凝固型紫薯酸奶工藝研究

李 祎，林智毳，包怡紅，2*

(1.東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040;2.林下經(jīng)濟(jì)資源研發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心，黑龍江哈爾濱 150040)

紫薯，富含纖維素、植物蛋白、淀粉、果膠、游離氨基酸、維生素及多種礦物質(zhì)［1］。同時，紫薯中富含以花色苷為主的天然紫色素，具有強(qiáng)抗氧化性、抗腫瘤、預(yù)防和治療心血管疾病、抑菌等功能。此外，紫薯中還含有相當(dāng)豐富的礦質(zhì)元素，其中硒含量比其他紅薯高出20倍，硒元素易被人體吸收，能有效地增強(qiáng)機(jī)體免疫力，清除體內(nèi)產(chǎn)生癌癥的自由基，預(yù)防癌癥的發(fā)生［2］。

酸乳具有獨(dú)特的風(fēng)味，適口性強(qiáng)，富含營養(yǎng)物質(zhì)如蛋白質(zhì)、脂肪、礦物質(zhì)、維生素，而且通過發(fā)酵產(chǎn)生多種保健成分，具有調(diào)節(jié)腸道菌群平衡、降低膽固醇、改善便秘、預(yù)防衰老、美容等生理功能，同時還具有調(diào)節(jié)胃腸功能，改善乳糖不耐癥，促進(jìn)鈣、磷吸收的作用，在增強(qiáng)體質(zhì)與營養(yǎng)健康方面起到食療兼收的作用［3-4］。近年來，人們利用不同的植物與牛乳相結(jié)合，將植物性食品和動物性食品有效結(jié)合，在各種營養(yǎng)成分得到互補(bǔ)的同時，集植物營養(yǎng)和乳酸菌功效于一體，增強(qiáng)酸乳的保健功能［5-6］，也見凝固型紫薯酸乳抗氧化活性方面的報(bào)道［3］，但市場上仍未見有關(guān)紫薯酸奶的產(chǎn)品。因此，筆者以純牛奶、紫薯為原料，利用響應(yīng)面設(shè)計(jì)優(yōu)化凝固型紫薯酸乳發(fā)酵工藝，并對其參數(shù)及其影響因素進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，優(yōu)化得出紫薯酸奶的最佳工藝參數(shù)，為市場開發(fā)凝固型紫薯酸乳產(chǎn)品提供理論依據(jù)，增加功能性酸奶種類，豐富酸奶市場。

1 材料與方法

1.1 材料 紫薯:市售;牛奶:市售的蒙牛純牛奶;發(fā)酵劑:保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌。儀器與設(shè)備:電磁爐，攪拌機(jī)，電熱恒溫培養(yǎng)箱，pH計(jì)，粉碎機(jī)，電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，電子秤，超凈工作臺，篩子。

1.2 工藝流程 牛奶→調(diào)配(加入蔗糖、紫薯粉)→均漿→預(yù)熱→滅菌(95℃，30 min)→冷卻(42℃)→接種→發(fā)酵(41℃，8 h)→后熟(0～4 ℃，24 h)→成品。

1.3 工藝要點(diǎn)

1.3.1 紫薯粉制備的工藝流程及工藝要點(diǎn)。紫薯→去皮→護(hù)色→切片→蒸制→冷卻→干燥→粉碎→過篩→紫薯粉(備用)。原料的選擇:選擇無霉?fàn)€、無發(fā)芽、無機(jī)械損傷的紫薯，去皮，切片，護(hù)色;紫薯熟制:將切片后的紫薯置于蒸鍋中蒸制或沸水中煮制，使紫薯軟化;干燥、粉碎:將蒸熟軟化的紫薯置于電熱恒溫干燥箱中，干燥至恒重，用粉碎機(jī)將紫薯粉碎，并過100目篩。

1.3.2 發(fā)酵原料乳的制備。選用市售純牛奶，加入相當(dāng)于牛乳量的7%的蔗糖和2%的紫薯粉，用攪拌機(jī)攪拌均勻，于95℃條件下滅菌30 min，隨后冷卻到43℃左右。

1.3.3 培養(yǎng)基的制備。將脫脂乳粉用50℃左右的溫開水配制成10%的脫脂乳培養(yǎng)基，將其倒入三角瓶中，密封后于高壓蒸汽滅菌鍋內(nèi)于115℃條件下滅菌20 min，保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.4 發(fā)酵劑的制備。將保加利亞乳桿菌與嗜熱鏈球菌的混合菌種，以3%接種量接種于脫脂乳培養(yǎng)基中，在43℃下，發(fā)酵4 h后得發(fā)酵劑。

1.3.5 接種與發(fā)酵。將制得的發(fā)酵劑以10%的接種量接種于待發(fā)酵的原料乳中，在41℃下發(fā)酵，發(fā)酵后pH達(dá)到3.9左右。

1.3.6 冷藏。將發(fā)酵凝固的紫薯酸乳置于0～4℃條件下，進(jìn)行24 h后熟，使酸乳風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)一步形成。

1.4 感官評定方法及評分標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)紫薯酸奶的組織狀態(tài)、色澤、口感及風(fēng)味對其進(jìn)行感官評定，評定小組由10人組成，根據(jù)表1的評定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評定打分，取其平均值作為最終評價記錄。

表1 產(chǎn)品感官評定標(biāo)準(zhǔn)

1.5 理化指標(biāo)的測定 蛋白質(zhì)的測定參考GB 5009.5-2010;脂肪的測定參照GB 5413.3-2010;總酸的測定參照GB/T12456-2008;可溶性固形物含量的測定采用直接干燥法［7］。

1.6 微生物指標(biāo)的測定 大腸菌群的測定參照GB4789.3-2010 進(jìn)行［8］。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫薯制粉工藝的研究 為了更好地保持紫薯的色澤與風(fēng)味，將無霉?fàn)€、無發(fā)芽、無機(jī)械損傷的紫薯，進(jìn)行去皮、切片，立即放入0.1%異抗壞血酸鈉溶液中進(jìn)行護(hù)色處理后進(jìn)行2種工藝——蒸制、煮制的研究。然后對2種工藝處理后制得的紫薯粉進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的優(yōu)化比較，選擇出最佳制粉工藝，研究結(jié)果如表2所示。

表2顯示，煮制制粉熟化時間短，但是因?yàn)橹笾茣r紫薯部分營養(yǎng)流失于水中，色素也因?yàn)楦邷囟鴵p失，使得紫薯的風(fēng)味和色澤有所損失，對后加工的發(fā)酵乳色澤和風(fēng)味產(chǎn)生影響;而蒸制制粉可一定程度地避免風(fēng)味和色澤的損失，與煮制制粉相比，其可保持紫薯的獨(dú)有風(fēng)味和色澤，營養(yǎng)素?fù)p失少，對發(fā)酵乳風(fēng)味和色澤影響小，所以蒸制制粉為制粉的最佳工藝。

2.2 酸乳品質(zhì)研究的單因素試驗(yàn)

2.2.1 紫薯粉添加量對酸乳品質(zhì)的影響。將制得的紫薯粉分別以純牛奶量的1%、2%、3%、4%、5%添加到純牛奶中，加糖量為7%，接種量為10%，在41℃下發(fā)酵8 h，于0～4℃后熟24 h，對其進(jìn)行感官評價，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可以看出，隨著紫薯粉添加量的增加，酸乳的感官評價值先升高再下降。這是由于紫薯粉添加量過少，發(fā)酵后酸乳味濃郁，沒有紫薯特有的風(fēng)味和色澤;而紫薯粉添加量過多，其特有的風(fēng)味掩蓋乳香，發(fā)酵乳呈深紫色，且有分層現(xiàn)象。綜合而言，選擇紫薯粉添加量在2%左右為宜。

表2 紫薯制粉工藝研究比較依據(jù)

圖1 紫薯粉添加量對酸乳品質(zhì)的影響

2.2.2 蔗糖添加量對酸乳品質(zhì)的影響。將蔗糖分別以純牛奶量的5%、6%、7%、8%、9%添加到純牛奶中，紫薯粉添加量為2%，接種量為10%，在41℃下發(fā)酵8 h，于0～4℃后熟24 h，對其進(jìn)行感官評價，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，蔗糖的添加量直接影響著酸乳的適口性。加糖量過少，固形物含量少，發(fā)酵效果不好，酸乳過酸，組織狀態(tài)不穩(wěn)定;加糖量過多，抑制菌種增殖，延長發(fā)酵時間，規(guī)定時間內(nèi)凝乳狀態(tài)不好，且酸乳口味過甜，掩蓋發(fā)酵酸乳獨(dú)特的風(fēng)味，無發(fā)酵乳香味。綜合而言，蔗糖的添加量控制在7%左右為宜。

2.2.3 接種量對酸乳品質(zhì)的影響。將生產(chǎn)發(fā)酵劑分別以純牛奶量的6%、8%、10%、12%、14%添加到純牛奶中，紫薯粉添加量為2%，蔗糖添加量為7%，在41℃下發(fā)酵8 h，于0～4℃后熟24 h，對其進(jìn)行感官評價，結(jié)果如圖3所示。

圖2 蔗糖添加量對酸乳品質(zhì)的影響

由圖3可看出，隨著接種量的增加，酸乳的感官評價值先升高再降低。由于接種量影響著酸乳的組織狀態(tài)及穩(wěn)定性，接種量過少，組織狀態(tài)不均勻，酸乳不易凝固，且產(chǎn)酸量少，酸乳口味偏甜，無酸乳特有的風(fēng)味及口感;接種量過多，在相同的發(fā)酵時間內(nèi)菌種繁殖過多，穩(wěn)定性不好且易分層，產(chǎn)生發(fā)酵過度的現(xiàn)象，酸乳風(fēng)味差，產(chǎn)酸過度，無發(fā)酵乳香味，并且提高了生產(chǎn)成本。綜合而言，接種量控制在10%左右為宜。

圖3 接種量對酸乳品質(zhì)的影響

2.2.4 發(fā)酵溫度對酸乳品質(zhì)的影響。紫薯粉添加量為2%，蔗糖添加量為7%，接種量為 10%，分別在 37、39、41、43、45℃下發(fā)酵8 h，于0～4℃后熟24 h，對其進(jìn)行感官評價。以發(fā)酵溫度為橫坐標(biāo)，感官評價值為縱坐標(biāo)，得到圖4。

由圖4可看出，發(fā)酵溫度對酸乳品質(zhì)的影響與紫薯粉添加量和蔗糖添加量對酸乳品質(zhì)的影響相比較小，但從圖4中可看出在發(fā)酵時間為8 h的前提下，發(fā)酵溫度在41℃時其感官評價值最高，低于43℃時酸乳的感官評價值變化較小，高于此溫度時發(fā)酵效果不好，感官評價值較低。故發(fā)酵溫度控制在41℃左右為宜。

圖4 發(fā)酵溫度對酸乳品質(zhì)的影響

2.3 最佳工藝配方的確定 根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇紫薯粉添加量、蔗糖添加量、接種量和發(fā)酵溫度作為考察因素，以制得的成品的感官評定值為響應(yīng)值Y，采用響應(yīng)面法優(yōu)化工藝參數(shù)。響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表及試驗(yàn)結(jié)果如表3、表4所示。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)

利用Design-Expert8.06軟件對表4中的數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，X1、X2、X3、X4為變量的編碼值，得到紫薯感官評分 Y的二次多元回歸方程:Y=-514.074 31+38.650 00X1+16.620 83X2+8.958 33X3+22.263 89X4-0.250 00X1X2+0.125 00X1X3-0.333 33X1X4+0.375 00X2X3+0.125 00X2X4-3.515 71E-015X3X4-5.725 00-1.868 75-0.556 25-0.275 00。

表4 紫薯酸奶發(fā)酵工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)及結(jié)果

通過方差分析，結(jié)果表明多項(xiàng)式模型的精密度較好，可利用性較高，而且變異系數(shù)在很低的水平(表5)。因此，該試驗(yàn)值是精確可靠的，此模型能應(yīng)用于設(shè)計(jì)的試驗(yàn)。

響應(yīng)面圖和等值線圖直觀地反映響應(yīng)值試驗(yàn)變量各水平以及變量之間的相互關(guān)系。等高線圖的形狀，圓形或橢圓形表示各變量之間的顯著性與否，每條曲線代表2個變量的交互作用，另一個變量設(shè)于0水平。

表5 試驗(yàn)結(jié)果分析

圖5顯示紫薯添加量和蔗糖添加量對紫薯酸乳發(fā)酵的影響，當(dāng)紫薯添加量為1% ～3%時，感官評分先增加后減小，原因是紫薯添加量太少，酸乳無紫薯風(fēng)味;而紫薯添加量增加，使得口感較為粗糙。在與紫薯添加量交互作用中，隨著蔗糖添加量的增加，感官評分先增加后減小。

圖5 紫薯添加量和蔗糖添加量對紫薯酸乳發(fā)酵的影響

圖6顯示了紫薯添加量和接種量對紫薯酸乳發(fā)酵的影響，當(dāng)紫薯添加量為1% ～3%時，感官評分逐漸增加隨后稍有降低;當(dāng)接種量為8% ～12%時，隨著接種量增加，感官評分也略微增加，但增加較為平緩。

圖6 紫薯添加量和接種量對紫薯酸乳發(fā)酵的影響

圖7顯示了紫薯添加量和發(fā)酵溫度對紫薯酸乳發(fā)酵的影響，當(dāng)紫薯添加量為1% ～3%時，感官評分先增加后減少;當(dāng)發(fā)酵溫度為37～43℃時，感官評分先增加后減少。發(fā)酵溫度的高低影響著菌的活力，溫度高或低，使得菌種的活力不強(qiáng)。

圖8顯示接種量和發(fā)酵溫度對紫薯酸乳發(fā)酵的影響，隨著發(fā)酵溫度升高，感官評分先增加后減少;隨著接種量增加，感官評分增加。

通過對回歸模型的分析并綜合運(yùn)用響應(yīng)面圖，得到紫薯酸乳發(fā)酵最優(yōu)條件:紫薯粉添加量2.16%，蔗糖添加量6.72%，接種量10.56%，發(fā)酵溫度40.70℃，在此條件下得到的感官評分為83.895 1分。

圖7 紫薯添加量和發(fā)酵溫度對紫薯酸乳發(fā)酵的影響

圖8 接種量和發(fā)酵溫度對紫薯酸乳發(fā)酵品質(zhì)的影響

2.4 驗(yàn)證試驗(yàn)

2.4.1 發(fā)酵溫度的驗(yàn)證。為了保證試驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，用優(yōu)化的試驗(yàn)結(jié)果對發(fā)酵溫度進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)。設(shè)定發(fā)酵時間分別為 4、6、8、10、12 h，以紫薯添加量為 2.2%，蔗糖添加量為6.7%，接種量為10%，發(fā)酵溫度為41℃進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)。

由圖9可看出，隨著發(fā)酵時間的延長，酸乳的pH不斷下降，感官評價值在發(fā)酵時間為8 h時最高。由此可以得出結(jié)論，在經(jīng)響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化后得到的試驗(yàn)條件下，發(fā)酵時間為8 h時酸乳品質(zhì)最好，這一結(jié)果驗(yàn)證了響應(yīng)模型的準(zhǔn)確性。

圖9 不同發(fā)酵時間對酸乳品質(zhì)和pH的影響

2.4.2 響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果的驗(yàn)證。為了驗(yàn)證模型結(jié)果的精確性，在紫薯添加量為2.2%，蔗糖添加量為6.7%，接種量為10%，發(fā)酵溫度為41℃進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)，在此條件下，感官評分平均值為84分(n=10)，這與預(yù)測模型是一致的，證實(shí)了響應(yīng)模型能準(zhǔn)確地反映最優(yōu)情況。

2.5 產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)

2.5.1 感官指標(biāo)。該試驗(yàn)所得產(chǎn)品呈淺紫色，色澤均勻誘人，凝乳狀態(tài)穩(wěn)定，質(zhì)地均勻，組織細(xì)膩，表面柔滑，無乳清析出，黏稠性好，口感細(xì)膩柔和，酸甜可口，具有濃郁的酸乳風(fēng)味和獨(dú)特的紫薯香味。

2.5.2 理化指標(biāo)。根據(jù)GB5009-2010測定，紫薯酸乳各項(xiàng)指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)。蛋白質(zhì)≥4.5%，脂肪≥3.1%，酸度80～110°T，固形物含量≥20%。

2.5.3 衛(wèi)生指標(biāo)。經(jīng)測定，大腸菌群≤1 000 CFU/L;致病菌未檢出。

3 結(jié)論

試驗(yàn)得出，紫薯經(jīng)蒸制、干燥后粉碎并過100目篩以粉狀添加時，產(chǎn)品品質(zhì)較好。通過響應(yīng)面法篩選最優(yōu)工藝，確定紫薯酸乳發(fā)酵最優(yōu)條件:紫薯粉添加量為純牛乳的2.2%，蔗糖添加量為6.7%，接種量為10%，發(fā)酵溫度為41℃。在此條件下發(fā)酵8 h，得到的酸乳產(chǎn)品呈淡紫色，色澤均勻，組織細(xì)膩柔和，味道酸甜可口，風(fēng)味純正，具有濃郁的紫薯香味和酸乳風(fēng)味。

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