魔芋是我国一种栽培和食用历史悠久的特色农产品。从魔芋中提取出的魔芋葡甘露聚糖(konjac glucomannan,KGM)属于全球稀有的膳食纤维，被世界公认为纯天然健康食品和优质的食品添加剂。魔芋葡甘露聚糖的降解产物魔芋寡糖(konjac oligosaccharide,KOS)属于甘露寡糖的一种，也是一种优质的新型功能性寡糖[1]，是目前开发的热点。已有研究证明魔芋甘露寡糖可作为人体的益生因子，可以促进益生菌的增殖[2-3]，调节人体肠道菌群结构，起到肠道保健作用[4-7]。
功能性酸奶已逐渐被大众认可，如低聚果糖、低聚木糖、果味酸奶等产品已进入消费者视线。在发达国家，功能性酸奶种类已超过3 000种，销售量仅次于鲜牛奶[8]。有学者将海藻糖应用到酸奶加工中制成低糖健康食品，酮类物质和芳香杂环类物质显著提高[9]；有学者将抗性糊精应用到酸奶加工中制成高纤凝固型酸奶，酸奶持水率高达100%[10]；有学者在酸奶中添加低聚糖，在增加乳酸菌数量、改善酸奶发酵工艺和酸奶口感风味方面都有一定效果[11-12]。低聚糖以酸奶为载体进入人体，在促进人体肠道健康、预防心血管疾病等方面十分有利。新型魔芋寡糖酸奶的研制，以及魔芋寡糖对酸奶品质的影响研究少见。本文研究了不同添加量的魔芋寡糖对酸奶品质以及酸奶中乳酸菌增殖和贮藏期间数量变化的影响，为开发新型功能性酸奶奠定了理论基础。
魔芋寡糖(分子质量2 000 Mw左右)，武汉强森魔芋有限公司；酸奶发酵剂(YO-MIX217，含有保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌和双歧杆菌)，丹尼斯克(中国)有限公司；鲜牛奶，光明乳业食品有限公司；白砂糖，金太阳添加剂有限公司；商品MRS培养基、莫匹罗星锂盐和半胱氨酸盐酸盐改良MRS培养基和MC培养基，青岛海博生物技术有限公司；其他试剂均为分析纯，国药集团。
Aranti J-E型高速冷冻离心机，美国Beckman Coulter公司；LS-B50L型立式压力蒸汽灭菌锅，上海华线核子仪器有限公司；THZ-98A型恒温培养箱，上海一恒科学仪器有限公司；AR2000ex型流变仪，美国TA公司；TA.XT.Plus型质构仪，英国STABLE公司；BSA124S-CW型分析天平，德国Sartorius公司；SW-OJ-IFD型超净工作台，苏州安泰空气技术有限公司；GZX-9070MBE型鼓风干燥箱，上海沪粤明科学仪器有限公司。
鲜牛奶+ 6%(质量分数)白砂糖+ 0.6%～1.4%(质量分数)魔芋寡糖→加热至55～ 60 ℃连续搅拌使添加物溶解，均质→ 95 ℃巴氏杀菌5 min →冷却至42 ℃，接种菌种(1 DCU 对应5 kg牛奶) →灌装密封→ 42 ℃保温发酵培养5 h 至酸乳凝结，发酵结束→将酸奶转移至4 ℃ 冰箱贮藏。
乳酸菌计数：参见国标GB4789.35—2016[13]，每个梯度3个平行样品，取平均值。
酸度测定：参见国标GB5009.239—2016中酚酞指示剂法[14]，每个梯度3个平行样品，取平均值。
持水率：如公式(1)所示。取10 g (m) 魔芋寡糖酸奶样品于50 mL 离心管中，记总质量m1，设置温度4 ℃，3 000 r/min 下离心10 min，轻轻倾斜离心管弃去上清液，待无液滴残留后称量总质量m2，平行测3次取平均值[15]。
持水率
(1)
酸奶流变学分析:选用直径为40 mm的不锈钢锥板，设置gap值为0.052 mm。取适量待测样品滴于底部平板之上，降下夹具，Smart SwapTM温度控制系统控制检测温度为酸奶贮藏温度，精确度为±0.01 ℃。采用稳态扫描模式，测试温度4 ℃，剪切速率0.1～100 1/s(表1和图1)。
酸奶质构分析：参数：圆柱形挤压检测探头(A/BE)，测试距离30 mm，测试前速度1 mm/min，测试速度1 mm/min， 测试后速度10 mm/min，测试质量5 g。 检测指标：硬度(firmness)、稠度(consistency)、内聚性(cohesiveness)、黏度(index of viscosity)。相应质地参数的定义见表1，特征曲线如图1所示，每个样品测定6次。
表1 酸奶质构测试中的主要参数及其定义
Table 1 Parameters and definition about texture analysis of set-plain yogurt
参数定义硬度/g探头压缩过程中的最大力值,用F表示稠度/(g·s)力与时间形成的正峰面积N(下压过程)内聚性/g探头上行过程中的最大力值,用p表示黏度/(g·s)探头上行阻力,用面积M表示
图1 凝固型酸奶的质构测试图谱
Fig.1 The profile of yogurt texture analyzed by texture analyzer
魔芋寡糖酸奶在28 d贮藏期的活菌数变化情况如图2～图4所示，从图中可以看出，添加了魔芋寡糖的酸奶中3种乳酸菌的活菌数均随着贮藏时间的延长，大概在一周左右的时间达到峰值，随后呈现出逐渐减小的趋势。对照组酸奶中3种乳酸菌的活菌数也呈现与魔芋寡糖酸奶相近的变化规律。但含有魔芋寡糖酸奶3种乳酸菌的活菌数在贮藏14 d后均显著高于对照组(P<0.05)。此结果和一些研究者的结论相一致，都表明魔芋寡糖能维持乳酸菌的活菌数[16]，只是结果在添加浓度上存在差别，推测可能与魔芋寡糖品质有关。
图2和图3分别为保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌在28 d低温贮藏条件下的生长情况。
图2 魔芋寡糖添加量对酸奶中保加利亚乳杆菌生长的影响
Fig.2 Effects of KOS content on the growth ofL.bulgaricus in yogurt
注：0.6%～1.4% KOS代表添加魔芋糖的质量分数。下同。
图3 魔芋寡糖添加量对酸奶中嗜热链球菌生长的影响
Fig.3 Effects of KOS content on the growth ofS.thermmophilus in yogurt
嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌的活菌数较高，保藏28 d后的总菌数均在108CFU/mL以上，作为酸奶发酵的两种常用发酵菌种搭配，它们之间具有良好的互生作用，因此在酸奶中生长良好。由图2、图3可以看出，添加了魔芋寡糖的酸奶在发酵结束后，保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌菌数都明显优于对照组，且在贮藏过程中始终高于对照组，说明在贮藏期间魔芋寡糖维持嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌活菌数量的效果十分明显。
图4显示双歧杆菌经过28 d的贮藏后总菌数相对较少，由最初的8.5左右降到了7左右，即菌数大概在107CFU/mL。分析可能是由于其对氧气耐受性较差。魔芋寡糖组酸奶中的双歧杆菌活菌数整体高于对照组，呈现趋势是质量分数为0.8% KOS组的菌数最高，超出0.8% KOS的添加量时双歧杆菌活菌数随添加量增大而降低。
图4 魔芋寡糖添加量对酸奶中双歧杆菌生长的影响
Fig.4 Effects of KOS content on the growth ofBifidobacterium in yogurt
图5反映了不同魔芋寡糖含量的酸奶的酸度情况。如图5所示，酸奶发酵完成后，魔芋寡糖酸奶的酸度明显高于对照组，其中添加质量分数为0.8%的KOS时，酸奶酸度最大为78°T，KOS质量分数≥1.0% 后，酸度降低，但仍高于对照组的66°T。酸度不足会使酸乳的凝胶结构弱化，结合2.1的结果来看，在添加了魔芋寡糖的酸奶中，乳酸菌将乳糖、魔芋寡糖等分解为葡萄糖和半乳糖并进一步分解生成乳酸的能力增强，且添加0.8% KOS时产酸达到最大。
图5 魔芋寡糖添加量对酸奶酸度变化的影响
Fig.5 Effects of KOS content on the acidity of yogurt
持水力是衡量酸奶品质的重要标准之一，持水能力强说明酸奶的稳定性好[17]。由图6可知，添加魔芋寡糖的酸奶与对照组在持水性上有较大的差别。发酵完成后，添加质量分数为0.8%和1.0% KOS的发酵酸奶的持水力最高，在82%～85%，说明魔芋寡糖的加入使酸奶的凝胶网络增强，可能与魔芋寡糖中存在的大量羟基与乳中蛋白的胺基通过氢键交联，使凝胶网路更加稳定[18]。也有学者研究表明KGM的添加能减少乳清自发性分离，可能和酸奶中脂肪有关[19]。而随着添加KOS质量分数的增大，即为1.2%和1.4%时，持水力明显降低，酸奶表面出现不平整，分析原因主要是过量魔芋寡糖的加入破坏了酸奶中原本存在的酪蛋白凝胶三维网络，这与后面流变和质构结果是一致的。同时，在对照组和高含量寡糖组的酸奶中出现了乳清析出，也是凝胶结构不稳定的表现。
图6 魔芋寡糖添加量对酸奶持水性变化的影响
Fig.6 Effects of KOS content on the water holding capacity of yogurt
表2是添加了不同量的魔芋寡糖酸奶在发酵完成后经4 ℃低温贮藏24 h之后测得的质构数据。综合来看，添加了魔芋寡糖之后酸奶的4项指标均显著高于未添加寡糖的对照组(P<0.05)，说明魔芋寡糖的加入使酸奶质地得到显著改善。
表2 魔芋寡糖添加量对酸奶质构的影响
Table 2 Effects of KOS content on texture of yogurt
KOS 质量分数/%硬度/g稠度/(g·s)内聚性/g黏度/(g·s)对照43.06±1.30a345.70±14.24a42.44±3.28a58.18±4.38a0.656.96±2.46b507.12±30.02b63.11±4.98b78.80±3.66b0.863.00±1.59c480.16±14.27c83.31±2.99c83.79±1.79c1.066.23±1.27d482.20±18.35c82.08±3.20c75.41±4.71b1.260.87±2.40c454.54±12.67d66.08±3.11b70.40±1.54d1.460.30±2.28c427.41±20.03d53.30±0.24d65.29±3.93d
注：不同小写字母表示组间差异显著(P< 0.05)。
魔芋寡糖添加量对酸奶质地的影响具体表现为：硬度指标上，当添加KOS质量分数为1.0%时，酸奶硬度值达到最大，含KOS质量分数小于1.0%时，随浓度增大，硬度增大，含KOS质量分数大于1.0%时，酸奶硬度显著下降，但添加量为1.2%和1.4%(质量分数)之间无显著差异(P>0.05)；稠度即酸奶凝胶强度方面，添加魔芋寡糖使酸奶凝胶强度增强，稠度更大，0.6%KOS添加量时凝胶强度达到最大，但随着魔芋寡糖添加量增多，凝胶强度显著下降，0.8%、1.0% 两组间无显著差异(P>0.05)，且显著高于1.2%和1.4%组(P<0.05)。已知凝乳凝胶强度主要与乳中蛋白质含量和总固形物含量有关，魔芋寡糖的加入起到了一定的稳定剂作用，魔芋寡糖酸奶的凝胶强度整体优于对照组(P<0.05)，随着较多魔芋寡糖的加入一定程度上破坏了酪蛋白凝胶网络的强度，表现出较高魔芋寡糖的加入反而使酸奶稠度降低，添加KOS 0.8%、1.0%、1.2%、1.4%组均显著小于0.6%酸奶组(P<0.05)；内聚性、黏度趋势与硬度相似，均表现为0.8%～1.0%时达到最大值，1.2%、1.4%的添加量使酸奶内聚性和黏度明显下降，但1.2%、1.4%之间无显著差异(P>0.05)。说明适当添加适当质量分数KOS(0.8%～1.0%)可以改善酸奶质构，0.8%和1.0% 组酸奶整体质构品质优于其他组。
如图7所示，在0～100 1/s的剪切速率范围内，前期随着剪切速率的增大，发酵酸奶的表观黏度随之快速下降，之后剪切速率继续升高，酸奶的表观黏度变化趋于平缓并最终趋近于零。
图7 不同魔芋寡糖浓度酸奶表观黏度与
剪切速率关系曲线
Fig.7 Variation of apparent viscosity with shear rate of different content KOS yogurts
魔芋寡糖加入酸奶中显著影响了酸奶的流变行为，WANG等曾分析KGM的流变学行为，证明了在一定范围内，KGM溶液的表观黏度与浓度成正相关，且酸度对其黏度有较大影响[20]，在pH 4.0～7.0，KGM溶液的黏度较高，而魔芋寡糖是魔芋葡甘露聚糖经降解得到的一系列葡甘露聚糖的混合物，具有魔芋葡甘露聚糖的性质，酸奶中添加一定量魔芋寡糖提高了酸奶的表观黏度，而当添加量较大时(质量分数>1.2%)，酸奶表观黏度下降，分析原因可能是较高的魔芋寡糖在其中形成团簇会破坏酸奶中酪蛋白网络的形成，导致酸奶凝胶结构疏松，酸奶黏度下降。
魔芋寡糖会对酸奶乳酸菌含量、酸度、持水率、流变性能和质构指标均产生影响，添加0.8%(质量分数)魔芋寡糖的酸奶综合各项指标品质最优。魔芋寡糖能促进乳酸菌的生长并在贮藏期内维持较高的活菌数；添加之后的酸奶酸度达到最大值78oT，是消费者易于接受的酸度值。魔芋寡糖还能提高酸奶持水力，对酸奶水分含量影响不大。魔芋寡糖的加入还使酸奶在硬度、稠度、内聚性、黏度等整体质构性能上得到改善，为开发新型功能性酸奶奠定了一些理论基础。
[1] DIMITROGLOU A, MERRIFIELD D L, SPRING P, et al. Effects of mannan oligosaccharide (MOS) supplementation on growth performance, feed utilisation, intestinal histology and gut microbiota of gilthead sea bream (sparus acrata)[J].Aquaculture,2010,300(1-4):182-188.
[2] CONNOLLY M L, LOVEGROVE J A, TUOHY K M. Konjac glucomannan hydrolysate beneficially modulates bacterial composition and activity within the faecal microbiota[J].Journal of Functional Foods,2010,2(3):219-224.
[3] TESTER R F, Al-GHAZZEWI F H. Mannans and health, with a special focus on glucomannans[J].Food Research International,2013,50(1): 384-391.
[4] AL-GHAZZEWI F H, KHANNA S, TESTER R F, et al. The potential use of hydrolysed konjac glucomannan as a prebiotic[J].Journal of the Science of Food and Agriculture, 2010,87(9):1 758-1 766.
[5] XU Q, CHAO Y L, WAN Q B. Health benefit application of functional oligosaccharides[J].Carbohydrate Polymers,2009,77(3): 435-441.
[6] SUWANNAPORN P, THEPWONG K, TESTER R, et al. Tolerance and nutritional therapy of dietary fibre from konjac glucomanna hydrolysates for patients with inflammatory bowel disease (IBD) [J].Bioactive Carbohydrates and Dietary Fibre,2013,2(2):93-98.
[7] ZHANG L, WU Y, WANG L, et al. Effects of Oxidized Konjac glucomannan (OKGM) on growth and immune function ofSchizothorax prenanti[J].Fish & shellfish immunology,2013,35(4):1 105-1 110.
[8] GAUNA A. 国外酸奶发展潮流及益生菌的应用[J].中国乳业,2016(2):18.
[9] 张素敏,薛凌云,王晓闻.海藻糖功能性酸奶的研制及风味物质与质构特性的分析[J].食品与发酵工业,2018,44(6):145-151.
[10] 陈晓霞,陆利霞,林丽军，等.抗性糊精对凝固型酸奶品质的影响[J].食品与发酵工业,2016,42(9):91-97.
[11] SHAGHAGHI M, POURAHMAD R, ADELI H M.Synbiotic yogurt production by using prebiotic compounds and probiotic lactobacilli[J]. International Research Journal of Applied and Basic Sciences,2013,5(7):839-846.
[12] 陈如琪.麦精纤维低聚糖的测定及其对酸奶品质影响的机理研究[D].上海:华东理工大学,2013.
[13] GB4789.35—2016,食品安全国家标准《食品微生物学检验乳酸菌检验》[S].北京:中国标准出版社,2016.
[14] GB5009.239—2016,食品安全国家标准《食品中水分的测定》[S].北京:中国标准出版社,2016.
[15] CELIK S,BAKIRCI I.Some properties of yoghurt produced by adding mulberry pekmez (concentrated juice) [J].International Journal of Dairy Technology,2003,56(1):26-29.
[16] 李勇超,刘瑞雪,李亚琦,等.添加魔芋低聚糖对益生菌增殖和酸奶品质的影响[J].中国乳品工业,2016,44(5):62-64.
[17] FARINDE E O, ADESETAN T O, OBATOLU V A,et al. Chemical and microbial properties of yogurt processed from cow’s milk and soymilk[J].Journal of Food Processing and Preservation,2009,33(2):245-254.
[18] CRISP
N-ISIDRO G,LOBATO-CALLEROS C,ESPINOSA-ANDREWS H,et al. Effect of inulin and agave fructans addition on the rheological, microstructural and sensory properties of reduced-fat stirred yogurt[J]. LWT-Food Science and Technology,2014,62(1):438-444.
[19] DAI Shuhong, CORKE H, SHAH N P. Utilization of konjac glucomannan as a fat replacer in low-fat and skimmed yogurt[J].Journal of Dairy Science,2016,99(9):7 063-7 074.
[20] WANG C,XU M, LV W P,et al.Study on rheological behavior of konjac glucomannan[J].Applied Mechanics & Materials,2012, 33: 25-30.