胡蘿卜發(fā)酵型酸奶的工藝優(yōu)化及研制

蔡永敏，李正英，鄒寅，史曉霞

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，包頭014109）

0 引言

據(jù)Copalan等研究表明，胡蘿卜的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為86%～89%[1-3]，碳水化合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.6%～10.6%[1-6]，脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為0.3%[1-6]，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)處于0.6%～1%[1,3-6]，粗纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%～2.5%[1-2,5-6]。醫(yī)學(xué)研究表明，每天吃一定量胡蘿卜，可以降低血液膽固醇10%～20%，有助于心臟病和腫瘤疾病的預(yù)防。胡蘿卜素具有重要醫(yī)藥作用，在人體中可提高免疫系統(tǒng)產(chǎn)生抗體的能力，還能增加自然殺傷的數(shù)量，清除體內(nèi)癌細(xì)胞或被感染的細(xì)胞[7]。此外，有學(xué)者研究了胡蘿卜與杏復(fù)合飲料配方，也有人對紅棗胡蘿卜飲料加工工藝進(jìn)行研究[8-9]。目前，胡蘿卜酸奶研究較少，2013年范民以全脂奶粉為原料，通過添加荔枝，采用正交試驗(yàn)得到荔枝酸奶最佳工藝[10]。曹旭東將山藥汁加入到新鮮牛奶中發(fā)酵而成的酸奶，其中不但含有不飽和脂肪酸，而且也可起到抗菌抑菌、利于身體健康的功效[11]。本研究選用乳飲料常用菌種保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌作為發(fā)酵劑，通過試驗(yàn)確定發(fā)酵條件，得出胡蘿卜酸奶的最佳工藝配方，目的獲得口感較好、保健性能較高的新樣式酸奶。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料

發(fā)酵劑：嗜熱鏈球菌（Streptococcurs Thermophilus.ST）、保加利亞乳桿菌(Lactobacillus bulgaricus.LB)，由內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)微生物菌種保藏實(shí)驗(yàn)室提供。

牛肉浸膏，蛋白胨，酵母提取粉，三水合醋酸鈉，磷酸氫二鉀，檸檬酸二銨，無水葡萄糖，氯化鈉，氫氧化鈉，脫脂乳，硫酸錳，無水乙醇，硫酸鎂，硫酸錳等均為分析純。

M RS瓊脂培養(yǎng)基，脫脂乳培養(yǎng)基參照文獻(xiàn)[12]中方法進(jìn)行配制。

1.2 儀器

HVE-50全自動高壓滅菌鍋，HPS-250生化培養(yǎng)箱，BCD-245D冰箱，COVER-018顯微鏡，12001電子天平，BCN-1360生物超凈工作臺，TGL-16C型臺式離心機(jī)，HM-12 pH計(jì)，LRH-250-HS電熱恒溫培養(yǎng)箱，移液器。

2.3 方法

首先，通過設(shè)置發(fā)酵時間、溫度及糖模擬酸度梯度試驗(yàn)探究保加利亞乳桿菌及嗜熱鏈球菌生長及產(chǎn)酸特性最佳條件；并將保加利亞乳桿菌與嗜熱鏈球菌按1∶1，1∶2，1∶3復(fù)配；結(jié)合不同濃度胡蘿卜汁及蔗糖、果膠添加量，確定胡蘿卜酸奶最佳工藝配方。

2.4 發(fā)酵劑生長性能及配比

菌種活化：將保藏的嗜熱鏈球菌與保加利亞乳桿菌分別接種于已配好的脫脂乳培養(yǎng)基中，37℃培養(yǎng)18-24 h，連續(xù)活化3代，第三代菌種通過穿刺于固體M RS培養(yǎng)基中，于4℃冰箱中保存?zhèn)溆?，其流程如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)菌株活化和保存流程

發(fā)酵劑產(chǎn)酸特性：

（1）最佳接種量確定。本研究分別按體積分?jǐn)?shù)為1%，3%，5%接種量，于脫脂乳培養(yǎng)基中，42℃培養(yǎng)條件下分別測定0，3，6，9，12 h酸度，記錄并求取平均值[13-14]。

（2）最佳發(fā)酵溫度確定。為了探究不同溫度對發(fā)酵劑產(chǎn)酸速率影響，本試驗(yàn)將St和Lb以最佳接種量接種于脫脂乳培養(yǎng)基中，分別在37、42、45℃測定培養(yǎng)基酸度，記錄并求取平均值。

（3）最佳復(fù)配比確定。不同配比的混合發(fā)酵劑對酸奶產(chǎn)酸能力有較大影響，且Lb大于St時產(chǎn)酸能力增強(qiáng)，St大于Lb時產(chǎn)酸能力減弱，兩者存在著共生關(guān)系，因此通過本試驗(yàn)選擇最佳良種發(fā)酵劑最佳復(fù)配比例。在最佳接種量和培養(yǎng)溫度條件下，將Lb和St分別以1∶1，1∶3，1∶5的比例接種在42℃條件下進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)，測定其酸度，記錄并求取平均值。

（4）.模擬酸度測定。發(fā)酵劑以糖作為營養(yǎng)物質(zhì)，并將其迅速分解為乳酸，促使牛奶pH值快速下降，本研究將不同量的糖加入脫脂乳培養(yǎng)中，設(shè)為4個梯度，分別為80～90，90～100，100～120及大于120 g/L。然后將通過上述試驗(yàn)確定出發(fā)酵劑的最佳發(fā)酵溫度、接種量、復(fù)配比作為本次試驗(yàn)確定工藝條件，確定發(fā)酵劑在不同糖濃度脫脂乳中產(chǎn)酸能力。

采用酸堿滴定法測定，吉爾涅爾度（°T）表示：在150m L錐形瓶中，移入10m L發(fā)酵樣品，加入約20m L煮沸后冷卻至40℃的蒸餾水，混勻后滴入2～4滴酚酞指示液，用濃度為0.1 m o l/L的N aOH滴定至微紅色，在30 s顏色內(nèi)不消逝，即為終點(diǎn)，所消耗濃度為0.1 m o l/L的N aOH的毫升數(shù)乘以10即為酸度（°T）。按如下公式計(jì)算酸度：

式中：V為滴定消耗N aOH的體積數(shù)（m L）。

2.5 正交實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)以胡蘿卜汁添加量，蔗糖添加量，果膠添加量，設(shè)計(jì)3因素3水平正交試驗(yàn)，即采用L9（33）正交試驗(yàn)確定各參數(shù)，結(jié)果如表1所示。

表1 正交實(shí)驗(yàn)（Ⅰ）

2.6 感官評定[15]

采用加權(quán)評分法對胡蘿卜酸奶的感官質(zhì)量進(jìn)行綜合評定，檢驗(yàn)人數(shù)為10人，檢驗(yàn)結(jié)果取平均值。其中色澤10分，口感30分，香味20分，組織狀態(tài)40分。

數(shù)據(jù)處理通過Excel和SAS9.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)分析。

3 結(jié)果分析

3.1 不同接種量發(fā)酵劑產(chǎn)酸能力

酸奶在發(fā)酵過程中，酸奶中乳糖成為發(fā)酵劑賴以為生的營養(yǎng)物質(zhì)。當(dāng)微生物發(fā)酵劑漸漸適應(yīng)原料奶環(huán)境，發(fā)酵劑數(shù)量則會成對數(shù)式增長，因而牛乳中乳糖就會被發(fā)酵劑所產(chǎn)生乳糖分解酶分解為葡萄糖和半乳糖，葡萄糖在糖酵解途徑中被降解為丙酮酸，最終丙酮酸被轉(zhuǎn)化為小分子乳酸。由于在酸奶環(huán)境中，乳酸的不斷積累，致使pH值下降至蛋白質(zhì)等電點(diǎn)，因而有利于凝乳，得到黏度較好的酸奶產(chǎn)品[16]。本研究通過接種單一發(fā)酵劑，分別探究不同濃度嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌在不同發(fā)酵時間下的產(chǎn)酸能力。由圖2可知，嗜熱鏈球菌接種量越高，產(chǎn)酸能力越強(qiáng)，5%嗜熱鏈球菌產(chǎn)酸能力＞3%＞1%；發(fā)酵3 h后，3個不同濃度嗜熱鏈球菌產(chǎn)酸能力相差不大，相互相差近5°T；發(fā)酵6 h后，5%嗜熱鏈球菌的環(huán)境酸度達(dá)到54°T，高于3%的45°T和1%的35°T；并且，在9 h后測定酸度，可知5%嗜熱鏈球菌環(huán)境酸度大幅上升，近為74.30°T，3%的為69.67°T，高于1%的40°T；在6～9 h，嗜熱鏈球菌數(shù)量迅速增加，促使原料乳酸度大幅下降；但3%嗜熱鏈球菌的環(huán)境酸度低于5%的4.63°T；12 h后，3%和5%的酸度分別達(dá)到86.31°T和87°T，相差甚微，但遠(yuǎn)高于1%的產(chǎn)酸能力?？傮w說明，接種3%嗜熱鏈球菌不但可以達(dá)到發(fā)酵效果，也可降低酸奶的發(fā)酵成本。

圖2 不同接種量嗜熱鏈球菌產(chǎn)酸能力

由圖3可以看出，5%保加利亞乳桿菌產(chǎn)酸能力明顯高于1%和3%。隨著發(fā)酵進(jìn)行，在3 h末測得三組酸度可知5%保加利亞乳桿菌酸奶酸度已達(dá)到42°T，高于1%和3%的30.67°T和30.33°T，說明適當(dāng)增加發(fā)酵劑比例有助于提高原料乳的酸度；發(fā)酵進(jìn)行到6 h末，1%保加利亞乳桿菌促使環(huán)境酸度升高到41°T，3%的保加利亞乳桿菌原料乳酸度也達(dá)到了44.33，而此時5%酸奶酸度已達(dá)到71°T；9 h結(jié)束時，1%、3%、5%的酸奶酸度分別為46.00、66.4和91°T；相比可知，5%酸奶酸度高于3%酸奶，更高于1%組酸奶酸度；經(jīng)過9 h發(fā)酵，3%組酸奶酸度距酸奶要求酸度較小，而5%組酸奶酸度已經(jīng)超出酸奶酸度的最高要求，過高的酸度會致使酸奶難于被消費(fèi)者接受；待12 h發(fā)酵結(jié)束時，三組酸奶酸度分別為60.00，78.00及117°T，可知1%發(fā)酵劑接種量難于達(dá)到發(fā)酵酸奶所需酸度；而5%組酸奶中發(fā)酵劑數(shù)量較多，產(chǎn)酸速率較快，如果接種單一發(fā)酵劑可縮短酸奶發(fā)酵劑周期；此時3%的酸奶環(huán)境酸度正好符合酸奶酸度標(biāo)準(zhǔn)（80～120°T），如果與產(chǎn)酸能力較強(qiáng)的嗜熱鏈球菌復(fù)配，可快速達(dá)到酸度要求。綜合可知，如果接種復(fù)合發(fā)酵劑，接種量為3%較為適宜。

圖3 不同接種量保加利亞乳桿菌產(chǎn)酸能力

3.2 不同培養(yǎng)溫度下發(fā)酵劑產(chǎn)酸能力

發(fā)酵劑在不同溫度下，生長能力差異較大，在低溫條件下生長活力較??；隨著溫度上升，發(fā)酵劑增殖速率也隨之被提高；但超過一定溫度，發(fā)酵劑生長能力反而被抑制。酸奶中發(fā)酵劑酸奶數(shù)量的不同，會影響酸奶的最終酸度，發(fā)酵劑數(shù)量與酸奶酸度具有一定正相關(guān)性。本研究設(shè)置3個不同發(fā)酵培養(yǎng)溫度，分別為37，42，45℃；探究不同溫度下嗜熱鏈球菌產(chǎn)酸能力的影響。由圖4可以看出，隨著發(fā)酵時間延續(xù)，三組酸奶環(huán)境酸度在不斷升高；在發(fā)酵1h后，三組酸奶酸度近為30°T；發(fā)酵2 h后，45℃酸奶的酸度＞42℃＞37℃；待發(fā)酵到3 h末，42℃發(fā)酵下酸奶環(huán)境酸度＞37℃時酸度＞45℃時酸度，并且在后續(xù)發(fā)酵時間內(nèi)測定酸度顯示，三組酸奶環(huán)境酸度規(guī)律仍與3 h末酸度規(guī)律相同。由此可知，42℃為嗜熱鏈球菌最佳發(fā)酵溫度。

圖4 不同培養(yǎng)溫度對嗜熱鏈球菌產(chǎn)酸能力的影響

保加利亞乳桿菌通過糖酵解途徑將乳糖最終轉(zhuǎn)化為乳酸。在發(fā)酵過程中，發(fā)酵劑數(shù)量逐漸增加，因而酸奶環(huán)境中乳酸含量也在不斷升高，致使酸度上升。由圖5可知，添加保加利亞乳桿菌酸奶在前3 h內(nèi)酸度變化差異不明顯，但呈現(xiàn)出緩慢上升的趨勢；4 h發(fā)酵結(jié)束時，42℃酸奶酸度顯著高于前3 h酸度，并且也高于同一時間的37℃和45℃兩組；5 h末，42℃酸奶酸度更是升高到66°T，其他兩組酸奶酸度較低，近為37°T；6 h發(fā)酵結(jié)束后，42℃酸奶酸度上升達(dá)77°T，達(dá)到酸奶發(fā)酵酸度，此時其它兩組酸度仍然較低。由此可知，42℃是此發(fā)酵劑發(fā)酵的最佳溫度。

圖5 不同培養(yǎng)溫度對保加利亞乳桿菌產(chǎn)酸能力的影響

3.3 發(fā)酵劑最佳配比確定

試驗(yàn)中選用嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌進(jìn)行復(fù)合，復(fù)配形成復(fù)合發(fā)酵劑。趙征在2004研究發(fā)現(xiàn)[53]，通過增加嗜熱鏈球菌比例，可以提高酸奶風(fēng)味；本研究選用保加利亞乳桿菌與嗜熱鏈球菌按1∶1，1∶3，1∶5進(jìn)行復(fù)配發(fā)酵，通過在酸奶中主要產(chǎn)酸能力探究兩者的最佳復(fù)配比。由圖6可知，在發(fā)酵過程中，三組酸奶環(huán)境酸度逐漸上升，三者間差異較不明顯。1～2 h三組酸奶酸度增加速率較為緩慢；2～3 h，三組酸奶酸度急劇增加，3 h末1∶1與1∶3兩組酸度高于1∶5酸奶組；3～4 h，1∶1酸奶組酸度上升速率小于其它兩組，但在4～5 h，1∶1酸奶組酸度上升速率成為三組最高；且6 h末，1∶1組酸度達(dá)到近為75°T，高于其他兩組。說明保加利亞乳桿菌產(chǎn)酸能力優(yōu)于嗜熱鏈球菌，因而保加利亞乳桿菌與嗜熱鏈球菌按1∶（1～3）添加較好，不但可提高產(chǎn)酸能力，而且也利于縮短酸奶發(fā)酵周期，降低酸奶發(fā)酵成本。

圖6 不同復(fù)配比發(fā)酵劑產(chǎn)酸能力

3.4 不同糖質(zhì)量濃度下復(fù)合發(fā)酵劑產(chǎn)酸能力

葡萄糖添加到酸奶，既能提高酸奶甜度，也能為發(fā)酵劑的生長繁殖提供碳源，葡萄糖在酸奶制作過程中起到不可小覷的作用。葡萄糖在糖酵解過程中被分解丙酮酸，丙酮酸又在發(fā)酵劑產(chǎn)生乳酸酶作用下生成乳酸，因而隨著發(fā)酵劑數(shù)量和生長能力的不斷提高，乳酸含量也逐漸增加，促使酸奶酸度迅速降低，降低到蛋白質(zhì)等電點(diǎn)，達(dá)到凝乳的效果。由圖6可知，隨著葡萄糖添加量增加，酸奶的酸度也在逐漸上升，并且當(dāng)葡萄糖添加量在100～120 g/L范圍時，酸度達(dá)到最高，即76.7°T。當(dāng)糖添加量再增加時，酸奶酸度反而低于前三組，說明當(dāng)糖添加量逐漸增加時，有助于提高酸奶酸度，當(dāng)超過一定量，發(fā)酵劑生長能力反而被抑制，酸度也較低。由此可知，酸奶中葡萄糖添加量應(yīng)為100～120 g/L時較為適宜。

圖7 不同糖質(zhì)量濃度對復(fù)合發(fā)酵劑產(chǎn)酸能力的影響

3.5 最佳配方正交實(shí)驗(yàn)

經(jīng)過正交實(shí)驗(yàn)可得出保健型胡蘿卜酸奶最佳工藝配方，以感官評分作為正交實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，其結(jié)果如表1所示。

表2 正交實(shí)驗(yàn)（Ⅱ）

由正交試驗(yàn)極值R值可知，主要影響因素為菌種比例和胡蘿卜汁添加量，其次為果膠添加量，最后為蔗糖添加量，各因素對胡蘿卜酸奶感官質(zhì)量的影響主次順序?yàn)椋篋＞A＞C＞B。由表2正交試驗(yàn)及感官評分可知，得出胡蘿卜酸奶生產(chǎn)的最佳工藝配方為A2B3C1D2，即：胡蘿卜汁添加量為20%，蔗糖添加量為5%，果膠添加量為0.1%，菌種比例為1∶3。

3.6 感官評定

由上述正交試驗(yàn)確定酸奶最佳制作工藝，制作出酸奶色澤呈現(xiàn)淡桔紅色，即均勻的胡蘿卜顏色，色澤均勻一致，光澤鮮亮；并且口感也較為細(xì)膩，酸甜可口，擁有濃郁的乳酸發(fā)酵香味，且并有淡淡胡蘿卜味。經(jīng)本試驗(yàn)最佳工藝制作的酸奶產(chǎn)品，無分層也無乳清析出，組織狀態(tài)均勻。

表3 最佳工藝酸奶感官評定

4 結(jié)論

通過三因素正交實(shí)驗(yàn)確定了胡蘿卜酸奶中胡蘿卜、蔗糖及穩(wěn)定劑最適添加量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌接種量3%、培養(yǎng)溫度42℃以且糖質(zhì)量濃度為100～120 g/L時產(chǎn)酸能力較好，達(dá)到發(fā)酵要求。通過正交試驗(yàn)確定出胡蘿卜酸奶成分最佳添加量：胡蘿卜汁添加量為20%，蔗糖添加量為5%，果膠添加量為0.1%，菌種比例為1∶3。通過上述最優(yōu)發(fā)酵條件、最佳成分配比制作而成胡蘿卜酸奶酸甜適口、色澤均勻且無分層，產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定質(zhì)量安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]GOPALAN C，RAMASASTRY B V，BALASUBRAMAN IAN SC.Diet and nutritional status of adolescent tribal population in nine States of India[J].Asia Pacific Journal Clinical Nutrition,2006,15(1):64-71．

[2]HOLLAND B，UNWI N ID，BUSSD H．Vegetables，herbs and spices:Fifth supplement to McCance and Widdowson’s the composition of foods[J].Royal Society of Chemistry，1999，12（1）：163．

[3]嚴(yán)怡紅.胡蘿卜營養(yǎng)價值與功能食品加工[J].食品研究與開發(fā)，2003,24(6):120-122．

[4]趙志皋.食品營養(yǎng)學(xué)[M].北京:中國輕工業(yè)出版社，1991:60-62．

[5]阮婉貞.胡蘿卜的營養(yǎng)成分及保健功能[J].中國食物與營養(yǎng)，2007(60):51－53．

[6]王光亞.食物成分表[M].上海:上?？萍汲霭嫔?，1991:8-30.

[7]AGARWA L S.Tomatolycopene and low density lipprotein oxidation[J].A Human Dietary Intervention Study Lipids，1998,33(10):981．

[8]劉娟,田呈瑞.紅棗-胡蘿卜復(fù)合飲料的加工工藝研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009,37(25):12 163-12165．

[9]吳治海,蒲彪.胡蘿卜、杏復(fù)合飲料研制及其穩(wěn)定性[J].食品工業(yè)，2006,(2):8-9．

[10]范民.凝固型荔枝酸奶的加工工藝研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013,41(25):10433-10434.

[11]曹旭,郭明亮,曹義明,等．營養(yǎng)保健型山葫酸奶的研制及其護(hù)色方法的研究[J].黑龍江科學(xué)，2013,(10):29-32.

[12]殷文政，孟和畢力格，李少英等.食品微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書[M].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)印刷中心.

[13]叢玉婷,高學(xué)軍.DVS乳酸菌種在我國的應(yīng)用及其開發(fā)研制[J].中國乳品工業(yè)，2004,34(10):27-29.

[14]孟和畢力格,李少英,雙杰.酸奶制品中乳酸菌分離鑒定與發(fā)酵性能的研究[J].中國乳業(yè)，2005,13(7):13-16.

[15]SALWA.A.AlY,carrot yoghurt:sensory.chemical microbiological property and consumer acceptance[J].Pakistan Journal of Nutrition,2004,3(6):322-330.

[16]任玲玲,李開雄,鄧艷.瑞士乳桿菌和嗜熱鏈球菌產(chǎn)酸特性的研究[J].中國食物與營養(yǎng)，2007,(11):34-35.