Impact of lyophilized soapwort extract on the physicochemical, textural and sensory properties of nonfat yogurt

《Journal of Dairy Research》：Impact of lyophilized soapwort extract on the physicochemical, textural and sensory properties of nonfat yogurt

　　

中文翻译
本研究探讨了冻干肥皂草（Gypsophila sp.）提取物作为功能性配料在凝固型脱脂酸奶中的应用潜力。研究人员以四种不同浓度（对照组：0%、0.025%、0.050%和0.100% w/w）向酸奶样品中添加冻干肥皂草提取物，并在4°C条件下储存30天。研究评估了该提取物对酸奶理化性质（酸度、干物质、蛋白质和脂肪）、质构特性、流变学特性、微观结构（扫描电子显微镜[SEM]）及感官特性的影响。添加肥皂草提取物对样品的pH值、可滴定酸度、总固形物、蛋白质含量及颜色参数（L*、a*、b*）未产生显著影响。尽管总色差（ΔE*）受提取物影响显著，但数值仍低于视觉检测阈值（ΔE*<2）。在质构特性方面，提取物对粘度和乳清析出无显著影响。然而，凝胶硬度随肥皂草提取物浓度的增加而显著降低，从对照样品的343.8 g降至含最高浓度（0.100%）提取物样品的279.7 g。SEM观察显示，提取物干扰了酪蛋白网络结构，导致凝胶结构不规则，表现为较对照更大的孔隙和更小的聚集体。感官评价表明，较高浓度因质构变化和苦味而降低消费者接受度，但含0.025%提取物的样品在统计上与对照相当。因此，0.025%被确定为最佳添加量。这些研究结果表明，干燥的肥皂草提取物可以以低浓度成功添加到酸奶中，以开发新型功能性乳制品。

论文解读文章

**研究背景与目的**

酸奶作为一种独特的发酵乳制品，为消费者提供了牛奶的必需营养素、德氏乳杆菌保加利亚亚种（Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus）和嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）的代谢产物，以及大量存活的活性菌细胞。在结构上，酸奶被定义为酪蛋白与变性乳清蛋白的共沉淀物，其中包裹着脂肪球。随着消费者偏好逐渐转向含有更健康成分及天然新颖风味的食品，在食品中添加多种添加剂以提升质构品质、增加活菌数量、改善营养价值、风味和功能特性已成为常见做法。酸奶的质构和感官特性是消费者偏好的主要决定因素，其质构品质受到乳品质、总固形物、蛋白质和脂肪浓度、热处理方式、发酵剂培养物、发酵时间、酸度发展速率、储存时间及添加剂含量等关键变量的影响。酸奶固有的健康益处可通过添加功能性成分加以增强，如膳食纤维、后生元以及包括酚类物质和甾醇在内的各种植物化学物。

皂苷是天然存在的糖苷类化合物，广泛存在于多种植物（尤其是豆科植物）及一些海洋动物中。其结构特征为亲脂性核心（苷元）——可以是甾体或三萜类结构——连接一个或多个碳水化合物侧链。疏水性苷元的糖基化使皂苷具有生物洗涤剂的功能，其水溶液振荡时可形成致密泡沫。皂苷通常为无色或淡黄色无定形物质，分子量较高，通常超过1000 Da，以降低血清胆固醇、调节免疫系统及对恶性肿瘤细胞表现细胞静止和细胞毒性等多样生物活性著称。肥皂草提取物主要成分为皂苷，通过煮沸石竹科肥皂草属（Gypsophila sp.）植物的根或根茎获得。在土耳其，该提取物长期用作传统食品如牛轧糖、帕夏软糖和芝麻酱酥糖生产中的发泡剂和乳化剂。研究表明，肥皂草属植物的根和根茎富含三萜结构的皂苷，其苷元包括肥皂草苷元、常春藤皂苷元、肥皂草酸和商陆酸。

研究人员假设，肥皂草提取物凭借其两亲性皂苷组分和固有的生物活性特性，可能调节脱脂酸奶的结构形成、凝胶流变学和感官特性。然而，文献回顾显示，关于该提取物对酸奶品质标准影响的研究完全缺失。因此，本研究的主要目的是探究由添加不同浓度冻干肥皂草提取物的复原乳所生产的酸奶的各项特性。

**主要技术方法**

本研究使用从土耳其伊斯坦布尔Kalealt? Cogen公司获得的液体肥皂草提取物（总可溶性固形物含量12.47±0.06%，皂苷含量2.01±0.31%）和从土耳其尼代Bakkalba??o?lu乳品厂获得的脱脂乳粉。酸奶发酵剂（Y 412，含嗜热链球菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种）购自土耳其伊斯坦布尔Maysa G?da公司。研究人员制备了总固形物为15%（w/w）的复原乳，将液体肥皂草提取物在?80°C冷冻过夜后冻干、研磨。实验设四个处理组：对照组（0%）、SE25（0.025%）、SE50（0.050%）和SE100（0.100% w/w），发酵剂接种量为3%（w/w），42°C恒温培养至终点pH 4.60。理化分析在储存第1、15和30天进行，总固形物和蛋白质含量仅在第1和第30天评估，感官评价仅在第15天进行。整个生产过程及后续分析均于6个月内进行了三次独立实验重复。分析方法包括AOAC和IDF标准方法测定理化指标、Kjeldahl法测定蛋白质、Bradford法测定蛋白质含量、CIELAB色度系统测定颜色、质构分析仪测定凝胶硬度、粘度计测定凝胶粘度、离心法测定乳清析出率、扫描电子显微镜观察微观结构，以及采用7点喜好标度的多样本差异检验法进行感官评价。统计分析采用随机区组设计，使用SPSS软件进行方差分析（ANOVA，P≤0.05），处理均值间差异的显著性通过Duncan多重极差检验（P≤0.05）确定。

**研究结果**

脱脂乳粉和冻干肥皂草提取物的组成：脱脂乳粉的干物质含量为95.71±0.23%（w/w），蛋白质含量为34.85±0.52%（w/w），符合土耳其食品法典规范。冻干肥皂草提取物的干物质含量为96.25±0.06%（w/w），蛋白质含量为3.42±0.22%（w/w），总皂苷含量为15.47±0.31%（w/w）。

pH值：添加冻干肥皂草提取物对酸奶发酵过程中达到目标pH 4.60所需的培养时间无显著影响（各处理组均统一在210±15分钟范围内，P>0.05）。储存期间pH值在4.20至4.30之间波动，提取物的添加和储存时间均对pH无显著影响（P>0.05）。这一稳定性归因于样品的高蛋白质含量（>5%）所提供的显著缓冲能力，以及提取物不含可发酵碳水化合物且所用浓度下不具备抑制乳酸菌的抗菌特性。

可滴定酸度：添加冻干肥皂草提取物对可滴定酸度无显著影响（P>0.05），表明提取物对发酵剂细菌的生长和酸奶的缓冲能力无不良影响。储存期间可滴定酸度呈轻微但统计上不显著的上升趋势。

总固形物含量：所有实验酸奶乳基的总固形物含量标准化为约15%。统计表明，提取物的添加和储存时间对总固形物含量均无显著影响（P>0.05）。这是因为样品存储在密封容器中以防止蒸发失水，且未施加加工后处理。

脂肪含量：由于实验酸奶由脱脂乳粉制备的复原乳生产，所有样品中均未检出脂肪。

蛋白质含量：实验样品的蛋白质水平在5.11%至5.54%之间。提取物的添加（P>0.05）和储存时间（P>0.05）对蛋白质含量均无显著影响。由于冻干肥皂草提取物本身蛋白质含量较低（3.42±0.22%），其添加不会显著改变酸奶的蛋白质水平。

颜色值：储存期间L*值介于85.97至87.78之间，提取物和储存时间对亮度无显著影响。a*值在?3.67至?2.14之间，呈微绿色调，归因于血清中核黄素的存在，各因素影响不显著。b*值在7.32至9.52之间，储存时间对b*值有显著影响（P<0.05），第1天的均值（8.91）显著高于第15天和第30天，表明黄色调随时间降低，可能与核黄素和美拉德反应色素的降解有关。总色差（ΔE*）受提取物添加影响显著（P<0.05），但所有测量值均低于2，即低于人眼可感知的颜色差异阈值。

凝胶硬度：凝胶硬度值介于244.1至375.8 g之间。提取物的添加（P<0.01）和储存时间（P<0.01）均对硬度有显著影响。对照组（343.8 g）和SE25样品属同一统计组（P>0.05），但对照组硬度显著高于SE50和SE100样品。随肥皂草提取物浓度增加，酸奶硬度明显下降，SE25（325.2 g）显著硬于SE100。硬度降低归因于皂苷的表面活性性质，其可能通过与乳蛋白疏水区域结合而干扰酪蛋白胶束，阻止酸诱导凝胶化过程中致密、高度交联酪蛋白网络的形成。关于储存效应，第1天平均硬度（278.5 g）显著低于第15天（328.9 g）和第30天（329.3 g），归因于酪蛋白基质随储存时间逐步稳定化。

凝胶粘度：粘度值介于1959至2801 mPa·s之间。提取物添加对粘度无显著影响（P>0.05），但储存时间影响显著（P<0.001）。第1天粘度显著低于第15天和第30天，最高均值在第30天记录（2710 mPa·s），归因于凝胶结构的重排和酪蛋白-酪蛋白接触点的强化。

乳清析出：乳清析出值介于5.42%至31.49%之间。提取物添加对乳清析出无显著影响（P>0.05），但储存时间影响极显著（P<0.001）。第1天平均乳清析出最低（5.68%），第15天最高（31.12%）。储存期间乳清析出显著增加主要归因于酪蛋白网络的自发重排和收缩，而30天后轻微下降可能因凝胶趋向热力学更稳定的低能结构，部分先前排出的血清被重新包裹。

扫描电子显微镜：第30天的SEM图像显示，对照样品呈现相对均匀的孔径和分布。含冻干肥皂草提取物的样品表现出更不规则的凝胶结构，孔径变化远大于对照，除小孔外还出现显著较大的空隙，且孔径随提取物浓度增加而逐渐增大。随提取物浓度增加，酪蛋白分子间的相互作用似乎减弱，表现为更小的酪蛋白聚集体和更明显的棉絮状无定形外观。提取物补充样品中观察到的显著较低硬度值直接归因于这些结构改变。

感官评价：在组织质构评分方面，对照酸奶得分最高（5.8），SE50得分最低（5.1），但统计显示提取物添加无显著影响（P>0.05）。在总体可接受性方面，对照得分最高（5.4），SE100最低（4.0），得分随提取物浓度增加而稳步下降。统计分析确认提取物显著降低了总体可接受性（P<0.01），但SE25样品的可接受性与对照相当（P>0.05），而较高浓度（SE50和SE100）得分显著较低。较高浓度下可接受性的降低归因于小组成员检测到的苦味，这很可能源于提取物高皂苷含量的天然苦味特征。

**结论与讨论**

本研究成功证明了将冻干肥皂草提取物作为清洁标签功能性添加剂整合到凝固型脱脂酸奶中的可行性。虽然较高浓度改变了凝胶质构并损害了关键感官特性，但低浓度补充（0.025%）保持了传统酸奶的核心理化、结构和感官特性。这些发现凸显了该提取物在不干扰标准工业发酵动力学的情况下丰富功能性食品特性的能力。鉴于消费者对功能食品日益增长的需求以及与皂苷相关的健康益处，以该特定水平添加冻干肥皂草提取物配制的酸奶作为创新功能性乳制品具有广阔潜力。未来研究应着重表征皂苷与乳蛋白在热处理过程中的具体相互作用，以避免高浓度下观察到的结构缺陷。本研究的主要局限性包括需要在物种水平上长期监测发酵剂活力，以及需要大规模、人口多样化的消费者小组以更精确地评估商业风味可接受性。