全谷物脱脂酸牛奶的理化性质及流变学特性研究

彭小霞，李 理 *，余保宁

（1.华南理工大学 食品科学与工程学院，广东 广州 510640；2.广东燕塘乳业股份有限公司，广东 广州 510507）

发酵乳是指以牛乳或者羊乳为原料，接种乳酸菌发酵后制成的产品[1]。在发酵过程中，由于乳酸菌的代谢作用，牛奶中的乳糖转化为乳酸，大分子的蛋白质部分降解为小分子的多肽和氨基酸[2-3]，并形成一些新的活性成分[4]。牛奶经过发酵形成酸牛奶后，不仅风味改善，蛋白质和钙、铁、磷等元素的吸收和利用也进一步增强。富含益生元和益生菌的功能性酸牛奶除了具有营养补充的功能外，还具有显著的改善肠道微生态等功能活性，是目前酸牛奶产品的开发热点[5]。

全谷物包含麸皮、胚芽、胚乳中所含的营养物质，含有丰富的膳食纤维和B族维生素[6]，有利益生菌的生长，可降低II型糖尿病、冠心病及癌症发生的风险。综合国内外的研究报道，低糖低脂的功能性酸奶研究较少，本课题组前期研究了添加燕麦粉、山药粉、薏米粉的全谷物酸牛奶的功能特性，发现全谷物酸牛奶的抗氧化活性普遍比对照组高，而且有相当一部分淀粉转化为抗性淀粉[7-8]。本研究在此基础上，进一步对全谷物酸牛奶的配方和发酵剂进行拓展和优化，选择两组谷物配方（山药薏米红豆和白藜麦粉），将其加入强化蛋白的脱脂复原乳中，并选用两组含有益生菌的发酵剂068（包含益生菌嗜酸乳杆菌NCFM、乳双歧杆菌HN019）与XPL-1（包含益生菌乳酸乳球菌、肠膜明串珠菌）进行发酵，以期获得风味、口感及活菌数稳定的低糖、脱脂全谷物酸牛奶产品，为体质量管理人士和II型糖尿病人提供新的选择，为全谷物酸牛奶功能性产品的开发和工业化生产奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

全脂乳粉、脱脂乳粉：新西兰恒天然（中国）公司；乳清蛋白粉TP800：荷兰皇家菲仕兰公司；山药粉、薏米粉、红豆粉、白藜麦粉：广州泰民有限公司；XPL-1发酵剂（包含乳酸乳球菌乳脂亚种（Lactococcus lactissubsp.cermoris）、乳酸乳球菌乳酸亚种（Lactococcus lactissubsp.lactis）、乳酸乳球菌乳酸亚种双乙酰变种（Lactococcus lactissubsp.lactisbiovar diacetylactis）、肠膜明串珠菌乳脂亚种（Leuconostoc mesen-teoridessubsp.cremoris）、嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）、091发酵剂（包含嗜热链球菌（Streptococcus ther mophilus）、德氏乳杆菌保加利亚亚种（Lactobacillus delbrueckiisubsp.bularicus）：科汉森（中国）有限公司；068发酵剂（包含嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）、保加利亚乳杆菌（Lactobacillus delbrueckiisubsp.bularicus）、副干酪乳杆菌（Lactobacillus paracasei）、嗜酸乳杆菌（Lactobacillus acidophilus）NCFM、乳双歧杆菌（Bifidobacterium lactis）HN019）：杜邦丹尼斯克（中国）有限公司；其他试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

PX2202ZH电子天平、STARTER3100pH计：奥豪斯仪器（上海）有限公司；WNE14恒温水浴锅：美墨尔特（上海）贸易有限公司；APV-1000均质机：斯必克（中国）投资有限公司；DHP-9012恒温培养箱：上海一恒科学仪器有限公司；PAL-BX/ACID 91牛奶糖度计：ATAGO（中国）分公司；MCR102流变仪：安东帕（中国）有限公司；3K15冷冻离心机：美国SIGMA公司；DHG-9030电热鼓风干燥箱：上海一恒科学仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 全谷物酸牛奶制备的工艺流程、配方设计及操作要点

表1 全谷物脱脂酸牛奶的配方设计Table 1 Formulation design of whole grain skim yogurt

操作要点：

调配：称量乳粉、全谷物粉、乳清蛋白粉和蔗糖，参照表1的配方调配4个复原乳，65 ℃水浴30 min，再经过高速剪切机5 000 r/min的速度进行剪切，使物料混合均匀。

均质：将混合物料预热至65 ℃进行均质，一级均质压力为18～22 MPa，二级均质压力为3.0～5.0 MPa。

杀菌：95 ℃水浴15～20 min，然后冷却至32 ℃或42 ℃。

接种、发酵：在KB1和KB2配方中接种901菌种（接种量20 U/100 L）后置于42 ℃发酵7 h，在其余含谷物粉的4种复原乳中分别接种XPL-1和菌种068，接种XPL-1的复原乳置于32 ℃发酵18 h（接种量20 U/100 L），接种068的复原乳置于42 ℃发酵7 h（接种量20 U/100 L）。

搅拌破乳：采用搅拌器150 r/min的搅拌速度破乳5 min，4 ℃冷藏24 h，得到全谷物酸牛奶。

1.3.2 全谷物酸牛奶的理化分析可溶性固形物含量的测定：采用糖度计进行测定。

pH值的测定：产品发酵完成后至于4 ℃冰箱冷藏后熟24 h，取出用常温水水浴恢复至25 ℃，使用pH计进行检测，每组测定3个平行样。

酸度的测定：根据国标GB 5009.239—2016《食品酸度的测定》[9]中的方法进行测定。

持水力的测定：称取30 g后熟后的样品，在20 ℃温度条件下，以及2 655×g的离心力作用下，持续离心5 min，弃去上层乳清，称质量。持水力计算公式如下：

1.3.3 流变学特性的测定

采用流变仪进行测量，选用同心圆桶系统，设定测量温度为25 ℃。振幅扫描的测定：设定角频率为10 rad/s，应变扫描范围为0.01%～100%。频率扫描的测定：固定应变为0.5%，频率扫描范围设置为0.1～100 rad/s[8]。

1.3.4 感官评定

参照文献[10]有所修改，随机选取有经验的8个品评员，分别对全谷物酸牛奶进行评分。全谷物酸牛奶的感官评定按照表2的感官评分标准进行评分。

表2 全谷物脱脂酸牛奶的感官评分标准Table 2 Sensory score standards of whole grain skim yoghurt

续表

1.3.5 酸牛奶的活菌数测定[11]

按照GB 4789.35—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验乳酸菌检验》进行检验。

1.3.6 数据处理采用SPSS 22.0统计分析软件进行实验数据处理，采用Duncan分析方法，置信水平为95%。

2 结果与分析

2.1 全谷物酸牛奶pH、酸度和持水力

可溶性固形物、pH值、酸度、持水力是评价酸牛奶理化性质的基础指标，全谷物酸牛奶的可溶性固形物、pH、酸度、持水力检测结果见表3。

表3 全谷物脱脂酸牛奶的可溶性固形物、pH值、酸度及持水力检测结果Table 3 Determination results of soluble solid,pH,acidity and water holding capacity of whole grain skim yoghurt

由表3可知，六组酸牛奶样品的酸度均达到70°T以上，符合国标GB 19302—2010《食品安全国家标准发酵乳》规定的酸牛奶酸度的要求，说明全谷物粉的加入不会影响乳酸菌的发酵。在6个样品中，全脂酸牛奶KB2的酸度值最低，这可能是因为在相同固形物含量下，非脂乳固体质量分数低时，乳糖质量分数也低，乳酸菌在发酵过程中可利用的糖份少，从而产酸较少。

从表3还可以看到，全脂酸牛奶样品KB2的持水力明显比脱脂酸牛奶样品KB2要高，这可能与酸牛奶中的脂肪与蛋白质相互作用形成稳定的网状结构有关。此外，全谷物脱脂酸牛奶样品HP1、LP1和LP2的持水力比脱脂酸牛奶样品KB1的持水力高，但HP2的持水力却比KB1低，说明谷物和发酵剂都对样品的持水力有影响。HP1比HP2的持水力高，有可能是因为XPL-1中肠膜明串株菌在低温（32 ℃）长时发酵（18 h）时，产生了大量的胞外多糖[12]，从而提高了产品的持水力。这个现象在LP1和LP2中也得到相应的验证。此外，有报道表明乳清蛋白可以提高脱脂发酵乳的内聚性，降低乳清析出率并延长酸牛奶在保质期内的稳定性[13]。

2.2 流变学特性

酸牛奶凝胶的形成是关系到酸牛奶品质的重要指标。凝胶的强弱、表观形态、流变学性质等均对酸牛奶的功能品质和感官接受度有直接影响。因此，适度凝胶的形成，关系到酸牛奶产品的可接受程度。

振幅扫描通过对几组不同的酸牛奶的黏弹性测试，可以了解样品的线性黏弹区、屈服点、流动点。屈服点也指屈服应力，指线性黏弹区边界处的剪切应力值。流动点也称流动应力，指G'=G"交叉点处的剪切应力值。在线性黏弹区内，固定剪切应变或者剪切应力，进行频率扫描，可以了解样品的长期储存稳定性、物理分散稳定性。振幅扫描和频率扫描均可了解酸牛奶凝胶结构的强弱、耐变形性、可灌装性、为改善口感、灌装运输提供理论指导。G'和G"是反映酸牛奶黏弹性的重要指标；G'代表酸牛奶的储能模量（即弹性模量），代表酸牛奶流动时的弹性大小，描述样品的固态特性。G"代表样品的损耗模量（黏性模量），代表样品流动时的黏性大小，表示流动时由于内部摩擦而损失的变形能量，描述样品的液态特性。

图1 六组全谷物脱脂酸牛奶的振幅扫描曲线Fig.1 Amplitude scan curve of six groups of whole grain skim yoghurt

由图1可知，六组样品在线性黏弹区，G'＞G"，这代表六组全谷物酸牛奶均具有类固体的特性，弹性成分占优势。在较高的剪切应变下，黏性部分将占主导作用，样品处于流动状态，六组样品的流动点均出现在第20和21个测量点的中间，说明六组样品的流动点几乎一致，样品灌装时触动酸牛奶流动的应变的大小相近。这说明全谷物粉的增加，并不会引起产品灌装难度的提高。

由图2可知，应变固定为0.5%时，对六组全谷物酸牛奶样品进行频率扫描，KB1、KB2、HP1、HP2、LP1和LP2的G'＞G"，说明六组全谷物酸牛奶均具有类固体的特性，弹性成分占优势。G'及G"值反映全谷物酸牛奶的凝胶网状结构。一般认为，G'值越高，其凝胶结构越致密[14]。在统一扫描频率下，全谷物酸牛奶G'大小关系顺序为：KB1＞KB2＞HP1＞HP2＞LP2＞LP1。KB1的G'大于其他五组全谷物酸牛奶的G'，这代表在总的固形物含量一致的情况下，脱脂奶粉复原乳发酵出来的酸牛奶凝胶结构最为致密，在六组配方中质地是最硬的；全脂酸牛奶比脱脂酸牛奶质地较软，添加了谷物粉的酸牛奶质地也比较疏松柔软，其中HP1跟KB2最为接近。

图2 全谷物脱脂酸牛奶频率扫描曲线Fig.2 Frequency sweep curve of six groups of whole grain skim yoghurt

由图1和图2还可以看到，G'（HP1）＞G'（HP2）、G"（HP1）＞G"（HP2），这与前面的持水力是一致的。可能是因为XPL-1中的肠膜明串珠菌产生胞外多糖的能力比068中的嗜热链球菌强，因此表现出较好的黏弹性优势。肠膜明串珠菌能在适宜的发酵条件下产生大量的葡聚糖和功能性低聚糖[12，15]，其中葡聚糖的网络结构可通过氢键结合大量的水，从而改善食品的质构和流变学特性[16]。但菌种XPL-1和068在藜麦全谷物酸牛奶中，黏弹性差异不明显，可能是对因为藜麦粉含有较高比例的支链淀粉[17]，而且超长支链淀粉含量高达13%～19%[18]，使得藜麦谷物酸牛奶具有较稳定的流变学性质，其产生的影响比菌种产生的影响大。此外，不同的谷物配方对酸牛奶的流变学性质影响非常大。从图1和图2中可以看到G'（HP1）＞G'（LP1）、G"（HP1）＞G"（LP1），G'（HP2）＞G'（LP2）、G"（HP2）＞G"（LP2），这可能是因为山药薏米红豆全谷物酸牛奶中，山药粉含有较多的淀粉（70%以上）以及山药多糖，淀粉糊化后表现出较好的黏弹性，而藜麦配方相比山药薏米红豆配方含有更多的膳食纤维。

2.3 感官评价

全谷物酸牛奶在气味、外观、滋味、质构和总体可接受性方面的感官评分结果表4。由表4可知，在气味方面，脱脂酸牛奶和全脂酸牛奶的气味得分较高分别为8.15分和8.20分；在外观方面，六组全谷物酸牛奶的评分无显著性差异（P＞0.05）；在滋味方面，全谷物酸酸牛奶的评分均高于对照组，其中山药薏米红豆全谷物酸牛奶（HP1、HP2）因具有红豆独特的滋味，容易被辨认同时受到欢迎，其得分分别为8.70分和8.53分，而白藜麦脱脂酸牛奶（LP1、LP2）因具有白藜麦的滋味，也比较受欢迎，得分分别为8.30分和8.53分；在质构方面，全脂酸牛奶得分最高，为（8.60±0.26）分，脱脂酸牛奶得分最低，为（7.30±0.10）分，而全谷物酸牛奶得分比脱脂酸牛奶高，得分在8.10～8.50分之间，这可能是因为各个样品的总固形物相同，添加谷物粉的酸牛奶中，谷物粉增加了酸牛奶的疏松和柔软度，使得酸牛奶在具有较好的凝胶状态下，质构较为细腻。在总体接受度方面，山药薏米红豆脱脂酸牛奶HP1、HP2和白藜麦脱脂酸牛奶LP1、LP2的得分较高，分别为8.51分、8.31分和8.31分、8.35分，比脱脂酸牛奶和全脂酸牛奶都要高，且相互之间没有显著性差异（P＞0.05）。可见，这两组配方和发酵剂在感官风味方面均有优势。

表4 全谷物脱脂酸牛奶的感官评定结果Table 4 Sensory evaluation results of whole grain skim yoghurt

2.4 保质期内的活菌数

表5 全谷物脂酸酸牛奶在保质期内乳酸菌活菌数变化Table 5 Change of viable count of lactic acid bacteria in whole grain skim yoghurt during the shelf life CFU/g

由表5可知，六组酸牛奶在4 ℃保存，在保质期内（23 d）乳酸菌活菌数均能达到108CFU/g，达到国家标准要求（＞1×106CFU/g）。这表明全谷物粉的添加对酸牛奶保质期内乳酸菌活菌数的影响不大。其中HP1和LP1接种的XPL-1菌种含有肠膜明串珠菌、乳酸乳球菌等益生菌，它既能改善机体肠道环境又能拮抗致病菌，提高机体免疫力。HP2和LP2接种的菌种068含有嗜酸乳杆菌NCFM、乳双歧杆菌HN019两种益生菌，其中嗜酸乳杆菌NCFM可以在健康和患病人群肠道中存活，产生抗菌素，缓解消化道不适，减少腹泻的发生率等，对致病性大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌以及炭疽杆菌有明显的抑菌作用，是小肠中的主要益生菌；而乳双歧杆菌是大肠中的主要益生菌，具有调节人体肠道菌群平衡，抑制有害菌的繁殖和生长，防止便秘、增强免疫力、预防肿瘤等作用[19-20]。因而全谷物酸牛奶具有一定的益生保健功能。

3 结论

本研究利用藜麦粉、山药粉、红豆粉和薏米粉为原料，制备全谷物脱脂酸牛奶，品质优良，相比脱脂酸牛奶对照组，全谷物酸牛奶的感官总体接受性提高（得分＞8.30分），持水力总体明显上升，柔软度和细腻度上升。与普通全脂酸牛奶比，全谷物酸牛奶具有脱脂、感官良好（总体可接受性得分＞8.30分）、理化性质良好，并且在保质期内乳酸菌活菌数高，达到108CFU/g以上。此外，该产品含有两种以上益生菌，具有益生菌相应的保健功能，适宜肥胖人士代餐以及Ⅱ型糖尿病患者食用，有很好的开发应用前景。