，經乳糖酶處理的樣品在發酵前期產酸更快，宏觀表現為pH 下降更劇烈。

2.2 貯藏期間發酵乳酸度的變化

牛乳經發酵10h 后攪拌3min，4℃貯藏，低乳糖酸奶與普通酸奶的酸度在保質期內的變化如圖2所示。

由圖2 可知，在貯藏過程中，低乳糖酸奶和普通酸奶均有顯著的后酸化，其中低乳糖酸奶的酸度由85°T 上升到112°T，上升了27°T，普通酸奶的酸度由76°T 上升到110°T，上升了34°T。雖然發酵結束時低乳糖酸奶的酸度比普通酸奶號高9°T，但在貯藏一段時間后酸度幾乎相當，這與早期徐雅琴等研究的低乳糖酸奶數據相吻合［6］。酸乳在貯藏過程中，乳酸菌繼續生長繁殖消耗殘存的乳糖，半乳糖，葡萄糖，蔗糖產生乳酸導致酸度進一步升高。在貯藏前期，普通酸奶的后酸化速度比低乳糖酸奶快，這可能與乳酸菌生長至一定數量后自身乳糖酶分泌量增大，水解出足量葡萄糖加快了其新陳代謝的速度;而經乳糖酶處理的樣品在葡萄糖逐漸耗盡后開始利用半乳糖和蔗糖新陳代謝放慢。低乳糖酸奶和普通酸奶在貯藏后期酸度逐漸趨于穩定，這可能與菌體處于衰退期自身產酸很弱，或部分菌體裂解后釋放出的蛋白質被降解成堿性氨基酸有關［12］。

圖2 樣品在貯藏期間酸度的變化Fig.2 Changes of samples acidity in shelf life

2.3 貯藏期間發酵乳黏度的變化

圖3 為低乳糖酸奶和普通酸奶在4℃貯藏條件下黏度變化情況。從圖3 可以看出，在貯藏期間2 種酸奶的黏度顯著增大，其中普通酸奶由469mPa·s 上升到628mPa·s，上升了159mPa·s，低乳糖酸奶由503mPa·s 上升到675mPa·s，上升了172mPa·s。酸乳黏度主要由蛋白質在酸性條件下發生變性沉淀和乳酸菌代謝產生的具有黏性的胞外多糖共同組成［13］，是酸奶的一個重要指標，李全陽等通過對攪拌型酸奶流變學特性的研究認為，一般的酸奶測定黏度在400mPa·s 以上就具有較好的入口黏度［14-15］，低乳糖酸奶在發酵終點時黏度比普通酸奶高34mPa·s，這可能與低乳糖酸奶中由于乳糖酶水解的作用，牛乳中葡萄糖含量較高，乳酸菌在前期利用葡萄糖產生更多的胞外多糖有關［16］。

圖3 樣品在貯藏期間黏度的變化Fig.3 Changes of samples viscosity in shelf life

2.4 貯藏期間發酵乳中活菌含量的變化

低乳糖酸奶和普通酸奶在4℃貯藏過程中乳酸菌數量變化如圖4 所示。從圖4 可以看出，在貯藏期間，乳酸菌數量都有明顯的先上升后下降趨勢，低乳糖酸奶中乳酸菌數量略高于普通酸奶。低乳糖酸奶中乳酸菌數量在10d 后開始呈下降趨勢，而普通酸奶在15d 后開始呈下降趨勢，這可能與低乳糖酸奶中前期產生的乳酸較多，pH 較低有關。隨著貯藏時間的延長，酸乳酸度的進一步提高，活菌數逐漸下降，25d 后普通酸奶中活菌數量已下降至1.4 ×108cfu/g，但活菌數仍高于國家標準的最低限(≥106cfu/mL)。酸乳在貯藏過程中，隨著乳酸菌進一步的新陳代謝，乳酸含量逐漸升高，pH 逐漸下降，菌體的生長受到其代謝產物的抑制，同時菌株老化，死亡數增多，故逐漸出現活菌數量上的下降［17］。

2.5 貯藏期間發酵乳中雙乙酰含量的變化

低乳糖酸奶和普通酸奶在4℃貯藏期間雙乙酰含量變化見圖5，由圖5 可知，低乳糖酸奶中的雙乙酰含量顯著高于普通酸奶。其中，低乳糖酸奶中雙乙酰含量由11.4mg/L 增加至13.6mg/L，普通酸奶中雙乙酰含量由10.6mg/L 增加至12.7mg/L，酸乳中雙乙酰含量都隨時間的延長而升高，這亦說明酸奶隨著貯藏時間的延長風味會更加濃厚，貯藏一段時間飲用風味更佳。乳酸菌發酵過程中，丁二酮由代謝中間產物α-乙酰乳酸經氧化脫羧產生，為初級代謝產物，因此在前期菌體代謝旺盛時合成較多，而在4℃冷藏期間增加量不大［18］。

圖4 樣品在貯藏期間乳桿菌活菌數的變化Fig.4 Changes of samples viable cell numbers of Lactobacillus in shelf life

圖5 樣品在貯藏期間雙乙酰含量的變化Fig.5 Changes of samples contend of diacetyl in shelf life

2.6 貯藏期間發酵乳中乙醛含量的變化

圖6 為低乳糖酸奶和普通酸奶在4℃貯藏條件下隨時間延長乙醛含量變化情況，由圖6 可知，隨著時間的延長，低乳糖酸奶與普通酸奶中乙醛的含量均顯著提高，其中低乳糖酸奶中乙醛含量由17.1mg/L 上升到20.5mg/L，普通酸奶中乙醛含量由16.5mg/L 上升到19.6mg/L，低乳糖酸奶增幅略高于普通酸奶。在酸乳發酵期間，乙醛由丙酮酸脫羧酶或丙酮酸氧化酶催化直接產生，也可先由丙酮酸脫氫酶催化生成中間產物乙酰輔酶A 間接產生;低乳糖酸奶在前期發酵產生更多的中間產物，因此乙醛含量較普通酸奶更高［18-19］。

圖6 樣品在貯藏期間乙醛含量的變化Fig.6 Changes of samples contend of acetaldehyde in shelf life

3 結論

本文對低乳糖酸奶與普通酸奶在發酵過程中pH 的變化及發酵乳在4℃貯藏期間酸度、黏度、活菌數含量、主要風味物質雙乙酰和乙醛變化進行了比較，結果表明低乳糖酸奶在發酵過程中發酵更快，貯藏過程中酸度變化更小，而且黏度、活菌數、風味物質含量均高于普通酸奶。低乳糖酸奶與普通酸奶相比具有更高的品質，更具市場前景。

乳糖不耐癥一直影響著消費者對牛乳及乳制品的需求。雖然近幾年隨著乳業技術的提升，低乳糖巴氏奶、低乳糖UHT 奶、低乳糖奶粉相繼被開發出來并逐漸被消費者接受，但其乳糖的含量仍無法滿足乳糖不耐癥嚴重的人群;低乳糖酸奶通過乳糖酶與乳酸菌發酵相結合進一步降低了酸奶中乳糖的含量，豐富了乳制品市場，相信隨著乳業技術的發展，乳糖不耐受將會得到根本性解決。

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