不同糖類物質對羊乳制品貯藏期品質的影響研究

馬夢佳，韋海濤，孫鴻雁,程明，高興明，王存芳*

(1.齊魯工業大學(山東省科學院) 食品科學與工程學院，濟南 250300；2.山東熊貓乳品有限公司，濟南 251400；3.臨沂格瑞食品有限公司，山東 臨沂 276000；4.青島市畜牧獸醫研究所，山東 青島 266100)

近年來，乳品已經成為人們生活中必不可少的食品，羊乳的市場需求也逐漸增加。羊乳富含乳清蛋白及短鏈脂肪酸和中鏈脂肪酸，并且含有維生素、礦物質等多種生物活性成分，其體系中的脂肪酸易消化吸收，并對冠狀動脈疾病、腸道疾病等具有良好的效果[1-2]。同時，αs1-酪蛋白是牛乳中導致過敏反應的主要載體，而與牛奶相比，羊奶中αs1-酪蛋白的含量較低，所以羊乳具有良好的低過敏性[3]。另外，牛乳中的乳糖會對缺乏乳糖酶的人類造成不良影響，而羊乳中的乳糖含量較牛乳低，且含有豐富的三磷酸腺苷，能夠促進乳糖的分解與轉化，更易被患有乳糖不耐癥的人群吸收利用，是牛奶的良好替代品[4]，這也使羊乳在世界上發展得越來越迅速，并逐漸成為我國乳品消費市場上僅次于牛乳的第二大乳源。

海藻糖是由兩個吡喃型葡萄糖單體通過α，α-1,1-糖苷鍵連接而成的雙糖[5]，具有穩定生物大分子的作用，因其優異的穩定性、安全性、低吸濕性被廣泛應用于食品行業。殼寡糖又名幾丁寡糖，是一種聚合度為2～10的功能性低聚寡糖，其水溶性好，在免疫調節、抗炎活性、調節腸道滲透功能等方面具有良好的作用，同時殼寡糖具有一定的抑菌作用，可以作為天然的防腐劑添加于乳品內，既能發揮抑菌防腐作用，又能起到增強宿主機體健康的作用[6-7]。果膠是一種線性的多糖聚合物，其主要組成成分為D-半乳糖醛酸。作為一種常見的食品添加劑，果膠常作為乳化劑、穩定劑、凝膠劑和增稠劑等被人們廣泛應用于嬰幼兒食品[8-9]、酸乳飲料中，果膠具有穩定酪蛋白的能力，可以阻止酪蛋白在低pH下相互聚集而引發的沉淀問題[10]。

現如今的乳品市場上巴氏殺菌方法處理乳品被廣泛使用，但由于乳品中仍然殘留部分耐熱菌和酶，導致其貨架期短，極易受運輸條件的限制[11]。在實際的乳品加工過程中，除了熱處理外，還會將糖作為添加劑加入到原料乳中，功能性糖類物質不但可以一定程度上延長乳品的貨架期，還能改善原料乳的功能特性，大大提高乳品的營養價值。本文主要研究了3種常見的糖類物質對巴氏殺菌羊乳及酸羊乳制品貯存期的影響，對于羊乳制品的開發和保藏具有一定指導意義。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

羊乳原料乳(嶗山奶山羊)：來自青島奧特嶗山奶山羊場；氫氧化鈉、亞甲基藍、無水乙醇、酚酞(均為分析純)：購自國藥集團化學試劑有限公司；酸奶發酵國產七菌(食品級)：購自北京川秀生物科技有限公司；海藻糖、果膠(均為食品級)：購自廣東味多美食品配料有限公司；殼寡糖(食品級)：購自山東優索化工科技有限公司。

便攜式數顯折射儀 日本ATAGO公司；Five Easy臺式pH酸度計 梅特勒-托利多國際貿易(上海)有限公司；電熱恒溫培養箱 滬越儀器設備廠；質構儀 超技儀器有限公司。

1.2 羊乳制品的制備

巴氏殺菌羊乳：生鮮羊乳經采集后于4 ℃保溫箱中冷藏運輸到實驗室，平均分為4份，不添加任何糖類的一組為對照組(NS1)，其他3份分別添加0.2%的海藻糖、0.2%殼寡糖和0.05%果膠，分別命名為Tr1、COS1、HMP1組，按照巴氏殺菌乳的工藝流程(國家標準)進行均質、殺菌處理(75 ℃，15 s)。

酸羊乳制品：上述4組樣品經巴氏殺菌后冷卻至43 ℃分別加入1%的乳酸菌(保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌、嗜酸乳桿菌、植物乳桿菌、干酪乳桿菌)，攪拌均勻，當酸乳pH達到4.6時停止發酵。酸羊乳制品分別命名為NS2、Tr2、COS2、HMP2組。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 羊乳制品理化指標的檢測

美蘭還原實驗：取5 mL巴氏殺菌乳加入玻璃試管中，放在38 ℃的水浴鍋中預熱1 min，加入0.5 mL 0.1 g/L美蘭溶液繼續保溫，每次間隔30 min觀察樣品并記錄變色情況。

酒精陽性乳實驗：取巴氏殺菌乳5 mL于玻璃試管中，加入5 mL體積分數為70%的酒精，混合均勻后觀察其凝絮情況并記錄。

pH的測定：于室溫條件下使用pH計進行測定。

滴定酸度：參照GB 5009.239-2016《食品安全國家標準 食品酸度的測定》中的酚酞指示劑法對酸羊乳制品進行測定。

1.3.2 固形物含量的測定

在室溫下采用便攜式數顯折射儀測定。

1.3.3 酸羊乳制品凝乳時間的測定

以加入乳酸菌后放入培養箱的時間為發酵起點，pH達到4.6時為發酵終點，并記錄從開始發酵到出現凝膠狀態的時間，結果以h表示。

1.3.4 酸羊乳制品質構特性檢測

設置為AB/E反擊擠壓裝置，柱頭直徑3.5 cm，測試前、中、后速度均為1.0 mm/s，刺入深度30 mm，每個樣品平行測定3次取平均值。

1.3.5 酸羊乳制品持水力(WHC)的測定

采用離心法測定酸乳持水力。取一定量的酸乳樣品于離心管中，將其在4 000 r/min下離心10 min。離心完成后棄上清液，稱量沉淀物質量。酸羊乳持水力(water holding capacity，WHC)計算公式如下：

式中：m1、m2分別表示離心前、后樣品質量，g。

1.4 數據分析與處理

每組均取樣3次進行指標測定，測定結果為3次樣品的“平均值±標準差”。采用Office 365 Microsoft Excel記錄整理數據，使用IBM SPSS Statistics 22版軟件的LSD多重比較模塊進行差異顯著性檢驗，并使用OriginPro 8.5進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同糖類物質對巴氏殺菌乳品質的影響

2.1.1 不同糖類物質對巴氏殺菌乳貯藏期間新鮮程度的影響

羊乳在貯藏期間會隨著腸桿菌屬(Enterobacter)、不動桿菌屬(Acinetobacter)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、葡萄球菌屬(Staphylococcus)等種屬在內的細菌的產生，進而將羊乳中的乳糖轉變為乳酸[12]，導致pH發生變化(見圖1)。美蘭還原反應是一種與乳品中微生物含量有關的檢測乳品新鮮程度的重要方法，pH的測定和美蘭還原反應都可以直觀反映出乳品的新鮮程度。

圖1 不同糖類物質對巴氏殺菌乳貯藏期pH值的影響Fig.1 Effects of different carbohydrates on the pH value of pasteurized milk during storage

由圖1、表1和表2可知，各組羊乳制品的pH值總體隨著貯藏時間的增加而下降，HMP1組在第6 天明顯下降，與其他各組相比變化較早，同時在美蘭還原反應結果中也有相同的變化趨勢，HMP1組在第6天時美蘭試劑已發生脫色反應，表明在第6天時HMP1組中微生物總數已達到50～400萬/mL，早于NS1組、Tr1組和COS1組。王虹玲等[14]研究表明，在一定濃度范圍內果膠提取液對大腸桿菌的抑制效果最顯著，較低濃度的果膠提取液也對金黃色葡萄球菌有一定的抑菌作用，王巍等[15]也有類似的研究。由表2可知，HMP1組出現美蘭脫色現象的時間較NS1、Tr1、COS1組早，說明果膠的添加對羊乳貯藏期間微生物的抑制作用并不明顯，可能是由于果膠的添加量過少，導致果膠對微生物的抑制作用不明顯。

表1 美蘭試劑的脫色時間對應乳品等級和乳品中微生物數量的關系[13]Table 1 The decolorization time of methylene blue reagent corresponds to the relationship between the grade of dairy products and the number of microorganisms in dairy products

表2 加入不同糖類物質的巴氏殺菌乳貯藏期美蘭試劑脫色時間情況Table 2 Decolorization time of methylene blue reagent in pasteurized milk with different carbohydrates during storage

2.1.2 不同糖類物質對巴氏殺菌羊乳貯藏期間酒精陽性乳的影響

由表3可知，加入果膠的HMP1組較NS1組、Tr1組和COS1組出現酒精陽性乳的時間早1 d，但晚于未經處理的CG1組。酒精陽性乳實際上是酪蛋白不穩定而發生的沉降現象。胡陵[16]表示，當果膠的添加量小于0.3%時，由于果膠的濃度較低，酪蛋白凝膠顆粒之間容易發生架橋絮凝，導致體系失穩而分層，因此會導致體系中的酪蛋白不穩定。Gentès等[17]也研究了果膠與酪蛋白膠束的相互作用，證實了當體系內pH值為6.7時，酪蛋白膠束產生凝絮的趨勢會減弱，但pH值為5.3時，果膠會吸附在酪蛋白膠束的表面，且當加入的量不足以完全覆蓋酪蛋白膠束時就會有凝絮的現象。本實驗添加的果膠含量為0.05%，出現酒精陽性乳第6天時的pH值為6.48，因此，HMP1組與處理組中其他幾組相比，更易發生酪蛋白失穩現象，導致酒精陽性乳的產生，與前人的研究相符，也間接證實了海藻糖、殼寡糖對蛋白質的穩定作用優于果膠。

表3 不同糖類物質巴氏殺菌乳酒精陽性乳的情況Table 3 Situation of alcohol positive milk of pasteurized milk with different carbohydrates

2.1.3 不同糖類物質對巴氏殺菌羊乳貯藏期間可溶性固形物含量的影響

羊乳中的可溶性固形物主要包括蛋白質、糖類和其他各種添加劑，可溶性固形物的含量在一定程度上可以反映該體系內營養物質的含量。糖為小分子物質，因此加入3種糖后的Tr1、COS1、HMP1組的可溶性固形物的含量均高于NS1組。在第6天時加入海藻糖的Tr1組可溶性固形物含量最高，這可能與海藻糖對蛋白質的保護作用有關。Sum等[18]研究表明，海藻糖會與體系中脂質的特殊位點結合形成氫鍵，保證脂質的結構穩定，同時海藻糖也會與其他物質表面的極性物質或金屬離子產生相互作用，有效避免維生素等物質的降解。圖2中Tr1的曲線即可佐證這一點，通過添加海藻糖，使體系中的可溶性固形物在整個貯藏期間都保持較高的含量。

圖2 不同糖類物質對巴氏殺菌乳貯藏期可溶性固形物含量的影響Fig.2 Effects of different carbohydrates on the content of soluble solids of pasteurized milk during storage

2.2 不同糖類物質對酸羊乳制品品質的影響

2.2.1 不同糖類物質對酸羊乳制品凝乳時間的影響

凝乳時間與酸羊奶的生產效率有關，凝乳時間是指乳酸菌發酵后的乳品出現黏稠狀態且質地均勻時所消耗的時間。在羊乳中添加不同糖類物質進行發酵實驗，測定酸乳的凝乳時間，見表4。

表4 加入不同糖類物質的酸羊乳制品凝乳時間的情況Table 4 The curding time of goat milk yogurt products with different carbohydrates

由表4可知，在4 h時，加入殼寡糖和果膠的COS2和HMP2組均已出現凝乳現象。由于乳酸菌發酵生成乳酸使體系內pH下降，酪蛋白將凝聚沉降，進而形成蛋白質網狀結構，表現為乳酸凝乳。結合圖3中pH值，COS2組和HMP2組在第5 h時就已達到發酵完成的pH值，凝乳時間早于Tr2組和NS2組。趙倩等[19]研究證明，殼寡糖在酸羊乳發酵過程中可以有效抑制有害菌的增殖，增加乳酸菌群的含量，保證酸羊乳發酵的效率，加速蛋白質網狀結構的形成，也有研究表明果膠的添加會增加乳酸菌的數量[20]，可以有效促進酸羊乳的發酵。

圖3 不同糖類物質對酸羊乳制品凝乳期pH值的影響Fig.3 Effects of different carbohydrates on pH value of goat milk yogurt products during curding period

2.2.2 不同糖類物質對酸羊乳制品貯藏期間質構的影響

酸奶的硬度、黏度和稠度等質構特性直接影響酸奶的品質及人們對酸奶的接受程度。添加3種糖類物質的酸羊乳制品在貯藏期內硬度、黏聚性、稠度以及黏度指數的變化見圖4。

圖4 不同糖類物質對酸羊乳制品貯藏期質構的影響Fig.4 Effects of different carbohydrates on the texture of goat milk yogurt products during storage

由圖4可知，添加果膠的HMP2組樣品在貯藏期間的質構指標均高于其余各組。高脂果膠在較低的pH下能夠與酪蛋白發生靜電作用并形成親水性復合物，添加果膠可以使體系內的黏度和硬度增加[21]，同時，果膠還能夠與體系中的鈣相互作用，形成柔軟的膠質，也能改善酸乳的品質和風味。而多數研究表明，添加海藻糖和巴氏殺菌處理對酸奶的質構并沒有明顯的影響，因此對于HMP2組來說，添加果膠能夠使酸羊乳制品在貯藏期間保持良好的質地和組織狀態，在質構方面優于其他各組。

2.2.3 不同糖類物質對酸羊乳制品貯藏期間滴定酸度的影響

酸度是評價酸奶發酵終點和酸奶品質的重要指標，發酵酸乳的滴定酸度范圍為70～100 °T，酸甜適中的口感更受消費者的喜愛。但是在貯藏期間，酸度會由于后酸化作用逐步上升。

由圖5可知，4組樣品的滴定酸度在貯藏期內的變化規律總體呈上升趨勢，在分別加入不同糖類制品的3組酸乳中，COS2組的總體變化較為平緩，且最終的滴定酸度值小于其他各組。紀小敏等[22]的研究主要解釋了出現這種情況的兩個原因：一方面，殼寡糖分子中的氨基在酸性條件下會形成質子化銨，與乳酸菌細胞壁中的帶電物質相互作用，使其吸附在乳酸菌表面，從而導致乳酸菌的膜功能發生紊亂；另一方面，殼寡糖可以滲透到乳酸菌細胞內部，擾亂細胞的正常生理活動，從而使乳酸菌的生長活性降低，因此抑制了酸乳制品的后酸化作用，付紅巖等的研究成果也能夠證實這一點。但由于殼寡糖直接影響乳酸菌的活性，所以在酸乳制品生產中會對乳酸菌造成一定程度的消耗，在工業加工中造成不必要的損失。對于Tr2組和HMP2組來說，在貯藏期內滴定酸度的變化與NS2組差異并不大，這證明加入海藻糖和果膠對酸羊乳制品的后酸化沒有明顯的抑制作用。

圖5 不同糖類物質對酸羊乳制品貯藏期滴定酸度的影響Fig.5 Effects of different carbohydrates on titratable acidity of goat milk yogurt products during storage

2.2.4 不同糖類物質對酸羊乳制品貯藏期間持水力的影響

不同糖類物質對巴氏殺菌發酵酸羊乳貯藏期間持水力的影響見圖6。

圖6 不同糖類物質對酸羊乳制品貯藏期持水力的影響Fig.6 Effects of different carbohydrates on water holding capacity of goat milk yogurt products during storage

由圖6可知，NS2組的持水力小于加入3種糖類物質的Tr2組、COS2組和HMP2組，解蕙銘[23]的實驗研究可以對此現象進行解釋，由于酸羊乳的穩定性較差，經過處理后體系內的乳清易析出，因此需要添加穩定劑來提高酸羊奶的凝膠穩定性。本實驗的數據結果顯示，加入海藻糖、殼寡糖和果膠均可不同程度地提高酸羊乳制品的持水力，與解蕙銘的研究一致。在貯藏期中，COS2組的變化趨勢與HMP2組、Tr2組相比較為平緩，變化不顯著(P>0.05)。紀小敏等的研究也指出，殼寡糖的添加有利于穩定蛋白質的網絡結構，使乳清的析出率保持在相對穩定的狀態，且貯藏期內總體變化幅度不大。也有研究表明，酪蛋白在酸性環境下會形成網狀的空間膠體結構，可以將水分、小分子物質等物質截留，而海藻糖的添加可以使酪蛋白的膠體結構更加穩定，有利于提高酸乳制品貯藏期間的持水力[24]。Tr2組在貯藏期終點仍可維持較高的持水力。

3 結論

實驗結果表明，0.2%的海藻糖在乳品貯藏期內可以有效提高可溶性固形物含量，保持乳品新鮮度，提高酪蛋白穩定性及維持酸羊乳持水力，有效改善羊乳制品體系的穩定性。0.2%的殼寡糖對酸羊乳具有抑制后酸化的作用，也能夠一定程度提高酸乳的凝乳效率。0.05%的果膠在羊乳制品貯藏期內對延長貯藏期和保持體系穩定性的作用相對較弱，但在貯藏期間對酸乳的質地和口感有一定的優化效果。3種糖類物質中，海藻糖更有利于維持羊乳制品在貯藏期間的品質，并且海藻糖作為一種天然的功能性多糖，具有良好的甜度。未來以海藻糖作為甜度調節劑，開發一款具有良好風味及功能活性的羊乳，具有較大的發展潛力。本研究為羊乳高附加值產品的開發研究提供了理論參考，也為羊乳的多方面利用提供了新的研究思路。