沙棘多糖对发酵乳凝胶特性的影响及沙棘多糖酸奶工艺优化

周勇，李伟，彭禛菲，胡旭东，周先林，周建中

（1.新疆农业大学食品科学与药学学院，乌鲁木齐830052；2.南京农业大学食品科技学院，南京210095；3.中国农业科学院西部农业研究中心，新疆昌吉831100）

0 引 言

酸奶由于营养丰富、口感优良、易于消化等特点得到消费者的普遍认可，已经成为人们饮食结构中的重要组成部分[1]。工业化生产的乳制品均采用成本较低品质稳定的直投式发酵剂，优点是工艺简单便于管理，但无特色同质化严重的问题也越来越突出[2]。生产出既有营养又有特色的酸奶产品逐渐成为人们的共识。

酸奶的凝胶特性是指酸奶中的大分子和胶体在一定条件下相互作用，形成内部含有大量液体的特殊网状结构，酸奶的凝胶特性会影响酸奶的黏度、持水力、拉丝性等一系列指标，是评价酸奶的一个重要指标。

酸奶的拉丝性，即酸奶从容器或勺子向下倾倒时形成线状的能力，属于酸奶的感官特性，良好的拉丝性不仅能增加酸奶的品质也能提高酸奶的口感[3]。酸奶工业化生产中主要是添加明胶、黄原胶等提高酸奶的拉丝性，但此类添加剂不会被人体吸收营养价值也不高[4]。多糖与人类的生活密切相关，在日常生活中一般作为稳定剂、增稠剂等食品添加剂而使用，在所有动物和植物体内几乎都有多糖存在。同时多糖由于生物活性突出，在医疗上可用于免疫调节、抗病毒及抗癌、降血糖、治疗、美容、乳化等[5]。有很多研究将银耳多糖[6]，滑菇多糖[7]，金针菇多糖[8]，人参多糖[9]，松茸多糖[10]等应用于酸奶的研制中，结果发现不仅能改善酸奶的感官品质，还能提升酸奶的品质并赋予相应多糖的特殊风味，因此将活性多糖用于特色酸乳的开发有着巨大的市场潜力。沙棘多糖是沙棘果实主要活性成分之一，国内对于沙棘多糖的研究仍处于探索阶段，主要在提取工艺和抗氧化方面的研究[11-12]。而关于沙棘多糖对发酵乳品质影响的研究未见相关报道。

由此，本实验以沙棘多糖和发酵乳为研究对象，考察沙棘多糖对发酵乳拉丝性等理化指标的影响，为开发一种品质优良，拉丝特色突出且具有保健作用的新型沙棘多糖酸奶提供理论基础和技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

保加利亚乳杆菌（Lactobacillus bulgaricus）、嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus），安琪酵母股份有限公司；沙棘多糖60%，陕西昊远生物科技有限公司；天润原味酸奶，西域春纯牛奶；蔗糖，市售。

1.2 仪器与设备

JY5002电子天平，上海舜宇恒平科学仪器有限公司；BCD-226TX冰箱，青岛海尔股份有限公司；PQX-280A-3H人工气候箱，宁波莱福科技有限公司；SNB-1数字黏度计，上海天美天平仪器有限公司；TA.XT plus物性测试仪，北京微讯超技仪器技术有限公司；JZ-350色彩色差计，深圳市金准仪器设备有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 沙棘多糖对成品酸奶拉丝性的影响

取酸奶100 mL，分别加入0%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%的沙棘多糖，充分搅拌均匀，在4℃冰箱冷藏12 h后测定酸奶黏度、p H值、酸度、持水力、拉丝性。

1.3.2 沙棘多糖发酵乳制备

取200 mL的纯牛奶经65℃预热加入8%蔗糖溶解后，分别加入0%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%的沙棘多糖，在90℃的条件下杀菌15 min，待温度冷却到40℃，分别接种1‰的保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌复合菌粉，在42℃的人工气候箱中恒温发酵6 h，发酵结束后放入4℃的冰箱中后熟12 h制得沙棘多糖发酵乳，以添加沙棘多糖比例为0%的样品组为空白对照组。每组实验做3个平行。

1.4 酸奶理化指标测定

1.4.1 黏度的测定

用SNB-1数字黏度计测量试样的黏度，选择3号转子，设置转速12 r/min，每30 s记录一次数值，记录3次，取3次数值的算术平均值为最后黏度。

1.4.2 p H值得测定

用精密pH计测定样品p H值，每组做三次平行。

1.4.3 酸度的测定

参照GB 5009.239-2016食品安全国家标准食品酸度的测定[13]。

1.4.4 持水力的测定

参考文献[14]的方法。

1.4.5 色泽测定

色差测定采用文献[15]的方法，公式如下：

其中，△E*：总色彩的大小；△L*=L*样品-L*标准；△a*=a*样品-a*标准；△b*=b*样品-b*标准；△L+表示偏白，△L-表示偏黑；△a+表示偏红，△L-表示偏绿；△b+表示偏黄，△L-表示偏蓝。

1.4.6 质构测定

参考文献[16]方法，采用TA.XT Plus物性测试仪测试样品的质构指标。

1.4.7 酸奶的拉丝性测定

酸奶拉丝性的测定参考文献[17]的方法。

1.5 沙棘多糖发酵乳的工艺优化

1.5.1 工艺流程纯牛奶→预热→加入适量蔗糖→加入沙棘多糖→巴氏杀菌→冷却、添加菌种发酵→冷藏后熟→感官评价

1.5.2 沙棘多糖发酵乳单因素实验

经前期预实验，确定起始条件为发酵时间6 h，发酵温度40℃，菌种接种量1%，沙棘多糖添加量0.15%，蔗糖添加量8%，在此基础上研究发酵时间，发酵温度，菌种接种量，沙棘多糖添加量对酸奶品质的影响，具体实验方案见表1。

表1 单因素水平设计

1.5.3 正交试验

根据单因素实验结果，以发酵时间（A）、发酵温度（B）、菌种接种量（C）、沙棘多糖添加量（D）4个因素为考察因素，每个因素设置三个水平，设计L9（34）正交实验设计，因素水平见表2。

表2 正交实验因素水平表

1.5.4 感官评定标准

参考RHB 103-2004，酸牛乳感官质量评鉴细则[18]。

1.6 数据处理

采用Excel和SPSS21.0软件对数据进行统计分析，所有实验重复3次，实验结果以±s表示。采用Origin2017软件进行数据绘图。

2 结果与分析

2.1 沙棘多糖对成品酸奶理化指标及拉丝性的影响

发酵的酸奶中由于含有蛋白质、脂肪和非脂乳固体等固形物从而具有一定的浓稠度和黏性[19]，当被倾倒或被其他物体搅拌时，可表现出黏滞拉丝的效应。当酸奶从容器或勺子向下倾倒时，刚开始时酸奶的黏性和内聚力小于酸奶的重力，随着酸奶液下落速度的加快，酸奶丝会逐渐变长变细直至断掉，不同黏度和内聚力的酸奶表现出不一样的拉丝特性。

表3 沙棘多糖对成品酸奶理化指标的影响

由表3可以看出，沙棘多糖对成品酸奶的pH值和酸度有一定的影响，随着沙棘多糖添加量的增加，酸奶的p H值逐渐降低，酸度逐渐升高，这主要是因为沙棘多糖纯度不够，其中还含有大量的苹果酸等有机酸类[20]。沙棘多糖对成品酸奶黏度、持水力、拉丝性等理化指标影响不显著，随着沙棘多糖添加量的增加，黏度、持水力、拉丝性等指标无明显变化。酸奶的黏度和持水力主要受到发酵过程中蛋白质含量和固形物浓度的影响[21-22]。外加沙棘多糖并不能改变成品酸奶发酵过程中的蛋白质含量和固形物的浓度，所以不能对成品酸奶的黏度和持水力产生影响。酸奶的拉丝性与酸奶中存在的胞外多糖含量有关[23]，而胞外多糖是乳酸菌生长繁殖非必需的物质，是以初级代谢产物为前体合成的次级代谢产物[24]，沙棘多糖并未参与成品酸奶乳酸菌的代谢过程，故对成品酸奶的拉丝性影响也不显著。

2.2 沙棘多糖对酸奶黏度的影响

图1 沙棘多糖对酸奶黏度的影响

实验结果如图1所示。随着沙棘多糖添加量的增加，酸奶的黏度先升高后降低，当沙棘多糖添加量为0.15%时酸奶的黏度最高，为8.47 Pa·s，随着沙棘多糖添加量的继续增加，酸奶的黏度逐渐降低直至低于对照组。根据Vivian等人[25]的研究结果，酸奶中的多糖对胞外多糖的产生有促进作用，而EPS能与酸奶中的蛋白质形成蛋白凝胶，优化和改善酸奶的组织状态，提升酸奶的品质[26]；然而当多糖的浓度逐渐提高后，过量的沙棘多糖会对酪蛋白蛋白凝胶网状结构的形成产生一定的抑制作用，破坏其网状结构，使其松散，从而降低酸奶的黏度[27]。

2.3 沙棘多糖对酸奶p H值和酸度的影响

图2 沙棘多糖对酸奶pH值的影响

实验结果如图2和图3所示，随着沙棘多糖添加量的增加，酸奶的p H值呈现线性降低趋势，且实验组的p H值均明显低于对照组（P＜0.05）。酸奶的p H值降低主要是因为乳酸菌在发酵过程中产生的有机酸不断积累增多引起的[28]，并且多糖的添加会促进酸奶中乳酸菌的发酵，加速有机酸的积累[29]，较低的p H值会抑制酸奶中有害病菌和其他杂菌的生长，延缓酸奶的变质，适当降低酸奶的p H值，可以改善酸奶的组织状态和风味，提高酸奶贮藏安全性。

图3 沙棘多糖对酸奶酸度的影响

由图3可知，随着沙棘多糖添加量的增加，酸奶酸度逐渐增加。且不同沙棘多糖添加量的酸奶的酸度均显著高于对照组（P＜0.05）。酸奶的酸度与p H值有对应关系，p H值越低酸度越高，pH越高表明酸度越低[30]。同时沙棘多糖纯度不够，含有一定量的沙棘果实成分，沙棘果实中不仅含有油酸、亚麻油酸等脂肪酸还含有抗坏血酸等天然有机酸，沙棘果实的酸度超过大多数水果，纯沙棘果汁的酸度比纯橙汁还要酸10多倍[31]。沙棘多糖中含有的脂肪酸和有机酸，也会对酸奶酸度产生影响。

2.4 沙棘多糖对酸奶持水力的影响

图4 沙棘多糖对酸奶持水力的影响

不同沙棘多糖添加量对酸奶持水力的影响见图4，随着沙棘多糖添加量的增加，酸奶的持水力呈现先升高后降低的趋势，当沙棘多糖添加量为0.15%时，酸奶的持水力达到最高，为70.5%，当添加量继续增加，酸奶的持水力降低至与空白组差异不显著（P＜0.05），直至持水力低于空白组。Saskia等人[32]的研究表明多糖可以引起酸奶中蛋白质构象改变，形成蛋白凝胶，增加酸奶的凝固性。另外，多糖与蛋白质之间会形成氢键，强化蛋白质的网状结构，防止乳清析出[6]。但是当多糖浓度过高时，凝胶的微观结构遭到破坏，同时乳清蛋白凝胶的模量会显著的降低，导致乳清析出[33]。

2.5 沙棘多糖对酸奶色泽的影响

色泽是酸奶品质评价的一个重要指标，L*、a*和b*值分别表示样品从亮到暗、从绿变红以及从蓝变黄的过程[34]。不同沙棘多糖添加量对酸奶色泽的影响见表4。由表4可知，随着沙棘多糖添加量的增加，实验组的L*值与对照组相比逐渐降低，而a*值和b*值却逐渐升高，△E*值也呈明显的上升趋势。这主要是因为沙棘多糖本身具有棕黄色色泽，提取的沙棘多糖当中含有一定量的色素杂质，随着添加量的增加，酸奶中的色素逐渐富集，从量变到质变，最后导致酸奶颜色逐渐变暗，并赋予酸奶棕黄色的色泽。

表4 沙棘多糖对酸奶色泽的影响

2.6 沙棘多糖对酸奶质构的影响

不同沙棘多糖添加量对酸奶质构的影响见表5。由表5可知，随着沙棘多糖添加量的增加，酸奶的硬度、黏性、胶着性、内聚性、拉丝性呈现先增大后减小的趋势，当沙棘多糖的添加量为0.15%时，酸奶的硬度、黏性、胶着性、内聚性、拉丝长度均达到最大值，分别为60.42 g、154.89 g、39.79 g，0.69 g·s、17.65 mm，当沙棘多糖添加量达到0.25%后，其硬度、黏性、胶着性和拉丝长度均呈现显著下降（P＜0.05）。随着沙棘多糖添加量的增加，酸奶的弹性变化不显著，各组数据没有明显差异，说明沙棘多糖不能对酸奶的弹性产生明显影响。

适量沙棘多糖的添加会引起硬度、黏性、胶着性、内聚性、拉丝性的升高，可能是由于沙棘多糖会促进酸奶中胞外多糖的产生，胞外多糖与酸奶中酪蛋白相互作用，促进了酪蛋白的相互聚集，提高了酸奶的黏性和胶着性[27]。且多糖自身在发酵过程中也会与蛋白质相互作用形成紧密的结构，提高酸奶的硬度、黏性、胶着性、内聚性，赋予酸奶更好的口感[35]。

酸奶的拉丝性主要受到酸奶中胞外多糖含量的影响[36]，胞外多糖会增加酸奶的持水力，增强酸奶的凝胶结构，提升酸奶的黏度和拉丝性[37]。金婷[38]测定了沙棘多糖由阿拉伯糖、半乳糖等组成，分子量约为10万与李仪琳[39]测定的乳酸菌胞外多糖在结构和分子量上接近，可能沙棘多糖会模拟胞外多糖对酸奶的黏度和拉丝性产生影响。当沙棘多糖含量过高时，会改变酸奶中蛋白凝胶的微观结构，从而降低其品质和拉丝性。

表5 酸奶的质构特性

2.7 沙棘多糖酸奶工艺优化

2.7.1 单因素实验结果

图5 不同因素对沙棘多糖酸奶感官评分的影响

由图5（a）可知随着发酵时间的延长，酸奶的感官评分呈现先升高再降低的趋势，在发酵时间7 h时酸奶的感官评分最高，时间低于7 h酸奶发酵不完全，时间高于7 h，酸奶因为发酵过度，品质也不太理想；由图5（b）可知，温度对酸奶感官评分有明显影响，42℃最适合酸奶发酵，温度过低或者过高都会影响酸奶中乳酸菌的生长速率；由图5（c）可知，当接种量为0.10%时酸奶的品质最好，当接种量过低时，制成的酸奶品质很差，当接种量高于0.14%时酸奶的感官评分也有明显下降。由图5（d）可知，沙棘多糖对酸奶感官的影响主要在黏度和拉丝性上，当沙棘多糖添加量为0.15%时，酸奶的拉丝性最好，此时的感官评分也最高，随着沙棘多糖添加量的增加，酸奶的感官评分略微下降。

2.7.2 工艺优化实验结果

表6 正交试验结果

由表6可知，正交试验结果最优组合为2号（A1B2C2D2），感官评分为84.6分，各因素对沙棘多糖酸奶感官评分的影响主次顺序为C（接种量）＞B（发酵温度）＞A（发酵时间）＞D（沙棘多糖添加量），最优工艺的水平组合为A3B2C2D2。对其进行验证试验，感官评分为97.6分，优于正交试验6号。因此选择A3B2C2D2作为沙棘多糖酸奶的最佳工艺，即发酵时间7 h、发酵温度42℃、接种量0.1%、沙棘多糖添加量0.15%。

3 结 论

添加沙棘多糖到成品酸奶中可以改变酸奶的p H值和酸度，但是不能对成品酸奶黏度、持水力、拉丝性等凝胶特性产生显著影响，沙棘多糖可以提高发酵乳的黏度、酸度、持水力、拉丝性以及改善发酵乳的色泽和质构特性，当沙棘多糖添加量为0.15%时，其硬度、黏性、胶着性、内聚性、拉丝长度达到最大。在单因素实验基础上，运用正交试验设计对沙棘多糖酸奶的工艺进行优化，结果表明沙棘多糖酸奶的最佳工艺条件为，发酵时间7 h，发酵温度42℃，菌种接种量0.1%，沙棘多糖添加量0.15%。添加沙棘多糖可有效改善酸奶的凝胶特性等理化指标，提高酸奶的品质。