無糖藜麥發(fā)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(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 大慶 163319；2.國家雜糧工程技術(shù)研究中心，黑龍江 大慶 163319；3.糧食副產(chǎn)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(nóng)產(chǎn)品加工與質(zhì)量安全重點實驗室，黑龍江 大慶 163319)

藜麥(Chenopodiumquinoa)是一種極具工業(yè)價值的偽谷物，被認(rèn)為是適合所有人的植物性食品，可作為健康意識較強(qiáng)的消費(fèi)者、素食者及運(yùn)動員等人群的主要膳食選擇[1]。與多數(shù)雜糧作物相比，其蛋白利用率更高，氨基酸構(gòu)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(yǎng)功能因子[2]。藜麥種子是酚類化合物的良好來源，呈現(xiàn)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(chǎn)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(zhì)和類黃酮含量是影響其抗氧化活性的關(guān)鍵因素，由于抗氧化機(jī)制復(fù)雜，一種抗氧化劑在體內(nèi)可能有多種抗氧化機(jī)制，因此常常需要通過測定多個抗氧化指標(biāo)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(guān)，這可能歸因于種皮的色澤，顏色越深則表現(xiàn)出越強(qiáng)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(xiàn)出抗氧化性[7]。乳酸菌等有益微生物利用原料乳可在發(fā)酵代謝過程中產(chǎn)生有機(jī)酸、維生素、氨基酸、酶類等小分子化合物，大大提高其營養(yǎng)價值，且藜麥本身含有大量活性物質(zhì)成分，使其表現(xiàn)出一定的功能特性，因此在原料乳中添加藜麥漿將對發(fā)酵乳產(chǎn)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(nèi)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(fā)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(chǎn)品[10-11]。

藜麥發(fā)酵乳是以藜麥漿和復(fù)原乳為原料，利用乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)酸而成的風(fēng)味型營養(yǎng)乳制品，但目前市場上的發(fā)酵乳多用蔗糖調(diào)節(jié)風(fēng)味，長期飲用不利于人體健康，并且中國對于藜麥發(fā)酵乳研究大多側(cè)重于其加工工藝，而添加藜麥漿后有關(guān)其對發(fā)酵乳物理品質(zhì)及抗氧化性方面的影響尚缺乏系統(tǒng)深入研究。文章擬以無糖藜麥發(fā)酵乳為主要研究對象，以無糖藜麥發(fā)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(biāo)，探究添加木糖醇和藜麥漿對無糖發(fā)酵乳的物化特性及抗氧化活性的影響，以期為其他無糖風(fēng)味發(fā)酵乳系列產(chǎn)品的功能性研究提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅藜麥：青海善祺藜麥商貿(mào)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(lián)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(shè)備

電子天平：BS224S型，賽多利斯科學(xué)儀器有限公司；

pH計：pHS-3C型，上海精密科學(xué)儀器有限公司；

旋轉(zhuǎn)黏度計：NDJ-IB 型，上海方瑞科學(xué)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(jī)：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(yǎng)基中，搖勻，37 ℃培養(yǎng)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(yǎng)基中，37 ℃培養(yǎng)24 h，連續(xù)傳代3次，使其充分活化，挑取斜面培養(yǎng)基生長較好的菌落接種至MRS液體培養(yǎng)基中，37 ℃培養(yǎng)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(shù)為109CFU/mL菌懸液，于4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 工藝流程

(1)無糖藜麥發(fā)酵乳：

(2)普通發(fā)酵乳：

經(jīng)前期研究得無糖藜麥發(fā)酵乳最佳工藝為藜麥漿添加量30%，木糖醇添加量5%、復(fù)合發(fā)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(fā)酵溫度38 ℃、發(fā)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(fā)酵乳樣品體積，mL。

1.3.5 黏度測定 采用旋轉(zhuǎn)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(zhì)量，g；

M2——離心后除去乳清樣品和離心管的質(zhì)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(shù)據(jù)處理

所有試驗均平行3次，結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。用Excel、SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的錄入與處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 無糖藜麥發(fā)酵乳的物化特性

2.1.1 物化指標(biāo) 由表1可知，無糖藜麥發(fā)酵乳的酸度顯著低于普通發(fā)酵乳，而pH值則相反，這是由于無糖藜麥發(fā)酵乳中添加了藜麥漿，導(dǎo)致復(fù)原乳在原料中占比低，其乳糖含量總體減少，而乳酸菌發(fā)酵機(jī)理就是乳酸菌利用原料中的乳糖產(chǎn)生乳酸，因此最終產(chǎn)品酸度下降，pH值上升。黏度形成原理是乳酸菌發(fā)酵原料中的糖類產(chǎn)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(jīng)均質(zhì)破裂成微小脂肪球，均勻分布于發(fā)酵底物，導(dǎo)致與蛋白質(zhì)吸附表面積增加，使酪蛋白結(jié)構(gòu)變化發(fā)生凝膠網(wǎng)絡(luò)的聚集[18]。無糖藜麥發(fā)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(zhì)和脂肪含量均低于普通發(fā)酵乳，因此產(chǎn)品黏度和持水力降低，同時蛋白質(zhì)含量的減少也會使發(fā)酵乳的黏度和持水力下降[19]，因此無糖藜麥發(fā)酵乳的黏度和持水力低于普通發(fā)酵乳。

表1 無糖藜麥發(fā)酵乳和普通發(fā)酵乳的物化指標(biāo)?

2.1.2 色澤 由表2可知，無糖藜麥發(fā)酵乳的L*值略低于普通發(fā)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(fèi)者可接受范圍之內(nèi)。

表2 無糖藜麥發(fā)酵乳和普通發(fā)酵乳的色澤?

2.2 無糖藜麥發(fā)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(fā)酵乳的DPPH自由基清除率顯著高于普通發(fā)酵乳，隨著發(fā)酵乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，DPPH自由基清除能力增強(qiáng)，當(dāng)發(fā)酵乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%時，無糖藜麥發(fā)酵乳和普通發(fā)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(fā)酵乳的DPPH自由基清除率提高了近10%，說明無糖藜麥發(fā)酵乳中的藜麥發(fā)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(zhì)，Vollmannova[20]研究證明，蕎麥、莧菜、藜麥中酚類物質(zhì)和蘆丁含量會直接影響其抗氧化能力，且自由酚和結(jié)合酚占比越大，對DPPH自由基清除能力越強(qiáng)。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(fā)酵藜麥?zhǔn)巧a(chǎn)具有抗菌、抗氧化等特殊生物活性肽的有效方法，當(dāng)藜麥多酚與乳酸菌自身抗氧化性產(chǎn)生協(xié)同作用時，可進(jìn)一步提高發(fā)酵乳的DPPH自由基清除能力。

圖1 發(fā)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(fā)酵乳的ABTS自由基清除率明顯高于普通發(fā)酵乳，且發(fā)酵乳對ABTS自由基的清除能力隨濃度的升高而增強(qiáng)，當(dāng)發(fā)酵乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%時，無糖藜麥發(fā)酵乳和普通發(fā)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(fā)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(fā)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(jī)酸等物質(zhì)的分子數(shù)量有關(guān)，藜麥籽粒顏色越深，其酚類物質(zhì)含量越高、抗氧化活性越強(qiáng)，試驗選擇的是紅色藜麥，因而使無糖藜麥發(fā)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(shù)不含黃酮類物質(zhì)，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(fā)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(fā)酵乳的羥基自由基清除率明顯高于普通發(fā)酵乳，隨著發(fā)酵乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高，無糖藜麥發(fā)酵乳和普通發(fā)酵乳的體外抑制羥基自由基能力均穩(wěn)步上升，當(dāng)發(fā)酵乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(fā)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(fā)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(zhì)有關(guān)，酚類物質(zhì)提供活潑的氫可終止活性氧等自由基的連鎖反應(yīng)，以此抑制羥基自由基的產(chǎn)生，降低由羥基自由基所致的有害效應(yīng)[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(xiàn)出很強(qiáng)的抗氧化活性。

圖3 發(fā)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(fā)酵乳的Fe3+還原能力明顯高于普通發(fā)酵乳，并隨著發(fā)酵乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不斷升高而穩(wěn)步上升，當(dāng)發(fā)酵乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%時，無糖藜麥發(fā)酵乳和普通發(fā)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(fā)酵乳對Fe3+的還原能力。研究[27]表明，F(xiàn)e3+還原能力與物質(zhì)中游離酚含量有關(guān)，藜麥經(jīng)發(fā)酵后酚類物質(zhì)由結(jié)合態(tài)釋放為游離狀態(tài)，同時乳酸菌代謝生成有機(jī)酸可有效阻止酚類物質(zhì)分解，因此無糖藜麥發(fā)酵乳具有較高的Fe3+還原能力。

圖4 發(fā)酵乳對Fe3+的還原能力

3 結(jié)論

以藜麥漿和復(fù)原乳為原料，以木糖醇代替蔗糖制成無糖藜麥發(fā)酵乳，其pH高于普通發(fā)酵乳，酸度、黏度、持水力則略低于普通發(fā)酵乳，且無糖藜麥發(fā)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(fā)酵乳。由于藜麥本身富含多種活性物質(zhì)，將其作為原料與復(fù)原乳共同發(fā)酵，提高了發(fā)酵乳的抗氧化活性，實現(xiàn)了藜麥和無糖發(fā)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(fā)酵乳的研究趨勢。但若將藜麥應(yīng)用于天然強(qiáng)效抗氧化劑則需對其抗氧化機(jī)理進(jìn)行深一步探索。