菠蘿酸豆奶的理化性質(zhì)及糖代謝研究

薛　瀚，李　理*（華南理工大學(xué) 輕工與食品學(xué)院，廣東 廣州 510640）

菠蘿酸豆奶的理化性質(zhì)及糖代謝研究

薛瀚，李理*
（華南理工大學(xué) 輕工與食品學(xué)院，廣東 廣州 510640）

由菌種XPL-1發(fā)酵制備酸豆奶SY、SYP（加菠蘿汁）、SYB（加蛋白酶）和SYPB（加菠蘿汁和蛋白酶），并研究了樣品的理化性質(zhì)、流變學(xué)特性以及糖的代謝作用。結(jié)果表明菠蘿汁的應(yīng)用顯著促進(jìn)菌種產(chǎn)酸，菠蘿蛋白酶的應(yīng)用明顯提高酸豆奶的持水力，改善酸豆奶的流變學(xué)性質(zhì)，其中SYPB的酸度值和持水力最高，分別達(dá)到65.76°T和84.70%，屈服應(yīng)力τ0最低，為3.71 Pa。進(jìn)一步的代謝研究發(fā)現(xiàn)，乳酸菌發(fā)酵時可能優(yōu)先利用蔗糖，同時還能利用部分果糖、水蘇糖和棉子糖，產(chǎn)生大量的乳酸和少量的醋酸，其中樣品SYPB產(chǎn)生7.85 mg/mL的乳酸和0.38 mg/mL的醋酸；感官評價的結(jié)果表明，SYPB的滋味和質(zhì)構(gòu)得分最高，總體可接受性最好，表明菠蘿汁和菠蘿酶的應(yīng)用均有利于酸豆奶口感的改善。

菠蘿汁；菠蘿蛋白酶；酸豆奶；理化性質(zhì)；代謝作用

大豆中含有約40%的優(yōu)質(zhì)蛋白，20%的脂肪，27%的碳水化合物，多種維生素和礦物質(zhì)，還含有充足的膳食纖維及大豆異黃酮等功能性成分，因此大豆食品受到越來越多現(xiàn)代消費者的青睞［1］。酸豆奶（soybean yogurt，SY）是以新鮮豆乳為原料，經(jīng)過乳酸菌發(fā)酵而成的一種功能性飲品［2］，它既保留了豆奶的營養(yǎng)成分，又具有與酸奶類似的風(fēng)味［3］；同時，乳酸菌發(fā)酵還可以破壞大豆中的抗?fàn)I養(yǎng)因子［4］、產(chǎn)生維生素等生理活性物質(zhì)以及活性乳酸菌，使酸豆奶具有改善機體腸道菌群、防止動脈粥樣硬化、抗腫瘤、抗衰老等功效［5-6］。但是豆奶制品有一定的豆腥味，并且大豆蛋白分子結(jié)構(gòu)緊密，遇酸凝乳時容易聚集成粗糙的顆粒，所以與酸牛奶相比，酸豆奶仍存在風(fēng)味不佳、質(zhì)地粗糙等缺陷［1，7］。

天然果汁的應(yīng)用通常會使酸奶或酸豆奶的風(fēng)味變得更好［8-9］，菠蘿作為三大亞熱帶水果之一，營養(yǎng)物質(zhì)豐富，富含多種糖類、有機酸、維生素和無機鹽，因其愉悅和獨特的味道和香氣而受到消費者的喜愛［10］，向豆奶中添加一定量的菠蘿汁，不僅可以增強酸豆奶的營養(yǎng)價值，還可以掩蓋豆腥味，改善產(chǎn)品的風(fēng)味，使口味變得清香柔和。此外，菠蘿汁中還含有豐富的菠蘿蛋白酶，可以將大豆蛋白輕度水解，從而改善大豆蛋白凝膠的結(jié)構(gòu)，使酸豆奶的口感細(xì)膩滑潤，同時所生成的小分子多肽和氨基酸，促進(jìn)乳酸菌生長產(chǎn)酸。前期研究表明，大豆蛋白輕度水解后，其凝膠的微觀結(jié)構(gòu)變得緊湊致密，酸豆奶的質(zhì)地更加均一，口感細(xì)膩滑潤［11］。該研究通過向豆奶中添加一定量的菠蘿汁和菠蘿蛋白酶，經(jīng)保溫處理后發(fā)酵制備菠蘿酸豆奶，以期改善酸豆奶的理化性質(zhì)、流變學(xué)特性及總體可接收性，并進(jìn)一步研究其代謝機理，從而為酸豆奶的市場化應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

大豆（通豆7號）：江蘇沿江地區(qū)農(nóng)科所；菠蘿蛋白酶（酶活500000U/g）：廣西南寧龐博生物工程有限公司；XPL-1發(fā)酵劑：由乳酸乳球菌乳脂亞種（Lactococcus 1actissubsp. cremoris）、乳酸乳球菌乳酸亞種（Lactococcus 1actissubsp. 1actis）、腸膜明串珠菌乳脂亞種（Leuconostoc mesenteorides subsp.cremoris）、乳酸乳球菌乳酸亞種雙乙酰變種（Lactococcus 1actissubsp.1actisbiovardiacety1actis）和嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophi1us）等比例混合而成：丹麥Chr-Hansen公司；葡萄糖、果糖、蔗糖、水蘇糖、棉籽糖、乙酸、草酸、乳酸、蘋果酸、檸檬酸（均為色譜純）：美國Sigma公司；其他試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2儀器與設(shè)備

BE351B型攪拌機：佛山順德美的集團(tuán)有限公司；KDN-40型消化爐：上海新嘉電子有限公司；LDZX-30KBS型立式壓力蒸汽滅菌器：上海申安醫(yī)療器械廠；AL204-IC型電子天平、S20型pH計：瑞士梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；PXY-190S-A型生化培養(yǎng)箱：廣東韶關(guān)科力儀器有限公司；MARS型流變儀：德國Haake公司；SZX型超凈工作臺：吳江凈化設(shè)備總廠；KJ0-4282菲羅門保護(hù)柱套、AJ0-4286 C18柱芯、Thermo-U1timate3000高效液相色譜儀：賽默飛世爾科技有限公司；2414 RID型示差折光檢測器：美國Waters公司；DYCZ-24DN電泳儀：北京六一儀器廠。

1.3試驗方法

1.3.1酸豆奶的制備

（1）工藝流程：

大豆→挑選→浸泡→熱磨漿→過濾→酶處理→豆?jié){加糖→熱處理消毒→冷卻→接種發(fā)酵劑→發(fā)酵（42℃、6 h）→后熟（4℃、24 h）

（2）酸豆奶SY和SYB的制備：挑選顆粒飽滿、無霉變的大豆，沖洗后在質(zhì)量濃度5 g/mL的NaHCO3溶液中常溫浸泡14 h，以豆水比1∶8（g∶mL）、85℃熱水磨漿，過180目篩得到純豆?jié){。按照豆?jié){∶水=8∶2混合均勻，一組不加酶，記為SY，另一組加80 U/g大豆蛋白的菠蘿蛋白酶，記為SYB，45℃保溫5 min，煮沸，然后向豆?jié){中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的蔗糖，充分溶解以后于100℃熱處理15 min，冷卻。按0.040 0 g/L的添加量添加XPL-1發(fā)酵劑，混勻全溶解后分裝，于42℃靜置發(fā)酵6 h后，置于4℃后熟24 h。

（3）酸豆奶SYP和SYPB的制備：挑選顆粒飽滿、無霉變的大豆，沖洗后在質(zhì)量濃度5g/mL的NaHCO3水溶液中常溫浸泡14 h，以豆水比1∶8（g∶mL）、85℃熱水磨漿，過180目篩得到純豆?jié){。按照豆?jié){∶菠蘿汁=8∶2混合均勻，一組不加酶，記為SYP，另一組加80 U/g大豆蛋白的菠蘿蛋白酶，記為SYPB，充分混合后，45℃保溫5 min，煮沸，然后向豆?jié){中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的蔗糖，充分溶解以后于100℃熱處理15 min，冷卻。按0.040 0 g/L的添加量添加XPL-1發(fā)酵劑，混勻全溶解后分裝，于42℃靜置發(fā)酵6h后，置于4℃后熟24h。

1.3.2酸豆奶的指標(biāo)測定

（1）pH值的測定：后熟結(jié)束后的樣品，恢復(fù)到室溫后，用玻璃棒攪拌均勻，用pH計測定樣品的pH值，每次測定3個平行樣品。

（2）酸度值的測定：按GB 5413.34—2010《乳和乳制品酸度的測定》執(zhí)行。

（3）持水力的測定：參見文獻(xiàn)［12］。

（4）流變學(xué)特性的測定：參見文獻(xiàn)［13］。

（5）感官評價：參見文獻(xiàn)［14］。

（6）低聚糖的測定

樣品前處理方式：按照GB/T 22221—2008《食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、乳糖的測定高效液相色譜法》處理樣品，略有修改。分別吸取3.5 g各類樣品于10 mL容量瓶種，加入1 mL乙酸鋅和1 mL亞鐵氰化鉀溶液振蕩搖勻，用水分別定容至10mL。靜置30min后定性濾紙過濾，棄掉初濾液，收集濾液，用純乙腈等體積稀釋。0.45 μm針頭有機濾膜過濾后，放入進(jìn)樣瓶中，供大豆低聚糖分析使用。

色譜條件：HP-NH2柱（4.6 mm×250 mm，5 μm），Refracto Max 520示差折光檢測器；流動相為68%乙腈-32%水，流速1.0 mL/min，進(jìn)樣體積40 μL，檢測波長280 nm，柱溫35℃，分析時間12 min。

標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制：分別稱取標(biāo)準(zhǔn)品果糖50 mg，葡萄糖50 mg，蔗糖500 mg，水蘇糖30 mg，用60%乙腈-水分別定容至10 mL；稱取棉子糖50 mg，用水分別定容至10 mL，制成標(biāo)準(zhǔn)儲備液。分別吸取適量的各標(biāo)準(zhǔn)儲備液混勻，用60%乙腈-水稀釋，制備混標(biāo)工作液，上機分析。以各組分質(zhì)量濃度（x）和峰面積（y）進(jìn)行線性回歸分析，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

（7）有機酸的測定

樣品前處理方式：準(zhǔn)確稱取5 g各類樣品，加入3 mL的超純水，用10%的磷酸調(diào)節(jié)pH至2.7，混勻，經(jīng)10 000 r/min離心20 min，取上清液，經(jīng)0.45 μm針頭水相濾膜過濾后，供有機酸分析使用。

色譜條件：Luna C18（2）100A色譜柱（4.6 mm×250 mm，5 μm）；VWD 3100紫外檢測器；流動相為5%甲醇-95% 10mmo1/LKH2PO4（用磷酸調(diào)整pH值為2.5），流速0.5 mL/min，進(jìn)樣體積20 μL，檢測波長：210 nm，柱溫25℃，分析時間15 min。

標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制：分別稱取標(biāo)準(zhǔn)品草酸10 mg，檸檬酸100 mg，酒石酸50 mg，蘋果酸100 mg，乳酸300 mg，乙酸200 mg，用純水分別定容至10 mL，制成標(biāo)準(zhǔn)儲備液。分別吸取適量的各標(biāo)準(zhǔn)儲備液，用純水稀釋，制備混標(biāo)工作液，上機分析。以各組分質(zhì)量濃度（x）和峰面積（y）進(jìn)行線性回歸，繪制回歸方程。

1.3.3聚丙烯酰胺凝膠電泳

參考LAEMMLI U K［17］的電泳方法。用樣品緩沖液將待測樣品稀釋至4 mg/mL，沸水浴5 min，冷卻后離心（10 000 r/min、10 min），吸取上清液進(jìn)樣，樣品進(jìn)樣量為7.5 μL，標(biāo)準(zhǔn)分子量蛋白（Marker）進(jìn)樣量為10 μL。分離膠和濃縮膠的含量分別為12.5%和3%，凝膠電泳于恒定電流下進(jìn)行，開始設(shè)置電流20 mA，待溴酚藍(lán)指示劑進(jìn)入分離膠時將電流增至40 mA。電泳結(jié)束后用染色液處理40 min，并用脫色液過夜處理直至背景清晰，于凝膠成像系統(tǒng)進(jìn)行成像處理。

1.3.4數(shù)據(jù)處理和分析

利用SPSS18.0統(tǒng)計分析軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。采用Duncan分析方法，在95%的置信水平下，計算數(shù)據(jù)之間的顯著性差異。

2　結(jié)果與分析

2.1菠蘿酸豆奶的pH值、酸度和持水力

表1為不同處理方式對酸豆奶發(fā)酵后pH值、酸度和持水力的影響。由表1可知，添加菠蘿汁和菠蘿蛋白酶對酸豆奶的pH、酸度和持水力都有顯著的影響，其中添加菠蘿汁的要比沒有添加的pH值降低，而酸度和持水力升高，這可能是菠蘿汁中含有豐富的糖類物質(zhì)，能夠促進(jìn)乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)酸。經(jīng)過菠蘿蛋白酶處理的樣品SYB和SYPB的酸度值和持水力均有所升高，這可能是因為大豆蛋白經(jīng)過菠蘿蛋白酶處理后，大豆7S和11S酸性亞基均有明顯降解（如圖1），同時釋放出小分子多肽和氨基酸，從而促進(jìn)乳酸菌的生長和產(chǎn)酸。此外，大豆蛋白結(jié)構(gòu)緊密，經(jīng)過輕度的酶促降解，其結(jié)構(gòu)變得相對疏松，分子之間的交聯(lián)作用增強，因此蛋白質(zhì)凝膠更加均一和穩(wěn)定，持水力增強［11，15］。

表1　酸豆奶的pH值、酸度和持水力Table 1 pH，titratable acidity and water holding capacity of soybean yogurts

圖1　不同處理方式制備的酸豆奶的SDS-PAGE圖譜Fig.1 SDS-PAGE chromatogram of soybean yogurts elaborated by different treatments

2.2菠蘿酸豆奶的流變學(xué)特性

（1）頻率掃描

圖2為不同處理方式對酸豆奶的頻率掃描的影響，其中G′表示樣品的彈性模量（儲存模量），是衡量樣品抵抗彈性變形能力大小的尺度，G″表示樣品的黏性模量（損耗模量），反映了樣品黏性的大小。從圖2可以看出，在0.1～10 Hz的頻率范圍內(nèi)，所測樣品的G′均高于G″，并且四個樣品G′和G″值都隨著頻率的升高而增加，這說明樣品都具有類凝膠特性。相同頻率時，G′和G″值由高到低依次為SYPB＞SYB＞SYP＞SY。經(jīng)過菠蘿蛋白酶處理后樣品的黏彈性增強，這可能是由于經(jīng)過蛋白酶的水解作用后，大豆蛋白質(zhì)之間的交聯(lián)作用增強引起的。另外添加菠蘿汁也會使樣品的黏彈性增強，這可能是因為菠蘿汁中豐富的碳源促進(jìn)了乳酸菌的生長，產(chǎn)酸增加，進(jìn)而改善酸豆奶的交聯(lián)結(jié)構(gòu)。

圖2　酸豆奶的頻率掃描曲線Fig.2 Frequency scanning curve of soybean yogurts

（2）剪切掃描

采用Hershe1-Bu1k1ey模型分析酸豆奶下行線的流變參數(shù)，4個樣品的流變參數(shù)值見表2。由表2可知，4個樣品的屈服應(yīng)力有著顯著的差異，SY的屈服應(yīng)力值最大，SYPB的屈服應(yīng)力值最小。在發(fā)酵乳中，屈服應(yīng)力值與感官品評中的“硬度”密切相關(guān)［16］，因此可以推斷SY的口感最硬，而SYPB最柔軟。經(jīng)過菠蘿蛋白酶處理后酸豆奶的稠度系數(shù)明顯下降，流動學(xué)系數(shù)明顯升高，說明經(jīng)過酶處理后，樣品爽滑的口感增強。同時在相同處理下，加菠蘿汁的稠度系數(shù)和流動學(xué)系數(shù)比加水的分別有明顯的降低和升高，可以看出添加菠蘿汁可以明顯改善樣品的黏稠度。滯后回路面積的大小可以表示樣品經(jīng)外力作用下重新恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所需要的能量，從4個樣品的滯后回路面積可以看出，SYPB的滯后回路面積顯著增大，表明該樣品恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的能力減弱。4個樣品的相關(guān)系數(shù)R值均＞0.995。

表2　酸豆奶的流變參數(shù)Table 2 Rheological parameters of soybean yogurts

2.3乳酸菌的代謝作用

2.3.1乳酸菌對糖類的利用情況

菠蘿酸豆奶中不同可溶性糖含量見表3。從表3可知，豆?jié){（SM）中含有一定量的果糖、棉籽糖以及較高含量的水蘇糖和蔗糖（豆?jié){原液中添加了6%的蔗糖），由于菠蘿汁中含有豐富的果糖（18.12 mg/mL）、葡萄糖（15.38 mg/mL）和蔗糖（88.68 mg/mL），當(dāng)在豆?jié){原液中加入菠蘿汁時，菠蘿豆?jié){（SMP）中這3種糖的含量明顯升高，分別達(dá)到3.65 mg/mL、3.15 mg/mL和82.15 mg/mL。豆奶經(jīng)過乳酸菌的發(fā)酵作用后，所生成的酸豆奶中蔗糖的含量顯著降低，此外，棉籽糖和水蘇糖也有明顯的降低，而葡萄糖和果糖則有增加，表明菌種含有豐富的糖酶，如蔗糖酶能夠催化蔗糖水解，釋放出果糖和葡萄糖，也能催化棉子糖和水蘇糖分子中的1，2-糖苷健斷裂，釋放出果糖。向樣品中添加菠蘿汁后增加了乳酸菌對蔗糖的利用率，并減少棉籽糖和水蘇糖利用率，說明菌株可能優(yōu)先利用蔗糖，同時也會利用果糖。菠蘿蛋白酶在催化大分子蛋白水解時，可能使部分包裹在蛋白內(nèi)部的小分子糖暴露出來，從而增加了豆?jié){中的含量，相應(yīng)的糖含量均有稍許升高。

表3　不同處理對酸豆奶中可溶性糖含量的影響Table 3 Effect of different treatments on oligosaccharides content of soybean yogurts　mg/mL

2.3.2乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生有機酸的情況

不同產(chǎn)品中的有機酸含量見圖3。由圖3可知，在豆?jié){中檸檬酸含量最高，為1.59 mg/mL，其次為蘋果酸，為0.56 mg/mL；菠蘿豆?jié){檸檬酸含量為5.41 mg/mL，蘋果酸為4.20 mg/mL，兩者都含有少量的乳酸和草酸，但沒有乙酸。豆?jié){發(fā)酵過程中乳酸乳球菌和噬熱鏈球菌利用糖產(chǎn)生了大量的乳酸，而腸膜明串珠菌可以產(chǎn)生少量的乙酸。其中SYPB產(chǎn)酸最多，產(chǎn)生了7.85 mg/mL的乳酸和0.38 mg/mL的乙酸，乳酸含量增加了17.15倍；而SY樣品產(chǎn)酸最少，產(chǎn)生的乳酸為5.65 mg/mL，乙酸為0.43 mg/mL。4個樣品的有機酸含量由高到低依次為SYPB＞SYP＞SYB＞SY，這與4個樣品的酸度值的大小關(guān)系相吻合。可以看出添加菠蘿汁可以明顯的提高樣品總酸的含量，這主要是因為菠蘿汁中富含蔗糖、果糖和葡萄糖，可以促進(jìn)乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)酸；另外菠蘿蛋白酶水解作用也有助于總酸的提高，這可能是水解產(chǎn)生的小分子的多肽和氨基酸，為乳酸菌生長提供了充足氮源。

圖3　酸豆奶中的有機酸含量Fig.3 The organic acid content of soybean yogurts

2.4菠蘿酸豆奶的感官評分

表4所示是不同處理方式制備的酸豆奶的感官評價結(jié)果。4個樣品在外觀上沒有多大差異，但是在氣味和滋味上添加菠蘿汁的酸豆奶比對照有顯著的改善，這主要是因為菠蘿汁具有良好的氣味和滋味帶來的，說明添加菠蘿汁可以明顯地改善酸豆奶的口感。從質(zhì)構(gòu)上來看，SY樣品的得分最低，SYPB的得分最高，SYP和SYB無明顯差異，這與流變學(xué)特性研究結(jié)果一致。酸豆奶總體可接受性評分中添加菠蘿汁并用菠蘿蛋白酶處理的樣品SYPB的得分最高，表明菠蘿汁和菠蘿蛋白酶的應(yīng)用都能顯著改善酸豆奶的感官品質(zhì)。

表4　酸豆奶的感官評價Table 4 Sensory evaluation of soybean yogurts（n=8）

3　結(jié)論

菠蘿汁的應(yīng)用能顯著促進(jìn)菌種產(chǎn)酸，菠蘿蛋白酶的應(yīng)用明顯提高酸豆奶的持水力，改善酸豆奶的流變學(xué)性質(zhì)；菠蘿汁中含有豐富的蔗糖、果糖和葡萄糖，豆?jié){中含有蔗糖、棉籽糖和水蘇糖，乳酸菌發(fā)酵時可能優(yōu)先利用蔗糖，同時還能利用部分果糖、水蘇糖和棉子糖，產(chǎn)生大量的乳酸和少量的醋酸；添加菠蘿汁并經(jīng)菠蘿蛋白酶處理的酸豆奶其滋味和質(zhì)構(gòu)得分最高，總體可接受性最好。

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Researches on the physicochemica1 property and carbohydrate metabo1ism of pineapp1e soybean yogurt

XUE Han，LI Li*
（Co11ege of Light Industry and Food Science，South China University of Techno1ogy，Guangzhou 510640，China）

Soybean yogurt SY，SYP（with pineapp1e juice），SYB（with brome1ain）and SYPB（with pineapp1e juice and brome1ain）was prepared with strain XPL-1 fermentation and the effect of pineapp1e juice and brome1ain addition on physicochemica1 property，rheo1ogy，carbohydrate metabo1ism and sensory properties of the soybean yogurt was investigated.The resu1ts showed that pineapp1e juice promoted the production of acid and the app1ication of brome1ain can significant1y improve water ho1ding capacity and rheo1ogica1 properties of soybean yogurt.The highest titratab1e acidity va1ue and water ho1ding capacity was observed in samp1e SYPB as 65.76°T，84.70%，respective1y.And the 1owest yie1d stress were observed as 3.71 Pa. Further study showed that the 1actic acid bacteria possib1y uti1ize sucrose first during fermentation，and then fructose，raffinose and part of stachyose. In the same time，1ots of 1actic acid and a 1itt1e of acetic acid were produced，and the production from yogurt SYPB was 7.85 mg/m1 and 0.38 mg/m1，respective1y.The sensory eva1uation resu1ts showed that yogurt SYPB had the highest score of taste，texture and the overa11 acceptabi1ity，indicating the emp1oyment of pineapp1e juice and brome1ain was ab1e to improve the taste of soybean yogurt.

pineapp1e juice；brome1ain；soybean yogurt；physicochemica1 property；metabo1ism

TS252.1

A

0254-5071（2015）12-0078-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2015.12.017

2015-10-21

廣州市對外科技合作項目（2013J4500021）

薛瀚（1991-），男，碩士研究生，研究方向為糧食、油脂與植物蛋白質(zhì)。

李理（1965-），女，教授，博士，研究方向為蛋白質(zhì)化學(xué)。