低聚果糖对低脂凝固型发酵乳品质的影响研究

孙 敏，李 博，梅 俊*

（1.上海城建职业学院食品质量与安全系，上海 201415；2.上海城建职业学院城市食品安全研究所，上海 201415；3.上海海洋大学食品科学与工程系，上海 201306）

发酵乳因其独特的口感和丰富的营养价值备受大众青睐，低脂发酵乳的低脂肪含量可有效降低高脂肪引起的肥胖、动脉硬化、冠心病、高血压和一些癌症疾病的风险[1-2]。但是，乳脂肪对发酵乳的风味和物理特性起着关键作用[3]，乳脂肪含量的减少会导致发酵乳的乳清析出、质地变差，还会使风味的释放失去平衡、口感不佳[4-5]。有研究表明，在低脂发酵乳中加入淀粉[6]、果胶[7]、罗勒胶[8]和塔拉胶[9]等多糖，不仅有利于改善发酵乳的质构、降低乳清析出率，而且可以促进微生物产酸，缩短发酵时间。果汁[10-11]、果酱[12]和甜味剂[13]等也被用来减轻酸味、增加低脂发酵乳风味。

低聚果糖（fructooligosaccharides，FOS）是蔗糖分子以β-（1→2）糖苷键与1～3个果糖分子结合成的蔗果三糖、蔗果四糖和蔗果五糖，属于果糖和葡萄糖构成的直链杂低聚糖[14]。低聚果糖是一种优良的脂肪替代物，溶于水后形成奶油状结构，提供光滑的口感。在日、韩等国家，制作功能发酵乳中添加低聚果糖已经成为常态[15]。

本研究以低脂乳为原料，添加不同比例的低聚果糖，按照凝固型发酵乳工艺流程制作含低聚果糖的低脂凝固型发酵乳，通过测定低聚果糖对低脂发酵乳理化性质、感官品质等指标的影响，以期开发含低聚果糖的低脂发酵乳，为低聚果糖的综合利用及功能性低脂发酵乳的开发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

发酵剂（含保加利亚乳杆菌（Lactobacillus bulgaricus）、嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus））：江苏微康生物科技有限公司；全脂原料乳（脂肪含量为3.4%）、低脂原料乳（脂肪含量为1.5%）：光明乳业股份有限公司；脱脂奶粉：光明乳业股份有限公司；低聚果糖（来源于苣荬菜，纯度≥90%）、0.1 mol/L氢氧化钠标准溶液：上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.2 仪器与设备

AH-BASIC均质机：加拿大ATS公司；R/S plus旋转流变仪：美国Brookfield公司；LRH-150F恒温培养箱：上海一恒科学仪器有限公司；FE20 pH计：梅特勒托利多公司；MilkoScan FT2多功能乳制品分析仪：丹麦FOSS公司；TA-XT2i物性测试仪：英国StableMicroSystems公司；LabscanXE色差计：美国Hunterlab公司；H2050R1离心机：湘仪离心机仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 低脂凝固型发酵乳制作工艺

操作要点：将过滤后的低脂原料乳、低聚果糖和脱脂乳粉混合均匀，低聚果糖添加量分别为1%、2%和3%，其制作配方见表1。混合均匀后利用均质机在20 MPa下进行均质，然后巴氏杀菌（（63±1）℃，30 min）处理后冷却至30 ℃。采用直投式加入1%发酵剂搅拌后在40 ℃发酵6 h，发酵完成后在室温条件下保持30 min，转移入4 ℃冰箱中后熟24 h，此时记为0 d。继续在4 ℃冰箱中保藏，在0 d、7 d、14 d和21 d时取样检测。

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

1.3.2 pH值测定

取20 mL发酵乳经过高速均质（5 000 r/min）1 min，混匀后用pH计测量发酵乳的pH值，重复3次[16]。

1.3.3 滴定酸度的测定

根据GB 5009.239—2016《食品安全国家标准食品酸度的测定》方法进行测定。

1.3.4 硬度的测定

按照SALEH A等[17]的方法采用质构仪对凝固型发酵乳的硬度进行测定。具体条件：采用柱形探头，其平端直径为25 mm；测试前探头下降速度为10.0 mm/s；测试速度为1.0 mm/s；测试后探头回程速度为5.0 mm/s；测试距离为10.0 mm；触发力为5 g。由质构特性曲线图得出以穿透过程中的最大压缩力所表示的硬度（N）。

1.3.5 黏度的测定

按照GONÇALVES B J等[18]的方法采用R/S plus旋转流变仪对凝固型发酵乳的黏度进行测定。具体条件：选用CC25的转子，圆筒长度为50.00 mm，转子半径为12.50 mm，转子和圆筒的空隙为2.00 mm。在（8±1）℃条件下，以5 min内剪切速率（γ）从0变化到300 s-1获取流变曲线，取转速为100 s-1时的黏度值。

1.3.6 持水率的测定

参照KWON H C等[19]的方法对凝固型发酵乳的持水率进行测定。将25 g样品放入离心管中，3 000 r/min、4 ℃条件下离心10 min，弃上清液，测量残余物质量，计算持水率，其计算公式如下：

1.3.7 脱水收缩率的测定

参照MEI J等[20]的方法对凝固型发酵乳的脱水收缩率进行测定。将30 g未经搅拌的凝固型发酵乳放置于Whatman No.1滤纸中，在4 ℃条件下过滤2 h，用烧杯收集滤出的乳清。脱水收缩率以乳清析出量的百分数表示。

1.3.8 颜色的测定

将8 g经过搅拌的凝固型发酵乳放在Φ=5cm石英比色皿中，置于色差计上进行测定，所采用的标准板是白板D65。以Hunter Lab色空间L*值（黑-白）、a*值（红-绿）和b*值（黄-蓝）表示。色差（ΔE*）值计算公式如下：

1.3.9 感官评价

参照卢玉容等[21]的标准制定比较完整的评价指标及标准，具体评定指标及标准见表2。采用9分制的评分法，由经过训练的12名感官品评人员通过看、闻、尝等方式对冷藏保存14 d的低脂凝固型发酵乳进行描述性评价。

表2 凝固型发酵乳感官评价指标和标准Table 2 Sensory evaluation indexes and standards of set-style yogurt

续表

1.3.10 统计分析

实验结果以“平均值±标准偏差”表示，用SPSS22.0软件对所获得的结果进行统计分析，显著性检验采用ANOVA程序中的Turkey法，P＜0.05即差异显著。

2 结果与分析

2.1 低脂凝固型发酵乳的pH值与滴定酸度

图1 凝固型发酵乳冷藏期间pH值（A）及滴定酸度（B）的变化Fig.1 Changes of pH value (A) and titration acidity (B) of set-style yogurt during cold storage

由图1A可知，在冷藏期间，随着冷藏时间的延长，所有凝固型发酵乳的pH值均呈下降趋势。低脂凝固型发酵乳中，随着低聚果糖添加量的增加，pH值下降幅度增大。在冷藏期间，全脂凝固型发酵乳和含低聚果糖的低脂凝固型发酵乳之间的pH值无显著性差异（P＞0.05）。全脂凝固型发酵乳冷藏0 d时pH值为4.27，21 d时下降至4.07。添加1%、2%、3%低聚果糖的低脂凝固型发酵乳冷藏0 d时，pH值分别为4.30、4.26和4.20，21 d时，pH值分别下降至4.16、4.13和4.06。

由图1B可知，在冷藏期间，随着冷藏时间的延长，所有凝固型发酵乳的滴定酸度均升高，滴定酸度为56～87°T。添加1%低聚果糖的低脂凝固型发酵乳的滴定酸度为56～75°T，添加2%低聚果糖的低脂凝固型发酵乳的滴定酸度为62～79°T，添加3%低聚果糖的低脂凝固型发酵乳的滴定酸度为68～87°T，全脂发酵乳的滴定酸度为64～85°T，其滴定酸度值介于2%～3%低聚果糖添加量之间。分析原因可能是低聚果糖可以促进乳酸菌的生长繁殖，增加乳糖分解生成乳酸，从而降低低脂凝固型发酵乳的pH值和增加滴定酸度，在其他文献中也有类似发现[22]。因此，低脂凝固型发酵乳中添加低聚果糖可以有效改善低脂发酵乳pH值偏高、滴定酸度偏低的问题[23]。

2.2 低脂凝固型发酵乳的硬度

图2 凝固型发酵乳冷藏期间硬度的变化Fig.2 Changes of hardness of set-style yogurt during cold storage

由图2可知，在冷藏期间，随着冷藏时间的延长，所有凝固型发酵乳的硬度呈下降趋势。随着低聚果糖添加量的增加，低脂凝固型发酵乳的硬度增大，分析原因可能是低聚果糖的添加会改变低脂凝聚发酵乳的酪蛋白凝胶结构，彼此之间或者和水分之间可以连接在一起，形成对酪蛋白凝胶结构的重排[24]。同时，添加3%低聚果糖的低脂凝固型发酵乳由于pH值要比全脂凝固型发酵乳低，可能会导致凝胶结构收缩，形成高强度的凝胶[25]。此外，在低脂凝固型发酵乳中，由于乳脂肪的缺失，使得酪蛋白之间形成凝胶骨架结构要致密，导致低脂凝固型发酵乳的硬度要比全脂凝固型发酵乳的硬度要大。因此，添加低聚果糖可以提高低脂凝固型发酵乳的硬度，利于凝固型酸奶发酵过程中的成型[26-27]。

2.3 低脂凝固型发酵乳的黏度

由图3可知，在冷藏期间，随着冷藏时间的延长，所有凝固型发酵乳的黏度均呈下降趋势。与低脂凝固型发酵乳相比，全脂凝固型发酵乳的黏度较高，分析原因可能是低聚果糖的添加在其中形成团簇会破坏发酵乳中酪蛋白网络的形成，导致发酵乳凝胶结构收缩，发酵乳黏度下降[28]。

图3 凝固型发酵乳冷藏期间黏度的变化Fig.3 Changes of viscosity of set-style yogurt during cold storage

2.4 低脂凝固型发酵乳的持水率及脱水收缩率

图4 凝固型发酵乳冷藏期间持水率（A）及收缩率（B）的变化Fig.4 Changes of water holding ratio (A) and syneresis ratio (B) of set-style yogurt during cold storage

低脂凝固型发酵乳的持水率与凝胶酪蛋白的持水能力有关，一般来讲，持水率越高，乳清析出少，凝固型发酵乳的稳定性就越高。由图4A可知，随着低聚果糖添加量的增加，低脂凝固型发酵乳的持水率增加。冷藏0 d时，全脂凝固型发酵乳的持水率为63.4%。添加3%低聚果糖的低脂凝固型发酵乳的持水率为63.8%，比全脂凝固型发酵乳的持水率略高。随着冷藏时间的延长，发酵乳持水率呈下降趋势。在冷藏中前期，添加1%和2%低聚果糖的低脂凝固型发酵乳与全脂发酵乳的持水率无明显差异，但到冷藏后期，添加低聚果糖的低脂凝固型发酵乳的持水率都比全脂发酵乳低。

脱水收缩率是对低脂凝固型发酵乳质量进行评价的重要指标之一，冷藏过程中蛋白质形成凝胶发生收缩，导致乳清分离[29]。由图4B可知，低聚果糖添加量越多，低脂凝固型发酵乳的脱水收缩率越低，乳清分离率越低。在冷藏0 d时，添加低聚果糖的低脂凝固型发酵乳的脱水收缩率高于全脂发酵乳。随着冷藏时间的延长，凝固型发酵乳的脱水收缩率均逐渐增加，到冷藏后期，添加3%低聚果糖的低脂凝固型发酵乳的脱水收缩率低于全脂发酵乳。

发酵乳冷藏期间，脱水收缩率和持水率的变化是由于酪蛋白凝胶网络结构的弱化导致酪蛋白持水能力下降，使得与酪蛋白结合的水分析出。发酵剂中的乳酸菌可以降低pH值使得酪蛋白胶束通过等电沉淀进行聚合，在冷藏过程中，酪蛋白胶束可以被打断，聚合度下降，导致脱水收缩率增加[30]。低聚果糖分子可以与水分子结合，阻止水分子自由移动，同时，低聚果糖分子也可以和酪蛋白结合，使酪蛋白凝胶束缚水分子的能力增加。在凝固型发酵乳冷藏过程中，与全脂发酵乳相比，低脂凝固型发酵乳脱水收缩率要低[31]，但添加3%低聚果糖的低脂凝固型发酵乳与全脂发酵乳的脱水收缩率差异较小，尤其是在冷藏后期。因此，添加3%低聚果糖的低脂凝固型发酵乳在持水率和脱水收缩率方面与全脂发酵乳较为接近。

2.5 低脂凝固型发酵乳的颜色

由表2可知，低聚果糖添加量为2%时，低脂凝固型发酵乳的L*值（黑-白）最小，所表现出的外观白度越差。在冷藏过程中，随着冷藏时间的延长，低脂凝固型发酵乳L*值下降，而全脂凝固型发酵乳L*值先上升后下降。对于a*值（红-绿）来讲，1%-FOS表现出先增加后降低的趋势，其他样品表现出降低的趋势，a*值的增加可能与持水率增加有关[32]。在冷藏0 d时，添加低聚果糖的低脂凝固型发酵乳的b*值（黄-蓝）要比全脂凝固型发酵乳高，但是在冷藏过程中添加低聚果糖的低脂凝固型发酵乳的b*值下降，而全脂凝固型发酵乳却在增加。在发酵乳冷藏过程中，全脂发酵乳中a*值的降低和b*值的升高说明全脂凝固型发酵乳有变红色的趋势，这可能和脂质氧化有关[33]。添加低聚果糖可以避免凝固型酸奶在冷藏过程中由脂肪氧化引起的变红趋势，但在白色度方面，添加低聚果糖的低脂凝固型发酵乳的白色度没有全脂发酵乳高。ΔE值表示低脂凝固型发酵乳随时间变化或者是个体之间的颜色差异，一般来讲，ΔE值＞5可以用肉眼看出颜色差异。所有样品ΔE值＞5，可以用肉眼辨别出发酵乳在不同冷藏期及不同发酵乳样品之间的颜色差异。

表2 凝固型发酵乳冷藏期间颜色的变化Table 2 Changes of color of set-style yogurt during cold storage

2.6 低脂凝固型发酵乳的感官评价

图5 冷藏14 d时凝固型发酵乳的感官评价结果Fig.5 Results of sensory evaluation of set-style yogurt after cold storage for 14 d

由图5可知，在质构方面，全脂凝固型发酵乳优于含低聚果糖的低脂凝固型发酵乳，分析原因可能是由于脂肪的存在，全脂凝固型发酵乳有着更为顺滑的质构，低聚果糖在改善质构方面与乳脂肪相比还有较大差距。在风味和气味方面，全脂凝固型发酵乳优于含低聚果糖的低脂凝固型发酵乳，且低聚果糖添加量越多，低脂凝固型发酵乳的风味与气味越差，分析原因可能是，乳脂肪在凝固型发酵乳中可以作为风味化合物的前体，产生酯类、醇类、酸类等挥发性风味化合物，可以增强感官评定评价中的风味属性[34]，而低聚果糖在提高风味方面作用可以忽略不计。在颜色和外观方面，含低聚果糖的低脂凝固型发酵乳与全脂凝固型发酵乳差异较小，从表2中也可以得到类似结果。在整体接受度方面，全脂凝固型发酵乳的得分为7.13分，属于中等接受程度，得分较低主要原因是未加入蔗糖提高发酵乳的口感，有乳清析出。而添加低聚果糖的低脂凝固型发酵乳整体接受度均在7.00分以下。整体接受度包括不同的感官认知，如口味、黏度和奶油味等，影响因素较多。

3 结论

以低聚果糖作为脂肪替代物，研究了其在低脂凝固型发酵乳制作中的可行性。结果表明，在冷藏过程中，低聚果糖的添加可以有效改善低脂凝固型发酵乳pH值偏高、滴定酸度偏低的问题；低聚果糖可以改变低脂凝固型发酵乳的酪蛋白凝胶结构，增加低脂发酵乳的硬度，利于凝固型酸奶发酵过程中的成型；低聚果糖形成团簇会破坏发酵乳中酪蛋白网络的形成，发酵乳黏度下降；在发酵乳冷藏过程中，低聚果糖会增加低脂凝固型发酵乳的持水率，添加3%低聚果糖的低脂凝固型发酵乳与全脂发酵乳的脱水收缩率差异较小，尤其是在冷藏后期，提高低脂发酵乳的稳定性；在颜色变化方面，添加低聚果糖的低脂凝固型发酵乳的白色度没有全脂发酵乳高，但在冷藏过程中会避免由脂肪氧化产生的变红趋势；冷藏14 d后的发酵乳感官评价结果表明，低聚果糖可以改善低脂凝固型发酵乳的颜色和外观，但在整体接受度、风味和气味方面与全脂发酵乳仍有差距。