谷物汁添加量对发酵乳质构及流变特性的影响

包一枫，王娜，陈霞，陈大卫，顾瑞霞

（扬州大学江苏省乳品生物技术与安全控制重点实验室，江苏扬州225127）

谷物汁添加量对发酵乳质构及流变特性的影响

包一枫，王娜，陈霞*，陈大卫，顾瑞霞

（扬州大学江苏省乳品生物技术与安全控制重点实验室，江苏扬州225127）

为探究谷物汁添加量对全谷物发酵乳品质的影响，将燕麦和荞麦经过烘烤、磨浆和酶解后制作成谷物汁，以不同比例添加到全脂复原乳中进行发酵，并测定发酵乳的质构特性、流变特性和感官特性。结果表明：当全谷物汁的添加量为20%时，全谷物发酵乳感官评价较好；当全谷物汁添加量从10%增加到30%时，发酵乳样品的硬度、胶黏性和咀嚼性呈下降趋势，并使其凝胶稳定性降低，抗机械运动的能力下降。当谷物汁的添加量达到20%时，会显著降低全谷物发酵乳的凝胶强度，使其在较小的外力作用下就会发生破乳。

全谷物发酵乳；感官特性；质构特性；流变特性

全谷物是指“完整、碾碎、破碎或压片的谷物，基本的组成包括淀粉质胚乳、胚芽与皮层，各组成部分的相对比例与完整颖果一样”[1]。全谷物中富含膳食纤维、类胡萝卜素、叶酸、维生素E、甜菜碱、胆碱、植酸、木质素、木酚素、β-葡聚糖、甾醇等植物[2]。研究表明，全谷物对人体起着重要的保护作用，长期摄入全谷物，可有效降低心脑血管疾病、癌症、Ⅱ型糖尿病等慢性疾病的风险，同时有助于体重的控制[3-6]。

在国外，很多研究者利用益生菌在谷物基质上的发酵，取得了较多的研究成果。Martensson等[7]研究了酸奶发酵剂在燕麦汁基质上的存活率情况，发现益生菌可以在燕麦基质上生长，并在冷藏过程中保持了较高的存活率；Gopal等[8]用混合益生菌菌种发酵谷物汁，结果表明在5%的麦芽汁基质中，采用酵母菌与乳酸菌混合发酵对乳酸菌的生长有利；Velitchk等[9]对保加利亚一种名为boza的发酵谷物饮料进行菌种的分离鉴定，发现其中主要含有乳酸菌和酵母菌；Bekers等[10]研究了一种以燕麦和脱脂乳为基质的乳制品，实验表明，接种发酵后能得到一种既含有活性益生菌，又含有可溶性膳食纤维和不饱和脂肪酸的多功能性食品。

近年来，随着人们健康意识的不断增强，全谷物食品也受到了我国消费者的关注。燕麦和荞麦富含膳食纤维，在我国种植较广泛。以燕麦、荞麦为原料，通过烘烤、粉碎、加水糊化后添加淀粉酶和糖化酶进行酶解，然后添加到全脂复原乳中作为发酵基质，并接种前期筛选的对α-葡萄糖苷酶具有抑制作用的益生菌进行发酵，制备一种新型具有辅助降血糖功能的谷物发酵乳。研究不同谷物汁添加量对发酵乳的感官、质构和流变特性的影响，为开发全谷物发酵乳产品提供参考。

1 材料与方法

1.1 菌株与材料

使用的植物乳杆菌亚种（Lactobacillus plantarum subsp.）s7、德氏乳杆菌保加利亚亚种（Lactobacillus delbrueckii subsp.）d12 和嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）937：扬州大学江苏省乳品生物技术与安全控制重点实验室分离、筛选和保存的专利菌株，其中L.plantarum subsp.s7和L.delbrueckii d12对α-葡萄糖苷酶抑制率高于73.00%，而S.thermophilus 937产黏特性较好。

全脂乳粉：新西兰威士兰乳业公司；木糖醇：山东蜜福堂有限公司；燕麦、荞麦：市售；食用性柠檬酸、食用碱：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

Malvern Kinexus Pro旋转流变仪：英国Malvern公司；TMS-Pro质构仪：美国TMS公司；pH计：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；JF-SX-500全自动灭菌锅：日本TOMY公司；SW-CJ-1F超净工作台：苏州净化设备有限公司；SPX-150BSH生化培养箱：上海新苗医疗器械制造有限公司；HH-6型水浴锅：国华电器有限公司；BS2000S型电子天平（1/100）：北京赛多利斯天平有限公司。

1.3 方法

1.3.1 谷物汁的制备

燕麦和荞麦于180℃烤箱中分别焙烤20 min和10 min，至表面金黄，体积膨大，香味浓郁。用粉碎机打成粉末状，按质量比（g）1∶1混合后，加水调整料水质量比（g）为1∶10，过胶体磨后于80℃水浴糊化30 min，用饱和碳酸钠溶液调节糊化液pH值至6.5，加入耐高温的 α-淀粉酶（20 000 U/g），温度 85℃，用酶量 70 U/g，液化50 min。冷却至室温后加入40%的柠檬酸溶液调节pH值至4.5，加入糖化酶（100 000 U/g），温度65℃，用酶量90 U/g，糖化20 min。冷却至室温后加入饱和碳酸钠调节pH值至6.4～6.8，备用。

1.3.2 全谷物发酵乳的制备

将混合酶解液添加到全脂复原乳（全脂乳粉质量分数为12%，木糖醇6%）中，添加量分别为10%、15%、20%、25%、30%。将全谷物酶解液和全脂复原乳混合均匀后，在55℃、20 MPa下进行均质，并于95℃水浴中灭菌5 min。冷却至42℃后接种体积分数为3.0%的混合发酵剂（S.thermophilus 937∶L.plantarum s7∶L.delbrueckii d12=1∶1∶1），于 42℃中发酵至凝乳，后于冷藏于4℃冰箱中12 h进行后酸化，取出备用。

1.3.3 感官评价

参照文献[11]所述方法，选择10名食品专业的学生组成感官评定小组，样品采用随机编码，常温下进行品评。对全谷物发酵乳的感官进行评分，最高分100分，确定加权系数分别为组织状态30分，口感30分，风味20分，色泽20分。最终得分为感官评定小组成员评分的算术平均值。品评时应避免外来气味，品尝不同的样品时应漱口以保持口腔清爽。全谷物发酵乳感官评价标准如表1所示。

表1 全谷物发酵乳感官评价标准Table 1 Sensory evaluation standard for fermented whole-grain milk

续表1 全谷物发酵乳感官评价标准Continue table 1 Sensory evaluation standard for fermented whole-grain milk

1.3.4 质构特性的测定

发酵乳质构特性参照陈霞等[12]方法，用TMS-pro物性测定仪进行测定，测定探头：P/36柱形，测定参数：测试速度1.0 mm/s，测试形变量50%，起始力0.01N，测试后速度10.0 mm/s。选取发酵乳硬度、弹性、胶黏性、咀嚼性、内聚性、黏附性等参数进行比较。

1.3.5 流变特性的测定

发酵乳流变特性的测定参照李荣华[13]等方法，并略作改动。利用马尔文Kinexus Pro旋转流变仪，采用CP2/50 SR0162 SS探头对发酵乳样品分别进行以下流变特性指标的检测。在恒温25℃条件下，分升速和降速两个步骤进行测定，设置转子转速为0～100 r/s，每12 s采集一个数据，测定时间为2min。每次测定都要重新更换样品。探究样品剪切应力、表观黏度随剪切速率的变化关系。

2 结果与分析

2.1 全谷物发酵乳感官评价

添加不同比例的谷物汁后，全谷物发酵乳的感官得分如表2所示。

表2 全谷物发酵乳感官评定结果Table 2 Sensory evaluation of fermented whole-grain milk

如表2所示，随着谷物汁添加量的增加，发酵乳的感官得分值呈先上升后下降的趋势。当谷物汁添加量为20%时，发酵乳的感官得分最高。由此可知，当谷物汁添加量太少，发酵乳颜色不佳，没有谷物固有的颜色，并且谷物香味也较淡；随着添加量的增加，发酵乳色泽加深，但添加量过大时，产品色泽变暗，质地不细腻，奶香味被掩盖。

2.2 谷物汁添加量对全谷物发酵乳质构特性的影响

添加不同比例的谷物汁后，全谷物发酵乳的质构特性测定结果如表3。

表3 质构特性测定结果Table 3 The measured results of texture properties

由表3可知，随着谷物汁添加量的增加，发酵乳的硬度、胶黏性、咀嚼性呈下降趋势，而内聚性和弹性的变化不显著。发酵乳的质构不仅受蛋白质含量的影响，还与蛋白质的种类及组成有关[14]。燕麦的蛋白质含量在11.3%～19.9%之间，主要为醇溶蛋白、球蛋白、谷蛋白等[15]。荞麦粉中蛋白质的含量约为9%～12%，主要为清蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白和球蛋白等[16]。全脂奶粉中蛋白质主要是酪蛋白、乳白蛋白及乳球蛋白。在原料乳中添加不同比例的谷物汁后，使得样品中蛋白质的含量和组成发生了变化，酪蛋白的质量分数降低，这是导致发酵乳硬度、胶黏性和咀嚼性降低的主要原因。

2.3 发酵乳样品剪切应力随剪切速率的变化情况

在恒温25℃条件下，添加不同比例的谷物汁后，全谷物发酵乳的剪切应力随剪切速率的变化的测定结果如图1。

图1 恒温条件下各发酵乳样品的剪切应力随剪切速率的变化曲线Fig.1 Curves of shear stress versus shear rate at constant temperatures of fermented milk

由图1可知，在升速剪切阶段，各发酵乳样品的剪切应力均随着剪切速率的升高而逐渐增大；当剪切速率达到100 r/s开始降速剪切，各发酵乳样品的剪切应力随着剪切速率的降低逐渐减小。在剪切速率从0加速到20 r/s的阶段，剪切应力升幅较大；在20 r/s～100 r/s阶段上升幅度减小。这是因为在开始搅拌时，转子需要克服酸乳凝胶的屈服应力较大；而当速度达到20 r/s后，发酵乳的凝胶状态被破坏后，剪切应力会迅速降低。随着谷物酶解液添加量的增加，全谷物发酵乳剪切应力的最大值逐渐减小。说明在发酵乳中添加谷物酶解液会降低其凝胶强度，使其在很小的外力作用下就会破乳。

由图1还可以看出，各发酵乳样品的升速曲线和降速曲线并不重合，发生滞后现象，说明发酵乳样品具有剪切稀释现象，属于正触变性流体。正触变性流体在外力作用下，其凝胶结构受到破坏后将无法恢复到初始状态。升速和降速时剪切应力的变化曲线形成触变环，其面积越大，说明发酵乳体系经外力作用后，其黏度变化大，外力撤出后，此体系恢复到原来状态所需的时间越长，也就是说发酵乳经外力作用后需要很长时间才能恢复到初始状态。添加不同质量分数的谷物汁后各发酵乳样品的触变环面积测定结果如表4所示。

表4 触变环面积测定结果Table 4 The area of thixotropic loop of fermented milk

随着谷物酶解液添加量的增加，各发酵乳样品的触变环面积随之减小。说明添加的谷物酶解液越多，则发酵乳的稳定性越低，在运输途中经过晃动破乳后很难恢复到初始状态。

2.4 发酵乳样品表观黏度与剪切速率的关系

在恒温25℃条件下，添加不同质量分数谷物汁的发酵乳样品表观黏度随剪切速率的变化曲线如图2所示。

图2 表观黏度随剪切速率的变化Fig.2 The changes of share viscosity

由图2可知，在升速剪切阶段，各发酵乳样品的表观黏度均随着剪切速率的增大而逐渐降低；当剪切速率达到100 r/s开始降速剪切，此时表观黏度呈先下降后上升的趋势，但不能恢复到其原有的黏度。弹性好的酸奶在剪切速率降低时其表观黏度会有一个缓慢上升的过程，本研究中各发酵乳样品的表观黏度都在剪切速率升高到30 r/s时开始升高，说明各样品的弹性相近，这与质构特性测定中弹性测定值相符合。

从图2中的表观黏度变化还可以看到，添加了谷物汁的样品，其初始表观黏度都比空白对照组的低。起始表观黏度最大，这是因为发酵乳尚处于凝固状态，随着剪切速率增大，发酵乳的凝胶状态被破坏，其表观黏度会迅速降低[17]。10%和15%组的初始表观黏度相近，但明显的低于对照组（P＜0.05）；20%、25%和30%组初始表观黏度相近，但明显的低于10%和15%组（P＜0.05）。说明添加谷物汁后，会降低发酵乳样品的凝胶强度；当谷物汁的添加量达到20%时，会显著降低全谷物发酵乳的凝胶强度，使其在较小的外力作用下就会发生破乳，因此全谷物酸奶中谷物汁的添加量应控制在20%以下较好。

3 结论

以奶粉添加量为12.0%，木糖醇6.0%，接种量3.0%（S.thermophilus 937 ∶L.plantarum s7 ∶L.delbrueckii d12=1∶1∶1），添加不同比例的全谷物混合酶解液制备的全谷物发酵乳，在42℃发酵至凝乳后冷藏24 h，研究了不同全谷物混合酶解液添加量对发酵乳的质构特性和流变特性的影响。结果表明：（1）全谷物发酵乳感官得分随着谷物汁添加量的增加呈先升后降趋势，当添加量为20%时得分最高。（2）随着谷物汁添加量的增加，发酵乳样品的硬度、胶黏性、咀嚼性呈下降趋势，而对样品内聚性和弹性的影响不显著。（3）在发酵乳添加谷物汁后会对其流变特性产生影响，使其凝胶稳定性降低，抗机械运动的能力降低，当谷物汁的添加量达到20%时，会显著降低全谷物发酵乳的凝胶强度，使其在较小的外力作用下就会发生破乳。因此，制作全谷物发酵乳时谷物汁的添加量应该控制在20%以下。

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Effect of Substrate Composition on the Texture and Rheological Properties of Whole-grain Yogurt

BAO Yi-feng，WANG Na，CHEN Xia*，CHEN Da-wei，GU Rui-xia
（Jiangsu Key Laboratories of Dairy Biological Technology and Safety Control，Yangzhou University，Yangzhou 225127，Jiangsu，China）

The oat and buckwheat are made into cereal juice after baking，refining and enzymatic hydrolysis.The juice was added into the whole milk with different proportions and fermented to study the quality of wholegrain fermented milk.It was found that the yogurt with 20%of whole-grain enzymatic hydrolyzate got the highest score in sensory evaluation.With the increase of whole-grain enzymatic hydrolyzate from 10%to 30%added into milk，the hardness，gumminess and chewiness of samples'got reduced，the gel stability and resistance to mechanical motion reduced as well.When the amount of cereal juice reached 20%，the gel strength of whole-grain yogurt reduced heavily which lead to the breaking with a small external force.

whole-grainyogurt；sensory evaluation；texture properties；rheologicalproperties

2016-08-27

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.11.016

国家自然科学基金青年基金资助项目（31201393）；国家科技支撑计划项目（2013BAD18B12）

包一枫（1992—），女（汉），硕士研究生，研究方向：营养与食品卫生学。

*通信作者：陈霞（1976—），女（汉），副教授，博士，研究方向：乳品科学。