發(fā)酵溫度波動(dòng)對(duì)酸奶感官、質(zhì)構(gòu)和風(fēng)味特性的影響

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(西南民族大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,四川成都 610041)

酸奶是以生牛(羊)乳或乳粉為原料,經(jīng)殺菌、接種保加利亞乳桿菌(德氏乳桿菌保加利亞亞種)和嗜熱鏈球菌發(fā)酵制成的產(chǎn)品。酸奶不僅具有豐富的營(yíng)養(yǎng)、獨(dú)特的風(fēng)味和口感,還因其消除了一些人的“乳糖不耐癥”以及良好的保健功能等諸多優(yōu)點(diǎn)而受到消費(fèi)者的青睞[1]。溫度是酸奶發(fā)酵中的重要工藝參數(shù),影響牛乳的酸化過(guò)程和酪蛋白在形成凝膠結(jié)構(gòu)過(guò)程中的變化,對(duì)酸奶的風(fēng)味、質(zhì)地有很大的影響[2-3]。目前對(duì)酸奶發(fā)酵溫度的研究,多在單一溫度對(duì)酸奶發(fā)酵性能和食用品質(zhì)影響的研究。而在酸奶實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,因?yàn)榭販夭痪_或發(fā)酵罐溫度調(diào)節(jié)故障可能會(huì)引起發(fā)酵溫度波動(dòng)。杜云建等[4]研究了變溫發(fā)酵對(duì)酸奶中風(fēng)味物質(zhì)變化的影響,發(fā)現(xiàn)41 ℃(1 h)-50 ℃(1 h)-45 ℃(1 h)變溫發(fā)酵條件下制作的酸奶的丁二酮和乙醛含量最高。丁藝雪等[5]根據(jù)乳酸菌和雙歧桿菌的最適發(fā)酵溫度存在差異的特點(diǎn),進(jìn)行變溫發(fā)酵實(shí)驗(yàn),生產(chǎn)雙歧桿菌大豆酸奶,結(jié)果表明在40 ℃下發(fā)酵4 h,然后降溫到37 ℃發(fā)酵2.5 h,主發(fā)酵完成后在4 ℃條件下后發(fā)酵24 h,最終產(chǎn)品雙歧桿菌活菌數(shù)達(dá)107CFU/mL。關(guān)于發(fā)酵溫度波動(dòng)對(duì)酸奶感官、質(zhì)構(gòu)及風(fēng)味品質(zhì)的影響還尚未見(jiàn)報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用物性測(cè)試儀、固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜(SPME-GC-MS)聯(lián)用技術(shù)及模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)理論,通過(guò)質(zhì)構(gòu)、感官和風(fēng)味等指標(biāo),探究溫度波動(dòng)對(duì)酸奶發(fā)酵和品質(zhì)的影響,以期為實(shí)際生產(chǎn)中酸奶發(fā)酵溫度的控制提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1　材料與儀器

鮮牛乳新希望乳業(yè)股份有限公司;蔗糖太古糖業(yè);復(fù)合發(fā)酵劑(保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌、雙歧桿菌)北京川秀科技有限公司;氯化鈉、氫氧化鈉均為分析純,成都萇征化玻有限公司。

Trace DSQ型GC-MS聯(lián)用儀(配Triplus自動(dòng)進(jìn)樣器)美國(guó)Thermo公司;50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取頭美國(guó)Supelco公司;TA.XT Plus 質(zhì)構(gòu)儀英國(guó)Stable MicroSystem公司;HH-6型恒溫水浴鍋國(guó)華電器有限公司;PL303分析天平梅特勒托利多國(guó)際股份有限公司;PHS-3C酸度計(jì)上海佑科儀器有限公司。

1.2　實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1酸奶發(fā)酵在新鮮牛奶中加入7%蔗糖,攪拌均勻。將調(diào)配好的奶預(yù)熱到60 ℃,采用20 MPa壓力均質(zhì)2次,加熱至90 ℃保持15 min殺菌,并快速冷卻至42 ℃左右。接種1‰的復(fù)合發(fā)酵劑,分裝至玻璃瓶中,按照表1的發(fā)酵溫度在培養(yǎng)箱中發(fā)酵培養(yǎng)至發(fā)酵終點(diǎn)(前兩個(gè)溫度階段分別保持2 h,最后溫度階段發(fā)酵至凝乳)。取出放在4 ℃條件下后熟24 h,測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)。發(fā)酵溫度設(shè)置見(jiàn)表1。

表1　發(fā)酵溫度設(shè)置Table 1　Setting of fermentation temperature

1.2.2指標(biāo)測(cè)定

1.2.2.1凝乳時(shí)間酸奶瓶?jī)A斜30 °,以酸奶無(wú)流動(dòng)時(shí)刻作為酸奶凝乳時(shí)間[6]。

1.2.2.2滴定酸度的測(cè)定參考GB5413.34-2010滴定法測(cè)定發(fā)酵乳的酸度[7]。取經(jīng)24 h后熟的發(fā)酵乳樣品5.0 g,加入5 mL蒸餾水,混合均勻,加入2滴0.5%的酚酞指示劑,用0.1 mol/L NaOH滴定至淡粉色,1 min內(nèi)不褪色,同時(shí)以空白作為對(duì)照,根據(jù)所消耗NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的量計(jì)算出滴定酸度(°T)。

1.2.2.3pH測(cè)定使用pH計(jì)測(cè)定酸奶的pH,測(cè)定前校正儀器。

1.2.2.4質(zhì)構(gòu)分析參照文獻(xiàn)[8-9]方法測(cè)定酸奶的硬度、內(nèi)聚性及膠黏性。

測(cè)定參數(shù):探頭:A/BE探頭,探頭壓盤(pán)直徑為:35 mm;測(cè)前速率和測(cè)試速率為:1.0 mm/s;測(cè)后速率為:10.0 mm/s;穿透測(cè)試深度為:30.0 mm;觸發(fā)器類(lèi)型(感應(yīng)力):Auto-10.0 g。

1.2.2.5感官評(píng)價(jià)參照文獻(xiàn)[10-11]的方法,采用模糊數(shù)學(xué)方法并做適當(dāng)調(diào)整,對(duì)酸奶的感官進(jìn)行評(píng)價(jià)。

評(píng)價(jià)因素集X={X1,X2,X3,X4},即評(píng)價(jià)酸奶時(shí)4個(gè)方面的評(píng)價(jià)指標(biāo)。X={組織狀態(tài),色澤,口感,香氣}。

評(píng)語(yǔ)集V={V1,V2,V3},即表示優(yōu)、良、差3個(gè)等級(jí),對(duì)應(yīng)的分值是90,80,60。V={優(yōu),良,差}={90,80,60}。

權(quán)重集W={W1,W2,W3,W4},即4個(gè)方面的評(píng)價(jià)指標(biāo)在綜合評(píng)判中所占的權(quán)重。W={0.3,0.15,0.3,0.25}。

表2　酸奶感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2　Sensory score card for yogurt

1.2.2.6揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分析采用GC-MS分析酸奶中的風(fēng)味物質(zhì),參照文獻(xiàn)[12]的方法,并做適當(dāng)調(diào)整。準(zhǔn)確稱(chēng)取酸奶樣品5.0 g于20 mL頂空瓶?jī)?nèi),然后加入2 g氯化鈉,用壓蓋器壓蓋密封。設(shè)置萃取溫度為60 ℃,萃取風(fēng)味物質(zhì)30 min,進(jìn)樣口處解吸3 min。GC條件:HP-5MS色譜柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);載氣為氦氣,流速為1.0 mL/min,采用不分流模式;進(jìn)樣口溫度240 ℃;升溫程序:起始溫度40 ℃保持3 min,以5 ℃/min升溫至140 ℃保持10 min,再以5 ℃/min升溫至210 ℃保持12 min,最后以10 ℃/min升溫至240 ℃。MS條件:電子電離源;電子能量為70 eV;離子源溫度250 ℃;質(zhì)量掃描范圍35～400 amu,發(fā)射電流100 μA,檢測(cè)電壓1.4 kV。用計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢索(NIST 08)對(duì)未知的化合物進(jìn)行定性分析,并且使用Xcalibur軟件系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)對(duì)照檢索,最終報(bào)道正反匹配因子均大于800的結(jié)果。各組分的相對(duì)含量計(jì)算采用面積歸一化法,即以各組分的峰面積占總峰面積的百分比表示。

表3　后熟后酸奶的酸度和pHTable 3　Acidity and pH of yogurt

注：同列數(shù)據(jù)肩標(biāo)不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(p<0.05);表4、表6同。

1.3　數(shù)據(jù)處理

2　結(jié)果與分析

2.1　溫度波動(dòng)對(duì)酸奶凝乳時(shí)間的影響

溫度波動(dòng)對(duì)酸奶凝乳時(shí)間的影響見(jiàn)圖1。由圖1可知,實(shí)驗(yàn)組1(41 ℃-42 ℃-43 ℃)凝乳時(shí)間為5 h,與對(duì)照組(42 ℃)沒(méi)有顯著差異(p>0.05)。實(shí)驗(yàn)組2(36 ℃-38 ℃-42 ℃)凝乳時(shí)間為6.1 h,為所有實(shí)驗(yàn)組中發(fā)酵時(shí)間最長(zhǎng)的,其前4 h在36 ℃和38 ℃下發(fā)酵,菌種繁殖較慢,凝乳狀況不佳;實(shí)驗(yàn)組3(42 ℃-38 ℃-36 ℃)凝乳時(shí)間為5.5 h,在溫度波動(dòng)條件設(shè)置上與實(shí)驗(yàn)組2的差異在于其先在42 ℃下發(fā)酵,其凝乳時(shí)間較實(shí)驗(yàn)組2縮短(p<0.05)。實(shí)驗(yàn)組4(42 ℃-46 ℃-48 ℃)和實(shí)驗(yàn)組5(48 ℃-46 ℃-42 ℃)的凝乳時(shí)間均為4.5 h,說(shuō)明在高于42 ℃的適當(dāng)溫度下,發(fā)酵速度會(huì)加快。

圖1　溫度波動(dòng)對(duì)凝乳時(shí)間的影響Fig.1　Effect of temperature fluctuation on yogurt curds time注:不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(p<0.05)。

2.2　溫度波動(dòng)對(duì)酸奶滴定酸度和pH的影響

酸奶的酸度和pH測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3,各處理間的酸度及pH均無(wú)顯著差異(p>0.05)。所有實(shí)驗(yàn)組酸度值均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(°T>70),pH達(dá)到了4.6以下。酸奶的后熟過(guò)程能夠改善酸奶的滋味,使風(fēng)味形成更充分,酸奶的口感更加柔和。有研究表明,酸度在90～110 °T,口感風(fēng)味較好,更易被消費(fèi)者接受[13]。

2.3　溫度波動(dòng)對(duì)酸奶質(zhì)構(gòu)特性的影響

酸奶的質(zhì)構(gòu)分析與感官評(píng)價(jià)存在一定的相關(guān)性,是對(duì)酸奶品質(zhì)的客觀(guān)評(píng)價(jià)。不同溫度波動(dòng)條件對(duì)酸奶質(zhì)構(gòu)的影響分析結(jié)果見(jiàn)表4。實(shí)驗(yàn)組1與對(duì)照組質(zhì)構(gòu)各指標(biāo)差異均不顯著(p>0.05),表明溫度波動(dòng)幅度較小時(shí)對(duì)酸奶質(zhì)構(gòu)的影響較小。實(shí)驗(yàn)組2和3的硬度、內(nèi)聚性、膠黏性均低于對(duì)照組,且膠黏性均與對(duì)照組差異顯著(p<0.05),實(shí)驗(yàn)組3的硬度、膠黏性與對(duì)照組差異顯著(p<0.05)。在低于42 ℃的較低溫條件下發(fā)酵,時(shí)間較長(zhǎng),pH下降較緩慢,使酪蛋白粒子相互鏈接形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)較松散,因此酸奶凝膠呈現(xiàn)硬度、內(nèi)聚性、膠黏性下降[14]。實(shí)驗(yàn)組4和5的酸奶,硬度均顯著高于對(duì)照組(p<0.05),膠黏性均顯著低于對(duì)照組(p<0.05)。黃強(qiáng)等[15]的研究也發(fā)現(xiàn)隨著發(fā)酵溫度的升高,凝固型酸奶的硬度有增大的趨勢(shì)。不同溫度波動(dòng)條件下酸奶的膠黏性均低于對(duì)照組。

表4　溫度波動(dòng)對(duì)質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 4　Effect of temperature fluctuation on yogurt texture

2.4　溫度波動(dòng)對(duì)感官品質(zhì)的影響

2.4.1感官評(píng)價(jià)結(jié)果酸奶感官評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表5。

2.4.2模糊數(shù)學(xué)處理過(guò)程以一個(gè)實(shí)驗(yàn)組評(píng)價(jià)結(jié)果為例,組織狀態(tài)指標(biāo),5人選優(yōu),5人選良,0人選差,除以總?cè)藬?shù)10人,可得R組織狀態(tài)=(0.5,0.5,0)。同理可得R色澤=(1,0,0),R口味=(0.3,0.7,0),R香氣=(0.9,0.1,0)。

表5　酸奶感官評(píng)價(jià)結(jié)果Table 5　Sensory evaluation results of yogurt

根據(jù)模糊變換的原理,按照公式B=W·R,可得B對(duì)照1=(0.615,0.385,0)。再將綜合評(píng)價(jià)結(jié)果的各量乘以其對(duì)應(yīng)的分值(優(yōu)為90分、良為80分、差為60分),加和,得到樣品的最終得分Y對(duì)照1=86.15。同理得到其他實(shí)驗(yàn)組的模糊綜合評(píng)價(jià)分值,結(jié)果匯總見(jiàn)表6。

表6　溫度波動(dòng)對(duì)感官品質(zhì)的影響Table 6　Effect of temperature fluctuation on yogurt sensory

表7　溫度波動(dòng)對(duì)風(fēng)味成分的影響Table 7　Effect of temperature fluctuation on yogurt flavour compounds

續(xù)表

注：“-”表示未檢出。

酸奶的感官綜合評(píng)分如表6所示,實(shí)驗(yàn)組1、2、4、5的綜合感官評(píng)分與對(duì)照組差異不顯著(p>0.05)。實(shí)驗(yàn)組3感官評(píng)分最高,且顯著高于其他組(p<0.05);實(shí)驗(yàn)組4綜合評(píng)分最低。由各實(shí)驗(yàn)組的感官評(píng)分結(jié)果看出,當(dāng)溫度在42 ℃以下且遞減波動(dòng)時(shí),酸奶感官較好;當(dāng)溫度在42 ℃以上且遞增波動(dòng)時(shí),酸奶感官較差。當(dāng)發(fā)酵溫度較低時(shí),pH下降較慢,沉淀的蛋白質(zhì)顆粒小,可能得到細(xì)膩的組織結(jié)構(gòu);但是當(dāng)發(fā)酵速度過(guò)慢時(shí),也可能會(huì)導(dǎo)致香味不足、形成凝塊過(guò)軟;當(dāng)發(fā)酵溫度較高時(shí),產(chǎn)酸過(guò)快,聚集形成的蛋白質(zhì)顆粒較大,得到的酸奶組織狀態(tài)較粗糙[16]。組織狀態(tài)和風(fēng)味都是構(gòu)成酸奶品質(zhì)的重要因素,影響人們的感官體驗(yàn),影響最終評(píng)價(jià)結(jié)果。

2.5　溫度波動(dòng)對(duì)風(fēng)味成分的影響

發(fā)酵乳中的風(fēng)味成分主要來(lái)源有原料乳、加工過(guò)程產(chǎn)生及微生物代謝產(chǎn)生[17]。從表7可得,對(duì)照組共檢出32種化合物,實(shí)驗(yàn)組1檢出24種,實(shí)驗(yàn)組2檢出20種,實(shí)驗(yàn)組3檢出23種,實(shí)驗(yàn)組4檢出18種,實(shí)驗(yàn)組5檢出25種。酸奶中檢出的主要風(fēng)味成分是酸類(lèi)、醛類(lèi)和酮類(lèi),而酯類(lèi)和醇類(lèi)檢出很少。酸類(lèi)的貢獻(xiàn)主要在滋味上,氣味上表現(xiàn)不明顯。實(shí)驗(yàn)各組的酸類(lèi)的峰面積分別為1.61×108、1.98×108、2.24×108、1.99×108、5.26×108、2.05×108,所有實(shí)驗(yàn)組的酸類(lèi)檢出種類(lèi)均多于對(duì)照組。實(shí)驗(yàn)各組的醛類(lèi)峰面積分別為3.14×108、2.41×108、1.86×108、2.09×108、2.19×108、2.58×108,酮類(lèi)峰面積分別為9.81×108、13.41×108、11.82×108、14.90×108、13.17×108、16.41×108。其中,酮類(lèi)是待測(cè)酸奶中含量最高的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),且在溫度波動(dòng)組酸奶中明顯增多。由保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌混合菌種發(fā)酵的酸乳,屬于醛香型酸乳,乙醛主要由保加利亞乳桿菌產(chǎn)生[18]。實(shí)驗(yàn)組1與對(duì)照組乙醛峰面積相近,可能是當(dāng)溫度僅在(42±1) ℃波動(dòng)時(shí),對(duì)乙醛生成的影響較小。實(shí)驗(yàn)組2和實(shí)驗(yàn)組3,乙醛峰面積均小于對(duì)照組;而實(shí)驗(yàn)組4和實(shí)驗(yàn)組5,乙醛峰面積均大于對(duì)照組。杜云健等[4]在研究變溫發(fā)酵酸奶時(shí)也得出,當(dāng)平均發(fā)酵溫度偏高時(shí),乙醛的含量增大。所有溫度波動(dòng)實(shí)驗(yàn)組醛類(lèi)的總峰面積均小于對(duì)照組。酮類(lèi)物質(zhì)來(lái)自于不飽和脂肪酸的氧化、氨基酸降解、熱降解及微生物的代謝[19]。酮類(lèi)中的雙乙酰和3-羥基-2-丁酮也被認(rèn)為是影響酸奶風(fēng)味的重要物質(zhì),雙乙酰稀釋至1 mg/L時(shí)呈奶油香味[18]。雙乙酰主要是由后發(fā)酵過(guò)程中的某些香味細(xì)菌產(chǎn)生,應(yīng)將前發(fā)酵結(jié)束后的酸奶迅速放置在適合香味細(xì)菌生長(zhǎng)的低溫環(huán)境中,對(duì)于后發(fā)酵過(guò)程的控制會(huì)很大程度的影響最終產(chǎn)品的雙乙酰含量[20-21]。實(shí)驗(yàn)組1、4、5的雙乙酰的峰面積大于對(duì)照組,2組低于對(duì)照組,3組與對(duì)照組相當(dāng)。3-羥基-2-丁酮呈奶油香味、有刺激味,它是由雙乙酰在雙乙酰還原酶作用下形成或者是由α-乙酰乳酸在α-乙酰乳酸脫羧酶作用下形成[22-23]。3-羥基-2-丁酮的香味遠(yuǎn)弱于雙乙酰[24]。與對(duì)照組相比,其余各實(shí)驗(yàn)組3-羥基-2-丁酮峰面積均增大,且酮類(lèi)總峰面積也均高于對(duì)照組。相較于對(duì)照組,實(shí)驗(yàn)組中檢出的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類(lèi)變少,但各物質(zhì)含量明顯增多。

3　結(jié)論

溫度波動(dòng)對(duì)酸奶發(fā)酵特性和品質(zhì)有影響。實(shí)驗(yàn)組1(41 ℃-42 ℃-43 ℃)酸奶凝乳時(shí)間、質(zhì)構(gòu)和感官指標(biāo)與對(duì)照組(42 ℃)無(wú)顯著差異(p>0.05);實(shí)驗(yàn)組2(36 ℃-38 ℃-42 ℃)比對(duì)照組凝乳時(shí)間長(zhǎng)(p<0.05),硬度、內(nèi)聚性及感官無(wú)顯著差異(p>0.05),膠黏性減小(p<0.05);實(shí)驗(yàn)組3(42 ℃-38 ℃-36 ℃)與對(duì)照組凝乳時(shí)間、內(nèi)聚性無(wú)顯著差異(p>0.05),硬度和膠黏性比對(duì)照組低(p<0.05),感官評(píng)分顯著高于對(duì)照(p<0.05);實(shí)驗(yàn)組4(42 ℃-46 ℃-48 ℃)和實(shí)驗(yàn)組5(48 ℃-46 ℃-42 ℃)與對(duì)照組相比,凝乳時(shí)間、內(nèi)聚性及感官無(wú)顯著差異(p>0.05),硬度顯著增大(p<0.05),膠黏性顯著減小(p<0.05)。所有處理間的酸度及pH無(wú)顯著差異(p>0.05)。相較于對(duì)照組,溫度波動(dòng)實(shí)驗(yàn)組酸奶中檢出的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類(lèi)變少,但各物質(zhì)含量明顯增多。相較于對(duì)照組,溫度波動(dòng)組酸奶中的酮類(lèi)物質(zhì)增多,而烴類(lèi)物質(zhì)明顯減少。發(fā)酵溫度在小范圍波動(dòng),對(duì)酸奶的凝乳時(shí)間、質(zhì)構(gòu)、感官影響不大;發(fā)酵溫度波動(dòng)幅度大時(shí),對(duì)酸奶的凝乳時(shí)間、質(zhì)構(gòu)、感官、風(fēng)味均有影響。在實(shí)際生產(chǎn)中,對(duì)酸奶發(fā)酵溫度的控制可以不必非常精確,允許小范圍波動(dòng)。

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