牛蒡多糖對發酵乳品質和抗氧化性的影響

李寧寧，王正榮，孫春曉，趙圣明*，姜麗麗，趙春風，趙巖巖，康壯麗，朱明明，何鴻舉

1(河南科技學院 食品學院，河南 新鄉，453003)2 (河南省畜禽產品精深加工與質量安全控制工程技術研究中心，河南 新鄉，453003)3(國家豬肉加工技術研發專業中心，河南 新鄉，453003)

近年來，我國發酵乳市場發展迅速，增長率領先全球[1]。發酵乳是由鮮乳經乳酸菌發酵而成，不僅改善了營養品質，還產生了生物活性物質，具有較好的益生功能[2]。隨著消費者生活水平的提高，對發酵乳的功能性和多樣化要求日益增加。目前，國內外有很多關于活性多糖發酵乳的研究，例如LI等將杏鮑菇多糖加入到鮮乳中進行乳酸菌發酵，提高了發酵乳益生功能[3]。PANG等利用凝膠多糖混合物代替發酵乳中的明膠，顯示發酵乳的流變學性質與顯微結構類似于凝膠和明膠，提高了發酵乳的感官品質[4]。王瑞君研究發現添加適量香菇多糖能夠明顯促進發酵乳中嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌的生長繁殖，縮短延滯期[5]。崔國庭等研究表明，添加一定濃度紅棗多糖能夠有效地促進發酵乳中乳酸菌增值，提高發酵乳的持水力，穩定發酵乳的酸度，在貯藏期能夠降低乳清析出率，改善發酵乳的感官品質[6]。諸多研究表明，添加活性多糖可有效提高發酵乳的品質。牛蒡多糖是一種具有多種生理活性的多聚果糖[7]，其具有調節腸胃、降血糖[8]、抗氧化[9]、免疫調節[10]、抗衰老等功能。在國內對牛蒡多糖的研究主要集中在生物活性及提取工藝方面[11-13]，而未見有關牛蒡多糖發酵乳的研究報道。

本研究以牛蒡多糖和發酵乳作為研究對象制備牛蒡多糖發酵乳，通過比較牛蒡多糖發酵乳與原味發酵乳在色澤、酸度、持水力、乳酸菌活菌數、抗氧化性、感官品質、質構特性、流變特性等的差異，探討牛蒡多糖對發酵乳品質和抗氧化性的影響，為牛蒡多糖發酵乳的開發提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 實驗材料

牛蒡多糖(純度67.34%)，本實驗室提取；生鮮牛乳、蔗糖，市售食品級；發酵劑(嗜熱鏈球菌、保加利亞乳桿菌、植物乳桿菌)，河南科技學院食品微生物實驗室保藏；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)，上海阿拉丁試劑有限公司；三氯乙酸，上海山浦化工有限公司；水楊酸，國藥集團化學試劑有限公司；鐵氰化鉀，國藥集團化學試劑有限公司；硫酸亞鐵，天津科密歐試劑公司。

1.1.2 儀器與設備

TA -XT.plus質構儀，英國Stable Micro Systems(SMS)公司；722N型可見分光光度計，菁華科技儀器有限公司(上海)；HAAKEMARS流變儀，Thermo scientific公司；CR-400色差計，美能達公司(日本)；YXQ-LS-50SII立式壓力蒸汽滅菌鍋，博迅醫療生物儀器股份有限公司(上海)；HH-42水浴鍋，國華電器有限公司(常州)；Beckman L-80-XP Ultracentrifuge離心機，美國Thermo公司；FE28 pH計，梅特勒-托利多儀器有限公司(上海)。

1.2 實驗方法

1.2.1 牛蒡多糖發酵乳制備

50 mL鮮牛乳，加入2.5 g蔗糖溶解后密封，95 ℃滅菌10 min，冷卻至室溫，加入發酵劑和不同濃度牛蒡多糖，42 ℃恒溫發酵5 h，冷卻后放入4 ℃冰箱后熟24 h，制得成品即為牛蒡多糖發酵乳。

1.2.2 發酵乳持水力測定

參照JAISWAL等方法[14]。選擇不同濃度牛蒡多糖發酵乳和空白對照組進行測定，稱取空的50 mL離心管質量記為W0，加入10 mL成品發酵乳質量記為W1。在3 000 r/min，4 ℃的條件下離心10 min。靜置10 min后棄去上清液，稱取質量記為W2，平行測定3次。用公式(1)計算持水力。

(1)

1.2.3 乳酸菌活菌數測定

取25 g發酵乳樣品進行梯度稀釋，選擇10-5、10-6、10-7三個梯度測定，每個梯度取100 μL涂布到MRS固體培養基上，培養48 h進行計數。平行測定3次[15]。

1.2.4 酸度測定

滴定酸度測定：參照梁海艷等的方法[16]。稱10 g發酵乳樣品置于250 mL錐形瓶中，加20 mL蒸餾水攪拌均勻，加入0.5 mL質量濃度為5 g/L的酚酞指示劑，用0.100 0 mol/L的NaOH標準溶液滴定至微紅色，且30 s內不褪色。記錄消耗NaOH標準溶液的體積，乘以10即為樣品的滴定酸度。

pH值測定：采用精密pH計對不同濃度牛蒡多糖發酵乳的pH值進行測定，重復測定3次。

1.2.5 色澤測定

用色差計測定發酵乳的L*值、a*值和b*值。每次測定前先用白板矯正。(L*值代表亮度值；a*值代表紅度值；b*值代表黃度值)。

1.2.6 發酵乳儲存模量和損失模量測定

使用流變儀進行測定，采用50 mm實心定轉子的同心圓筒，取少量攪拌過的發酵乳放于探頭上進行測定。此過程調整溫度為5 ℃，縫隙為1 mm，并使用固定的頻率(0.1～20 Hz)進行存儲模量和損失模量的測定[17]。

1.2.7 質構測定

參照YUAN等的方法[18]，略作修改。采用質構儀選擇質地剖面分析(texture profile analysis，TPA)測試模式和P/0.5探頭對發酵乳的凝膠結構進行測定。參數如下：測前速率2.0 mm/s、測中速率1.0 mm/s和測后速率2.0 mm/s；下壓間隔時間為0 s；最小觸發力為0.3 N。每組指標平行測定3次。

1.2.8 抗氧化性測定

DPPH自由基清除能力的測定：參考SHEN等的方法[19]，并略作修改。1 g發酵乳樣品溶解到9 mL 95%乙醇溶液，取2 mL樣品混合溶液加2 mL 0.16 mmol/L DPPH溶液，25 ℃水浴加熱30 min，在517 nm處測試樣吸光度(Ai)，用蒸餾水代替上述體系中樣品混合溶液測得空白吸光度(A0)，用95%乙醇代替上述體系中DPPH溶液。測得樣品本底吸光度(Aj)，每個樣品做3個平行。按如下公式計算清除率。如公式(2)所示。

(2)

·OH自由基清除能力的測定：參考SHEN等的方法[19]，并略作修改。1 g發酵乳樣品溶解到9 mL 95%乙醇溶液，取4 mL樣品混合溶液加入8.8 mmol/L H2O2、9 mmol/L FeSO4和9 mmol/L水楊酸各0.5 mL，混勻，37 ℃水浴加熱30 min，在510 nm處測定吸光度(Ai)，用蒸餾水代替體系中樣品混合溶液，測得空白吸光度(A0)，用蒸餾水替代H2O2溶液，測得樣品本底吸光度(Aj)，每個樣品做3個平行，計算清除率。如公式(3)所示。

(3)

Fe3+還原力的測定[20]：1 g發酵乳樣品溶解到9 mL 95%乙醇溶液。取2 mL樣品混合溶液加入10 g/L 的鐵氰化鉀溶液和0.2 mol/L磷酸鹽緩沖液(pH 6.6)各2 mL，于50 ℃保溫20 min，加入2 mL 0.1 g/mL 三氯乙酸溶液，混勻，3 000 r/min離心10 min， 取2 mL上清液，加入2 mL蒸餾水和0.4 mL 1 g/L三氯化鐵溶液，室溫反應10 min，于700 nm處測定吸光值。

1.2.9 發酵乳感官評定

根據表1所示的評分標準，選取10位有發酵乳感官評定經驗的老師和同學(男女各5名)對加入不同濃度牛蒡多糖的發酵乳進行感官評定。感官評定最終得分為10人評分的平均值。

表1 發酵乳感官評分標準Table 1 Sensory evaluation standard for fermented milk

1.2.10 數據處理

采用SPSS 24.0軟件進行數據分析，并用Origin 2017軟件進行作圖。

2 結果與分析

2.1 牛蒡多糖對發酵乳持水力的影響

持水力是影響發酵乳質量的重要因素，品質良好的發酵乳持水力較高。由圖1可知，隨著牛蒡多糖添加量的增加，發酵乳的持水力呈先增大后減弱的變化趨勢。

圖1 牛蒡多糖對發酵乳持水力的影響Fig.1 Effect of burdock polysaccharide on water retention of fermented milk注：不同小寫字母表示各處理組差異顯著。下同。

多糖組發酵乳的持水力均比空白對照組高，且差異顯著(P<0.05)。牛蒡多糖添加量為1.5 g/L時，持水力達到最大值為78.3%。發酵乳的持水力受總固形物和總蛋白含量的影響，一定酸性條件下，發酵乳中的酪蛋白分子相互作用形成空間膠體結構，可容納更多的水分[21-22]。添加適量牛蒡多糖能夠促進酪蛋白相互作用，增加乳中蛋白質和總固形物的含量，減少乳清析出，提高持水力。當質量濃度高于1.5 g/L， 持水力呈遞減趨勢，這可能是由于過量的牛蒡多糖破壞發酵乳中各成分之間的相互作用[23]，導致發酵乳乳清析出率升高，持水力下降。本實驗結果與崔國庭等研究結論一致[6]。添加適量的多糖提高持水力，改善了發酵乳的組織狀態，提升了發酵乳的品質，添加過量的多糖會降低持水力，不利于穩定維持發酵乳品質。

2.2 牛蒡多糖對發酵乳中乳酸菌活菌數的影響

乳酸菌活菌數是評價發酵乳品質的重要指標，添加不同濃度牛蒡多糖對發酵乳乳酸菌增殖的影響結果見表2。由表2可知，隨著牛蒡多糖質量濃度的增加，發酵乳中乳酸菌活菌數增加，且多糖組發酵乳的乳酸菌活菌數均高于對照組。當牛蒡多糖的質量濃度為2.0 g/L時，乳酸菌活菌數達到109。牛蒡多糖可以作為益生元，促進乳酸菌的生長繁殖，使發酵乳中的營養物質得到充分利用，產生更多的活性物質[24]。益生乳酸菌可以調節腸道菌群平衡、改善腸胃健康，抑制有害微生物生長。因此，發酵乳中添加牛蒡多糖可以有效促進乳酸菌生長，增加乳酸菌活菌數量，提高發酵乳的品質。

表2 牛蒡多糖對發酵中乳酸菌活菌數的影響Table 2 Effects of burdock polysaccharide number of lactic acid bacteria

2.3 牛蒡多糖對發酵乳酸度的影響

不同濃度牛蒡多糖質量濃度對發酵乳滴定酸度的影響結果見圖2。

圖2 牛蒡多糖對發酵乳滴定酸度的影響Fig.2 Effects of burdock polysaccharide on titration acidity of fermented milk

由圖2可知，各組發酵乳的滴定酸度均大于70 °T，符合國家發酵乳產品規定標準。隨著牛蒡多糖質量濃度的增加，發酵乳的酸度呈上升趨勢，對照組最小為71.77 °T，添加質量濃度在3.0 g/L時最大，為84.67 °T，約為對照組的1.18 倍。多糖組發酵乳的滴定酸度均顯著高于對照組(P<0.05)，由此可知添加牛蒡多糖可以促進發酵乳產酸。

添加不同質量濃度牛蒡多糖發酵乳與對照組pH值測定結果見圖3，由圖3可知，發酵乳pH值的測定結果與滴定酸度的測定結果一致，隨著牛蒡多糖質量濃度的升高，pH值呈遞減趨勢，多糖組發酵乳的pH值均顯著低于對照組(P<0.05)。當牛蒡多糖質量濃度超過2.0 g/L時，發酵乳的pH值遞減速率明顯提高。發酵乳的pH值一般維持在4.00～4.25，口感較好[25]，隨著牛蒡多糖質量濃度的提高，發酵乳的pH值越接近4.00～4.25，當添加質量濃度為3.0 g/L時，發酵乳的pH值在4.00～4.25，說明牛蒡多糖的添加可以改善發酵乳的口感。本實驗研究結果同梁海艷等[16]結論一致。添加多糖能夠促進乳酸菌將多糖轉化為短鏈脂肪酸，改善發酵乳的風味，與滴定酸度測定結果有相同的規律。

圖3 牛蒡多糖對發酵乳pH值的影響Fig.3 Effects of burdock polysaccharide on pH of fermented milk

2.4 牛蒡多糖對發酵乳色澤的影響

不同質量濃度牛蒡多糖試驗組和對照組的色澤測定結果見表3。

表3 發酵乳的色澤Table 3 The color of fermented milk

注：結果以平均值±標準差表示，每列字母比較，不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

由表3可知，亮度值L*隨著牛蒡多糖質量濃度增加呈下降趨勢，不同質量濃度牛蒡多糖發酵乳L*值與空白對照組之間有顯著性差異(P<0.05)，添加牛蒡多糖降低了發酵乳的亮度值。紅度值a*隨著牛蒡多糖質量濃度的增加而增大，多糖組發酵乳a*值均顯著高于對照組(P<0.05)，說明牛蒡多糖的添加在一定的程度上增加了發酵乳的紅度值。黃度值b*隨牛蒡多糖質量濃度的增加而升高，牛蒡多糖組發酵乳b*值顯著大于對照組(P<0.05)，牛蒡多糖可以顯著提高發酵乳的黃度值。這主要是由于牛蒡多糖的顏色是棕黃色，隨著牛蒡多糖的質量濃度增加，發酵乳的亮度值L*變小顏色變暗；紅度值a*變大顏色變紅；黃度值b*變大顏色變黃。綜上所述，添加牛蒡多糖對發酵乳色澤的影響大小主要取決于牛蒡多糖的質量濃度。

2.5 牛蒡多糖對發酵乳存儲模量G′和損失模量G″的影響

流變學性質是影響發酵乳口感的一個重要指標，口感好的發酵乳具有適中的黏度，較好的凝膠性[26]。添加不同濃度牛蒡多糖對發酵乳的存儲模量G′和損失模量G″的影響見圖4和圖5。

圖4 發酵乳G′(存儲模量)的變化Fig.4 Storage modulus G′ of fermented milk

圖5 發酵乳G″(損失模量)的變化Fig.5 Loss modulus G″ of fermented milk

由圖4和圖5可知，不同質量濃度牛蒡多糖組發酵乳和對照組的存儲模量G′值均大于損失模量G″值，而凝膠性的強弱由G′和G″的差值表示，說明多糖組發酵乳和對照組都具有良好的凝膠特性。不同質量濃度牛蒡多糖組與對照組的G′和G″的差值比較變化不大。說明添加牛蒡多糖對發酵乳的凝膠性、彈性和黏度影響不明顯，保留了發酵乳的口感。

2.6 牛蒡多糖對發酵乳質構特性的影響

不同質量濃度牛蒡多糖對發酵乳質構特性測定結果見表4。

表4 發酵乳的質構特性Table 4 Textural properties of fermented milk

注：結果以平均值±標準差表示，每列字母比較，不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

由表4可知，隨著牛蒡多糖質量濃度增加，發酵乳的硬度、咀嚼性和黏性呈先增大后減小的變化。內聚性隨多糖質量濃度增加而增加，當多糖質量濃度在2.5和3.0 g/L時，顯著高于空白對照組(P<0.05)，其他多糖組與對照組之間差異不顯著(P>0.05)。添加濃度為0.5、1.0 g/L時，其硬度值與對照組差異不顯著(P>0.05)，且隨著牛蒡多糖質量濃度增加，硬度先增大再減小，當質量濃度為2.0 g/L時，發酵乳的硬度達到最大值為285.52 g；咀嚼性和黏性均達到最大值，分別為142.89 g和131.82 g·s。牛蒡多糖質量濃度超過2.0 g/L后，其硬度、咀嚼性和黏性均呈現顯著下降趨勢(P<0.05)。

添加牛蒡多糖引起發酵乳質構變化的原因可能是由于適量的牛蒡多糖與乳中的酪蛋白相互作用，促進乳酸菌發酵過程中酪蛋白聚集形成凝膠網狀結構，從而提高發酵乳的硬度、咀嚼性和黏性[27]。但過量的牛蒡多糖可能會阻礙酪蛋白相互作用，使其形成的凝膠網狀結構不夠牢固影響其質構變化。因此，添加適當的牛蒡多糖有助于改善發酵乳的質構特性。

2.7 牛蒡多糖對發酵乳抗氧化性的影響

2.7.1 牛蒡多糖對發酵乳DPPH自由基清除能力的影響

DPPH自由基清除能力是評估發酵乳抗氧化性的重要指標，自由基與供氫物質發生反應生成穩定物質，阻止自由基鏈反應[28]。添加牛蒡多糖組發酵乳與對照組DPPH自由基清除率結果見圖6。

圖6 牛蒡多糖對發酵乳DPPH自由基清除能力的影響Fig.6 Burdock polysaccharide influence on DPPH radical scavenging ability of fermented milk

由圖6可知，發酵乳的DPPH自由基清除率隨牛蒡多糖質量濃度的增加而提高，多糖組發酵乳DPPH自由基清除率均高于對照組，對照組DPPH自由基清除能力最低為42.1%。當質量濃度為1.0 g/L時發酵乳的DPPH自由基清除率顯著升高，隨后牛蒡多糖濃度提高，DPPH自由基清除率變化不顯著(P>0.05)。質量濃度在1.0～3.0 g/L，發酵乳DPPH自由基清除率與對照組有顯著性差異(P<0.05)。說明添加牛蒡多糖能夠提高發酵乳對DPPH自由基的清除能力。

2.7.2 牛蒡多糖對發酵乳·OH自由基清除能力的影響

·OH自由基清除率反映發酵乳抗氧化作用的強弱，清除率高表明抗氧化作用強[29]。添加牛蒡多糖組與對照組發酵乳對·OH自由基清除率影響結果見圖7。

圖7 牛蒡多糖對發酵乳·OH自由基清除能力的影響Fig.7 Burdock polysaccharide influence on ·OH radical scavenging ability of fermented milk

由圖7可知，·OH自由基的清除率隨牛蒡多糖質量濃度的增加而升高，多糖組發酵乳的·OH自由基清除率均顯著高于對照組(P<0.05)。添加牛蒡多糖組發酵乳各組之間的·OH自由基清除率存在顯著性差異(P<0.05)，且多糖質量濃度越高，其·OH自由基清除率越高。說明牛蒡多糖可以顯著提高發酵乳對·OH 自由基的清除能力。

2.7.3 牛蒡多糖對發酵乳Fe3+還原能力的影響

還原性強的樣品可以使Fe3+還原為Fe2+，在700 nm 處測定吸光度，通過吸光度的大小反映對Fe3+的還原能力。添加牛蒡多糖組發酵乳與對照組對Fe3+還原能力的影響結果見圖8。

圖8 牛蒡多糖對發酵乳Fe3+還原能力的影響Fig.8 Burdock polysaccharide influence on Fe3+ reducing power of fermented milk

由圖8可知，隨著牛蒡多糖質量濃度的增加，Fe3+還原能力增強。多糖組發酵乳的Fe3+還原能力均高于對照組。當質量濃度在1.0～3.0 g/L，添加牛蒡多糖組發酵乳的Fe3+還原能力均顯著高于對照組(P<0.05)。該結果表明，發酵乳中添加一定量的牛蒡多糖提高了其對Fe3+的還原能力，在一定程度上提高了發酵乳的抗氧化性。

2.8 牛蒡多糖對發酵乳感官品質的影響

發酵乳感官評價結果見表5，由表5可以看出，隨著牛蒡多糖質量濃度的增加，發酵乳的感官評分呈先升高后下降趨勢。

表5 發酵乳的感官評價 單位：分

當牛蒡多糖質量濃度在1.0～2.0 g/L，發酵乳的感官評價總分高于對照組，發酵乳的色澤、組織狀態、風味和口感評分均優于對照組。當多糖質量濃度為2.0 g/L時，發酵乳的感官評定總分數最高；多糖質量濃度超過2.0 g/L后，感官評定總分數下降且低于對照組。由此可以得出，添加適量質量濃度的牛蒡多糖可以增加發酵乳的風味，改善發酵乳的組織狀態，提高發酵乳的口感，過量的牛蒡多糖會降低發酵乳的組織結構，影響發酵乳的感官品質。

3 結論

本試驗通過對牛蒡多糖組發酵乳與對照組發酵乳進行持水力、乳酸菌活菌數、滴定酸度、pH值、色澤、存儲模量和損失模量、質構、抗氧化性及感官評價比較，得出牛蒡多糖能夠促進乳酸菌的生長繁殖，提高產酸量，增強持水力，使發酵乳的質地變硬，富有彈性，增強凝膠性，改善組織結構，改善咀嚼性和黏性，當添加牛蒡多糖質量濃度為2.0 g/L時，其硬度、黏度和咀嚼性達到最大；隨著牛蒡多糖質量濃度的提高，發酵乳的色澤向牛蒡多糖的顏色變化，逐漸趨于棕黃色；牛蒡多糖能夠提高發酵乳對Fe3+的還原能力，提升清除DPPH自由基和·OH自由基能力；對發酵乳的存儲模量和損失模量影響不大?？傊?，牛蒡多糖能夠改善發酵乳的組織狀態，增強發酵乳的風味，增加生物活性，提高發酵乳的品質。