瓜爾豆膠對(duì)乳酸菌增殖及酸奶品質(zhì)的影響

石玉琴，楊紹青， 李延嘯，劉 軍，閆巧娟，江正強(qiáng)*

（1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，北京100083；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，北京 100083）

瓜爾豆膠是一種水溶性膳食纖維，主要成分是半乳甘露聚糖，可作為增稠劑在食品中使用。通過部分水解瓜爾豆膠，降低多糖平均相對(duì)分子質(zhì)量，可以使多糖的粘度、溶解性等物化性質(zhì)改變，進(jìn)而產(chǎn)生很多水解前不具備的生物活性[1-11]。體外發(fā)酵實(shí)驗(yàn)表明，添加部分水解的瓜爾豆膠（PHGG）可以促進(jìn)糞便中雙歧桿菌屬、乳酸桿菌屬等益生菌群的活菌數(shù)增加，促進(jìn)短鏈脂肪酸產(chǎn)生[12-14]。Ohashi等人通過2周的人體實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了PHGG對(duì)腸道菌群的調(diào)節(jié)能力，志愿者每天攝入6 g PHGG，連續(xù)攝入2周，糞便中的雙歧桿菌和產(chǎn)丁酸菌數(shù)量增加[15]，說明PHGG有促進(jìn)大腸中有益菌群增加、促進(jìn)腸道中短鏈脂肪酸產(chǎn)生和保護(hù)腸道健康的作用。

作者以平均相對(duì)分子質(zhì)量20 000的PHGG為研究對(duì)象，將PHGG添加到脫脂酸奶中，通過測(cè)定酸奶的活菌數(shù)、pH、滴定酸度、粘度、持水力和感官指標(biāo)，研究PHGG對(duì)酸奶發(fā)酵菌生長的影響和脫脂酸奶品質(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 試劑和儀器

保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院微生物實(shí)驗(yàn)室提供；脫脂奶粉：內(nèi)蒙古伊利實(shí)業(yè)集團(tuán)股份有限公司產(chǎn)品；MRS肉湯培養(yǎng)基：北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司產(chǎn)品；PHGG：由作者所在實(shí)驗(yàn)室自行水解制備；其余試劑均為國產(chǎn)分析純。

BS-124S型電子分析天平：賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司產(chǎn)品；GL-20B高速冷凍離心機(jī)：上海安亭科學(xué)儀器廠產(chǎn)品；PB21型pH計(jì)：賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司產(chǎn)品；SPX-80生化培養(yǎng)箱：上?？坪銓?shí)業(yè)發(fā)展有限公司產(chǎn)品；DV-1旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)：上海越平科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 發(fā)酵劑的制備 以脫脂奶粉為原料制成質(zhì)量濃度120 g/L的復(fù)原乳，經(jīng)過115℃滅菌15 min，作為培養(yǎng)基。將保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌分別在脫脂乳培養(yǎng)基中經(jīng)過連續(xù)3次37℃、24 h的活化培養(yǎng)，再按1∶1混合，得到發(fā)酵劑。

1.2.2 酸奶制作工藝 以脫脂奶粉為原料制成質(zhì)量濃度120 g/L的復(fù)原乳，添加60 g/L的蔗糖，再分別添加0～20 g/L的PHGG，攪拌均勻后，95℃滅菌15 min。待復(fù)原乳冷卻到室溫后，接種體積分?jǐn)?shù)4%的發(fā)酵劑，42℃發(fā)酵9 h，將發(fā)酵后的酸奶于4℃冷藏。

1.2.3 PHGG對(duì)酸奶中保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌的影響 以脫脂奶粉為原料制成質(zhì)量濃度120 g/L的復(fù)原乳，添加60 g/L的蔗糖，再分別添加0～20 g/L的PHGG，攪拌均勻后，95℃滅菌15 min。待復(fù)原乳冷卻到室溫后，分別接種體積分?jǐn)?shù)2%的保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌，42℃發(fā)酵9 h。將發(fā)酵后的酸奶于4℃冷藏。冷藏1 d后測(cè)定酸奶中的活菌數(shù)和pH。

1.2.4 乳酸菌活菌數(shù)測(cè)定 測(cè)定酸奶在4℃冷藏1～21 d后的活菌總數(shù)。將待測(cè)樣品稀釋后，澆注MRS培養(yǎng)基平板進(jìn)行計(jì)數(shù)。

1.2.5 酸度測(cè)定 pH測(cè)定 測(cè)定酸奶在4℃冷藏1～21 d后的pH。滴定酸度測(cè)定：和pH同步測(cè)定，參照GB 5009.239—2016進(jìn)行測(cè)定[16]。

1.2.6 粘度測(cè)定 用旋轉(zhuǎn)型黏度計(jì)測(cè)定4℃冷藏1 d后的酸奶粘度。選用2號(hào)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速為12 r/min，在室溫下測(cè)試。

1.2.7 持水力測(cè)定 取4℃冷藏1 d的酸奶進(jìn)行持水力測(cè)定。稱量50 mL空離心管的質(zhì)量m0，再取待測(cè)樣30 mL于50 mL離心管中，稱量總質(zhì)量m1，3 000 r/min離心10 min，棄去上清液，倒置10 min后稱量總質(zhì)量m2，計(jì)算持水力。

1.2.8 感官評(píng)價(jià) 選取色澤、組織狀態(tài)、氣味、口感4個(gè)指標(biāo)，每個(gè)指標(biāo)都采用10分制[17-18]，0分代表極難接受；10分代表極喜歡，邀請(qǐng)15名食品專業(yè)的師生對(duì)冷藏1 d后的酸奶進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與分析

2.1 PHGG對(duì)發(fā)酵劑菌種生長的影響

保加利亞乳桿菌與嗜熱鏈球菌是酸奶中常加的兩種菌劑，表2結(jié)果表明，PHGG對(duì)這兩種菌的生長都有促進(jìn)作用。

由表2可以看出，單獨(dú)接種保加利亞乳桿菌發(fā)酵酸奶時(shí)，相比于空白組，PHGG組的活菌數(shù)顯著增加，且隨著PHGG添加量的增加，活菌數(shù)呈增加的趨勢(shì)，添加5 g/L的PHGG時(shí)，活菌數(shù)是空白組的1.2倍；當(dāng)添加量為20 g/L時(shí)，活菌數(shù)是空白組的1.5倍。PHGG還可以促進(jìn)保加利亞乳桿菌產(chǎn)酸，隨著PHGG添加量的增加，酸奶的pH呈下降趨勢(shì)且與空白組差異顯著。保加利亞乳桿菌具有非常豐富的保健功能，如促進(jìn)腸道益生菌生長定殖，促進(jìn)胃腸道健康等[19]。在酸奶發(fā)酵過程中會(huì)大量消耗乳糖產(chǎn)生乳酸，酸奶發(fā)酵后期pH較低球菌生長緩慢，凝乳主要依靠保加利亞乳桿菌產(chǎn)酸[20]。PHGG通過促進(jìn)保加利亞乳桿菌的生長，可以加快發(fā)酵乳中乳酸含量的增加，進(jìn)而加快pH下降和酸度升高。在生產(chǎn)中加入PHGG，可以加快酸奶凝乳，縮短發(fā)酵周期，提高生產(chǎn)效率。此外，添加PHGG可以增加酸奶中保加利亞乳桿菌的活菌數(shù)，有助于保加利亞乳桿菌產(chǎn)生更多的活性物質(zhì)，增強(qiáng)酸奶的保健功能。

單獨(dú)接種嗜熱鏈球菌發(fā)酵酸奶時(shí)，添加PHGG同樣可以顯著增加活菌數(shù)并促進(jìn)乳酸菌產(chǎn)酸。在一定范圍內(nèi)隨著PHGG添加量的增加，活菌數(shù)逐漸增加，添加量在10～15 g/L時(shí)，活菌數(shù)是空白組的3倍，添加量20 g/L時(shí)，活菌數(shù)相比于15 g/L時(shí)有所減少。說明在一定范圍內(nèi)，PHGG對(duì)酸奶中嗜熱鏈球菌的生長有促進(jìn)作用。PHGG組的pH顯著低于空白組，說明PHGG可以促進(jìn)嗜熱鏈球菌產(chǎn)酸。嗜熱鏈球菌在酸奶發(fā)酵過程中主要影響發(fā)酵前期產(chǎn)酸和酸奶風(fēng)味質(zhì)地[20-21]。PHGG在促進(jìn)嗜熱鏈球菌生長的同時(shí)，也促進(jìn)了嗜熱鏈球菌代謝產(chǎn)物的積累，可以加快酸奶在發(fā)酵前期的酸度變化，進(jìn)而縮短整個(gè)發(fā)酵周期。嗜熱鏈球菌在發(fā)酵過程中可以產(chǎn)生大量風(fēng)味物質(zhì)，如乙醛、雙乙酰等，增加嗜熱鏈球菌的數(shù)量有助于增加酸奶中風(fēng)味物質(zhì)的積累，提高酸奶的感官品質(zhì)。

PHGG雖然對(duì)兩種乳酸菌都有促進(jìn)生長的作用，但促進(jìn)效果不同。從活菌數(shù)的變化情況來看，單獨(dú)發(fā)酵保加利亞乳桿菌時(shí)，添加PHGG能達(dá)到的最大活菌數(shù)是空白組的1.5倍，而單獨(dú)發(fā)酵嗜熱鏈球菌時(shí)，添加PHGG能達(dá)到的最大活菌數(shù)是空白組的3倍。PHGG對(duì)嗜熱鏈球菌的促進(jìn)作用要強(qiáng)于保加利亞乳桿菌。在產(chǎn)品中，兩種菌的比例發(fā)生改變，會(huì)影響到產(chǎn)品特質(zhì)，嗜熱鏈球菌比例增加，可以明顯提高酸奶的風(fēng)味和口感，減輕冷藏過程中保加利亞乳桿菌繼續(xù)生長造成的后酸化問題[19，22]。

表1 酸奶感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Standards for sensory evaluation of yogurt

表2 PHGG在保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌單獨(dú)發(fā)酵酸奶時(shí)對(duì)酸奶活菌數(shù)和pH的影響Table 2 Effect of PHGG on viable counts and pH of yogurt fermented by Lactobacillus bulgaricus or Streptococcus thermophiles

2.2 PHGG對(duì)酸奶活菌數(shù)的影響

利用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌共同發(fā)酵酸奶時(shí)，添加不同質(zhì)量濃度的PHGG對(duì)酸奶活菌數(shù)的影響顯著。

圖1 酸奶冷藏期間活菌數(shù)變化Fig.1 Viable counts of lactic acid bacteria in yogurt during storage

冷藏第1天的結(jié)果表明，發(fā)酵結(jié)束后，酸奶中的活菌數(shù)隨著PHGG添加量的增加而增加。在冷藏過程中，各組的活菌數(shù)都呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，冷藏21 d后，各組的活菌數(shù)量都明顯降低，但從整個(gè)冷藏階段來看，PHGG組活菌數(shù)始終高于空白組（圖 1）。

進(jìn)入冷藏后，乳酸菌還在繼續(xù)緩慢生長，活菌數(shù)量增加，之后隨著酸度的積累、營養(yǎng)物質(zhì)的減少和乳酸菌代謝產(chǎn)物的積累，酸奶中活菌數(shù)下降。添加PHGG組的活菌數(shù)相比于空白組下降倍數(shù)更大，這可能與PHGG組的酸奶酸度更低、代謝產(chǎn)物積累更多有關(guān)。酸奶的活菌數(shù)是衡量酸奶品質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，更高的活菌數(shù)可以使產(chǎn)品在市場(chǎng)上更有競(jìng)爭(zhēng)力，無論是用單一菌株還是兩株菌共同發(fā)酵，添加PHGG都可以增加酸奶中的活菌數(shù)。

2.3 PHGG對(duì)酸奶酸度的影響

PHGG可以增加酸奶的酸度，降低酸奶pH，但不會(huì)造成嚴(yán)重的后酸化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明PHGG可以促進(jìn)乳酸菌的生長，發(fā)酵相同時(shí)間后酸奶的活菌數(shù)更高，酸奶中積累的代謝產(chǎn)物更多，乳酸等代謝產(chǎn)物會(huì)影響酸奶的酸度，因此添加PHGG的酸奶酸度更高。酸奶結(jié)束發(fā)酵進(jìn)入冷藏過程后，酸度會(huì)緩慢升高，這一過程稱為后酸化。酸奶發(fā)酵常用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌，當(dāng)pH低于5.5時(shí)，球菌生長開始受到抑制，桿菌繼續(xù)生長產(chǎn)酸至發(fā)酵結(jié)束。進(jìn)入冷藏階段后，桿菌還可以繼續(xù)緩慢生長并產(chǎn)酸，直到pH低至3.5桿菌才會(huì)停止生長產(chǎn)酸，酸奶的后酸化主要是由保加利亞乳桿菌造成的[23]。在整個(gè)冷藏期間，各組pH下降值、酸度升高值之間沒有明顯差異，20 g/L添加量組的酸度值始終最高，但是沒有超過120°T[6]，仍在適口范圍，說明PHGG不會(huì)造成嚴(yán)重的后酸化。這可能是因?yàn)镻HGG對(duì)嗜熱鏈球菌的增值效果更好，對(duì)保加利亞乳桿菌的增殖效果較弱，而后酸化主要是由保加利亞乳桿菌引起的。

圖2 PHGG對(duì)酸奶酸度和pH的影響Fig.2 Effect of PHGG on acidity and pH of yogurt

2.4 PHGG對(duì)酸奶黏度特性的影響

隨著PHGG添加量的增加，酸奶的粘度呈增加趨勢(shì)，添加量達(dá)到15 g/L后，增加的趨勢(shì)變緩，結(jié)果見圖3。

圖3 PHGG對(duì)酸奶粘度的影響Fig.3 Effect of PHGG on viscosity of yogurt

粘度是酸奶品質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，影響酸奶的組織狀態(tài)、感官品質(zhì)。原料乳的成分和添加劑的使用、發(fā)酵劑的選擇、均質(zhì)方式等加工條件都會(huì)影響酸奶粘度[24]。加入PHGG發(fā)酵酸奶可以顯著增加酸奶的粘度，添加量為20 g/L時(shí)粘度達(dá)到空白組的1.7倍。PHGG是一種低粘度膳食纖維，添加到牛奶中不會(huì)影響牛奶粘度，推測(cè)可能是由于PHGG促進(jìn)乳酸菌生長并分泌胞外多糖，特別是嗜熱鏈球菌，分泌的胞外多糖有助于增加酸奶粘度。干物質(zhì)含量增加有助于酸奶的粘度增加，添加PHGG增加了酸奶中干物質(zhì)的含量，但添加量較小，推測(cè)干物質(zhì)含量變化不是質(zhì)構(gòu)改變的主要因素。梁海艷[25]等人的實(shí)驗(yàn)中，添加人參多糖后酸奶的表觀粘度反而降低。很多研究表明，添加菊粉可以增加酸奶的表觀粘度，可能是因?yàn)榫辗郾旧碜鳛樘穷愇镔|(zhì)可以結(jié)合水，具有保水能力，或者參與了蛋白質(zhì)凝膠形成，改善了質(zhì)構(gòu)[26]。PHGG是多糖，增加粘度的原因還可能是由于PHGG的保水能力或在蛋白質(zhì)酸凝的過程中參與凝膠結(jié)構(gòu)的形成，進(jìn)而改善質(zhì)構(gòu)。

2.5 PHGG對(duì)酸奶保水性的影響

隨著PHGG添加量的增加，酸奶持水力增加，各組間差異顯著（圖4）。

圖4 PHGG對(duì)酸奶持水力的影響Fig.4 Effect of PHGG on water holding capacity of yogurt

持水力和粘度都是表征酸奶質(zhì)構(gòu)特性的重要指標(biāo)，持水力增加說明PHGG可以減少乳清析出，改善酸奶的質(zhì)地和口感。持水力和粘度增加有助于提高酸奶凝膠強(qiáng)度和產(chǎn)品穩(wěn)定性。對(duì)于凝固型酸奶，增強(qiáng)凝膠強(qiáng)度避免運(yùn)輸過程中凝乳破碎、乳清析出尤為重要。Mudgil等人用纖維素酶水解瓜爾豆膠，將水解物添加到酸奶中，發(fā)現(xiàn)水解物會(huì)降低酸奶粘度和持水力[27]。作者實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與之相反，推測(cè)可能是由于水解物相對(duì)分子質(zhì)量分布等差異造成的。

2.6 PHGG對(duì)酸奶感官品質(zhì)的影響

通過感官品評(píng)，適量添加PHGG可以提高酸奶的感官品質(zhì)（表3）。

表3 酸奶感官評(píng)分結(jié)果Table 3 Sensory evaluation of yogurt

在感官品質(zhì)方面，PHGG主要影響酸奶的質(zhì)地和口感，而對(duì)色澤和風(fēng)味品質(zhì)影響不大。在色澤方面，空白組顏色偏白，而添加PHGG酸奶顏色呈淺黃色，但變化很小，對(duì)產(chǎn)品的色澤無顯著影響。PHGG是一種無色無味的膳食纖維，添加到原料乳中不會(huì)引起明顯變化，酸奶產(chǎn)品中，添加PHGG的酸奶顏色偏黃，推測(cè)由于PHGG是碳水化合物，在巴氏滅菌的過程中發(fā)生了美拉德反應(yīng)。國標(biāo)中規(guī)定的酸奶色澤是乳白色或微黃色，添加PHGG的酸奶顏色符合國標(biāo)要求，且質(zhì)地更佳，色澤更均勻，在感官評(píng)分中略高于空白組。在質(zhì)地方面，空白組的酸奶乳清析出較多，凝乳松散易碎，質(zhì)地稀薄，評(píng)分最低。加入PHGG的酸奶，粘度和持水力增加，乳清析出減少，質(zhì)地更加均勻細(xì)膩，在添加量為10 g/L時(shí)評(píng)分最高。添加量為15 g/L和20 g/L時(shí)，酸奶質(zhì)地稠厚，細(xì)膩均勻程度降低，評(píng)分降低。酸奶在質(zhì)地方面的感官評(píng)分和粘度、持水力結(jié)果一致，PHGG可以增加酸奶的持水力和粘度，減少乳清析出，改善質(zhì)構(gòu)。在風(fēng)味方面，PHGG本身無味，各組都有酸奶香味，但添加PHGG可以使乳香味和酸味更濃，因此各組評(píng)分略高于空白組，但無顯著性差異。在口感方面，各組的評(píng)分都顯著高于空白組，空白組酸味淡，入口稀薄，適口性差，隨著PHGG濃度增加，酸奶的酸度增加，入口后稠厚感增強(qiáng)，在添加量為15 g/L時(shí)口感最佳，當(dāng)添加量為20 g/L時(shí)，酸度過高且酸奶過于稠厚，入口不爽滑，適口性變差。風(fēng)味和口感的評(píng)分與活菌數(shù)變化一致，PHGG通過促進(jìn)乳酸菌增殖，產(chǎn)生更多的風(fēng)味物質(zhì)和乳酸，使酸奶香味更加濃郁，酸味增強(qiáng)。總體來看，當(dāng)PHGG的添加量為10～15 g/L時(shí)，感官品質(zhì)達(dá)到最佳，色澤均一，質(zhì)構(gòu)細(xì)膩，乳清析出少，香味濃郁且酸甜適口。

3 結(jié) 語

PHGG可以促進(jìn)保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌在酸奶發(fā)酵過程中的增殖，提高酸奶中的活菌數(shù)，促進(jìn)乳酸菌產(chǎn)酸，加快凝乳，顯著增加酸奶的粘度和持水力，提高酸奶的質(zhì)構(gòu)品質(zhì)，當(dāng)PHGG添加量為10～15 g/L時(shí)，酸奶的感官品質(zhì)達(dá)到最佳。研究結(jié)果表明PHGG可以作為一種有效的酸奶添加劑。