益生元對(duì)干酪品質(zhì)影響的研究進(jìn)展

李玲玉，趙悅，閆清泉，趙中華，李志國，宗學(xué)醒

內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司（呼和浩特 011500）

干酪，又稱“奶酪”或“乳酪”，以牛乳或羊乳為原料添加菌種和凝乳酶經(jīng)發(fā)酵、凝乳加工制成。干酪中不僅含有豐富的蛋白質(zhì)和脂肪，還有豐富的有機(jī)酸和糖類，礦物質(zhì)元素鈣、磷、鈉、鉀、鎂及維生素等多種生物活性物質(zhì)。因其具有較高的營養(yǎng)價(jià)值、口感和風(fēng)味的多樣性以及功能特性等，在世界上受到越來越多人的喜愛。隨著益生元產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)功能性益生元認(rèn)知度也越來越高，功能性益生元產(chǎn)品具有很大的開發(fā)潛力。食品工業(yè)中常用作功能性食品的益生元主要有菊粉、低聚半乳糖、低聚果糖和低聚異麥芽糖，它們對(duì)調(diào)節(jié)腸道菌群平衡有一定的益處，增加生產(chǎn)的短鏈脂肪酸和降低發(fā)生疾病的風(fēng)險(xiǎn)[1]。

益生元可對(duì)干酪的理化性質(zhì)、流變性和感官特性產(chǎn)生積極影響，其影響主要取決于產(chǎn)品基質(zhì)、益生元類型及添加益生元的含量[2]。益生元在改善免疫功能、促進(jìn)礦物質(zhì)吸收及調(diào)節(jié)脂類代謝等生理調(diào)節(jié)功能方面有著重要作用。隨著高血壓和肥胖癥患者增多，在干酪生產(chǎn)中添加益生元以期通過減少鈉和脂肪含量增加健康益處非常必要。在益生菌干酪加工過程中，益生元可以增強(qiáng)益生菌在干酪基質(zhì)中的存活能力，同時(shí)還能提升干酪的健康功能。利用益生元對(duì)干酪保持益生菌活性及品質(zhì)改善的研究具有較高的研究價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。因此，深入了解益生元的性質(zhì)、功能和應(yīng)用，對(duì)推動(dòng)我國益生元產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展和人們飲食健康具有重要意義。

1 益生元概述

1.1 益生元特性

益生元定義最早由Gibson和Roberfroid首次提出，被定義為“是指一些不易被宿主消化吸收，能選擇性地促進(jìn)體內(nèi)有益菌代謝增殖，從而改善宿主健康的有機(jī)物質(zhì)”[3]。但在2016年根據(jù)國際益生菌和益生元科學(xué)協(xié)會(huì)（ISAPP）的要求進(jìn)行重新定義：益生元是指一種被宿主微生物選擇利用的具有健康益處的基質(zhì)[4]。益生元一般被稱為未被人類消化酶消化的低分子量碳水化合物，可積極調(diào)節(jié)腸道微生物菌群的組成和活性[5]。益生元是在建立健康微生物菌群時(shí)，對(duì)宿主健康有益的常用物質(zhì)之一[6]。同時(shí)，還被認(rèn)為能夠抑制病原菌的生長，特別是大腸桿菌、空腸彎曲桿菌和其他病原菌等[7]。

根據(jù)益生元的功能特性，市場(chǎng)上已開發(fā)出許多含有益生元成分的功能食品，其中功能性食品指是一種添加營養(yǎng)成分或其他物質(zhì)的產(chǎn)品，對(duì)人類健康有較大益處的食品。功能性原料中的膳食纖維可以是益生元，但并非所有的膳食纖維都是益生元，僅有可溶于水并能被腸道細(xì)菌消化的膳食纖維（稱為可溶性膳食纖維）和那些不溶于水但能在大腸中發(fā)酵的膳食纖維才屬于益生元。益生元主要是由寡糖組成，同時(shí)也包括多糖，如抗性淀粉、果膠、糊精等。常用的益生元有菊粉、低聚半乳糖（GOS）、低聚木糖（XOS）、低聚果糖（FOS）、低聚異麥芽糖（IMO）、甘露寡糖（MOS）及β-葡聚糖，它們對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)和營養(yǎng)特性有重要作用[8]。在乳制品中添加益生元是一種很好的產(chǎn)品升級(jí)表現(xiàn)，一方面可以增強(qiáng)有益的健康作用，另一方面可以改善其理化和感官特性，替代脂肪成分，增加膳食纖維含量。

1.2 益生元功效

益生元作為一種功能性食品配料，在促進(jìn)人類健康方面有著極其重要的作用。益生元的生理功能主要包括：促進(jìn)腸道有益菌增殖、改善腸道菌群、抑制腐敗菌生長；有些益生元還能夠刺激腸道蠕動(dòng)；能夠提高機(jī)體免疫力、抵抗病原菌，以防止疾病的產(chǎn)生；可促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，加強(qiáng)營養(yǎng)健康等功效。除此之外，益生元的抗氧化特性也非常重要。腸道菌群對(duì)健康的重要性日益凸顯，益生元化合物通過腸道微生物發(fā)酵產(chǎn)生短鏈脂肪酸，短鏈脂肪酸的產(chǎn)生與改善腸道功能、礦物質(zhì)吸收、調(diào)節(jié)脂質(zhì)和糖代謝及降低疾病風(fēng)險(xiǎn)等多種生理因素有關(guān)[9]。此外，益生元的攝入有利于益生菌的生長，從而增強(qiáng)胃腸道和免疫系統(tǒng)，阻礙致病菌產(chǎn)生[10]。益生元是細(xì)菌穩(wěn)定狀態(tài)受到影響時(shí)，常用于維持健康微生物或重新建立菌群平衡的物質(zhì)之一。

益生元不僅具有良好的生理功效，而且某些益生元具有較好的加工特性，在食品工業(yè)中廣泛應(yīng)用，也表現(xiàn)出較好的應(yīng)用效果。Junyusen等[11]研究表明，添加菊粉有助于增加蛋白質(zhì)基質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的孔隙度，可以改善低脂干酪的組成、質(zhì)地和微觀結(jié)構(gòu)特征。在干酪中添加麥芽糊精的木薯粉，可以增加乳脂性、口腔涂層的光滑性和降低柔軟未成熟奶、干酪的硬度，這一特性是由于麥芽糖糊精破壞蛋白質(zhì)基質(zhì)，并由于麥芽糖糊精較高的水結(jié)合能力而增加水分水平[12]。益生元不僅可應(yīng)用于干酪，還可用于生產(chǎn)乳制品、飲料、保健品、糖果、嬰兒配方奶粉、全麥面包、谷物棒、巧克力及肉制品等，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛[13]。食用益生元產(chǎn)品對(duì)健康益處頗多，如抗糖尿病和降壓特性，改善血脂、增強(qiáng)免疫和維持腸道健康等[14]。

2 益生元對(duì)干酪品質(zhì)的影響研究

隨著消費(fèi)者對(duì)食品營養(yǎng)功能意識(shí)的增強(qiáng)，開發(fā)具有益生作用的干酪產(chǎn)品符合市場(chǎng)趨勢(shì)。干酪是以酪蛋白網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)為主要基質(zhì)，脂肪、礦物質(zhì)、水及替他成分填充在網(wǎng)狀內(nèi)的結(jié)構(gòu)。有些軟質(zhì)干酪含水量較高且持水性差，在儲(chǔ)存運(yùn)輸過程中會(huì)有乳清析出現(xiàn)象進(jìn)而影響干酪品質(zhì)；還有些益生菌干酪在加工過程中受溫度或排乳清等工藝過程影響，導(dǎo)致益生菌活菌數(shù)降低。添加益生元可以有效改善上述這些問題。多糖類型的益生元具有凝膠性能，能夠增加干酪的持水性；有些益生元屬碳水化合物基質(zhì)的脂肪替代物，可以改善干酪的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品口感獲得類似于奶油的潤滑感；益生元對(duì)益生菌存在保護(hù)作用，可防止在加工過程中菌株失活，且對(duì)益生菌能夠促進(jìn)生長。因此，添加合適的益生元能提升產(chǎn)品加工過程中的加工特性，增強(qiáng)終產(chǎn)品的品質(zhì)。

2.1 益生元對(duì)干酪得率的影響

得率是評(píng)價(jià)干酪生產(chǎn)效益的重要指標(biāo)，影響干酪得率的因素主要有干酪中的脂肪、蛋白和水分含量[15]。干酪中的脂肪含量是原料乳中脂肪含量的10倍左右，屬于高脂肪食品，然而過高的脂肪攝入會(huì)導(dǎo)致肥胖及疾病的發(fā)生，因此，降低干酪中脂肪含量，尋求脂肪替代品以保證干酪的品質(zhì)尤為重要。部分益生元成分可作為脂肪的替代品，從而在減少干酪脂肪時(shí)使其具有與全脂干酪相似的感官、物理化學(xué)和流變學(xué)特性，還可以增加產(chǎn)品得率。單一益生元如菊粉具有很強(qiáng)的水結(jié)合能力，將菊粉應(yīng)用在干酪中，可維護(hù)干酪中蛋白、脂肪及水分的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定狀態(tài)，乳清析出量降低，干酪得率提高。多種益生元之間的協(xié)同作用較單一益生元提高干酪得率的作用效果更佳。

2.2 益生元對(duì)干酪理化性質(zhì)的影響

益生元可作為碳水化合物替代基質(zhì)的脂肪，在一定程度上會(huì)保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，改善水相結(jié)構(gòu)，減少水分流失，增加持水性，形成脂肪的黏稠度和潤滑感，且對(duì)人體健康產(chǎn)生積極的作用。曹楠[16]研究表明，菊粉的添加對(duì)低脂新鮮干酪的脂肪含量沒有改變，但可促進(jìn)低脂新鮮干酪中乳酸菌加快發(fā)酵產(chǎn)酸，提高有機(jī)酸濃度，導(dǎo)致pH降低。據(jù)報(bào)道，添加菊粉可以提高干酪的水分含量，降低蛋白質(zhì)含量、脂肪含量和灰分含量，而pH沒有顯著變化，因?yàn)榫辗廴苡谝后w溶液后，會(huì)形成微晶體的結(jié)構(gòu)，以此改善產(chǎn)品的乳脂性[17]。

2.3 益生元對(duì)干酪質(zhì)構(gòu)的影響

干酪屬于高蛋白、高脂肪的乳制品，其內(nèi)部質(zhì)構(gòu)為穩(wěn)定水分、蛋白質(zhì)、脂肪構(gòu)成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，脂肪起到連接作用，蛋白質(zhì)分子鑲嵌在內(nèi)部。當(dāng)干酪中的脂肪減少時(shí)，勢(shì)必會(huì)破壞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使水分大量流失，導(dǎo)致干酪的結(jié)構(gòu)發(fā)生密集、硬脆的變化。Ferr?o等[18]研究表明，添加14.4 mg/mL低聚木糖在改善奶油干酪理化性質(zhì)的同時(shí)，可降低稠度、流動(dòng)性、黏度和粒度，增加彈性、硬度和熔化能力。同時(shí)也表明益生元成分對(duì)產(chǎn)品的最終質(zhì)地、纖維含量和感官接受度產(chǎn)生積極影響。

2.4 益生元對(duì)干酪感官特性的影響

干酪產(chǎn)品具有良好的色澤和風(fēng)味等感官品質(zhì)，其風(fēng)味主要在微生物酶的作用下，通過復(fù)雜的生化途徑分解干酪中的蛋白質(zhì)、脂肪、乳糖和檸檬酸而形成揮發(fā)性代謝物[19]。在產(chǎn)品表現(xiàn)上，感官品質(zhì)對(duì)于消費(fèi)者的購買力起重要作用。益生元在干酪感官品質(zhì)表現(xiàn)上有重要作用，不同益生元會(huì)對(duì)干酪風(fēng)味產(chǎn)生不同的影響，但對(duì)干酪的色澤和風(fēng)味沒有不良感官現(xiàn)象。

Liu等[20]研究表明，濃度1%低聚異麥芽糖適合用于益生菌切達(dá)干酪的生產(chǎn)，在此條件下，具有較佳的香氣、風(fēng)味等感官特性。當(dāng)添加等比例的菊粉和低聚果糖時(shí)，干酪中亞油酸含量隨成熟期的增加而增加，瑞士干酪表現(xiàn)出良好的感官接受度、良好的嗜酸乳桿菌和動(dòng)物雙歧桿菌亞種的活菌數(shù)。Kavas等[21]研究表明，山羊奶酪在儲(chǔ)存過程中檢測(cè)到的香氣化合物主要由醇類和酸類組成，而益生元和益生菌的使用可以增加干酪中的香氣化合物數(shù)量，在成熟的最后階段，可以強(qiáng)烈感受香氣化合物的風(fēng)味?？偟膩碚f，益生元對(duì)干酪的感官特性影響也取決于益生元的成分和作用濃度，但均具有良好的感官評(píng)價(jià)效果。

2.5 益生元對(duì)干酪微生物的影響

現(xiàn)如今，益生菌的作用在許多干酪中得以體現(xiàn)，而限制益生菌干酪生產(chǎn)的最重要因素是微生物無法維持其穩(wěn)定性。在乳制品中添加富含益生元成分的植物提取物或膳食纖維則有利于益生菌生長。益生元和益生菌的結(jié)合使用具有一定的共生效應(yīng)，可以調(diào)節(jié)微生物菌群，益生元可作為碳源用于增加干酪中益生菌的存活率，對(duì)產(chǎn)品的微生物結(jié)構(gòu)起到穩(wěn)定作用。

乳制品中添加益生元在改善產(chǎn)品質(zhì)地、口感潤滑度及結(jié)構(gòu)的同時(shí)，維持微生物的生長。菊粉和低聚半乳糖對(duì)嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌有一定的益生作用，可促進(jìn)益生菌的生長。Speranza等[22]研究表明，低聚果糖可以在新鮮奶油奶酪存儲(chǔ)的28 d后使羅伊乳桿菌增殖，且對(duì)感官表現(xiàn)沒有不良影響。陳又銘等[23]研究表明，低聚果糖對(duì)雙歧桿菌有增殖的功效，可促進(jìn)乳制品中的益生菌繁殖，并對(duì)腸道健康產(chǎn)生有益作用。Singla等[24]研究表明，益生元特性表現(xiàn)與益生菌的種類有關(guān)，益生效果的強(qiáng)度可能因菌種發(fā)酵特性、生長能力及分泌水解碳源的誘導(dǎo)酶類別不同而存在差異。益生元在加強(qiáng)干酪中有益菌增殖的同時(shí)，人體攝入后可改善由菌群失調(diào)引起的健康問題，甚至可以重新平衡腸道菌群，主要通過刺激腸道內(nèi)有益菌微生物菌群的生長，從而抑制有害細(xì)菌的增殖[25]。

3 結(jié)語

消費(fèi)者對(duì)膳食營養(yǎng)健康意識(shí)已越來越高，食品工業(yè)對(duì)于開發(fā)功能性干酪產(chǎn)品快速推進(jìn)。干酪作為益生元的良好功能載體，益生元在增強(qiáng)干酪儲(chǔ)存狀態(tài)的同時(shí)既能替代干酪中的脂肪物質(zhì)，又能更好保護(hù)干酪的良好品質(zhì)。綜述益生元成分對(duì)干酪產(chǎn)品得率、質(zhì)構(gòu)、理化性質(zhì)及微生物的影響，均表現(xiàn)出改善作用，同時(shí)對(duì)人類健康的益處明顯增強(qiáng)，為我國乳品科學(xué)研究和推動(dòng)功能性干酪工業(yè)化生產(chǎn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。