不同熱處理無乳糖酸奶與普通酸奶品質的比較

王偉佳，高曉夏月,劉愛國*，劉立增，王鵬程，楊毅

1(天津商業大學 生物技術與食品科學學院，天津市食品生物技術重點實驗室,天津，300134)2(彼特銳斯(天津)商貿有限公司，天津，300240)

在全世界各地區人群中都存在不同程度的乳糖酶缺乏，而且有明顯的種族差異[1]。據調查，我國漢族成人乳糖不耐癥發生率為75%～95%，少數民族亦有76%～95.5%[2]。肖玉樺等[3]用氫呼氣試驗測定健康成人乳糖吸收不良發生率為92%。楊月欣等[4]在北京、上海、廣州和哈爾濱四大城市，從3～13歲兒童中隨機抽樣，87%的兒童乳糖酶活性下降的年齡在7～8歲，且我國其他地區兒童乳糖酶缺乏的發生率也較高。

酸奶在發酵前進行熱處理會產生一系列復雜的變化[5-8]：(1)美拉德反應使原料乳中風味物質變化，進而影響酸奶產品的風味；(2)減少了致病菌和有害微生物的數量；(3)致使微觀結構改變并對酸奶宏觀特性有顯著影響。熱處理溫度低的酸奶凝膠呈現出含有較大酪蛋白顆粒的彎曲狀團聚網絡結構，這是由于未變性的乳清蛋白沒有參與凝膠網絡的形成。經過熱處理的酸奶凝膠具有更加致密，相互交聯的蛋白質網絡結構，原因是乳清蛋白發生部分變性或者全部變性，會參與網狀結構的形成，這增加了蛋白之間的交聯，此結構中的孔徑更小，可以使顆粒重排現象減少[9],從而導致酸奶的貯藏穩定性、風味釋放、質地以及流變學等特性發生變化。

本論文旨在討論熱處理對無乳糖酸奶理化性質的影響，同時與普通酸奶在表觀黏度、色度、滋味、氣味、貯藏穩定性以及微觀結構等方面進行比較。

1 方法與材料

1.1 試劑與儀器

全脂乳粉，雙城雀巢有限公司；白砂糖，廣西上上糖業有限公司；747型發酵劑，普爾斯(天津)國際貿易有限公司；Maxilact乳糖酶，Royal DSM公司。

Astree Ⅱ型電子舌、Heracles Ⅱ型電子鼻、DW-86L729型超低溫保存箱(-80 ℃)，法國Alpha M.O.S公司；EVO 18型掃描電子顯微鏡，德國卡爾蔡司公司；SC-15型數控超級恒溫槽、Scientz-50 N型真空冷凍干燥機，寧波新芝生物科技股份有限公司；MCR 301型流變儀，Physica公司，HunterLab測色儀，美國HunterLab公司；紫外分光光度計，HITACHI日立儀器公司；Bayer LactoMonitor乳糖測定儀，德國拜耳公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 無乳糖酸奶的制作工藝

水預熱(50 ℃)→復原乳(全脂乳粉11.0%，白砂糖6.0%，均為質量分數)→均質(15 MPa)→熱處理→冷卻降溫(40 ℃)→接入發酵劑與乳糖酶→攪拌(10 min)→ 密封保溫發酵(42 ℃，6 h)→冷藏保存(4 ℃)

熱處理：分別采用65 ℃、30 min，75 ℃、15 min，85 ℃、10 min，95 ℃、5 min處理，普通酸奶生產中的熱處理條件為85 ℃、10 min。

發酵劑與乳糖酶：發酵劑添加量為0.06 g/kg，加酶量為2 500 U/g。

1.2.2 乳糖測定

取1 μL待測試樣置于乳糖儀試紙的電極上，等待5 s后讀數。

1.2.3 表觀黏度的測定

參照王松松等[10]的方法。采用MCR 301流變儀，取少量酸奶樣品于流變儀的測定平臺上，選取探頭為pp50，直徑25 mm的錐板，恒定溫度為25 ℃，測定樣品表觀黏度與剪切應力在0～1 000 s-1過程中的變化。

1.2.4 滋味測定

參照馬長路等[11]的實驗方法，采用電子舌進行分析。首先進行預平衡、校準，然后稱取 40.0 g酸奶樣品，用超純水進行二倍稀釋后，置于電子舌專用測試杯中，進行滋味的檢測和數據采集，每個酸奶樣品采集時間為 120 s，清洗時間為10 s，每個樣品重復測試3次，進行主成分分析和味覺強度分析。

1.2.5 氣味的測定

采用電子鼻對樣品的氣味進行分析[12]。精確稱取7.0 g樣品于20 mL頂空瓶中，在45 ℃的條件下孵化20 min，振蕩速度為 500 r/min。進樣量5 000 μL，注射速度125 μL/s。進樣口溫度為200 ℃、壓力10 kPa、流速30 mL/min、注射時間45 s。采用正構烷烴標準品進行化合物標定，利用化學數據庫，根據色譜圖相，以峰高和峰面積確定化合物與相對含量。

1.2.6 色度測定

使用HunterLab測色儀對酸奶樣品進行色度分析[13]。先進行黑板校準，黑玻璃或黑光阱用于定反射率的底，然后用白板校準，標準白板用于定反射率的頂。每個樣品取3個平行測定，其中L*，a*，b*可直接讀出，按照公式(1)計算ΔE值:

(1)

式中：L*，明度；a*，紅色度；b*，黃色度。

1.2.7 貯藏穩定性的評定

1.2.7.1 懸浮穩定性

取酸奶樣品3 g，稀釋80倍。在波長540 nm處，測得樣品吸光度記為A1。然后取酸奶50 mL，于4 000 r/min離心10 min，取上層乳液，在波長540 nm處測得吸光度記為A2。按公式(2)計算懸浮穩定性，R值越大，說明酸奶樣品的懸浮穩定性越好[14]:

(2)

式中：R,酸奶穩定性；A1,樣品吸光度；A2,離心后吸光度。

1.2.7.2 持水性

準確稱取30 g酸奶樣品，在4 000 r/min離心15 min，靜置10 min后，棄去上清液，根據公式(3)計算樣品持水性[15]:

(3)

式中：m0，離心管質量；m1，樣品質量；m2，離心棄上清液后樣品質量。

1.2.8 酸奶微觀結構的評定

采用EVO 18掃描電子顯微鏡，對不同熱處理下的無乳糖酸奶的超微形貌特征進行觀察，同時與普通酸奶對比。取一定量酸奶樣品，置于-18 ℃冰箱里，預凍7 h之后，在-80 ℃超低溫保存箱中冷凍4 h，取出后立即進行24 h凍干，再將凍干的酸奶樣品鍍金膜，抽真空后，在10.0 kV電壓下進行掃描電鏡測試[16]。

1.2.9 數據處理

本實驗數據用 Origin 8.0和Excel作圖。電子鼻、電子舌的數據用SPSS Statistics 23.0進行單因素以及主成分分析。

2 結果與分析

2.1 酸奶中乳糖含量分析

普通酸奶及不同溫度熱處理的無乳糖酸奶的乳糖殘留如表1所示。在添加乳糖酶的酸奶樣品中，乳糖殘留量低于0.5%達到了無乳糖的標準[17]。由于乳糖酶在熱處理完成后添加，所以不同的熱處理溫度對同一乳糖酶添加量的酸奶的乳糖殘留量沒有顯著影響。

表1 普通酸奶與不同熱處理無乳糖酸奶的乳糖殘留量Table 1 Lactose residue in normal yoghurt and lactose-free yoghurt with different heat treatment

2.2 不同熱處理溫度對無乳糖酸奶表觀黏度的影響

普通酸奶與無乳糖酸奶的表觀黏度和剪切速率關系均有著相似的趨勢(圖1)。當剪切速率為0.03 s-1時，表觀黏度達到了最大值，隨著剪切速率的增加，表觀黏度隨之降低，無乳糖酸奶表觀黏度普遍高于普通酸奶。SKATARZYNA等[18]認為,將乳糖分解成單糖可以改善酸奶的流變特性和黏度。95 ℃的無乳糖酸奶表觀黏度較高。其原因是乳清蛋白含有大量的二硫鍵和巰基，在加熱的過程中，β-乳球蛋白的球狀結構打開，導致疏水基團暴露，乳清蛋白會通過巰基和二硫鍵在分子層面上的交換，β-乳球蛋白形成聚集體，使得蛋白的網路更加緊密，從而提高無乳糖酸奶的表觀黏度[19]。另外，隨著剪切速率的增加，所有樣品的表觀黏度急劇下降，原因是高速的剪切會引起“搖溶”現象。因此，隨著剪切速率的增加，酸奶的表觀黏度顯著降低[20]。

圖1 普通酸奶與不同熱處理溫度下的無乳糖酸奶流變特性Fig.1 Rheological properties of normal yogurt and lactose-free yogurt at different heat treatment temperatures

2.3 不同熱處理溫度對無乳糖酸奶滋味的影響

通過主成分分析，普通酸奶和無乳糖酸奶之間的滋味有著顯著的差異(圖2)。在苦味、咸味、甜味方面，經過熱處理的無乳糖酸奶要低于普通酸奶，這是因為無乳糖酸奶乳糖含量比普通酸奶低，與普通酸奶相比，美拉德反應程度較小[21]。

圖2 普通酸奶與不同熱處理無乳糖酸奶滋味主成分分析圖Fig.2 Principal component analysis of taste of normal yogurt and lactose-free yogurt with different heat treatment

不同熱處理溫度對無乳糖酸奶的滋味有著比較顯著的影響。95 ℃條件下熱處理5 min的樣品酸味，甜味比較突出，但是鮮味不足(圖3)。綜合比較不同熱處理溫度下的樣品，溫度為75 ℃時，風味表現最協調。

圖3 熱處理對普通酸奶與無乳糖酸奶滋味的影響Fig.3 Effect of heat treatment on the taste of normal yogurt and lactose-free yogurt

2.4 不同熱處理溫度對無乳糖酸奶氣味的影響

無乳糖酸奶和普通酸奶之間氣味沒有顯著性差異(圖4)。主要的揮發性香氣由丙酮、乙醛、2,3-丁二酮、2-丁酮等組成。在酸奶樣品中，丙酮強度較高，除了原料中含有丙酮外，乳酸菌代謝葡萄糖也會產生丙酮。2,3-丁二酮具有奶香味，且風味閾值較低，低濃度的2,3-丁二酮能夠賦予酸奶奶油的香味[22]，OTT等[23]的研究發現，在牛乳的發酵過程中，乙醛和丁二酮等物質的含量顯著增加，賦予了酸奶獨特的風味。普通酸奶和無乳糖酸奶風味沒有顯著性差異，原因也是由于主要的風味物質受乳糖的影響較小。

圖4 普通酸奶與無乳糖酸奶氣味對比Fig.4 Comparison of odor between ordinary yoghurt and lactose-free yogurt注：圖中普通酸奶譜圖由實際值取相反數得到

在氣味上，不同溫度處理的無乳糖酸奶無顯著性差異(圖5)，主要風味也是由丙酮、乙醛、2,3-丁二酮、2-丁酮貢獻。

圖5 不同熱處理溫度下的無乳糖酸奶氣味對比Fig.5 Odor comparison of lactose-free yoghurt under different heat treatment temperatures

2.5 不同熱處理溫度對無乳糖酸奶色度的影響

無乳糖酸奶與普通酸奶之間色差無顯著差別(表2)，不同的熱處理溫度也對無乳糖酸奶的色差沒有顯著的影響，其原因是熱處理時間較短，美拉德反應最終階段產生的類黑精積累較少[24]。乳糖對酸奶顏色的貢獻程度較低，這也使得無乳糖酸奶和普通酸奶色度上差別不大。由于處理時間較短，不同熱處理溫度的無乳糖酸奶在色度上沒有顯著性差別。

表2 不同熱處理溫度對無乳糖酸奶色度的影響Table 2 Effect of different heat treatment on color of lactose free yoghurt

2.6 不同熱處理溫度對無乳糖酸奶貯藏穩定性的影響

無乳糖酸奶與普通酸奶相比，無乳糖酸奶的持水性和懸浮穩定性較好(圖6)，原因是乳糖在乳糖酶的作用下分解成葡萄糖和半乳糖，半乳糖屬于胞外多糖(exopolysaccharides,EPS)[25]。根據KRUIF等[26]的報道，如果胞外多糖的含量不能完全覆蓋蛋白時，一個胞外多糖可以連接在幾個蛋白表面，從而發生復凝聚。因此，酶解無乳糖酸奶的穩定性要優于普通酸奶。

a-普通酸奶與無乳糖酸奶的持水性比較；b-普通酸奶與無乳糖酸奶的懸浮穩定性比較圖6 普通酸奶與無乳糖酸奶的貯藏穩定性Fig.6 Storage stability of plain yogurt and lactose-free yogurt

隨著熱處理溫度的上升，無乳糖酸奶的持水性增加(圖7)，懸浮穩定性總體上也是隨著溫度的增加而增加。其原因是，當熱處理溫度升高時，乳清蛋白由于發生多肽鏈的去折疊導致變性，使結構內部的側鏈基團暴露，使其與酪蛋白發生交聯[27]，因此，熱處理溫度高的無乳糖酸奶持水性和懸浮穩定性增加。

圖7 不同熱處理溫度下無乳糖酸奶的貯藏穩定性Fig.7 Storage stability of lactose-free yogurt under different heat treatment

2.7 不同熱處理溫度對無乳糖酸奶微觀結構的影響

通過掃描電鏡可以觀察無乳糖酸奶和普通酸奶放大12 000倍后的微觀結構(圖8)，無乳糖酸奶的微觀結構比普通酸奶更加致密，這個結果能較好地佐證無乳糖酸奶比普通酸奶有著更好的表觀黏度和貯藏穩定性。

a-85 ℃,10 min熱處理下普通酸奶；b-85 ℃,10 min熱處理下無乳糖酸奶圖8 普通酸奶與無乳糖酸奶掃描電鏡圖Fig.8 Scanning electron micrographs of plain yogurt and lactose free yogurt

不同熱處理無乳糖酸奶掃描電鏡(×12 000)如圖9所示，熱處理溫度越高，樣品的結構也越來越致密，微觀結構的改變對酸奶宏觀特性有顯著影響。經過65 ℃、30 min熱處理的酸奶形成的凝膠呈現出含有較大酪蛋白顆粒的彎曲狀團聚網絡結構，是因為熱處理溫度不高時，乳清蛋白變性程度小，變性的乳球蛋白結合在酪蛋白上，呈現不規則的鏈球狀，有著比較高的表面疏水性。經過75 ℃、15 min，85 ℃、10 min熱處理的酸奶凝膠的團聚網絡結構變得緊密。經過95 ℃、5 min熱處理的酸奶凝膠結構變得幾乎沒有空隙，這是由于熱處理溫度得到增加，α-乳白蛋白開始變性，覆蓋在乳球蛋白上，使得表面越來越光滑，疏水性降低，增加了蛋白質的持水性[28]。

a-65 ℃,30 min熱處理下無乳糖酸奶；b-75 ℃,15 min熱處理下無乳糖酸奶；c-85 ℃,10 min熱處理下無乳糖酸奶；d-95 ℃,5 min熱處理下無乳糖酸奶圖9 不同熱處理溫度的無乳糖酸奶掃描電鏡圖Fig.9 Scanning electron micrographs of lactose free yoghurt with different heat treatment temperatures

3 結論

在乳糖酶的作用下，酸奶中胞外多糖的含量增加，提高了酸奶的表觀黏度和穩定性。同時，不同熱處理溫度會對無乳糖酸奶的宏觀特性及微觀結構產生影響。滋味上，無乳糖酸奶在苦味、咸味、甜味上要低于普通酸奶，經過75 ℃、15 min熱處理的無乳糖酸奶風味表現最為協調；不同熱處理的無乳糖酸奶與普通酸奶之間在氣味和色度表現上無顯著性差異。隨著熱處理溫度的上升，酸奶持水性與懸浮穩定性也隨之增加。溫度上升導致酸奶凝膠網絡結構交聯度更大、更致密，孔隙變得更小，有利于持水。由于美拉德反應的存在，過高的溫度對無乳糖酸奶的滋味產生影響。綜合比較，無乳糖酸奶最佳熱處理條件為75 ℃、15 min。該結論對實際生產具有一定的指導意義。