李宁宁1,2,3，王正荣1,2,3，孙春晓1，赵圣明1,2,3*，姜丽丽1，赵春风1，赵岩岩1，康壮丽1,2,3，朱明明1,2,3，何鸿举1,2,3
1(河南科技学院 食品学院，河南 新乡，453003)2 (河南省畜禽产品精深加工与质量安全控制工程技术研究中心，河南 新乡，453003)3(国家猪肉加工技术研发专业中心，河南 新乡，453003)
摘 要 以牛蒡多糖为研究对象，通过测定发酵乳发酵后的持水力、乳酸菌活菌数、滴定酸度、pH值、色泽、存储模量和损失模量、质构、抗氧化性及感官评定等指标，研究牛蒡多糖对发酵乳品质和抗氧化性的影响。结果表明，牛蒡多糖可促进乳酸菌产酸及乳酸菌增殖，当牛蒡多糖质量浓度为1.5 g/L时，发酵乳的持水力最高，可达78.30%，比未添加组高出10.47%；添加牛蒡多糖后，发酵乳的DPPH自由基清除率、·OH自由基清除率和Fe3+还原能力最高分别达到97.23%、97.88%和0.58(OD值)，均显著高于空白对照组(P<0.05)；牛蒡多糖对发酵乳的流变特性的影响不明显，保留了发酵乳原有的口感；该研究为开发牛蒡多糖功能性发酵乳提供了理论依据。
关键词 牛蒡多糖；发酵乳；品质；抗氧化性
第一作者：硕士研究生(赵圣明讲师为通讯作者，E-mail：zhaoshengming@hist.edu.cn)。
基金项目：河南省科技攻关计划项目(182102310684,18210211 0423)；河南省高等学校重点科研项目(18B550003)；河南科技学院高层次人才科研启动项目(2016018,2016019)；河南科技学院大学生“百农英才”创新资助(BNYC2017-2-03)
收稿日期：2018-11-14，改回日期：2019-02-26
DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.019325
近年来，我国发酵乳市场发展迅速，增长率领先全球[1]。发酵乳是由鲜乳经乳酸菌发酵而成，不仅改善了营养品质，还产生了生物活性物质，具有较好的益生功能[2]。随着消费者生活水平的提高，对发酵乳的功能性和多样化要求日益增加。目前，国内外有很多关于活性多糖发酵乳的研究，例如LI等将杏鲍菇多糖加入到鲜乳中进行乳酸菌发酵，提高了发酵乳益生功能[3]。PANG等利用凝胶多糖混合物代替发酵乳中的明胶，显示发酵乳的流变学性质与显微结构类似于凝胶和明胶，提高了发酵乳的感官品质[4]。王瑞君研究发现添加适量香菇多糖能够明显促进发酵乳中嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌的生长繁殖，缩短延滞期[5]。崔国庭等研究表明，添加一定浓度红枣多糖能够有效地促进发酵乳中乳酸菌增值，提高发酵乳的持水力，稳定发酵乳的酸度，在贮藏期能够降低乳清析出率，改善发酵乳的感官品质[6]。诸多研究表明，添加活性多糖可有效提高发酵乳的品质。牛蒡多糖是一种具有多种生理活性的多聚果糖[7]，其具有调节肠胃、降血糖[8]、抗氧化[9]、免疫调节[10]、抗衰老等功能。在国内对牛蒡多糖的研究主要集中在生物活性及提取工艺方面[11-13]，而未见有关牛蒡多糖发酵乳的研究报道。
本研究以牛蒡多糖和发酵乳作为研究对象制备牛蒡多糖发酵乳，通过比较牛蒡多糖发酵乳与原味发酵乳在色泽、酸度、持水力、乳酸菌活菌数、抗氧化性、感官品质、质构特性、流变特性等的差异，探讨牛蒡多糖对发酵乳品质和抗氧化性的影响，为牛蒡多糖发酵乳的开发提供理论依据和技术支撑。
1.1.1 实验材料
牛蒡多糖(纯度67.34%)，本实验室提取；生鲜牛乳、蔗糖，市售食品级；发酵剂(嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌、植物乳杆菌)，河南科技学院食品微生物实验室保藏；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)，上海阿拉丁试剂有限公司；三氯乙酸，上海山浦化工有限公司；水杨酸，国药集团化学试剂有限公司；铁氰化钾，国药集团化学试剂有限公司；硫酸亚铁，天津科密欧试剂公司。
1.1.2 仪器与设备
TA -XT.plus质构仪，英国Stable Micro Systems(SMS)公司；722N型可见分光光度计，菁华科技仪器有限公司(上海)；HAAKEMARS流变仪，Thermo scientific公司；CR-400色差计，美能达公司(日本)；YXQ-LS-50SII立式压力蒸汽灭菌锅，博迅医疗生物仪器股份有限公司(上海)；HH-42水浴锅，国华电器有限公司(常州)；Beckman L-80-XP Ultracentrifuge离心机，美国Thermo公司；FE28 pH计，梅特勒-托利多仪器有限公司(上海)。
1.2.1 牛蒡多糖发酵乳制备
50 mL鲜牛乳，加入2.5 g蔗糖溶解后密封，95 ℃灭菌10 min，冷却至室温，加入发酵剂和不同浓度牛蒡多糖，42 ℃恒温发酵5 h，冷却后放入4 ℃冰箱后熟24 h，制得成品即为牛蒡多糖发酵乳。
1.2.2 发酵乳持水力测定
参照JAISWAL等方法[14]。选择不同浓度牛蒡多糖发酵乳和空白对照组进行测定，称取空的50 mL离心管质量记为W0，加入10 mL成品发酵乳质量记为W1。在3 000 r/min，4 ℃的条件下离心10 min。静置10 min后弃去上清液，称取质量记为W2，平行测定3次。用公式(1)计算持水力。
持水力
(1)
1.2.3 乳酸菌活菌数测定
取25 g发酵乳样品进行梯度稀释，选择10-5、10-6、10-7三个梯度测定，每个梯度取100 μL涂布到MRS固体培养基上，培养48 h进行计数。平行测定3次[15]。
1.2.4 酸度测定
滴定酸度测定：参照梁海艳等的方法[16]。称10 g发酵乳样品置于250 mL锥形瓶中，加20 mL蒸馏水搅拌均匀，加入0.5 mL质量浓度为5 g/L的酚酞指示剂，用0.100 0 mol/L的NaOH标准溶液滴定至微红色，且30 s内不褪色。记录消耗NaOH标准溶液的体积，乘以10即为样品的滴定酸度。
pH值测定：采用精密pH计对不同浓度牛蒡多糖发酵乳的pH值进行测定，重复测定3次。
1.2.5 色泽测定
用色差计测定发酵乳的L*值、a*值和b*值。每次测定前先用白板矫正。(L*值代表亮度值；a*值代表红度值；b*值代表黄度值)。
1.2.6 发酵乳储存模量和损失模量测定
使用流变仪进行测定，采用50 mm实心定转子的同心圆筒，取少量搅拌过的发酵乳放于探头上进行测定。此过程调整温度为5 ℃，缝隙为1 mm，并使用固定的频率(0.1～20 Hz)进行存储模量和损失模量的测定[17]。
1.2.7 质构测定
参照YUAN等的方法[18]，略作修改。采用质构仪选择质地剖面分析(texture profile analysis，TPA)测试模式和P/0.5探头对发酵乳的凝胶结构进行测定。参数如下：测前速率2.0 mm/s、测中速率1.0 mm/s和测后速率2.0 mm/s；下压间隔时间为0 s；最小触发力为0.3 N。每组指标平行测定3次。
1.2.8 抗氧化性测定
DPPH自由基清除能力的测定：参考SHEN等的方法[19]，并略作修改。1 g发酵乳样品溶解到9 mL 95%乙醇溶液，取2 mL样品混合溶液加2 mL 0.16 mmol/L DPPH溶液，25 ℃水浴加热30 min，在517 nm处测试样吸光度(Ai)，用蒸馏水代替上述体系中样品混合溶液测得空白吸光度(A0)，用95%乙醇代替上述体系中DPPH溶液。测得样品本底吸光度(Aj)，每个样品做3个平行。按如下公式计算清除率。如公式(2)所示。
清除率
(2)
·OH自由基清除能力的测定：参考SHEN等的方法[19]，并略作修改。1 g发酵乳样品溶解到9 mL 95%乙醇溶液，取4 mL样品混合溶液加入8.8 mmol/L H2O2、9 mmol/L FeSO4和9 mmol/L水杨酸各0.5 mL，混匀，37 ℃水浴加热30 min，在510 nm处测定吸光度(Ai)，用蒸馏水代替体系中样品混合溶液，测得空白吸光度(A0)，用蒸馏水替代H2O2溶液，测得样品本底吸光度(Aj)，每个样品做3个平行，计算清除率。如公式(3)所示。
清除率
(3)
Fe3+还原力的测定[20]：1 g发酵乳样品溶解到9 mL 95%乙醇溶液。取2 mL样品混合溶液加入10 g/L 的铁氰化钾溶液和0.2 mol/L磷酸盐缓冲液(pH 6.6)各2 mL，于50 ℃保温20 min，加入2 mL 0.1 g/mL 三氯乙酸溶液，混匀，3 000 r/min离心10 min， 取2 mL上清液，加入2 mL蒸馏水和0.4 mL 1 g/L三氯化铁溶液，室温反应10 min，于700 nm处测定吸光值。
1.2.9 发酵乳感官评定
根据表1所示的评分标准，选取10位有发酵乳感官评定经验的老师和同学(男女各5名)对加入不同浓度牛蒡多糖的发酵乳进行感官评定。感官评定最终得分为10人评分的平均值。
表1 发酵乳感官评分标准
Table 1 Sensory evaluation standard for fermented milk
1.2.10 数据处理
采用SPSS 24.0软件进行数据分析，并用Origin 2017软件进行作图。
持水力是影响发酵乳质量的重要因素，品质良好的发酵乳持水力较高。由图1可知，随着牛蒡多糖添加量的增加，发酵乳的持水力呈先增大后减弱的变化趋势。
图1 牛蒡多糖对发酵乳持水力的影响
Fig.1 Effect of burdock polysaccharide on water retention of fermented milk
注：不同小写字母表示各处理组差异显著。下同。
多糖组发酵乳的持水力均比空白对照组高，且差异显著(P<0.05)。牛蒡多糖添加量为1.5 g/L时，持水力达到最大值为78.3%。发酵乳的持水力受总固形物和总蛋白含量的影响，一定酸性条件下，发酵乳中的酪蛋白分子相互作用形成空间胶体结构，可容纳更多的水分[21-22]。添加适量牛蒡多糖能够促进酪蛋白相互作用，增加乳中蛋白质和总固形物的含量，减少乳清析出，提高持水力。当质量浓度高于1.5 g/L， 持水力呈递减趋势，这可能是由于过量的牛蒡多糖破坏发酵乳中各成分之间的相互作用[23]，导致发酵乳乳清析出率升高，持水力下降。本实验结果与崔国庭等研究结论一致[6]。添加适量的多糖提高持水力，改善了发酵乳的组织状态，提升了发酵乳的品质，添加过量的多糖会降低持水力，不利于稳定维持发酵乳品质。
乳酸菌活菌数是评价发酵乳品质的重要指标，添加不同浓度牛蒡多糖对发酵乳乳酸菌增殖的影响结果见表2。由表2可知，随着牛蒡多糖质量浓度的增加，发酵乳中乳酸菌活菌数增加，且多糖组发酵乳的乳酸菌活菌数均高于对照组。当牛蒡多糖的质量浓度为2.0 g/L时，乳酸菌活菌数达到109。牛蒡多糖可以作为益生元，促进乳酸菌的生长繁殖，使发酵乳中的营养物质得到充分利用，产生更多的活性物质[24]。益生乳酸菌可以调节肠道菌群平衡、改善肠胃健康，抑制有害微生物生长。因此，发酵乳中添加牛蒡多糖可以有效促进乳酸菌生长，增加乳酸菌活菌数量，提高发酵乳的品质。
表2 牛蒡多糖对发酵中乳酸菌活菌数的影响
Table 2 Effects of burdock polysaccharide number of lactic acid bacteria
不同浓度牛蒡多糖质量浓度对发酵乳滴定酸度的影响结果见图2。
图2 牛蒡多糖对发酵乳滴定酸度的影响
Fig.2 Effects of burdock polysaccharide on titration acidity of fermented milk
由图2可知，各组发酵乳的滴定酸度均大于70 °T，符合国家发酵乳产品规定标准。随着牛蒡多糖质量浓度的增加，发酵乳的酸度呈上升趋势，对照组最小为71.77 °T，添加质量浓度在3.0 g/L时最大，为84.67 °T，约为对照组的1.18 倍。多糖组发酵乳的滴定酸度均显著高于对照组(P<0.05)，由此可知添加牛蒡多糖可以促进发酵乳产酸。
添加不同质量浓度牛蒡多糖发酵乳与对照组pH值测定结果见图3，由图3可知，发酵乳pH值的测定结果与滴定酸度的测定结果一致，随着牛蒡多糖质量浓度的升高，pH值呈递减趋势，多糖组发酵乳的pH值均显著低于对照组(P<0.05)。当牛蒡多糖质量浓度超过2.0 g/L时，发酵乳的pH值递减速率明显提高。发酵乳的pH值一般维持在4.00～4.25，口感较好[25]，随着牛蒡多糖质量浓度的提高，发酵乳的pH值越接近4.00～4.25，当添加质量浓度为3.0 g/L时，发酵乳的pH值在4.00～4.25，说明牛蒡多糖的添加可以改善发酵乳的口感。本实验研究结果同梁海艳等[16]结论一致。添加多糖能够促进乳酸菌将多糖转化为短链脂肪酸，改善发酵乳的风味，与滴定酸度测定结果有相同的规律。
图3 牛蒡多糖对发酵乳pH值的影响
Fig.3 Effects of burdock polysaccharide on pH of fermented milk
不同质量浓度牛蒡多糖试验组和对照组的色泽测定结果见表3。
表3 发酵乳的色泽
Table 3 The color of fermented milk
注：结果以平均值±标准差表示，每列字母比较，不同字母表示差异显著(P<0.05)。
由表3可知，亮度值L*随着牛蒡多糖质量浓度增加呈下降趋势，不同质量浓度牛蒡多糖发酵乳L*值与空白对照组之间有显著性差异(P<0.05)，添加牛蒡多糖降低了发酵乳的亮度值。红度值a*随着牛蒡多糖质量浓度的增加而增大，多糖组发酵乳a*值均显著高于对照组(P<0.05)，说明牛蒡多糖的添加在一定的程度上增加了发酵乳的红度值。黄度值b*随牛蒡多糖质量浓度的增加而升高，牛蒡多糖组发酵乳b*值显著大于对照组(P<0.05)，牛蒡多糖可以显著提高发酵乳的黄度值。这主要是由于牛蒡多糖的颜色是棕黄色，随着牛蒡多糖的质量浓度增加，发酵乳的亮度值L*变小颜色变暗；红度值a*变大颜色变红；黄度值b*变大颜色变黄。综上所述，添加牛蒡多糖对发酵乳色泽的影响大小主要取决于牛蒡多糖的质量浓度。
流变学性质是影响发酵乳口感的一个重要指标，口感好的发酵乳具有适中的黏度，较好的凝胶性[26]。添加不同浓度牛蒡多糖对发酵乳的存储模量G′和损失模量G″的影响见图4和图5。
图4 发酵乳G′(存储模量)的变化
Fig.4 Storage modulus G′ of fermented milk
图5 发酵乳G″(损失模量)的变化
Fig.5 Loss modulus G″ of fermented milk
由图4和图5可知，不同质量浓度牛蒡多糖组发酵乳和对照组的存储模量G′值均大于损失模量G″值，而凝胶性的强弱由G′和G″的差值表示，说明多糖组发酵乳和对照组都具有良好的凝胶特性。不同质量浓度牛蒡多糖组与对照组的G′和G″的差值比较变化不大。说明添加牛蒡多糖对发酵乳的凝胶性、弹性和黏度影响不明显，保留了发酵乳的口感。
不同质量浓度牛蒡多糖对发酵乳质构特性测定结果见表4。
表4 发酵乳的质构特性
Table 4 Textural properties of fermented milk
注：结果以平均值±标准差表示，每列字母比较，不同字母表示差异显著(P<0.05)。
由表4可知，随着牛蒡多糖质量浓度增加，发酵乳的硬度、咀嚼性和黏性呈先增大后减小的变化。内聚性随多糖质量浓度增加而增加，当多糖质量浓度在2.5和3.0 g/L时，显著高于空白对照组(P<0.05)，其他多糖组与对照组之间差异不显著(P>0.05)。添加浓度为0.5、1.0 g/L时，其硬度值与对照组差异不显著(P>0.05)，且随着牛蒡多糖质量浓度增加，硬度先增大再减小，当质量浓度为2.0 g/L时，发酵乳的硬度达到最大值为285.52 g；咀嚼性和黏性均达到最大值，分别为142.89 g和131.82 g·s。牛蒡多糖质量浓度超过2.0 g/L后，其硬度、咀嚼性和黏性均呈现显著下降趋势(P<0.05)。
添加牛蒡多糖引起发酵乳质构变化的原因可能是由于适量的牛蒡多糖与乳中的酪蛋白相互作用，促进乳酸菌发酵过程中酪蛋白聚集形成凝胶网状结构，从而提高发酵乳的硬度、咀嚼性和黏性[27]。但过量的牛蒡多糖可能会阻碍酪蛋白相互作用，使其形成的凝胶网状结构不够牢固影响其质构变化。因此，添加适当的牛蒡多糖有助于改善发酵乳的质构特性。
2.7.1 牛蒡多糖对发酵乳DPPH自由基清除能力的影响
DPPH自由基清除能力是评估发酵乳抗氧化性的重要指标，自由基与供氢物质发生反应生成稳定物质，阻止自由基链反应[28]。添加牛蒡多糖组发酵乳与对照组DPPH自由基清除率结果见图6。
图6 牛蒡多糖对发酵乳DPPH自由基清除能力的影响
Fig.6 Burdock polysaccharide influence on DPPH radical scavenging ability of fermented milk
由图6可知，发酵乳的DPPH自由基清除率随牛蒡多糖质量浓度的增加而提高，多糖组发酵乳DPPH自由基清除率均高于对照组，对照组DPPH自由基清除能力最低为42.1%。当质量浓度为1.0 g/L时发酵乳的DPPH自由基清除率显著升高，随后牛蒡多糖浓度提高，DPPH自由基清除率变化不显著(P>0.05)。质量浓度在1.0～3.0 g/L，发酵乳DPPH自由基清除率与对照组有显著性差异(P<0.05)。说明添加牛蒡多糖能够提高发酵乳对DPPH自由基的清除能力。
2.7.2 牛蒡多糖对发酵乳·OH自由基清除能力的影响
·OH自由基清除率反映发酵乳抗氧化作用的强弱，清除率高表明抗氧化作用强[29]。添加牛蒡多糖组与对照组发酵乳对·OH自由基清除率影响结果见图7。
图7 牛蒡多糖对发酵乳·OH自由基清除能力的影响
Fig.7 Burdock polysaccharide influence on ·OH radical scavenging ability of fermented milk
由图7可知，·OH自由基的清除率随牛蒡多糖质量浓度的增加而升高，多糖组发酵乳的·OH自由基清除率均显著高于对照组(P<0.05)。添加牛蒡多糖组发酵乳各组之间的·OH自由基清除率存在显著性差异(P<0.05)，且多糖质量浓度越高，其·OH自由基清除率越高。说明牛蒡多糖可以显著提高发酵乳对·OH 自由基的清除能力。
2.7.3 牛蒡多糖对发酵乳Fe3+还原能力的影响
还原性强的样品可以使Fe3+还原为Fe2+，在700 nm 处测定吸光度，通过吸光度的大小反映对Fe3+的还原能力。添加牛蒡多糖组发酵乳与对照组对Fe3+还原能力的影响结果见图8。
图8 牛蒡多糖对发酵乳Fe3+还原能力的影响
Fig.8 Burdock polysaccharide influence on Fe3+ reducing power of fermented milk
由图8可知，随着牛蒡多糖质量浓度的增加，Fe3+还原能力增强。多糖组发酵乳的Fe3+还原能力均高于对照组。当质量浓度在1.0～3.0 g/L，添加牛蒡多糖组发酵乳的Fe3+还原能力均显著高于对照组(P<0.05)。该结果表明，发酵乳中添加一定量的牛蒡多糖提高了其对Fe3+的还原能力，在一定程度上提高了发酵乳的抗氧化性。
发酵乳感官评价结果见表5，由表5可以看出，随着牛蒡多糖质量浓度的增加，发酵乳的感官评分呈先升高后下降趋势。
表5 发酵乳的感官评价 单位：分
Table 5 Sensory evaluation of fermented milk
当牛蒡多糖质量浓度在1.0～2.0 g/L，发酵乳的感官评价总分高于对照组，发酵乳的色泽、组织状态、风味和口感评分均优于对照组。当多糖质量浓度为2.0 g/L时，发酵乳的感官评定总分数最高；多糖质量浓度超过2.0 g/L后，感官评定总分数下降且低于对照组。由此可以得出，添加适量质量浓度的牛蒡多糖可以增加发酵乳的风味，改善发酵乳的组织状态，提高发酵乳的口感，过量的牛蒡多糖会降低发酵乳的组织结构，影响发酵乳的感官品质。
本试验通过对牛蒡多糖组发酵乳与对照组发酵乳进行持水力、乳酸菌活菌数、滴定酸度、pH值、色泽、存储模量和损失模量、质构、抗氧化性及感官评价比较，得出牛蒡多糖能够促进乳酸菌的生长繁殖，提高产酸量，增强持水力，使发酵乳的质地变硬，富有弹性，增强凝胶性，改善组织结构，改善咀嚼性和黏性，当添加牛蒡多糖质量浓度为2.0 g/L时，其硬度、黏度和咀嚼性达到最大；随着牛蒡多糖质量浓度的提高，发酵乳的色泽向牛蒡多糖的颜色变化，逐渐趋于棕黄色；牛蒡多糖能够提高发酵乳对Fe3+的还原能力，提升清除DPPH自由基和·OH自由基能力；对发酵乳的存储模量和损失模量影响不大。总之，牛蒡多糖能够改善发酵乳的组织状态，增强发酵乳的风味，增加生物活性，提高发酵乳的品质。
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LI Ningning1,2,3,WANG Zhengrong1,2,3,SUN Chunxiao1, ZHAO Shengming1,2,3*, JIANG Lili1,ZHAO Chunfeng1, ZHAO Yanyan1, KANG Zhuangli1,2,3, ZHU Mingming1,2,3,HE Hongju1,2,3
1 (School of Food Science, Henan Institute of Science and Technology, Xinxiang 453003,China) 2 (Henan Province Engineering Technology Research Center of Animal Products Intensive Processing and Quality Safety Control Xinxiang 453003,China) 3 (National Pork Processing Technology Research and Development Professional Center, Xinxiang 453003,China)
ABSTRACT The effects of burdock polysaccharides on the quality and antioxidant properties of fermented milk were investigated by determining the water-holding capacity, total number of lactic acid bacteria (LAB), texture, antioxidant activity, and sensory quality etc. of the fermented milk. The results indicated that burdock polysaccharides could promote LAB proliferation and acid production. Moreover, fermented milk with 1.5 g/L burdock polysaccharides had the highest water holding capacity (78.30%), which was 10.47% higher than that of control. The burdock polysaccharides also significantly enhanced the scavenging rates of DPPH free radical and ·OH radical, as well as the Fe3+ reducing ability to 97.23%, 97.88%, and 0.58, respectively, but no effects were observed on the rheological properties of fermented milk and its original taste was preserved. This study provides a theoretical basis for developing functional fermented milk with burdock polysaccharides.
Key words burdock polysaccharide; fermented milk; quality; antioxidant activity