沙棘多糖對發酵乳凝膠特性的影響及沙棘多糖酸奶工藝優化

周勇，李偉，彭禛菲，胡旭東，周先林，周建中

（1.新疆農業大學食品科學與藥學學院，烏魯木齊830052；2.南京農業大學食品科技學院，南京210095；3.中國農業科學院西部農業研究中心，新疆昌吉831100）

0 引 言

酸奶由于營養豐富、口感優良、易于消化等特點得到消費者的普遍認可，已經成為人們飲食結構中的重要組成部分[1]。工業化生產的乳制品均采用成本較低品質穩定的直投式發酵劑，優點是工藝簡單便于管理，但無特色同質化嚴重的問題也越來越突出[2]。生產出既有營養又有特色的酸奶產品逐漸成為人們的共識。

酸奶的凝膠特性是指酸奶中的大分子和膠體在一定條件下相互作用，形成內部含有大量液體的特殊網狀結構，酸奶的凝膠特性會影響酸奶的黏度、持水力、拉絲性等一系列指標，是評價酸奶的一個重要指標。

酸奶的拉絲性，即酸奶從容器或勺子向下傾倒時形成線狀的能力，屬于酸奶的感官特性，良好的拉絲性不僅能增加酸奶的品質也能提高酸奶的口感[3]。酸奶工業化生產中主要是添加明膠、黃原膠等提高酸奶的拉絲性，但此類添加劑不會被人體吸收營養價值也不高[4]。多糖與人類的生活密切相關，在日常生活中一般作為穩定劑、增稠劑等食品添加劑而使用，在所有動物和植物體內幾乎都有多糖存在。同時多糖由于生物活性突出，在醫療上可用于免疫調節、抗病毒及抗癌、降血糖、治療、美容、乳化等[5]。有很多研究將銀耳多糖[6]，滑菇多糖[7]，金針菇多糖[8]，人參多糖[9]，松茸多糖[10]等應用于酸奶的研制中，結果發現不僅能改善酸奶的感官品質，還能提升酸奶的品質并賦予相應多糖的特殊風味，因此將活性多糖用于特色酸乳的開發有著巨大的市場潛力。沙棘多糖是沙棘果實主要活性成分之一，國內對于沙棘多糖的研究仍處于探索階段，主要在提取工藝和抗氧化方面的研究[11-12]。而關于沙棘多糖對發酵乳品質影響的研究未見相關報道。

由此，本實驗以沙棘多糖和發酵乳為研究對象，考察沙棘多糖對發酵乳拉絲性等理化指標的影響，為開發一種品質優良，拉絲特色突出且具有保健作用的新型沙棘多糖酸奶提供理論基礎和技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

保加利亞乳桿菌（Lactobacillus bulgaricus）、嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus），安琪酵母股份有限公司；沙棘多糖60%，陜西昊遠生物科技有限公司；天潤原味酸奶，西域春純牛奶；蔗糖，市售。

1.2 儀器與設備

JY5002電子天平，上海舜宇恒平科學儀器有限公司；BCD-226TX冰箱，青島海爾股份有限公司；PQX-280A-3H人工氣候箱，寧波萊?？萍加邢薰?；SNB-1數字黏度計，上海天美天平儀器有限公司；TA.XT plus物性測試儀，北京微訊超技儀器技術有限公司；JZ-350色彩色差計，深圳市金準儀器設備有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 沙棘多糖對成品酸奶拉絲性的影響

取酸奶100 mL，分別加入0%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%的沙棘多糖，充分攪拌均勻，在4℃冰箱冷藏12 h后測定酸奶黏度、p H值、酸度、持水力、拉絲性。

1.3.2 沙棘多糖發酵乳制備

取200 mL的純牛奶經65℃預熱加入8%蔗糖溶解后，分別加入0%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%的沙棘多糖，在90℃的條件下殺菌15 min，待溫度冷卻到40℃，分別接種1‰的保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌復合菌粉，在42℃的人工氣候箱中恒溫發酵6 h，發酵結束后放入4℃的冰箱中后熟12 h制得沙棘多糖發酵乳，以添加沙棘多糖比例為0%的樣品組為空白對照組。每組實驗做3個平行。

1.4 酸奶理化指標測定

1.4.1 黏度的測定

用SNB-1數字黏度計測量試樣的黏度，選擇3號轉子，設置轉速12 r/min，每30 s記錄一次數值，記錄3次，取3次數值的算術平均值為最后黏度。

1.4.2 p H值得測定

用精密pH計測定樣品p H值，每組做三次平行。

1.4.3 酸度的測定

參照GB 5009.239-2016食品安全國家標準食品酸度的測定[13]。

1.4.4 持水力的測定

參考文獻[14]的方法。

1.4.5 色澤測定

色差測定采用文獻[15]的方法，公式如下：

其中，△E*：總色彩的大??；△L*=L*樣品-L*標準；△a*=a*樣品-a*標準；△b*=b*樣品-b*標準；△L+表示偏白，△L-表示偏黑；△a+表示偏紅，△L-表示偏綠；△b+表示偏黃，△L-表示偏藍。

1.4.6 質構測定

參考文獻[16]方法，采用TA.XT Plus物性測試儀測試樣品的質構指標。

1.4.7 酸奶的拉絲性測定

酸奶拉絲性的測定參考文獻[17]的方法。

1.5 沙棘多糖發酵乳的工藝優化

1.5.1 工藝流程純牛奶→預熱→加入適量蔗糖→加入沙棘多糖→巴氏殺菌→冷卻、添加菌種發酵→冷藏后熟→感官評價

1.5.2 沙棘多糖發酵乳單因素實驗

經前期預實驗，確定起始條件為發酵時間6 h，發酵溫度40℃，菌種接種量1%，沙棘多糖添加量0.15%，蔗糖添加量8%，在此基礎上研究發酵時間，發酵溫度，菌種接種量，沙棘多糖添加量對酸奶品質的影響，具體實驗方案見表1。

表1 單因素水平設計

1.5.3 正交試驗

根據單因素實驗結果，以發酵時間（A）、發酵溫度（B）、菌種接種量（C）、沙棘多糖添加量（D）4個因素為考察因素，每個因素設置三個水平，設計L9（34）正交實驗設計，因素水平見表2。

表2 正交實驗因素水平表

1.5.4 感官評定標準

參考RHB 103-2004，酸牛乳感官質量評鑒細則[18]。

1.6 數據處理

采用Excel和SPSS21.0軟件對數據進行統計分析，所有實驗重復3次，實驗結果以±s表示。采用Origin2017軟件進行數據繪圖。

2 結果與分析

2.1 沙棘多糖對成品酸奶理化指標及拉絲性的影響

發酵的酸奶中由于含有蛋白質、脂肪和非脂乳固體等固形物從而具有一定的濃稠度和黏性[19]，當被傾倒或被其他物體攪拌時，可表現出黏滯拉絲的效應。當酸奶從容器或勺子向下傾倒時，剛開始時酸奶的黏性和內聚力小于酸奶的重力，隨著酸奶液下落速度的加快，酸奶絲會逐漸變長變細直至斷掉，不同黏度和內聚力的酸奶表現出不一樣的拉絲特性。

表3 沙棘多糖對成品酸奶理化指標的影響

由表3可以看出，沙棘多糖對成品酸奶的pH值和酸度有一定的影響，隨著沙棘多糖添加量的增加，酸奶的p H值逐漸降低，酸度逐漸升高，這主要是因為沙棘多糖純度不夠，其中還含有大量的蘋果酸等有機酸類[20]。沙棘多糖對成品酸奶黏度、持水力、拉絲性等理化指標影響不顯著，隨著沙棘多糖添加量的增加，黏度、持水力、拉絲性等指標無明顯變化。酸奶的黏度和持水力主要受到發酵過程中蛋白質含量和固形物濃度的影響[21-22]。外加沙棘多糖并不能改變成品酸奶發酵過程中的蛋白質含量和固形物的濃度，所以不能對成品酸奶的黏度和持水力產生影響。酸奶的拉絲性與酸奶中存在的胞外多糖含量有關[23]，而胞外多糖是乳酸菌生長繁殖非必需的物質，是以初級代謝產物為前體合成的次級代謝產物[24]，沙棘多糖并未參與成品酸奶乳酸菌的代謝過程，故對成品酸奶的拉絲性影響也不顯著。

2.2 沙棘多糖對酸奶黏度的影響

圖1 沙棘多糖對酸奶黏度的影響

實驗結果如圖1所示。隨著沙棘多糖添加量的增加，酸奶的黏度先升高后降低，當沙棘多糖添加量為0.15%時酸奶的黏度最高，為8.47 Pa·s，隨著沙棘多糖添加量的繼續增加，酸奶的黏度逐漸降低直至低于對照組。根據Vivian等人[25]的研究結果，酸奶中的多糖對胞外多糖的產生有促進作用，而EPS能與酸奶中的蛋白質形成蛋白凝膠，優化和改善酸奶的組織狀態，提升酸奶的品質[26]；然而當多糖的濃度逐漸提高后，過量的沙棘多糖會對酪蛋白蛋白凝膠網狀結構的形成產生一定的抑制作用，破壞其網狀結構，使其松散，從而降低酸奶的黏度[27]。

2.3 沙棘多糖對酸奶p H值和酸度的影響

圖2 沙棘多糖對酸奶pH值的影響

實驗結果如圖2和圖3所示，隨著沙棘多糖添加量的增加，酸奶的p H值呈現線性降低趨勢，且實驗組的p H值均明顯低于對照組（P＜0.05）。酸奶的p H值降低主要是因為乳酸菌在發酵過程中產生的有機酸不斷積累增多引起的[28]，并且多糖的添加會促進酸奶中乳酸菌的發酵，加速有機酸的積累[29]，較低的p H值會抑制酸奶中有害病菌和其他雜菌的生長，延緩酸奶的變質，適當降低酸奶的p H值，可以改善酸奶的組織狀態和風味，提高酸奶貯藏安全性。

圖3 沙棘多糖對酸奶酸度的影響

由圖3可知，隨著沙棘多糖添加量的增加，酸奶酸度逐漸增加。且不同沙棘多糖添加量的酸奶的酸度均顯著高于對照組（P＜0.05）。酸奶的酸度與p H值有對應關系，p H值越低酸度越高，pH越高表明酸度越低[30]。同時沙棘多糖純度不夠，含有一定量的沙棘果實成分，沙棘果實中不僅含有油酸、亞麻油酸等脂肪酸還含有抗壞血酸等天然有機酸，沙棘果實的酸度超過大多數水果，純沙棘果汁的酸度比純橙汁還要酸10多倍[31]。沙棘多糖中含有的脂肪酸和有機酸，也會對酸奶酸度產生影響。

2.4 沙棘多糖對酸奶持水力的影響

圖4 沙棘多糖對酸奶持水力的影響

不同沙棘多糖添加量對酸奶持水力的影響見圖4，隨著沙棘多糖添加量的增加，酸奶的持水力呈現先升高后降低的趨勢，當沙棘多糖添加量為0.15%時，酸奶的持水力達到最高，為70.5%，當添加量繼續增加，酸奶的持水力降低至與空白組差異不顯著（P＜0.05），直至持水力低于空白組。Saskia等人[32]的研究表明多糖可以引起酸奶中蛋白質構象改變，形成蛋白凝膠，增加酸奶的凝固性。另外，多糖與蛋白質之間會形成氫鍵，強化蛋白質的網狀結構，防止乳清析出[6]。但是當多糖濃度過高時，凝膠的微觀結構遭到破壞，同時乳清蛋白凝膠的模量會顯著的降低，導致乳清析出[33]。

2.5 沙棘多糖對酸奶色澤的影響

色澤是酸奶品質評價的一個重要指標，L*、a*和b*值分別表示樣品從亮到暗、從綠變紅以及從藍變黃的過程[34]。不同沙棘多糖添加量對酸奶色澤的影響見表4。由表4可知，隨著沙棘多糖添加量的增加，實驗組的L*值與對照組相比逐漸降低，而a*值和b*值卻逐漸升高，△E*值也呈明顯的上升趨勢。這主要是因為沙棘多糖本身具有棕黃色色澤，提取的沙棘多糖當中含有一定量的色素雜質，隨著添加量的增加，酸奶中的色素逐漸富集，從量變到質變，最后導致酸奶顏色逐漸變暗，并賦予酸奶棕黃色的色澤。

表4 沙棘多糖對酸奶色澤的影響

2.6 沙棘多糖對酸奶質構的影響

不同沙棘多糖添加量對酸奶質構的影響見表5。由表5可知，隨著沙棘多糖添加量的增加，酸奶的硬度、黏性、膠著性、內聚性、拉絲性呈現先增大后減小的趨勢，當沙棘多糖的添加量為0.15%時，酸奶的硬度、黏性、膠著性、內聚性、拉絲長度均達到最大值，分別為60.42 g、154.89 g、39.79 g，0.69 g·s、17.65 mm，當沙棘多糖添加量達到0.25%后，其硬度、黏性、膠著性和拉絲長度均呈現顯著下降（P＜0.05）。隨著沙棘多糖添加量的增加，酸奶的彈性變化不顯著，各組數據沒有明顯差異，說明沙棘多糖不能對酸奶的彈性產生明顯影響。

適量沙棘多糖的添加會引起硬度、黏性、膠著性、內聚性、拉絲性的升高，可能是由于沙棘多糖會促進酸奶中胞外多糖的產生，胞外多糖與酸奶中酪蛋白相互作用，促進了酪蛋白的相互聚集，提高了酸奶的黏性和膠著性[27]。且多糖自身在發酵過程中也會與蛋白質相互作用形成緊密的結構，提高酸奶的硬度、黏性、膠著性、內聚性，賦予酸奶更好的口感[35]。

酸奶的拉絲性主要受到酸奶中胞外多糖含量的影響[36]，胞外多糖會增加酸奶的持水力，增強酸奶的凝膠結構，提升酸奶的黏度和拉絲性[37]。金婷[38]測定了沙棘多糖由阿拉伯糖、半乳糖等組成，分子量約為10萬與李儀琳[39]測定的乳酸菌胞外多糖在結構和分子量上接近，可能沙棘多糖會模擬胞外多糖對酸奶的黏度和拉絲性產生影響。當沙棘多糖含量過高時，會改變酸奶中蛋白凝膠的微觀結構，從而降低其品質和拉絲性。

表5 酸奶的質構特性

2.7 沙棘多糖酸奶工藝優化

2.7.1 單因素實驗結果

圖5 不同因素對沙棘多糖酸奶感官評分的影響

由圖5（a）可知隨著發酵時間的延長，酸奶的感官評分呈現先升高再降低的趨勢，在發酵時間7 h時酸奶的感官評分最高，時間低于7 h酸奶發酵不完全，時間高于7 h，酸奶因為發酵過度，品質也不太理想；由圖5（b）可知，溫度對酸奶感官評分有明顯影響，42℃最適合酸奶發酵，溫度過低或者過高都會影響酸奶中乳酸菌的生長速率；由圖5（c）可知，當接種量為0.10%時酸奶的品質最好，當接種量過低時，制成的酸奶品質很差，當接種量高于0.14%時酸奶的感官評分也有明顯下降。由圖5（d）可知，沙棘多糖對酸奶感官的影響主要在黏度和拉絲性上，當沙棘多糖添加量為0.15%時，酸奶的拉絲性最好，此時的感官評分也最高，隨著沙棘多糖添加量的增加，酸奶的感官評分略微下降。

2.7.2 工藝優化實驗結果

表6 正交試驗結果

由表6可知，正交試驗結果最優組合為2號（A1B2C2D2），感官評分為84.6分，各因素對沙棘多糖酸奶感官評分的影響主次順序為C（接種量）＞B（發酵溫度）＞A（發酵時間）＞D（沙棘多糖添加量），最優工藝的水平組合為A3B2C2D2。對其進行驗證試驗，感官評分為97.6分，優于正交試驗6號。因此選擇A3B2C2D2作為沙棘多糖酸奶的最佳工藝，即發酵時間7 h、發酵溫度42℃、接種量0.1%、沙棘多糖添加量0.15%。

3 結 論

添加沙棘多糖到成品酸奶中可以改變酸奶的p H值和酸度，但是不能對成品酸奶黏度、持水力、拉絲性等凝膠特性產生顯著影響，沙棘多糖可以提高發酵乳的黏度、酸度、持水力、拉絲性以及改善發酵乳的色澤和質構特性，當沙棘多糖添加量為0.15%時，其硬度、黏性、膠著性、內聚性、拉絲長度達到最大。在單因素實驗基礎上，運用正交試驗設計對沙棘多糖酸奶的工藝進行優化，結果表明沙棘多糖酸奶的最佳工藝條件為，發酵時間7 h，發酵溫度42℃，菌種接種量0.1%，沙棘多糖添加量0.15%。添加沙棘多糖可有效改善酸奶的凝膠特性等理化指標，提高酸奶的品質。