低聚果糖對低脂凝固型發酵乳品質的影響研究

孫 敏，李 博，梅 俊*

（1.上海城建職業學院食品質量與安全系，上海 201415；2.上海城建職業學院城市食品安全研究所，上海 201415；3.上海海洋大學食品科學與工程系，上海 201306）

發酵乳因其獨特的口感和豐富的營養價值備受大眾青睞，低脂發酵乳的低脂肪含量可有效降低高脂肪引起的肥胖、動脈硬化、冠心病、高血壓和一些癌癥疾病的風險[1-2]。但是，乳脂肪對發酵乳的風味和物理特性起著關鍵作用[3]，乳脂肪含量的減少會導致發酵乳的乳清析出、質地變差，還會使風味的釋放失去平衡、口感不佳[4-5]。有研究表明，在低脂發酵乳中加入淀粉[6]、果膠[7]、羅勒膠[8]和塔拉膠[9]等多糖，不僅有利于改善發酵乳的質構、降低乳清析出率，而且可以促進微生物產酸，縮短發酵時間。果汁[10-11]、果醬[12]和甜味劑[13]等也被用來減輕酸味、增加低脂發酵乳風味。

低聚果糖（fructooligosaccharides，FOS）是蔗糖分子以β-（1→2）糖苷鍵與1～3個果糖分子結合成的蔗果三糖、蔗果四糖和蔗果五糖，屬于果糖和葡萄糖構成的直鏈雜低聚糖[14]。低聚果糖是一種優良的脂肪替代物，溶于水后形成奶油狀結構，提供光滑的口感。在日、韓等國家，制作功能發酵乳中添加低聚果糖已經成為常態[15]。

本研究以低脂乳為原料，添加不同比例的低聚果糖，按照凝固型發酵乳工藝流程制作含低聚果糖的低脂凝固型發酵乳，通過測定低聚果糖對低脂發酵乳理化性質、感官品質等指標的影響，以期開發含低聚果糖的低脂發酵乳，為低聚果糖的綜合利用及功能性低脂發酵乳的開發提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

發酵劑（含保加利亞乳桿菌（Lactobacillus bulgaricus）、嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus））：江蘇微康生物科技有限公司；全脂原料乳（脂肪含量為3.4%）、低脂原料乳（脂肪含量為1.5%）：光明乳業股份有限公司；脫脂奶粉：光明乳業股份有限公司；低聚果糖（來源于苣荬菜，純度≥90%）、0.1 mol/L氫氧化鈉標準溶液：上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.2 儀器與設備

AH-BASIC均質機：加拿大ATS公司；R/S plus旋轉流變儀：美國Brookfield公司；LRH-150F恒溫培養箱：上海一恒科學儀器有限公司；FE20 pH計：梅特勒托利多公司；MilkoScan FT2多功能乳制品分析儀：丹麥FOSS公司；TA-XT2i物性測試儀：英國StableMicroSystems公司；LabscanXE色差計：美國Hunterlab公司；H2050R1離心機：湘儀離心機儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 低脂凝固型發酵乳制作工藝

操作要點：將過濾后的低脂原料乳、低聚果糖和脫脂乳粉混合均勻，低聚果糖添加量分別為1%、2%和3%，其制作配方見表1?；旌暇鶆蚝罄镁|機在20 MPa下進行均質，然后巴氏殺菌（（63±1）℃，30 min）處理后冷卻至30 ℃。采用直投式加入1%發酵劑攪拌后在40 ℃發酵6 h，發酵完成后在室溫條件下保持30 min，轉移入4 ℃冰箱中后熟24 h，此時記為0 d。繼續在4 ℃冰箱中保藏，在0 d、7 d、14 d和21 d時取樣檢測。

表1 含低聚果糖的低脂凝固型發酵乳制作配方Table 1 Formulation of low fat set-style yogurt containing fructooligosaccharide

1.3.2 pH值測定

取20 mL發酵乳經過高速均質（5 000 r/min）1 min，混勻后用pH計測量發酵乳的pH值，重復3次[16]。

1.3.3 滴定酸度的測定

根據GB 5009.239—2016《食品安全國家標準食品酸度的測定》方法進行測定。

1.3.4 硬度的測定

按照SALEH A等[17]的方法采用質構儀對凝固型發酵乳的硬度進行測定。具體條件：采用柱形探頭，其平端直徑為25 mm；測試前探頭下降速度為10.0 mm/s；測試速度為1.0 mm/s；測試后探頭回程速度為5.0 mm/s；測試距離為10.0 mm；觸發力為5 g。由質構特性曲線圖得出以穿透過程中的最大壓縮力所表示的硬度（N）。

1.3.5 黏度的測定

按照GON?ALVES B J等[18]的方法采用R/S plus旋轉流變儀對凝固型發酵乳的黏度進行測定。具體條件：選用CC25的轉子，圓筒長度為50.00 mm，轉子半徑為12.50 mm，轉子和圓筒的空隙為2.00 mm。在（8±1）℃條件下，以5 min內剪切速率（γ）從0變化到300 s-1獲取流變曲線，取轉速為100 s-1時的黏度值。

1.3.6 持水率的測定

參照KWON H C等[19]的方法對凝固型發酵乳的持水率進行測定。將25 g樣品放入離心管中，3 000 r/min、4 ℃條件下離心10 min，棄上清液，測量殘余物質量，計算持水率，其計算公式如下：

1.3.7 脫水收縮率的測定

參照MEI J等[20]的方法對凝固型發酵乳的脫水收縮率進行測定。將30 g未經攪拌的凝固型發酵乳放置于Whatman No.1濾紙中，在4 ℃條件下過濾2 h，用燒杯收集濾出的乳清。脫水收縮率以乳清析出量的百分數表示。

1.3.8 顏色的測定

將8 g經過攪拌的凝固型發酵乳放在Φ=5cm石英比色皿中，置于色差計上進行測定，所采用的標準板是白板D65。以Hunter Lab色空間L*值（黑-白）、a*值（紅-綠）和b*值（黃-藍）表示。色差（ΔE*）值計算公式如下：

1.3.9 感官評價

參照盧玉容等[21]的標準制定比較完整的評價指標及標準，具體評定指標及標準見表2。采用9分制的評分法，由經過訓練的12名感官品評人員通過看、聞、嘗等方式對冷藏保存14 d的低脂凝固型發酵乳進行描述性評價。

表2 凝固型發酵乳感官評價指標和標準Table 2 Sensory evaluation indexes and standards of set-style yogurt

續表

1.3.10 統計分析

實驗結果以“平均值±標準偏差”表示，用SPSS22.0軟件對所獲得的結果進行統計分析，顯著性檢驗采用ANOVA程序中的Turkey法，P＜0.05即差異顯著。

2 結果與分析

2.1 低脂凝固型發酵乳的pH值與滴定酸度

圖1 凝固型發酵乳冷藏期間pH值（A）及滴定酸度（B）的變化Fig.1 Changes of pH value (A) and titration acidity (B) of set-style yogurt during cold storage

由圖1A可知，在冷藏期間，隨著冷藏時間的延長，所有凝固型發酵乳的pH值均呈下降趨勢。低脂凝固型發酵乳中，隨著低聚果糖添加量的增加，pH值下降幅度增大。在冷藏期間，全脂凝固型發酵乳和含低聚果糖的低脂凝固型發酵乳之間的pH值無顯著性差異（P＞0.05）。全脂凝固型發酵乳冷藏0 d時pH值為4.27，21 d時下降至4.07。添加1%、2%、3%低聚果糖的低脂凝固型發酵乳冷藏0 d時，pH值分別為4.30、4.26和4.20，21 d時，pH值分別下降至4.16、4.13和4.06。

由圖1B可知，在冷藏期間，隨著冷藏時間的延長，所有凝固型發酵乳的滴定酸度均升高，滴定酸度為56～87°T。添加1%低聚果糖的低脂凝固型發酵乳的滴定酸度為56～75°T，添加2%低聚果糖的低脂凝固型發酵乳的滴定酸度為62～79°T，添加3%低聚果糖的低脂凝固型發酵乳的滴定酸度為68～87°T，全脂發酵乳的滴定酸度為64～85°T，其滴定酸度值介于2%～3%低聚果糖添加量之間。分析原因可能是低聚果糖可以促進乳酸菌的生長繁殖，增加乳糖分解生成乳酸，從而降低低脂凝固型發酵乳的pH值和增加滴定酸度，在其他文獻中也有類似發現[22]。因此，低脂凝固型發酵乳中添加低聚果糖可以有效改善低脂發酵乳pH值偏高、滴定酸度偏低的問題[23]。

2.2 低脂凝固型發酵乳的硬度

圖2 凝固型發酵乳冷藏期間硬度的變化Fig.2 Changes of hardness of set-style yogurt during cold storage

由圖2可知，在冷藏期間，隨著冷藏時間的延長，所有凝固型發酵乳的硬度呈下降趨勢。隨著低聚果糖添加量的增加，低脂凝固型發酵乳的硬度增大，分析原因可能是低聚果糖的添加會改變低脂凝聚發酵乳的酪蛋白凝膠結構，彼此之間或者和水分之間可以連接在一起，形成對酪蛋白凝膠結構的重排[24]。同時，添加3%低聚果糖的低脂凝固型發酵乳由于pH值要比全脂凝固型發酵乳低，可能會導致凝膠結構收縮，形成高強度的凝膠[25]。此外，在低脂凝固型發酵乳中，由于乳脂肪的缺失，使得酪蛋白之間形成凝膠骨架結構要致密，導致低脂凝固型發酵乳的硬度要比全脂凝固型發酵乳的硬度要大。因此，添加低聚果糖可以提高低脂凝固型發酵乳的硬度，利于凝固型酸奶發酵過程中的成型[26-27]。

2.3 低脂凝固型發酵乳的黏度

由圖3可知，在冷藏期間，隨著冷藏時間的延長，所有凝固型發酵乳的黏度均呈下降趨勢。與低脂凝固型發酵乳相比，全脂凝固型發酵乳的黏度較高，分析原因可能是低聚果糖的添加在其中形成團簇會破壞發酵乳中酪蛋白網絡的形成，導致發酵乳凝膠結構收縮，發酵乳黏度下降[28]。

圖3 凝固型發酵乳冷藏期間黏度的變化Fig.3 Changes of viscosity of set-style yogurt during cold storage

2.4 低脂凝固型發酵乳的持水率及脫水收縮率

圖4 凝固型發酵乳冷藏期間持水率（A）及收縮率（B）的變化Fig.4 Changes of water holding ratio (A) and syneresis ratio (B) of set-style yogurt during cold storage

低脂凝固型發酵乳的持水率與凝膠酪蛋白的持水能力有關，一般來講，持水率越高，乳清析出少，凝固型發酵乳的穩定性就越高。由圖4A可知，隨著低聚果糖添加量的增加，低脂凝固型發酵乳的持水率增加。冷藏0 d時，全脂凝固型發酵乳的持水率為63.4%。添加3%低聚果糖的低脂凝固型發酵乳的持水率為63.8%，比全脂凝固型發酵乳的持水率略高。隨著冷藏時間的延長，發酵乳持水率呈下降趨勢。在冷藏中前期，添加1%和2%低聚果糖的低脂凝固型發酵乳與全脂發酵乳的持水率無明顯差異，但到冷藏后期，添加低聚果糖的低脂凝固型發酵乳的持水率都比全脂發酵乳低。

脫水收縮率是對低脂凝固型發酵乳質量進行評價的重要指標之一，冷藏過程中蛋白質形成凝膠發生收縮，導致乳清分離[29]。由圖4B可知，低聚果糖添加量越多，低脂凝固型發酵乳的脫水收縮率越低，乳清分離率越低。在冷藏0 d時，添加低聚果糖的低脂凝固型發酵乳的脫水收縮率高于全脂發酵乳。隨著冷藏時間的延長，凝固型發酵乳的脫水收縮率均逐漸增加，到冷藏后期，添加3%低聚果糖的低脂凝固型發酵乳的脫水收縮率低于全脂發酵乳。

發酵乳冷藏期間，脫水收縮率和持水率的變化是由于酪蛋白凝膠網絡結構的弱化導致酪蛋白持水能力下降，使得與酪蛋白結合的水分析出。發酵劑中的乳酸菌可以降低pH值使得酪蛋白膠束通過等電沉淀進行聚合，在冷藏過程中，酪蛋白膠束可以被打斷，聚合度下降，導致脫水收縮率增加[30]。低聚果糖分子可以與水分子結合，阻止水分子自由移動，同時，低聚果糖分子也可以和酪蛋白結合，使酪蛋白凝膠束縛水分子的能力增加。在凝固型發酵乳冷藏過程中，與全脂發酵乳相比，低脂凝固型發酵乳脫水收縮率要低[31]，但添加3%低聚果糖的低脂凝固型發酵乳與全脂發酵乳的脫水收縮率差異較小，尤其是在冷藏后期。因此，添加3%低聚果糖的低脂凝固型發酵乳在持水率和脫水收縮率方面與全脂發酵乳較為接近。

2.5 低脂凝固型發酵乳的顏色

由表2可知，低聚果糖添加量為2%時，低脂凝固型發酵乳的L*值（黑-白）最小，所表現出的外觀白度越差。在冷藏過程中，隨著冷藏時間的延長，低脂凝固型發酵乳L*值下降，而全脂凝固型發酵乳L*值先上升后下降。對于a*值（紅-綠）來講，1%-FOS表現出先增加后降低的趨勢，其他樣品表現出降低的趨勢，a*值的增加可能與持水率增加有關[32]。在冷藏0 d時，添加低聚果糖的低脂凝固型發酵乳的b*值（黃-藍）要比全脂凝固型發酵乳高，但是在冷藏過程中添加低聚果糖的低脂凝固型發酵乳的b*值下降，而全脂凝固型發酵乳卻在增加。在發酵乳冷藏過程中，全脂發酵乳中a*值的降低和b*值的升高說明全脂凝固型發酵乳有變紅色的趨勢，這可能和脂質氧化有關[33]。添加低聚果糖可以避免凝固型酸奶在冷藏過程中由脂肪氧化引起的變紅趨勢，但在白色度方面，添加低聚果糖的低脂凝固型發酵乳的白色度沒有全脂發酵乳高。ΔE值表示低脂凝固型發酵乳隨時間變化或者是個體之間的顏色差異，一般來講，ΔE值＞5可以用肉眼看出顏色差異。所有樣品ΔE值＞5，可以用肉眼辨別出發酵乳在不同冷藏期及不同發酵乳樣品之間的顏色差異。

表2 凝固型發酵乳冷藏期間顏色的變化Table 2 Changes of color of set-style yogurt during cold storage

2.6 低脂凝固型發酵乳的感官評價

圖5 冷藏14 d時凝固型發酵乳的感官評價結果Fig.5 Results of sensory evaluation of set-style yogurt after cold storage for 14 d

由圖5可知，在質構方面，全脂凝固型發酵乳優于含低聚果糖的低脂凝固型發酵乳，分析原因可能是由于脂肪的存在，全脂凝固型發酵乳有著更為順滑的質構，低聚果糖在改善質構方面與乳脂肪相比還有較大差距。在風味和氣味方面，全脂凝固型發酵乳優于含低聚果糖的低脂凝固型發酵乳，且低聚果糖添加量越多，低脂凝固型發酵乳的風味與氣味越差，分析原因可能是，乳脂肪在凝固型發酵乳中可以作為風味化合物的前體，產生酯類、醇類、酸類等揮發性風味化合物，可以增強感官評定評價中的風味屬性[34]，而低聚果糖在提高風味方面作用可以忽略不計。在顏色和外觀方面，含低聚果糖的低脂凝固型發酵乳與全脂凝固型發酵乳差異較小，從表2中也可以得到類似結果。在整體接受度方面，全脂凝固型發酵乳的得分為7.13分，屬于中等接受程度，得分較低主要原因是未加入蔗糖提高發酵乳的口感，有乳清析出。而添加低聚果糖的低脂凝固型發酵乳整體接受度均在7.00分以下。整體接受度包括不同的感官認知，如口味、黏度和奶油味等，影響因素較多。

3 結論

以低聚果糖作為脂肪替代物，研究了其在低脂凝固型發酵乳制作中的可行性。結果表明，在冷藏過程中，低聚果糖的添加可以有效改善低脂凝固型發酵乳pH值偏高、滴定酸度偏低的問題；低聚果糖可以改變低脂凝固型發酵乳的酪蛋白凝膠結構，增加低脂發酵乳的硬度，利于凝固型酸奶發酵過程中的成型；低聚果糖形成團簇會破壞發酵乳中酪蛋白網絡的形成，發酵乳黏度下降；在發酵乳冷藏過程中，低聚果糖會增加低脂凝固型發酵乳的持水率，添加3%低聚果糖的低脂凝固型發酵乳與全脂發酵乳的脫水收縮率差異較小，尤其是在冷藏后期，提高低脂發酵乳的穩定性；在顏色變化方面，添加低聚果糖的低脂凝固型發酵乳的白色度沒有全脂發酵乳高，但在冷藏過程中會避免由脂肪氧化產生的變紅趨勢；冷藏14 d后的發酵乳感官評價結果表明，低聚果糖可以改善低脂凝固型發酵乳的顏色和外觀，但在整體接受度、風味和氣味方面與全脂發酵乳仍有差距。