奇亞籽酸奶工藝優(yōu)化研究

梁鵬娟,劉 陽*,劉鳳華,胡 月,馮云凱,錢 浩,張瑞瑞,裴 娟

(1.四川旅游學(xué)院食品學(xué)院,四川 成都 610100；2.新疆石河子花園乳業(yè)有限公司，新疆 石河子 832021)

1 引言

奇亞籽,起源于危地馬拉北部和墨西哥南部[1],富含蛋白質(zhì)、氨基酸、膳食纖維、不飽和脂肪酸、多種維生素和礦物質(zhì),具有抗氧化、調(diào)節(jié)血脂、預(yù)防心腦血管疾病等眾多功效[2], 2014年被國家衛(wèi)生和計劃生育委員會批準(zhǔn)為新食品原料。奇亞籽在墨西哥、新西蘭、美國、日本、澳大利亞等多個國家均有廣泛應(yīng)用[1],目前我國對奇亞籽在食品工業(yè)中的應(yīng)用較少,尚未有人將奇亞籽應(yīng)用至發(fā)酵乳制品中。

酸奶,以牛乳為主要原料通過加入發(fā)酵劑發(fā)酵而成的乳制品,不僅保留了原料乳的全部營養(yǎng)物質(zhì),而且經(jīng)發(fā)酵后,乳糖和蛋白質(zhì)被分解為小分子更易被人體吸收。此外,酸奶具有促消化、抑制腸道有害菌、抗癌、降低膽固醇等多種保健功能[3]。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們需要更快的生活節(jié)奏來適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，加之對食品營養(yǎng)價值的重視,酸奶越發(fā)受到人們的青睞。本文在傳統(tǒng)酸奶生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上加入奇亞籽,探討奇亞籽酸奶最佳生產(chǎn)工藝,以豐富市場中發(fā)酵乳制品的種類,增加酸奶的功能特性,為奇亞籽的深加工提供新途徑,為奇亞籽酸奶工業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

2 材料與方法

2.1 儀器與試劑

LD610-2電子天平(沈陽龍騰電子有限公司)；PH-140A培養(yǎng)箱(上海東轆儀器設(shè)備有限公司)；EA200-H均質(zhì)機(jī)(上海歐河機(jī)械設(shè)備有限公司)。生乳(新疆石河子花園乳業(yè)有限公司)；保加利亞乳桿菌(hkdsp1-008,石河子大學(xué)食品學(xué)院畜產(chǎn)實驗室保藏)、嗜熱鏈球菌(hkdsp2-015,石河子大學(xué)食品學(xué)院畜產(chǎn)實驗室保藏)；奇亞籽果醬(新疆石河子花園乳業(yè)有限公司)。

2.2 試驗方法

2.2.1 奇亞籽酸奶加工工藝流程 生牛乳→調(diào)配→均質(zhì)→殺菌→冷卻接種→發(fā)酵→冷卻罐裝→后熟→成品[4-5]。

2.2.2 奇亞籽酸奶加工工藝的研究

2.2.2.1 單因素試驗 本試驗以感官評定為評價標(biāo)準(zhǔn)，通過單因素試驗研究接菌量，發(fā)酵溫度，發(fā)酵時間和奇亞籽添加量對奇亞籽酸奶感官品質(zhì)的影響。

(1) 接菌量對奇亞籽酸奶感官品質(zhì)的影響 將奇亞籽果醬按照7%添加量加入至牛奶中混勻，15MPa下均質(zhì)2次，90℃殺菌10min，待冷卻至45℃左右時將配比好的菌種混合液分別按2%、3%、4%、5%、6%加入至混合乳中，混勻后于40℃條件下恒溫培養(yǎng)6h，使其后熟24h后進(jìn)行感官評定。

(2)發(fā)酵時間對奇亞籽酸奶感官品質(zhì)的影響 將奇亞籽果醬按照7%添加量加入至牛奶中混勻，15MPa下均質(zhì)2次，90℃殺菌10min，待冷卻至45℃左右時將5%配比好的菌種混合液加入至混合乳中，混勻后于40℃條件下分別恒溫培養(yǎng)3h、4h、5h、6h、7h，使其后熟24h后進(jìn)行感官評定。

(3)發(fā)酵溫度對奇亞籽酸奶感官品質(zhì)的影響 將奇亞籽果醬按照7%添加量加入至牛奶中混勻，15MPa下均質(zhì)2次，90℃殺菌10min，待冷卻至45℃左右時將5%配比好的菌種混合液加入至混合乳中，混勻后分別在25℃、30℃、35℃、40℃、45℃條件下恒溫培養(yǎng)6h，使其后熟24h后進(jìn)行感官評定。

(4)奇亞籽添加量對奇亞籽酸奶感官品質(zhì)的影響 分別將奇亞籽果醬按照4%、5%、6%、7%、8%添加量加入至牛奶中混勻，15MPa下均質(zhì)2次，90℃殺菌10min，待冷卻至45℃左右時將5%配比好的菌種混合液加入至混合乳中，混勻后于40℃條件下恒溫培養(yǎng)6h，使其后熟24h后進(jìn)行感官評定。

(5)奇亞籽酸奶感官評價標(biāo)準(zhǔn) 以感官評價作為奇亞籽酸奶與接菌量，發(fā)酵溫度，發(fā)酵時間和奇亞籽添加量的評價標(biāo)準(zhǔn)。奇亞籽酸奶感官評價標(biāo)準(zhǔn)見表1[6-9]，由20名食品專業(yè)的教師和學(xué)生組成的評價小組根據(jù)評分標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)品的色澤、風(fēng)味、口感、組織狀態(tài)綜合評價并賦分，去掉一個最高分和一個最低分后計算其平均分并取整。

表1 奇亞籽酸奶感官評價標(biāo)準(zhǔn)

2.2.2.2 響應(yīng)面試驗 由單因素試驗得到每個因素中對奇亞籽酸奶酸奶影響顯著的五個水平，以感官評價結(jié)果為指標(biāo)，通過 Design-Expert 8.06設(shè)計4因素5水平實驗。試驗因素和水平設(shè)計見表2。

表2 響應(yīng)面設(shè)計因素水平

3 結(jié)果與分析

3.1 奇亞籽酸奶加工工藝單因素試驗

3.1.1 接菌量對奇亞籽酸奶感官品質(zhì)的影響 由圖1結(jié)合感官評定結(jié)果可知，當(dāng)接菌量為5%時奇亞籽酸奶色澤均勻一致，微黃有光澤，組織細(xì)膩，質(zhì)地均勻，酸甜可口，細(xì)膩爽滑，具有奇亞籽的清香和酸奶所特有的風(fēng)味，發(fā)酵香與果香協(xié)調(diào)，品質(zhì)最好。而當(dāng)接菌量低于5%時其發(fā)酵香與果香不協(xié)調(diào)，發(fā)酵香不足奶味過重，口感變差，評價員的喜愛程度較低。這是因為接菌量過低使其發(fā)酵不足，酸奶不凝固從而嚴(yán)重影響酸奶感官品質(zhì)[10]。隨著接菌量的升高，奇亞籽酸奶發(fā)酵充分，酸度適中，品質(zhì)較好。當(dāng)接菌量超過5%時其發(fā)酵香與果香不協(xié)調(diào)，酸味較重，組織粗糙，凝塊明顯，有較多乳清析出。這是因為接菌量過高時，酸奶酸度增加，持水力變大，其發(fā)酵速度變快，而發(fā)酵后勁不足，從而影響酸奶質(zhì)地并有乳清析出。

圖1 不同接菌量對奇亞籽酸奶感官的影響

3.1.2 發(fā)酵時間對奇亞籽酸奶感官品質(zhì)的影響 由圖2 結(jié)合感官評定結(jié)果可知，當(dāng)發(fā)酵時間為6h時奇亞籽酸奶色澤均勻一致,組織細(xì)膩，質(zhì)地均勻，酸甜可口，發(fā)酵香與果香協(xié)調(diào)，具有奇亞籽的清香和酸奶所特有的風(fēng)味，品質(zhì)最好。當(dāng)發(fā)酵時間小于6h時其發(fā)酵不足，質(zhì)地不均勻，發(fā)酵香不足，口感變差，評價員的喜愛程度較低。當(dāng)發(fā)酵時間增加至7h時奇亞籽酸奶口感酸味較重，質(zhì)地不均勻，呈絮塊狀。一般情況下，酸奶只需3～5h即可發(fā)酵完成，但經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)奇亞籽果醬中糖分的存在會使發(fā)酵速度減慢，使發(fā)酵時間變長，在6h時才充分發(fā)酵。這是由于乳酸菌對牛乳中乳糖的發(fā)酵能力強(qiáng)于對糖分的發(fā)酵能力，同時在混合發(fā)酵時保加利亞乳桿菌需要大量由嗜熱鏈球菌提供的葡萄糖來產(chǎn)酸發(fā)酵，致使其發(fā)酵速度變慢，發(fā)酵時間變長[11]。同時，發(fā)酵時間過長會使乳酸菌產(chǎn)酸過剩，從而酸奶凝結(jié)成塊整體質(zhì)地呈絮塊狀。

圖2 不同發(fā)酵時間對奇亞籽酸奶感官品質(zhì)的影響

3.1.3 發(fā)酵溫度對奇亞籽酸奶感官品質(zhì)的影響 從圖3可以看出，當(dāng)發(fā)酵溫度低于40℃時，發(fā)酵溫度與奇亞籽酸奶感官評定得分呈正相關(guān)，且上升幅度先急后緩；當(dāng)發(fā)酵溫度為40℃時，奇亞籽酸奶的感官評分達(dá)到最高值；當(dāng)發(fā)酵溫度高于40℃時，感官評定得分隨著溫度的升高驟減。這是因為保加利亞乳桿菌的最適生長溫度為45℃，嗜熱鏈球菌的最適生長溫度為40℃[12]，當(dāng)溫度低于40℃的時候，發(fā)酵溫度不利于保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌菌種的生長，導(dǎo)致酸奶發(fā)酵程度不夠，感官品質(zhì)較差；當(dāng)溫度達(dá)到45℃時，保加利亞乳桿菌生長較旺盛，產(chǎn)酸較多，從而影響奇亞籽酸奶的口感。

圖3 發(fā)酵溫度對奇亞籽酸奶感官品質(zhì)的影響

運(yùn)用Design Expert8.06軟件對表3數(shù)據(jù)進(jìn)行逐步回歸分析，得到回歸模型：Y=86.33+3.46A+1.79B+2.63C+2.29D+1.44AB+1.31AD-1.09A2-1.97B2-2.34C2-0.84 D2回歸模型的方差分析見表4。

表4 回歸模型方差分析

3.1.4 奇亞籽添加量對奇亞籽酸奶感官品質(zhì)的影響 由圖4結(jié)合感官評定結(jié)果可知，當(dāng)奇亞籽添加量為7%時奇亞籽酸奶色澤均勻一致，微黃有光澤，質(zhì)地均勻，奇亞籽顆粒感適宜，酸甜可口，具有奇亞籽的清香和酸奶所特有的風(fēng)味，發(fā)酵香與果香協(xié)調(diào)，品質(zhì)最好。而當(dāng)奇亞籽添加量低于7%時其發(fā)酵香與果香不協(xié)調(diào)，奇亞籽果香偏淡，奇亞籽顆粒感不足，口感偏酸。這是因為奇亞籽添加量低時，其糖分較低，甜味不足。隨著奇亞籽添加量的升高，奇亞籽酸奶甜味增加，奇亞籽顆粒感過于突出，其評分隨之降低。

圖4 奇亞籽添加量對奇亞籽酸奶感官品質(zhì)的影響

3.2 響應(yīng)面試驗結(jié)果

根據(jù)因素水平表對奇亞籽酸奶進(jìn)行響應(yīng)面法設(shè)計, 試驗結(jié)果見表3。

表3 響應(yīng)面設(shè)計方案與結(jié)果

據(jù)方差分析結(jié)果可以看出，回歸模型極顯著，而失擬項不顯著，表明二次回歸模型顯著?；貧w模型復(fù)相關(guān)系數(shù)R2= 94.20%，校正后的復(fù)相關(guān)系數(shù) AdjR2= 91.14%，表明此模型能解釋91.14%響應(yīng)值變化。其測試值與預(yù)測值非常接近，回歸方程擬合程度良好。二次回歸模型因素中A、B、C、D、B2、C2為極顯著， AB、AD、A2、D2為顯著，AB、AD交互作用顯著。表明該模型可以用來預(yù)測奇亞籽酸奶的最優(yōu)發(fā)酵工藝。

響應(yīng)面圖形是響應(yīng)值對各試驗因子A、B、C、D所構(gòu)成的三維空間的曲面圖， 從響應(yīng)面分析圖上可形象地看出最佳參數(shù)及各參數(shù)之間的相互作用。根據(jù)回歸方程得出不同因子的響應(yīng)面分析圖及相應(yīng)等值線圖結(jié)果見圖5。由圖5可較直觀的看出個因素交互作用的影響，若曲線越陡峭，則表明該因素的影響越大，相應(yīng)表現(xiàn)為響應(yīng)值變化的大小。其中AB項AD項即接菌量與發(fā)酵時間，接菌量與奇亞籽添加量交互作用較為明顯。

圖5 響應(yīng)面圖及等高線

利用 Design-Expert 軟件進(jìn)行回歸模型預(yù)測奇亞籽酸奶最佳配方為：接菌量5%，奇亞籽添加量7%，發(fā)酵溫度37.85℃，發(fā)酵時間6h，產(chǎn)品的感官評分94.18。由于試驗操作具有可行性，考慮到實際生產(chǎn)便利性，將奇亞籽酸奶的最佳工藝條件修正為接菌量5%，奇亞籽添加量7%，發(fā)酵溫度38℃，發(fā)酵時間6h，在此條件下進(jìn)行3次驗證性試驗。亞籽酸奶的感官評分的均值為93.4，與理論預(yù)測值94.18較為接近，說明模型的擬合程度較好，回歸方程可以有效的對奇亞籽酸奶發(fā)酵工藝進(jìn)行分析和預(yù)測。

4 結(jié)論

利用單因素試驗和響應(yīng)面分析，研究了以接菌量，發(fā)酵時間，發(fā)酵溫度，奇亞籽添加量為主要影響因素的最優(yōu)工藝條件：接菌量5%，奇亞籽添加量7%，發(fā)酵溫度38℃，發(fā)酵時間6h。在此條件下制得的奇亞籽酸奶色澤均勻一致，微黃有光澤，組織細(xì)膩，質(zhì)地均勻，酸甜可口，奇亞籽顆粒感適中，風(fēng)味獨特，奇亞籽獨有的清香與發(fā)酵香協(xié)調(diào)，在保持傳統(tǒng)酸奶營養(yǎng)價值與風(fēng)味特點的同時增加了奇亞籽的風(fēng)味特性與功能特性。