紫薯葛根酸奶發(fā)酵工藝優(yōu)化及其抗氧化性研究

徐 艷，史田田

（荊楚理工學(xué)院 生物工程學(xué)院，湖北 荊門 448000）

酸奶是通過乳酸菌發(fā)酵制成的風(fēng)味宜人、營養(yǎng)豐富的乳制品。與鮮奶相比，其營養(yǎng)成分更加豐富，并且更容易被人體吸收利用。隨著我國人民的生活水平不斷提高，人們對酸奶質(zhì)量與風(fēng)味的要求也越來越高。基于消費者的不同需求，有必要研發(fā)不同功能的酸奶產(chǎn)品[1-4]。

酸奶中的乳酸菌和在發(fā)酵過程中所產(chǎn)生的氨基酸、多肽均有一定的抗氧化能力[5]。紫薯（Solanum tuberdsm）具有較高的營養(yǎng)價值，含有硒、花青素、纖維素等多種成分，具有一定的抗氧化性[6]。葛根（Pueraria lobata）為豆科植物葛的根，是藥食兩用的物質(zhì)，含有葛根素、葛根素木糖苷等異黃酮成分及鐵、鈣、鋅、硒等礦物質(zhì)元素，具有較強的抗氧化性[7-8]。近幾年來多人將具有各種營養(yǎng)成分的植物與牛乳相結(jié)合發(fā)酵生產(chǎn)保健酸奶。曹亞麗等[9]以紫薯、牛乳為原料，經(jīng)發(fā)酵劑發(fā)酵確定了最佳發(fā)酵工藝條件；李亞軍等[10]以葛根、牛奶為主要原料制備了葛根酸奶；趙叢叢[11]以紫薯和純牛奶為原料，通過單因素及正交試驗制得了紫薯酸奶。國外也有相關(guān)研究[12-16]。但未見紫薯葛根酸乳發(fā)酵生產(chǎn)及其抗氧化活性方面的報道。本試驗以紫薯、葛根和脫脂奶粉為原料，采用正交試驗優(yōu)化紫薯葛根酸奶發(fā)酵工藝，并對其理化性質(zhì)及抗氧化活性進行研究。旨在為紫薯葛根酸奶的發(fā)酵工藝提供參考，為酸乳保健產(chǎn)品的開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紫薯（廣紫薯1號）：湖北省荊門市東寶區(qū)種植；野生葛根：湖北鐘祥市客店鎮(zhèn)市售；奶粉：內(nèi)蒙古伊利實業(yè)集團股份有限公司；白砂糖（純度99.8%）：廣州福正東海食品有限公司；復(fù)合乳酸菌（嗜熱鏈球菌∶保加利亞乳桿菌=1∶1）：北京川秀國際貿(mào)易有限公司。

α-淀粉酶（50 000 U/mL）、糖化酶（50 000 U/mL）：北京索萊寶科技有限公司；鄰苯二甲酸氫鉀、氫氧化鈉、酚酞、維生素C（vitaminC，VC）、過氧化氫、水楊酸、硫酸亞鐵、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）（均為分析純）：天津市福晨化學(xué)試劑廠。

1.2 儀器與設(shè)備

JY1002電子天平：上海上天精密有限公司；DK-98-11A電熱恒溫水浴鍋、PH20電熱恒溫培養(yǎng)箱：天津市泰斯特儀器有限公司；WK2102電磁爐：廣東美的生活電器制造有限公司；RSD-348T榨汁機：合肥榮事達小家電有限公司；海爾BC/BD-519HK臥式冷藏冷凍轉(zhuǎn)換柜：青島海爾特種電冰柜有限責(zé)任公司。

1.3 方法

1.3.1 紫薯葛根酸奶發(fā)酵工藝流程及操作要點[17]

紫薯漿的制備：選擇外觀優(yōu)良，新鮮成熟的紫薯，清洗干凈之后蒸熟，去皮后置于榨汁機中，按質(zhì)量比1∶4加水打漿，加入α-淀粉酶40 U/g（按紫薯漿進行計算），用檸檬酸調(diào)節(jié)pH至6.0，90℃酶解25min，待酶解液冷卻至約67℃，加入130 U/g糖化酶，用檸檬酸調(diào)節(jié)pH至4.5，在67℃條件下糖化1 h，最后用雙層紗布過濾即可得紫薯漿。

葛根汁的制備：將新鮮葛根清洗干凈、切片、烘干、磨粉，按質(zhì)量比1∶4加水打汁，加入40U/g（按葛根汁進行計算）α-淀粉酶，于90℃、pH 6.0條件下完全液化，再將完全液化的溶液冷卻至約67℃，加入130 U/g糖化酶，在pH值為4.5、67℃的條件下進行糖化1 h，將糖化后的葛根液用雙層紗布過濾，得到的濾液為葛根汁。

調(diào)配：奶粉按質(zhì)量比1∶4加水制成復(fù)原奶，然后將紫薯漿、葛根汁、復(fù)原奶和白砂糖調(diào)和混勻。

滅菌：在90～95℃條件下將調(diào)配好的紫薯葛根奶液滅菌30 min。

接種、發(fā)酵：將滅菌好的紫薯葛根奶液冷卻至約50℃，按質(zhì)量比1∶10接入復(fù)合乳酸菌（保加利亞乳桿菌∶嗜熱鏈球菌=1∶1），混合均勻后分裝入已滅菌的酸乳瓶，擰緊密封，于恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)酵。

后熟：發(fā)酵結(jié)束后，將酸乳瓶置于4～6℃冰箱中貯藏12～14 h，測得紫薯葛根酸奶的pH值為4.0～4.5。

1.3.2 單因素試驗

選取紫薯漿、葛根汁與復(fù)原奶配比（5∶15∶80、10∶10∶80、15∶5∶80、10∶20∶70、15∶15∶70（V/V））、白砂糖添加量（3%、5%、7%、9%、11%）、發(fā)酵時間（6 h、7 h、8 h、9 h、10 h）和發(fā)酵溫度（35℃、37℃、39℃、41℃、43℃）進行單因素試驗，考察這4個因素對紫薯葛根酸奶品質(zhì)的影響。

1.3.3 正交試驗[18-19]

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，以感官評分為評價指標(biāo)，進行L9（34）正交試驗設(shè)計，優(yōu)化紫薯葛根酸奶的發(fā)酵條件。正交試驗因素與水平見表1。

表1 酸奶發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for formula fermentation conditions optimization

1.3.4 測定方法

感官評定標(biāo)準(zhǔn)[17]：組織10名酸奶品評員（男女各5名），在飯后2～3 h對產(chǎn)品的色澤、風(fēng)味、滋味、組織狀態(tài)進行評分，最后取平均值作為最終感官評分結(jié)果，滿分為100分。酸奶感官評分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 酸奶感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standards of yogurt

脂肪、蛋白質(zhì)、酸度、微生物指標(biāo)：按GB 19302—2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)酵乳》的方法進行測定。

1.3.5 抗氧化性的測定

DPPH自由基清除能力[15]：為評價添加紫薯葛根后酸奶清除DPPH自由基能力的變化，將其與復(fù)原奶酸奶（未加紫薯、葛根，實驗步驟一樣制成的酸奶）的清除DPPH自由基能力做比較，以VC作為陽性對照。將樣品用蒸餾水進行萃取，配制成5 mg/mL、10 mg/mL、15 mg/mL、20 mg/mL、25mg/mL的溶液。取3mL樣品溶液，加入3mL0.16mmol/L的DPPH溶液，在25℃條件下加熱15min，然后在波長517nm處測定吸光度值（Ai）；取3 mL樣品溶液，加3 mL蒸餾水，在波長517 nm處同樣波長條件下測定樣品本底吸光度值（Aj）；以蒸餾水代替樣品作為空白對照測定空白吸光度值（A0），以VC作為陽性對照。所有樣品均重復(fù)測定3次。DPPH自由基清除率（R）計算公式如下：

式中：Ai為樣品吸光度值；Aj為樣品本底吸光度值；A0為空白吸光度值。

羥基自由基清除能力[15]：同上，分別量取4mL5mg/mL、10 mg/mL、15 mg/mL、20 mg/mL、25 mg/mL的樣品溶液，9mmol/L的FeSO40.5mL，9mmol/L水楊酸0.5mL，8.8mmol/L的H2O20.5mL，混合均勻后，置于37℃水浴鍋中加熱30 min，在波長510 nm處測定樣品吸光度值（A）i。以0.5 mL蒸餾水代替8.8 mmol/L H2O2，在波長510 nm處測定樣品本底吸光度值（A）j，以蒸餾水代替樣品作為空白對照測定空白吸光度值（A0），以VC作為陽性對照。所有樣品均重復(fù)測定3次，羥基自由基清除率計算公式同上。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 紫薯漿、葛根汁與復(fù)原奶的配比對紫薯葛根酸奶感官品質(zhì)的影響

圖1 紫薯漿、葛根汁與復(fù)原奶的配比對酸奶感官品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of the ratio of purple potato slurry,Puerariae lobata juice and reconstituted milk on the sensory quality of yogurt

由圖1可知，紫薯漿、葛根汁的含量對酸奶的組織狀態(tài)、口感及風(fēng)味有一定的影響。當(dāng)紫薯漿、葛根汁與復(fù)原奶的配比為10∶10∶80（V/V）時，紫薯葛根酸奶的組織狀態(tài)、香味、口感評分最高，其組織狀態(tài)和凝固狀態(tài)、黏稠性較好，細膩爽口，有發(fā)酵的奶香味及紫薯葛根特有的香氣。因此，選擇最佳紫薯漿、葛根汁與復(fù)原奶配比為10∶10∶80（V/V）。

2.1.2 白砂糖添加量對紫薯葛根酸奶感官品質(zhì)的影響

圖2 白砂糖添加量對紫薯葛根酸奶感官品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of sugar content on the sensory quality of yogurt with purple potato andPueraria lobata

由圖2可知，感官評分隨著白砂糖添加量的增加呈先升高后下降的趨勢，當(dāng)白砂糖添加量為7%時，感官評定分數(shù)最高，為89分，口味酸甜適中，細膩爽口；當(dāng)白砂糖添加量＞7%時，則酸奶感官評分開始下降，酸甜比例失調(diào)、口感過甜，含糖量過高增加酸奶成本且不利于發(fā)酵。因此，選擇白砂糖添加量7%為宜。

2.1.3 發(fā)酵時間對紫薯葛根酸奶感官品質(zhì)的影響

圖3 發(fā)酵時間對紫薯葛根酸奶感官品質(zhì)的影響Fig.3 Effect of fermentation time on the sensory quality of yogurt with purple potato andPueraria lobata

由圖3可知，隨著發(fā)酵時間延長，酸奶感官評分呈先升高后下降的趨勢。當(dāng)發(fā)酵時間為8 h時，酸奶的凝固狀態(tài)和組織狀態(tài)都較好，且無乳清析出，酸甜適中，有發(fā)酵的奶香味及紫薯葛根特有的香氣，其感官評分最高，為90分；當(dāng)發(fā)酵時間＜8 h時，產(chǎn)生的乳酸菌數(shù)量太少，發(fā)酵不完全，酸奶的凝固不好，部分未成形，酸味不足，風(fēng)味欠佳，感官評分較低；而發(fā)酵時間＞8 h，乳酸菌生長過量、菌種老化，會使酸奶黏稠性欠佳，有分層，酸度過大，風(fēng)味不協(xié)調(diào)，感官評分較低。因此，選擇發(fā)酵時間8 h為宜。

2.1.4 發(fā)酵溫度對紫薯葛根酸奶感官品質(zhì)的影響

圖4 發(fā)酵溫度對紫薯葛根酸奶感官品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of fermentation temperature on the sensory quality of yogurt with purple potato andPueraria lobata

由圖4可知，感官評分隨著發(fā)酵溫度的上升呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。發(fā)酵溫度高于41℃時，會導(dǎo)致酸化過快，不利于風(fēng)味物質(zhì)的形成；當(dāng)發(fā)酵溫度低于41℃時，達不到乳酸菌生長的溫度，發(fā)酵不充分，部分酸奶還未成形，還是液體狀態(tài)，感官評分較低。發(fā)酵溫度為41℃時，酸奶組織狀態(tài)、凝固狀態(tài)較好，無乳清析出，黏稠性好，酸甜適中，其感官評分最高。故選擇發(fā)酵溫度41℃。

2.2 正交試驗

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，進行紫薯葛根酸奶發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗，結(jié)果見表3，方差分析結(jié)果見表4。

表3 酸奶發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗結(jié)果與分析Table 3 Results and analysis of orthogonal experiments for formula fermentation conditions optimization

由表3可知，RD＞RC＞RA＞RB，4種因素對紫薯葛根酸奶感官品質(zhì)影響大小依次為發(fā)酵溫度（D）＞發(fā)酵時間（C）＞紫薯漿、葛根汁與復(fù)原奶配比（A）＞白砂糖添加量（B）。

根據(jù)K值可知最佳因素組合為A2B2C2D2，即紫薯漿∶葛根汁∶復(fù)原奶配比=10∶10∶80（V/V），白砂糖添加量7%，發(fā)酵時間8 h，發(fā)酵溫度41℃。在此發(fā)酵條件下進行3次驗證試驗，紫薯葛根酸奶感官評分平均值為94分，高于正交試驗各組的分數(shù)。

表4 正交試驗結(jié)果方差分析Table 4 Variance analysis of orthogonal experiments results

由表4可知，發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間及紫薯、葛根與復(fù)原奶配比這3個因素對紫薯葛根酸奶感官品質(zhì)有極顯著的影響（P＜0.01），白砂糖添加量對紫薯葛根酸奶感官品質(zhì)有顯著的影響（P＜0.05），4個因素影響的主次順序為發(fā)酵溫度（D）＞發(fā)酵時間（C）＞紫薯、葛根與復(fù)原奶配比（A）＞白砂糖添加量（B），與極差分析結(jié)果一致。

2.3 DPPH自由基和羥基自由基清除能力的測定

按1.3.6抗氧化性的測定方法對紫薯葛根酸奶、VC、復(fù)原奶酸奶清除DPPH自由基、羥基自由基能力進行測定、計算，結(jié)果見圖5～圖6。

圖5 不同樣品對DPPH自由基清除率的影響Fig.5 Effect of different samples on scavenging effect of DPPH free radical

圖6 不同樣品對羥基自由基清除率的影響Fig.6 Effect of different samples on scavenging effect of hydroxyl free radical

由圖5、圖6可知，DPPH自由基、羥基自由基清除率都隨紫薯葛根酸奶質(zhì)量濃度增加而增加，其清除能力比VC略低，比復(fù)原奶酸奶要高。紫薯葛根酸奶對DPPH自由基的半清除率濃度（half maximal inhibitory concentration，IC50值）為7.5 mg/mL，對羥基自由基的IC50值為10 mg/mL，而復(fù)原乳酸奶對DPPH自由基的IC50值為42 mg/mL，對羥基自由基的IC50值為38 mg/mL，說明添加紫薯、葛根制作酸奶，其對清除能力大大提高。主要原因是紫薯含有的花青素、硒，葛根含有的異黃酮類成分等會增強酸奶的抗氧化性。

2.4 產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)

紫薯葛根酸奶呈淡紫色，有紫薯葛根乳香復(fù)合香味，無異味，凝乳細膩柔和，組織形態(tài)呈固態(tài)，無明顯乳清析出。酸奶的理化及微生物指標(biāo)見表5。

表5 紫薯葛根酸奶理化及微生物指標(biāo)Table 5 Physicochemical and microbiological indexes of yogurt with purple potato andPueraria lobata

由表5可知，在最佳發(fā)酵工藝條件下所研發(fā)的紫薯葛根酸奶各項理化指標(biāo)符合GB 19302—2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)酵乳》要求。

3 結(jié)論

本研究以紫薯、葛根和奶為原料，加入乳酸菌發(fā)酵制備紫薯葛根酸奶。在單因素試驗的基礎(chǔ)上，通過正交試驗對紫薯葛根酸奶的發(fā)酵工藝參數(shù)進行優(yōu)化。結(jié)果表明，紫薯葛根酸奶的最佳工藝參數(shù)為：紫薯、葛根與復(fù)原奶的比例10∶10∶80（V/V），白砂糖添加量7%，發(fā)酵時間8 h，發(fā)酵溫度41℃。在此最佳條件下，所制得的紫薯葛根酸奶感官評分為94分，呈淡紫色，酸甜可口，細膩柔和，具有發(fā)酵酸乳和紫薯復(fù)合香味，對DPPH自由基的IC50值為7.5 mg/mL，對羥基自由基的IC50值為10 mg/mL，其抗氣化性比復(fù)原奶酸奶高。

所研發(fā)的紫薯葛根酸奶各項理化指標(biāo)符合GB19302—2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)酵乳》要求。能為紫薯葛根酸奶的發(fā)酵生產(chǎn)提供參考，為植物型酸乳保健產(chǎn)品的開發(fā)提供理論依據(jù)。

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