石榴汁粉替代发酵基质中蔗糖提升酸奶品质

潘利华，刘 飞，刘 锐，罗水忠※，罗建平

石榴汁粉替代发酵基质中蔗糖提升酸奶品质

潘利华1,2，刘 飞1，刘 锐1，罗水忠1,2※，罗建平1

(1. 合肥工业大学食品与生物工程学院，合肥 230009; 2. 合肥工业大学安徽省农产品精深加工重点实验室，合肥 230009）

石榴汁中含有丰富的多酚类物质，是抗氧化剂的良好来源。酸奶是抗氧化剂等生理活性物质的优质载体。为了加快石榴加工产业的发展、丰富酸奶的种类、提升酸奶的品质，该文使用1%、3%、5%石榴汁粉（pomegranate juice powder, PJP）分别等量代替凝固型酸奶发酵基质中的蔗糖，研究了PJP对发酵过程中酸奶基质的pH值、滴定酸度、表观黏度和乳酸菌活力的影响，并分析了对照组与PJP替代组酸奶的拉曼光谱、质构、流变学特性、总酚含量及抗氧化活性的差异。结果表明，PJP的替代没有显著改变发酵终了时基质的pH值、可滴定酸度、表观黏度和拉曼光谱，但缩短了发酵时间，促进了乳酸菌的生长，提高了酸奶的硬度、稠度、黏聚性、黏度指数和总酚含量、FRAP及DPPH•清除率。PJP完全替代蔗糖时，发酵时间从300缩短至280 min，总多酚含量、FRAP和DPPH·清除率分别是对照组的1.84，2.26和1.76倍。酸奶品质的提升可能与PJP中多酚有关，PJP有望替代蔗糖制备更健康的凝固型酸奶。

发酵；质构；黏度；石榴汁粉；凝固型酸奶；流变学；品质

0 引 言

酸奶是以鲜奶或复合乳为原料，经巴氏杀菌后再由乳酸菌发酵制得的一种乳制品，具有比鲜奶更高的营养价值和健康益处[1]。为了满足消费者对酸奶的品质和口感的需求，在酸奶的生产过程中通常增加固形物含量或添加添加剂。然而，许多研究已证实，过量食用合成食品添加剂与呼吸道、皮肤、胃肠道和神经等不良反应有关，并导致自身免疫性疾病发病率上升[2-3]。因此，研究人员一直致力于寻求适合的天然添加剂。酸奶的品质主要由蛋白质凝胶性质决定，而蛋白质凝胶结构主要是通过弱的、非共价相互作用来维持，因此改变蛋白质凝胶势必会影响酸奶的品质[4]。多酚能够与蛋白质相互作用，被认为具有改善蛋白质凝胶结构的潜力[5-6]。

石榴为浆果类水果，石榴果汁富含酚类、花青素和单宁等物质，是一种优良的抗氧化物质来源[7]。已有研究报道了石榴汁在体外、体内和临床试验中对不同癌细胞系的抗侵袭作用和抗增殖、抗转移的治疗作用[8-10]。流行病学研究表明，石榴汁的摄入与降低冠心病、中风和某些类型的癌症的发病率以及抗衰老相关[11]。怀远石榴产量逐年增长，采收期集中，然而，怀远石榴普遍外观不规则、表皮常有许多斑痕和裂纹，严重影响消费者的购买欲。同时，石榴食用不便，故鲜果销量有限。本研究先制取石榴汁粉，再使用石榴汁粉部分或完全代替蔗糖添加到酸奶制作中，分析石榴汁粉对酸奶发酵过程及其质构、流变学特征及抗氧化水平的影响，为石榴汁粉在凝固型酸奶中应用提供理论依据，亦为石榴加工方法的拓展及凝固型酸奶新品种的研发提供新思路。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

酸奶发酵剂（含嗜热链球菌和德氏乳杆菌）（Danisco YO-MIX 300）购于丹尼斯克有限公司；BCA蛋白质测定试剂盒购于赛默飞世尔科技（中国）有限公司。脱脂奶粉（伊利高蛋白脱脂高钙奶粉）和蔗糖（玉棠白砂糖）购于当地超市。所有使用的试剂均为分析级。

1.2 仪器与设备

冷冻离心机（CT15RT，青岛科易仪器有限公司）；旋转式蒸发器（XDSY-2000A，上海贤德实验仪器有限公司）；真空冷冻干燥机（LGJ-10，北京松源华兴科技发展有限公司）；电热恒温培养箱（DHP-600，常州杰博森仪器有限公司）；精密pH计（pHs-3c，上海精密仪器仪表有限公司）；旋转黏度计（NDJ-1，上海精密仪器仪表有限公司）；拉曼光谱仪（SEED785，上海如海光电科技有限公司）；流变仪（TADiscoveryDHR-3，美国TA公司）；质构仪（TA-XTplus，英国Stable公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 石榴汁粉制备

用刀将石榴剖开，手工分离可食部分，将可食部分用榨汁机榨汁并用尼龙网过滤得到浑浊的石榴汁；使用冷冻离心机将浑浊的石榴汁在4 ℃、3 000 g条件下离心10 min，收集上清液得澄清的石榴汁[12]。将澄清的石榴汁在50 ℃下旋转蒸发浓缩至五分之一体积，预冷后冷冻干燥得石榴汁粉（PJP），每升石榴汁可收获(118.91±1.43) g PJP，该 PJP中总糖和总多酚质量分数分别为88.32%和0.047%，几乎不含可溶性蛋白质（质量分数小于0.10%）。

1.3.2 添加PJP凝固型酸奶制备[13]

用蒸馏水制备4种酸奶基质，其中脱脂奶粉添加质量分数均为12 %，蔗糖和PJP的总质量分数为5 %，PJP添加量分别为0 %（Control），1%（LD），3%（MD）和5%（HD）。将酸奶基质充分混合、均质后于65 ℃巴氏杀菌30 min，冷却至室温，在无菌的条件下按照0.1 g/L的剂量接种发酵剂。将接种后的酸奶基质按照每杯100 mL的量分装到塑料杯中，密封后于40 ℃发酵300 min以研究PJP对酸奶发酵过程的影响；对于酸奶最终品质研究，则是将酸奶基质发酵至pH值达到4.6±0.1时终止发酵，然后立即在4 ℃后熟24 h得到酸奶成品，用于品质分析。

1.3.3 PJP替代量对凝固型酸奶发酵过程的影响

发酵过程中每20 min取样一次，检测样品中pH值、酸度、黏度和乳酸菌活力。酸度采用滴定法，以酚酞作为指示剂[14]。pH值通过数字pH计测定[14]。黏度使用NDJ-1旋转黏度计在(25±1)℃条件下测量，在测量样品黏度之前将样品充分搅拌，并在测量30 s后记录读数[14]。

乳酸菌活力的测定采用MTT法，参考文献[15-16]进行。在无菌条件下，将酸奶样品用无菌水稀释10倍，吸取100L稀释样加入96孔板中，做4个相邻平行，在各孔中分别加入10L 5 mg / mL的MTT溶液，之后将孔板在40 ℃避光孵育4 h后，吸去孔中溶液，并向每孔中加入150L二甲基亚砜，将孔板在摇床以100 r/min转速避光振荡10 min，用酶标仪测定各孔板样品在490 nm处吸光度，以OD（optical density）值反映酸奶中乳酸菌活力的变化。

发酵过程凝固型酸奶的拉曼光谱分析使用785 nm激光光源的微拉曼光谱仪进行[17]，拉曼光源位移范围为100～3 500 cm-1，频带高度测定的误差在3%到5%之间。

1.3.4 凝固型酸奶的质构特征分析

使用质构分析仪进行纹理穿刺实验检测酸奶样品的质地特性[18-20]。从4 ℃冰箱取出样品，选用TA4/1 000探针，测试距离为20 mm，预测试速度为5 mm/s，进入样品后的测试速度为1 mm/s，触发点负载为4.5 g。

1.3.5 凝固型酸奶的流变学分析

通过DHR-3流变仪，使用板-板传感器（40 mm直径和1 mm间隙）测量每种酸奶样品的表观黏度和黏弹性行为[21-23]，通过TA Win软件包监测测量值。测定前将各酸奶样品分别混合均匀并预热至25 ℃。通过剪切扫描检测酸奶样品的流变特性，剪切速率按指数曲线增长，范围为0.1～100 s-1，记录剪切黏度来测量酸奶样品的流变特性；通过动态频率扫描试验获得酸奶样品的黏弹性，频率范围为0.110 Hz，应力为0.5 %。

1.3.6 凝固型酸奶的抗氧化特性分析

测试样的准备：将酸奶样品在4 ℃、8 000 g离心10 min，取10.0 g上清液置于50 mL离心管中，加入15 mL酸化甲醇（含0.05 mL浓盐酸），涡旋混匀后在-20 ℃保持1 h使蛋白质完全沉淀，接着在4 ℃、3 000 g离心10 min，取上清液用于测定酸奶样品的总酚含量、铁还原抗氧化能力（ferric ion reducing antioxidant power, FRAP）和DPPH·清除率[24]。

总酚含量采用Folinol比色法测定[25]。将0.3 mL上清液与2.7 mL水、0.3 mL福林酚试剂混合，涡旋混匀后在25 ℃反应10 min；再加入0.6 mL质量分数为20%的Na2CO3溶液，于40 ℃温育20 min后在755 nm波长下测定吸光度。以甲醇︰水=60︰40体积比的溶液为空白调零，使用没食子酸制作标准曲线。

FRAP测定：取1.0 mL上清液加入到3 mL预混合的FRAP试剂3 mL中，在室温下孵育30 min，于750 nm下测定吸光度。以甲醇︰水=60︰40体积比的溶液为空白调零，使用VC制作标准曲线[26]。

1.3.7 凝固型酸奶的感官评价

由60名食品相关专业成员对酸奶的外观、质地、香气、颜色和味道进行评估，小组成员被要求按照非常不喜欢（1分）到非常喜欢（9分）的标准进行评分[18-19]。

1.3.8 统计分析

所有试验至少进行3个平行组，试验数据表示为平均值±标准偏差（SD），采用IBM SPSS 22.0版统计软件进行统计分析。试验组与对照组之间采用检验，多组间的比较采用单向方差分析的方法。

2 结果与分析

2.1 PJP替代蔗糖对凝固型酸奶发酵过程的影响

PJP替代蔗糖对凝固型酸奶发酵过程中pH值、酸度、表观黏度和乳酸菌活力的影响见图1。从图1a和图1b可以看出，随着PJP替代量的增加，酸奶的初始pH值逐渐降低而，酸奶的初始酸度逐渐增加，这是由于PJP中的有机酸所致。对照组、LD、MD和HD组酸奶发酵至pH值4.6±0.1所需的时间分别为300、240、260和280 min。与对照组相比，LD、MD和HD组发酵时间分别缩短了60、40和20 min。图1b还显示，发酵后期（240 min以后）各酸奶组之间的酸度没有明显的差异（>0.05）。由图1c可知，对照组发酵至180 min开始凝固，而LD、MD和HD分别在第200、240和第260 min开始凝固，可见，PJP推迟了酸奶凝固时间。从图1d中可以看出，对照组中乳酸菌从第100 min开始进入指数增长期并在第160 min时活力达到最大值，随后乳酸菌活力迅速降低；而LD、MD和HD组分别从第120、第160和第180 min开始进入指数增长期，并分别在第200、240和第260 min时活力达到最大值。这可能因为PJP中的多酚造成乳酸菌指数增长期的推迟[27]。PJP中的多酚抑制了发酵初期乳酸菌的生长，但由于PJP中含有比蔗糖更丰富的营养成分，从而在发酵后期则促进了乳酸菌的生长。

注：Control表示不添加PJP的酸奶；LD、MD和HD分别表示添加质量分数1%、3%和5%PJP的酸奶。下同。

图2是4组酸奶在发酵开始和发酵至300 min时的拉曼光谱。从图2可见，在拉曼位移400 cm-1时，4组酸奶的峰形出现了差异，强度从高到低依次为HD、MD、LD和control组；而在其他拉曼位移时，各组样品的强度没有明显的差异。图2结果还显示，4组酸奶拉曼光谱基本相似，可见，与对照组相比，PJP替代蔗糖制备的酸奶发酵后并没有产生新的物质。

2.2 PJP替代蔗糖对酸奶质构的影响

从表1可知，LD、MD、HD组酸奶的硬度、稠度、黏聚性和黏度指数均高于与对照组，并且均随着PJP替代量的增加而增大；1%PJP替代1%蔗糖即可显著提高酸奶的硬度和稠度（<0.05），3%PJP替代3%蔗糖时，酸奶的黏聚性和黏度指数明显增大（<0.05）。这可能由于PJP中的酚类与酸奶中的蛋白质相互作用，从而增强了蛋白质网络凝胶的强度，从而使酸奶具备更好的质构特征[5]。

注：图例中相同英文第一个（上面）代表发酵开始光谱，第二个（下面）代表发酵结束光谱。

表1 PJP替代量对酸奶质地的影响

注：同一列不同字母表示显著性差异，＜0.05,下同。

Note: Different letters in the same column indicate significant differences,＜0.05, the same below.

2.3 PJP替代蔗糖对酸奶流变特性的影响

从图3a可知，在剪切频率范围内，对照组、LD、MD和HD组酸奶的储能模量（）均高于损耗模量（），表现出弱凝胶体系的特征。此外，各组酸奶的与均随着剪切频率的增大而缓慢增加。与对照组相比，PJP替代蔗糖增大了酸奶的与，且随着PJP替代量的增加而增大。从图3b可知，各组试样的复数黏度均随着剪切频率的增加而减小，呈典型的剪切稀化现象；复数黏度亦随着PJP替代量的增加而增大。图3c结果表明，当剪切频率低于1 Hz时，各组试样的表观黏度变化趋势与复数黏度相似；但当剪切频率高于1 Hz时，各组试样的表观黏度没有显著差异。酸奶中总固体含量和性质是影响酸奶流变学性质的关键因素，增加酸奶蛋白质凝胶网络中的作用力，可以使酸奶具有更好的凝胶特性[28]。在本研究中，各组试样发酵基质中总固体含量相同，因此，从图3的结果可以推测，PJP可以使酸奶具有更好的凝胶特性。

图3 PJP替代量对酸奶流变特性的影响

2.4 PJP替代蔗糖对酸奶抗氧化活性的影响

从表2可以看出，与对照组相比，LD、MD和HD组酸奶的总多酚含量、铁还原抗氧化能力（FRAP）和DPPH·清除率显著增大（<0.05），且随着PJP替代量的增加而增大。其中5%PJP完全替代蔗糖组的酸奶，其总多酚含量、FRAP和DPPH清除率分别是对照组的1.84，2.26和1.76倍。亦有研究发现添加含有多酚类添加剂的酸奶具有更强的抗氧化活性[29]。PJP富含具有良好抗氧化活性的多酚类物质，不仅有助于提高酸奶的抗氧化能力，而且赋予酸奶更好的健康功能。

2.5 PJP替代蔗糖对酸奶感官评价的影响

从表3可以看出，PJP的替代水平显着影响（< 0.05）酸奶的外观、质地和味道，而对颜色和香味没有显着影响（> 0.05）。PJP替代蔗糖对酸奶的外观、质地和味道有积极的影响，这可能是因为PJP中的酚类物质与酸奶三维网络结构中的酪蛋白相互作用，提高了酸奶的质地，从而增加酸奶的外观、质地和味道评分[5,30]。而PJP替代蔗糖对酸奶的颜色评分有略微的的负面影响，这可能是因为PJP未经过脱色，从而影响了酸奶的颜色，使酸奶产品色泽偏黄。总体来说，PJP的替代对酸奶的感官有正面原因，能够提高酸奶的整体感官品质。

表2 PJP替代量对酸奶抗氧化性的影响

表3 PJP替代量对酸奶感官评价的影响

3 结 论

本研究分析了PJP替代对酸奶发酵过程和酸奶品质的影响。结果表明，PIP缩短了发酵时间，对照组发酵至pH值4.6±0.1需要300 min，LD、MD和HD组则仅需240、260和280 min，但PIP对发酵终了时基质的pH值、可滴定酸度、表观黏度和拉曼光谱没有显著影响。PIP推迟了乳酸菌的指数生长期，并显著增大了发酵完成时酸奶基质中乳酸菌活力，这种促增值效应与PIP的替代量呈正相关。成品酸奶具有更好的质地，其硬度、稠度、黏聚性、黏度指数、储能模量和损耗模量均高于与对照组，并且随着PJP替代量的增加而增大。PJP替代能够显著提高酸奶的抗氧化活性，当PJP完全替代蔗糖时，总多酚含量、FRAP和DPPH·清除率分别提升至对照组的1.84、2.26和1.76倍。酸奶质构的改善和抗氧化活性的提高可能与PJP中含有多酚有关。PJP不仅能够提高酸奶的品质和感官评价，而且能够使酸奶具备更好的健康益处，有望替代蔗糖制作更健康的酸奶。

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Pomegranate juice powder improving quality attributes of yogurts by replacing sucrose in fermentation matrix

Pan Lihua1,2, Liu Fei1, Liu Rui1, Luo Shuizhong1,2※, Luo Jianping1

(1.,,230009,230009,)

Pomegranate is rich in polyphenols and is an excellent source of antioxidants, such as polyphenolic substance. However, the concentration of the harvest time, poor shape and inconvenient for eating have limited the sale of pomegranates. Therefore, the processing of pomegranate is beneficial to the appreciation of pomegranate resources. Yogurt a good carrier for bioactive compounds that may offer additional health benefits, is a fermented dairy product suitable for all ages, and the new type yogurts with high qualities and extra functions are more favored by consumers. In order to accelerate the development of pomegranate processing industry, enrich the variety of yogurts and improve the quality of yogurts, in this paper, 1%, 3% and 5% pomegranate juice powder (PJP) whose contents of total carbohydrate, soluble protein and total polyphenols were 0.88 g/g, less than 1.0 mg/g and 0.471 0 mg/g, respectively, was used to replace sucrose in the matrix of set yogurt and the effects of PJP replacement on the parameters in fermentation process, including pH value, titratable acidity, apparent viscosity and lactic acid bacteria vitality were analyze. The Raman spectra, textural properties, rheological properties, total phenolic content and antioxidant activity of the set yogurt with and without PJP replacement were compared. The results indicated that PJP instead of sucrose does not significantly change the pH value, titrable acidity, apparent viscosity and Raman spectrum of the yogurt matrix at the end of fermentation, but the substitution of PJP had a significant (< 0.05) effect on lactic acid bacteria during fermentation and the properties of yogurt. The replacement of sucrose by PJP defered the solidification time of yogurt, the exponential growth time and the maximum activity time of lactic acid bacteria, but it significantly (<0.05) increased the maximum activity of lactic acid bacteria in yogurt. It took the control, LD, MD and HD groups 300 minutes, 240 minutes, 260 minutes and 280 minutes, respectively, to reach (4.6±0.1) of pH value, suggesting PJP replacement shortened the fermentation time. The lactic acid bacteria activity of the pomegranate yogurt was 6-7 times that of the control yogurt at the completion of fermentation. What's more, the substitution of PJP could significantly improve the quality of yogurt. The firmness, consistency, cohesiveness and index of viscosity of the control were (65.6±1.9) g, (939.8±61.8) g·s, (14.5±0.8) g and (36.5±9.2) g·s, respectively; while the HD group showed 1.84, 2.26 and 1.76 times that of the control, respectively. PJP-replacement yogurt showed better texture, viscoelasticity and antioxidant activity. Compared with the control, when sucrose was completely replaced by PJP, the total polyphenol content, FRAP and DPPH clearance rate were 1.84 times, 2.26 times and 1.76 times, respectively. Sensory test results showed that PJP substitution of sucrose had a positive effect on the appearance, texture and taste of yogurt, which may be related to the phenolic substance in PJP and the casein interaction in yogurt. PJP can significantly improve the health benefits and quality of yogurt, which is expected to replace sucrose to make healthier yogurt.

fermentation; textures; viscosity; pomegranate juice powder; set yogurt; rheological properties; quality

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.13.036

TS252.54

A

1002-6819(2019)-13-0300-06

2019-03-29

2019-06-24

国家重点研发项目（No. 2018YFD0401104）；安徽省科技攻关重大项目（No. 17030701014; No. 17030701022）；安徽省大学生创新训练计划项目（2018CXCYS198）

潘利华，博士，副教授，研究方向为农产品加工及利用研究。Email：panlihua@hfut.edu.cn

罗水忠，博士，教授，主要从事农产品加工及利用研究。Email：luoshuizhong@hfut.edu.cn

潘利华，刘 飞，刘 锐，罗水忠，罗建平.石榴汁粉替代发酵基质中蔗糖提升酸奶品质[J]. 农业工程学报，2019，35(13)：300－305. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.13.036 http://www.tcsae.org

Pan Lihua, Liu Fei, Liu Rui, Luo Shuizhong, Luo Jianping.Pomegranate juice powder improving quality attributes of yogurts by replacing sucrose in fermentation matrix[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(13): 300－305. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.13.036 http://www.tcsae.org