米糠大豆酸奶發(fā)酵條件的優(yōu)化

王勁松,徐 艷,朱德艷,易慶平,陳清嬋,魏曉暉

(1.荊楚理工學(xué)院,湖北荊門 448000;2.湖北金龍泉生物科技有限公司,湖北荊門 448000)

米糠中含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),如纖維素、半纖維素、維生素、脂肪及礦物質(zhì),其中蛋白質(zhì)含量在14%～17%之間,被聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織(FAO)列為未被充分利用的資源[1]。我國(guó)擁有年產(chǎn)2000萬(wàn)噸米糠資源。目前,我國(guó)對(duì)米糠的綜合利用還僅限于加工飼料和米糠油生產(chǎn)等,對(duì)米糠的利用率僅為15%左右。

大豆蛋白質(zhì)含量極為豐富,占大豆總質(zhì)量的35.1%[2]。余尚學(xué)用黃豆?jié){為溶劑提取米糠中的蛋白和其它天然產(chǎn)物營(yíng)養(yǎng)成分[3-4]。目前國(guó)內(nèi)外研究米糠酸奶主要集中在利用米糠或米糠處理液與奶粉一起發(fā)酵生產(chǎn)酸奶,而沒(méi)有植物型米糠酸奶相關(guān)報(bào)道[5-12]。

本研究將穩(wěn)定化米糠、黃豆?jié){以一定比例混合,用保加利亞乳桿菌(L.bulgaricus)和嗜熱鏈球菌(Str.themophilus)混合菌作為發(fā)酵劑,在適當(dāng)條件下研制開(kāi)發(fā)植物型米糠大豆酸奶,促進(jìn)米糠營(yíng)養(yǎng)素的溶出,增加酸奶的花色品種,提高米糠和大豆的經(jīng)濟(jì)效用,滿足人們追求飲品營(yíng)養(yǎng)、保健、安全的要求,其研究和開(kāi)發(fā)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義[13]。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

米糠 食品級(jí),湖北金龍泉生物科技有限公司;大豆 食品級(jí),湖北金龍泉生物科技有限公司;白糖 食品級(jí),云南省元江縣金珂集團(tuán)糖業(yè)有限公司;纖維素酶(酶活力10萬(wàn)U/g) 食品級(jí),和氏璧生物科技有限公司;海藻酸鈉 分析純,河南思遠(yuǎn)生物科技有限公司;瓊脂粉 食品級(jí),澄邁縣老城大富瓊脂廠;酚酞試劑 分析純,天津市福晨化學(xué)試劑廠;氫氧化鈉溶液(0.1 mol/L) 分析純,天津市福晨化學(xué)試劑廠;保加利亞桿菌+嗜熱鏈球菌(1∶1) 食品級(jí),北京川秀國(guó)際貿(mào)易有限公司。

721型榨汁機(jī)、C21-SC001電磁爐 九陽(yáng)股份有限公司;5000 mL膠磨機(jī) 上海壘固有限公司;JY-1002型電子天平 上海上天精密儀器有限公司;lB-10T/18T/32T型恒溫水浴鍋 上海亞榮生化儀器廠;50 mL堿式滴定管 南通市衛(wèi)寧實(shí)驗(yàn)器材有限公司;WY-1B07溫度計(jì) 寧波市鄞州偉業(yè)溫度計(jì)廠;TS-100C恒溫?fù)u床 常州朗越儀器制造有限公司;D-519HAN冰柜 青島海爾股份有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 操作要點(diǎn) 穩(wěn)定化米糠制備:新鮮米糠通過(guò)擠壓膨化機(jī)膨化后,用超微粉碎機(jī)粉碎達(dá)200目,使脂肪氧化酶完全失活,殺死大量微生物,且不破壞米糠的營(yíng)養(yǎng)成分[14]。

黃豆?jié){溶液制備:取質(zhì)量比1∶96清洗后的黃豆和純凈水[4],將黃豆放入純凈水中浸泡至重量增加一倍后磨漿,加熱至95 ℃并保持10 min,用120目的篩網(wǎng)過(guò)濾,冷卻至 40 ℃,備用[4,15]。

膠磨:取質(zhì)量比為1∶2的米糠和黃豆?jié){溶液混合膠磨。

過(guò)濾:首先用沸水將紗布浸泡15 min,達(dá)到消毒效果,然后將紗布疊成4層進(jìn)行過(guò)濾。

米糠酶解:上述濾液中添加占米糠干基重的2%纖維素酶,在溫度為55 ℃條件下水浴酶解米糠1.2 h[5],使米糠中不溶性纖維降解為可溶性片斷,得到米糠酶解液。

調(diào)配:向米糠酶解液中加入一定含量的穩(wěn)定劑(海藻酸鈉+瓊脂)和8%的白砂糖,充分混合均勻[16-17]。

殺菌:采用95 ℃水浴高溫殺菌15 min,然后冷卻至40 ℃進(jìn)行接種。

配比菌種:將產(chǎn)酸產(chǎn)香能力強(qiáng)、適應(yīng)性好的保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌分別馴化,按1∶1混合成發(fā)酵劑后接種[18]。

活化:將米糠酶解液在50 ℃恒溫水浴15 min,然后加入菌種進(jìn)行攪拌,放置30 min。

發(fā)酵:接種后的料液裝入酸奶瓶中,置于溫度為45 ℃恒溫?fù)u床發(fā)酵4 h。然后取出置于 4 ℃的冰柜內(nèi)放置8 h以上即可進(jìn)行感官評(píng)定。

1.2.3 單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.3.1 米糠黃豆?jié){質(zhì)量比對(duì)米糠大豆酸奶品質(zhì)的影響 加入米糠黃豆?jié){的質(zhì)量比分別為1/5、1/4、1/3、1/2、1/1,其余條件為:保加利亞桿菌+嗜熱鏈球菌(1∶1)接種量為0.1%,纖維素酶添加量(占米糠干基重)為2%,發(fā)酵時(shí)間為4 h,發(fā)酵溫度為45 ℃,蔗糖添加量為8%。

1.2.3.2 發(fā)酵溫度對(duì)米糠大豆酸奶品質(zhì)的影響 經(jīng)過(guò)滅菌、酶解、接種后發(fā)酵溫度分別按照30、35、40、45、50 ℃,其余條件為:米糠黃豆?jié){的質(zhì)量比為1/2,保加利亞桿菌+嗜熱鏈球菌(1∶1)接種量為0.1%,纖維素酶添加量(占米糠干基重)為2%,發(fā)酵溫度為45 ℃,蔗糖添加量為8%,發(fā)酵時(shí)間為4 h。

1.2.3.3 發(fā)酵時(shí)間對(duì)米糠大豆酸奶品質(zhì)的影響 經(jīng)過(guò)滅菌、酶解、接種后發(fā)酵時(shí)間分別為3、4、5、6、7 h,其余條件為:米糠黃豆?jié){質(zhì)量比為1∶2,保加利亞桿菌+嗜熱鏈球菌(1∶1)接種量為0.1%,纖維素酶添加量(占米糠干基重)為2%,發(fā)酵溫度為45 ℃,蔗糖添加量為8%。

1.2.3.4 穩(wěn)定劑含量對(duì)米糠大豆酸奶品質(zhì)的影響 經(jīng)過(guò)滅菌、酶解、接種后加入穩(wěn)定劑分別按照酶解液質(zhì)量比的0.03%+0.03%,0.08%+0.08%,0.13%+0.13%,0.18%+0.18%,0.23%+0.23%的含量分別加入再進(jìn)行殺菌,接種發(fā)酵,其余條件為:保加利亞桿菌+嗜熱鏈球菌(1∶1)接種量為0.1%,纖維素酶添加量為2%,蔗糖添加量為8%,發(fā)酵時(shí)間為4 h。

1.2.4 正交實(shí)驗(yàn) 在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,以乳酸含量和感官評(píng)分為指標(biāo),對(duì)以上因子進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn),因素水平表見(jiàn)表1。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 1 Orthogonal test factor level table

1.2.5 感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) 評(píng)分法采用百分制,產(chǎn)品詳細(xì)感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2[19-20]。組織10名男女比例1∶1的品評(píng)員在飯后2～3 h對(duì)產(chǎn)品的色澤、風(fēng)味、滋味、組織狀態(tài)進(jìn)行評(píng)分,最后取平均值作為最終感官評(píng)分結(jié)果。

表2 感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory scoring criteria

1.2.6 理化指標(biāo)測(cè)定 乳酸含量的測(cè)定:參照王永華《食品分析》乳酸含量的測(cè)定[21];總酸度測(cè)定:按GB 5413.34-2010《乳和乳制品酸度的測(cè)定》;微生物指標(biāo)的測(cè)定:按GB 4789.18-2010《食品微生物檢驗(yàn)乳與乳制品檢驗(yàn)》中規(guī)定的方法測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)處理采用軟件Excel 2007進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 米糠黃豆?jié){質(zhì)量比對(duì)米糠大豆酸奶感官品質(zhì)和乳酸含量的影響

從圖1可知,在一定范圍內(nèi)隨米糠添加量的增大,酸奶的酸度會(huì)有一定的上升,這主要由于其中能被乳酸菌利用的有效成分含量增加,促進(jìn)乳酸菌迅速增長(zhǎng),因此酸奶的酸度有上升的趨勢(shì);當(dāng)米糠與黃豆?jié){質(zhì)量比大于1/2時(shí),酸奶的酸度開(kāi)始下降,這主要因?yàn)殡S米糠的增大,乳中固形物質(zhì)含量也隨之增加,發(fā)酵基質(zhì)中水分活度明顯降低,從而影響菌體的生長(zhǎng)和產(chǎn)酸能力[22]。綜合米糠添加量對(duì)成品酸奶的感官品質(zhì)的影響,確定米糠與黃豆?jié){質(zhì)量比為1/2時(shí)比較適宜。

圖1 米糠黃豆?jié){質(zhì)量比對(duì)米糠大豆酸奶感官品質(zhì)和乳酸含量的影響Fig.1 The effect of the ratio of rice bran to soybean milk on the sensory quality and the content of lactic acid of yogurt with rice bran and soybean

2.2 發(fā)酵溫度對(duì)米糠大豆酸奶感官品質(zhì)和乳酸含量的影響

由圖2可知,在一定發(fā)酵溫度范圍內(nèi),溫度越高,乳酸含量越高,但感官評(píng)分先升高,當(dāng)溫度超過(guò)45 ℃后開(kāi)始下降。這是因?yàn)闇囟冗^(guò)高會(huì)掩蓋酸奶中米糠大豆的香味,同時(shí)發(fā)酵溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致酸化過(guò)快,不利于風(fēng)味物質(zhì)形成,影響口感;溫度過(guò)低,發(fā)酵不完全,酸度不夠。綜上所述,選擇發(fā)酵溫度為45 ℃比較合理。

圖2 發(fā)酵溫度對(duì)米糠大豆酸奶感官品質(zhì)和乳酸含量的影響Fig.2 The effect of fermentation temperature on the sensory quality and the content of lactic acid of yogurt with rice bran and soybean

2.3 發(fā)酵時(shí)間對(duì)米糠大豆酸奶感官品質(zhì)和乳酸含量的影響

由圖3可知,乳酸含量和感官評(píng)分均先升高后降低,在發(fā)酵時(shí)間為5 h時(shí),感官評(píng)定分和乳酸含量達(dá)到最高值。因?yàn)榘l(fā)酵時(shí)間越長(zhǎng),乳酸菌產(chǎn)生越多,發(fā)酵越充分,感官評(píng)分越高;如果發(fā)酵時(shí)間大于5 h,會(huì)影響酸奶的風(fēng)味,導(dǎo)致感官評(píng)分下降,故選取5 h為最適宜發(fā)酵時(shí)間。

圖3 發(fā)酵時(shí)間對(duì)米糠大豆酸奶感官品質(zhì)和乳酸含量的影響Fig.3 The effect of fermentation time on the sensory quality and the content of lactic acid of yogurt with rice bran and soybean

2.4 穩(wěn)定劑含量對(duì)米糠大豆酸奶感官品質(zhì)和乳酸含量的影響

由圖4可知,海藻酸鈉加瓊脂粉添加量為0.18%+0.18%時(shí),感官評(píng)定分?jǐn)?shù)最高,為85.93,且乳酸含量也最高,為46.39。乳酸先升高后降低的原因可能是:穩(wěn)定劑在一定范圍內(nèi)越多,對(duì)整個(gè)酸奶的凝乳狀態(tài)越好,感官評(píng)分越高;到達(dá)最高點(diǎn)后開(kāi)始下降的原因:穩(wěn)定劑過(guò)多不僅影響風(fēng)味,還會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生一定的傷害[23]。從單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,海藻酸鈉加瓊脂粉為0.18%+0.18%最為適合。

圖4 穩(wěn)定劑含量對(duì)米糠大豆酸奶感官品質(zhì)和乳酸含量的影響Fig.4 The effect of stabilizer content on the sensory quality and the content of lactic acid of yogurt with rice bran and soybean

2.5 正交實(shí)驗(yàn)

比較表3的極差大小可知,各因素影響發(fā)酵酸奶品質(zhì)的主次順序?yàn)?B>A>D>C，即米糠酸奶發(fā)酵時(shí)間>發(fā)酵溫度>料液比>穩(wěn)定劑含量。對(duì)此次正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行直觀分析,得到優(yōu)化組合為A2B3C2D3。根據(jù)表3可以看出發(fā)酵時(shí)間為本實(shí)驗(yàn)的顯著性因素,說(shuō)明在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中此因素對(duì)實(shí)驗(yàn)起主導(dǎo)因素,同時(shí)考慮到發(fā)酵溫度、質(zhì)量比越低,乳酸菌在發(fā)酵過(guò)程中不易形成生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì),酸奶易污染雜菌;穩(wěn)定劑含量越少,酸奶的凝乳狀態(tài)越差,感官評(píng)分越低。因此,米糠大豆酸奶制品主發(fā)酵期的優(yōu)化工藝條件是:米糠與黃豆?jié){質(zhì)量比為1/2,穩(wěn)定劑為0.13%的海藻酸鈉與0.13%的瓊脂,發(fā)酵溫度為45 ℃,發(fā)酵時(shí)間為5 h。

表3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 Orthogonal test results

2.6 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果,按照最佳發(fā)酵條件組合A2B3C2D3,即米糠與黃豆?jié){質(zhì)量比為1/2,穩(wěn)定劑為0.13%的海藻酸鈉與0.13%的瓊脂,發(fā)酵溫度為45 ℃,發(fā)酵時(shí)間為5 h;進(jìn)行三次重復(fù)性實(shí)驗(yàn),結(jié)果感官評(píng)分為93.83,乳酸含量為58.28 μg/mL?？梢?jiàn),最佳發(fā)酵工藝條件生產(chǎn)的米糠大豆酸奶具有良好的感官性狀品質(zhì)和較高的乳酸含量。

2.7 發(fā)酵乳產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)

2.7.1 感官指標(biāo) 均勻乳白色,有香郁米糠豆奶味,無(wú)異味,凝乳細(xì)膩爽滑,組織形態(tài)呈固態(tài),無(wú)明顯乳清析出。

2.7.2 理化及微生物指標(biāo) 表4可知,按照最佳工藝實(shí)驗(yàn)確定的配方和工藝過(guò)程,研發(fā)的米糠大豆酸奶各項(xiàng)理化指標(biāo)符合GB19302-2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)酵乳》要求。

表4 米糠大豆酸奶理化及微生物指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果Table 4 Physicochemical and microbiological indexes test results of yogurt with rice bran and soybean

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)以米糠和大豆為原料,研究了米糠大豆酸奶在不同因素條件下的生產(chǎn)工藝,通過(guò)單因素和正交實(shí)驗(yàn),得出米糠大豆酸奶的最佳生產(chǎn)工藝:米糠與黃豆?jié){質(zhì)量比為1/2,穩(wěn)定劑為0.13%的海藻酸鈉與0.13%的瓊脂,發(fā)酵溫度為45 ℃,發(fā)酵時(shí)間為5 h,在此條件下,發(fā)酵效果最好,得到的酸奶為乳白色,色澤均勻一致,有香郁米糠豆奶味,無(wú)異味,凝乳細(xì)膩爽滑,呈固態(tài),表面無(wú)明顯乳清析出,并且含有較高的乳酸(58.28 μg/mL)和豐富的蛋白質(zhì)(3.67 g/100 g),其蛋白質(zhì)含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)2.3 g/100 g,是一種高植物蛋白酸奶。該產(chǎn)品含有米糠及其他重要天然營(yíng)養(yǎng)成分,這樣的研制不僅可以發(fā)揮米糠、大豆和酸奶的多種營(yíng)養(yǎng)保健作用,也為米糠的開(kāi)發(fā)利用提供了新的途徑,從而提高了米糠的經(jīng)濟(jì)效用值。

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