活性多糖在發(fā)酵乳中的應(yīng)用研究進展

許英瑞，朱妍麗，馬瑞娟，趙 軍，薛元泰，張衛(wèi)兵，張 炎，文鵬程,*

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.青海雪峰牦牛乳業(yè)有限責(zé)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(xué)技術(shù)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(xué)性質(zhì)，而且在抗氧化、抗衰老、調(diào)節(jié)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(zhì)構(gòu)與流變特性，并起到提高食品營養(yǎng)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(guān)注[5]。發(fā)酵乳作為世界范圍內(nèi)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(fā)酵乳的研發(fā)提供了理論支撐。因此，很有必要將活性多糖應(yīng)用于發(fā)酵乳，探索活性多糖對發(fā)酵乳制品的基礎(chǔ)理化表現(xiàn)、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(fā)酵乳中的應(yīng)用及研究進展，綜述活性多糖對發(fā)酵乳的理化性質(zhì)、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(fā)酵乳中的應(yīng)用與發(fā)展前景進行探討，以期為活性多糖更多功能的挖掘及發(fā)酵乳的品質(zhì)提升提供參考。

1 活性多糖對發(fā)酵乳微生物及理化性質(zhì)的影響

1.1 活性多糖對發(fā)酵乳中微生物的影響

活性多糖含有豐富的碳源，可促進發(fā)酵乳制品中乳酸菌的生長與增殖。研究發(fā)現(xiàn)，將杏鮑菇多糖[8]、山榆果膠多糖[9]、滑菇多糖[10]加入發(fā)酵乳體系，可以顯著提高發(fā)酵乳貯藏期間的乳酸菌活菌數(shù)，并且活菌數(shù)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(fā)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(chǎn)生果糖，為乳酸菌提供營養(yǎng)物質(zhì)，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?qū)θ樗峋纳L起到促進作用?；钚远嗵翘砑恿繉τ诎l(fā)酵乳中乳酸菌的生長會產(chǎn)生明顯影響，只有濃度適宜的活性多糖才會對乳酸菌產(chǎn)生促生長作用。張巖等[12]發(fā)現(xiàn)，添加適宜濃度的松茸多糖可促進發(fā)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(fā)酵乳的整體水分活度，導(dǎo)致發(fā)酵乳結(jié)構(gòu)致密，影響乳酸菌利用營養(yǎng)物質(zhì)進行代謝，抑制了乳酸菌的生長繁殖。

1.2 活性多糖對發(fā)酵乳持水性的影響

持水力可以較大程度地影響發(fā)酵乳的口感和組織狀態(tài)。活性多糖結(jié)構(gòu)中含有大量羥基，能以共價鍵的形式與蛋白質(zhì)分子相互作用，有效截留水分，防止乳清析出，增強發(fā)酵乳體系的凝膠結(jié)構(gòu)，提高發(fā)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(yīng)用于發(fā)酵乳中，發(fā)現(xiàn)秋葵多糖、蘋果果膠、魔芋葡甘露聚糖均能提高發(fā)酵乳中蛋白質(zhì)凝膠網(wǎng)絡(luò)的剛性，使發(fā)酵乳的持水能力增強，且秋葵多糖和蘋果果膠對發(fā)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(guān)[14-15]。Shori等[16]發(fā)現(xiàn)，發(fā)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(fā)酵乳，表明活性多糖對貯藏末期的發(fā)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(fā)酵代謝產(chǎn)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(fā)酵乳中的乳清分離[17]。也有證據(jù)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(fā)酵乳持水性的功能。

1.3 活性多糖對發(fā)酵乳酸度的影響

由于乳酸菌獨特的產(chǎn)酸能力，發(fā)酵乳在發(fā)酵過程中會不斷產(chǎn)生乳酸，降低體系的pH值[21]，當(dāng)pH值下降到4.6時，酪蛋白開始聚集凝固，直至發(fā)酵乳達到凝乳狀態(tài)?；钚远嗵强蔀槿樗峋纳L提供碳源并支持其發(fā)酵代謝，增加發(fā)酵乳的乳酸產(chǎn)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(fā)現(xiàn)添加活性多糖的發(fā)酵乳滴定酸度明顯升高，且發(fā)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(zhuǎn)化為有機酸的反應(yīng)，加快乳酸的產(chǎn)生速率。發(fā)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(dǎo)致發(fā)酵乳口感不佳。何余堂等[25]發(fā)現(xiàn)，添加花粉多糖的發(fā)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(fā)酵乳較為緩慢，這是由于花粉多糖在適宜的pH值環(huán)境下具有一定的抑菌作用[26]，通過抑制發(fā)酵進程緩解了發(fā)酵乳后酸化嚴(yán)重的問題。

1.4 活性多糖對發(fā)酵乳感官特性的影響

發(fā)酵乳由于其獨特的風(fēng)味在世界范圍內(nèi)受到消費者的喜愛，感官分析是評價發(fā)酵乳品質(zhì)常用的方法。目前上市的發(fā)酵乳種類多為原味和果味，開發(fā)新型風(fēng)味發(fā)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(fā)酵乳的口感。Sheraji等[27]發(fā)現(xiàn)，添加芒果皮多糖的脫脂發(fā)酵乳風(fēng)味、微觀結(jié)構(gòu)、酸度和顏色比普通脫脂發(fā)酵乳更加出色，表明芒果皮多糖能夠用于提升脫脂發(fā)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(fā)酵乳口感的改善作用，發(fā)現(xiàn)菊糖顯著改善了發(fā)酵乳的稠度和黏度，并對發(fā)酵乳的口感具有積極影響。聶衛(wèi)東等[29]將桑葉多糖加入未發(fā)酵的牛乳中，通過對桑葉多糖發(fā)酵乳組織形態(tài)、色澤、口感、風(fēng)味4 個方面進行感官綜合評定，結(jié)果顯示，添加桑葉多糖的發(fā)酵乳感官綜合評分明顯高于普通發(fā)酵乳。

1.5 活性多糖對發(fā)酵乳色度的影響

色澤作為發(fā)酵乳外觀的重要指標(biāo)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(dǎo)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(yīng)用于發(fā)酵乳不僅可以改善發(fā)酵乳的品質(zhì)，還可以增加色澤多樣性。Dai等[30]研究魔芋葡甘露聚糖對發(fā)酵乳色度的影響，發(fā)現(xiàn)魔芋葡甘露聚糖不僅可以提高發(fā)酵乳的亮度，還能與牛乳發(fā)生美拉德反應(yīng)，使發(fā)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(fā)酵乳色澤的成分應(yīng)用于發(fā)酵乳中，以達到豐富發(fā)酵乳色澤的目的。

2 活性多糖對發(fā)酵乳凝膠特性的影響

2.1 活性多糖對發(fā)酵乳質(zhì)構(gòu)特性的影響

黏度、硬度、內(nèi)聚性等作為評價發(fā)酵乳組織狀態(tài)和口感的重要指標(biāo)，在評測其品質(zhì)的過程中扮演著重要的角色[33]，影響發(fā)酵乳制品質(zhì)構(gòu)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(fā)酵乳的質(zhì)構(gòu)特性，發(fā)現(xiàn)隨著滑菇多糖添加量的增加，發(fā)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(zhì)量很大，主鏈長且支鏈豐富，絡(luò)合水的能力特別強，在發(fā)酵過程中會增強蛋白質(zhì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)并促進蛋白質(zhì)交聯(lián)，增加乳蛋白的聚集程度。周勇等[31]發(fā)現(xiàn)，添加適量的沙棘多糖會導(dǎo)致發(fā)酵乳硬度、黏性、膠著性、內(nèi)聚性升高，這可能是由于沙棘多糖促使乳酸菌產(chǎn)生了大量的胞外多糖，胞外多糖與發(fā)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(fā)酵乳的黏性和膠著性[35]，也可能由于伴隨著發(fā)酵乳發(fā)酵的進行，活性多糖自身與蛋白質(zhì)相互作用形成緊密的結(jié)構(gòu)，進而改善了發(fā)酵乳的質(zhì)構(gòu)特性[27]。李寧寧等[36]發(fā)現(xiàn)，隨著牛蒡多糖質(zhì)量濃度的增加，發(fā)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(zhì)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(fā)酵過程中形成的凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)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(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不夠牢固，對發(fā)酵乳的質(zhì)構(gòu)產(chǎn)生負(fù)面影響。

2.2 活性多糖對發(fā)酵乳流變特性的影響

流變學(xué)作為力學(xué)的新分支，能夠體現(xiàn)研究材料與時間因素有關(guān)的形變和流動規(guī)律，將流變學(xué)特性研究應(yīng)用于發(fā)酵乳有助于掌握其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和形態(tài)，為改善發(fā)酵乳的加工特性提供依據(jù)[38]。Cui Bo等[39]將交聯(lián)乙?；矸蹜?yīng)用于凝固型發(fā)酵乳中，發(fā)現(xiàn)交聯(lián)乙?；矸蹠虮旧淼娜苊浱匦允鼓绦桶l(fā)酵乳黏彈性顯著提高，且隨著交聯(lián)乙?；矸厶砑恿康脑黾樱l(fā)酵乳的彈性模量、黏性模量均有增大趨勢。造成這一現(xiàn)象的主要原因為：一方面較高添加量的交聯(lián)乙?；矸鄯肿釉诹Φ南嗷プ饔孟聲纬奢^強的分子網(wǎng)絡(luò)，對流變特性產(chǎn)生積極影響；另一方面，隨著交聯(lián)乙?；矸厶砑恿康脑黾?，蛋白質(zhì)與淀粉之間的氫鍵作用增強，并形成穩(wěn)定的互穿網(wǎng)絡(luò)，達到提升凝膠網(wǎng)絡(luò)強度的目的。Heydari等[40]發(fā)現(xiàn)，添加6 種不同益生因子的發(fā)酵乳流變特性發(fā)生顯著變化，其中添加1.5%抗性淀粉和1.5%β-葡聚糖的發(fā)酵乳流變特性最好。β-葡聚糖能夠影響發(fā)酵乳黏彈特性的原因是其本身的纖維三糖單元產(chǎn)生振蕩效果，使蛋白質(zhì)與糖分子聚集形成凝膠，發(fā)揮增強發(fā)酵乳黏彈性的作用[41]。Fu Renjie等[42]研究索拉膠發(fā)酵乳的流變特性和微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)加入0.5%索拉膠后發(fā)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(jié)構(gòu)，強化發(fā)酵乳中酪蛋白膠束網(wǎng)絡(luò)所致，使發(fā)酵乳具有更好的凝乳穩(wěn)定性。

3 活性多糖對發(fā)酵乳益生性能的影響

3.1 活性多糖對發(fā)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(yīng)用于食品領(lǐng)域。李廣富團隊分別研究茶樹菇多糖發(fā)酵乳[43]、茶新菇多糖發(fā)酵乳、真姬菇多糖發(fā)酵乳[44]與靈芝多糖發(fā)酵乳[45]的抗衰老特性，發(fā)現(xiàn)添加真菌多糖的發(fā)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(fā)酵乳的抗衰老性提升明顯。一方面，真菌多糖主要通過調(diào)節(jié)機體免疫系統(tǒng)和提升抗氧化損傷能力發(fā)揮延緩衰老作用，而發(fā)酵乳的抗氧化性則表現(xiàn)為能夠清除自由基、抵抗脂質(zhì)過氧化等能力[46]，活性多糖和發(fā)酵乳相結(jié)合產(chǎn)生協(xié)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(chǎn)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(nèi)過量自由基，增強抗氧化系統(tǒng)，真菌多糖為乳酸菌代謝提供營養(yǎng)物質(zhì)，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(fā)酵乳降血脂、降血糖特性的影響

高脂血癥和高血糖嚴(yán)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(diào)節(jié)治療，攝入含有活性多糖的發(fā)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(fā)酵乳α-葡萄糖苷酶抑制活性的影響，發(fā)現(xiàn)與含胞外多糖但不含菊糖的發(fā)酵乳相比，含有胞外多糖和菊糖的發(fā)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(fā)酵乳結(jié)合后增強了發(fā)酵乳的降血糖能力。朱建平等[47]研究黃精發(fā)酵乳的降脂作用，發(fā)現(xiàn)與單純食用普通發(fā)酵乳或黃精藥液相比，黃精發(fā)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(fā)揮了作用，能夠干擾體內(nèi)脂質(zhì)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(fā)酵乳其他益生性能的影響

飲食在調(diào)節(jié)炎癥方面起著至關(guān)重要的作用[48]，炎癥是機體對刺激產(chǎn)生的一種防御反應(yīng)，研發(fā)可以增強免疫系統(tǒng)功能和減少慢性炎癥的活性多糖發(fā)酵乳具有非常廣闊的應(yīng)用前景。Lee等[49]將柑橘果皮多糖作為潛在的益生因子應(yīng)用于發(fā)酵乳，并研究活性多糖發(fā)酵乳對人體免疫刺激和抗炎作用的影響，發(fā)現(xiàn)柑橘果皮多糖發(fā)酵乳可以增強機體自然殺傷細(xì)胞的免疫能力，并降低促炎細(xì)胞因子水平，對健康受試者產(chǎn)生有益的免疫刺激和抗炎作用。熊政委等[50]發(fā)現(xiàn)，菊糖發(fā)酵乳能有效提高小鼠免疫器官指數(shù)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(fā)酵乳的免疫刺激功能與乳酸菌密切相關(guān)，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(chǎn)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(jié) 語

國內(nèi)外研究已證實，將活性多糖應(yīng)用于發(fā)酵乳不僅可以豐富發(fā)酵乳的產(chǎn)品多樣性，還可以獲得更佳的理化、凝膠特性及益生能力?；钚远嗵亲鳛橐环N分布廣泛的自然資源，其種類繁多、結(jié)構(gòu)各不相同，不同活性多糖對發(fā)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(xué)性質(zhì)與生理活性密切相關(guān)。目前國內(nèi)外對于活性多糖的研究大多集中于本身結(jié)構(gòu)組成與生理活性方面，鮮有研究將活性多糖直接應(yīng)用于功能性食品的開發(fā)。

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(fā)展?jié)摿?。開發(fā)功能性多糖發(fā)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(fā)酵乳產(chǎn)業(yè)注入更多的發(fā)展活力?？傮w來說，功能性多糖乳制品的研發(fā)還處于初步階段，未來市場應(yīng)將更多的活性多糖應(yīng)用于乳制品，尤其是發(fā)酵乳制品。