活性多糖在發酵乳中的應用研究進展

許英瑞，朱妍麗，馬瑞娟，趙 軍，薛元泰，張衛兵，張 炎，文鵬程,*

（1.甘肅農業大學食品科學與工程學院，甘肅 蘭州 730070；2.青海雪峰牦牛乳業有限責任公司，青海 共和 813000）

活性多糖作為一種天然高分子化合物，廣泛存在于動植物、真菌和微生物中[1]。分子生物學技術已證實活性多糖不僅具有高滲透壓、高黏度和吸水性等獨特的物理化學性質，而且在抗氧化、抗衰老、調節機體免疫、降血壓等方面同樣具有良好作用[2-3]。在食品加工過程中，活性多糖多作為添加性成分，被用以改善食品的理化、質構與流變特性，并起到提高食品營養價值的作用[4]。

隨著人們對健康生活的追求，消費者越來越注重飲食健康，功能性食品受到了全世界食品研究者與消費者的極大關注[5]。發酵乳作為世界范圍內最受歡迎的乳制品之一，不僅可以改善人體腸道微生物菌群，還可以作為傳遞功能性成分的良好載體[6-7]，這為功能性多糖發酵乳的研發提供了理論支撐。因此，很有必要將活性多糖應用于發酵乳，探索活性多糖對發酵乳制品的基礎理化表現、凝膠特性及益生功能的影響。

本文重點介紹不同種類的活性多糖在發酵乳中的應用及研究進展，綜述活性多糖對發酵乳的理化性質、凝膠特性和益生性能方面的影響及作用機理，并對活性多糖在發酵乳中的應用與發展前景進行探討，以期為活性多糖更多功能的挖掘及發酵乳的品質提升提供參考。

1 活性多糖對發酵乳微生物及理化性質的影響

1.1 活性多糖對發酵乳中微生物的影響

活性多糖含有豐富的碳源，可促進發酵乳制品中乳酸菌的生長與增殖。研究發現，將杏鮑菇多糖[8]、山榆果膠多糖[9]、滑菇多糖[10]加入發酵乳體系，可以顯著提高發酵乳貯藏期間的乳酸菌活菌數，并且活菌數隨著活性多糖含量的增加而逐漸增大。活性多糖促進乳酸菌增殖的原因有很多，Ramchandran等[11]研究表明，發酵乳中的乳酸菌可以利用活性多糖代謝生成能夠水解長鏈果聚糖的胞外酶，胞外酶水解大分子多糖產生果糖，為乳酸菌提供營養物質，從而促進乳酸菌的增殖；部分活性多糖對乳酸的刺激具有緩和作用，能夠緩解乳酸菌的生長壓力，間接促進乳酸菌的生長；另一個可能的原因是活性多糖本身含有如鼠李糖球蛋白等特異性蛋白，能夠對乳酸菌的生長起到促進作用。活性多糖添加量對于發酵乳中乳酸菌的生長會產生明顯影響，只有濃度適宜的活性多糖才會對乳酸菌產生促生長作用。張巖等[12]發現，添加適宜濃度的松茸多糖可促進發酵乳中乳酸菌的生長，而添加量過高時對乳酸菌的增殖具有抑制作用，這是因為松茸多糖與牛乳生成了凝膠體，影響了發酵乳的整體水分活度，導致發酵乳結構致密，影響乳酸菌利用營養物質進行代謝，抑制了乳酸菌的生長繁殖。

1.2 活性多糖對發酵乳持水性的影響

持水力可以較大程度地影響發酵乳的口感和組織狀態。活性多糖結構中含有大量羥基，能以共價鍵的形式與蛋白質分子相互作用，有效截留水分，防止乳清析出，增強發酵乳體系的凝膠結構，提高發酵乳的持水力[13]。將秋葵多糖、蘋果果膠、海藻酸鈉、魔芋葡甘露聚糖4 種植物源糖分別應用于發酵乳中，發現秋葵多糖、蘋果果膠、魔芋葡甘露聚糖均能提高發酵乳中蛋白質凝膠網絡的剛性，使發酵乳的持水能力增強，且秋葵多糖和蘋果果膠對發酵乳持水力提升效果顯著，這可能與活性多糖分子的強親水性密切相關[14-15]。Shori等[16]發現，發酵乳中添加肉桂多糖，在后熟完成后，其持水力顯著高于未添加肉桂多糖的發酵乳，表明活性多糖對貯藏末期的發酵乳持水力提升效果更為顯著。此外，由于肉桂多糖對乳酸菌的生長起促進作用，大量的乳酸菌發酵代謝產生胞外多糖，而胞外多糖與其他活性多糖具有相同的功能，強親水性有助于防止發酵乳中的乳清分離[17]。也有證據顯示，紅棗多糖[18]、黃精多糖[19]和黑木耳多糖[20]也具有提升發酵乳持水性的功能。

1.3 活性多糖對發酵乳酸度的影響

由于乳酸菌獨特的產酸能力，發酵乳在發酵過程中會不斷產生乳酸，降低體系的pH值[21]，當pH值下降到4.6時，酪蛋白開始聚集凝固，直至發酵乳達到凝乳狀態。活性多糖可為乳酸菌的生長提供碳源并支持其發酵代謝，增加發酵乳的乳酸產量，從而加速體系pH值下降。Miao Yuzhi[22]、Guggisberg[23]、梁海艷[24]等分別將松露多糖、人參多糖和菊糖作為研究對象，發現添加活性多糖的發酵乳滴定酸度明顯升高，且發酵完成所需時間隨著活性多糖添加量的增加趨于更短，pH值變化和滴定酸度變化大致類似，表明活性多糖可以促進乳酸菌利用糖類轉化為有機酸的反應，加快乳酸的產生速率。發酵乳的酸度能夠顯著影響感官特性，酸度過快上升和較高的酸度值都會導致發酵乳口感不佳。何余堂等[25]發現，添加花粉多糖的發酵乳制品貯藏過程中的pH值下降速率相比于不添加花粉多糖的發酵乳較為緩慢，這是由于花粉多糖在適宜的pH值環境下具有一定的抑菌作用[26]，通過抑制發酵進程緩解了發酵乳后酸化嚴重的問題。

1.4 活性多糖對發酵乳感官特性的影響

發酵乳由于其獨特的風味在世界范圍內受到消費者的喜愛，感官分析是評價發酵乳品質常用的方法。目前上市的發酵乳種類多為原味和果味，開發新型風味發酵乳勢在必行，來源于植物的活性多糖可以作為一種新型添加劑用于改善發酵乳的口感。Sheraji等[27]發現，添加芒果皮多糖的脫脂發酵乳風味、微觀結構、酸度和顏色比普通脫脂發酵乳更加出色，表明芒果皮多糖能夠用于提升脫脂發酵乳的感官特性。Kip等[28]使用偏最小二乘法及感官評價研究菊粉對低脂發酵乳口感的改善作用，發現菊糖顯著改善了發酵乳的稠度和黏度，并對發酵乳的口感具有積極影響。聶衛東等[29]將桑葉多糖加入未發酵的牛乳中，通過對桑葉多糖發酵乳組織形態、色澤、口感、風味4 個方面進行感官綜合評定，結果顯示，添加桑葉多糖的發酵乳感官綜合評分明顯高于普通發酵乳。

1.5 活性多糖對發酵乳色度的影響

色澤作為發酵乳外觀的重要指標之一，能夠較大程度地影響消費者的接受程度。植物或真菌本身含有的色素會導致活性多糖也帶有一定量的色素，將帶有色素的活性多糖應用于發酵乳不僅可以改善發酵乳的品質，還可以增加色澤多樣性。Dai等[30]研究魔芋葡甘露聚糖對發酵乳色度的影響，發現魔芋葡甘露聚糖不僅可以提高發酵乳的亮度，還能與牛乳發生美拉德反應，使發酵乳帶有焦黃色。此外，色素含量豐富的沙棘多糖[31]與蛹蟲草多糖[32]也可以作為改善發酵乳色澤的成分應用于發酵乳中，以達到豐富發酵乳色澤的目的。

2 活性多糖對發酵乳凝膠特性的影響

2.1 活性多糖對發酵乳質構特性的影響

黏度、硬度、內聚性等作為評價發酵乳組織狀態和口感的重要指標，在評測其品質的過程中扮演著重要的角色[33]，影響發酵乳制品質構的因素有很多，其中包括外源添加物[34]。李海平等[10]通過測定滑菇多糖發酵乳的質構特性，發現隨著滑菇多糖添加量的增加，發酵乳的硬度、彈性、黏性、凝聚性及黏聚性均顯著增大，這主要是由于滑菇多糖分子質量很大，主鏈長且支鏈豐富，絡合水的能力特別強，在發酵過程中會增強蛋白質網狀結構并促進蛋白質交聯，增加乳蛋白的聚集程度。周勇等[31]發現，添加適量的沙棘多糖會導致發酵乳硬度、黏性、膠著性、內聚性升高，這可能是由于沙棘多糖促使乳酸菌產生了大量的胞外多糖，胞外多糖與發酵乳中的酪蛋白相互作用，提升了蛋白間的聚集度，從而提高了發酵乳的黏性和膠著性[35]，也可能由于伴隨著發酵乳發酵的進行，活性多糖自身與蛋白質相互作用形成緊密的結構，進而改善了發酵乳的質構特性[27]。李寧寧等[36]發現，隨著牛蒡多糖質量濃度的增加，發酵乳的硬度、咀嚼性和黏性呈先增大后減小的變化趨勢，而凝聚性隨活性多糖質量濃度的增加而增加。這表明適量的牛蒡多糖與酪蛋白相互作用會提升發酵過程中形成的凝膠網狀結構強度[37]，但過量的牛蒡多糖可能會阻礙酪蛋白之間的相互作用，使凝膠網狀結構不夠牢固，對發酵乳的質構產生負面影響。

2.2 活性多糖對發酵乳流變特性的影響

流變學作為力學的新分支，能夠體現研究材料與時間因素有關的形變和流動規律，將流變學特性研究應用于發酵乳有助于掌握其內部結構和形態，為改善發酵乳的加工特性提供依據[38]。Cui Bo等[39]將交聯乙酰化淀粉應用于凝固型發酵乳中，發現交聯乙酰化淀粉會因本身的溶脹特性使凝固型發酵乳黏彈性顯著提高，且隨著交聯乙酰化淀粉添加量的增加，發酵乳的彈性模量、黏性模量均有增大趨勢。造成這一現象的主要原因為：一方面較高添加量的交聯乙酰化淀粉分子在力的相互作用下會形成較強的分子網絡，對流變特性產生積極影響；另一方面，隨著交聯乙酰化淀粉添加量的增加，蛋白質與淀粉之間的氫鍵作用增強，并形成穩定的互穿網絡，達到提升凝膠網絡強度的目的。Heydari等[40]發現，添加6 種不同益生因子的發酵乳流變特性發生顯著變化，其中添加1.5%抗性淀粉和1.5%β-葡聚糖的發酵乳流變特性最好。β-葡聚糖能夠影響發酵乳黏彈特性的原因是其本身的纖維三糖單元產生振蕩效果，使蛋白質與糖分子聚集形成凝膠，發揮增強發酵乳黏彈性的作用[41]。Fu Renjie等[42]研究索拉膠發酵乳的流變特性和微觀結構，發現加入0.5%索拉膠后發酵乳的抗剪切能力大大增強，這是由于索拉膠分子可以通過錨定膠束形成額外的串狀結構，強化發酵乳中酪蛋白膠束網絡所致，使發酵乳具有更好的凝乳穩定性。

3 活性多糖對發酵乳益生性能的影響

3.1 活性多糖對發酵乳抗衰老特性的影響

近年來，真菌多糖因其良好的抗氧化性被廣泛應用于食品領域。李廣富團隊分別研究茶樹菇多糖發酵乳[43]、茶新菇多糖發酵乳、真姬菇多糖發酵乳[44]與靈芝多糖發酵乳[45]的抗衰老特性，發現添加真菌多糖的發酵乳抗衰老性明顯提高，并且隨著活性多糖添加量的增大，真菌多糖發酵乳的抗衰老性提升明顯。一方面，真菌多糖主要通過調節機體免疫系統和提升抗氧化損傷能力發揮延緩衰老作用，而發酵乳的抗氧化性則表現為能夠清除自由基、抵抗脂質過氧化等能力[46]，活性多糖和發酵乳相結合產生協同作用，進一步增強機體的抗衰老能力；另一方面，乳酸菌代謝產生的胞外多糖與真菌多糖具有相同的功能，均可以清除體內過量自由基，增強抗氧化系統，真菌多糖為乳酸菌代謝提供營養物質，使其分泌大量胞外多糖，胞外多糖與真菌多糖共同作用，達到提升機體抗衰老性的效果[44]。

3.2 活性多糖對發酵乳降血脂、降血糖特性的影響

高脂血癥和高血糖嚴重影響人類身體健康。目前，高血脂、高血糖癥狀除利用藥物手段進行調節治療，攝入含有活性多糖的發酵乳也是一種潛在的治療手段。Ramchandran等[11]研究乳酸菌胞外多糖與菊糖對發酵乳α-葡萄糖苷酶抑制活性的影響，發現與含胞外多糖但不含菊糖的發酵乳相比，含有胞外多糖和菊糖的發酵乳具有更好的α-葡萄糖苷酶抑制活性，這可能是由于菊糖本身有一定的α-葡萄糖苷酶抑制活性，與發酵乳結合后增強了發酵乳的降血糖能力。朱建平等[47]研究黃精發酵乳的降脂作用，發現與單純食用普通發酵乳或黃精藥液相比，黃精發酵乳的降脂作用更加明顯，推測可能是由于黃精藥液中存在的活性多糖發揮了作用，能夠干擾體內脂質合成、代謝和清除，進而影響膽固醇和膽酸吸收。

3.3 活性多糖對發酵乳其他益生性能的影響

飲食在調節炎癥方面起著至關重要的作用[48]，炎癥是機體對刺激產生的一種防御反應，研發可以增強免疫系統功能和減少慢性炎癥的活性多糖發酵乳具有非常廣闊的應用前景。Lee等[49]將柑橘果皮多糖作為潛在的益生因子應用于發酵乳，并研究活性多糖發酵乳對人體免疫刺激和抗炎作用的影響，發現柑橘果皮多糖發酵乳可以增強機體自然殺傷細胞的免疫能力，并降低促炎細胞因子水平，對健康受試者產生有益的免疫刺激和抗炎作用。熊政委等[50]發現，菊糖發酵乳能有效提高小鼠免疫器官指數和血清中免疫球蛋白的含量，起到增強小鼠免疫功能的作用。發酵乳的免疫刺激功能與乳酸菌密切相關，乳酸菌受菊糖促生長作用的影響而加速繁殖，大量的乳酸菌代謝產生對人體有益的活性成分，進而達到增強機體免疫力的效果。

4 結 語

國內外研究已證實，將活性多糖應用于發酵乳不僅可以豐富發酵乳的產品多樣性，還可以獲得更佳的理化、凝膠特性及益生能力。活性多糖作為一種分布廣泛的自然資源，其種類繁多、結構各不相同，不同活性多糖對發酵乳的影響效果不一，具體差異與活性多糖本身的物理化學性質與生理活性密切相關。目前國內外對于活性多糖的研究大多集中于本身結構組成與生理活性方面，鮮有研究將活性多糖直接應用于功能性食品的開發。

身處大健康時代，活性多糖乳制品作為新型功能性食品具有極大的發展潛力。開發功能性多糖發酵乳制品不僅可以加大活性多糖的利用力度，并且能夠為發酵乳產業注入更多的發展活力。總體來說，功能性多糖乳制品的研發還處于初步階段，未來市場應將更多的活性多糖應用于乳制品，尤其是發酵乳制品。