嗜酸乳杆菌和双歧杆菌发酵乳的流变特性研究

田 芬，粘靖祺，霍贵成*

(东北农业大学 乳品科学教育部重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150030)

嗜酸乳杆菌和双歧杆菌发酵乳的流变特性研究

田 芬，粘靖祺，霍贵成*

(东北农业大学 乳品科学教育部重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150030)

以两株嗜酸乳杆菌(KLDS AD1、KLDS AD2)和3株双歧杆菌(长双歧杆菌KLDS 2.0001、婴儿双歧杆菌KLDS 2.0002和KLDS 2.0604)分别发酵的酸乳为研究对象，测定其pH值、滴定酸度、质构及流变学特性。pH值和滴定酸度测定结果表明嗜酸乳杆菌产酸能力强于双歧杆菌。质构测定结果表明嗜酸乳杆菌发酵的酸奶质地较为结实。5种酸乳的剪切力升速和降速曲线都能形成触变环，触变环的面积大小为KLDS 2.0604＞KLDS 2.0001＞KLDS AD2＞KLDS 2.0002＞KLDS AD1，即婴儿双歧杆菌KLDS 2.0604在剪切力破坏下其组织状态的恢复力最差，很难恢复到起始状态。表观黏度曲线在下降时只有婴儿双歧杆菌KLDS 2.0002没有出现突增现象，其弹性最差。综合得出嗜酸乳杆菌KLDS AD2发酵乳的组织状态、黏弹性最好。

嗜酸乳杆菌；双歧杆菌；触变环；质构分析；流变特性

嗜酸乳杆菌和双歧杆菌都是人体肠道的益生菌群，对人体有很好的保健功能，如利于人体健康、有酸和胆汁耐性、黏附人体上皮细胞、定殖肠道产生细菌素[1]。为了增加这些益生菌的人体摄入，越来越多的研究将它们作为发酵剂发酵产生生物活性酸奶。本实验以嗜酸乳杆菌和双歧杆菌发酵乳为对象，研究其质构特性和流变学特性。

酸乳是一种复杂的流体，其流变性是指酸乳的流动和变形随时间、力的变化而表现出的性质，酸乳的流变性通常用来描述和衡量产品的质地，包括凝胶的黏度、硬度等[2]。理想的酸乳是以半固体状态存在，质地均匀，具有一定强度，但这种固体状态及强度在机械运动下极易被破坏。研究酸乳的流变学特性是从静态分析酸乳凝胶的流变特性[3]，测定酸乳的流变性对控制产品的质量、鉴定成品的优劣，以及改善工艺及设备有着重要意义。

1 材料与方法

1.1 菌种、培养基与仪器

嗜酸乳杆菌KLDS AD1、嗜酸乳杆菌KLDS AD2、长双歧杆菌KLDS 2.0001、婴儿双歧杆菌KLDS 2.0002和KLDS 2.0604由东北农业大学教育部乳品重点实验室菌种库提供。

TPY培养基 北京陆桥技术有限责任公司；优化的MRS培养基(胰蛋白胨10g、蛋白胨5g、牛肉膏5g、酵母粉5g、葡萄糖20g、Tween-80 1g、盐溶液各10mL、蒸馏水1L，pH值(5.8～6.0)，121℃灭菌15min，其中盐溶液配方：醋酸钠50g/100mL、硫酸镁5.8g/100mL、硫酸锰2.5g/100mL、柠檬酸氢二铵20g/100mL、磷酸氢二钾20g/100mL；脱脂乳 德国Oldenburger公司。

Gemini 200流变仪 北京正通远恒科技有限公司；TA-XT plus物性测试仪 北京微讯超技仪器技术有限公司；Delta 320 pH计 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司。

1.2 方法

1.2.1 5种益生菌发酵乳的制备

用两株嗜酸乳杆菌和3株双歧杆菌分别发酵脱脂乳，用TPY培养基活化双歧杆菌，嗜酸乳杆菌用MRS培养基活化。将活化好的菌种，以5%接种量接入15%脱脂乳中(110℃灭菌10min)，将接入双歧杆菌的脱脂乳放入厌氧箱37℃培养，接入嗜酸乳杆菌的脱脂乳放入37℃培养箱培养，培养至牛乳凝固，如此连续活化3代后再以5%接种量接入15%脱脂乳中发酵，至牛乳凝固，4℃冷藏24h得成品[4]，对这5株菌的发酵乳成品进行pH值、滴定酸度、质构以及流变学特性的测定。

1.2.2 滴定酸度测定

采用GB/T 5009.46—2003《乳与乳制品卫生标准的分析方法》[5]，称取5.00g已搅拌均匀的样品，置于150mL锥形瓶中，加40mL新煮沸冷却至40℃的水，混匀，然后加入5滴酚酞指示剂，用氢氧化钠标准滴定溶液滴定至微红色在0.5min内不消失为终点。消耗的氢氧化钠标准滴定溶液毫升数乘以20，即为酸度(°T)。

1.2.3 质构特性测定

利用物性测试仪，P/35探头。测定条件：测试前速度：1.00mm/s；测试速度：1.00mm/s；测试后速度：10.00mm/s；测试距离：30mm；感应力：Auto(Force)。由质构特性曲线图得出表征质构状况的评价参数：硬度、黏稠度、黏聚力和黏度指数。以穿透过程中的最大压缩力表示硬度(g)，以撤退过程中的最大负力表示黏聚力(g)，以质构特性曲线中1→2区域之间的面积表示黏稠度(g·s)，以2→3区域之间的面积表示黏度指数(g·s)[6-7]。

1.2.4 剪切力和表观黏度测定

恒温(25℃)条件下，设定剪切速率为1～100s-1，测定剪切速率与剪切力和表观黏度的变化曲线，剪切时间为3600s，每隔45s取值1次，每次测定都要重新更换样品[8-9]。

2 结果与分析

2.1 5种酸奶的pH值和滴定酸度

表1 5种酸乳pH值和滴定酸度测定结果Table 1 pH and titratable acidity of five fermented milk

表1显示，嗜酸乳杆菌发酵乳的pH值偏低于双歧杆菌的，而滴定酸度高于双歧杆菌的，因为嗜酸乳杆菌生长偏好酸性环境，产酸能力强；酸乳中嗜酸乳杆菌KLDS AD2的产酸能力强于KLDS AD1；婴儿双歧杆菌KLDS 2.0002产酸能力不及KLDS 2.0001和KLDS 2.0604。

2.2 5种酸奶的质构特性测定结果

图1 5种菌种的发酵乳质构图Fig.1 Texture profile of Lb. acidophilus KLDS AD1, KLDS AD2 and B. longum KLDS 2.0001, B.infantis KLDS 2.0002, B.infantis KLDS 2.0604 fermented milk

比较图1中5种发酵乳的质构图，以及表2的数据发现：嗜酸乳杆菌发酵乳的硬度和黏聚力都明显高于双歧杆菌的；说明嗜酸乳杆菌发酵的酸奶质地较为结实；比较黏稠度和黏度指数，其顺序均为：KLDS AD2＞KLDS 2.0001＞KLDS 2.0604＞KLDS 2.0002＞KLDS AD1，表明嗜酸乳杆菌KLDS AD1的发酵乳最稀，黏度也最低。

表2 5种发酵乳质构特性指标测定结果Table 2 Texture profile analysis of five fermented milk samples

2.3 剪切速率与剪切力和表观黏度之间的关系

图2 KLDS AD1发酵乳剪切速率与剪切力(a)和表观黏度(b)曲线图Fig.2 Pattern of shearing force, shearing force (a) and apparent viscosity (b) of Lb. acidophilus KLDS AD1 fermented milk

图2a显示，升速剪切时随剪切速率的增加，酸奶的剪切力逐渐升高；当剪切力达到最大值时，降速剪切，剪切力又随着剪切速率的降低而减小。酸奶的升速和降速曲线并不重合，出现滞后现象，形成触变环，触变环的面积是37.408Pa/s，符合触变性流体特征[10-11]。触变环是触变性流体的典型特征。上下曲线包围的面积为触变性黏度，如果触变环面积大，说明此体系经外力作用后，其黏度变化大，外力撤出后，此体系需要很长时间才能恢复到未经力作用的体系状态，表明触变性反应物料经长时间剪切后，再静止是一个重新稠化的过程[2]。

图2b显示，酸乳的表观黏度一开始就达到最大值，之后随剪切速率的增加而降低。升速曲线中，当剪切速率增加到10s－1时，表观黏度出现突增趋势，在剪切速率为18s－1时出现一个突起，说明发酵乳的弹性较好，因为弹性好的酸乳表观黏度有一个缓慢上升的过程[11]。而降速曲线变化趋势平缓，出现滞后现象。升速与降速曲线不重合，降速曲线出现滞后现象说明酸奶的结构受到破坏后恢复不到起始的状态[2,12]。

图3 KLDS AD2发酵乳剪切速率与剪切力(a)和表观黏度(b)曲线图Fig3 Pattern of shearing rate, shearing force (a) and apparent viscosity (b) of Lb. acidophilus KLDS AD2 fermented milk

图3a显示，升速与降速曲线变化趋势相似，降速曲线出现滞后现象，形成触变环面积为40.885Pa/s。图3b显示，降速与升速曲线都在剪切速率为10s－1时，表观黏度突增，在15s－1时形成一个突起；说明该发酵乳的弹性较好，之后逐渐降低，两条曲线后半部分基本完全重合。表观黏度刚开始的最大值是转子克服酸乳的最大应力，使酸奶原始结构开始破坏的临界点，此时的剪切力也是酸乳凝胶的屈服应力[12-13]，在较低的剪切速率条件下，酸奶具有较高的表观黏度，随着剪切速率的增加表观黏度降低，也说明搅拌型酸乳具有剪切稀释现象[14-15]。降速曲线滞后于升速曲线，表明表观黏度恢复不到原来的黏度。

图4a显示，升速与降速曲线趋势相似，形成触变环面积为42.358Pa/s。图4b显示，升速和降速曲线都在剪切速率为8s－1时，表观黏度突增，说明该酸奶弹性较好，之后都缓慢降低，趋势接近于重合，表明随着时间的迁移，升速和降速曲线的剪切稀释现象相近。

图5 KLDS 2.0002发酵乳剪切速率与剪切力(a)和表观黏度(b)曲线图Fig.5 Pattern of shearing rate, shearing force (a) and apparent viscosity (b) of B. infantis KLDS 2.0002 fermented milk

图5a显示，升速和降速曲线趋势极其相似，几乎完全重合，形成触变环面积为39.854Pa/s。图5b显示，随剪切速率增加，表观黏度都形成下降趋势，也没出现表观黏度突增趋势，从10s－1的剪切速率开始，两条曲线基本完全重合，即随剪切速率增大，剪切稀释一样严重。

图6 KLDS 2.0604发酵乳剪切速率与剪切力(a)和表观黏度(b)曲线图Fig.6 Pattern of shearing rate, shearing force (a) and apparent viscosity (b) of B. infantis KLDS 2.0604 fermented milk

图6a显示，升速和降速曲线趋势一致，降速曲线出现滞后趋势，并与升速曲线形成很明显的触变环，面积为43.765Pa/s。图6b显示，在8s－1时，两者的表观黏度都出现突增趋势，表明该酸乳的弹性较好，之后缓慢降低，接着两条曲线基本重合，两条曲线升降时剪切稀释随时间延长一致化。

比较图2～6的触变环面积：KLDS 2.0604＞KLDS 2.0001＞ KLDS AD2＞KLDS 2.0002＞KLDS AD1；说明婴儿双歧杆菌KLDS 2.0604在剪切力破坏下其质构状态恢复力最差，很难恢复到起始的组织状态。

3 结 论

本实验用两株嗜酸乳杆菌和3株双歧杆菌发酵脱脂乳，将凝乳置于4℃冷藏24h后，对5种成品进行pH值、滴定酸度、质构特性和流变学特性的测定，pH值和滴定酸度结果表明嗜酸乳杆菌产酸能力强于双歧杆菌。

质构特性测定结果表明：嗜酸乳杆菌发酵乳的硬度和黏聚力都明显高于双歧杆菌的；嗜酸乳杆菌发酵乳质地较为结实；黏稠度和黏度指数数据比较：KLDS AD2＞KLDS 2.0001＞KLDS 2.0604＞KLDS 2.0002＞KLDS AD1，得出KLDS AD1发酵乳最稀，黏度最低。

流变学特性曲线显示：嗜酸乳杆菌KLDS AD1和KLDS AD2，双歧杆菌KLDS 2.0001和KLDS 2.0604发酵乳的表观黏度有突增现象，说明发酵乳的弹性较好；婴儿双歧杆菌KLDS 2.0002发酵乳没有出现突增点，弹性最差。综合得出：嗜酸乳杆菌KLDS AD2发酵乳的组织状态、黏弹性最好，以后将继续加深对该菌株发酵乳的研究。

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Rheologic Properties ofLactobacillus acidophilusandBifidobacteriumFermented Milk

TIAN Fen，NIAN Jing-qi，HUO Gui-cheng*
(Key Laboratory of Dairy Science, Ministry of Education, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China)

In this paper, 5 yogurts fermented by 2Lactobacillus acidophilusand 3Bifidobacteriumwere used as the experimental subjects to explore their pH, titratable acidity, dynamic rheology and texture profile. The results indicated that the acidproducing capacity ofLactobacillus acidophilusfermented milk was stronger than that ofBifidobacteriumfermented milk. Texture profile analysis showed that texture ofLactobacillus acidophilusfermented milk was hard. All samples showed a strong thixotropic loop behavior in the rising and decline curve of shearing force, and the size of thixotropic loop was decreased according to the order ofB. infantisKLDS 2.0604,B. longumKLDS 2.0001,Lb.acidophilusKLDS AD2,B.infantisKLDS 2.0002 andLb.acidophilusKLDS AD1, which suggested that the recoverability ofB.infantis2.0604 fermented milk was the weakest under the condition with the damage of shearing force. A sudden increase in the pattern of apparent viscosity was not observed in KLDS 2.0002 fermented milk, which revealed the poor elasticity of KLDS 2.0002 fermented milk. All of these investigations showed that the texture and viscoelasticity of KLDS AD2 fermented milk should be the best.

Lactobacillus acidophilus；Bifidobacterium；thixotropic looptexture；profile analysis；rheological properties

TS252.54

A

1002-6630(2012)05-0155-05

2011-04-11

教育部“长江学者和创新团队发展计划”项目(IRT0959)

田芬(1987—)，女，硕士研究生，研究方向为乳品科学与微生物。E-mail：neautf@163.com

*通信作者：霍贵成(1958—)，男，教授，博士后，研究方向为乳品安全与监控。E-mail：gchuo58@126.com