饒翔，涂家霖，胡金雙，趙珊，廖思敏，陳波，劉冬梅*

（1.華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510641；2.廣東燕塘乳業(yè)股份有限公司，廣東 廣州 510520）

益生菌通常包括乳酸菌、芽孢桿菌、革蘭氏陽(yáng)性球菌等[1]。乳酸菌在非常多的傳統(tǒng)食品如乳制品、肉制品、蔬果等中都有廣泛應(yīng)用，能改善食品的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)并賦予豐富的風(fēng)味[2-3]，而且具有改善腸道菌群結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)免疫細(xì)胞活性[4]、消除致癌因子[5]以及治療糖尿病[6]等重要生理功效。

冰淇淋因?yàn)楸鶝鏊?、?xì)膩柔滑、清香四溢等特點(diǎn)，被譽(yù)為“冷食之王”，深受歡迎[7]。近年來(lái)我國(guó)冰淇淋產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，每年保持20%左右的增速，市場(chǎng)前景良好。但目前國(guó)內(nèi)仍沒有益生菌冰淇淋的生產(chǎn)[8]。益生菌冰淇淋是將活體益生菌作為發(fā)酵劑或添加劑加入到經(jīng)過殺菌的基料中，經(jīng)一系列工序制成的具有健康功效的產(chǎn)品[9]。在冰淇淋中添加益生菌或用益生菌發(fā)酵，既可發(fā)揮益生菌的生理功效，還能改善冰淇淋風(fēng)味與性質(zhì)，在保留原有口感的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)降糖控糖的目的[10]。

低聚果糖（fructo-oligosaccharides，F(xiàn)OS）是常見的功能性低聚糖，甜味清新純凈，熱量低。水蘇糖（stachyose，STAS）是天然存在的一種糖，屬于可溶性膳食纖維[11]。低聚果糖和水蘇糖都可被腸道中的乳酸菌或雙歧桿菌選擇性利用以達(dá)到增殖效果[12-15]，從而達(dá)到調(diào)節(jié)腸道菌群、促進(jìn)腸道蠕動(dòng)，改善消化功能的作用[16]。

本研究在益生菌酸奶冰淇淋中添加適量的低聚果糖和水蘇糖，以期改善冰淇淋的品質(zhì)，評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括酸奶冰淇淋的物理性質(zhì)、益生菌活菌數(shù)、感官性質(zhì)等。本研究可為新型功能性冰淇淋的研發(fā)生產(chǎn)提供指導(dǎo)作用，并為低聚果糖與水蘇糖在冷凍發(fā)酵產(chǎn)品中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

脫脂乳粉、淡奶油：雀巢（中國(guó)）有限公司；嗜熱鏈球菌DMST-H2（編號(hào)GDMCC NO.60642）、德氏乳桿菌DMLD-H1（保藏編號(hào)GDMCC NO.60645）：華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室分離保存；低聚果糖（型號(hào)QHT-FOS-P95S，F(xiàn)OS含量95%）：江門量子高科生物股份有限公司；水蘇糖（STAS含量80%）：廣州碩維食品技術(shù)有限公司；冰淇淋穩(wěn)定劑SE709：丹尼斯克（中國(guó)）有限公司；白砂糖、傳統(tǒng)冰淇淋、酸奶冰淇淋、益生菌酸奶冰淇淋：市售；MRS培養(yǎng)基、生理鹽水按標(biāo)準(zhǔn)方法配制。

1.2 儀器設(shè)備

DK-S26恒溫水浴鍋、DNP-9082電熱恒溫培養(yǎng)箱：上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；3004A電子分析天平：深圳市精創(chuàng)職能科技有限公司；MK49PW3數(shù)顯pH計(jì)：上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；APV-2000實(shí)驗(yàn)型高壓均質(zhì)機(jī)：德國(guó)APV公司；BTY7215冰淇淋機(jī)：黃石東貝制冷有限公司。

1.3 益生菌酸奶冰淇淋的制備

根據(jù)冰淇淋相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中蛋白質(zhì)含量標(biāo)準(zhǔn)以及總固形物標(biāo)準(zhǔn)[17]，計(jì)算得到適合的脫脂奶粉添加量。何君等[18]的試驗(yàn)表明，添加1%～2%的低聚果糖對(duì)發(fā)酵乳乳酸菌有較為穩(wěn)定的增殖效果。于靜等[19]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水蘇糖添加量為0%～0.6%時(shí)，菌數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)迅速升高；當(dāng)水蘇糖添加量為0.6%～1.2%時(shí)，菌數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)緩慢下降，但活菌數(shù)均保持在一定程度的高水平上。因此本試驗(yàn)優(yōu)選每100 mL發(fā)酵基料的低聚果糖或水蘇糖添加量為1 g和2 g，不同組別的發(fā)酵基料配方如表1所示。

表1 5種發(fā)酵基料的配方Table 1 Formulations of five base material

將發(fā)酵基料攪拌30 min左右，經(jīng)60℃、20 MPa條件均質(zhì)后進(jìn)行巴氏消毒。降溫至40℃～42℃后在無(wú)菌環(huán)境下接種復(fù)合發(fā)酵劑，菌數(shù)比（嗜熱鏈球菌DMSTH2∶德氏乳桿菌 DMLD-H1=5∶1），接種量為 1×1010CFU/L。42℃下發(fā)酵8h后置于4℃恒溫老化8h，得到酸奶冰淇淋基料。所得冰淇淋基料保持-4℃～0℃恒定，在冰淇淋機(jī)中攪打相同的時(shí)間，充入空氣，增大體積，制得所述含益生元的益生菌酸奶冰淇淋，并置于-15℃儲(chǔ)藏。

1.4 酸奶冰淇淋的營(yíng)養(yǎng)成分分析

測(cè)定酸奶冰淇淋的脂肪、蛋白質(zhì)和碳水化合物含量，使用37.67 kJ/g脂肪、16.74 kJ/g蛋白質(zhì)、16.74 kJ/g碳水化合物和4.186 kJ/g纖維的Atwater轉(zhuǎn)換值計(jì)算熱量值的大小[20]。

將酸奶冰淇淋的營(yíng)養(yǎng)成分測(cè)定與市售的傳統(tǒng)冰淇淋、酸奶冰淇淋和進(jìn)口益生菌酸奶冰淇淋進(jìn)行對(duì)比，市售樣品的營(yíng)養(yǎng)成分以標(biāo)簽上數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。

1.5 酸奶冰淇淋中乳酸菌總數(shù)測(cè)定

制備的酸奶冰淇淋在-15℃儲(chǔ)藏24 h后進(jìn)行乳酸菌總數(shù)的計(jì)數(shù)。按照GB 4789.35—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)乳酸菌檢驗(yàn)》[21]標(biāo)準(zhǔn)中的乳酸菌總數(shù)測(cè)定方法進(jìn)行，37℃下培養(yǎng)48 h后，進(jìn)行計(jì)數(shù)。

1.6 酸奶冰淇淋的滴定酸度測(cè)定

按照GB 5009.239—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品酸度的測(cè)定》[22]中巴氏殺菌乳、滅菌乳、生乳、發(fā)酵乳的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)-15℃儲(chǔ)藏24 h時(shí)的酸奶冰淇淋進(jìn)行酸度測(cè)定。

1.7 酸奶冰淇淋的膨脹率測(cè)定

采用Muse等[23]改進(jìn)的膨脹率測(cè)定方法，取相同體積的冰淇淋基料和冰淇淋機(jī)制成的冰淇淋，分別測(cè)量其質(zhì)量，并按下列公式計(jì)算膨脹率。

式中：W為冰淇淋膨脹率，%；M0為冰淇淋基料的質(zhì)量，g；M為同體積基料制成的冰淇淋質(zhì)量，g。

1.8 酸奶冰淇淋的感官評(píng)定

共選擇了10位感官評(píng)價(jià)員來(lái)評(píng)估酸奶冰淇淋樣品的感官屬性。為小組成員安排了2次培訓(xùn)，以正確地評(píng)價(jià)感官屬性。用于參考樣品制備、培訓(xùn)專家和建立感官屬性的程序基于文獻(xiàn)數(shù)據(jù)[24]。冰淇淋樣本使用3位數(shù)隨機(jī)編碼，并在單獨(dú)分區(qū)的隔間中依次送達(dá)小組成員。在進(jìn)行感官評(píng)估之前，樣品在-15℃下儲(chǔ)存24 h。每份樣品被分成幾份，放在白色的塑料盤子里。10位感官評(píng)價(jià)員分別對(duì)產(chǎn)品的色澤、口感、風(fēng)味、組織狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)分參考何蓉涵等[25]的方法并進(jìn)行改進(jìn)。評(píng)分細(xì)則如表2，最后對(duì)評(píng)分取平均值，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

表2 益生菌酸奶冰淇淋感官評(píng)定細(xì)則Table 2 Sensory evaluation rules of probiotic yogurt ice cream

1.9 統(tǒng)計(jì)分析

所有測(cè)定試驗(yàn)均進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，采用SPSS25進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。圖形采用Excel2007進(jìn)行繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 酸奶冰淇淋的營(yíng)養(yǎng)成分分析

酸奶冰淇淋的營(yíng)養(yǎng)成分測(cè)定結(jié)果如表3所示。

表3 酸奶冰淇淋的營(yíng)養(yǎng)成分及熱量值Table 3 Nutrients and caloric value of yogurt ice cream

由表3可知，自制樣品符合冰淇淋蛋白質(zhì)含量不低于2.5 g/100 g的清型半乳脂冰淇淋標(biāo)準(zhǔn)[17]，且自制樣品脂肪含量和熱值均低于市售的傳統(tǒng)冰淇淋（14.52 g/100 g，1 127 kJ/100 g）、酸奶冰淇淋（11.20 g/100 g，901 kJ/100 g）和益生菌酸奶冰淇淋（6.00 g/100 g，732 kJ/100 g），符合低脂低熱、營(yíng)養(yǎng)健康的設(shè)計(jì)要求。產(chǎn)品制成時(shí)5組益生菌冰淇淋最低活菌數(shù)達(dá)到2.8×108CFU/g，高于市售益生菌酸奶冰淇淋產(chǎn)品制成時(shí)的總益生菌含量（1×107CFU/g）。

2.2 低聚果糖與水蘇糖的添加量對(duì)酸奶冰淇淋乳酸菌總數(shù)的影響

低聚果糖與水蘇糖的添加量對(duì)乳酸菌總數(shù)的影響見圖1。

圖1 益生元添加量對(duì)乳酸菌總數(shù)的影響Fig.1 Effect of prebiotics amount on viable count of lactic acid bacteria

由圖1可看出，對(duì)比CK組，添加低聚果糖組（FOS1、FOS2組）和水蘇糖組（STAS1、STAS2組）冰淇淋的乳酸菌總數(shù)顯著增加（p≤0.05）。楊郁等[26]試驗(yàn)表明，添加1%～2%的低聚果糖對(duì)乳酸菌有顯著增殖效果。王利紅等[27]提出，0%～1%的水蘇糖對(duì)保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌有明顯的增菌作用。低聚果糖和水蘇糖能促進(jìn)乳酸菌的生長(zhǎng)，可能是嗜熱鏈球菌、乳桿菌等益生菌可將低聚果糖與水蘇糖作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行代謝[14,28-29]。多重均值分析表明，F(xiàn)OS2組的乳酸菌活菌數(shù)顯著低于FOS1組（p≤0.05），但總體水平仍高于CK組，推測(cè)是2 g/100 mL的低聚果糖在低溫環(huán)境中形成了高滲透壓，從而導(dǎo)致活菌數(shù)下降。而STAS1組與STAS2 組和活菌數(shù)無(wú)顯著差異（p＞0.05）。王庭欣等[30]提出，在羊奶中添加水蘇糖，當(dāng)水蘇糖濃度增加量為0.4%～0.8%，隨濃度增高，乳酸菌菌量增多；1.2%濃度的水蘇糖與0.8%的水蘇糖相比，菌數(shù)變化不明顯。這與本試驗(yàn)結(jié)論類似：添加1 g/100 mL的水蘇糖可顯著增加乳酸菌總菌數(shù)，更高濃度的水蘇糖對(duì)菌數(shù)變化影響較小。低聚果糖與水蘇糖不但能在一定程度上促進(jìn)乳酸菌增殖，同時(shí)有可能起到在低溫儲(chǔ)存環(huán)境下保護(hù)乳酸菌作用。房曉等[31]研究表明，冷凍保藏時(shí)，2%濃度的水蘇糖具有近似的保護(hù)效果。同樣蔡桂林等[32]提出，低聚果糖、菊粉等益生元均為大分子多糖類物質(zhì)，不能透過乳酸菌的細(xì)胞膜和細(xì)胞壁，但可在特定溫度下降低溶質(zhì)的濃度，進(jìn)而起到保護(hù)菌體的作用。此外，這些多糖類物質(zhì)具有多個(gè)羥基，在冷凍過程中可取代水分子與菌體蛋白質(zhì)極性基團(tuán)或與菌體細(xì)胞膜磷脂中的磷酸基團(tuán)形成氫鍵，從而保護(hù)蛋白質(zhì)和細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與功能的完整性。

2.3 低聚果糖與水蘇糖的添加量對(duì)酸奶冰淇淋酸度的影響

低聚果糖與水蘇糖的添加量對(duì)冰淇淋基料酸度的影響見圖2。

圖2 益生元添加量對(duì)冰淇淋酸度的影響Fig.2 Effect of prebiotics amount on acidity of ice cream

由圖2可看出，對(duì)比CK組，添加低聚果糖組（FOS1、FOS2組）冰淇淋的滴定酸度顯著降低（p≤0.05）。多重均值分析表明，F(xiàn)OS1組與FOS2組滴定酸度無(wú)顯著差異（p＞0.05）。何君等[18]研究發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)存3 d～14 d發(fā)酵乳，加入0.5%～2.5%低聚果糖的發(fā)酵乳酸度低于空白樣，酸度與低聚果糖的濃度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，隨著低聚果糖濃度的增高，發(fā)酵乳的酸度逐漸降低。本試驗(yàn)僅發(fā)現(xiàn)添加低聚果糖使得滴定酸度顯著降低，未發(fā)現(xiàn)酸度與低聚果糖的濃度呈明顯負(fù)相關(guān)性。虞姣姣等[33]提出，添加適宜質(zhì)量濃度的低聚果糖可以有效降低貯藏期發(fā)酵乳的滴定酸度，減緩后酸化對(duì)酸奶風(fēng)味的影響，低聚果糖質(zhì)量濃度不同，發(fā)酵乳滴定酸度差異不顯著。對(duì)比CK組，添加水蘇糖組（STAS1、STAS2組）冰淇淋的滴定酸度顯著降低（p≤0.05）。多重均值分析表明，STAS1組的滴定酸度顯著高于STAS2組（p≤0.05）。試驗(yàn)結(jié)果表明，添加了低聚果糖與水蘇糖雖然顯著促進(jìn)乳酸菌的生長(zhǎng)，但酸度并沒有隨著菌數(shù)的增加而升高，反而有所下降，且添加量越大，滴定酸度越低。這表明，雖然低聚果糖與水蘇糖能促進(jìn)乳酸菌的增殖，但同時(shí)在一定程度上抑制了其產(chǎn)酸。這對(duì)于提高產(chǎn)品益生菌活菌數(shù)，同時(shí)保持柔和的酸甜風(fēng)味，防止酸奶冰淇淋后酸化具有重要意義。

2.4 低聚果糖與水蘇糖的添加量對(duì)酸奶冰淇淋膨脹率的影響

低聚果糖與水蘇糖的添加量對(duì)冰淇淋膨脹率的影響見圖3。

圖3 益生元添加量對(duì)膨脹率的影響Fig.3 Effect of prebiotics amount on ice cream overrun

由圖3可知，對(duì)比CK組，添加低聚果糖組（FOS1、FOS2）冰淇淋膨脹率明顯增大（p≤0.05）。多重均值分析表明，F(xiàn)OS2組的膨脹率（49.3±0.1）%顯著高于FOS1組（44.9±0.35）%。這說明低聚果糖能有效提升冰淇淋包埋空氣的能力，從而在相同的攪打時(shí)間，充入更多的空氣，提高冰淇淋的膨脹率。對(duì)比CK組，添加水蘇糖組（STAS1、STAS2組）冰淇淋膨脹率明顯增大（p≤0.05），多重均值分析表明，STAS1組膨脹率（48.8±0.26）%與 STAS2組（48.2±0.53）%無(wú)顯著差異（p＞0.05）。在添加量為1 g/100 mL時(shí)，水蘇糖提高膨脹率的能力比低聚果糖強(qiáng)，當(dāng)添加量為2 g/100 mL時(shí)，二者的膨脹率均能達(dá)到48%以上。冰淇淋膨脹率的提高說明冰淇淋中包裹的空氣增加，有利于形成冰淇淋柔滑松軟的口感，同時(shí)空氣也有利于阻隔熱量，使冰淇淋抗融性能提高。

2.5 低聚果糖與水蘇糖的添加量對(duì)酸奶冰淇淋感官性質(zhì)的影響

感官評(píng)定結(jié)果見表4。

表4 益生元添加量對(duì)感官的影響Table 4 Effect of prebiotics amount on ice cream sense

由表4可看出，總體上添加了益生元的冰淇淋總分均與空白組總分有顯著性差異，說明添加低聚果糖與水蘇糖能有效改善酸奶冰淇淋風(fēng)味，減少冰晶的產(chǎn)生，使其香味更加醇厚、酸奶奶香更易被消費(fèi)者接受。益生菌酸奶冰淇淋的感官評(píng)分由高到低為FOS1＞STAS2＞FOS2＞STAS1＞CK。FOS1組和STAS2組的冰淇淋評(píng)分最高，為90.80分和88.30分，其中，F(xiàn)OS1組的氣味分和滋味分最高，較CK組顯著提高（p≤0.05）。FOS1組與STAS2組形態(tài)良好完整、具有濃厚的酸奶香味，且酸甜適中，柔滑細(xì)膩。FOS2組形態(tài)評(píng)分較高，較CK組顯著提高（p≤0.05），其原因與冰淇淋的膨脹率高有關(guān)。可見，低聚果糖可顯著增強(qiáng)冰淇淋包埋空氣的能力，提高冰淇淋的膨脹率。

3 結(jié)論

在益生菌酸奶冰淇淋中分別添加1 g/100 mL～2 g/100 mL的低聚果糖與水蘇糖，可在多方面改善益生菌酸奶冰淇淋的品質(zhì)，主要體現(xiàn)在冰淇淋的滴定酸度、膨脹率、活菌數(shù)和感官特性。添加1 g/100 mL～2 g/100 mL的低聚果糖與水蘇糖能顯著促進(jìn)乳酸菌增殖（p≤0.05），但酸度并沒有隨著菌數(shù)的增加而升高，反而有所下降，且添加量越大，滴定酸度越低。低聚果糖與水蘇糖能促進(jìn)乳酸菌增殖的同時(shí)，在一定程度上也抑制了乳酸菌產(chǎn)酸，從而使酸奶冰淇淋的風(fēng)味更加酸甜可口，更易被消費(fèi)者接受。另一方面，添加低聚果糖和水蘇糖能顯著增加冰淇淋的膨脹率（p≤0.05），有效改善酸奶冰淇淋風(fēng)味，減少冰晶的產(chǎn)生，增加其包埋空氣的能力，有利于形成冰淇淋柔滑松軟的口感，同時(shí)空氣也有利于阻隔熱量，使冰淇淋抗融性能提高。

低聚果糖與水蘇糖作為雙歧因子，添加到益生菌酸奶冰淇淋中，可顯著增加冰淇淋益生菌的數(shù)量，被食入人體內(nèi)后，可特異性地增殖人體腸道內(nèi)乳酸桿菌、雙歧桿菌等有益菌，從而調(diào)整腸道菌群結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)腸道功能，改善人體健康。