無糖藜麥發酵乳的物化特性及抗氧化活性

張 裕 王 穎,2,3,4 李志芳 王 迪 張艷莉 張 邯

(1.黑龍江八一農墾大學食品學院，黑龍江 大慶 163319；2.國家雜糧工程技術研究中心，黑龍江 大慶 163319；3.糧食副產物加工與利用教育部工程研究中心，黑龍江 大慶 163319；4.黑龍江省農產品加工與質量安全重點實驗室，黑龍江 大慶 163319)

藜麥(Chenopodiumquinoa)是一種極具工業價值的偽谷物，被認為是適合所有人的植物性食品，可作為健康意識較強的消費者、素食者及運動員等人群的主要膳食選擇[1]。與多數雜糧作物相比，其蛋白利用率更高，氨基酸構成平衡且接近牛奶酪蛋白，并含有甜菜堿、槲皮素、皂苷等營養功能因子[2]。藜麥種子是酚類化合物的良好來源，呈現出相對較高的抗氧化潛能，其中酚酸、類黃酮和單寧組成了具有生物活性的次生植物代謝產物，有助于多種生理特性，如抗菌、抗氧化、抗炎、抗腫瘤和抗癌作用。植物中酚類物質和類黃酮含量是影響其抗氧化活性的關鍵因素，由于抗氧化機制復雜，一種抗氧化劑在體內可能有多種抗氧化機制，因此常常需要通過測定多個抗氧化指標來綜合評價植物的抗氧化能力，如自由基清除能力、三價鐵還原能力、螯合金屬能力等[3-4]。董晶等[5]通過對自由基清除率和消化淀粉酶抑制率的測定，證明藜麥黃酮提取液具有較好的抗氧化活性和降糖能力。不同藜麥品種抗氧化能力的變化與高濃度的多酚化合物有關，這可能歸因于種皮的色澤，顏色越深則表現出越強的抗氧化能力和抗癌作用[6]。藜麥蛻皮激素可通過抑制皮膚膠原酶活性表現出抗氧化性[7]。乳酸菌等有益微生物利用原料乳可在發酵代謝過程中產生有機酸、維生素、氨基酸、酶類等小分子化合物，大大提高其營養價值，且藜麥本身含有大量活性物質成分，使其表現出一定的功能特性，因此在原料乳中添加藜麥漿將對發酵乳產生很大的影響[8-9]。木糖醇、低聚糖、赤蘚糖醇等甜味劑與蔗糖甜度相近，食用后不僅不參與體內葡萄糖代謝，還具有減脂、防止齲齒、減少牙斑形成等功效，將發酵乳中的蔗糖替換成甜味劑，可制成適合患有高血糖癥或糖尿病等特殊人群食用的產品[10-11]。

藜麥發酵乳是以藜麥漿和復原乳為原料，利用乳酸菌發酵產酸而成的風味型營養乳制品，但目前市場上的發酵乳多用蔗糖調節風味，長期飲用不利于人體健康，并且中國對于藜麥發酵乳研究大多側重于其加工工藝，而添加藜麥漿后有關其對發酵乳物理品質及抗氧化性方面的影響尚缺乏系統深入研究。文章擬以無糖藜麥發酵乳為主要研究對象，以無糖藜麥發酵乳的pH、酸度、黏度、持水力，DPPH自由基清除能力、Fe3+還原能力、ABTS自由基清除能力及羥自由基清除能力為測定指標，探究添加木糖醇和藜麥漿對無糖發酵乳的物化特性及抗氧化活性的影響，以期為其他無糖風味發酵乳系列產品的功能性研究提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅藜麥：青海善祺藜麥商貿有限公司；

脫脂奶粉、全脂奶粉：黑龍江雙城雀巢有限公司；

1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、2,2-聯氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二銨鹽(ABTS)：美國Sigma公司；

羥自由基測試盒：南京建成生物工程研究所；

氫氧化鈉、氯化鐵：分析純，遼寧泉瑞試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

電子天平：BS224S型，賽多利斯科學儀器有限公司；

pH計：pHS-3C型，上海精密科學儀器有限公司；

旋轉黏度計：NDJ-IB 型，上海方瑞科學儀器有限公司；

分光色差儀：CM-700D型，杭州柯盛行儀器有限公司；

高速冷凍離心機：H1850R型，湖南湘儀儀器有限公司；

紫外可見分光光度計：A360型，上海翱藝儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 菌種活化 參照余芳[12]的方法并修改。將甘油保存的植物乳桿菌和嗜酸乳桿菌分別接種于滅菌后的MRS液體培養基中，搖勻，37 ℃培養24 h，在無菌操作臺中挑取菌液，采用平板劃線法接入MRS固體培養基中，37 ℃培養24 h，連續傳代3次，使其充分活化，挑取斜面培養基生長較好的菌落接種至MRS液體培養基中，37 ℃培養24 h，8 000 r/min離心10 min，收集菌體后加入滅菌的生理鹽水清洗兩次后制成菌數為109CFU/mL菌懸液，于4 ℃保存備用。

1.3.2 工藝流程

(1)無糖藜麥發酵乳：

(2)普通發酵乳：

經前期研究得無糖藜麥發酵乳最佳工藝為藜麥漿添加量30%，木糖醇添加量5%、復合發酵劑接種量3%(m植物乳桿菌117-1∶m嗜酸乳桿菌KLDS1.0901為2∶1)、發酵溫度38 ℃、發酵時間8 h。

1.3.3 pH值測定 采用pH計。

1.3.4 酸度測定 參照蘇敦等[13]的方法，并按式(1)計算酸度。

(1)

式中：

W——酸度，°T；

C——NaOH溶液濃度，mol/L；

V——滴定樣品時消耗NaOH溶液的體積，mL；

M——發酵乳樣品體積，mL。

1.3.5 黏度測定 采用旋轉黏度計。

1.3.6 持水力測定 參照雷勇剛[14]的方法，按式(2)計算持水力。

(2)

式中：

L——持水力，%；

M1——離心前樣品和離心管的質量，g；

M2——離心后除去乳清樣品和離心管的質量，g。

1.3.7 色澤測定 采用色差儀。

1.3.8 DPPH自由基清除率測定 參照童秦怡[15]的方法，并按式(3)計算DPPH自由基清除率。

(3)

式中：

C1——DPPH自由基清除率，%；

A1——樣品+DPPH溶液的吸光度；

A2——樣品+無水乙醇的吸光度；

A0——DPPH溶液的吸光度。

1.3.9 ABTS自由基清除率測定 參照鄭金熊等[16]的方法，并按式(4)計算ABTS自由基清除率。

(4)

式中：

C2——ABTS自由基清除率，%；

A0——0.5 mL蒸餾水+3.5 mL ABTS溶液的吸光度；

A1——0.5 mL樣品+3.5 mL ABTS溶液的吸光度；

A2——0.5 mL樣品+3.5 mL無水乙醇的吸光度。

1.3.10 羥自由基(·OH)清除率測定 參照羥自由基測試試劑盒說明書。

1.3.11 Fe3+還原力測定 參照楊淑妮[17]的方法。

1.4 數據處理

所有試驗均平行3次，結果用平均值±標準差表示。用Excel、SPSS軟件進行數據的錄入與處理。

2 結果與分析

2.1 無糖藜麥發酵乳的物化特性

2.1.1 物化指標 由表1可知，無糖藜麥發酵乳的酸度顯著低于普通發酵乳，而pH值則相反，這是由于無糖藜麥發酵乳中添加了藜麥漿，導致復原乳在原料中占比低，其乳糖含量總體減少，而乳酸菌發酵機理就是乳酸菌利用原料中的乳糖產生乳酸，因此最終產品酸度下降，pH值上升。黏度形成原理是乳酸菌發酵原料中的糖類產生胞外多糖，其中包含了具有黏附性的莢膜多糖和黏液多糖，持水力的形成是由于脂肪經均質破裂成微小脂肪球，均勻分布于發酵底物，導致與蛋白質吸附表面積增加，使酪蛋白結構變化發生凝膠網絡的聚集[18]。無糖藜麥發酵乳中以脫脂乳粉為底物、木糖醇替代蔗糖，使其中糖類物質和脂肪含量均低于普通發酵乳，因此產品黏度和持水力降低，同時蛋白質含量的減少也會使發酵乳的黏度和持水力下降[19]，因此無糖藜麥發酵乳的黏度和持水力低于普通發酵乳。

表1 無糖藜麥發酵乳和普通發酵乳的物化指標?

2.1.2 色澤 由表2可知，無糖藜麥發酵乳的L*值略低于普通發酵乳，而a*值和b*值則相反(P<0.05)，可能是由于添加了紅色藜麥漿的原因，顯著增加了其彩色值，而組間L*無顯著性差異，在消費者可接受范圍之內。

表2 無糖藜麥發酵乳和普通發酵乳的色澤?

2.2 無糖藜麥發酵乳的抗氧化活性

2.2.1 DPPH自由基清除率 由圖1可知，無糖藜麥發酵乳的DPPH自由基清除率顯著高于普通發酵乳，隨著發酵乳質量分數的增加，DPPH自由基清除能力增強，當發酵乳質量分數為60%時，無糖藜麥發酵乳和普通發酵乳的DPPH自由基清除率分別為(86.23±2.35)%，(76.81±3.12)%，添加藜麥漿的發酵乳的DPPH自由基清除率提高了近10%，說明無糖藜麥發酵乳中的藜麥發揮了重要抗氧化作用。這是由于藜麥中富含多糖、多酚等物質，Vollmannova[20]研究證明，蕎麥、莧菜、藜麥中酚類物質和蘆丁含量會直接影響其抗氧化能力，且自由酚和結合酚占比越大，對DPPH自由基清除能力越強。Gorinstein等[21]報道藜麥的總酚含量為60 mg GAE/100 g，顯著高于莧菜和小麥的，但低于蕎麥的(P<0.01)。同時利用乳酸菌發酵藜麥是生產具有抗菌、抗氧化等特殊生物活性肽的有效方法，當藜麥多酚與乳酸菌自身抗氧化性產生協同作用時，可進一步提高發酵乳的DPPH自由基清除能力。

圖1 發酵乳對DPPH自由基清的清除能力

2.2.2 ABTS自由基清除率 由圖2可知，無糖藜麥發酵乳的ABTS自由基清除率明顯高于普通發酵乳，且發酵乳對ABTS自由基的清除能力隨濃度的升高而增強，當發酵乳質量分數為100%時，無糖藜麥發酵乳和普通發酵乳的ABTS自由基清除率分別為(71.32±2.32)%，(52.96±1.95)%，添加藜麥漿的發酵乳ABTS自由基清除率提高了近20%，說明添加藜麥漿能顯著提高發酵乳對ABTS自由基的清除能力。Pereira等[22]研究表明，藜麥種子中含有槲皮素、山奈酚、香草醛酸、阿魏酸等多種還原劑特性的酚類化合物，可在ABTS自由基清除率試驗中提供氫。同時藜麥對ABTS自由基的清除能力與多酚化合物、有機酸等物質的分子數量有關，藜麥籽粒顏色越深，其酚類物質含量越高、抗氧化活性越強，試驗選擇的是紅色藜麥，因而使無糖藜麥發酵乳顯示出更高的抗氧化能力[23]。藜麥中含有較高的黃酮，為36.2～144.3 mg/100 g，而其他谷物大多數不含黃酮類物質，Villa等[24]提出類黃酮含量可能是植物抗氧化活性的原因，其在ABTS試驗中能夠提供自由基氫以及作為還原劑的特性。

圖2 發酵乳對ABTS自由基的清除能力

2.2.3 羥基自由基清除率 由圖3可知，無糖藜麥發酵乳的羥基自由基清除率明顯高于普通發酵乳，隨著發酵乳質量分數的升高，無糖藜麥發酵乳和普通發酵乳的體外抑制羥基自由基能力均穩步上升，當發酵乳質量分數為100%時，羥基自由基清除率分別為(63.27±2.01)%，(48.19±2.69)%，添加藜麥漿的發酵乳羥基自由基清除率提高了近15%，說明添加藜麥漿能顯著提高發酵乳對羥基自由基的清除能力。這可能與藜麥中的酚類物質有關，酚類物質提供活潑的氫可終止活性氧等自由基的連鎖反應，以此抑制羥基自由基的產生，降低由羥基自由基所致的有害效應[25]。Hernandez[26]從美國藜麥種子中分離出了6種黃酮苷元，其在自由基清除試驗中表現出很強的抗氧化活性。

圖3 發酵乳對羥基自由基的清除能力

2.2.4 Fe3+還原能力 由圖4可知，無糖藜麥發酵乳的Fe3+還原能力明顯高于普通發酵乳，并隨著發酵乳質量分數的不斷升高而穩步上升，當發酵乳質量分數為100%時，無糖藜麥發酵乳和普通發酵乳的Fe3+還原能力分別為(0.48±0.02)，(0.29±0.03)mmol/L，說明添加藜麥漿能顯著提高發酵乳對Fe3+的還原能力。研究[27]表明，Fe3+還原能力與物質中游離酚含量有關，藜麥經發酵后酚類物質由結合態釋放為游離狀態，同時乳酸菌代謝生成有機酸可有效阻止酚類物質分解，因此無糖藜麥發酵乳具有較高的Fe3+還原能力。

圖4 發酵乳對Fe3+的還原能力

3 結論

以藜麥漿和復原乳為原料，以木糖醇代替蔗糖制成無糖藜麥發酵乳，其pH高于普通發酵乳，酸度、黏度、持水力則略低于普通發酵乳，且無糖藜麥發酵乳的DPPH自由基清除率、ABTS自由基清除率、羥基自由基清除率、Fe3+還原能力均顯著高于普通發酵乳。由于藜麥本身富含多種活性物質，將其作為原料與復原乳共同發酵，提高了發酵乳的抗氧化活性，實現了藜麥和無糖發酵乳制品的綜合利用，豐富了無糖食品市場，符合目前功能性發酵乳的研究趨勢。但若將藜麥應用于天然強效抗氧化劑則需對其抗氧化機理進行深一步探索。