益生菌通常包括乳酸菌、芽孢杆菌、革兰氏阳性球菌等[1]。乳酸菌在非常多的传统食品如乳制品、肉制品、蔬果等中都有广泛应用，能改善食品的营养结构并赋予丰富的风味[2-3]，而且具有改善肠道菌群结构、增强免疫细胞活性[4]、消除致癌因子[5]以及治疗糖尿病[6]等重要生理功效。
冰淇淋因为冰凉爽口、细腻柔滑、清香四溢等特点，被誉为“冷食之王”，深受欢迎[7]。近年来我国冰淇淋产业发展迅猛，每年保持20%左右的增速，市场前景良好。但目前国内仍没有益生菌冰淇淋的生产[8]。益生菌冰淇淋是将活体益生菌作为发酵剂或添加剂加入到经过杀菌的基料中，经一系列工序制成的具有健康功效的产品[9]。在冰淇淋中添加益生菌或用益生菌发酵，既可发挥益生菌的生理功效，还能改善冰淇淋风味与性质，在保留原有口感的同时，实现降糖控糖的目的[10]。
低聚果糖（fructo-oligosaccharides，FOS）是常见的功能性低聚糖，甜味清新纯净，热量低。水苏糖（stachyose，STAS）是天然存在的一种糖，属于可溶性膳食纤维[11]。低聚果糖和水苏糖都可被肠道中的乳酸菌或双歧杆菌选择性利用以达到增殖效果[12-15]，从而达到调节肠道菌群、促进肠道蠕动，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适量的低聚果糖和水苏糖，以期改善冰淇淋的品质，评价指标主要包括酸奶冰淇淋的物理性质、益生菌活菌数、感官性质等。本研究可为新型功能性冰淇淋的研发生产提供指导作用，并为低聚果糖与水苏糖在冷冻发酵产品中的应用提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
脱脂乳粉、淡奶油：雀巢（中国）有限公司；嗜热链球菌DMST-H2（编号GDMCC NO.60642）、德氏乳杆菌DMLD-H1（保藏编号GDMCC NO.60645）：华南理工大学食品科学与工程学院实验室分离保存；低聚果糖（型号QHT-FOS-P95S，FOS含量95%）：江门量子高科生物股份有限公司；水苏糖（STAS含量80%）：广州硕维食品技术有限公司；冰淇淋稳定剂SE709：丹尼斯克（中国）有限公司；白砂糖、传统冰淇淋、酸奶冰淇淋、益生菌酸奶冰淇淋：市售；MRS培养基、生理盐水按标准方法配制。
1.2 仪器设备
DK-S26恒温水浴锅、DNP-9082电热恒温培养箱：上海精宏实验设备有限公司；3004A电子分析天平：深圳市精创职能科技有限公司；MK49PW3数显pH计：上海仪电科学仪器股份有限公司；APV-2000实验型高压均质机：德国APV公司；BTY7215冰淇淋机：黄石东贝制冷有限公司。
1.3 益生菌酸奶冰淇淋的制备
根据冰淇淋相关标准中蛋白质含量标准以及总固形物标准[17]，计算得到适合的脱脂奶粉添加量。何君等[18]的试验表明，添加1%～2%的低聚果糖对发酵乳乳酸菌有较为稳定的增殖效果。于静等[19]发现，当水苏糖添加量为0%～0.6%时，菌数增长趋势迅速升高；当水苏糖添加量为0.6%～1.2%时，菌数增长趋势缓慢下降，但活菌数均保持在一定程度的高水平上。因此本试验优选每100 mL发酵基料的低聚果糖或水苏糖添加量为1 g和2 g，不同组别的发酵基料配方如表1所示。
表1 5种发酵基料的配方
Table 1 Formulations of five base material
淡奶油/mL CK 8 12 0 0.055 10 FOS1 8 12 1（低聚果糖） 0.055 10 FOS2 8 12 2（低聚果糖） 0.055 10 STAS1 8 12 1（水苏糖） 0.055 10 STAS2 8 12 2（水苏糖） 0.055 10组别 脱脂奶粉/g白砂糖/g 益生元/g 乳化增稠剂SE709/g
将发酵基料搅拌30 min左右，经60℃、20 MPa条件均质后进行巴氏消毒。降温至40℃～42℃后在无菌环境下接种复合发酵剂，菌数比（嗜热链球菌DMSTH2∶德氏乳杆菌 DMLD-H1=5∶1），接种量为 1×1010CFU/L。42℃下发酵8h后置于4℃恒温老化8h，得到酸奶冰淇淋基料。所得冰淇淋基料保持-4℃～0℃恒定，在冰淇淋机中搅打相同的时间，充入空气，增大体积，制得所述含益生元的益生菌酸奶冰淇淋，并置于-15℃储藏。
1.4 酸奶冰淇淋的营养成分分析
测定酸奶冰淇淋的脂肪、蛋白质和碳水化合物含量，使用37.67 kJ/g脂肪、16.74 kJ/g蛋白质、16.74 kJ/g碳水化合物和4.186 kJ/g纤维的Atwater转换值计算热量值的大小[20]。
将酸奶冰淇淋的营养成分测定与市售的传统冰淇淋、酸奶冰淇淋和进口益生菌酸奶冰淇淋进行对比，市售样品的营养成分以标签上数据为准。
1.5 酸奶冰淇淋中乳酸菌总数测定
制备的酸奶冰淇淋在-15℃储藏24 h后进行乳酸菌总数的计数。按照GB 4789.35—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验乳酸菌检验》[21]标准中的乳酸菌总数测定方法进行，37℃下培养48 h后，进行计数。
1.6 酸奶冰淇淋的滴定酸度测定
按照GB 5009.239—2016《食品安全国家标准食品酸度的测定》[22]中巴氏杀菌乳、灭菌乳、生乳、发酵乳的标准对-15℃储藏24 h时的酸奶冰淇淋进行酸度测定。
1.7 酸奶冰淇淋的膨胀率测定
采用Muse等[23]改进的膨胀率测定方法，取相同体积的冰淇淋基料和冰淇淋机制成的冰淇淋，分别测量其质量，并按下列公式计算膨胀率。
式中：W为冰淇淋膨胀率，%；M0为冰淇淋基料的质量，g；M为同体积基料制成的冰淇淋质量，g。
1.8 酸奶冰淇淋的感官评定
共选择了10位感官评价员来评估酸奶冰淇淋样品的感官属性。为小组成员安排了2次培训，以正确地评价感官属性。用于参考样品制备、培训专家和建立感官属性的程序基于文献数据[24]。冰淇淋样本使用3位数随机编码，并在单独分区的隔间中依次送达小组成员。在进行感官评估之前，样品在-15℃下储存24 h。每份样品被分成几份，放在白色的塑料盘子里。10位感官评价员分别对产品的色泽、口感、风味、组织状态进行评价。评价的标准与评分参考何蓉涵等[25]的方法并进行改进。评分细则如表2，最后对评分取平均值，进行统计学分析。
表2 益生菌酸奶冰淇淋感官评定细则
Table 2 Sensory evaluation rules of probiotic yogurt ice cream
项目 标准 评分形态 形态完整、正常冰淇淋形态，无变形软塌 21～25轻微变形软塌，略微黏稠 16～20形态坍塌，结成块状，非冰淇淋形态 0～15气味 香味醇厚、酸奶奶香均匀且适中 21～25奶香味不明显、酸奶味道过酸过浅 16～20无明显香味，气味使人不悦 0～15滋味 松软顺滑，酸味均匀适中，奶香味十足 21～25口感微涩，酸奶过酸过浅，奶香味不足 16～20口感酸涩，有酸败味，奶味不明显 0～15组织 无冰晶或无明显冰晶，细腻匀称 21～25有较小冰晶，有沙涩感 16～20观察下有明显冰晶 0～15
1.9 统计分析
所有测定试验均进行3次平行试验，采用SPSS25进行统计分析。图形采用Excel2007进行绘制。
2 结果与分析
2.1 酸奶冰淇淋的营养成分分析
酸奶冰淇淋的营养成分测定结果如表3所示。
表3 酸奶冰淇淋的营养成分及热量值
Table 3 Nutrients and caloric value of yogurt ice cream
注：不同字母表示有显著差异（p≤0.05）。
碳水化合物/（g/100 g）组别 蛋白质/（g/100 g）脂肪/（g/100 g）热值/（kJ/100 g）CK 2.69±0.06a 3.55±0.04a 16.40±0.01a 424.08±0.01a FOS1 2.68±0.02a 3.76±0.15b 16.38±0.01a 464.98±0.01a FOS2 2.68±0.05a 3.76±0.07b 16.39±0.01a 469.33±0.01a STAS1 2.67±0.03a 3.62±0.12ab 16.37±0.01a 459.37±0.01a STAS2 2.69±0.02a 3.72±0.05ab 16.39±0.01a 466.86±0.01a
由表3可知，自制样品符合冰淇淋蛋白质含量不低于2.5 g/100 g的清型半乳脂冰淇淋标准[17]，且自制样品脂肪含量和热值均低于市售的传统冰淇淋（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），符合低脂低热、营养健康的设计要求。产品制成时5组益生菌冰淇淋最低活菌数达到2.8×108CFU/g，高于市售益生菌酸奶冰淇淋产品制成时的总益生菌含量（1×107CFU/g）。
2.2 低聚果糖与水苏糖的添加量对酸奶冰淇淋乳酸菌总数的影响
低聚果糖与水苏糖的添加量对乳酸菌总数的影响见图1。
图1 益生元添加量对乳酸菌总数的影响
Fig.1 Effect of prebiotics amount on viable count of lactic acid bacteria
不同小写字母表示差异显著（p≤0.05）。
由图1可看出，对比CK组，添加低聚果糖组（FOS1、FOS2组）和水苏糖组（STAS1、STAS2组）冰淇淋的乳酸菌总数显著增加（p≤0.05）。杨郁等[26]试验表明，添加1%～2%的低聚果糖对乳酸菌有显著增殖效果。王利红等[27]提出，0%～1%的水苏糖对保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌有明显的增菌作用。低聚果糖和水苏糖能促进乳酸菌的生长，可能是嗜热链球菌、乳杆菌等益生菌可将低聚果糖与水苏糖作为营养物质进行代谢[14,28-29]。多重均值分析表明，FOS2组的乳酸菌活菌数显著低于FOS1组（p≤0.05），但总体水平仍高于CK组，推测是2 g/100 mL的低聚果糖在低温环境中形成了高渗透压，从而导致活菌数下降。而STAS1组与STAS2 组和活菌数无显著差异（p＞0.05）。王庭欣等[30]提出，在羊奶中添加水苏糖，当水苏糖浓度增加量为0.4%～0.8%，随浓度增高，乳酸菌菌量增多；1.2%浓度的水苏糖与0.8%的水苏糖相比，菌数变化不明显。这与本试验结论类似：添加1 g/100 mL的水苏糖可显著增加乳酸菌总菌数，更高浓度的水苏糖对菌数变化影响较小。低聚果糖与水苏糖不但能在一定程度上促进乳酸菌增殖，同时有可能起到在低温储存环境下保护乳酸菌作用。房晓等[31]研究表明，冷冻保藏时，2%浓度的水苏糖具有近似的保护效果。同样蔡桂林等[32]提出，低聚果糖、菊粉等益生元均为大分子多糖类物质，不能透过乳酸菌的细胞膜和细胞壁，但可在特定温度下降低溶质的浓度，进而起到保护菌体的作用。此外，这些多糖类物质具有多个羟基，在冷冻过程中可取代水分子与菌体蛋白质极性基团或与菌体细胞膜磷脂中的磷酸基团形成氢键，从而保护蛋白质和细胞膜结构与功能的完整性。
2.3 低聚果糖与水苏糖的添加量对酸奶冰淇淋酸度的影响
低聚果糖与水苏糖的添加量对冰淇淋基料酸度的影响见图2。
图2 益生元添加量对冰淇淋酸度的影响
Fig.2 Effect of prebiotics amount on acidity of ice cream
不同小写字母表示差异显著（p≤0.05）。
由图2可看出，对比CK组，添加低聚果糖组（FOS1、FOS2组）冰淇淋的滴定酸度显著降低（p≤0.05）。多重均值分析表明，FOS1组与FOS2组滴定酸度无显著差异（p＞0.05）。何君等[18]研究发现，储存3 d～14 d发酵乳，加入0.5%～2.5%低聚果糖的发酵乳酸度低于空白样，酸度与低聚果糖的浓度呈现负相关性，随着低聚果糖浓度的增高，发酵乳的酸度逐渐降低。本试验仅发现添加低聚果糖使得滴定酸度显著降低，未发现酸度与低聚果糖的浓度呈明显负相关性。虞姣姣等[33]提出，添加适宜质量浓度的低聚果糖可以有效降低贮藏期发酵乳的滴定酸度，减缓后酸化对酸奶风味的影响，低聚果糖质量浓度不同，发酵乳滴定酸度差异不显著。对比CK组，添加水苏糖组（STAS1、STAS2组）冰淇淋的滴定酸度显著降低（p≤0.05）。多重均值分析表明，STAS1组的滴定酸度显著高于STAS2组（p≤0.05）。试验结果表明，添加了低聚果糖与水苏糖虽然显著促进乳酸菌的生长，但酸度并没有随着菌数的增加而升高，反而有所下降，且添加量越大，滴定酸度越低。这表明，虽然低聚果糖与水苏糖能促进乳酸菌的增殖，但同时在一定程度上抑制了其产酸。这对于提高产品益生菌活菌数，同时保持柔和的酸甜风味，防止酸奶冰淇淋后酸化具有重要意义。
2.4 低聚果糖与水苏糖的添加量对酸奶冰淇淋膨胀率的影响
低聚果糖与水苏糖的添加量对冰淇淋膨胀率的影响见图3。
图3 益生元添加量对膨胀率的影响
Fig.3 Effect of prebiotics amount on ice cream overrun
不同小写字母表示差异显著（p≤0.05）。
由图3可知，对比CK组，添加低聚果糖组（FOS1、FOS2）冰淇淋膨胀率明显增大（p≤0.05）。多重均值分析表明，FOS2组的膨胀率（49.3±0.1）%显著高于FOS1组（44.9±0.35）%。这说明低聚果糖能有效提升冰淇淋包埋空气的能力，从而在相同的搅打时间，充入更多的空气，提高冰淇淋的膨胀率。对比CK组，添加水苏糖组（STAS1、STAS2组）冰淇淋膨胀率明显增大（p≤0.05），多重均值分析表明，STAS1组膨胀率（48.8±0.26）%与 STAS2组（48.2±0.53）%无显著差异（p＞0.05）。在添加量为1 g/100 mL时，水苏糖提高膨胀率的能力比低聚果糖强，当添加量为2 g/100 mL时，二者的膨胀率均能达到48%以上。冰淇淋膨胀率的提高说明冰淇淋中包裹的空气增加，有利于形成冰淇淋柔滑松软的口感，同时空气也有利于阻隔热量，使冰淇淋抗融性能提高。
2.5 低聚果糖与水苏糖的添加量对酸奶冰淇淋感官性质的影响
感官评定结果见表4。
表4 益生元添加量对感官的影响
Table 4 Effect of prebiotics amount on ice cream sense
注：同一列中不同字母表示有显著差异（p≤0.05）。
组别 形态 气味 滋味 组织 总分CK 20.50±1.18a 19.60±1.96a 19.10±1.10a 21.90±1.37ab 81.10±2.88a FOS1 21.80±1.40bc 22.80±1.69c 23.10±1.20c 23.10±0.86b 90.80±3.43c FOS2 22.70±1.06c 21.70±1.77bc 21.80±1.40b 21.30±1.49a 87.50±3.69b STAS1 21.40±1.65ab 20.90±1.10ab 21.80±1.03b 21.30±1.38a 85.40±3.13b STAS2 21.54±1.39ab 22.10±1.37bc 22.30±1.16bc 22.60±1.17b 88.30±1.89bc
由表4可看出，总体上添加了益生元的冰淇淋总分均与空白组总分有显著性差异，说明添加低聚果糖与水苏糖能有效改善酸奶冰淇淋风味，减少冰晶的产生，使其香味更加醇厚、酸奶奶香更易被消费者接受。益生菌酸奶冰淇淋的感官评分由高到低为FOS1＞STAS2＞FOS2＞STAS1＞CK。FOS1组和STAS2组的冰淇淋评分最高，为90.80分和88.30分，其中，FOS1组的气味分和滋味分最高，较CK组显著提高（p≤0.05）。FOS1组与STAS2组形态良好完整、具有浓厚的酸奶香味，且酸甜适中，柔滑细腻。FOS2组形态评分较高，较CK组显著提高（p≤0.05），其原因与冰淇淋的膨胀率高有关。可见，低聚果糖可显著增强冰淇淋包埋空气的能力，提高冰淇淋的膨胀率。
3 结论
在益生菌酸奶冰淇淋中分别添加1 g/100 mL～2 g/100 mL的低聚果糖与水苏糖，可在多方面改善益生菌酸奶冰淇淋的品质，主要体现在冰淇淋的滴定酸度、膨胀率、活菌数和感官特性。添加1 g/100 mL～2 g/100 mL的低聚果糖与水苏糖能显著促进乳酸菌增殖（p≤0.05），但酸度并没有随着菌数的增加而升高，反而有所下降，且添加量越大，滴定酸度越低。低聚果糖与水苏糖能促进乳酸菌增殖的同时，在一定程度上也抑制了乳酸菌产酸，从而使酸奶冰淇淋的风味更加酸甜可口，更易被消费者接受。另一方面，添加低聚果糖和水苏糖能显著增加冰淇淋的膨胀率（p≤0.05），有效改善酸奶冰淇淋风味，减少冰晶的产生，增加其包埋空气的能力，有利于形成冰淇淋柔滑松软的口感，同时空气也有利于阻隔热量，使冰淇淋抗融性能提高。
低聚果糖与水苏糖作为双歧因子，添加到益生菌酸奶冰淇淋中，可显著增加冰淇淋益生菌的数量，被食入人体内后，可特异性地增殖人体肠道内乳酸杆菌、双歧杆菌等有益菌，从而调整肠道菌群结构，调节肠道功能，改善人体健康。
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