高蛋白飲用型純益生菌發(fā)酵乳的研制

羅冠儀

（乳業(yè)生物技術(shù)國家重點實驗室 上海乳業(yè)生物工程技術(shù)研究中心 光明乳業(yè)股份有限公司乳業(yè)研究院，上海 200436）

酸奶是美味、營養(yǎng)、健康的乳制品[1]，而且豐富的營養(yǎng)價值和良好的保健功能也使其成為全球普及最廣的發(fā)酵乳制品[2]。市售酸奶按形態(tài)主要分為凝固型、攪拌型和飲用型3種類型[3]。飲用型酸奶是一種低黏性的可飲用酸奶[4]，是近10年來銷量增長最快的酸奶類型[5]，一般以發(fā)酵乳經(jīng)二次調(diào)配或二次均質(zhì)處理而制成。

益生菌是一類可以通過改善腸道菌群平衡而對動物產(chǎn)生有利影響的微生物制劑[6]。其主要功能在于改善微生物和酶的平衡[7]，從而保持腸道正常菌群平衡，抑制有害菌和有害物質(zhì)，提高免疫力，緩解乳糖不耐癥，降低膽固醇等[8-10]。目前，益生菌產(chǎn)品成為全球最大的功能性食品市場。益生菌在人體內(nèi)發(fā)揮益生作用的前提條件是進入胃腸道后能夠存活并且增殖[11]。有研究顯示，每日攝入108～109個益生菌即可發(fā)揮其對人體的益生作用[12-13]。

發(fā)酵乳制品是益生菌產(chǎn)品的主要載體，但益生菌凝乳效果差，因此在實際生產(chǎn)中，通常將益生菌與普通酸奶發(fā)酵劑混合應(yīng)用，來提高發(fā)酵乳的凝乳效果[14]。

本研究旨在從有功效文獻支撐的益生菌發(fā)酵劑入手，通過添加蛋白補充劑取代食品添加劑，以期獲得一種高蛋白飲用型純益生菌發(fā)酵乳配方。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

全脂牛乳（蛋白質(zhì)≥3.1%）、白砂糖：市售；全脂加糖煉乳（以下簡稱煉乳）、稀奶油（脂肪≥35%）：德國DMK公司；蛋黃粉：太陽食品（天津）有限公司；濃縮牛奶蛋白600A：法國IDI公司；菌種F-DVS ABC（嗜酸乳桿菌（Lactobacillus acidophilus）、乳雙岐桿菌（Bifidobacterium lactis）、副干酪乳桿菌（Lactobacillus paracasei））、菌種TH-4（嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus））：丹麥科漢森公司。

氫氧化鈉、酚酞、體積分數(shù)95%的乙醇（均為分析純）：天津市光復(fù)精細化工研究所；七水硫酸鈷（分析純）、硫酸（分析純）：廣州化學(xué)試劑廠；定氮片：瑞士FOSS公司；異戊醇、乙腈（均為分析純）：天津大茂化學(xué)試劑廠。

1.2 儀器與設(shè)備

RW20數(shù)顯電動攪拌機：德國艾卡公司；APV1000均質(zhì)機：APV（中國）有限公司；HPP1恒溫培養(yǎng)箱、WPE45恒溫水浴鍋：德國Memmert公司；JJ2000B電子天平：常熟市雙杰測試儀器廠；S220多參數(shù)測試儀：梅特勒-托利多（上海）有限公司；8200凱氏定氮儀：瑞士FOSS公司；EssentiaLC-15高效液相色譜儀：日本島津公司；MS3超聲波振蕩器：德國艾卡公司；CXE-RZ50乳脂離心機：德國海道夫公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程及操作要點

全脂牛乳、白砂糖、煉乳、稀奶油、蛋黃粉、濃縮牛奶蛋白600A→混合→均質(zhì)→殺菌→冷卻→接種→恒溫發(fā)酵→無菌均質(zhì)→冷卻→灌裝→后熟冷藏→成品

原料混合：配料時先將白砂糖、蛋黃粉、濃縮牛奶蛋白600A分別稱取后混合，將符合國標(biāo)GB 19301—2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)生乳》要求的全脂牛乳預(yù)熱至45～50℃，在高速攪拌（500 r/min）過程中加入已混合的配料及稀奶油、全脂加糖煉乳，并在45～50℃溫度條件下攪拌30 min，使得所有物料充分溶解水合。

均質(zhì)：在63～65℃、18～20 MPa條件下進行均質(zhì)，使得乳脂肪球破碎，避免在發(fā)酵過程以及后期儲藏過程中出現(xiàn)脂肪上浮的現(xiàn)象。

殺菌：90～95℃殺菌5 min。

冷卻：冷卻溫度為37～43℃。

接種：9.5 g脫脂乳粉溶于90.5 mL 50℃的純凈水中，加熱煮沸放涼后制成接種液，按0.2U/kg的添加量加入試驗菌種，制成發(fā)酵劑，根據(jù)試驗設(shè)計要求接種。

恒溫發(fā)酵：于一定發(fā)酵溫度條件下恒溫發(fā)酵5 h。

無菌均質(zhì)：產(chǎn)品到達發(fā)酵終點后進行無菌均質(zhì)。

冷卻灌裝：均質(zhì)后的酸奶冷卻至20℃灌裝至塑瓶中，每瓶200 mL。

后熟冷藏：在2～6℃條件下后熟冷藏24 h，即得成品。

1.3.2 高蛋白飲用型純益生菌發(fā)酵乳發(fā)酵條件優(yōu)化單因素

試驗

在生牛乳添加量≥80%（總質(zhì)量），白砂糖添加量為7%，稀奶油添加量為2.5%，煉乳添加量為2%，蛋黃粉添加量為0.1%的條件下，分別調(diào)整濃縮牛奶蛋白600A添加量（4.4%、5.2%、6.0%、6.8%、7.6%）、發(fā)酵劑接種量（1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%），分別在發(fā)酵溫度（37℃、39℃、41℃、43℃、45℃）發(fā)酵5.5 h，分別在不同二次均質(zhì)壓力（0 MPa、2 MPa、4 MPa、6 MPa、8 MPa）均質(zhì)并冷卻灌裝。測定成品的酸度和感官評分。

1.3.3 高蛋白飲用型純益生菌發(fā)酵乳發(fā)酵條件優(yōu)化正交

試驗

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，以感官評分和酸度為考察指標(biāo)，進行4因素3水平正交試驗，正交試驗因素與水平見表1。

表1 高蛋白純益生菌發(fā)酵飲用型發(fā)酵乳發(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 fermentation conditions optimization of fermented milk with high protein and pure probiotic

1.3.4 測定方法

（1）感官評定標(biāo)準(zhǔn)

以30人為一個評價小組，每次評定時由每個評定員單獨進行，互不交流，樣品評定間用清水漱口，滿分100分。感官評定標(biāo)準(zhǔn)如表2所示[15]。

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

（2）理化指標(biāo)

酸度：按照GB 5009.239—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品酸度的測定》[16]中的方法測定；蛋白質(zhì)：按照GB 5009.5—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測定》[17]中的方法測定；脂肪：按照GB 5009.6—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中脂肪的測定》[18]中的方法測定。

（3）微生物指標(biāo)的測定

乳酸菌數(shù)、大腸菌群、金黃色葡萄球菌、沙門氏菌、酵母、霉菌：按照國標(biāo)GB 19302—2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)酵乳》[19]中的方法測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 高蛋白飲用型純益生菌發(fā)酵乳條件優(yōu)化單因素試驗

2.1.1 濃縮牛奶蛋白600A添加量的確定

由圖1可知，隨著濃縮牛奶蛋白600A添加量的增大，產(chǎn)品的酸度呈上升趨勢，由104.3°T上升至149.3°T，感官評分呈先上升后下降的趨勢；在濃縮牛奶蛋白600A添加量為6.0%時，感官評分最高，為90.6分。繼續(xù)增大濃縮牛奶蛋白600A添加量，產(chǎn)品組織狀態(tài)變稠，細膩度變差，感官評分下降。因此選擇最佳濃縮牛奶蛋白600A添加量為6.0%。

圖1 濃縮牛奶蛋白600A添加量對高蛋白飲用型純益生菌發(fā)酵乳質(zhì)量的影響Fig.1 Effect of milk protein concentrate 600A addition on the quality of fermented milk with high protein and pure probiotic

2.1.2 發(fā)酵劑接種量的確定

酸奶的發(fā)酵劑是直接影響酸奶最終品質(zhì)的主要因素之一[20]，酸奶發(fā)酵劑中菌株的種類和含量都會影響酸奶的風(fēng)味和口感。由圖2可知，產(chǎn)品的感官評分隨著發(fā)酵劑接種量的增加呈先上升后下降的趨勢，而酸度則呈上升趨勢；當(dāng)發(fā)酵劑接種量為2.0%時，產(chǎn)品的感官評分最高，為88.6分，此時產(chǎn)品酸甜適中，風(fēng)味柔和，組織狀態(tài)細膩；當(dāng)接種量繼續(xù)上升，產(chǎn)品的酸度升高，整體口感變差。因此選擇最佳發(fā)酵劑接種量為2.0%。

圖2 發(fā)酵劑接種量對高蛋白飲用型純益生菌發(fā)酵乳質(zhì)量的影響Fig.2 Effect of starter inoculum on the quality of fermented milk with high protein and pure probiotic

2.1.3 發(fā)酵溫度的確定

發(fā)酵溫度的控制對酸奶品質(zhì)至關(guān)重要，嗜酸乳桿菌、乳雙歧桿菌、副干酪乳桿菌的最適生長溫度為37℃；嗜熱鏈球菌的最適生長溫度為40～45℃，因此本試驗中酸奶的發(fā)酵溫度設(shè)定在37～45℃的范圍內(nèi)進行對比。由圖3可知，隨著發(fā)酵溫度的升高，產(chǎn)品酸度從98.0°T上升至144.5°T；感官評分隨著發(fā)酵溫度的升高呈先上升后下降的趨勢；在發(fā)酵溫度為43℃時感官評分達到最高，為90分，此時產(chǎn)品酸度為128.4°T。因此選擇最佳發(fā)酵溫度為43℃。

圖3 發(fā)酵溫度對高蛋白飲用型純益生菌發(fā)酵乳質(zhì)量的影響Fig.3 Effect of fermentation temperature on the quality of fermented milk with high protein and pure probiotic

2.1.4 二次均質(zhì)壓力的確定

均質(zhì)壓力的大小直接影響產(chǎn)品的黏度和口感。由圖4可知，均質(zhì)壓力的大小對產(chǎn)品酸度幾乎沒有影響，而感官評分則隨著均質(zhì)壓力的升高呈先上升后下降的趨勢；均質(zhì)壓力為4 MPa時評分最高，為89分。說明均質(zhì)壓力過高或過低會導(dǎo)致產(chǎn)品黏度偏低或偏高，最終造成產(chǎn)品口感評分偏低。因此最佳均質(zhì)壓力為4 MPa。

圖4 均質(zhì)壓力對高蛋白飲用型純益生菌發(fā)酵乳質(zhì)量的影響Fig.4 Effect of homogenized pressure on the quality of fermented milk with high protein and pure probiotic

2.2 高蛋白純益生菌飲用型發(fā)酵乳發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，以感官評分及酸度為評價指標(biāo)，以濃縮牛奶蛋白600A添加量（A）、接種量（B）、發(fā)酵溫度（C）、均質(zhì)壓力（D）為4個因素，進行4因素3水平正交試驗。正交試驗結(jié)果與分析見表3。

由表3可知，以感官評分為評價指標(biāo)時，影響高蛋白飲用型純益生菌發(fā)酵乳的品質(zhì)的主次順序為A＞D＞C＞B；以酸度為評價指標(biāo)時，影響高蛋白飲用型純益生菌發(fā)酵乳的品質(zhì)的主次順序為A＞C＞D＞B。

表3 高蛋白純益生菌飲用型發(fā)酵乳發(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 fermentation conditions optimization of fermented milk with high protein and pure probiotic

根據(jù)極差分析，以感官評分為考察指標(biāo)時，4個因素的最優(yōu)組合為A2B2C2D2，即濃縮牛奶蛋白600A添加量為6.0%、發(fā)酵液接種量為2.0%、發(fā)酵溫度為43℃、均質(zhì)壓力為4MPa；以酸度為考察指標(biāo)時，4個因素的最優(yōu)組合為A3B3C3D1，即濃縮牛奶蛋白600A添加量為6.8%、發(fā)酵液接種量為2.5%、發(fā)酵溫度為45℃、均質(zhì)壓力為2 MPa。

按A2B2C2D2和A3B3C3D1的配方組合制備高蛋白飲用型純益生菌發(fā)酵乳，并進行感官評分和酸度測定。A2B2C2D2組合的感官評分89分，酸度為129.1°T；A3B3C3D1組合的感官評分為79分，酸度為137.9°T。由于感官評價是描述和判斷食品的特征品質(zhì)和質(zhì)量要求最直觀的指標(biāo)，且以酸度優(yōu)化出來的組合不如感官評分優(yōu)化出來的結(jié)果，因此選擇最佳配方組合為A2B2C2D2，即濃縮牛奶蛋白600A添加量為6.0%、發(fā)酵液接種量為2.0%、發(fā)酵溫度為43℃、均質(zhì)壓力為4 MPa。

2.3 產(chǎn)品指標(biāo)

2.3.1 感官指標(biāo)

保質(zhì)期內(nèi)產(chǎn)品組織狀態(tài)細膩，無明顯分層或乳清析出，口感酸甜適中，具有酸奶特有的濃郁香氣，口感清爽。感官評分為89分。

2.3.2 理化指標(biāo)

高蛋白飲用型純益生菌發(fā)酵乳蛋白質(zhì)含量6.11%，脂肪含量4.08%，酸度129.1°T，pH 4.31。

2.3.3 微生物指標(biāo)

高蛋白純益生菌飲用型發(fā)酵乳的總?cè)樗峋鷶?shù)為4.8×109CFU/g。霉菌、酵母菌、大腸菌群、金黃色葡萄球菌和沙門氏菌均未檢出。

3 結(jié)論

通過單因素和正交試驗，確定了一種高蛋白飲用型純益生菌發(fā)酵乳的最佳配方工藝為濃縮牛奶蛋白600A添加量6.0%、發(fā)酵劑接種量2.0%、發(fā)酵溫度43℃、二次無菌均質(zhì)壓力4 MPa，配方對應(yīng)感官評分89分，酸度129.1°T。此配方能制作出一款口感好，保質(zhì)期內(nèi)活菌數(shù)高的高蛋白飲用型純益生菌發(fā)酵乳。高蛋白飲用型純益生菌發(fā)酵乳的研制，填充的純益生菌發(fā)酵市場的空白，迎合高端乳制品市場的需求。