菠萝酸豆奶的理化性质及糖代谢研究

薛　瀚，李　理*（华南理工大学 轻工与食品学院，广东 广州 510640）

菠萝酸豆奶的理化性质及糖代谢研究

薛瀚，李理*
（华南理工大学 轻工与食品学院，广东 广州 510640）

由菌种XPL-1发酵制备酸豆奶SY、SYP（加菠萝汁）、SYB（加蛋白酶）和SYPB（加菠萝汁和蛋白酶），并研究了样品的理化性质、流变学特性以及糖的代谢作用。结果表明菠萝汁的应用显著促进菌种产酸，菠萝蛋白酶的应用明显提高酸豆奶的持水力，改善酸豆奶的流变学性质，其中SYPB的酸度值和持水力最高，分别达到65.76°T和84.70%，屈服应力τ0最低，为3.71 Pa。进一步的代谢研究发现，乳酸菌发酵时可能优先利用蔗糖，同时还能利用部分果糖、水苏糖和棉子糖，产生大量的乳酸和少量的醋酸，其中样品SYPB产生7.85 mg/mL的乳酸和0.38 mg/mL的醋酸；感官评价的结果表明，SYPB的滋味和质构得分最高，总体可接受性最好，表明菠萝汁和菠萝酶的应用均有利于酸豆奶口感的改善。

菠萝汁；菠萝蛋白酶；酸豆奶；理化性质；代谢作用

大豆中含有约40%的优质蛋白，20%的脂肪，27%的碳水化合物，多种维生素和矿物质，还含有充足的膳食纤维及大豆异黄酮等功能性成分，因此大豆食品受到越来越多现代消费者的青睐［1］。酸豆奶（soybean yogurt，SY）是以新鲜豆乳为原料，经过乳酸菌发酵而成的一种功能性饮品［2］，它既保留了豆奶的营养成分，又具有与酸奶类似的风味［3］；同时，乳酸菌发酵还可以破坏大豆中的抗营养因子［4］、产生维生素等生理活性物质以及活性乳酸菌，使酸豆奶具有改善机体肠道菌群、防止动脉粥样硬化、抗肿瘤、抗衰老等功效［5-6］。但是豆奶制品有一定的豆腥味，并且大豆蛋白分子结构紧密，遇酸凝乳时容易聚集成粗糙的颗粒，所以与酸牛奶相比，酸豆奶仍存在风味不佳、质地粗糙等缺陷［1，7］。

天然果汁的应用通常会使酸奶或酸豆奶的风味变得更好［8-9］，菠萝作为三大亚热带水果之一，营养物质丰富，富含多种糖类、有机酸、维生素和无机盐，因其愉悦和独特的味道和香气而受到消费者的喜爱［10］，向豆奶中添加一定量的菠萝汁，不仅可以增强酸豆奶的营养价值，还可以掩盖豆腥味，改善产品的风味，使口味变得清香柔和。此外，菠萝汁中还含有丰富的菠萝蛋白酶，可以将大豆蛋白轻度水解，从而改善大豆蛋白凝胶的结构，使酸豆奶的口感细腻滑润，同时所生成的小分子多肽和氨基酸，促进乳酸菌生长产酸。前期研究表明，大豆蛋白轻度水解后，其凝胶的微观结构变得紧凑致密，酸豆奶的质地更加均一，口感细腻滑润［11］。该研究通过向豆奶中添加一定量的菠萝汁和菠萝蛋白酶，经保温处理后发酵制备菠萝酸豆奶，以期改善酸豆奶的理化性质、流变学特性及总体可接收性，并进一步研究其代谢机理，从而为酸豆奶的市场化应用提供理论指导。

1　材料与方法

1.1材料与试剂

大豆（通豆7号）：江苏沿江地区农科所；菠萝蛋白酶（酶活500000U/g）：广西南宁庞博生物工程有限公司；XPL-1发酵剂：由乳酸乳球菌乳脂亚种（Lactococcus 1actissubsp. cremoris）、乳酸乳球菌乳酸亚种（Lactococcus 1actissubsp. 1actis）、肠膜明串珠菌乳脂亚种（Leuconostoc mesenteorides subsp.cremoris）、乳酸乳球菌乳酸亚种双乙酰变种（Lactococcus 1actissubsp.1actisbiovardiacety1actis）和嗜热链球菌（Streptococcus thermophi1us）等比例混合而成：丹麦Chr-Hansen公司；葡萄糖、果糖、蔗糖、水苏糖、棉籽糖、乙酸、草酸、乳酸、苹果酸、柠檬酸（均为色谱纯）：美国Sigma公司；其他试剂均为国产分析纯。

1.2仪器与设备

BE351B型搅拌机：佛山顺德美的集团有限公司；KDN-40型消化炉：上海新嘉电子有限公司；LDZX-30KBS型立式压力蒸汽灭菌器：上海申安医疗器械厂；AL204-IC型电子天平、S20型pH计：瑞士梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；PXY-190S-A型生化培养箱：广东韶关科力仪器有限公司；MARS型流变仪：德国Haake公司；SZX型超净工作台：吴江净化设备总厂；KJ0-4282菲罗门保护柱套、AJ0-4286 C18柱芯、Thermo-U1timate3000高效液相色谱仪：赛默飞世尔科技有限公司；2414 RID型示差折光检测器：美国Waters公司；DYCZ-24DN电泳仪：北京六一仪器厂。

1.3试验方法

1.3.1酸豆奶的制备

（1）工艺流程：

大豆→挑选→浸泡→热磨浆→过滤→酶处理→豆浆加糖→热处理消毒→冷却→接种发酵剂→发酵（42℃、6 h）→后熟（4℃、24 h）

（2）酸豆奶SY和SYB的制备：挑选颗粒饱满、无霉变的大豆，冲洗后在质量浓度5 g/mL的NaHCO3溶液中常温浸泡14 h，以豆水比1∶8（g∶mL）、85℃热水磨浆，过180目筛得到纯豆浆。按照豆浆∶水=8∶2混合均匀，一组不加酶，记为SY，另一组加80 U/g大豆蛋白的菠萝蛋白酶，记为SYB，45℃保温5 min，煮沸，然后向豆浆中添加质量分数为6%的蔗糖，充分溶解以后于100℃热处理15 min，冷却。按0.040 0 g/L的添加量添加XPL-1发酵剂，混匀全溶解后分装，于42℃静置发酵6 h后，置于4℃后熟24 h。

（3）酸豆奶SYP和SYPB的制备：挑选颗粒饱满、无霉变的大豆，冲洗后在质量浓度5g/mL的NaHCO3水溶液中常温浸泡14 h，以豆水比1∶8（g∶mL）、85℃热水磨浆，过180目筛得到纯豆浆。按照豆浆∶菠萝汁=8∶2混合均匀，一组不加酶，记为SYP，另一组加80 U/g大豆蛋白的菠萝蛋白酶，记为SYPB，充分混合后，45℃保温5 min，煮沸，然后向豆浆中添加质量分数为6%的蔗糖，充分溶解以后于100℃热处理15 min，冷却。按0.040 0 g/L的添加量添加XPL-1发酵剂，混匀全溶解后分装，于42℃静置发酵6h后，置于4℃后熟24h。

1.3.2酸豆奶的指标测定

（1）pH值的测定：后熟结束后的样品，恢复到室温后，用玻璃棒搅拌均匀，用pH计测定样品的pH值，每次测定3个平行样品。

（2）酸度值的测定：按GB 5413.34—2010《乳和乳制品酸度的测定》执行。

（3）持水力的测定：参见文献［12］。

（4）流变学特性的测定：参见文献［13］。

（5）感官评价：参见文献［14］。

（6）低聚糖的测定

样品前处理方式：按照GB/T 22221—2008《食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖的测定高效液相色谱法》处理样品，略有修改。分别吸取3.5 g各类样品于10 mL容量瓶种，加入1 mL乙酸锌和1 mL亚铁氰化钾溶液振荡摇匀，用水分别定容至10mL。静置30min后定性滤纸过滤，弃掉初滤液，收集滤液，用纯乙腈等体积稀释。0.45 μm针头有机滤膜过滤后，放入进样瓶中，供大豆低聚糖分析使用。

色谱条件：HP-NH2柱（4.6 mm×250 mm，5 μm），Refracto Max 520示差折光检测器；流动相为68%乙腈-32%水，流速1.0 mL/min，进样体积40 μL，检测波长280 nm，柱温35℃，分析时间12 min。

标准曲线绘制：分别称取标准品果糖50 mg，葡萄糖50 mg，蔗糖500 mg，水苏糖30 mg，用60%乙腈-水分别定容至10 mL；称取棉子糖50 mg，用水分别定容至10 mL，制成标准储备液。分别吸取适量的各标准储备液混匀，用60%乙腈-水稀释，制备混标工作液，上机分析。以各组分质量浓度（x）和峰面积（y）进行线性回归分析，绘制标准曲线。

（7）有机酸的测定

样品前处理方式：准确称取5 g各类样品，加入3 mL的超纯水，用10%的磷酸调节pH至2.7，混匀，经10 000 r/min离心20 min，取上清液，经0.45 μm针头水相滤膜过滤后，供有机酸分析使用。

色谱条件：Luna C18（2）100A色谱柱（4.6 mm×250 mm，5 μm）；VWD 3100紫外检测器；流动相为5%甲醇-95% 10mmo1/LKH2PO4（用磷酸调整pH值为2.5），流速0.5 mL/min，进样体积20 μL，检测波长：210 nm，柱温25℃，分析时间15 min。

标准曲线绘制：分别称取标准品草酸10 mg，柠檬酸100 mg，酒石酸50 mg，苹果酸100 mg，乳酸300 mg，乙酸200 mg，用纯水分别定容至10 mL，制成标准储备液。分别吸取适量的各标准储备液，用纯水稀释，制备混标工作液，上机分析。以各组分质量浓度（x）和峰面积（y）进行线性回归，绘制回归方程。

1.3.3聚丙烯酰胺凝胶电泳

参考LAEMMLI U K［17］的电泳方法。用样品缓冲液将待测样品稀释至4 mg/mL，沸水浴5 min，冷却后离心（10 000 r/min、10 min），吸取上清液进样，样品进样量为7.5 μL，标准分子量蛋白（Marker）进样量为10 μL。分离胶和浓缩胶的含量分别为12.5%和3%，凝胶电泳于恒定电流下进行，开始设置电流20 mA，待溴酚蓝指示剂进入分离胶时将电流增至40 mA。电泳结束后用染色液处理40 min，并用脱色液过夜处理直至背景清晰，于凝胶成像系统进行成像处理。

1.3.4数据处理和分析

利用SPSS18.0统计分析软件对试验数据进行分析处理。采用Duncan分析方法，在95%的置信水平下，计算数据之间的显著性差异。

2　结果与分析

2.1菠萝酸豆奶的pH值、酸度和持水力

表1为不同处理方式对酸豆奶发酵后pH值、酸度和持水力的影响。由表1可知，添加菠萝汁和菠萝蛋白酶对酸豆奶的pH、酸度和持水力都有显著的影响，其中添加菠萝汁的要比没有添加的pH值降低，而酸度和持水力升高，这可能是菠萝汁中含有丰富的糖类物质，能够促进乳酸菌发酵产酸。经过菠萝蛋白酶处理的样品SYB和SYPB的酸度值和持水力均有所升高，这可能是因为大豆蛋白经过菠萝蛋白酶处理后，大豆7S和11S酸性亚基均有明显降解（如图1），同时释放出小分子多肽和氨基酸，从而促进乳酸菌的生长和产酸。此外，大豆蛋白结构紧密，经过轻度的酶促降解，其结构变得相对疏松，分子之间的交联作用增强，因此蛋白质凝胶更加均一和稳定，持水力增强［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

图1　不同处理方式制备的酸豆奶的SDS-PAGE图谱Fig.1 SDS-PAGE chromatogram of soybean yogurts elaborated by different treatments

2.2菠萝酸豆奶的流变学特性

（1）频率扫描

图2为不同处理方式对酸豆奶的频率扫描的影响，其中G′表示样品的弹性模量（储存模量），是衡量样品抵抗弹性变形能力大小的尺度，G″表示样品的黏性模量（损耗模量），反映了样品黏性的大小。从图2可以看出，在0.1～10 Hz的频率范围内，所测样品的G′均高于G″，并且四个样品G′和G″值都随着频率的升高而增加，这说明样品都具有类凝胶特性。相同频率时，G′和G″值由高到低依次为SYPB＞SYB＞SYP＞SY。经过菠萝蛋白酶处理后样品的黏弹性增强，这可能是由于经过蛋白酶的水解作用后，大豆蛋白质之间的交联作用增强引起的。另外添加菠萝汁也会使样品的黏弹性增强，这可能是因为菠萝汁中丰富的碳源促进了乳酸菌的生长，产酸增加，进而改善酸豆奶的交联结构。

图2　酸豆奶的频率扫描曲线Fig.2 Frequency scanning curve of soybean yogurts

（2）剪切扫描

采用Hershe1-Bu1k1ey模型分析酸豆奶下行线的流变参数，4个样品的流变参数值见表2。由表2可知，4个样品的屈服应力有着显著的差异，SY的屈服应力值最大，SYPB的屈服应力值最小。在发酵乳中，屈服应力值与感官品评中的“硬度”密切相关［16］，因此可以推断SY的口感最硬，而SYPB最柔软。经过菠萝蛋白酶处理后酸豆奶的稠度系数明显下降，流动学系数明显升高，说明经过酶处理后，样品爽滑的口感增强。同时在相同处理下，加菠萝汁的稠度系数和流动学系数比加水的分别有明显的降低和升高，可以看出添加菠萝汁可以明显改善样品的黏稠度。滞后回路面积的大小可以表示样品经外力作用下重新恢复网络结构所需要的能量，从4个样品的滞后回路面积可以看出，SYPB的滞后回路面积显著增大，表明该样品恢复网络结构的能力减弱。4个样品的相关系数R值均＞0.995。

表2　酸豆奶的流变参数Table 2 Rheological parameters of soybean yogurts

2.3乳酸菌的代谢作用

2.3.1乳酸菌对糖类的利用情况

菠萝酸豆奶中不同可溶性糖含量见表3。从表3可知，豆浆（SM）中含有一定量的果糖、棉籽糖以及较高含量的水苏糖和蔗糖（豆浆原液中添加了6%的蔗糖），由于菠萝汁中含有丰富的果糖（18.12 mg/mL）、葡萄糖（15.38 mg/mL）和蔗糖（88.68 mg/mL），当在豆浆原液中加入菠萝汁时，菠萝豆浆（SMP）中这3种糖的含量明显升高，分别达到3.65 mg/mL、3.15 mg/mL和82.15 mg/mL。豆奶经过乳酸菌的发酵作用后，所生成的酸豆奶中蔗糖的含量显著降低，此外，棉籽糖和水苏糖也有明显的降低，而葡萄糖和果糖则有增加，表明菌种含有丰富的糖酶，如蔗糖酶能够催化蔗糖水解，释放出果糖和葡萄糖，也能催化棉子糖和水苏糖分子中的1，2-糖苷健断裂，释放出果糖。向样品中添加菠萝汁后增加了乳酸菌对蔗糖的利用率，并减少棉籽糖和水苏糖利用率，说明菌株可能优先利用蔗糖，同时也会利用果糖。菠萝蛋白酶在催化大分子蛋白水解时，可能使部分包裹在蛋白内部的小分子糖暴露出来，从而增加了豆浆中的含量，相应的糖含量均有稍许升高。

表3　不同处理对酸豆奶中可溶性糖含量的影响Table 3 Effect of different treatments on oligosaccharides content of soybean yogurts　mg/mL

2.3.2乳酸菌发酵产生有机酸的情况

不同产品中的有机酸含量见图3。由图3可知，在豆浆中柠檬酸含量最高，为1.59 mg/mL，其次为苹果酸，为0.56 mg/mL；菠萝豆浆柠檬酸含量为5.41 mg/mL，苹果酸为4.20 mg/mL，两者都含有少量的乳酸和草酸，但没有乙酸。豆浆发酵过程中乳酸乳球菌和噬热链球菌利用糖产生了大量的乳酸，而肠膜明串珠菌可以产生少量的乙酸。其中SYPB产酸最多，产生了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样品产酸最少，产生的乳酸为5.65 mg/mL，乙酸为0.43 mg/mL。4个样品的有机酸含量由高到低依次为SYPB＞SYP＞SYB＞SY，这与4个样品的酸度值的大小关系相吻合。可以看出添加菠萝汁可以明显的提高样品总酸的含量，这主要是因为菠萝汁中富含蔗糖、果糖和葡萄糖，可以促进乳酸菌发酵产酸；另外菠萝蛋白酶水解作用也有助于总酸的提高，这可能是水解产生的小分子的多肽和氨基酸，为乳酸菌生长提供了充足氮源。

图3　酸豆奶中的有机酸含量Fig.3 The organic acid content of soybean yogurts

2.4菠萝酸豆奶的感官评分

表4所示是不同处理方式制备的酸豆奶的感官评价结果。4个样品在外观上没有多大差异，但是在气味和滋味上添加菠萝汁的酸豆奶比对照有显著的改善，这主要是因为菠萝汁具有良好的气味和滋味带来的，说明添加菠萝汁可以明显地改善酸豆奶的口感。从质构上来看，SY样品的得分最低，SYPB的得分最高，SYP和SYB无明显差异，这与流变学特性研究结果一致。酸豆奶总体可接受性评分中添加菠萝汁并用菠萝蛋白酶处理的样品SYPB的得分最高，表明菠萝汁和菠萝蛋白酶的应用都能显著改善酸豆奶的感官品质。

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

3　结论

菠萝汁的应用能显著促进菌种产酸，菠萝蛋白酶的应用明显提高酸豆奶的持水力，改善酸豆奶的流变学性质；菠萝汁中含有丰富的蔗糖、果糖和葡萄糖，豆浆中含有蔗糖、棉籽糖和水苏糖，乳酸菌发酵时可能优先利用蔗糖，同时还能利用部分果糖、水苏糖和棉子糖，产生大量的乳酸和少量的醋酸；添加菠萝汁并经菠萝蛋白酶处理的酸豆奶其滋味和质构得分最高，总体可接受性最好。

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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

广州市对外科技合作项目（2013J4500021）

薛瀚（1991-），男，硕士研究生，研究方向为粮食、油脂与植物蛋白质。

李理（1965-），女，教授，博士，研究方向为蛋白质化学。