酶解米糠制作無糖酸奶的工藝研究

左 鋒，董洋洋，錢麗麗，遲曉星，姚 笛

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 食品學(xué)院，黑龍江 大慶 163319）

米糠中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，如纖維素、半纖維素、維生素、脂肪及礦物質(zhì)，其蛋白質(zhì)含量在14%～17%之間，其氨基酸組成與聯(lián)合國糧農(nóng)組織（Food and Agriculture Organization，F(xiàn)AO）和世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO)的建議組成接近。除此還含有多種天然生物活性物質(zhì)，如植酸、阿魏酸酯、γ-生育三烯酚、β-谷甾醇、肌醇、多糖等等。研究表明，米糠對人體具有通便、降低膽固醇、降低血脂作用，對尿結(jié)石也有一定的輔助治療作用[1]，此外，還具有抑制大腸癌變、抗氧化、防輻射、護(hù)膚等功效，對血管性頭痛、植物神經(jīng)功能失調(diào)等也有一定防治作用[2]。

甜菊甙A3（rebaudioside A3）是一種天然甜味劑，甜度為蔗糖的350～400倍，且在人體中不參與生理、生化反應(yīng)，在食品領(lǐng)域已將甜菊甙作為甜味劑加以應(yīng)用[3]，但是，目前以甜菊甙A3作為蔗糖替代品研發(fā)米糠無糖酸奶尚無報(bào)道。本研究以米糠酶解液和新鮮牛乳為原料，添加甜菊甙A3作為蔗糖替代品，使用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌制作發(fā)酵劑，研制開發(fā)米糠無糖酸奶。米糠無糖酸奶的開發(fā)不僅可以拓寬米糠的開發(fā)利用渠道，還可以增加酸奶的品種，提高其營養(yǎng)保健功能，因此，具有較大的應(yīng)用價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮米糠為實(shí)驗(yàn)室稻谷礱谷所得；鮮牛乳：安達(dá)伊利乳業(yè)有限公司；甜菊甙A3：由黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工實(shí)驗(yàn)室結(jié)晶純化制備，純度＞95%；保加利亞乳桿菌，嗜熱鏈球菌：由黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院微生物實(shí)驗(yàn)室提供；纖維素酶（700 U/g）：食品級，北京挑戰(zhàn)生物技術(shù)有限公司；其他試劑為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

722型可見分光光度計(jì)：四川儀表九廠；ZHWY-2102型全溫振蕩培養(yǎng)箱：上海精密儀器儀表有限公司；DHP-9272型恒溫培養(yǎng)箱、YXQ-LS-100SⅡ高壓滅菌鍋：上海精宏試驗(yàn)設(shè)備有限公司；FA1004型分析天平：上海一恒科技有限公司；MA-2270EGC型微波爐：青島海爾微波制品有限公司；ScienTZ-04均質(zhì)機(jī)：寧波新藝生物有限公司；JM-100膠體磨：溫州龍灣永興張祥膠體磨廠。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 操作要點(diǎn)

（1）米糠穩(wěn)定化處理：將新鮮米糠過40目篩，微波功率800 W處理5 min，使米糠脂肪酶失活，解脂酶鈍化，得到穩(wěn)定化米糠。將穩(wěn)定化米糠按1∶3比例加水混勻，膠體磨均質(zhì)10 min[4]。

（2）米糠酶解：用纖維素酶酶解米糠中可溶性膳食纖維，酶解添加量1%（以穩(wěn)定化米糠干基重計(jì)算），在pH5.5、溫度37 ℃條件下水解2 h[5]，降解大分子纖維素，釋放被包裹的蛋白質(zhì)及礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分。

（3）離心：將酶解液以3 000 r/min轉(zhuǎn)速離心15 min，取上清液。

（4）調(diào)配：將酶解上清液與鮮牛乳按一定比例混合，并加入一定量穩(wěn)定劑（羥丙基二淀粉磷酸酯和瓊脂）和甜菊甙A3，進(jìn)行調(diào)配，充分混合均勻，在20 MPa下進(jìn)行均質(zhì)[6]。

（5）殺菌：將調(diào)配均質(zhì)液采用95 ℃、15 min殺菌，冷卻到40～45 ℃接種。

（6）菌種：將保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌分別制備母發(fā)酵劑和工作發(fā)酵劑，充分活化后，二者按一定比例混合，無菌環(huán)境接種發(fā)酵劑[7]。

（7）發(fā)酵：接種后的料液置發(fā)酵室內(nèi)發(fā)酵，待發(fā)酵結(jié)束后。取出自然冷卻至室溫，置于4 ℃冰箱的后熟放置5～6 h[8]。

1.3.3 總酸度測定

按GB 5413.34—2010《乳和乳制品酸度的測定》。

1.3.4 持水力的測定[9]

取酸奶樣品10 g裝入離心管，室溫（22±2）℃下離心，轉(zhuǎn)速5 000 r/min，離心20 min。傾去上清液，離心管倒置10 min后立即稱質(zhì)量，離心沉淀物與樣品質(zhì)量的比值即為持水力。

1.3.5 微生物指標(biāo)的測定

按GB 4789.18—2010《食品微生物檢驗(yàn)乳與乳制品檢驗(yàn)》中規(guī)定的方法測定。

1.3.6 感官品評

采用100分制評分法，產(chǎn)品感官評分標(biāo)準(zhǔn)見表1。組織20名品評員在飯后2～3 h對產(chǎn)品的色澤、組織狀態(tài)、滋味、氣味進(jìn)行評分[10-11]，取平均值作為最終感官評分結(jié)果。

表1 米糠無糖酸奶感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation standard of rice bran sugar-free yoghurt

1.3.7 單因素試驗(yàn)

分別考察米糠酶解液添加量、甜菊甙A3添加量、穩(wěn)定劑添加量對米糠無糖品質(zhì)的影響，確定酸奶的最佳配方。

1.3.8 正交試驗(yàn)

依據(jù)酸奶的發(fā)酵條件及菌種的生長特性[8]，以發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間、菌種配比及接種量為考察因素，每個(gè)因素選取三個(gè)水平，進(jìn)行L9（34）的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)（見表2），通過對酸奶進(jìn)行感官評定，確定米糠無糖酸奶的最佳發(fā)酵條件。

2 結(jié)果與分析

2.1 米糠酶解液添加量對酸奶品質(zhì)的影響

牛乳中固形物含量是影響酸奶品質(zhì)的主要因素之一[12-13]，為確定適宜的米糠酶解液添加量，分別以4%、6%、8%、10%、12%的米糠酶解液用量進(jìn)行試驗(yàn)，考察其對酸奶品質(zhì)的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 米糠酶解液添加量對酸奶品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of hydrolysate addition on yoghurt quality

從圖1可知，在一定范圍內(nèi)隨米糠酶解液添加量的增大，酸奶的酸度會(huì)有一定的上升，這主要由于其中能被乳酸菌利用的有效成分含量增加，促進(jìn)乳酸菌迅速增長，因此酸奶的酸度有上升的趨勢；當(dāng)米糠酶解液添加量＞10%時(shí)，酸奶的酸度有明顯下降的趨勢。這主要因?yàn)殡S米糠酶解液的增大，乳中固形物質(zhì)含量也隨之增加，發(fā)酵基質(zhì)中水分活度明顯降低，從而影響菌體的生長和產(chǎn)酸能力[14]。綜合米糠酶解液添加量對成品酸奶的感官品質(zhì)的影響，確定米糠酶解液添加量為10%時(shí)比較適宜。

2.2 甜菊甙A3添加量對酸奶品質(zhì)的影響

甜菊甙A3能對植物乳桿菌和嗜熱鏈球菌生長特性產(chǎn)生影響[15]，從而影響酸奶的發(fā)酵進(jìn)程，為確定甜菊甙A3添加量，分別添加0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.10%的甜菊甙A3進(jìn)行試驗(yàn)，其對酸奶品質(zhì)的影響見圖2。

圖2 甜菊甙A3添加量對酸奶品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of stevioside A3 addition on yoghurt quality

從圖2可知，隨著甜菊甙A3添加量增加，酸度呈先上升后下降趨勢，這主要是由于甜菊甙A3在低濃度下對嗜熱鏈球菌生長有促進(jìn)作用，但隨著甜菊甙A3濃度增大，則表現(xiàn)出對嗜熱鏈球菌生長的抑制作用[15]。同時(shí)甜菊甙A3添加量＞0.08%，酸奶澀味加重，組織狀態(tài)變差，這可能與甜菊糖苷中含有的薄荷醇的苦澀味有關(guān)。結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果分析表明，甜菊甙A3添加量為0.08%比較適宜。

2.3 穩(wěn)定劑添加量對米糠無糖酸奶感官的影響

穩(wěn)定劑不僅能與水結(jié)合形成親水膠體，也能與蛋白質(zhì)形成穩(wěn)定性的保護(hù)膠體，提高酸奶的黏稠度，防止乳清析出。為了使酸奶質(zhì)地細(xì)膩，口感滑潤，減少水析出現(xiàn)象，以米糠酶解液添加量10%，甜菊甙A3添加量0.08%，選擇應(yīng)用廣泛的羥丙基二淀粉磷酸酯和瓊脂作為復(fù)合穩(wěn)定劑，并按1∶1比例添加，分別添加0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%的穩(wěn)定劑進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見圖3。

從圖3可知，穩(wěn)定劑添加量增大會(huì)在一定程度上提高酸奶的持水性，但是添加量＞0.3%時(shí)，米糠酸奶的黏稠度會(huì)增加，口感變得粗糙，使得酸奶的感官品質(zhì)下降。因此，使用羥丙基二淀粉磷酸酯和瓊脂1∶1比例作為復(fù)合穩(wěn)定劑，其添加量控制在0.3%，此時(shí)酸奶的持水力較大，而且感官品質(zhì)最佳。

圖3 穩(wěn)定劑添加量對酸奶品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of stabilizer addition on yoghurt quality

2.4 米糠無糖酸奶發(fā)酵條件的篩選

在發(fā)酵過程中，原料乳在微生物的作用下會(huì)發(fā)生一系列的物理、化學(xué)作用，從而形成酸奶特有口感及風(fēng)味。因此，根據(jù)菌種的生產(chǎn)特性，以發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間、菌種配比及接種量為考察因素，每個(gè)因素選取3個(gè)水平，進(jìn)行L9（34）的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對酸奶進(jìn)行感官評定，確定米糠無糖酸奶的最佳發(fā)酵條件。發(fā)酵條件優(yōu)化的正交試驗(yàn)結(jié)果與分析見表3，方差分析見表4。

表3 發(fā)酵條件正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 3 Results and analysis of orthogonal test for yoghurt fermentation conditions optimization

表4 正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 4 Variance analysis of the orthogonal test

由表3可知，各因素的主次順序依次是A＞C＞B＞D，即在發(fā)酵過程中，發(fā)酵溫度對產(chǎn)品的感官品質(zhì)影響最大，菌種配比和發(fā)酵時(shí)間影響次之，發(fā)酵菌種的接種量對酸奶感官品質(zhì)的影響最小，最佳組合為A2B3C2D2。根據(jù)表4可以看出發(fā)酵溫度為本試驗(yàn)的顯著性因素，說明在試驗(yàn)過程中此因素對試驗(yàn)其主導(dǎo)因素，同時(shí)考慮到發(fā)酵時(shí)間過短、接種量過少，乳酸菌在發(fā)酵過程中不易形成生長優(yōu)勢，酸奶易污染雜菌[16]，因此選擇米糠無糖酸奶最佳發(fā)酵條件為發(fā)酵溫度42 ℃，發(fā)酵時(shí)間6 h，保加利亞乳桿菌與嗜熱鏈球菌菌種配比為1∶2，接種量為4%。

2.5 驗(yàn)證試驗(yàn)

根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果，按照最佳發(fā)酵條件組合A2B3C2D2，即發(fā)酵溫度42 ℃，發(fā)酵時(shí)間6 h，菌種配比為1∶2，接種量為4%，進(jìn)行重復(fù)性試驗(yàn)，結(jié)果見表5。

表5 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Results of verification test

從表5可知，最佳發(fā)酵工藝條件的重復(fù)性較好，生產(chǎn)的米糠無糖酸奶具有良好的感官性狀品質(zhì)（92分）。

3 產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

3.1 感官指標(biāo)

制得的米糠無糖酸奶色澤均勻一致，呈淡黃色；無乳清析出，無沉淀和肉眼可見雜質(zhì)；凝乳質(zhì)地致密，口感細(xì)膩；酸甜爽口，無苦澀味；無異味，具有淡淡的乳香味。

3.2 理化及微生物指標(biāo)

理化及微生物檢測指標(biāo)見表6。

表6 酸奶理化及微生物指標(biāo)檢測結(jié)果Table 6 Physicochemical and microbiological indexes test results of yoghurt

由表6可知，按照試驗(yàn)確定的配方和工藝過程，研發(fā)的米糠無糖酸奶各項(xiàng)理化指標(biāo)符合GB 19302—2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)酵乳》要求。

4 結(jié)論

以纖維素酶酶解米糠獲得米糠水解液，以甜菊甙A3作為蔗糖替代品，通過試驗(yàn)研究確定米糠無糖發(fā)酵酸奶最佳生產(chǎn)工藝。

米糠無糖酸奶最佳配方為：米糠酶水解上清液添加量為10%，甜菊甙A3添加量為0.08%，羥丙基二淀粉磷酸酯和瓊脂按1∶1比例添加量為0.3%。

米糠無糖酸奶的最佳發(fā)酵條件為：發(fā)酵溫度42 ℃，發(fā)酵時(shí)間6 h，保加利亞乳桿菌與嗜熱鏈球菌菌種配比為1∶2，菌種接種量為4%。

米糠無糖酸奶呈淡黃色，色澤均勻一致，無乳清析出，組織形態(tài)細(xì)膩，酸甜爽口，有淡淡的乳香味，風(fēng)味較好。其質(zhì)量指標(biāo)符合發(fā)酵酸乳的國家標(biāo)準(zhǔn)。

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