凝固型雙蛋白酸奶的發(fā)酵配方優(yōu)化

孔凡平，郎秀杰，郭成宇

1. 齊齊哈爾大學(xué)食品與生物工程學(xué)院（齊齊哈爾 161000）；2. 黑龍江省果蔬雜糧飲品工程技術(shù)研究中心（齊齊哈爾 161000）

雙蛋白最早在2006年“第二屆中國(guó)大豆食品產(chǎn)業(yè)圓桌峰會(huì)”首次被提出[1]：將植物蛋白中的大豆蛋白與動(dòng)物蛋白的牛奶蛋白兩種蛋白的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，可滿足人們對(duì)蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)健康需求[2]，尤其是運(yùn)動(dòng)員及老年人肌肉健康。酸奶是一種風(fēng)味獨(dú)特，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，具有健胃、助消化、增強(qiáng)人體免疫力等功能的發(fā)酵乳制品，日益成為益生菌最有效的載體之一[3]。我國(guó)東北地區(qū)是四大“黃金奶源”黃金地帶之一，并且，黑龍江省的大豆產(chǎn)量占華北地區(qū)的80%，根據(jù)我國(guó)國(guó)情以及這些物質(zhì)的研究背景，實(shí)行雙蛋白酸奶工程不僅能夠優(yōu)化我國(guó)人民的膳食營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)，還能夠大大提高東北地區(qū)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。

凝固型酸奶以其特有的細(xì)膩滑爽、質(zhì)地稠厚而深受消費(fèi)者的喜愛。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)雙蛋白食物的研究較少[4]。秦南冰等[5]研究發(fā)現(xiàn)酸奶接種時(shí)嗜熱鏈球菌發(fā)酵速度整體上快于保加利亞乳桿菌的發(fā)酵速度，并且當(dāng)桿菌和球菌接種量比為1∶1時(shí)，其產(chǎn)酸速度最快。因此，此次試驗(yàn)以豆粉和全脂奶粉為主要原料，經(jīng)保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌發(fā)酵，得出凝固型雙蛋白酸奶的最適配方，為雙蛋白食物的發(fā)展提供一定的科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

豆粉、全脂奶粉，市售；直投式發(fā)酵劑（YO- MIX883LYO），中國(guó)丹尼斯克公司；MRS培養(yǎng)基、蔗糖、穩(wěn)定劑，由黑龍江省果蔬雜糧飲品工程技術(shù)中心提供。

1.2 儀器與設(shè)備

JY-3002電子天平，上海精密科學(xué)儀器有限公司；200 mm型申環(huán)Mini離心機(jī)，張家港市離心機(jī)制造廠；GJJ-0.03/100型高壓均質(zhì)機(jī)，上海東華高壓均質(zhì)機(jī)廠；DK-98-1型數(shù)控電熱恒溫水浴鍋，余姚市東方電工儀器廠；NDJ-8S黏度儀，上海精密科學(xué)儀器有限公司；隔水式恒溫培養(yǎng)箱，上?？坪銓?shí)業(yè)發(fā)展有限公司；SW-CJ-1D單人凈化工作臺(tái)，蘇州凈化設(shè)備有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 雙蛋白酸奶生產(chǎn)工藝流程

牛乳→復(fù)原→混合（蛋白比1∶1）→調(diào)配（蔗糖6%、穩(wěn)定劑0.03%，于70 ℃熱溶解）→均質(zhì)（50 ℃，20 MPa）滅菌（95 ℃，5～10 min）→冷卻至43 ℃→接種（發(fā)酵劑0.004%）→發(fā)酵（43 ℃，7 h）→冷藏后熟（4 ℃，約24 h）→成品

1.3.2 操作要點(diǎn)

1.3.2.1 復(fù)原

將豆粉、全脂奶粉分別用純凈水按照1∶5比例在50～60 ℃復(fù)原30 min，成復(fù)原豆乳和復(fù)原牛乳。

1.3.2.2 混合、均質(zhì)將豆乳、牛乳、蔗糖和穩(wěn)定劑混合定容，在20 MPa、50 ℃下均質(zhì)1次。

1.3.2.3 殺菌、冷卻

將混合液在90～95 ℃下殺菌5～10 min，之后冷卻至43 ℃。

1.3.2.4 接種發(fā)酵

冷卻后將發(fā)酵劑投入混合液中，攪拌均勻后灌入杯子中，在43 ℃下發(fā)酵5～7 h。

1.3.2.5 冷卻后熟

將發(fā)酵后的酸奶放在0～4 ℃溫度下后熟24 h。

1.3.3 單因素試驗(yàn)

接種量：豆乳蛋白-牛乳蛋白比1∶1，加糖量6%，穩(wěn)定劑0.03%，殺菌后冷卻至43 ℃，分別接種0.001%，0.002%，0.003%，0.004%和0.005%，并記為IS1，IS2，IS3，IS4和IS5；在42 ℃下發(fā)酵6 h，發(fā)酵結(jié)束后測(cè)乳酸菌數(shù)量，并進(jìn)行理化指標(biāo)檢測(cè)以及感官評(píng)價(jià)，確定最佳接種量。

蛋白比：在酸奶的總蛋白為3%的條件下，豆乳蛋白-牛乳蛋白比為3∶2，3∶1，1∶1，2∶3，1∶3，牛乳蛋白和豆乳蛋白，并分別記為PR1，PR2，PR3，PR4，PR5，MP和YP；在糖量6%、穩(wěn)定劑0.03%、接種量0.004%下發(fā)酵6 h，發(fā)酵結(jié)束后，檢測(cè)理化指標(biāo)并進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，確定最佳蛋白比。

加糖量：豆乳蛋白-牛乳蛋白比1∶1，穩(wěn)定劑0.03%，分別加4%，6%，8%，10%和12%糖，并記為SL1，SL2，SL3，SL4和SL5；殺菌后冷卻至43 ℃，接種量0.004%，發(fā)酵6 h，發(fā)酵結(jié)束后，檢測(cè)理化指標(biāo)并進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，確定最佳加糖量。

穩(wěn)定劑添加量：豆乳蛋白-牛乳蛋白1∶1，加糖量6%，分別加0.01%，0.02%，0.03%，0.04%和0.05%穩(wěn)定劑，并別記為SD1，SD2，SD3，SD4和SD5；殺菌后冷卻至43 ℃，接種量0.004%，發(fā)酵6 h，發(fā)酵結(jié)束后，檢測(cè)理化指標(biāo)并進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，確定最佳穩(wěn)定劑加添加量。

1.3.4 正交試驗(yàn)[6]

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，依據(jù)正交試驗(yàn)原理對(duì)酸奶發(fā)酵過程中的接種量、蛋白比、加糖量、穩(wěn)定劑添加量4個(gè)發(fā)酵配方參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。采用四因素三水平L9(34)的正交表進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，每個(gè)因素選擇3個(gè)水平，如表1所示。

表1 雙蛋白酸奶正交試驗(yàn)的因素水平

1.4 檢測(cè)方法

1.4.1 乳酸菌測(cè)定

試驗(yàn)樣品參照GB 4789.35—2016《食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 乳酸菌檢驗(yàn)》測(cè)定。

1.4.2 黏度測(cè)定

將后熟后樣品調(diào)溫至20～22 ℃，采用NDJ-8S黏度儀4#轉(zhuǎn)子在30 r/min下測(cè)定，當(dāng)扭矩為10%～85%時(shí)，記錄測(cè)定數(shù)據(jù)。

1.4.3 持水力測(cè)定

樣品后熟24 h后，稱取待測(cè)樣品Wo（g）后，以4 000 r/min離心15 min，取出離心管，除去上清液，測(cè)殘余物的質(zhì)量W（g），酸奶的持水力按式（1）計(jì)算。

1.4.4 酸度測(cè)定

樣品根據(jù)GB 5009.239—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品酸度的測(cè)定》方法進(jìn)行測(cè)定。

1.4.5 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

雙蛋白酸奶口感和風(fēng)味的試驗(yàn)評(píng)價(jià)采用感官綜合評(píng)分法，請(qǐng)10位經(jīng)驗(yàn)豐富的評(píng)定人員對(duì)試驗(yàn)樣品分別進(jìn)行感官評(píng)分，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)GB 19302—2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 發(fā)酵乳》的要求，參考酸奶的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修改，如表2所示。

表2 雙蛋白酸奶的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

所列數(shù)據(jù)至少為3組試樣的平均值。繪圖軟件采用Origin 8.0繪制。

2 結(jié)果與討論

2.1 雙蛋白酸奶單因素試驗(yàn)

2.1.1 菌種添加量對(duì)雙蛋白酸奶感官評(píng)分的影響

由表3可知，接種量在0.001%～0.004%的范圍內(nèi)酸奶的感官評(píng)分增加，酸奶單位體積內(nèi)活菌數(shù)量少，產(chǎn)酸不足，凝乳狀態(tài)差，酸奶的組織狀態(tài)松散[7]；隨菌種添加量增加，產(chǎn)品單位體積內(nèi)活菌數(shù)量增加，產(chǎn)酸增多，酸奶風(fēng)味濃厚；當(dāng)菌種量為0.004%時(shí)，感官評(píng)分最高。當(dāng)菌種添加量過多時(shí)，產(chǎn)酸過高，體系膠體分子團(tuán)聚集成的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)松散，持水力降低，容易造成乳清析出，影響產(chǎn)品的外觀及口感，菌種量少發(fā)酵不充分產(chǎn)酸能力慢，組織狀態(tài)松散，口感差，酸奶的感官評(píng)分低。結(jié)合經(jīng)濟(jì)成本考慮接種量為0.004%最佳。

表3 不同菌種添加量下酸奶的感官評(píng)分

2.1.2 菌種添加量對(duì)雙蛋白酸奶酸度的影響

如圖1所示，前2 h酸奶酸度增長(zhǎng)慢，趨于平穩(wěn)，從第3小時(shí)開始酸度增長(zhǎng)較快且不同菌種添加量的酸奶增長(zhǎng)有所差異，菌種量為0.003%的酸奶增長(zhǎng)速度較快，可能是由于菌種中的保加利亞乳桿菌將乳中的蛋白質(zhì)分解為適合菌種生長(zhǎng)的氨基酸，從而促進(jìn)酸奶發(fā)酵過程中菌種的濃度，提高酸奶的酸度[8]。

圖1 菌種添加量對(duì)酸奶酸度的影響

2.1.3 菌種添加量對(duì)雙蛋白酸奶的黏度和持水性的影響

如圖2所示，不同菌種添加量的酸奶黏度呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，0.001%接種量的酸奶黏度最低，0.003%接種量的酸奶黏度最高；酸奶在放置過程中酸度有下降趨勢(shì)，菌種量越多，酸奶越不穩(wěn)定，最終酸奶黏度降低。菌種添加量的改變導(dǎo)致酸奶相應(yīng)持水性有所差異，0.004%接種量的酸奶持水力最高，0.005%接種量的酸奶持水力降低。這是因?yàn)楫?dāng)接種量較少時(shí)，容易造成發(fā)酵產(chǎn)品硬度不夠，很難凝乳；當(dāng)接種量過多時(shí)，酸奶硬度隨之增加，發(fā)酵過度，導(dǎo)致酸奶乳清析出過多，影響酸奶品質(zhì)[9]。

圖2 菌種添加量對(duì)酸奶的黏度和持水性的影響

2.1.4 蛋白比對(duì)雙蛋白酸奶感官評(píng)分的影響

由表4可知，隨著牛乳蛋白比例的增加，雙蛋白酸奶的感官評(píng)分逐漸增加，豆乳蛋白多的酸奶口感較為粗糙，豆乳味較重，酸奶風(fēng)味不足，當(dāng)兩者比例為1∶1時(shí)，酸奶組織狀態(tài)較好，酸奶風(fēng)味濃厚；全豆乳蛋白酸奶的組織狀態(tài)松散，乳清析出較多，風(fēng)味不夠濃厚，結(jié)合成本考慮，蛋白比1∶1的酸奶最佳。

表4 不同蛋白配比下酸奶的感官評(píng)分

2.1.5 蛋白比對(duì)雙蛋白酸奶酸度的影響

如圖3所示，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，不同蛋白比的酸奶酸度均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。幾種發(fā)酵過程的酸度變化趨勢(shì)大致相同。0～3 h酸度增長(zhǎng)緩慢。從第3小時(shí)開始，幾種不同配比的雙蛋白酸奶開始出現(xiàn)差異。牛乳蛋白含量高的酸奶酸度均高于其他，豆乳蛋白酸度趨于平緩，豆乳蛋白含量多，酸度增加速率降低，乳酸產(chǎn)生速度降低。這與劉曉恒[10]研究結(jié)果相似。

2.1.6 蛋白比對(duì)雙蛋白酸奶黏度和持水性的影響

如圖4所示，不同雙蛋白配比的酸奶黏度沒有太大的變化趨勢(shì)?？赡苁且?yàn)槎谷榈鞍缀吭黾樱谝欢ǚ秶鷥?nèi)對(duì)黏度的影響程度不會(huì)產(chǎn)生明顯變化。蛋白配比1∶1的酸奶持水性最好，高于其他比例的酸奶。酸奶體系的黏度和植物蛋白與動(dòng)物蛋白的分子量、摩擦系數(shù)、溫度、處理?xiàng)l件有關(guān)，此次試驗(yàn)中植物蛋白與動(dòng)蛋白相差含量不大[11]，因此對(duì)酸奶體系狀態(tài)影響不大。綜合感官評(píng)價(jià)，植物蛋白與動(dòng)物蛋白比為1∶1的酸奶效果最佳。

圖3 不同雙蛋白配比對(duì)酸奶酸度的影響

圖4 不同雙蛋白配比對(duì)酸奶的黏度和持水力的影響

2.1.7 穩(wěn)定劑添加量對(duì)雙蛋白酸奶的感官評(píng)分的影響

出于品質(zhì)的穩(wěn)定和口味的考慮，酸奶中適當(dāng)添加穩(wěn)定劑可以保持穩(wěn)定良好的發(fā)酵環(huán)境，調(diào)節(jié)酸奶的風(fēng)味，穩(wěn)定劑還能起到保持水分、提高產(chǎn)品黏度、增稠的作用，對(duì)酸奶的持水性較好，并能增加酸奶的儲(chǔ)藏期。由表5可知，與不添加穩(wěn)定劑的酸奶相比，添加穩(wěn)定劑的酸奶感官評(píng)分呈上升趨勢(shì)，當(dāng)穩(wěn)定劑添加量為0.03%時(shí)，酸奶的組織狀態(tài)穩(wěn)定，無乳清析出，酸奶風(fēng)味濃厚；當(dāng)穩(wěn)定劑為0.04%時(shí)，酸奶更佳黏稠，口感欠佳。

表5 不同穩(wěn)定劑添加量下酸奶的感官評(píng)分

2.1.8 穩(wěn)定劑添加量對(duì)雙蛋白酸奶酸度的影響

如圖5所示，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，酸奶的酸度逐漸增加。0～3 h酸度增長(zhǎng)緩慢，3 h后酸度直線上升，開始凝乳；不同穩(wěn)定劑的酸度變化趨勢(shì)基本相同；穩(wěn)定性相當(dāng)于增稠劑，對(duì)黏度、持水性影響較大，對(duì)酸度影響變化不大。

2.1.9 穩(wěn)定劑添加量對(duì)雙蛋白酸奶黏度和持水性的影響

酸奶屬于不穩(wěn)定體系，容易發(fā)生分層、破乳、乳清析出等現(xiàn)象，植物蛋白與動(dòng)物蛋白比例對(duì)酸奶的狀態(tài)有很大影響，主要是與蛋白含量與牛乳中脂肪含量多有關(guān)，因此添加親水和親油性較強(qiáng)的穩(wěn)定劑，可促進(jìn)蛋白質(zhì)與脂肪之間的結(jié)合[12]，維持酸奶的穩(wěn)定體系。如圖6所示，穩(wěn)定劑的添加能提高酸奶的持水性，防止乳清析出；當(dāng)穩(wěn)定劑添加量為0.03%時(shí)酸奶的黏度適中，持水性最好，添加量過多會(huì)影響酸奶的口感，結(jié)合成本考慮添加量為0.03%最佳。

圖5 穩(wěn)定劑添加量對(duì)酸奶酸度的影響

圖6 穩(wěn)定劑添加量對(duì)酸奶的黏度和持水力的影響

2.1.10 蔗糖添加量對(duì)雙蛋白酸奶的感官評(píng)價(jià)的影響

如表6所示，蔗糖作為酸奶乳酸菌利用的碳源，加量的多少直接影響酸奶產(chǎn)酸產(chǎn)風(fēng)味物質(zhì)的能力，當(dāng)蔗糖添加量為6%時(shí)，酸奶的組織狀態(tài)良好，乳清析出較少，酸甜適中，感官評(píng)分最高；蔗糖量過高，酸奶酸度低，感官評(píng)分降低，因此結(jié)合成本考慮最佳蔗糖量為6%。

表6 不同蔗糖添加量下酸奶的感官評(píng)分

2.1.11 蔗糖量對(duì)雙蛋白酸奶酸度的影響

如圖7所示，隨著時(shí)間的變化，0～3 h酸奶的酸度增長(zhǎng)緩慢，蔗糖添加量對(duì)酸度的影響變化不大。3～6 h酸度增長(zhǎng)速度加快，因?yàn)榇藭r(shí)糖作為乳酸菌生長(zhǎng)的碳源，乳酸產(chǎn)生速度加快，酸奶的酸度顯著增加。但是當(dāng)蔗糖量超過6%時(shí)，酸奶酸度增長(zhǎng)速率下降，這與張建萍等[13]研究結(jié)果相似。

圖7 不同蔗糖添加量對(duì)酸奶酸度的影響

2.1.12 蔗糖量對(duì)雙蛋白酸奶黏度和持水性的影響

如圖8所示，蔗糖添加量引起雙蛋白酸奶黏度的變化趨勢(shì)不大，且均符合酸奶品質(zhì)要求，主要是因?yàn)樘羌尤氪龠M(jìn)乳酸菌生長(zhǎng)繁殖，有利于豆乳蛋白和牛乳蛋白產(chǎn)生凝膠；也利于乳酸菌在發(fā)酵過程中產(chǎn)生胞外多糖[14]，使黏度升高。當(dāng)蔗糖量為6%時(shí)，酸奶的持水性最好，并且隨著加糖量的增多，雙蛋白酸奶的黏度和持水性變化不大，因此在雙蛋白酸奶中加入6%糖不僅能促進(jìn)酸奶產(chǎn)酸，提高酸奶黏度，凝乳效果好，乳清析出少，還能提高酸奶品質(zhì)，有利于酸奶的良好風(fēng)味。

圖8 不同蔗糖添加量對(duì)酸奶的黏度和持水力的影響

2.2 雙蛋白酸奶的配方優(yōu)化條件結(jié)果

表7 生產(chǎn)配方影響因素的優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

由表7可知，4個(gè)因素對(duì)雙蛋白酸奶品質(zhì)的影響次序?yàn)榈鞍妆龋窘臃N量＞糖量＞穩(wěn)定劑。由表8可知，蛋白比對(duì)酸奶的感官評(píng)分影響最大，接種量次之，穩(wěn)定劑影響最小，并結(jié)合感官評(píng)級(jí)得到最優(yōu)組合A2B2C2D2，即蛋白比1∶1、接種量0.004%、穩(wěn)定劑添加量0.03%、乳糖添加量6%。在此條件下進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn)，酸奶的感官評(píng)分為92分，高于正交試驗(yàn)結(jié)果中的試驗(yàn)組合，說明正交試驗(yàn)結(jié)果可靠。

表8 方差分析

3 結(jié)論

采用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)對(duì)各影響因素及相互作用進(jìn)行探討，優(yōu)化的試驗(yàn)結(jié)果表明，雙蛋白酸奶最佳發(fā)酵配方為菌種添加量0.004%，蛋白比1∶1，加糖量6%，穩(wěn)定劑0.03%。在此最優(yōu)配方下，酸奶的各項(xiàng)理化檢測(cè)最佳，酸奶色澤均勻，酸甜可口，口感細(xì)膩，具有產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)價(jià)值。