含膠原蛋白水牛乳酸奶的工藝優(yōu)化

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院廣西水牛研究所，南寧530001）

含膠原蛋白水牛乳酸奶的工藝優(yōu)化

楊攀，李玲，黃麗，唐艷，楊小梅，曾慶坤

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院廣西水牛研究所，南寧530001）

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取膠原蛋白添加量、蔗糖添加量、接種量為自變量，感官評分為響應(yīng)值，利用Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)原理和響應(yīng)面分析法，對膠原蛋白水牛乳酸奶制備工藝進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，最佳工藝條件為膠原蛋白的添加量為2.0%，蔗糖添加量為8%，接種量為0.0067%，發(fā)酵溫度42℃，感官評分可達(dá)到93分。

膠原蛋白；水牛乳；酸奶；工藝優(yōu)化；響應(yīng)面分析

0 引言

膠原蛋白占人體內(nèi)蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的30%～40%，起著支撐器官、保護(hù)肌體的功能[1-2]。膠原蛋白的保健功能主要有：1.美容延緩衰老的功能；2.補(bǔ)鈣功能；3.降血脂功能；4.其他生理功能，如保持血管正常等[3-4]。水牛乳是一種具有南方特色的營養(yǎng)豐富的優(yōu)良乳品種，其乳脂肪、乳蛋白等的質(zhì)量濃度均高于荷斯坦牛乳[5]，利用水牛奶開發(fā)相應(yīng)的乳制品具有很高的加工潛力與價(jià)值。水解后的膠原蛋白可廣泛應(yīng)用于鮮奶、酸奶、乳飲料、奶粉等乳制品中，如日本明治、森永等多企業(yè)的女性美容、補(bǔ)鈣乳制品[6-7]。本研究探討了含膠原蛋白水牛乳酸奶的制備工藝，開發(fā)一款新的發(fā)酵乳制品，提高其營養(yǎng)價(jià)值及保健功能，為消費(fèi)者提供更多的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品及選擇。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料

水牛奶，魚膠原蛋白肽粉（相對分子質(zhì)量平均為2 500 u），乳酸菌菌種凍干粉（25 g，500 U/2 500 L牛奶中），蔗糖。

1.2 儀器設(shè)備

乳脂分離機(jī)（9ND 100），恒溫培養(yǎng)箱，冰箱（西門子），自動封口機(jī)。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

水牛奶→標(biāo)準(zhǔn)化→加入蔗糖、魚膠原蛋白肽粉→殺菌→冷卻→加入發(fā)酵劑→培養(yǎng)發(fā)酵（38～44℃）→4℃冷卻后熟24 h→成品

1.3.2 感官評分

根據(jù)GB19302-2010標(biāo)準(zhǔn)的感官評定要求[8]，對實(shí)驗(yàn)室所得產(chǎn)品進(jìn)行感官評分，評分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

1.3.3 單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

以感官評分為指標(biāo)，以膠原蛋白添加量（1%，1.5%，2%，2.5%，3%）；蔗糖添加量（4%，5%，6%，7%，8%）；接種量（0.005%，0.006%，0.007%，0.008%，0.009%）；發(fā)酵溫度（36，38，40，42，44℃）為條件進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)。

1.3.4 響應(yīng)面法工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)

在單因素的基礎(chǔ)上，選擇魚膠原蛋白肽粉的添加量、蔗糖添加量、接種量為自變量，根據(jù)Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理采用三因素三水平的響應(yīng)面分析法，確定膠原蛋白水牛乳酸奶的最佳工藝參數(shù)。實(shí)驗(yàn)水平設(shè)計(jì)如表2所示。

表1 膠原蛋白水牛乳酸奶的感官評定標(biāo)準(zhǔn)

表2 實(shí)驗(yàn)因素水平 %

2 結(jié)果與分析

2.1 魚膠原蛋白肽粉添加量的單因素實(shí)驗(yàn)

魚膠原蛋白肽粉添加量對膠原蛋白水牛乳酸奶的感官評價(jià)如圖1所示。

圖1 魚膠原蛋白肽粉添加量對水牛乳酸奶感官評分的影響

由圖1可以看出，隨著魚膠原蛋白肽粉添加量的增加，感官評分逐漸降低，主要是因?yàn)轸~膠原蛋白肽粉是從魚鱗與魚皮中提取的，所以有一定的魚腥味，隨著添加量的增加，魚腥味會逐漸加重，影響酸奶的滋味，感官評分也隨之下降。據(jù)報(bào)道，成年人一般每天補(bǔ)充膠原蛋白的需要量在3～6 g[9]，按照每杯酸奶200 g的重量計(jì)算，膠原蛋白的添加比例確定為2%。

2.2 蔗糖添加量的單因素實(shí)驗(yàn)

蔗糖添加量對膠原蛋白水牛乳酸奶感官評價(jià)如圖2所示。

由圖2可以看出，隨著蔗糖添加量的增加，水牛酸奶的感官評分先增加后減少，主要是因?yàn)椋崽翘砑恿可倩蛘哒崽翘砑恿慷?，都會影響酸奶的酸甜比例，添加量少，會使得酸奶吃起來只有酸味而沒有甜味，添加量多會使得酸奶吃起來比較甜，從而掩蓋了酸奶的酸味，因此蔗糖添加的最佳量為7%。

圖2 蔗糖添加量對水牛乳酸奶感官評價(jià)的影響

2.3 接種量的單因素實(shí)驗(yàn)

接種量對膠原蛋白水牛乳酸奶感官評價(jià)如圖3所示。

圖3 接種量對水牛乳酸奶感官評價(jià)的影響

由圖3可以看出，隨著接種量的增加，水牛酸奶的感官評分先增加后減少，可能是因?yàn)榻臃N量少的時(shí)候，由于菌種少，發(fā)酵緩慢，產(chǎn)酸少，發(fā)酵形成的特異性風(fēng)味物質(zhì)少，隨著接種量的增加，使得酸奶發(fā)酵良好，產(chǎn)酸增加，形成較多的特異性風(fēng)味物質(zhì)，但是在接種量過高時(shí)，由于菌種量過大，繁殖過快過多，造成過酸化，使得酸奶滋味較差，質(zhì)地下降。因此選擇接種量為0.007%。

2.4 發(fā)酵溫度的單因素實(shí)驗(yàn)

發(fā)酵溫度對膠原蛋白水牛酸奶感官評價(jià)如圖4所示。

圖4 發(fā)酵溫度對水牛乳酸奶感官評價(jià)的影響

由圖4可以看出，隨著發(fā)酵溫度的升高，酸奶感官評分先增加后減少，可能是因?yàn)樵谳^低溫度下，不利于嗜熱鏈球菌的生長，且不是發(fā)酵微生物的最適溫度，因此產(chǎn)風(fēng)味物質(zhì)比較少。在溫度在40～42℃時(shí)，發(fā)酵過程中乳酸菌之間良好的共生關(guān)系，保加利亞乳桿菌分解酪蛋白產(chǎn)生氨基酸和多肽，從而刺激嗜熱鏈球菌的生長，然后酸奶的酸度會增加，并且嗜熱鏈球菌產(chǎn)生的甲酸也會刺激保加利亞乳桿菌的生長，這兩種菌共生的現(xiàn)象會產(chǎn)生良好的風(fēng)味和質(zhì)地。當(dāng)發(fā)酵溫度高于42℃時(shí)，產(chǎn)酸比較多，產(chǎn)品酸味突出，感官得分下降。因此，選擇42℃為發(fā)酵溫度。

2.5 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果

膠原蛋白水牛酸奶的響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3，運(yùn)用軟件對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行二次多元回歸擬合，得到二次多項(xiàng)回歸方程為

感官評分=92.40-1.00A+0.33B-0.58C+0.75AB-2.08AC-0.42BC-1.99A2-0.16B2-1.82C2

對膠原蛋白水牛乳酸奶感官評分的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表4所示。

表3 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果 %

表4 回歸模型方差分析

由表4可以看出，回歸模型達(dá)到顯著水平（P< 0.0001），而失擬項(xiàng)的P值為0.3699，大于0.05，表示失擬項(xiàng)不顯著，說明回歸方程與實(shí)際情況吻合的較好，實(shí)際誤差小，因此可用該回歸方程代替實(shí)驗(yàn)真實(shí)點(diǎn)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測。從表中可以看出，一次項(xiàng)中A的偏回歸系數(shù)極顯著（P<0.0001），B和C的偏回歸系數(shù)顯著（P<0.05），說明膠原蛋白添加量A、蔗糖添加量B、接種量C對感官評分均有顯著影響，且在選取的因素水平范圍內(nèi)，蔗糖添加量、接種量、膠原蛋白添加量對感官評分的影響程度依次增大，交互項(xiàng)AC的偏回歸系數(shù)極顯著（P<0.0001），說明膠原蛋白添加量和接種量比例之間的交互作用對感官評分的影響極其顯著，交互項(xiàng)AB和BC對響應(yīng)值影響顯著（P<0.05），二次項(xiàng)A2和B2的偏回歸系數(shù)極顯著（P<0.0001）。

根據(jù)所得的回歸方程做出響應(yīng)面圖，預(yù)測膠原蛋白添加量、蔗糖添加量、接種量三個(gè)因素對感官評分的影響分別如圖5、圖6、圖7所示。

圖5 接種量與膠原蛋白添加量的交互作用對感官評分的影響

圖6 蔗糖添加量與膠原蛋白添加量的交互作用對感官評分的影響

圖7 接種量與蔗糖添加量的交互作用對感官評分的影響

由圖5～圖7可以看出，圖中的等高線圖接近橢圓形，膠原蛋白添加量、蔗糖添加量、接種量三因素之間的交互作用對感官評分均有顯著性影響。在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)得出的最佳工藝為：膠原蛋白添加量為2.06%，蔗糖添加量為8%，接種量為0.0067%，在此條件下，感官評分為92.73，考慮到實(shí)際操作的可行性，將工藝條件修訂為膠原蛋白的添加量為2.0%，蔗糖添加量為8%，接種量為0.0067%。

3 結(jié)論

通過單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)得到膠原蛋白水牛乳酸奶的最佳工藝條件為：膠原蛋白的添加量為2.0%，蔗糖添加量為8%，接種量為0.0067%，發(fā)酵溫度42℃。所得到的產(chǎn)品色澤均勻，酸甜爽口，風(fēng)味獨(dú)特，營養(yǎng)豐富，兼具營養(yǎng)與保健雙重功效，有很好的市場前景。

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嘉必優(yōu)參與項(xiàng)目獲得國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)

項(xiàng)目領(lǐng)軍人中國農(nóng)科院油料研究所黃鳳洪研究員

2017年1月9日，一年一度的國家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會在人民大會堂舉行，大會揭曉了2016年國家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)以及自然、發(fā)明、進(jìn)步、國際合作等獎(jiǎng)項(xiàng)。食品領(lǐng)域六項(xiàng)科研成果喜獲獎(jiǎng)勵(lì)，其中，由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所領(lǐng)銜、嘉必優(yōu)生物技術(shù)（武漢）股份有限公司等企業(yè)參與的《油料功能脂質(zhì)高效制備關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)品創(chuàng)新》研究成果榮獲國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

該成果針對現(xiàn)代文明疾病快速增長趨勢，以油料中富含的與人體健康關(guān)系十分密切的功能脂質(zhì)為研究對象，解決了目前功能脂質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中存在的脂質(zhì)資源發(fā)掘利用率低、脂質(zhì)功能素材單一、加工適應(yīng)性差和功能脂質(zhì)產(chǎn)品創(chuàng)制滯后等共性問題。在本項(xiàng)目中，嘉必優(yōu)在功能脂質(zhì)的制劑技術(shù)研究和工程化方面做出了重大貢獻(xiàn)。其獨(dú)特的微膠囊工藝，攻克了功能脂質(zhì)易氧化、分散性差等技術(shù)難題。

據(jù)悉，嘉必優(yōu)公司是中國微生物油脂領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)，在國內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了通過微生物發(fā)酵的方式生產(chǎn)ARA（花生四烯酸）油脂和DHA（二十二碳六烯酸）藻油，這是一種新型的、環(huán)境友好和可持續(xù)的生產(chǎn)方式，并且生產(chǎn)過程潔凈、全程可控，在食品安全方面具有很好的可靠性。嘉必優(yōu)公司與相關(guān)高校、科研院所合作，建立了微生物油脂的菌種技術(shù)、發(fā)酵與后處理技術(shù)、檢測技術(shù)、營養(yǎng)研究與應(yīng)用技術(shù)等完整的理論體系和技術(shù)體系。

ARA油脂和DHA藻油目前已被廣泛應(yīng)用于嬰幼兒配方食品及各類健康食品中。其中，DHA就是人們常說“腦黃金”，它不僅具有促進(jìn)智力發(fā)育和改善記憶力的作用，還常被作為調(diào)節(jié)免疫力、調(diào)節(jié)血脂、血糖等保健食品的主要功效成分，被稱為“裨益一生的脂肪酸”。

Op ti mization p rocess study o f co llagen bu ffalo yoghourt

YANG Pan,LILing,HUANG Li,TANG Yan,YANG Xiaomei,ZENG Qingkun
(Guangxi Buffalo Research Institu te,Chinese Acade my of Agricultural Sciences,N anning 530001,China)

On the basisof single factor experiment,selecting collagen content,sucrose content,inoculation amount as independent variables, sensory score as response value,Using the Box-Behnken central composite design principle and the response surface analysis,the collagen buffalo yoghourt preparation technology wasopti mized.The resultsshowed that the optimu mtechnological conditions for the collagen con?tentof2.0%,sugar contentwas8%,inoculation quantitywas0.0067%,fermentation temperaturewas42℃,and sensory scoreof93 points.

collagen;buffalo milk;yoghourt;processopti mization;response surfaceanalysis

TS252.54

A

1001-2230（2017）01-0050-04

2016-05-30

廣西水牛研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)（水?；?504010），南寧市科技攻關(guān)（20141282）。

楊攀（1987-），女，碩士，研究方向?yàn)槿槠芳庸ぜ夹g(shù)。

曾慶坤