低聚果糖對(duì)低脂凝固型發(fā)酵乳品質(zhì)的影響研究

孫 敏，李 博，梅 俊*

（1.上海城建職業(yè)學(xué)院食品質(zhì)量與安全系，上海 201415；2.上海城建職業(yè)學(xué)院城市食品安全研究所，上海 201415；3.上海海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程系，上海 201306）

發(fā)酵乳因其獨(dú)特的口感和豐富的營養(yǎng)價(jià)值備受大眾青睞，低脂發(fā)酵乳的低脂肪含量可有效降低高脂肪引起的肥胖、動(dòng)脈硬化、冠心病、高血壓和一些癌癥疾病的風(fēng)險(xiǎn)[1-2]。但是，乳脂肪對(duì)發(fā)酵乳的風(fēng)味和物理特性起著關(guān)鍵作用[3]，乳脂肪含量的減少會(huì)導(dǎo)致發(fā)酵乳的乳清析出、質(zhì)地變差，還會(huì)使風(fēng)味的釋放失去平衡、口感不佳[4-5]。有研究表明，在低脂發(fā)酵乳中加入淀粉[6]、果膠[7]、羅勒膠[8]和塔拉膠[9]等多糖，不僅有利于改善發(fā)酵乳的質(zhì)構(gòu)、降低乳清析出率，而且可以促進(jìn)微生物產(chǎn)酸，縮短發(fā)酵時(shí)間。果汁[10-11]、果醬[12]和甜味劑[13]等也被用來減輕酸味、增加低脂發(fā)酵乳風(fēng)味。

低聚果糖（fructooligosaccharides，F(xiàn)OS）是蔗糖分子以β-（1→2）糖苷鍵與1～3個(gè)果糖分子結(jié)合成的蔗果三糖、蔗果四糖和蔗果五糖，屬于果糖和葡萄糖構(gòu)成的直鏈雜低聚糖[14]。低聚果糖是一種優(yōu)良的脂肪替代物，溶于水后形成奶油狀結(jié)構(gòu)，提供光滑的口感。在日、韓等國家，制作功能發(fā)酵乳中添加低聚果糖已經(jīng)成為常態(tài)[15]。

本研究以低脂乳為原料，添加不同比例的低聚果糖，按照凝固型發(fā)酵乳工藝流程制作含低聚果糖的低脂凝固型發(fā)酵乳，通過測(cè)定低聚果糖對(duì)低脂發(fā)酵乳理化性質(zhì)、感官品質(zhì)等指標(biāo)的影響，以期開發(fā)含低聚果糖的低脂發(fā)酵乳，為低聚果糖的綜合利用及功能性低脂發(fā)酵乳的開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

發(fā)酵劑（含保加利亞乳桿菌（Lactobacillus bulgaricus）、嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus））：江蘇微康生物科技有限公司；全脂原料乳（脂肪含量為3.4%）、低脂原料乳（脂肪含量為1.5%）：光明乳業(yè)股份有限公司；脫脂奶粉：光明乳業(yè)股份有限公司；低聚果糖（來源于苣荬菜，純度≥90%）、0.1 mol/L氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液：上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

AH-BASIC均質(zhì)機(jī)：加拿大ATS公司；R/S plus旋轉(zhuǎn)流變儀：美國Brookfield公司；LRH-150F恒溫培養(yǎng)箱：上海一恒科學(xué)儀器有限公司；FE20 pH計(jì)：梅特勒托利多公司；MilkoScan FT2多功能乳制品分析儀：丹麥FOSS公司；TA-XT2i物性測(cè)試儀：英國StableMicroSystems公司；LabscanXE色差計(jì)：美國Hunterlab公司；H2050R1離心機(jī)：湘儀離心機(jī)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 低脂凝固型發(fā)酵乳制作工藝

操作要點(diǎn)：將過濾后的低脂原料乳、低聚果糖和脫脂乳粉混合均勻，低聚果糖添加量分別為1%、2%和3%，其制作配方見表1?；旌暇鶆蚝罄镁|(zhì)機(jī)在20 MPa下進(jìn)行均質(zhì)，然后巴氏殺菌（（63±1）℃，30 min）處理后冷卻至30 ℃。采用直投式加入1%發(fā)酵劑攪拌后在40 ℃發(fā)酵6 h，發(fā)酵完成后在室溫條件下保持30 min，轉(zhuǎn)移入4 ℃冰箱中后熟24 h，此時(shí)記為0 d。繼續(xù)在4 ℃冰箱中保藏，在0 d、7 d、14 d和21 d時(shí)取樣檢測(cè)。

表1 含低聚果糖的低脂凝固型發(fā)酵乳制作配方Table 1 Formulation of low fat set-style yogurt containing fructooligosaccharide

1.3.2 pH值測(cè)定

取20 mL發(fā)酵乳經(jīng)過高速均質(zhì)（5 000 r/min）1 min，混勻后用pH計(jì)測(cè)量發(fā)酵乳的pH值，重復(fù)3次[16]。

1.3.3 滴定酸度的測(cè)定

根據(jù)GB 5009.239—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品酸度的測(cè)定》方法進(jìn)行測(cè)定。

1.3.4 硬度的測(cè)定

按照SALEH A等[17]的方法采用質(zhì)構(gòu)儀對(duì)凝固型發(fā)酵乳的硬度進(jìn)行測(cè)定。具體條件：采用柱形探頭，其平端直徑為25 mm；測(cè)試前探頭下降速度為10.0 mm/s；測(cè)試速度為1.0 mm/s；測(cè)試后探頭回程速度為5.0 mm/s；測(cè)試距離為10.0 mm；觸發(fā)力為5 g。由質(zhì)構(gòu)特性曲線圖得出以穿透過程中的最大壓縮力所表示的硬度（N）。

1.3.5 黏度的測(cè)定

按照GON?ALVES B J等[18]的方法采用R/S plus旋轉(zhuǎn)流變儀對(duì)凝固型發(fā)酵乳的黏度進(jìn)行測(cè)定。具體條件：選用CC25的轉(zhuǎn)子，圓筒長(zhǎng)度為50.00 mm，轉(zhuǎn)子半徑為12.50 mm，轉(zhuǎn)子和圓筒的空隙為2.00 mm。在（8±1）℃條件下，以5 min內(nèi)剪切速率（γ）從0變化到300 s-1獲取流變曲線，取轉(zhuǎn)速為100 s-1時(shí)的黏度值。

1.3.6 持水率的測(cè)定

參照KWON H C等[19]的方法對(duì)凝固型發(fā)酵乳的持水率進(jìn)行測(cè)定。將25 g樣品放入離心管中，3 000 r/min、4 ℃條件下離心10 min，棄上清液，測(cè)量殘余物質(zhì)量，計(jì)算持水率，其計(jì)算公式如下：

1.3.7 脫水收縮率的測(cè)定

參照MEI J等[20]的方法對(duì)凝固型發(fā)酵乳的脫水收縮率進(jìn)行測(cè)定。將30 g未經(jīng)攪拌的凝固型發(fā)酵乳放置于Whatman No.1濾紙中，在4 ℃條件下過濾2 h，用燒杯收集濾出的乳清。脫水收縮率以乳清析出量的百分?jǐn)?shù)表示。

1.3.8 顏色的測(cè)定

將8 g經(jīng)過攪拌的凝固型發(fā)酵乳放在Φ=5cm石英比色皿中，置于色差計(jì)上進(jìn)行測(cè)定，所采用的標(biāo)準(zhǔn)板是白板D65。以Hunter Lab色空間L*值（黑-白）、a*值（紅-綠）和b*值（黃-藍(lán)）表示。色差（ΔE*）值計(jì)算公式如下：

1.3.9 感官評(píng)價(jià)

參照盧玉容等[21]的標(biāo)準(zhǔn)制定比較完整的評(píng)價(jià)指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)，具體評(píng)定指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)見表2。采用9分制的評(píng)分法，由經(jīng)過訓(xùn)練的12名感官品評(píng)人員通過看、聞、嘗等方式對(duì)冷藏保存14 d的低脂凝固型發(fā)酵乳進(jìn)行描述性評(píng)價(jià)。

表2 凝固型發(fā)酵乳感官評(píng)價(jià)指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation indexes and standards of set-style yogurt

續(xù)表

1.3.10 統(tǒng)計(jì)分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差”表示，用SPSS22.0軟件對(duì)所獲得的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，顯著性檢驗(yàn)采用ANOVA程序中的Turkey法，P＜0.05即差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 低脂凝固型發(fā)酵乳的pH值與滴定酸度

圖1 凝固型發(fā)酵乳冷藏期間pH值（A）及滴定酸度（B）的變化Fig.1 Changes of pH value (A) and titration acidity (B) of set-style yogurt during cold storage

由圖1A可知，在冷藏期間，隨著冷藏時(shí)間的延長(zhǎng)，所有凝固型發(fā)酵乳的pH值均呈下降趨勢(shì)。低脂凝固型發(fā)酵乳中，隨著低聚果糖添加量的增加，pH值下降幅度增大。在冷藏期間，全脂凝固型發(fā)酵乳和含低聚果糖的低脂凝固型發(fā)酵乳之間的pH值無顯著性差異（P＞0.05）。全脂凝固型發(fā)酵乳冷藏0 d時(shí)pH值為4.27，21 d時(shí)下降至4.07。添加1%、2%、3%低聚果糖的低脂凝固型發(fā)酵乳冷藏0 d時(shí)，pH值分別為4.30、4.26和4.20，21 d時(shí)，pH值分別下降至4.16、4.13和4.06。

由圖1B可知，在冷藏期間，隨著冷藏時(shí)間的延長(zhǎng)，所有凝固型發(fā)酵乳的滴定酸度均升高，滴定酸度為56～87°T。添加1%低聚果糖的低脂凝固型發(fā)酵乳的滴定酸度為56～75°T，添加2%低聚果糖的低脂凝固型發(fā)酵乳的滴定酸度為62～79°T，添加3%低聚果糖的低脂凝固型發(fā)酵乳的滴定酸度為68～87°T，全脂發(fā)酵乳的滴定酸度為64～85°T，其滴定酸度值介于2%～3%低聚果糖添加量之間。分析原因可能是低聚果糖可以促進(jìn)乳酸菌的生長(zhǎng)繁殖，增加乳糖分解生成乳酸，從而降低低脂凝固型發(fā)酵乳的pH值和增加滴定酸度，在其他文獻(xiàn)中也有類似發(fā)現(xiàn)[22]。因此，低脂凝固型發(fā)酵乳中添加低聚果糖可以有效改善低脂發(fā)酵乳pH值偏高、滴定酸度偏低的問題[23]。

2.2 低脂凝固型發(fā)酵乳的硬度

圖2 凝固型發(fā)酵乳冷藏期間硬度的變化Fig.2 Changes of hardness of set-style yogurt during cold storage

由圖2可知，在冷藏期間，隨著冷藏時(shí)間的延長(zhǎng)，所有凝固型發(fā)酵乳的硬度呈下降趨勢(shì)。隨著低聚果糖添加量的增加，低脂凝固型發(fā)酵乳的硬度增大，分析原因可能是低聚果糖的添加會(huì)改變低脂凝聚發(fā)酵乳的酪蛋白凝膠結(jié)構(gòu)，彼此之間或者和水分之間可以連接在一起，形成對(duì)酪蛋白凝膠結(jié)構(gòu)的重排[24]。同時(shí)，添加3%低聚果糖的低脂凝固型發(fā)酵乳由于pH值要比全脂凝固型發(fā)酵乳低，可能會(huì)導(dǎo)致凝膠結(jié)構(gòu)收縮，形成高強(qiáng)度的凝膠[25]。此外，在低脂凝固型發(fā)酵乳中，由于乳脂肪的缺失，使得酪蛋白之間形成凝膠骨架結(jié)構(gòu)要致密，導(dǎo)致低脂凝固型發(fā)酵乳的硬度要比全脂凝固型發(fā)酵乳的硬度要大。因此，添加低聚果糖可以提高低脂凝固型發(fā)酵乳的硬度，利于凝固型酸奶發(fā)酵過程中的成型[26-27]。

2.3 低脂凝固型發(fā)酵乳的黏度

由圖3可知，在冷藏期間，隨著冷藏時(shí)間的延長(zhǎng)，所有凝固型發(fā)酵乳的黏度均呈下降趨勢(shì)。與低脂凝固型發(fā)酵乳相比，全脂凝固型發(fā)酵乳的黏度較高，分析原因可能是低聚果糖的添加在其中形成團(tuán)簇會(huì)破壞發(fā)酵乳中酪蛋白網(wǎng)絡(luò)的形成，導(dǎo)致發(fā)酵乳凝膠結(jié)構(gòu)收縮，發(fā)酵乳黏度下降[28]。

圖3 凝固型發(fā)酵乳冷藏期間黏度的變化Fig.3 Changes of viscosity of set-style yogurt during cold storage

2.4 低脂凝固型發(fā)酵乳的持水率及脫水收縮率

圖4 凝固型發(fā)酵乳冷藏期間持水率（A）及收縮率（B）的變化Fig.4 Changes of water holding ratio (A) and syneresis ratio (B) of set-style yogurt during cold storage

低脂凝固型發(fā)酵乳的持水率與凝膠酪蛋白的持水能力有關(guān)，一般來講，持水率越高，乳清析出少，凝固型發(fā)酵乳的穩(wěn)定性就越高。由圖4A可知，隨著低聚果糖添加量的增加，低脂凝固型發(fā)酵乳的持水率增加。冷藏0 d時(shí)，全脂凝固型發(fā)酵乳的持水率為63.4%。添加3%低聚果糖的低脂凝固型發(fā)酵乳的持水率為63.8%，比全脂凝固型發(fā)酵乳的持水率略高。隨著冷藏時(shí)間的延長(zhǎng)，發(fā)酵乳持水率呈下降趨勢(shì)。在冷藏中前期，添加1%和2%低聚果糖的低脂凝固型發(fā)酵乳與全脂發(fā)酵乳的持水率無明顯差異，但到冷藏后期，添加低聚果糖的低脂凝固型發(fā)酵乳的持水率都比全脂發(fā)酵乳低。

脫水收縮率是對(duì)低脂凝固型發(fā)酵乳質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)之一，冷藏過程中蛋白質(zhì)形成凝膠發(fā)生收縮，導(dǎo)致乳清分離[29]。由圖4B可知，低聚果糖添加量越多，低脂凝固型發(fā)酵乳的脫水收縮率越低，乳清分離率越低。在冷藏0 d時(shí)，添加低聚果糖的低脂凝固型發(fā)酵乳的脫水收縮率高于全脂發(fā)酵乳。隨著冷藏時(shí)間的延長(zhǎng)，凝固型發(fā)酵乳的脫水收縮率均逐漸增加，到冷藏后期，添加3%低聚果糖的低脂凝固型發(fā)酵乳的脫水收縮率低于全脂發(fā)酵乳。

發(fā)酵乳冷藏期間，脫水收縮率和持水率的變化是由于酪蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的弱化導(dǎo)致酪蛋白持水能力下降，使得與酪蛋白結(jié)合的水分析出。發(fā)酵劑中的乳酸菌可以降低pH值使得酪蛋白膠束通過等電沉淀進(jìn)行聚合，在冷藏過程中，酪蛋白膠束可以被打斷，聚合度下降，導(dǎo)致脫水收縮率增加[30]。低聚果糖分子可以與水分子結(jié)合，阻止水分子自由移動(dòng)，同時(shí)，低聚果糖分子也可以和酪蛋白結(jié)合，使酪蛋白凝膠束縛水分子的能力增加。在凝固型發(fā)酵乳冷藏過程中，與全脂發(fā)酵乳相比，低脂凝固型發(fā)酵乳脫水收縮率要低[31]，但添加3%低聚果糖的低脂凝固型發(fā)酵乳與全脂發(fā)酵乳的脫水收縮率差異較小，尤其是在冷藏后期。因此，添加3%低聚果糖的低脂凝固型發(fā)酵乳在持水率和脫水收縮率方面與全脂發(fā)酵乳較為接近。

2.5 低脂凝固型發(fā)酵乳的顏色

由表2可知，低聚果糖添加量為2%時(shí)，低脂凝固型發(fā)酵乳的L*值（黑-白）最小，所表現(xiàn)出的外觀白度越差。在冷藏過程中，隨著冷藏時(shí)間的延長(zhǎng)，低脂凝固型發(fā)酵乳L(zhǎng)*值下降，而全脂凝固型發(fā)酵乳L(zhǎng)*值先上升后下降。對(duì)于a*值（紅-綠）來講，1%-FOS表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，其他樣品表現(xiàn)出降低的趨勢(shì)，a*值的增加可能與持水率增加有關(guān)[32]。在冷藏0 d時(shí)，添加低聚果糖的低脂凝固型發(fā)酵乳的b*值（黃-藍(lán)）要比全脂凝固型發(fā)酵乳高，但是在冷藏過程中添加低聚果糖的低脂凝固型發(fā)酵乳的b*值下降，而全脂凝固型發(fā)酵乳卻在增加。在發(fā)酵乳冷藏過程中，全脂發(fā)酵乳中a*值的降低和b*值的升高說明全脂凝固型發(fā)酵乳有變紅色的趨勢(shì)，這可能和脂質(zhì)氧化有關(guān)[33]。添加低聚果糖可以避免凝固型酸奶在冷藏過程中由脂肪氧化引起的變紅趨勢(shì)，但在白色度方面，添加低聚果糖的低脂凝固型發(fā)酵乳的白色度沒有全脂發(fā)酵乳高。ΔE值表示低脂凝固型發(fā)酵乳隨時(shí)間變化或者是個(gè)體之間的顏色差異，一般來講，ΔE值＞5可以用肉眼看出顏色差異。所有樣品ΔE值＞5，可以用肉眼辨別出發(fā)酵乳在不同冷藏期及不同發(fā)酵乳樣品之間的顏色差異。

表2 凝固型發(fā)酵乳冷藏期間顏色的變化Table 2 Changes of color of set-style yogurt during cold storage

2.6 低脂凝固型發(fā)酵乳的感官評(píng)價(jià)

圖5 冷藏14 d時(shí)凝固型發(fā)酵乳的感官評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.5 Results of sensory evaluation of set-style yogurt after cold storage for 14 d

由圖5可知，在質(zhì)構(gòu)方面，全脂凝固型發(fā)酵乳優(yōu)于含低聚果糖的低脂凝固型發(fā)酵乳，分析原因可能是由于脂肪的存在，全脂凝固型發(fā)酵乳有著更為順滑的質(zhì)構(gòu)，低聚果糖在改善質(zhì)構(gòu)方面與乳脂肪相比還有較大差距。在風(fēng)味和氣味方面，全脂凝固型發(fā)酵乳優(yōu)于含低聚果糖的低脂凝固型發(fā)酵乳，且低聚果糖添加量越多，低脂凝固型發(fā)酵乳的風(fēng)味與氣味越差，分析原因可能是，乳脂肪在凝固型發(fā)酵乳中可以作為風(fēng)味化合物的前體，產(chǎn)生酯類、醇類、酸類等揮發(fā)性風(fēng)味化合物，可以增強(qiáng)感官評(píng)定評(píng)價(jià)中的風(fēng)味屬性[34]，而低聚果糖在提高風(fēng)味方面作用可以忽略不計(jì)。在顏色和外觀方面，含低聚果糖的低脂凝固型發(fā)酵乳與全脂凝固型發(fā)酵乳差異較小，從表2中也可以得到類似結(jié)果。在整體接受度方面，全脂凝固型發(fā)酵乳的得分為7.13分，屬于中等接受程度，得分較低主要原因是未加入蔗糖提高發(fā)酵乳的口感，有乳清析出。而添加低聚果糖的低脂凝固型發(fā)酵乳整體接受度均在7.00分以下。整體接受度包括不同的感官認(rèn)知，如口味、黏度和奶油味等，影響因素較多。

3 結(jié)論

以低聚果糖作為脂肪替代物，研究了其在低脂凝固型發(fā)酵乳制作中的可行性。結(jié)果表明，在冷藏過程中，低聚果糖的添加可以有效改善低脂凝固型發(fā)酵乳pH值偏高、滴定酸度偏低的問題；低聚果糖可以改變低脂凝固型發(fā)酵乳的酪蛋白凝膠結(jié)構(gòu)，增加低脂發(fā)酵乳的硬度，利于凝固型酸奶發(fā)酵過程中的成型；低聚果糖形成團(tuán)簇會(huì)破壞發(fā)酵乳中酪蛋白網(wǎng)絡(luò)的形成，發(fā)酵乳黏度下降；在發(fā)酵乳冷藏過程中，低聚果糖會(huì)增加低脂凝固型發(fā)酵乳的持水率，添加3%低聚果糖的低脂凝固型發(fā)酵乳與全脂發(fā)酵乳的脫水收縮率差異較小，尤其是在冷藏后期，提高低脂發(fā)酵乳的穩(wěn)定性；在顏色變化方面，添加低聚果糖的低脂凝固型發(fā)酵乳的白色度沒有全脂發(fā)酵乳高，但在冷藏過程中會(huì)避免由脂肪氧化產(chǎn)生的變紅趨勢(shì)；冷藏14 d后的發(fā)酵乳感官評(píng)價(jià)結(jié)果表明，低聚果糖可以改善低脂凝固型發(fā)酵乳的顏色和外觀，但在整體接受度、風(fēng)味和氣味方面與全脂發(fā)酵乳仍有差距。