海藻糖功能性酸奶的研制及風味物質與質構特性的分析

張素敏，薛凌云，王曉聞

(山西農業大學 食品科學與工程學院，山西 太谷，030801)

海藻糖，又名漏蘆糖、蕈糖，是一種安全可靠的低甜性天然甜味劑，甜度是蔗糖的45%，食用后不會在口中留有后味，甜味持久溫和[1-3]。海藻糖廣泛存在于自然界中許多可食用動植物及微生物體內，因其優異的穩定性、安全性、低吸濕性被廣泛應用在農業、食品、化妝品、醫藥等領域[4]。目前關于海藻糖的研究大多是海藻糖的提取、海藻糖對酵母及乳酸菌的保護作用、海藻糖對冷凍食品穩定性的影響、海藻糖的保鮮作用及海藻糖的作用機理等，而對將海藻糖代替蔗糖應用于食品加工中，尤其是酸奶加工中的研究相對較少，其許多的潛在價值尚未開發[5-7]。

我們將海藻糖應用于酸奶的加工過程中，將其二者結合制成的海藻糖酸奶是一種低糖的健康食品，既可以帶來良好的風味和口感，又可以在對酸奶進行冷藏等處理時，它也能在一定時間內保持乳酸菌活菌數量不變或者緩慢變化，顯著延長酸奶的保質期[8]。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

海藻糖、蔗糖、鮮牛乳，市售；保加利亞乳桿菌(Lactobaciusbulgaricus，LB)和嗜熱鏈球菌(Streptococcusthermophilus,ST)混合菌種，山西農業大學食品科學與工程學院畜產品實驗室保存；0.1 mol/L NaOH標準溶液、酚酞指示劑，均為分析純。

1.2 儀器與設備

SW-CJ-2FD型凈化工作臺，蘇州凈化設備有限公司；HPP-9272型電熱恒溫培養箱，北京東聯哈爾儀器制造有限公司；NDL-1型指針式旋轉黏度計，上海舜宇恒平科學儀器有限公司；Trace ISQ型氣相色譜質譜聯用儀，賽默飛世爾科技(中國)科技有限公司；TMS-Pro型質構儀，美國Food Technology Corporation。

1.3 試驗方法

1.3.1 海藻糖酸奶的工藝流程

1.3.2 操作要點

1.3.2.1 菌種活化

在超凈工作臺中使用已滅菌徹底的接種環將綠豆大小狀的已凍干的發酵菌粉接種到10 mL的試管中，接種量為3%，發酵7～8 h直至乳脂線分明且成半凝固狀。連續接種3 d左右后，傳代接種到錐形瓶中，連續接種4 d左右，待菌種生長穩定且充分活化，發酵時間維持在4～5 h左右時，將保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌按照1∶1的比例在42 ℃下混合擴大培養。此操作需要在嚴格無菌的環境中進行。

1.3.2.2 調配、殺菌、冷卻

在將沸的牛奶中將蔗糖和海藻糖按照設計比例加入，用玻璃棒不斷攪拌使其混合均勻，然后冷卻到42 ℃以下。

1.3.2.3 罐裝、接種、發酵

將冷卻后的中乳先罐裝，隨后按照設計好的接種量在混合乳中接入菌種，貼上標簽，在42 ℃的恒溫培養箱中發酵。

1.3.2.4 冷卻后熟

將發酵成熟的中乳取出置于冰箱中后熟12～24 h，以在短時間內迅速而有效地抑制酸奶中乳酸菌的生長，促進香味物質的生成，提高黏度。

1.4 感官評價

評分標準見表1。

表1 海藻糖酸奶感官評分標準Table 1 Sensory scoring standard of trehalose yoghurt

1.5 不同因素對海藻糖酸奶感官品質的影響

1.5.1 海藻糖添加量對酸奶感官品質的影響

以100 mL鮮奶為準，在蔗糖添加量4%，接種量4%，42 ℃發酵5 h，在每100 mL鮮奶中分別添加海藻糖1%、3%、5%、7%、9%，按照1.3.1的工藝流程制作海藻糖酸奶，并根據酸奶的口感確定海藻糖的最佳添加量。

1.5.2 蔗糖的添加量對海藻糖酸奶感官品質的影響

以100 mL鮮奶為準，在海藻糖添加量5%，接種量4%，42 ℃發酵5 h，在每100 mL鮮奶中分別添加蔗糖2%、3%、4%、5%、6%，按照1.3.1的工藝流程制作海藻糖酸奶，并根據酸奶的口感確定蔗糖的最佳添加量。

1.5.3 接種量對海藻糖酸奶感官品質的影響

以100 mL鮮奶為準，在海藻糖添加量5%，蔗糖添加量4%，42 ℃發酵5 h條件下，在每100 mL鮮奶中分別接種3%、4%、5%、6%、7%的混合菌種進行乳酸發酵，按照1.3.1的工藝流程制作海藻糖酸奶，并根據酸奶的口感確定最佳接種量。

1.5.4 發酵時間對海藻糖酸奶感官品質的影響

以100 mL鮮奶為準，在海藻糖添加量5%，蔗糖添加量4%，接種量 5%的條件下，分別在42 ℃發酵3、4、5、6、7 h，按照1.3.1的工藝流程制作海藻糖酸奶，并根據酸奶的口感確定最佳發酵時間。

1.6 酸奶理化指標的測定

1.6.1 滴定酸度的測定方法

取10 g酸奶于燒杯中，加入20 mL蒸餾水，振蕩均勻后，滴入2～3滴酚酞指示劑，用0.1 mol/L的NaOH標準溶液滴定。樣品的酸度按公式(1)計算：

(1)

其中：c，NaOH的濃度，mol/L；v，滴定所消耗的NaOH的體積，mL；m，樣品質量，g；0.1，酸度理論定義NaOH的摩爾濃度，mol/L。

1.6.2 黏度的測定方法

取酸奶于100 mL燒杯中，使用黏度計(3號轉子)，轉動60 s并記錄數據，重復3次取平均值。按公式(2)計算黏度。

黏度/(mPa·s)=指針所指讀數×系數

(2)

3號轉子所對應的系數為20。

1.7 風味物質的測定

1.7.1 樣品前處理

取2 mL樣品放入萃取瓶中，再加入2 mL的飽和NaCl溶液，然后旋緊萃取瓶蓋，充分混合均勻[13-14]。

1.7.2 檢測分析條件

GC條件：采用程序升溫方式，起始溫度為40 ℃，保持3 min，以5 ℃/min升溫到140 ℃，保持3 min，10 ℃/min升溫至230 ℃，保持5 min；進樣口溫度250 ℃，傳輸線230 ℃，載氣為He氣，流速為1.0 mL/min，不分流進樣。

MS條件：離子源溫度為250 ℃，電離方式為EI，電子能量70 eV，掃描范圍45.00～500.00 u，發射電流，100 uA，檢測電壓1.4 kV。

1.8 質構特性的測定

質構檢測參數：測試探頭型號為TMS-28 mm圓盤擠壓探頭；力量感應元量程1 000 N；擠壓距離20 mm；檢測速度60 mm/min；起始力0.4 N；兩次壓縮測試之間間隔3 s；測試后速度200 mm/min。

2 結果與分析

2.1 不同因素對產品感官品質的影響

2.1.1 海藻糖添加量對產品感官品質的影響

由圖1可得，海藻糖添加量都會影響酸奶的風味和組織狀態，添加量過少時甜度不夠，味道過酸；添加量過多時發酵時間過長且酸奶呈現微黃色，而且口感太甜膩，酸奶整體的感官品質都下降明顯，因此海藻糖添加量為5%時最佳。

圖1 海藻糖添加量對產品感官品質的影響Fig.1 Effect of trehalose addition on sensory quality of products

2.1.2 蔗糖添加量對產品感官品質的影響

由圖2可得，蔗糖添加量對酸奶的口感影響較為顯著，添加量過少時甜度不夠，過酸；在蔗糖含量為4%時，制得的酸奶口感較好，酸甜適宜，感官評分最高。隨著蔗糖含量的繼續增加，感官評分明顯下降，酸奶的口感太過甜膩。因此，蔗糖添加量為4%時最佳。

圖2 蔗糖添加量對產品感官品質的影響Fig.2 Effect of sucrose addition on sensory quality of products

2.1.3 接種量對產品感官品質的影響

由圖3可知，接種量過大或過小都會影響酸奶的口感。接種量過大時，乳酸菌生長過快，放置后大量乳清析出，產品較為粗糙且口感較差；接種量過小時，會造成凝乳時間長，酸味不足等現象。因此，接種量在4%時品質最佳。

圖3 接種量對產品感官品質的影響Fig.3 Effect of inoculation on sensory quality of products

2.1.4 發酵時間對產品感官品質的影響

由圖4可得，發酵時間過長或過短均會影響酸奶的口感。發酵時間過短時，凝乳狀態松軟，滋味較差；發酵時間過長時，有水分析出，口感較酸，但這種水分并不代表酸奶已經變質。因此，發酵時間為5 h時產品品質最佳。

圖4 發酵時間對產品感官品質的影響Fig.4 Effect of fermentation time on sensory quality of products

2.2 海藻糖酸奶的工藝優化

2.2.1 正交試驗因素水平表

在單因素試驗的基礎上，以海藻糖添加量、蔗糖添加量、接種量、發酵時間為因素，采用4因素3水平的正交試驗設計，以感官評分為標準，確定最佳工藝參數，正交設計表見表2。

表2 海藻糖酸奶正交試驗因素及水平表Table 2 Factors and levels of orthogonal test of trehalose yoghurt

2.2.2 海藻糖酸奶最佳工藝優化結果

正交試驗結果見表3。正交試驗結果表明，海藻糖酸奶最優組合為A2B2C1D2，而實際最優組合為A2B2C3D1。

表3 海藻糖酸奶正交試驗結果Table 3 Orthogonal test results of trehalose yoghurt

2.3 理化指標的測定結果

2.3.1 酸度結果與分析

酸奶的酸度一般來說控制在60～95 °T,酸度在70～80 °T時口感最佳，因此由表4可知，蔗糖3%海藻糖3%、蔗糖3%海藻糖7%，蔗糖4%海藻糖5%，蔗糖4%海藻糖7%，蔗糖5%海藻糖5%，蔗糖5%海藻糖7%時酸度最優，口感也最佳。

表4 海藻糖酸奶的酸度Table 4 Acidity of trehalose yoghurt

2.3.2 黏度的結果與分析

資料表明，原料乳的質量、脂肪含量、酸度以及菌種等都會影響酸奶的黏度。酸奶的黏度隨原料乳密度的增大增加；脂肪經均質等機械處理后被破碎成細小的脂肪球，在乳酸發酵的過程中與蛋白質相互作用，改變了酪蛋白的結構，從而增加酸奶的黏度；酸度和黏度相互影響，當酸度較低時，蛋白質的水合作用不充分，導致酸奶黏度下降。而使用不同的菌種發酵和添加量的不同也會使酸奶的黏度不同。理論上，酸奶的動力黏度都在300 mPa·s以上，因此，在本實驗中我們盡量選擇黏度較大的組作為最優工藝，即蔗糖3%海藻糖3%、蔗糖4%海藻糖5%、蔗糖5%海藻糖7%。

表5 海藻糖酸奶的黏度Table 5 Viscosity of trehalose yoghurt

綜上所述，綜合考慮酸度和黏度，選擇蔗糖4%海藻糖5%作為最優工藝。

2.4 驗證試驗

正交試驗結果表明，海藻糖功能性凝固型酸奶的最佳工藝組合為A2B2C1D2，即海藻糖添加量5%、蔗糖添加量4%、接種量3%、42 ℃下發酵5 h；根據感官評分可得海藻糖功能性凝固型酸奶的最佳工藝組合為A2B2C3D1，即海藻糖添加量5%、蔗糖添加量4%、接種量5%、42 ℃下發酵4 h；根據酸度和黏度得出海藻糖酸奶蔗糖最佳添加量為4%、海藻糖最佳添加量為5%；A2B2C1D2和A2B2C3D1之間唯一的差異就是接種量和發酵時間的區別。實際上，接種量為3%時，酸奶并沒有濃郁的發酵乳香且發酵時間較長；而接種量為5%時酸奶凝乳過于緊實、有乳清析出。

綜合考慮，選用海藻糖添加量5%、蔗糖添加量4%、接種量4%、42 ℃下發酵的工藝配方，對該工藝條件進行驗證發現，在該條件下發酵時間僅需4 h，且同等條件下感官評分可達到90分。因此，最佳的工藝條件為海藻糖添加量5%、蔗糖添加量4%、接種量4%、42 ℃下發酵4 h。

2.5 風味物質測定與結果分析

通過頂空固相微萃取和氣質聯用技術對海藻糖酸奶和全蔗糖酸奶中的揮發性風味物質進行檢測。海藻糖酸奶的香氣成分總離子流圖見圖5、蔗糖酸奶的香氣成分總離子流圖見圖6、兩種酸奶中各類揮發性物質的定性及定量分析見表6。

圖5 海藻糖酸奶的香氣成分總離子流圖Fig.5 total ion flow chart of aroma components in trehalose yoghurt

結果表明，雖然兩種酸奶都共檢測出100種揮發性物質，但在種類上有明顯的差異。本文中選擇相對含量在0.1%的揮發性物質作為分析。

圖6 普通蔗糖酸奶的香氣成分總離子流圖Fig.6 total ion flow chart of aroma components in common sucrose yoghurt

類別化合物名稱保留時間/min相對含量/%蔗糖酸奶海藻糖酸奶蔗糖酸奶海藻糖酸奶酸類D-2-氨基丁酸/L-2-氨基丁酸1.88-0.6-3-氨基-2,3-二氫苯甲酸鹽酸鹽3.583.651.380.49丁酸5.827.311.080.13正戊酸7.29-0.12-己酸11.7411.97.854.71辛酸17.6117.591.561.163-羥基-7-(羥基亞氨基)膽堿酸-38.64-0.15合計12.596.64醛類正己醛5.88-1.07-3-羥基-4-甲氧基苯甲醛10.83-1.11-壬醛15.4415.452.131.34癸醛18.4918.490.760.88合計2.892.22酯類丁基異硫氰酸丁酯3.153.260.20.15硅烷二醇二甲酯3.583.651.380.49肼基甲酸芐酯-5.62-0.1乙酸丁酯6.35-0.58-環戊酯9.14-2.29-2-溴甲基-3-甲氧基苯甲酸甲酯9.96-0.21-庚酸-2-甲基-2-丁基酯11.25-0.36-亞硫酸-辛基2-戊酯--(S)-3-羥基丁酸叔丁酯12.59-0.62-三甲基甲硅烷基酯15.72-0.78-醋酸-2-乙基己酯16.87-0.11-[雙[(三甲基甲硅烷基)氧基]氧膦基]乙酸三甲基甲硅烷基酯-19.880.25-(Z)-5-癸烯-1-醇乙酸酯26.24-0.1-丁位癸內酯27.0527.050.130.14二十二烷基酯-36.13-0.16油酸甲酯36.2736.270.150.17癸酸-2-乙基己基酯-37.04-0.12鄰苯二甲酸二(2-乙基己)酯-38.64-0.15合計7.161.48醇類乙醇1.79-0.5-異戊醇-4.39-0.122,5-二甲基-2,5-己二醇11.12-1.03-1,3-戊二醇12.59-0.62-正辛醇14.44-0.29-2-丁基-2-乙基-1,3-丙二醇18.72-0.14-合計2.580.12

續表6

類別化合物名稱保留時間/min相對含量/%蔗糖酸奶海藻糖酸奶蔗糖酸奶海藻糖酸奶酮類2,3-戊二酮3.523.510.450.723-羥基-2-丁酮3.83.81.982.621-(2-羧基-4,4-二甲基環丁烯基)-1-丁烯-3-酮9.96-0.21-2-壬酮15.0715.073.794.053-丁基 -環庚酮-20.76-0.19甲基壬基甲酮20.9920.990.480.4合計6.917.98芳香雜環類甲苯54.992.672.43乙基苯7.647.640.680.59鄰二甲苯7.897.891.882.52對二甲苯8.058.622.894.06萘17.8-0.7-2-甲基萘21.46-0.1-合計8.929.6其他二甲醚-1.8-1.03甲氧基苯基肟9.149.152.291.17香草醛10.83-1.11-叔丁基二甲基硅醚-10.84-0.941,6-脫水-BETHA-D-葡萄糖-5.85-1.8合計3.44.94

注：—表示樣品中該風味化合物未檢測出。

由表6可見，全蔗糖酸奶的中相對含量在0.1%以上的揮發性物質的種類總數比海藻糖酸奶的多，其中芳香雜環類、酸類、醛類揮發性物質兩種酸奶相差不多，醇類、脂類揮發性物質全蔗糖酸奶中含量多，酮類物質海藻糖酸奶中含量高。

醛類是酸奶中最主要的一類風味物質，其風味閾值較低，是各種氧化風味的來源[15-17]。壬醛會產生蠟香、蜂蜜香等，癸醛微甜，有類似于甜橙油和玫瑰油的味道，含量適中時會散發出新鮮的柑橘皮的清香味；酯類化合物在酸奶中主要是通過脂肪酸的水解和微生物的代謝產生的，原料乳中的短鏈脂肪酸水解產生甲基酮和內酯，能直接影響酸奶的整體風味。丁位壬內酯等具有甜的堅果牛奶味。本試驗中海藻糖酸奶檢出酯類物質較全蔗糖酸奶少，但是在海藻糖酸奶中檢出肼基甲酸芐酯、二十二烷基酯等；醇類物質的閾值較高，它對酸奶風味物質的影響很小，但是由于醇可轉化為酸，因此也是不可或缺的一類物質，在海藻糖酸奶中僅檢測出來異戊醇(相對含量大于0.1%)，異戊醇有濃郁的茶香味，在食品工業中常用于配制蘋果香蕉等香料的制作以及酒類物質的調香等；酮類化合物主要是多不飽和脂肪酸的氧化、熱降解、氨基酸降解以及微生物代謝產生，3-羥基-2-丁酮具有濃郁的奶油香味，海藻糖酸奶中其相對含量為2.62%，而全蔗糖酸奶中為1.98%，從而使其更能很好的保持酸奶特有的濃郁奶香，2-壬酮含量最高，在海藻糖酸奶和全蔗糖酸奶中含量分別達到3.79%和4.05%，它能夠提供給酸奶獨有的清香味；美拉德反應是芳香雜環類物質產生芳香氣味的主要途徑，乙基苯可構成玫瑰花香，甲苯、鄰二甲苯、對二甲苯雖然大量存在于酸奶中，但不會構成香氣；酸類物質主要影響酸奶的滋味，己酸可表現出椰肉油味，丁酸、戊酸可表現出奶酪香味等。

2.6 質構儀測試結果與分析

經過質構儀檢測，結果由表7可知，兩種酸奶在硬度、內聚力和彈性方面相差甚微，在黏附性與咀嚼性上稍有不同.但是對兩種酸奶的感官指標及感官評價并沒有明顯的影響。

表7 兩種酸奶質構結果Table 7 texture results of two kinds of yoghurt

3 結論

(1)根據單因素試驗和正交試驗及理化指標綜合考慮，最終確定海藻糖功能性凝固型酸奶的最佳工藝條件為：海藻糖添加量5%、蔗糖添加量4%、接種量4%、42 ℃下發酵4 h，此條件下制得的酸奶風味獨特，口感最佳，且制備工藝簡單易行，成本低廉，價格適中，易被生產商和消費者接受。

(2)應用GC-MS技術，結果表明，雖然兩者各檢測出100種揮發性物質，但主要產生香氣的酸醛酮酯醇和芳香雜環類化合物在種類和含量上有差異，這可能是由于海藻糖對乳酸菌的保護作用導致海藻糖酸奶中風味物質的種類較少，但主要影響香氣和滋味的揮發性風味物質依舊存在且含量相差極少。在這種情況下，由于海藻糖的低甜性以及其可作為保護劑添加于酸奶中，我們更傾向于研究海藻糖酸奶的功能特性。這需要我們進行進一步的探討。

(3)比較兩種酸奶的主要風味物質含量及質構特性都相差不大，因此添加了海藻糖的酸奶并沒有影響酸奶風味及質構特性改變。

(4)海藻糖酸奶既有酸奶應該有的風味，還因為它的低甜度可以作為一種新型功能性酸奶被開發。