保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌單菌發(fā)酵與復(fù)配發(fā)酵對酸奶品質(zhì)的影響

唐凱偉，黃曉英，易宇文，朱成林，鄧 靜，冶海瀟，唐俊妮,*

（1.西南民族大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610041；2.四川旅游學(xué)院烹飪科學(xué)四川省高等學(xué)校重點實驗室，四川 成都 610100）

酸奶是一種常見的乳制品，因其有獨特的質(zhì)地和風(fēng)味，備受消費者喜愛。酸奶的制作是由乳酸菌將牛乳中的乳糖發(fā)酵產(chǎn)生乳酸使其膠凝化形成的[1]。因此，酸奶的品質(zhì)與乳酸菌有著密不可分的關(guān)系。目前常用發(fā)酵菌株主要為保加利亞乳桿菌與嗜熱鏈球菌[2]。李婷等[3]利用分離自傳統(tǒng)發(fā)酵乳中的7 株保加利亞乳桿菌為試驗菌株進行酸奶發(fā)酵，篩選出一株具有優(yōu)良發(fā)酵特性的保加利亞乳桿菌。丹彤等[4]利用SPME-GC-MS 對嗜熱鏈球菌發(fā)酵的酸奶進行分析，確定嗜熱鏈球菌具有良好的發(fā)酵性能，可作為發(fā)酵劑應(yīng)用于乳制品生產(chǎn)中。但目前，更多研究則表明將兩種菌通過一定比例復(fù)配協(xié)同發(fā)酵，發(fā)酵速度更快，風(fēng)味更佳[5-6]。在協(xié)同發(fā)酵過程中，嗜熱鏈球菌率先利用乳糖分解產(chǎn)生有機酸，進而促進保加利亞乳桿菌的生長。隨后，保加利亞乳桿菌代謝產(chǎn)生的一些氨基酸與纈草堿也有助于嗜熱鏈球菌的生長[7-10]。

酸奶品質(zhì)評價中，報道中以人為主導(dǎo)的感官評價方式較多，但感官評價易受多種因素影響，較難獲得一致結(jié)果，誤差較大[11]。隨著科技發(fā)展，更多先進檢測分析設(shè)備應(yīng)用到酸奶品質(zhì)評價中，如質(zhì)構(gòu)儀、流變儀、電子鼻、電子舌等[12-18]，能夠提供全面客觀的評價結(jié)果。在酸奶質(zhì)構(gòu)檢測方面，單一保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌生產(chǎn)的酸奶硬度和膠粘性最高，兩菌混合硬度和膠粘性明顯降低，在感官評價中硬度和膠黏性低的混合發(fā)酵酸奶口感更佳[19]。流變學(xué)性質(zhì)檢測中，表觀黏度在0.5～0.6 Pa·s 的酸奶更易被消費者接受[20]。為了更客觀地評價不同酸奶之間的品質(zhì)，任敏等[21]通過電子鼻與電子舌技術(shù)，結(jié)合多元統(tǒng)計分析對不同乳酸乳球菌發(fā)酵的酸奶進行風(fēng)味與滋味品質(zhì)評價，主成分分析表明不同酸奶的風(fēng)味特征呈分離趨勢。

目前，對于保加利亞乳桿菌與嗜熱鏈球菌單菌發(fā)酵與復(fù)配發(fā)酵對酸奶品質(zhì)影響研究比較有限，缺乏綜合系統(tǒng)客觀評價體系。本實驗通過流變儀、質(zhì)構(gòu)儀、電子鼻和電子舌等檢測設(shè)備相結(jié)合，從硬度、黏度、表觀黏度、香味及滋味上評價兩種發(fā)酵方式對酸奶品質(zhì)的影響，從而為單菌發(fā)酵與復(fù)配發(fā)酵酸奶的品質(zhì)評價體系建立提供數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

安佳脫脂乳粉 購置于新西蘭恒天然公司；MRS 肉湯培養(yǎng)基、MRS 瓊脂培養(yǎng)基 購置于海博生物公司；白砂糖 購置于上海市糖業(yè)煙酒集團；菌種 為實驗室鑒定保存的保加利亞乳桿菌與嗜熱鏈球菌。

TA.XT Plus 質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro System公司；DISCOVERY HR-1 旋轉(zhuǎn)流變儀 美國TA 儀器；FOX 4000 型電子鼻 法國Alpha MOS 公司；Astree電子舌 法國Alpha MOS 公司；HMC-203D 磁力攪拌器 上海滬析實業(yè)有限公司；NS1001L2K 均質(zhì)機意大利GEA 公司；GHP-9080 隔水式恒溫培養(yǎng)箱青島司爾特實驗設(shè)備有限公司；Centrifuge5810R離心機 德國Eppendorf 公司；2.5 mL 氣密性微量取樣器 瑞士 Hamilton 公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗設(shè)計 以牦牛酸奶源提取鑒定的兩株保加利亞乳桿菌G114（A）與G119（B）與實驗室保存的嗜熱鏈球菌Q019（C）進行單菌發(fā)酵與復(fù)配發(fā)酵，預(yù)實驗確定菌液添加量為5×106CFU/mL，以酸度70 °T為發(fā)酵終點，菌株A、B 與C 的復(fù)配分別組成AC-3:7、AC-5:5、AC-7:3、BC-3:7、BC-5:5、BC-7:3，6 個復(fù)配發(fā)酵組，探究單菌發(fā)酵與復(fù)配發(fā)酵之間的發(fā)酵時間。通過感官評價確定復(fù)配發(fā)酵的最優(yōu)配比，再將最優(yōu)配比與3 組單菌發(fā)酵乳進行質(zhì)構(gòu)、流變、電子鼻和電子舌測定，對比單菌發(fā)酵乳與復(fù)配發(fā)酵乳的差異。

1.2.2 酸奶制備 按照攪拌型酸奶工藝流程進行制作[22]，添加12%的脫脂乳粉與水充分混合，以800 r/min磁力攪拌30 min，使其充分復(fù)水，后在20 MPa 壓力條件下均質(zhì)2 次，采用70 ℃巴氏殺菌30 min，冷卻至40 ℃時，按照復(fù)原乳體積5%接種菌液，在42 ℃恒溫條件下發(fā)酵，每小時取一次樣測定酸度，待滴定酸度大于70 °T 時，停止發(fā)酵，再將發(fā)酵好的酸奶放入4 ℃冰箱冷藏過夜，以待備用。

1.2.3 酸度測定 攪拌型酸奶發(fā)酵酸度一般為70 °T時，口感最佳，而且酸度增長的快慢決定酸奶的發(fā)酵時間。參照國標GB 5009.239-2016《食品酸度的測定》中酚酞指示劑測定方法測定酸奶發(fā)酵酸度。每1 h 從培養(yǎng)箱中取樣，稱取10.0 g 酸奶于錐形瓶中，加入20 mL 純水混勻，使用0.1 mol/L NaOH 滴定，直至酸度達到70 °T 停止取樣，記錄發(fā)酵時間。每個樣品重復(fù)測定3 次。

1.2.4 感官評價 參考RHB 103-2004《酸牛乳感官質(zhì)量評鑒細則》中攪拌型酸奶感官評分表進行感官評價。選擇10 名食品專業(yè)人員集中培訓(xùn)后參照評分表進行感官評價（表1），依照感官評分高低，確定最佳配比。

表1 攪拌型酸奶感官評價表Table 1 Sensory evaluation form for stirred yogurt

1.2.5 質(zhì)構(gòu)特性測定 參照汪秀妹等[17]方法，略有改動。采用 TA-XT Plus 質(zhì)構(gòu)儀Dairy Yoghurt back extrusion 模式測試，選用35 mm 餅狀探頭，測試距離為10 mm，觸發(fā)點為10.0 g，測前速度6 mm/s，測中速度為 2 mm/s，測后速度為2 mm/s。測定酸奶的硬度、黏度與黏聚性。

1.2.6 流變特性測定 在趙紅玲等[20]的方法上略有改動，流變儀選取轉(zhuǎn)子型號為直徑60 mm，測試間距為1000 μm，剪切速率的范圍為0.1～100 s-1，取50 個點進行測試，對酸奶表觀黏度的測定。

1.2.7 電子鼻測定 通過電子鼻對不同發(fā)酵酸奶進行氣味測定。移取3 mL 酸奶于頂空瓶中，在40 ℃條件下預(yù)熱5 min 后，用取樣器吸取2 mL 孵化好的氣樣，注入分析儀中測樣。每個樣品重復(fù)測定10 次。傳感器及對應(yīng)感應(yīng)物類型見表2。

表2 電子鼻傳感器序列Table 2 Sequences of the electronic nose sensors

1.2.8 電子舌測定 利用電子舌對不同發(fā)酵酸奶的酸味、甜味、咸味和鮮味進行測定。量取150 mL 酸奶于瓶中，加入200 mL 純水混勻后，減壓過濾，量取80 mL 清液于100 mL 燒杯中，進行滋味測定。每個樣品重復(fù)測定5 次。電子舌傳感器及表達味覺類型見表3。

表3 電子舌傳感器Table 3 The sensors of electronic tongue

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 與SPSS 軟件對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學(xué)分析，應(yīng)用Origin 2021 軟件進行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同發(fā)酵方式對酸奶發(fā)酵時間的影響

以酸度70 °T 為發(fā)酵終點，單菌發(fā)酵酸奶與復(fù)配發(fā)酵酸奶的酸度隨時間的變化結(jié)果如圖1 所示。

圖1 單菌發(fā)酵酸奶與復(fù)配發(fā)酵酸奶酸度隨時間變化結(jié)果Fig.1 The results of acidity change of single culture fermented and co-culture fermented yogurt along time

0～5 h 時，單菌發(fā)酵酸奶與復(fù)配發(fā)酵酸奶的發(fā)酵酸度從15 °T 增長到25 °T 左右，增長較為緩慢。5 h之后，各組酸奶的酸度增長速度加快，在6～7 h 時復(fù)配發(fā)酵酸奶的酸度從30 °T 急劇上升到60 °T，增長速度明顯快于單菌發(fā)酵酸奶，在8 h 時到達發(fā)酵終點70 °T，而3 組單菌發(fā)酵酸奶則在9 h 時到達發(fā)酵終點，結(jié)果表明復(fù)配發(fā)酸奶的發(fā)酵時間快于單菌發(fā)酵酸奶。侯團偉等[23]研究表明，雙菌復(fù)配發(fā)酵產(chǎn)酸能力優(yōu)于單菌發(fā)酵，發(fā)酵時間更短，與本實驗結(jié)果一致。復(fù)配發(fā)酵時間短于單菌發(fā)酵時間，原因可能為在發(fā)酵初期主要以嗜熱鏈球菌生長為主，嗜熱鏈球菌通過糖酵解途徑產(chǎn)生甲酸、葉酸等有機物促進保加利亞乳桿菌生長，而保加利亞乳桿菌在生長過程中代謝產(chǎn)生有促進嗜熱鏈球菌生長的氨基酸和多肽類，兩菌呈相互促進的關(guān)系[24]。

2.2 感官評價結(jié)果

將單菌發(fā)酵酸奶與復(fù)配發(fā)酵酸奶進行感官評價，結(jié)果如圖2 所示。

圖2 感官評價結(jié)果Fig.2 Sensory evaluation results

在色澤方面，單菌發(fā)酵與復(fù)配發(fā)酵酸奶的評分均在8～9 分，顯著性分析表明差異不顯著（P＞0.05）。在風(fēng)味與滋味上，單菌發(fā)酵與復(fù)配發(fā)酵酸奶的評分結(jié)果顯示，單菌發(fā)酵酸奶A、B、C 分值低于復(fù)配發(fā)酵酸奶。在組織狀態(tài)方面，復(fù)配發(fā)酵酸奶AC-3:7 與BC-3:7 評分最高，均為44 分，顯著性分析結(jié)果表明，單菌發(fā)酵與復(fù)配發(fā)酵酸奶在組織狀態(tài)上差異不顯著（P＞0.05）。在總分評價上面，復(fù)配發(fā)酵酸奶總分高于單菌發(fā)酵酸奶，其中評分最高的兩個組別為AC-3:7 與BC-3:7，分別為87.9 分與88.1 分。田佳樂[25]對保加利亞乳桿菌與嗜熱鏈球菌復(fù)配發(fā)酵酸奶的感官測定結(jié)果顯示，嗜熱鏈球菌的添加量多于保加利亞乳桿菌時，評分最高，與本研究結(jié)果相同，可能是由于嗜熱鏈球菌占比較多時酸奶色澤、質(zhì)地更均勻，風(fēng)味更好。通過感官評價確定了最佳復(fù)配發(fā)酵酸奶AC-3:7 和BC-3:7，后續(xù)試驗以最佳復(fù)配酸奶組與3 組單菌發(fā)酵酸奶進行理化分析。

2.3 質(zhì)構(gòu)特性結(jié)果

將感官評價總分最高的2 組復(fù)配發(fā)酵酸奶AC-3:7 和BC-3:7 與3 組單菌發(fā)酵酸奶進行質(zhì)構(gòu)測定，結(jié)果如表4 所示。

表4 質(zhì)構(gòu)檢測結(jié)果Table 4 Texture test results

單菌發(fā)酵酸奶A、B、C 與復(fù)配發(fā)酵酸奶AC-3:7、BC-3:7 在硬度、黏度以及黏聚性絕對值均存在顯著性差異（P＜0.05）。單菌發(fā)酵酸奶的硬度、黏度均大于復(fù)配發(fā)酵酸奶，由于嗜熱鏈球菌在發(fā)酵初期率先生長，產(chǎn)生有利于保加利亞乳桿菌生長的甲酸等物質(zhì)，待條件適宜時，保加利亞乳桿菌迅速生長并產(chǎn)酸使酸奶pH 迅速下降，使得酸奶快速形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[26]，對復(fù)配發(fā)酵酸奶的硬度及黏度產(chǎn)生影響[19]。結(jié)合林芳棟等[27]的報道，酸奶越稠厚、黏聚性絕對值越大，對活塞下壓時的抵抗力越大，說明酸奶爽滑性、細膩度越差，黏聚性絕對值較小時，酸奶更絲滑，在口感上越佳。結(jié)合本研究感官評價結(jié)果與質(zhì)構(gòu)結(jié)果分析，證實了口感較好的復(fù)配發(fā)酵酸奶在硬度、黏度、黏聚性絕對值上小于單菌發(fā)酵酸奶。

2.4 流變特性結(jié)果

對兩組最優(yōu)配比的復(fù)配發(fā)酵酸奶與單菌發(fā)酵酸奶進行流變學(xué)分析，結(jié)果如圖3 所示。

圖3 表觀黏度測定結(jié)果Fig.3 Apparent viscosity measurement results

在25 ℃恒速條件下，測定出單菌發(fā)酵酸奶的初始表觀黏度為1.6～1.9 Pa·s 高于復(fù)配發(fā)酵酸奶的0.4～0.5 Pa·s。隨著剪切時間的延長，表觀黏度逐步下降，在終點時，單菌發(fā)酵酸奶的表觀黏度為0.18 Pa·s，是復(fù)配發(fā)酵酸奶的表觀黏度（0.09 Pa·s）的2 倍，在流變學(xué)性質(zhì)中，復(fù)配發(fā)酵酸奶的表觀黏度低于單菌發(fā)酵酸奶。當初始表觀黏度在0.5～0.6 Pa·s 范圍內(nèi)時，攪拌型酸奶的口感更佳[20]。結(jié)合本文感官評價分析，表觀黏度相對較小的酸奶，更易被大眾接受。

2.5 電子鼻分析

利用電子鼻對單菌發(fā)酵與復(fù)配發(fā)酵酸奶進行測定，傳感器及對應(yīng)感應(yīng)物類型見表2，結(jié)果如圖4 所示。

圖4 電子鼻分析結(jié)果Fig.4 The result of electronic nose analysis

如圖4（A）所示，1（氟、氮氧化物）、2（氨、胺類化合物）、3（醇、酮類）、4（氨、胺類化合物）、5（硫化物）、6（烷烴類），6 組傳感器對單菌發(fā)酵與復(fù)配發(fā)酵酸奶氣味表達不明顯，其余12 組傳感器都有不同程度的感應(yīng)，單菌發(fā)酵酸奶A、B 在其余傳感器上響應(yīng)值最弱，在0.4～0.7 之間，單菌發(fā)酵酸奶C 次之，在0.4～0.9 之間，復(fù)配發(fā)酵酸奶AC-3:7、BC-3:7 響應(yīng)值最高，在0.5～0.95 之間，通過電子鼻氣味傳感器的響應(yīng)值顯示，復(fù)配發(fā)酵酸奶的氣味表達強度高于單菌發(fā)酵酸奶[28]。在PCA 分析中，樣品間的距離越近說明其氣味特性越近，即距離可以量化樣品間的氣味差異[29]。如圖4（B）所示，保加利亞乳桿菌酸奶A、B氣味相近，復(fù)配發(fā)酵酸奶AC-3:7、BC-3:7 氣味相近，而嗜熱鏈球菌酸奶C，相對獨立，不同方式發(fā)酵酸奶分離趨勢明顯，表明單菌發(fā)酵與復(fù)配發(fā)酵酸奶在氣味表達上具有差異。

2.6 電子舌分析

電子舌傳感器及表達味覺類型見表3，結(jié)果如圖5 所示。

圖5 電子舌分析結(jié)果Fig.5 The result of electronic tongue analysis

如圖5（A）所示，單菌發(fā)酵酸奶A 在咸味傳感器上表達最強，B 在甜味傳感器上表達最強，C 在酸味傳感器上表達最強。復(fù)配發(fā)酵酸奶除了BC-3:7 在鮮味傳感器上表達最強外，其余滋味表達與復(fù)配發(fā)酵酸奶AC-3:7 的滋味在傳感器相對強度上表現(xiàn)較為均衡，結(jié)合感官評價結(jié)果，可知滋味表現(xiàn)更為均衡的復(fù)配發(fā)酵酸奶更易被大眾喜愛。電子舌數(shù)據(jù)主成分分析，圖中樣品分布距離越遠，表示樣品之間的滋味差異越大[30]，結(jié)果如圖5（B）所示，PC1 與PC2 累積貢獻值為90.2%。由圖可知單菌發(fā)酵酸奶A、B、C與復(fù)配發(fā)酵酸奶AC-3:7、BC-3:7 的滋味存在明顯差異，而單菌發(fā)酵酸奶A、B 之間差異較小。電子舌能有效區(qū)分單菌發(fā)酵與復(fù)配發(fā)酵酸奶的滋味差異。

3 結(jié)論

與單菌發(fā)酵酸奶相比，復(fù)配發(fā)酵酸奶在8 h 時凝乳，能夠有效縮短酸奶發(fā)酵時間，且在感官評價中分值更高。在流變儀、質(zhì)構(gòu)儀、電子鼻和電子舌等檢測結(jié)果表明，復(fù)配發(fā)酵酸奶的硬度、黏度、黏聚性、表觀黏度相較于單菌發(fā)酵酸奶更低，且在氣味傳感器上的響應(yīng)值更高，滋味更均衡。通過以上技術(shù)全面評價兩種發(fā)酵方式對酸奶品質(zhì)的影響，從而為單菌發(fā)酵與復(fù)配發(fā)酵酸奶的品質(zhì)評價體系建立提供了一定的數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)。