響應(yīng)面優(yōu)化大麥酸奶工藝及其品質(zhì)分析研究

趙延勝,王琪嫄,吳飛,肖香

(江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

響應(yīng)面優(yōu)化大麥酸奶工藝及其品質(zhì)分析研究

趙延勝,王琪嫄,吳飛,肖香

(江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

將大麥粉經(jīng)炒制熟化后添加至酸奶中,研究大麥粉的添加對酸奶品質(zhì)的影響,并在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上,采用響應(yīng)面法對大麥酸奶的發(fā)酵工藝進(jìn)行優(yōu)化,與市售酸奶進(jìn)行品質(zhì)對比分析.結(jié)果表明,大麥粉添加量、蔗糖添加量和發(fā)酵時(shí)間是影響酸奶感官品質(zhì)的顯著因素,菌種接入量的影響不顯著;經(jīng)響應(yīng)面法優(yōu)化后的大麥酸奶最佳生產(chǎn)工藝參數(shù)為:大麥粉添加量為20 g/L,蔗糖添加量為80 g/L,菌種接入量為3%,發(fā)酵時(shí)間為10 h;品質(zhì)分析結(jié)果表明,與市售酸奶相比,大麥酸奶的營養(yǎng)價(jià)值更高,貨架期更長.

大麥粉;酸奶;響應(yīng)面;品質(zhì)分析

0 引言

酸奶作為人們?nèi)粘Ｊ秤玫陌l(fā)酵乳制品,不僅含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì),而且具有改善腸道健康等益生功能[1].隨著消費(fèi)者生活水平的提高和對營養(yǎng)功能及口感需求的多元化,全谷物酸奶受到越來越多的關(guān)注.已有研究表明,谷物的添加不僅可以提升酸奶營養(yǎng)價(jià)值,還會(huì)改善其組織狀態(tài),賦予產(chǎn)品較好的感官品質(zhì)[2].

大麥?zhǔn)堑湫偷膓uot;三高兩低quot;,并兼具食療功效的糧食作物[3].Izydorczyk等人研究發(fā)現(xiàn)大麥β-葡聚糖能促進(jìn)乳酸菌產(chǎn)生胞外多糖,胞外多糖則通過束縛更多的自由水和修飾酸奶凝膠結(jié)構(gòu),從而提升酸奶的粘度,并形成較好的組織狀態(tài)和感官品質(zhì)[4].因此,大麥酸奶的研發(fā)不僅能夠豐富乳制品種類,也為充分利用大麥資源提供思路,具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和現(xiàn)實(shí)意義.

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與試劑

大麥,菌種Yo-C571-F(嗜熱鏈球菌和德氏乳桿菌保加利亞亞種),純牛奶,糖等原輔料(食品級),所用試劑均為分析純.

1.2 儀器與設(shè)備

VS-1300超凈工作臺,酸奶發(fā)酵機(jī),均質(zhì)機(jī),Tec?Master快速黏度分析儀,生化培養(yǎng)箱,YX400Z高壓滅菌鍋,Sartorius分析天平.

1.3 方法

1.3.1 大麥粉的制備

挑選飽滿無雜物的大麥作為原料,洗凈瀝干后,采用旋轉(zhuǎn)式電磁炒制機(jī)對大麥粒進(jìn)行翻炒,采用程序升溫模式炒制:第一階段100℃下炒制40 min,轉(zhuǎn)速為30 r/min,第二階段180℃下炒制40 min,轉(zhuǎn)速為40 r/min,第三階段250℃下炒制30 min,轉(zhuǎn)速為50 r/min,使大麥粒微黃并伴有大麥固有香味停止翻炒.再采用錘式磨粉機(jī)進(jìn)行粉碎,并過100目篩,得到大麥粉.

1.3.2 酸奶的制備工藝

按配方準(zhǔn)確稱取白砂糖、大麥粉,并混合均勻,緩慢加入原料乳中,攪拌后均質(zhì),均質(zhì)壓力為20 MPa,二次均質(zhì)后,使原料乳和配料徹底混合均勻.并迅速進(jìn)行殺菌處理,殺菌條件為90℃持續(xù)15 min,殺菌結(jié)束后冷卻至42℃左右.接入酸奶發(fā)酵劑,并攪拌均勻,在42℃下恒溫發(fā)酵至pH值為4.3左右,即可終止發(fā)酵,成品置于4℃冰箱貯藏,后熟24 h.

1.3.3 酸奶基礎(chǔ)指標(biāo)的測定

酸奶產(chǎn)品應(yīng)符合GB19302-2010[6]食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)酵乳中的相關(guān)要求:分別依據(jù)GB5009.5,GB5413.3,GB5413.34,GB5413.39 和 GB4789.35[7-10]測定酸奶的蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)、酸度、非脂乳固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)和乳酸菌總數(shù).

1.3.4 pH值的測定

采用Sartorius標(biāo)準(zhǔn)型pH計(jì)檢測酸奶在貯藏期間的pH值變化情況.

1.3.5 持水力的測定

持水力的測定參考熊政委等人[11]的方法進(jìn)行.

1.3.6 黏度的測定

采用黏度儀,在設(shè)定條件下(20℃,160 r/min)測定酸奶樣品的黏度,黏度單位為mPa.s.

1.3.7 感官評價(jià)

感官評分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示.

1.3.8 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用SPSS17.0軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,不同組間的比較采用方差分析,Plt;0.05為差異顯著,Plt;0.01為差異極顯著,響應(yīng)面分析結(jié)果用De?sign-ExpertV8.0.6進(jìn)行分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 大麥粉添加量對酸奶品質(zhì)的影響

在蔗糖添加量為80 g/L、菌種接入量為3%、發(fā)酵時(shí)間為10 h和發(fā)酵溫度為42℃的條件下,分析添加量分別為10,50,100,150,200 g/L的大麥粉對酸奶品質(zhì)的影響.

由表2可以看出,隨著大麥粉添加量的增加,酸奶的凝乳時(shí)間、pH和持水力發(fā)生不同變化.其中,酸奶的凝乳時(shí)間隨著大麥粉添加量的增加而縮短,這可能是由于大麥粉添加量的增加,混合液中的糖類物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)增多,包括大麥粉中的β-葡聚糖、低聚糖等成分,促進(jìn)了乳酸菌的生長,乳酸菌產(chǎn)酸速率變快,凝乳所需的時(shí)間相應(yīng)逐漸縮短,統(tǒng)計(jì)學(xué)分析顯示,F=31.184,P=0.021lt;0.05,表明大麥粉添加量對酸奶凝乳時(shí)間的影響顯著.酸奶pH值隨著大麥粉添加量的增加而逐漸減小,這可能是由于大麥粉中的β-葡聚糖等成分也可作為乳酸菌的發(fā)酵基質(zhì),促進(jìn)了乳酸菌產(chǎn)酸量的增加[12].酸奶持水力隨著大麥粉添加量的增加而升高,這主要是因?yàn)榇篼湹矸鄣奈暂^強(qiáng),尤其是大麥淀粉經(jīng)過糊化之后,淀粉顆粒比表面積增大,親水集團(tuán)的暴露,淀粉持水能力得到大幅度提高,表現(xiàn)為酸奶體系的持水力逐漸升高.此外,大麥粉中的蛋白質(zhì)、β-葡聚糖等物質(zhì)均為親水性成分,在一定程度上提高了體系束縛自由水的能力.當(dāng)大麥粉添加量大于10 g/L時(shí),酸奶的組織狀態(tài)開始變得粗糙、稠厚,且在大麥淀粉經(jīng)糊化冷卻后,出現(xiàn)分層,導(dǎo)致凝乳狀態(tài)不佳.

2.2 蔗糖添加量對酸奶感官品質(zhì)影響

在大麥粉添加量為20 g/L,菌種接入量為3%,發(fā)酵時(shí)間為10 h和發(fā)酵溫度為42℃的條件下;分析添加量分別為60,70,80,90,100 g/L的蔗糖對酸奶品質(zhì)的影響.

淡黃色,有酸奶風(fēng)味,麥香味適中,偏甜,無分層,有少量乳清析出,組織狀態(tài)良好,無肉眼可見的顆粒

由表3可以看出,蔗糖的添加量對酸奶樣品的凝乳時(shí)間影響較小,雖大麥粉中的糖類物質(zhì)能夠促進(jìn)乳酸菌的生長,但因添加量的變化幅度較小,對酸奶凝乳時(shí)間的影響程度有限,所有酸奶樣品的凝乳時(shí)間基本維持在4.5 h左右.酸奶樣品的pH值隨著蔗糖添加量的增加而呈現(xiàn)逐漸較小的趨勢,這可能是由于糖量的增加,為乳酸菌的生長提供了充足的C源,促進(jìn)了乳酸菌的產(chǎn)酸,導(dǎo)致pH值的降低.當(dāng)蔗糖添加量超過90 g/L后,pH值有升高的趨勢,這可能是因?yàn)镃源過多,造成C和N失衡,會(huì)抑制乳酸菌的生長和發(fā)酵,產(chǎn)酸量減少.酸奶持水力在蔗糖添加量為80 g/L時(shí),達(dá)到最高,這可能是因?yàn)榇藭r(shí)乳酸菌生長狀態(tài)最佳,產(chǎn)生了較多的胞外多糖,從而提高酸奶的持水能力.

表1 酸奶感官評定

表2 大麥粉添加量對酸奶品質(zhì)的影響

2.3 菌種接入量對酸奶品質(zhì)影響

在大麥粉添加量為20 g/L,蔗糖添加量為80 g/L,發(fā)酵時(shí)間為10 h和發(fā)酵溫度為42℃的條件下,分析菌種接入量分別為1%,2%,3%,4%,5%的乳酸菌混合菌種對酸奶品質(zhì)的影響.

在酸奶發(fā)酵初階段,嗜熱鏈球菌利用牛奶中的乳糖和大麥粉中的β-葡聚糖進(jìn)行快速生長和發(fā)酵,產(chǎn)生大量乳酸,使牛奶和大麥粉混合溶液的pH值下降.當(dāng)pH值下降至5.5左右時(shí),保加利亞乳桿菌開始大量繁殖,嗜熱鏈球菌的生長收到抑制.當(dāng)pH值下降至5.0時(shí),保加利亞乳桿菌在酸奶的此階段的發(fā)酵中占據(jù)了主要位置,pH值繼續(xù)下降,到pH值為4.6左右時(shí),牛奶中的酪蛋白在酸體系作用下開始大量凝聚,乳溶液開始凝固.從表4中可以看到,菌種的接入量對酸奶的凝乳時(shí)間、pH值和持水力產(chǎn)生了顯著的影響,特別是對凝乳時(shí)間的影響極顯著(F=46.136,Plt;0.01).菌種接入量為1%時(shí),在發(fā)酵時(shí)間內(nèi)未形成酸奶的凝乳組織,且持水力較差,產(chǎn)酸量較少.當(dāng)接種量由2%逐漸增加時(shí),pH值下降較為明顯.酸奶的凝乳時(shí)間明顯減少,組織狀態(tài)良好,持水力也得到提升,這主要是因?yàn)閱挝缓康陌l(fā)酵基質(zhì)內(nèi)乳酸菌數(shù)增加,產(chǎn)酸速率和產(chǎn)酸量升高,促進(jìn)了蛋白質(zhì)的凝固.同時(shí)從表中也能看到,當(dāng)菌種接入量超過5%時(shí),乳酸菌產(chǎn)酸過多,凝乳過度,導(dǎo)致乳清開始析出,且產(chǎn)品的口感偏酸.

2.4 發(fā)酵時(shí)間對酸奶品質(zhì)的影響

在大麥粉添加量為20 g/L,蔗糖添加量為80 g/L,菌種接入量為3%和發(fā)酵溫度為42℃的條件下,分析發(fā)酵時(shí)間分別為4,6,8,10,12h對酸奶品質(zhì)產(chǎn)生的影響.

發(fā)酵時(shí)間關(guān)系到酸奶產(chǎn)品最終的組織狀態(tài)、口感等方面,是酸奶發(fā)酵過程中一項(xiàng)重要工藝參數(shù).本研究使用的菌種為德氏乳桿菌保加利亞亞種和嗜熱鏈球菌混和菌種,發(fā)酵活力較好,發(fā)酵溫度較為一致.由表5可以看出,發(fā)酵時(shí)間對酸奶的pH值影響極顯著(F=34.142,P=0.001lt;0.01),隨著發(fā)酵時(shí)間的增加,酸奶產(chǎn)品的pH值逐漸降低,發(fā)酵時(shí)間在6 h以下,乳酸菌的增殖狀態(tài)不足,發(fā)酵產(chǎn)酸量有限,酸奶組織凝固狀態(tài)不佳,沒有完全形成酸奶特有的質(zhì)構(gòu).發(fā)酵時(shí)間在8~10 h內(nèi),酸奶組織狀態(tài)較好,無分層,形成了酸奶的特有風(fēng)味.當(dāng)發(fā)酵時(shí)間超過10 h后,酸奶組織狀態(tài)變差,乳清大量析出,酸甜比失衡,口感不好,酸奶品質(zhì)下降.

2.5 響應(yīng)面優(yōu)化酸奶工藝

選取大麥粉添加量(A)、蔗糖添加量(B)、菌種接入量(C)和發(fā)酵時(shí)間(D)四個(gè)因素作為自變量,酸奶的感官評分作為因變量,依據(jù)Box-Behnken中心組合設(shè)計(jì)原理,對大麥風(fēng)味酸奶的發(fā)酵工藝進(jìn)行優(yōu)化.因素水平和試驗(yàn)設(shè)計(jì)表及結(jié)果如表5和表6所示.

對表7中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析,得到響應(yīng)面回歸模擬方程:

Y=72.90-8.10A+4.01B-1.40C-2.82D-2.88AB+1.55AC+0.97AD-1.00BC-1.60BD+0.30CD+3.27A2-4.19B2-0.62C2-1.36D2.

表3 蔗糖添加量對酸奶品質(zhì)的影響

表4 菌種添加量對酸奶品質(zhì)的影響

表5 發(fā)酵時(shí)間對酸奶品質(zhì)的影響

表6 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平

表7 Box-Behnken設(shè)計(jì)方案及響應(yīng)值結(jié)果

由表8可以看出,模型的Plt;0.0001,表明極顯著,失擬項(xiàng)P=0.0676gt;0.05,表明不顯著,說明該模型的擬合程度良好,試驗(yàn)誤差小,可用于優(yōu)化大麥酸奶的發(fā)酵工藝.此外,因素一次項(xiàng)A,B,D和二次項(xiàng)A2,B2,D2顯著(Plt;0.05),一次項(xiàng)C和二次項(xiàng)C2不顯著(Pgt;0.05),交互項(xiàng)AB顯著,交互項(xiàng)AC,AD,BC,BD和CD不顯著,如圖1所示.

從上述的分析結(jié)果可以知道,大麥粉添加量、蔗糖添加量和發(fā)酵時(shí)間對大麥酸奶工藝的影響較為顯著,響應(yīng)曲面的變化幅度大,對酸奶的感官評分影響明顯,其中大麥粉的最佳添加量為20 g/L,蔗糖最佳添加量為80 g/L,最佳發(fā)酵時(shí)間為10 h.菌種接入量對大麥酸奶工藝影響不顯著,隨著菌種接入量的增加,酸奶感官評分的響應(yīng)曲面變化幅度較小,其最佳添加量在3%~5%之間.因此在本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中所選取的因素水平范圍內(nèi),各因素對響應(yīng)值的影響排序?yàn)?大麥粉添加量gt;蔗糖添加量gt;發(fā)酵時(shí)間gt;菌種接入量.

表8 方差分析結(jié)果變異來源

2.6 大麥風(fēng)味酸奶的品質(zhì)分析

通過對比分析大麥酸奶(最優(yōu)工藝條件下)與市售酸奶的特征性指標(biāo),來評估大麥酸奶的綜合品質(zhì).表9為酸奶的理化指標(biāo)和微生物指標(biāo)檢測結(jié)果.

表9 酸奶檢測結(jié)果

由表9可以看到,市售酸奶和大麥酸奶的各項(xiàng)指標(biāo)均符合GB19302-2010中對于酸奶所做的規(guī)定,且大麥酸奶中的蛋白質(zhì)、脂肪和非脂乳固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于市售酸奶,特別是大麥風(fēng)味酸奶中的乳酸菌活菌數(shù)遠(yuǎn)高于市售酸奶,說明大麥粉有明顯的乳酸菌增殖作用.因此相比市售酸奶,大麥酸奶營養(yǎng)成分更加豐富,營養(yǎng)價(jià)值更高.

酸奶保質(zhì)期的確定結(jié)果由圖2~圖4所示.

蔡超[13]等人報(bào)道稱酸奶變質(zhì)至無法被消費(fèi)者接受時(shí)的評定指標(biāo)為:酸度gt;120°T,感官評分lt;60分,感官出現(xiàn)以下表現(xiàn)視為酸奶的貨架終點(diǎn):組織較粗糖;氣味不協(xié)調(diào),酸味較重;凝乳不均勻,乳清析出嚴(yán)重.由圖2-圖4可以看出,酸奶酸度隨著貯藏天數(shù)的增加逐漸升高,其中市售酸奶在第15 d時(shí)酸度達(dá)到122°T,大麥風(fēng)味酸奶在第20 d酸度超過120°T,此時(shí)酸奶的乳清析出嚴(yán)重,酸甜比失衡,表現(xiàn)為酸奶感官評分顯著下降,市售酸奶在第15 d時(shí)的感官評分低于60分,判定為保質(zhì)期終點(diǎn),而大麥風(fēng)味酸奶在15 d時(shí)感官評分仍大于60分,因此大麥粉的添加延長了酸奶的貨架期,長達(dá)20 d,且在這期間內(nèi)酸奶中乳酸菌活菌數(shù)仍保持較高水平,在第15 d時(shí),活菌數(shù)仍然高達(dá)1.76X 109mL-1.

圖1 因素交互影響感官評分的響應(yīng)曲面圖

圖2 酸奶酸度在貯藏期間變化

圖3 酸奶中乳酸菌數(shù)在貯藏期間的變化

圖4 酸奶的感官評分在貯藏期間的變化

3 結(jié)論

通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面分析法優(yōu)化大麥酸奶發(fā)酵工藝,并將最優(yōu)工藝條件下制得的酸奶與市售酸奶進(jìn)行品質(zhì)對比分析,主要結(jié)論如下:

(1)優(yōu)化得到了酸奶感官品質(zhì)和大麥粉添加量、蔗糖添加量、菌種接入量和發(fā)酵時(shí)間的回歸模型,得到最優(yōu)的工藝參數(shù)為:大麥粉添加量為20 g/L、蔗糖添加量為80 g/L,接種量為3%,發(fā)酵時(shí)間為10 h.在此條件下,酸奶感官得分是85.7,與預(yù)測值87.4較為接近,表明該模型的擬合程度較高.

(2)與市售酸奶相比,大麥酸奶的營養(yǎng)價(jià)值更高,貯藏期的穩(wěn)定性更高,貨架期更長.

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Optimization of fermentation technology of barley yoghurt by response surface methodology and the quality analysis

ZHAO Yansheng,WANG Qiyuan,WU Fei,XIAO Xiang
(School of Food and Biological Engineering,Jiangsu University,Zhenjiang 212013,China)

On the basis of single factor experiments,fermentation process of yoghurt added with barley flour was optimizedby response sur?face methodology,and quality analysis of yoghurt was takencompared with commercial yoghurt.The results showed that the amount of bar?ley flour,sugar,and fermentation time are factors that have significant influence on sensory quality of yoghurt,while the impact of inoculum size was not significant.The optimum fermentation parameters were determined as follows:20 g/L of barley flour,80 g/L of sugar,an inocu?lum size of 3%,and a fermentation time of 10 h.Compared with the commercial yoghurt,the nutrition value of barley yogurt was higher and the shelf life was longer.

barley flour;yoghurt;response surface;quality analysis

TS252.54

A

1001-2230(2017)10-0042-05

2017-02-28

quot;十二五quot;國家科技支撐計(jì)劃(2014BAK19B);江蘇大學(xué)高級人才專項(xiàng)(1281360027).

趙延勝(1985-),男,講師,研究方向?yàn)槭称窢I養(yǎng)與安全.

肖香