紫薯枸杞復(fù)合型酸奶的發(fā)酵工藝研究

王倩寧，高義霞，焦成瑾，王弋博

（天水師范學(xué)院 生物工程與技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水741001）

紫薯又名黑薯、紫甘薯、紫紅薯，屬旋花科一年或多年生草本植物，[1]表皮和肉質(zhì)呈黑紫色。富含鋅、鐵、銅、錳、鈣、硒等微量元素以及花青素、黃酮、糖蛋白、果膠和綠原酸等功能性成分。[2-3]其中花青素是目前發(fā)現(xiàn)的最有效、最安全的自由基清除劑，[4]自由基清除能力是維生素C 的20 倍以上，[5]紫薯中花青素的含量為12.2 mg/100 g.[6]國內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)紫薯花青素可有效地促進(jìn)糖代謝，[7]具有抗腫瘤的功能。[8]

枸杞別名紅耳墜，為茄科枸杞屬多年生灌木的成熟子實。枸杞富含枸杞多糖、黃酮、胡蘿卜素、甜菜堿等化合物，[9]具有調(diào)節(jié)機(jī)體免疫力、延緩衰老、抗氧化、抑制腫瘤生長、降血糖的功效。[10-11]

本研究在單因素試驗的基礎(chǔ)上利用正交試驗優(yōu)化工藝，開發(fā)出一種集紫薯、枸杞和酸奶營養(yǎng)功能于一體的新型復(fù)合型酸奶，供給消費者飲用，以豐富我國乳品市場。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

紫薯、枸杞、脫脂乳粉、牛奶和蔗糖均為市售。

發(fā)酵菌種：保加利亞乳桿菌21101和嗜熱鏈球菌20391購于中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心。

1.2 主要藥品與儀器

MRS 瓊脂、MC 瓊脂、結(jié)晶紫中性紅膽鹽瓊脂和煌綠乳糖膽鹽肉湯均購于北京陸橋生物技術(shù)有限責(zé)任公司。

檸檬酸、抗壞血酸鈉和無水乙醇均購于西安化學(xué)試劑廠。

ZHJH-2112B 型垂直流超凈工作臺：上海智城分析儀器制造有限公司；LDZX-30FB 型立式壓力蒸汽滅菌器：上海申安醫(yī)療器械廠；FJ300SH型均質(zhì)機(jī)：上海標(biāo)本模型廠；AL204型電子天平：梅特勒-托利多儀器有限公司；DK-S24型電熱恒溫水浴鍋：海森信試驗儀器有限公司；JYL-C010 型打漿機(jī)：九陽股份有限公司；BCD-278KACA 型冰箱：青島海爾股份有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 紫薯枸杞復(fù)合型酸奶發(fā)酵工藝

牛乳→滅菌→調(diào)配（加入白砂糖、紫薯漿、枸杞汁）→均質(zhì)→殺菌→冷卻→接種→保溫發(fā)酵→冷藏后熟→成品

1.3.1.1 菌種活化

購買的菌種以凍干粉密封于玻璃管中，按照保藏中心推薦的活化方式進(jìn)行活化?；罨蟮木N于4℃冰箱保存，備用。

1.3.1.2 發(fā)酵劑的制備

將12 g 脫脂乳粉溶于100 g 蒸餾水中作為培養(yǎng)基，115℃滅菌15 min，降溫至40℃左右，接入活化后的菌種，42℃恒溫培養(yǎng)6 h，冷卻后于4℃冰箱保存，隔天傳代1次，共傳代3次，制得發(fā)酵劑。

1.3.1.3 紫薯漿的制備

選取新鮮的紫薯清洗干凈，削皮并切塊，于微波爐內(nèi)高火加熱4 min，采用不同的料水比進(jìn)行打漿。

1.3.1.4 枸杞汁的制備

選取品質(zhì)優(yōu)良的枸杞，40℃溫水沖洗3 次，晾干水分。加3倍于枸杞的水，室溫下浸泡12 h后打漿。

1.3.1.5 均質(zhì)

將紫薯漿和枸杞汁復(fù)配的果槳及蔗糖按一定比例加入牛奶中，進(jìn)行均質(zhì)，使料液充分混合，防止在發(fā)酵過程中產(chǎn)生分層現(xiàn)象。

1.3.1.6 滅菌

均質(zhì)后于80～85℃處理30 min，并冷卻至40℃左右。

1.3.1.7 接種、發(fā)酵

接入一定比例的發(fā)酵劑后于41～45℃恒溫培養(yǎng)

4～6 h.

1.3.1.8 后熟

將發(fā)酵后的酸奶冷卻至室溫后，放入冰箱4℃后熟24 h左右。

1.3.2 紫薯枸杞配比對果漿感官品質(zhì)影響的優(yōu)化試驗

紫薯漿的狀態(tài)對于酸奶組織狀態(tài)以及色澤有非常重要的影響，枸杞汁的添加量對酸奶風(fēng)味影響也十分顯著，試驗通過感官評分確定紫薯漿的制備條件和枸杞汁的添加量，試驗設(shè)計方案見表3.

1.3.3 護(hù)色劑的選擇

紫薯和枸杞打漿后易被氧化，因此，添加護(hù)色劑可以防止紫薯漿和枸杞汁發(fā)生褐變。護(hù)色劑的選擇如表1所示：

表1 護(hù)色劑的添加量

1.3.4 發(fā)酵工藝單因素試驗方法

1.3.4.1 果漿與牛奶比例的確定

確定接種量5%、加糖量6%、發(fā)酵溫度42℃、發(fā)酵時間6 h 的條件下，果漿與牛奶的比例（v:v）分別為2:8、3:7、3.5:6.5、4:6、4.5:5.5、5:5、5.5:4.5、6:4，每個處理3 個平行，通過感官評分，確定果槳與牛奶的最佳配比。

1.3.4.2 接種量的確定

確定果漿與牛奶的比例為5:5、加糖量6%、發(fā)酵溫度42℃、發(fā)酵時間6 h 的條件下，菌種接種量分別為3%、4%、5%、6%、7%，每個處理3 個平行，通過感官評分，確定最佳接種量。

1.3.4.3 蔗糖添加量的確定

確定果漿與牛奶的比例為5:5、接種量5%、發(fā)酵溫度42℃、發(fā)酵時間6 h 的條件下，蔗糖添加量分別為5%、6%、7%、8%、9%，每個處理3 個平行，通過感官評分，確定最佳蔗糖添加量。

1.3.4.4 發(fā)酵溫度的確定

確定果漿與牛奶比例5:5、蔗糖添加量6%、接種量5%、發(fā)酵時間6 h的條件下，發(fā)酵溫度分別為41℃、42℃、43℃、44℃、45℃，每個處理3 個平行，通過感官評分，確定最佳的發(fā)酵溫度。

1.3.4.5 發(fā)酵時間的確定

確定果漿與牛奶的比例為5:5、蔗糖添加量6%、菌種接種量5%、發(fā)酵溫度42℃的條件下，發(fā)酵時間分別為4 h、4.5 h、5 h、5.5 h、6 h，每個處理3 個平行，通過感官評分，確定最佳的發(fā)酵時間。

1.3.5 發(fā)酵工藝正交優(yōu)化試驗方法

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，采用正交表進(jìn)行正交優(yōu)化試驗，考察果漿與牛奶比例、接種量、蔗糖添加量、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時間對酸奶品質(zhì)的影響，根據(jù)感官評價和正交試驗優(yōu)化結(jié)果確定最佳發(fā)酵工藝組合。

1.3.6 酸奶品質(zhì)評價方法

感官評定的小組是由10 名專業(yè)人員組成，依據(jù)表2感官評定標(biāo)準(zhǔn)對紫薯枸杞復(fù)合型酸奶的組織狀態(tài)、色澤、滋氣味、口感等方面進(jìn)行感官評價，取平均分作為評價結(jié)果。

1.3.7 產(chǎn)品質(zhì)量各指標(biāo)的測定方法

1.3.7.1 pH值的測定：pH計測定。

1.3.7.2 酸度的測定：直接滴定法。

1. 3.7.3 微生物指標(biāo)的測定：檢驗指標(biāo)主要為乳酸菌、菌落總數(shù)、大腸菌群和致病菌，按照GB/T 4789.18-2010《食品微生物學(xué)檢驗乳與乳制品檢驗》規(guī)定的方法進(jìn)行檢驗。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 紫薯枸杞配比對果漿感官品質(zhì)的影響

由表3可知，隨著水量的增加，紫薯漿組織狀態(tài)逐漸由黏稠變稀，流動性增大，顏色香氣減淡；當(dāng)紫薯與水的比例為1:5 時，紫薯漿過稀，且易分層。枸杞能增加果槳的甜味，枸杞添加量過少會缺乏甜味和香味，過多會導(dǎo)致枸杞味過濃而掩蓋紫薯的香味。當(dāng)紫薯與水的比例為1:3、枸杞汁添加量5%時，果漿的組織狀態(tài)、顏色、滋味和口感最佳。

表2 紫薯枸杞復(fù)合型酸奶感官評定標(biāo)準(zhǔn)

表3 原料配比對果漿感官品質(zhì)的影響

2.2 護(hù)色劑的確定

由表4 可知，0.02%抗壞血酸鈉+0.03%檸檬酸的復(fù)合護(hù)色劑護(hù)色效果最佳，優(yōu)于單一抗壞血酸鈉的護(hù)色效果。

表4 護(hù)色劑的護(hù)色效果

2.3 發(fā)酵工藝單因素試驗結(jié)果

由圖1～圖5可知，在單因素發(fā)酵試驗中，紫薯枸杞復(fù)合型酸奶感官評分值最高時，各因素的水平分別為：果漿與牛奶的比例5:5，接種量6%，加糖量7%，發(fā)酵溫度42℃，發(fā)酵時間5 h.

圖1 果漿與牛奶比例對酸奶感官品質(zhì)的影響

圖2 接種量對酸奶感官品質(zhì)的影響

圖3 蔗糖添加量對酸奶感官品質(zhì)的影響

圖4 發(fā)酵溫度對酸奶感官品質(zhì)的影響

圖5 發(fā)酵時間對酸奶感官品質(zhì)的影響

2.4 發(fā)酵工藝正交優(yōu)化試驗結(jié)果

根據(jù)單因素發(fā)酵試驗結(jié)果，設(shè)計果漿與牛奶的配比(A)、接種量(B)、加糖量(C)、發(fā)酵溫度(D)、發(fā)酵時間(E)為影響因素，以感官評分為響應(yīng)值，按照L16(45)進(jìn)行正交試驗。正交試驗因素水平見表5，正交試驗結(jié)果與分析見表6.

由正交試驗結(jié)果直觀分析表可知，紫薯枸杞復(fù)合型酸奶的最佳發(fā)酵工藝為A2B2C3D1E4，即果漿與牛奶比例5.5:4.5、接種量5%、蔗糖添加量8%、發(fā)酵溫度41℃、發(fā)酵時間6h.由極差R 值可知，5 個因素對紫薯枸杞酸奶感官品質(zhì)影響的大小順序是A＞C＞B＞E＞D，其中果漿與牛奶的配比和加糖量對酸奶的感官品質(zhì)影響大，其次是接種量，最后是發(fā)酵時間和發(fā)酵溫度。

表5 紫薯枸杞酸奶發(fā)酵工藝正交試驗因素水平表

表6 紫薯枸杞酸奶發(fā)酵工藝正交試驗結(jié)果與分析

8 9 1 0 11 12 13 14 15 16 2 3 3 3 3 4 4 4 4 4 1 2 3 4 1 2 3 4 3 3 4 1 2 4 3 2 1 2 4 3 2 1 2 1 4 3 1 2 1 4 3 3 4 1 2 82.15 72.70 73.10 68.80 68.10 70.40 79.20 62.60 59.80 K1 K2 K3 K4 k1 k2 k3 k4 R 322.4 328.3 282.7 272 80.6 82.08 70.68 68.00 14.08 298.2 316.1 298 293.1 74.55 79.03 74.50 73.28 5.75 282.8 295.4 316.7 310.5 70.7 73.85 79.18 77.63 8.48 304.8 304.5 297.1 299 76.2 76.13 74.28 74.75 1.92 291.4 299.6 301.8 312.6 72.85 74.90 75.45 78.15 5.3主次順序優(yōu)水平優(yōu)組合A＞C＞B＞E＞D A2 B2 C3 D1 E4 A2B2C3D1E4

根據(jù)表7的方差分析結(jié)果可知，果漿與牛奶比例、接種量、蔗糖添加量和發(fā)酵時間對產(chǎn)品感官評分影響均顯著（p＜0.05），發(fā)酵溫度對產(chǎn)品感官評分影響不顯著，與直觀分析結(jié)果相一致。

表7 紫薯枸杞酸奶發(fā)酵工藝正交試驗結(jié)果方差分析

2.5 驗證試驗結(jié)果

紫薯枸杞復(fù)合型酸奶的最佳工藝組合為A2B2C3D1E4不在正交試驗的16個樣本中。因此，最佳工藝組合需要和L16(45)正交試驗中評分最高的樣本7（A2B3C4D1E2）進(jìn)行驗證試驗。設(shè)最佳工藝組合A2B2C3D1E4為樣本1，A2B3C4D1E2為樣本2，進(jìn)行驗證試驗，結(jié)果見表8.

由表8可知，試驗1的感官評價高于試驗2.因此，按A2B2C3D1E4組合制作出的紫薯枸杞復(fù)合型酸奶最佳。即紫薯枸杞復(fù)合型酸奶的最佳發(fā)酵工藝為果漿與牛奶比例5.5:4.5、接種量5%、蔗糖添加量8%、發(fā)酵溫度41℃、發(fā)酵時間6h.

表8 驗證試驗結(jié)果

2.6 產(chǎn)品質(zhì)量各指標(biāo)的測定

2.6.1 紫薯枸杞復(fù)合型酸奶感官指標(biāo)

色澤：產(chǎn)品為淡紫紅色、色澤均勻一致；

組織狀態(tài)：凝乳均勻，無乳清析出，無氣泡產(chǎn)生；

滋氣味：具有紫薯及枸杞獨特的風(fēng)味，無任何的異味；

口感：酸甜適中，口感細(xì)膩爽滑。

2.6.2 理化指標(biāo)

pH值：4.3；酸度：97.5 T。

2.6.3 微生物指標(biāo)

乳酸菌數(shù)：1.26×108CFU/mL；

菌落總數(shù)：260 CFU/mL；

大腸菌群≤30 CFU/100 mL；

致病菌未檢出。

3 結(jié) 論

通過單因素試驗和正交試驗得出紫薯枸杞復(fù)合型酸奶的最佳發(fā)酵工藝條件：果漿:牛奶配比為5.5:4.5、接種量5%、加糖量8%、發(fā)酵溫度41℃、發(fā)酵時間6 h，使用0.02%抗壞血酸鈉+0.03%檸檬酸復(fù)合護(hù)色劑進(jìn)行護(hù)色處理，在該條件下，可制出顏色呈淡紫色，組織細(xì)膩均勻，酸奶味醇厚，具有紫薯香味和枸杞特殊風(fēng)味的復(fù)合型酸奶。