原料乳中氧氟沙星残留量对S. thermophilus grx02发酵乳质构及流变特性的影响

陈　霞，包一枫，陈大卫，赵海晴，顾瑞霞*

（扬州大学 江苏省乳品生物技术与安全控制重点实验室，江苏 扬州　225127）

原料乳中氧氟沙星残留量对S. thermophilus grx02发酵乳质构及流变特性的影响

陈霞，包一枫，陈大卫，赵海晴，顾瑞霞*

（扬州大学 江苏省乳品生物技术与安全控制重点实验室，江苏 扬州225127）

选择对氧氟沙星敏感的嗜热链球菌（S. the rmophilus）grx02作为发酵微生物，研究了不同氧氟沙星残留量对其生长曲线及发酵乳质构和流变特性的影响。结果表明：当原料乳中氧氟沙星残留量达到1.0 μg/mL时，会使S. thermophilus grx02的生长速率、发酵乳的黏附性、胶黏性和咀嚼性显著降低；当氧氟沙星残留量达到0.5 μg/mL时，会对S. thermophilus grx02发酵乳的流变特性产生显著影响，使其凝胶稳定性降低，抗机械运动和温度变化的能力降低（P＜0.05）。上述结果表明，用于发酵乳制品生产的原料乳中氧氟沙星的残留限量应该控制在0.5 μg/mL以下。

氧氟沙星；嗜热链球菌；发酵乳；质构；流变特性

近年来，牛乳中的抗生素残留问题已经引起人们的广泛重视。原料乳中的抗生素残留不仅会引起一系列的食品安全问题，同时可能导致牛乳发酵迟缓，甚至不能正常凝乳，严重影响了发酵乳制品的品质［1-2］。氧氟沙星（ofloxacin，OFX）属于氟喹诺酮类抗生素，由于其价格较低、抗菌谱广、高效低毒等特点［3］，被广泛用于奶牛乳房炎的预防和治疗，使得原料乳中的氧氟沙星残留问题较普遍［4-5］。前期的研究发现，0.75 μg/mL的氧氟沙星会延长嗜热链球菌（S. thermophilus）grx02发酵乳的凝乳时间，降低其产酸能力和产黏能力［6］。而低质量浓度的氧氟沙星对发酵乳的质构和流变特性会产生怎样的影响，目前还未见报道。

发酵乳是一种较复杂的流体，其最理想的状态是半固体状［7］。高品质的发酵乳应当质地均匀细腻，并具有一定的硬度、弹性、胶黏性和黏度［8］，以确保其在运输和贮藏过程中的稳定性。近年来，由于原料乳中的抗生素残留较普遍，使得发酵乳的凝胶状态受到了一定的影响［9-10］。利用食品质构仪和旋转流变仪，可以研究原料乳中低质量浓度的抗生素残留对发酵乳凝胶的硬度、弹性、胶黏性和黏度等一系列物理性质的影响［11-12］，可以了解发酵乳的流动和变形随时间、温度、剪切力的变化而表现出的一系列性质［13］，是检测发酵乳质量和稳定性的重要手段之一［14-15］。本实验通过静态分析法来研究不同氧氟沙星残留量对发酵乳质构和流变特性的影响，以期为乳品企业加强原料乳的质量控制，不断提高发酵乳产品的质量提供理论参考。

1　材料与方法

1.1材料、菌种与试剂

脱脂乳粉、全脂乳粉新西兰恒天然公司。

S. thermophilus grx02为扬州大学江苏省乳品生物技术与安全控制重点实验室分离、筛选和保存的专利菌株。

氧氟沙星（粉状，100 g/瓶，医药级）加拿大BBI公司。

1.2仪器与设备

SX-500高压灭菌器日本Tomy公司；APV 1000高压均质仪丹麦APV公司；FP-110-C全自动生长曲线分析仪芬兰Bioscreen公司；TMS-Pro食品质构仪美国FTC公司；Allegra X-22R台式冷冻离心机德国贝克曼公司；Kinexus Pro旋转流变仪英国马尔文公司；XMTD-8222恒温培养箱上海精宏实验设备有限公司。

1.3方法

1.3.1S. thermophilus grx02的活化培养

将冻干保存的S. thermophilus grx02菌种接种于脱脂乳培养基中培养，42 ℃活化两代，4 ℃冷藏备用。

1.3.2S. thermophilus grx02生长曲线的测定

将活化好的S. thermophilus grx02以2.0%（V/V）的量接种到MRS液体培养基中，各药物组分别加入0.1、0.5、1.0 μg/mL的氧氟沙星，利用全自动生长曲线仪测定在42 ℃恒温培养过程中的OD600nm值，并绘制生长曲线。

1.3.3发酵乳样品的制备

发酵乳样品的制备方法参照陈霞等［16］的方法进行。对照组不加氧氟沙星，各药物组分别加入0.1、0.5、1.0 μg/mL的氧氟沙星，于42 ℃培养至凝乳后，迅速置于冰水中冷却至4 ℃，并于4 ℃冷藏24 h后进行质构和流变特性的测定。

1.3.4发酵乳质构特性的测定

发酵乳质构特性测定参照李达等［17］的方法，对测定参数略作改动，用TMS-Pro食品质构仪进行测定。将从4 ℃冰箱取出的发酵乳样品立即在室温条件下进行测定。测定探头：P/25柱形探头，测定参数：测试前速率5.0 mm/s，测试速率2.0 mm/s，测试 后速率2.0 mm/s，起始力0.03 N，穿入距离10 mm，两次压缩之间停留5 s。利用质构数据分析软件由全质构曲线计算得到硬度（hardness）、最大黏附力（cohesiveness）、黏附性（adhesiveness）、弹性（springiness）、胶黏性（gumminess）和咀嚼性（chewiness）等指标值。

1.3.5发酵乳流变特性的测定

发酵乳流变特性测定参照王松松等［18］的方法进行，并对部分测定参数略作改动。利用马尔文Kinexus Pro旋转流变仪，采用CP2/50 SR0162 SS探头对发酵乳样品分别进行以下流变特性指标的检测。

1.3.5.1表观黏度随时间变化的测定

在恒温25 ℃、恒定剪切速率1.0 s-1、剪切时间2 min条件下，每2 s采集一个数据点，检测样品的表观黏度随时间的变化情况。

1.3.5.2触变性及触变环面积的测定

在恒温25 ℃条件下，首先剪切速率由0.1 s-1线性升高到100 s-1，每2 s采集一个数据，测定时间为2 min；剪切速率到达100 s-1后再线性降速到0.1 s-1，每2 s采集一个数据，测定时间为2 min，测定发酵乳样品的剪切应力、表观黏度随剪切速率的变化关系。

1.3.5.3应变扫描

在恒温25 ℃条件下，扫描频率为1 Hz，应变量由0.1%上升到100%，对发酵乳样品进行应变扫描，采集数据点30 个。

1.3.5.4温度扫描

在剪切速率恒定为0.1 s-1条件下，对样品进行从4 ℃阶梯升温至30 ℃温度扫描，升温速率为6 ℃/m in，采集的数据点为20 个。

1.4数据统计与分析

数据统计与分析均采用SPSS 17.0软件进行，采用Excel 2003作图。

2　结果与分析

2.1不同质量浓度氧氟沙星对S. thermophilus grx02生长特性的影响

图1　不同质量浓度氧氟沙星作用下S. thermophiilluuss grx02的生长曲线Fig.1　Growth curves of S. thermophilus grx02 under different ofloxacin concentrations

由图1可知，加入1.0 μg/mL氧氟沙星后S. thermophilus grx02生长速率显著低于其他3 组，而0.5 μg/mL和0.1 μg/mL组的生长曲线与对照组无显著性差异（P＞0.05）。对照组、0.5 μg/m L和0.1 μg/mL组的S. thermophilus grx02在培养6 h时开始进入对数生长期，而1.0 μg/mL组在培养8 h时进入对数生长期。说明当氧氟沙星残留量较高时，能够对S. thermophilus grx02的生长产生明显的抑制作用，能够显著降低S. thermophilus grx02的生长速率；而较低质量浓度的氧氟沙星对S. thermophilus grx02生长的抑制作用较弱。

[7][9] Michael D. Swaine, “China’s Assertive Behavior Part One: On ‘Core Interests’”, China Leadership Monitor, February 22, 2011, pp. 8-11, pp. 9-10.

2.2不同质量浓度氧氟沙星对S. thermophilus grx02发酵乳质构特性的影响

表1　不同质量浓度氧氟沙星对S. thermophilus grx02发酵乳质构特性的影响（x =3）Table 1 Effect of ofloxacin concentration on texture properties of S. thermophilus grx02 fermented milk（x ± ， n = 3）

在4 ℃贮藏24 h后各发酵乳样品的质构特性测定结果如表1所示，氧氟沙星各质量浓度组与对照组相比，发酵乳的硬度、最大黏附力和弹性间无显著性差异。但从黏附性和胶黏性来看，1.0 μg/mL组显著低于对照组（P＜0.05），而0.5 μg/mL和0.1 μg/mL组与对照组之间差异不显著。说明当原料乳中氧氟沙星的残留量较高时，会使发酵乳的黏附性和胶黏性降低，对其口感产生一定的影响。从咀嚼性来看，1.0 μg/mL组显著低于对照组和0.1 μg/mL组，而0.5 μg/mL组与其他组之间差异不显著。说明当氧氟沙星的残留量较高时，会使发酵乳的结实度降低，口感变差，这也与陈霞等［19］的研究结果相一致。这是因为较高残留量的氧氟沙星会对乳酸菌的生长产生一定的抑制作用，降低了凝乳酶的产生量，使其产酸和产黏能力降低，从而使得发酵乳的结实度受到影响。而当氧氟沙星的残留量较低时，对乳酸菌的生长抑制作用较小，因而对其产酸和产黏能力的影响也较小。

2.3恒温恒速下S. thermophilus grx02发酵乳的表观黏度随时间的变化

图2　恒温恒速下发酵乳样品表观黏度随时间的变化曲线Fig.2　Evolution of with shear time of apparent viscosity at constant temperature and rotation speed for fermented milk

在恒温25 ℃、剪切速率1 s-1条件下，含不同质量浓度氧氟沙星的发酵乳样品的表观黏度随时间变化情况如图2所示，各发酵乳样品的表观黏度都随着时间的延长而逐渐降低，说明各发酵乳样品都具有时间因素的切稀现象，属于正触变性流体。当发酵乳样品中的氧氟沙星质量浓度为0.5 μg/mL时，发酵乳样品的表观黏度明显低于对照组和0.1 μg/mL组；且随着氧氟沙星质量浓度的升高，各发酵乳样品的表观黏度随之下降；而0.1 μg/mL组发酵乳的表观黏度与对照组比较接近，说明当氧氟沙星质量浓度达到0.5 μg/mL时，就会使发酵乳凝胶的网络结构变的松散，使其结实度降低，从而影响了发酵乳的稳定性。

2.4S. thermophilus grx02发酵乳样品剪切应力随剪切速率的变化情况

图3　恒温条件下各发酵乳样品的剪切应力随剪切速率的变化曲线Fig.3　Curves of shear stress versus shear rate of fermented milk at constant temperature

在恒温25 ℃条件下，含不同质量浓度氧氟沙星的发酵乳样品的剪切应力随剪切速率的变化情况如图3所示。在升速剪切过程中，各发酵乳样品的剪切应力都随着剪切速率的增大而逐渐降低；当剪切速率达到最大值时开始降速剪切，各发酵乳样品的剪切应力又随着剪切速率的降低而进一步减小。起始剪切应力最大，这是因为此时发酵乳处于固体状，转子需要克服酸乳凝胶的屈服应力较大；而当发酵乳的凝胶状态被破坏后，剪切应力会迅速降低。在相同剪切速率条件下，1.0 μg/mL组的剪切应力明显小于其他3 组，而0.5 μg/mL组和0.1 μg/mL组与对照组比较接近。说明当氧氟沙星质量浓度达到1.0 μg/mL时，会降低发酵乳的凝胶强度，使其在运输和贮藏过程中，会因为很小的外力作用或轻微的晃动而发生破乳现象。由图3还可以看出，各发酵乳样品的升速曲线和降速曲线并不重合，有滞后现象，形成滞后环（触变环）。滞后环是触变性流体的典型特征［20］，说明各发酵乳样品均属于触变性流体，其凝胶结构在剪切力的作用下受到破坏后将无法恢复到初始状态。

图4　恒温恒定频率下各发酵乳样品应变扫描曲线Fig.4　Strain sweep curves at constant temperature and frequency for fermented milk

在恒温25 ℃条件下，扫描频率为1 Hz，对不同质量浓度氧氟沙星的发酵乳样品的应变扫描结果如图4所示。通过应变扫描可以得到弹性模量（G'）和黏性模量（G”）两组数据，它们可以反映发酵乳内在凝胶结构的稳定性强弱［21］。G'表示当物体受到外力作用时的变形程度，G'越大说明物体受到外力作用时的变形程度越小；而G”表示的是物体受到外力作用时阻碍其流动的特性，G”越大说明物体受到外力作用时越不容易流动［22］。G'与G”的大小决定了物体的流动特性，当G'＞G”时，样品的弹性形变优于黏性形变，物体呈现出一定的刚性特征，呈现出固体特性；当G'＜G”时，样品的黏性形变优于弹性形变，物体表现出一定的流体特性［14］。通过应变扫描还可以得到发酵乳样品的线性黏弹区，线性黏弹区的大小表示样品在本身结构不受影响的情况下所能承受的最大应变或应力［23］。由图4可知，在线性黏弹性区域内各发酵乳样品的G'和G”的变化不明显，且在这一区域内G'＞G”，说明此时发酵乳样品的网络结构还未被破坏，显示出相对较强的弹性，表现为固体特性；随着应变幅度的不断增大，达到临界应变量（γc）时，G'和G”值均开始逐渐减小，说明发酵乳凝胶的网络结构受到破坏，但此时其G'仍大于G”，发酵乳样品仍具有一定的弹性，其凝胶状态仍可以恢复；当应变增大到63.07%时，4 组发酵乳的G'均小于G”，此时发酵乳开始流动，显示出流体特性。由图4还可以看出，在相同的应变量（γ）条件下，随着氧氟沙星质量浓度的升高，G'和G”值均随之降低，而0.1 μg/mL组与对照组比较接近，说明随着氧氟沙星残留量的升高，发酵乳的稳定性随之降低；而当氧氟沙星的残留量较低时，对发酵乳的稳定性的影响较小。4 种发酵乳制品的临界应变量（γc）和临界应变量时的G'和G”如表2所示。

表2　4 种发酵乳制品临界应变量及其弹性模量和黏性模量Table 2 Critical strain， elastic modulus and viscous modulus of fermented milk as a function of the amount of residual ofloxacin

临界应变量（γc）可以反映样品的线性黏弹区的大小，发酵乳制品的线性黏弹区宽度及其弹性模量和黏性模量的大小也反映了发酵乳内在网络结构稳定性的强弱［23］。由表2可知，0.1 μg/mL组的发酵乳制品线性黏弹区与对照组的范围比较接近，而1.0 μg/mL和0.5 μg/mL组的线性黏弹区范围明显变窄，且弹性模量和黏性模量均随着氧氟沙星质量浓度的升高而明显降低。说明氧氟沙星的残留量达到0.5 μg/mL时均会在一定程度上降低发酵乳组织结构的稳定性，使其凝胶强度减弱，在运输时会由于晃动和冲击而引起破乳。

2.6温度扫描结果

图5　发酵乳样品表观黏度随温度的变化曲线Fig.5　Apparent viscosity curves of fermented milk as a function of temperature

在剪切速率恒定为0.1 s-1条件下，对不同质量浓度氧氟沙星的发酵乳样品的温度扫描结果如图5所示。发酵乳制品在运输过程中，经常会遇到温度的突然变化，也会造成发酵乳内部组织结构的变化。研究在恒定剪切速率下发酵乳表观黏度随温度的变化，能在一定程度上反映发酵乳制品在生产运输过程中对温度变化的耐受能力［24］。由图5可知，各发酵乳样品的表观黏度均随着温度的升高而逐渐降低，在一定温度范围内，1.0 μg/mL组的表观黏度均明显低于其他组，其他3 组在升温过程中表观黏度较接近。温度扫描结果进一步说明氧氟沙星的残留量较高时，会使发酵乳对温度变化的耐受性降低，使其在运输过程会由于温度的变化而使发酵乳产品的稳定性降低。

3　结 论

本实验选择对氧氟沙星敏感的S. thermophilus grx02作为发酵剂菌种，研究了不同残留量的氧氟沙星对S. thermophilus grx02生长曲线的影响，以及对S. thermophilus grx02发酵乳的质构和流变特性的影响。结果表明：当氧氟沙星的质量浓度达到1.0 μg/mL时，会使S. thermophilus grx02生长速率显著降低（P＜0.05）；当氧氟沙星的质量浓度达到1.0 μg/mL时，会使S. thermophilus grx02发酵乳的黏附性、胶黏性和咀嚼性显著降低（P＜0.05）；当氧氟沙星的质量浓度达到0.5 μg/mL时，会对S. thermophilus grx02发酵乳的流变特性产生一定影响，使其凝胶稳定性降低，抗机械运动和温度变化的能力降低。因此，用于发酵乳制品生产的原料乳中氧氟沙星的残留限量应该控制在0.5 μg/mL以下。

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Effect of Residual Ofloxacin in Raw Milk on Texture and Rheological Behavior of Fermented Milk Produced by S. thermophilus grx02

CHEN Xia， BAO Yifeng， CHEN Dawei， ZHAO Haiqing， GU Ruixia*
（Jiangsu Key Laboratory of Dairy Biological Technology and Safety Control， Yangzhou University， Yangzhou225127， China）

S. thermophilus grx02， a strain sensitive to ofloxacin， was used as starter culture to produce fermented milk， and the effect of residual ofloxacin on the growth curve of the strain and the texture and rheological behavior of fermented milk was studied. The results showed that the growth rate of S. thermophilus grx02 was markedly decreased when the amount of residual loxacin was 1.0 μg/mL. At the same time， the adhesiveness， gumminess and chewiness of fermented milk were also reduced remarkably. When the residual amount of ofloxacin rose to 0.5 μg/mL， the storage stability and rheological properties of fermented milk changed significantly， and the gel stability and resistance to mechanical movement and temperature variations also declined （P ＜ 0.05）. These findings suggest that the residual amount of ofloxacin in raw milk used for the processing of fermented dairy product should be lower than 0.5 μg/mL.

ofloxacin； S. thermophilus； fermented milk； texture； rheological behavior

Q931

A

1002-6630（2015）23-0018-05

10.7506/spkx1002-6630-201523004

2015-01-27

国家自然科学基金青年科学基金项目（31201393）；江苏省高校自然科学研究重大项目（12KJA550003）

陈霞（1976—），女，副教授，博士，研究方向为乳品科学。E-mail：chenxia@yzu.edu.cn

顾瑞霞（1963—），男，教授，博士，研究方向为乳品科学。E-mail：rxgu@yzu.edu.cn