瓜尔豆胶对乳酸菌增殖及酸奶品质的影响

石玉琴，杨绍青， 李延啸，刘 军，闫巧娟，江正强*

（1.中国农业大学 食品科学与营养工程学院，北京100083；2.中国农业大学 工学院，北京 100083）

瓜尔豆胶是一种水溶性膳食纤维，主要成分是半乳甘露聚糖，可作为增稠剂在食品中使用。通过部分水解瓜尔豆胶，降低多糖平均相对分子质量，可以使多糖的粘度、溶解性等物化性质改变，进而产生很多水解前不具备的生物活性[1-11]。体外发酵实验表明，添加部分水解的瓜尔豆胶（PHGG）可以促进粪便中双歧杆菌属、乳酸杆菌属等益生菌群的活菌数增加，促进短链脂肪酸产生[12-14]。Ohashi等人通过2周的人体实验进一步证实了PHGG对肠道菌群的调节能力，志愿者每天摄入6 g PHGG，连续摄入2周，粪便中的双歧杆菌和产丁酸菌数量增加[15]，说明PHGG有促进大肠中有益菌群增加、促进肠道中短链脂肪酸产生和保护肠道健康的作用。

作者以平均相对分子质量20 000的PHGG为研究对象，将PHGG添加到脱脂酸奶中，通过测定酸奶的活菌数、pH、滴定酸度、粘度、持水力和感官指标，研究PHGG对酸奶发酵菌生长的影响和脱脂酸奶品质的影响。

1 材料与方法

1.1 试剂和仪器

保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌：中国农业大学食品学院微生物实验室提供；脱脂奶粉：内蒙古伊利实业集团股份有限公司产品；MRS肉汤培养基：北京奥博星生物技术有限责任公司产品；PHGG：由作者所在实验室自行水解制备；其余试剂均为国产分析纯。

BS-124S型电子分析天平：赛多利斯科学仪器（北京）有限公司产品；GL-20B高速冷冻离心机：上海安亭科学仪器厂产品；PB21型pH计：赛多利斯科学仪器（北京）有限公司产品；SPX-80生化培养箱：上海科恒实业发展有限公司产品；DV-1旋转粘度计：上海越平科学仪器有限公司产品。

1.2 实验方法

1.2.1 发酵剂的制备 以脱脂奶粉为原料制成质量浓度120 g/L的复原乳，经过115℃灭菌15 min，作为培养基。将保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌分别在脱脂乳培养基中经过连续3次37℃、24 h的活化培养，再按1∶1混合，得到发酵剂。

1.2.2 酸奶制作工艺 以脱脂奶粉为原料制成质量浓度120 g/L的复原乳，添加60 g/L的蔗糖，再分别添加0～20 g/L的PHGG，搅拌均匀后，95℃灭菌15 min。待复原乳冷却到室温后，接种体积分数4%的发酵剂，42℃发酵9 h，将发酵后的酸奶于4℃冷藏。

1.2.3 PHGG对酸奶中保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的影响 以脱脂奶粉为原料制成质量浓度120 g/L的复原乳，添加60 g/L的蔗糖，再分别添加0～20 g/L的PHGG，搅拌均匀后，95℃灭菌15 min。待复原乳冷却到室温后，分别接种体积分数2%的保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌，42℃发酵9 h。将发酵后的酸奶于4℃冷藏。冷藏1 d后测定酸奶中的活菌数和pH。

1.2.4 乳酸菌活菌数测定 测定酸奶在4℃冷藏1～21 d后的活菌总数。将待测样品稀释后，浇注MRS培养基平板进行计数。

1.2.5 酸度测定 pH测定 测定酸奶在4℃冷藏1～21 d后的pH。滴定酸度测定：和pH同步测定，参照GB 5009.239—2016进行测定[16]。

1.2.6 粘度测定 用旋转型黏度计测定4℃冷藏1 d后的酸奶粘度。选用2号转子，转速为12 r/min，在室温下测试。

1.2.7 持水力测定 取4℃冷藏1 d的酸奶进行持水力测定。称量50 mL空离心管的质量m0，再取待测样30 mL于50 mL离心管中，称量总质量m1，3 000 r/min离心10 min，弃去上清液，倒置10 min后称量总质量m2，计算持水力。

1.2.8 感官评价 选取色泽、组织状态、气味、口感4个指标，每个指标都采用10分制[17-18]，0分代表极难接受；10分代表极喜欢，邀请15名食品专业的师生对冷藏1 d后的酸奶进行感官评价。

2 结果与分析

2.1 PHGG对发酵剂菌种生长的影响

保加利亚乳杆菌与嗜热链球菌是酸奶中常加的两种菌剂，表2结果表明，PHGG对这两种菌的生长都有促进作用。

由表2可以看出，单独接种保加利亚乳杆菌发酵酸奶时，相比于空白组，PHGG组的活菌数显著增加，且随着PHGG添加量的增加，活菌数呈增加的趋势，添加5 g/L的PHGG时，活菌数是空白组的1.2倍；当添加量为20 g/L时，活菌数是空白组的1.5倍。PHGG还可以促进保加利亚乳杆菌产酸，随着PHGG添加量的增加，酸奶的pH呈下降趋势且与空白组差异显著。保加利亚乳杆菌具有非常丰富的保健功能，如促进肠道益生菌生长定殖，促进胃肠道健康等[19]。在酸奶发酵过程中会大量消耗乳糖产生乳酸，酸奶发酵后期pH较低球菌生长缓慢，凝乳主要依靠保加利亚乳杆菌产酸[20]。PHGG通过促进保加利亚乳杆菌的生长，可以加快发酵乳中乳酸含量的增加，进而加快pH下降和酸度升高。在生产中加入PHGG，可以加快酸奶凝乳，缩短发酵周期，提高生产效率。此外，添加PHGG可以增加酸奶中保加利亚乳杆菌的活菌数，有助于保加利亚乳杆菌产生更多的活性物质，增强酸奶的保健功能。

单独接种嗜热链球菌发酵酸奶时，添加PHGG同样可以显著增加活菌数并促进乳酸菌产酸。在一定范围内随着PHGG添加量的增加，活菌数逐渐增加，添加量在10～15 g/L时，活菌数是空白组的3倍，添加量20 g/L时，活菌数相比于15 g/L时有所减少。说明在一定范围内，PHGG对酸奶中嗜热链球菌的生长有促进作用。PHGG组的pH显著低于空白组，说明PHGG可以促进嗜热链球菌产酸。嗜热链球菌在酸奶发酵过程中主要影响发酵前期产酸和酸奶风味质地[20-21]。PHGG在促进嗜热链球菌生长的同时，也促进了嗜热链球菌代谢产物的积累，可以加快酸奶在发酵前期的酸度变化，进而缩短整个发酵周期。嗜热链球菌在发酵过程中可以产生大量风味物质，如乙醛、双乙酰等，增加嗜热链球菌的数量有助于增加酸奶中风味物质的积累，提高酸奶的感官品质。

PHGG虽然对两种乳酸菌都有促进生长的作用，但促进效果不同。从活菌数的变化情况来看，单独发酵保加利亚乳杆菌时，添加PHGG能达到的最大活菌数是空白组的1.5倍，而单独发酵嗜热链球菌时，添加PHGG能达到的最大活菌数是空白组的3倍。PHGG对嗜热链球菌的促进作用要强于保加利亚乳杆菌。在产品中，两种菌的比例发生改变，会影响到产品特质，嗜热链球菌比例增加，可以明显提高酸奶的风味和口感，减轻冷藏过程中保加利亚乳杆菌继续生长造成的后酸化问题[19，22]。

表1 酸奶感官评价标准Table 1 Standards for sensory evaluation of yogurt

表2 PHGG在保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌单独发酵酸奶时对酸奶活菌数和pH的影响Table 2 Effect of PHGG on viable counts and pH of yogurt fermented by Lactobacillus bulgaricus or Streptococcus thermophiles

2.2 PHGG对酸奶活菌数的影响

利用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌共同发酵酸奶时，添加不同质量浓度的PHGG对酸奶活菌数的影响显著。

图1 酸奶冷藏期间活菌数变化Fig.1 Viable counts of lactic acid bacteria in yogurt during storage

冷藏第1天的结果表明，发酵结束后，酸奶中的活菌数随着PHGG添加量的增加而增加。在冷藏过程中，各组的活菌数都呈现先增加后减少的趋势，冷藏21 d后，各组的活菌数量都明显降低，但从整个冷藏阶段来看，PHGG组活菌数始终高于空白组（图 1）。

进入冷藏后，乳酸菌还在继续缓慢生长，活菌数量增加，之后随着酸度的积累、营养物质的减少和乳酸菌代谢产物的积累，酸奶中活菌数下降。添加PHGG组的活菌数相比于空白组下降倍数更大，这可能与PHGG组的酸奶酸度更低、代谢产物积累更多有关。酸奶的活菌数是衡量酸奶品质的一项重要指标，更高的活菌数可以使产品在市场上更有竞争力，无论是用单一菌株还是两株菌共同发酵，添加PHGG都可以增加酸奶中的活菌数。

2.3 PHGG对酸奶酸度的影响

PHGG可以增加酸奶的酸度，降低酸奶pH，但不会造成严重的后酸化。实验结果表明PHGG可以促进乳酸菌的生长，发酵相同时间后酸奶的活菌数更高，酸奶中积累的代谢产物更多，乳酸等代谢产物会影响酸奶的酸度，因此添加PHGG的酸奶酸度更高。酸奶结束发酵进入冷藏过程后，酸度会缓慢升高，这一过程称为后酸化。酸奶发酵常用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌，当pH低于5.5时，球菌生长开始受到抑制，杆菌继续生长产酸至发酵结束。进入冷藏阶段后，杆菌还可以继续缓慢生长并产酸，直到pH低至3.5杆菌才会停止生长产酸，酸奶的后酸化主要是由保加利亚乳杆菌造成的[23]。在整个冷藏期间，各组pH下降值、酸度升高值之间没有明显差异，20 g/L添加量组的酸度值始终最高，但是没有超过120°T[6]，仍在适口范围，说明PHGG不会造成严重的后酸化。这可能是因为PHGG对嗜热链球菌的增值效果更好，对保加利亚乳杆菌的增殖效果较弱，而后酸化主要是由保加利亚乳杆菌引起的。

图2 PHGG对酸奶酸度和pH的影响Fig.2 Effect of PHGG on acidity and pH of yogurt

2.4 PHGG对酸奶黏度特性的影响

随着PHGG添加量的增加，酸奶的粘度呈增加趋势，添加量达到15 g/L后，增加的趋势变缓，结果见图3。

图3 PHGG对酸奶粘度的影响Fig.3 Effect of PHGG on viscosity of yogurt

粘度是酸奶品质的一项重要指标，影响酸奶的组织状态、感官品质。原料乳的成分和添加剂的使用、发酵剂的选择、均质方式等加工条件都会影响酸奶粘度[24]。加入PHGG发酵酸奶可以显著增加酸奶的粘度，添加量为20 g/L时粘度达到空白组的1.7倍。PHGG是一种低粘度膳食纤维，添加到牛奶中不会影响牛奶粘度，推测可能是由于PHGG促进乳酸菌生长并分泌胞外多糖，特别是嗜热链球菌，分泌的胞外多糖有助于增加酸奶粘度。干物质含量增加有助于酸奶的粘度增加，添加PHGG增加了酸奶中干物质的含量，但添加量较小，推测干物质含量变化不是质构改变的主要因素。梁海艳[25]等人的实验中，添加人参多糖后酸奶的表观粘度反而降低。很多研究表明，添加菊粉可以增加酸奶的表观粘度，可能是因为菊粉本身作为糖类物质可以结合水，具有保水能力，或者参与了蛋白质凝胶形成，改善了质构[26]。PHGG是多糖，增加粘度的原因还可能是由于PHGG的保水能力或在蛋白质酸凝的过程中参与凝胶结构的形成，进而改善质构。

2.5 PHGG对酸奶保水性的影响

随着PHGG添加量的增加，酸奶持水力增加，各组间差异显著（图4）。

图4 PHGG对酸奶持水力的影响Fig.4 Effect of PHGG on water holding capacity of yogurt

持水力和粘度都是表征酸奶质构特性的重要指标，持水力增加说明PHGG可以减少乳清析出，改善酸奶的质地和口感。持水力和粘度增加有助于提高酸奶凝胶强度和产品稳定性。对于凝固型酸奶，增强凝胶强度避免运输过程中凝乳破碎、乳清析出尤为重要。Mudgil等人用纤维素酶水解瓜尔豆胶，将水解物添加到酸奶中，发现水解物会降低酸奶粘度和持水力[27]。作者实验的结果与之相反，推测可能是由于水解物相对分子质量分布等差异造成的。

2.6 PHGG对酸奶感官品质的影响

通过感官品评，适量添加PHGG可以提高酸奶的感官品质（表3）。

表3 酸奶感官评分结果Table 3 Sensory evaluation of yogurt

在感官品质方面，PHGG主要影响酸奶的质地和口感，而对色泽和风味品质影响不大。在色泽方面，空白组颜色偏白，而添加PHGG酸奶颜色呈浅黄色，但变化很小，对产品的色泽无显著影响。PHGG是一种无色无味的膳食纤维，添加到原料乳中不会引起明显变化，酸奶产品中，添加PHGG的酸奶颜色偏黄，推测由于PHGG是碳水化合物，在巴氏灭菌的过程中发生了美拉德反应。国标中规定的酸奶色泽是乳白色或微黄色，添加PHGG的酸奶颜色符合国标要求，且质地更佳，色泽更均匀，在感官评分中略高于空白组。在质地方面，空白组的酸奶乳清析出较多，凝乳松散易碎，质地稀薄，评分最低。加入PHGG的酸奶，粘度和持水力增加，乳清析出减少，质地更加均匀细腻，在添加量为10 g/L时评分最高。添加量为15 g/L和20 g/L时，酸奶质地稠厚，细腻均匀程度降低，评分降低。酸奶在质地方面的感官评分和粘度、持水力结果一致，PHGG可以增加酸奶的持水力和粘度，减少乳清析出，改善质构。在风味方面，PHGG本身无味，各组都有酸奶香味，但添加PHGG可以使乳香味和酸味更浓，因此各组评分略高于空白组，但无显著性差异。在口感方面，各组的评分都显著高于空白组，空白组酸味淡，入口稀薄，适口性差，随着PHGG浓度增加，酸奶的酸度增加，入口后稠厚感增强，在添加量为15 g/L时口感最佳，当添加量为20 g/L时，酸度过高且酸奶过于稠厚，入口不爽滑，适口性变差。风味和口感的评分与活菌数变化一致，PHGG通过促进乳酸菌增殖，产生更多的风味物质和乳酸，使酸奶香味更加浓郁，酸味增强。总体来看，当PHGG的添加量为10～15 g/L时，感官品质达到最佳，色泽均一，质构细腻，乳清析出少，香味浓郁且酸甜适口。

3 结 语

PHGG可以促进保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌在酸奶发酵过程中的增殖，提高酸奶中的活菌数，促进乳酸菌产酸，加快凝乳，显著增加酸奶的粘度和持水力，提高酸奶的质构品质，当PHGG添加量为10～15 g/L时，酸奶的感官品质达到最佳。研究结果表明PHGG可以作为一种有效的酸奶添加剂。