海藻糖功能性酸奶的研制及风味物质与质构特性的分析

张素敏，薛凌云，王晓闻

(山西农业大学 食品科学与工程学院，山西 太谷，030801)

海藻糖，又名漏芦糖、蕈糖，是一种安全可靠的低甜性天然甜味剂，甜度是蔗糖的45%，食用后不会在口中留有后味，甜味持久温和[1-3]。海藻糖广泛存在于自然界中许多可食用动植物及微生物体内，因其优异的稳定性、安全性、低吸湿性被广泛应用在农业、食品、化妆品、医药等领域[4]。目前关于海藻糖的研究大多是海藻糖的提取、海藻糖对酵母及乳酸菌的保护作用、海藻糖对冷冻食品稳定性的影响、海藻糖的保鲜作用及海藻糖的作用机理等，而对将海藻糖代替蔗糖应用于食品加工中，尤其是酸奶加工中的研究相对较少，其许多的潜在价值尚未开发[5-7]。

我们将海藻糖应用于酸奶的加工过程中，将其二者结合制成的海藻糖酸奶是一种低糖的健康食品，既可以带来良好的风味和口感，又可以在对酸奶进行冷藏等处理时，它也能在一定时间内保持乳酸菌活菌数量不变或者缓慢变化，显著延长酸奶的保质期[8]。

1 材料和方法

1.1 材料与试剂

海藻糖、蔗糖、鲜牛乳，市售；保加利亚乳杆菌(Lactobaciusbulgaricus，LB)和嗜热链球菌(Streptococcusthermophilus,ST)混合菌种，山西农业大学食品科学与工程学院畜产品实验室保存；0.1 mol/L NaOH标准溶液、酚酞指示剂，均为分析纯。

1.2 仪器与设备

SW-CJ-2FD型净化工作台，苏州净化设备有限公司；HPP-9272型电热恒温培养箱，北京东联哈尔仪器制造有限公司；NDL-1型指针式旋转黏度计，上海舜宇恒平科学仪器有限公司；Trace ISQ型气相色谱质谱联用仪，赛默飞世尔科技(中国)科技有限公司；TMS-Pro型质构仪，美国Food Technology Corporation。

1.3 试验方法

1.3.1 海藻糖酸奶的工艺流程

1.3.2 操作要点

1.3.2.1 菌种活化

在超净工作台中使用已灭菌彻底的接种环将绿豆大小状的已冻干的发酵菌粉接种到10 mL的试管中，接种量为3%，发酵7～8 h直至乳脂线分明且成半凝固状。连续接种3 d左右后，传代接种到锥形瓶中，连续接种4 d左右，待菌种生长稳定且充分活化，发酵时间维持在4～5 h左右时，将保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌按照1∶1的比例在42 ℃下混合扩大培养。此操作需要在严格无菌的环境中进行。

1.3.2.2 调配、杀菌、冷却

在将沸的牛奶中将蔗糖和海藻糖按照设计比例加入，用玻璃棒不断搅拌使其混合均匀，然后冷却到42 ℃以下。

1.3.2.3 罐装、接种、发酵

将冷却后的中乳先罐装，随后按照设计好的接种量在混合乳中接入菌种，贴上标签，在42 ℃的恒温培养箱中发酵。

1.3.2.4 冷却后熟

将发酵成熟的中乳取出置于冰箱中后熟12～24 h，以在短时间内迅速而有效地抑制酸奶中乳酸菌的生长，促进香味物质的生成，提高黏度。

1.4 感官评价

评分标准见表1。

表1 海藻糖酸奶感官评分标准Table 1 Sensory scoring standard of trehalose yoghurt

1.5 不同因素对海藻糖酸奶感官品质的影响

1.5.1 海藻糖添加量对酸奶感官品质的影响

以100 mL鲜奶为准，在蔗糖添加量4%，接种量4%，42 ℃发酵5 h，在每100 mL鲜奶中分别添加海藻糖1%、3%、5%、7%、9%，按照1.3.1的工艺流程制作海藻糖酸奶，并根据酸奶的口感确定海藻糖的最佳添加量。

1.5.2 蔗糖的添加量对海藻糖酸奶感官品质的影响

以100 mL鲜奶为准，在海藻糖添加量5%，接种量4%，42 ℃发酵5 h，在每100 mL鲜奶中分别添加蔗糖2%、3%、4%、5%、6%，按照1.3.1的工艺流程制作海藻糖酸奶，并根据酸奶的口感确定蔗糖的最佳添加量。

1.5.3 接种量对海藻糖酸奶感官品质的影响

以100 mL鲜奶为准，在海藻糖添加量5%，蔗糖添加量4%，42 ℃发酵5 h条件下，在每100 mL鲜奶中分别接种3%、4%、5%、6%、7%的混合菌种进行乳酸发酵，按照1.3.1的工艺流程制作海藻糖酸奶，并根据酸奶的口感确定最佳接种量。

1.5.4 发酵时间对海藻糖酸奶感官品质的影响

以100 mL鲜奶为准，在海藻糖添加量5%，蔗糖添加量4%，接种量 5%的条件下，分别在42 ℃发酵3、4、5、6、7 h，按照1.3.1的工艺流程制作海藻糖酸奶，并根据酸奶的口感确定最佳发酵时间。

1.6 酸奶理化指标的测定

1.6.1 滴定酸度的测定方法

取10 g酸奶于烧杯中，加入20 mL蒸馏水，振荡均匀后，滴入2～3滴酚酞指示剂，用0.1 mol/L的NaOH标准溶液滴定。样品的酸度按公式(1)计算：

(1)

其中：c，NaOH的浓度，mol/L；v，滴定所消耗的NaOH的体积，mL；m，样品质量，g；0.1，酸度理论定义NaOH的摩尔浓度，mol/L。

1.6.2 黏度的测定方法

取酸奶于100 mL烧杯中，使用黏度计(3号转子)，转动60 s并记录数据，重复3次取平均值。按公式(2)计算黏度。

黏度/(mPa·s)=指针所指读数×系数

(2)

3号转子所对应的系数为20。

1.7 风味物质的测定

1.7.1 样品前处理

取2 mL样品放入萃取瓶中，再加入2 mL的饱和NaCl溶液，然后旋紧萃取瓶盖，充分混合均匀[13-14]。

1.7.2 检测分析条件

GC条件：采用程序升温方式，起始温度为40 ℃，保持3 min，以5 ℃/min升温到140 ℃，保持3 min，10 ℃/min升温至230 ℃，保持5 min；进样口温度250 ℃，传输线230 ℃，载气为He气，流速为1.0 mL/min，不分流进样。

MS条件：离子源温度为250 ℃，电离方式为EI，电子能量70 eV，扫描范围45.00～500.00 u，发射电流，100 uA，检测电压1.4 kV。

1.8 质构特性的测定

质构检测参数：测试探头型号为TMS-28 mm圆盘挤压探头；力量感应元量程1 000 N；挤压距离20 mm；检测速度60 mm/min；起始力0.4 N；两次压缩测试之间间隔3 s；测试后速度200 mm/min。

2 结果与分析

2.1 不同因素对产品感官品质的影响

2.1.1 海藻糖添加量对产品感官品质的影响

由图1可得，海藻糖添加量都会影响酸奶的风味和组织状态，添加量过少时甜度不够，味道过酸；添加量过多时发酵时间过长且酸奶呈现微黄色，而且口感太甜腻，酸奶整体的感官品质都下降明显，因此海藻糖添加量为5%时最佳。

图1 海藻糖添加量对产品感官品质的影响Fig.1 Effect of trehalose addition on sensory quality of products

2.1.2 蔗糖添加量对产品感官品质的影响

由图2可得，蔗糖添加量对酸奶的口感影响较为显著，添加量过少时甜度不够，过酸；在蔗糖含量为4%时，制得的酸奶口感较好，酸甜适宜，感官评分最高。随着蔗糖含量的继续增加，感官评分明显下降，酸奶的口感太过甜腻。因此，蔗糖添加量为4%时最佳。

图2 蔗糖添加量对产品感官品质的影响Fig.2 Effect of sucrose addition on sensory quality of products

2.1.3 接种量对产品感官品质的影响

由图3可知，接种量过大或过小都会影响酸奶的口感。接种量过大时，乳酸菌生长过快，放置后大量乳清析出，产品较为粗糙且口感较差；接种量过小时，会造成凝乳时间长，酸味不足等现象。因此，接种量在4%时品质最佳。

图3 接种量对产品感官品质的影响Fig.3 Effect of inoculation on sensory quality of products

2.1.4 发酵时间对产品感官品质的影响

由图4可得，发酵时间过长或过短均会影响酸奶的口感。发酵时间过短时，凝乳状态松软，滋味较差；发酵时间过长时，有水分析出，口感较酸，但这种水分并不代表酸奶已经变质。因此，发酵时间为5 h时产品品质最佳。

图4 发酵时间对产品感官品质的影响Fig.4 Effect of fermentation time on sensory quality of products

2.2 海藻糖酸奶的工艺优化

2.2.1 正交试验因素水平表

在单因素试验的基础上，以海藻糖添加量、蔗糖添加量、接种量、发酵时间为因素，采用4因素3水平的正交试验设计，以感官评分为标准，确定最佳工艺参数，正交设计表见表2。

表2 海藻糖酸奶正交试验因素及水平表Table 2 Factors and levels of orthogonal test of trehalose yoghurt

2.2.2 海藻糖酸奶最佳工艺优化结果

正交试验结果见表3。正交试验结果表明，海藻糖酸奶最优组合为A2B2C1D2，而实际最优组合为A2B2C3D1。

表3 海藻糖酸奶正交试验结果Table 3 Orthogonal test results of trehalose yoghurt

2.3 理化指标的测定结果

2.3.1 酸度结果与分析

酸奶的酸度一般来说控制在60～95 °T,酸度在70～80 °T时口感最佳，因此由表4可知，蔗糖3%海藻糖3%、蔗糖3%海藻糖7%，蔗糖4%海藻糖5%，蔗糖4%海藻糖7%，蔗糖5%海藻糖5%，蔗糖5%海藻糖7%时酸度最优，口感也最佳。

表4 海藻糖酸奶的酸度Table 4 Acidity of trehalose yoghurt

2.3.2 黏度的结果与分析

资料表明，原料乳的质量、脂肪含量、酸度以及菌种等都会影响酸奶的黏度。酸奶的黏度随原料乳密度的增大增加；脂肪经均质等机械处理后被破碎成细小的脂肪球，在乳酸发酵的过程中与蛋白质相互作用，改变了酪蛋白的结构，从而增加酸奶的黏度；酸度和黏度相互影响，当酸度较低时，蛋白质的水合作用不充分，导致酸奶黏度下降。而使用不同的菌种发酵和添加量的不同也会使酸奶的黏度不同。理论上，酸奶的动力黏度都在300 mPa·s以上，因此，在本实验中我们尽量选择黏度较大的组作为最优工艺，即蔗糖3%海藻糖3%、蔗糖4%海藻糖5%、蔗糖5%海藻糖7%。

表5 海藻糖酸奶的黏度Table 5 Viscosity of trehalose yoghurt

综上所述，综合考虑酸度和黏度，选择蔗糖4%海藻糖5%作为最优工艺。

2.4 验证试验

正交试验结果表明，海藻糖功能性凝固型酸奶的最佳工艺组合为A2B2C1D2，即海藻糖添加量5%、蔗糖添加量4%、接种量3%、42 ℃下发酵5 h；根据感官评分可得海藻糖功能性凝固型酸奶的最佳工艺组合为A2B2C3D1，即海藻糖添加量5%、蔗糖添加量4%、接种量5%、42 ℃下发酵4 h；根据酸度和黏度得出海藻糖酸奶蔗糖最佳添加量为4%、海藻糖最佳添加量为5%；A2B2C1D2和A2B2C3D1之间唯一的差异就是接种量和发酵时间的区别。实际上，接种量为3%时，酸奶并没有浓郁的发酵乳香且发酵时间较长；而接种量为5%时酸奶凝乳过于紧实、有乳清析出。

综合考虑，选用海藻糖添加量5%、蔗糖添加量4%、接种量4%、42 ℃下发酵的工艺配方，对该工艺条件进行验证发现，在该条件下发酵时间仅需4 h，且同等条件下感官评分可达到90分。因此，最佳的工艺条件为海藻糖添加量5%、蔗糖添加量4%、接种量4%、42 ℃下发酵4 h。

2.5 风味物质测定与结果分析

通过顶空固相微萃取和气质联用技术对海藻糖酸奶和全蔗糖酸奶中的挥发性风味物质进行检测。海藻糖酸奶的香气成分总离子流图见图5、蔗糖酸奶的香气成分总离子流图见图6、两种酸奶中各类挥发性物质的定性及定量分析见表6。

图5 海藻糖酸奶的香气成分总离子流图Fig.5 total ion flow chart of aroma components in trehalose yoghurt

结果表明，虽然两种酸奶都共检测出100种挥发性物质，但在种类上有明显的差异。本文中选择相对含量在0.1%的挥发性物质作为分析。

图6 普通蔗糖酸奶的香气成分总离子流图Fig.6 total ion flow chart of aroma components in common sucrose yoghurt

类别化合物名称保留时间/min相对含量/%蔗糖酸奶海藻糖酸奶蔗糖酸奶海藻糖酸奶酸类D-2-氨基丁酸/L-2-氨基丁酸1.88-0.6-3-氨基-2,3-二氢苯甲酸盐酸盐3.583.651.380.49丁酸5.827.311.080.13正戊酸7.29-0.12-己酸11.7411.97.854.71辛酸17.6117.591.561.163-羟基-7-(羟基亚氨基)胆碱酸-38.64-0.15合计12.596.64醛类正己醛5.88-1.07-3-羟基-4-甲氧基苯甲醛10.83-1.11-壬醛15.4415.452.131.34癸醛18.4918.490.760.88合计2.892.22酯类丁基异硫氰酸丁酯3.153.260.20.15硅烷二醇二甲酯3.583.651.380.49肼基甲酸苄酯-5.62-0.1乙酸丁酯6.35-0.58-环戊酯9.14-2.29-2-溴甲基-3-甲氧基苯甲酸甲酯9.96-0.21-庚酸-2-甲基-2-丁基酯11.25-0.36-亚硫酸-辛基2-戊酯--(S)-3-羟基丁酸叔丁酯12.59-0.62-三甲基甲硅烷基酯15.72-0.78-醋酸-2-乙基己酯16.87-0.11-[双[(三甲基甲硅烷基)氧基]氧膦基]乙酸三甲基甲硅烷基酯-19.880.25-(Z)-5-癸烯-1-醇乙酸酯26.24-0.1-丁位癸内酯27.0527.050.130.14二十二烷基酯-36.13-0.16油酸甲酯36.2736.270.150.17癸酸-2-乙基己基酯-37.04-0.12邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯-38.64-0.15合计7.161.48醇类乙醇1.79-0.5-异戊醇-4.39-0.122,5-二甲基-2,5-己二醇11.12-1.03-1,3-戊二醇12.59-0.62-正辛醇14.44-0.29-2-丁基-2-乙基-1,3-丙二醇18.72-0.14-合计2.580.12

续表6

类别化合物名称保留时间/min相对含量/%蔗糖酸奶海藻糖酸奶蔗糖酸奶海藻糖酸奶酮类2,3-戊二酮3.523.510.450.723-羟基-2-丁酮3.83.81.982.621-(2-羧基-4,4-二甲基环丁烯基)-1-丁烯-3-酮9.96-0.21-2-壬酮15.0715.073.794.053-丁基 -环庚酮-20.76-0.19甲基壬基甲酮20.9920.990.480.4合计6.917.98芳香杂环类甲苯54.992.672.43乙基苯7.647.640.680.59邻二甲苯7.897.891.882.52对二甲苯8.058.622.894.06萘17.8-0.7-2-甲基萘21.46-0.1-合计8.929.6其他二甲醚-1.8-1.03甲氧基苯基肟9.149.152.291.17香草醛10.83-1.11-叔丁基二甲基硅醚-10.84-0.941,6-脱水-BETHA-D-葡萄糖-5.85-1.8合计3.44.94

注：—表示样品中该风味化合物未检测出。

由表6可见，全蔗糖酸奶的中相对含量在0.1%以上的挥发性物质的种类总数比海藻糖酸奶的多，其中芳香杂环类、酸类、醛类挥发性物质两种酸奶相差不多，醇类、脂类挥发性物质全蔗糖酸奶中含量多，酮类物质海藻糖酸奶中含量高。

醛类是酸奶中最主要的一类风味物质，其风味阈值较低，是各种氧化风味的来源[15-17]。壬醛会产生蜡香、蜂蜜香等，癸醛微甜，有类似于甜橙油和玫瑰油的味道，含量适中时会散发出新鲜的柑橘皮的清香味；酯类化合物在酸奶中主要是通过脂肪酸的水解和微生物的代谢产生的，原料乳中的短链脂肪酸水解产生甲基酮和內酯，能直接影响酸奶的整体风味。丁位壬内酯等具有甜的坚果牛奶味。本试验中海藻糖酸奶检出酯类物质较全蔗糖酸奶少，但是在海藻糖酸奶中检出肼基甲酸苄酯、二十二烷基酯等；醇类物质的阈值较高，它对酸奶风味物质的影响很小，但是由于醇可转化为酸，因此也是不可或缺的一类物质，在海藻糖酸奶中仅检测出来异戊醇(相对含量大于0.1%)，异戊醇有浓郁的茶香味，在食品工业中常用于配制苹果香蕉等香料的制作以及酒类物质的调香等；酮类化合物主要是多不饱和脂肪酸的氧化、热降解、氨基酸降解以及微生物代谢产生，3-羟基-2-丁酮具有浓郁的奶油香味，海藻糖酸奶中其相对含量为2.62%，而全蔗糖酸奶中为1.98%，从而使其更能很好的保持酸奶特有的浓郁奶香，2-壬酮含量最高，在海藻糖酸奶和全蔗糖酸奶中含量分别达到3.79%和4.05%，它能够提供给酸奶独有的清香味；美拉德反应是芳香杂环类物质产生芳香气味的主要途径，乙基苯可构成玫瑰花香，甲苯、邻二甲苯、对二甲苯虽然大量存在于酸奶中，但不会构成香气；酸类物质主要影响酸奶的滋味，己酸可表现出椰肉油味，丁酸、戊酸可表现出奶酪香味等。

2.6 质构仪测试结果与分析

经过质构仪检测，结果由表7可知，两种酸奶在硬度、内聚力和弹性方面相差甚微，在黏附性与咀嚼性上稍有不同.但是对两种酸奶的感官指标及感官评价并没有明显的影响。

表7 两种酸奶质构结果Table 7 texture results of two kinds of yoghurt

3 结论

(1)根据单因素试验和正交试验及理化指标综合考虑，最终确定海藻糖功能性凝固型酸奶的最佳工艺条件为：海藻糖添加量5%、蔗糖添加量4%、接种量4%、42 ℃下发酵4 h，此条件下制得的酸奶风味独特，口感最佳，且制备工艺简单易行，成本低廉，价格适中，易被生产商和消费者接受。

(2)应用GC-MS技术，结果表明，虽然两者各检测出100种挥发性物质，但主要产生香气的酸醛酮酯醇和芳香杂环类化合物在种类和含量上有差异，这可能是由于海藻糖对乳酸菌的保护作用导致海藻糖酸奶中风味物质的种类较少，但主要影响香气和滋味的挥发性风味物质依旧存在且含量相差极少。在这种情况下，由于海藻糖的低甜性以及其可作为保护剂添加于酸奶中，我们更倾向于研究海藻糖酸奶的功能特性。这需要我们进行进一步的探讨。

(3)比较两种酸奶的主要风味物质含量及质构特性都相差不大，因此添加了海藻糖的酸奶并没有影响酸奶风味及质构特性改变。

(4)海藻糖酸奶既有酸奶应该有的风味，还因为它的低甜度可以作为一种新型功能性酸奶被开发。