酸奶營養(yǎng)品質(zhì)提升的加工工藝研究

李建立

山東得益乳業(yè)股份有限公司技術(shù)中心，山東淄博 255086

0 引言

牛奶中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，具有很高的營養(yǎng)價值。牛乳中蛋白質(zhì)含量約為3.1%，酪蛋白和乳清蛋白是牛乳蛋白中的兩個重要組分部分[1]。其中，乳清蛋白中含有α-乳白蛋白（α-Lactalbumin）、β-乳球蛋白（β- Lactoglobulin）、免疫球蛋白（Immunoglobulin）、乳鐵蛋白（Lactoferrin）、乳過氧化物酶（Lactoperoxidase）及多種生物活性肽等活性營養(yǎng)物質(zhì)，具有增強(qiáng)人體抵抗力、抗菌消炎和抗病毒的作用[2]。

酸奶是以優(yōu)質(zhì)生乳作為原料，添加適量白砂糖，經(jīng)益生菌發(fā)酵制成的乳制品。酸奶中含有大量的益生菌，有調(diào)節(jié)腸道菌群平衡的作用。酸奶中的乳酸和鈣結(jié)合，能夠更好地促進(jìn)鈣的吸收[3]。而當(dāng)前市場中的酸奶通常采用95 ℃、5 min的高溫殺菌方式，這種方式能夠保證酸奶在發(fā)酵過程中不被生乳中的病原微生物污染，但也破壞了牛奶中含有的活性營養(yǎng)物質(zhì)，使得牛奶的營養(yǎng)價值降低。

本研究通過一種新的酸奶生產(chǎn)工藝，將牛奶的乳脂進(jìn)行分離，乳脂部分進(jìn)行高溫殺菌，脫脂牛奶部分進(jìn)行低溫巴氏殺菌，將兩部分料液混合后加入菌種進(jìn)行發(fā)酵，得到一種相比傳統(tǒng)工藝活性營養(yǎng)物質(zhì)含量高十幾倍的優(yōu)質(zhì)酸奶，在一定程度上保留了牛奶中的活性物質(zhì)，具有更高的營養(yǎng)價值。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

試驗材料：生牛乳（山東得益二牧牧業(yè)有限責(zé)任公司），白砂糖（廣西大新湘桂制糖有限公司），羥丙基二淀粉磷酸酯[嘉吉亞太食品系統(tǒng)（北京）有限公司]，保加利亞乳桿菌、乳酸鏈球菌（山東得益乳業(yè)股份有限公司），乳過氧化物酶活性檢測試劑盒、乳鐵蛋白酶聯(lián)免疫檢測試劑盒、α-乳白蛋白ELISA檢測試劑盒、TREATM牛β-乳球蛋白ELISA試劑盒、TREATM牛IgG ELISA試劑盒（美國Evergreen公司）。

試驗設(shè)備：MilkoScan FT1乳品分析儀（丹麥福斯分析儀器有限公司），高壓均質(zhì)機(jī)[基伊埃機(jī)械設(shè)備（天津）有限公司GEA]，管式殺菌機(jī)（上海南華換熱器制造有限公司），精密電子天平（瑞士梅特勒-托利多公司），黏度計（美國Brookfield公司），pH計（瑞士梅特勒-托利多公司），電動攪拌器、巴氏殺菌機(jī)、生化培養(yǎng)箱、保溫殺菌罐、恒溫發(fā)酵罐（上海赫列姆食品機(jī)械設(shè)備有限公司）。

1.2 工藝流程

1.2.1 傳統(tǒng)工藝流程

生牛乳→預(yù)熱至60～65 ℃→配料→95 ℃/5 min殺菌→降溫至40～43 ℃→添加菌種→發(fā)酵至酸度75～85 °T終止發(fā)酵→破乳→灌裝→后熟8 h以上

1.2.2 新工藝流程

新工藝流程如圖1所示。

圖1 新工藝流程

1.3 新工藝試驗方法

1.3.1 生牛乳指標(biāo)測定

使用FOSS MilkoScan FT1乳品分析儀測定所用生牛乳的蛋白質(zhì)、脂肪、乳糖、非脂乳固體含量和細(xì)菌數(shù)。

1.3.2 生牛乳脫脂

將檢驗合格的生牛乳預(yù)熱至45～55 ℃進(jìn)行離心脫脂，得到脂肪含量為30%～35%的高脂料液A和脫脂料液B。

1.3.3 配料

將高脂料液A升溫至60～65 ℃，添加8%白砂糖和0.6%羥丙基二淀粉磷酸酯，高速剪切5 min，使其充分溶解并混合。

1.3.4 均質(zhì)

將充分混勻的高脂料液A進(jìn)行均質(zhì)，均質(zhì)壓力為18～20 MPa。

1.3.5 殺菌

將均質(zhì)后的高脂肪料液A經(jīng)過125 ℃高溫殺菌，殺菌時間為5 s；脫脂料液B經(jīng)過75 ℃板式蒸汽殺菌機(jī)殺菌，殺菌時間為15 s。將殺菌后的A和B料液分別冷卻至42 ℃，打入無菌保溫發(fā)酵罐中混合。

1.3.6 發(fā)酵

向混合好的料液中添加保加利亞乳桿菌、乳酸鏈球菌發(fā)酵劑，42 ℃條件下發(fā)酵4～6 h，酸度為75～85 °T時終止發(fā)酵，破乳灌裝后冷卻至4 ℃，后熟8 h以上。

1.4 傳統(tǒng)工藝試驗方法

1.4.1 生牛乳指標(biāo)測定

生牛乳指標(biāo)測定方法同1.3.1。

1.4.2 配料與均質(zhì)

將檢測合格的生牛乳升溫至60～65 ℃，添加8%白砂糖和0.6%羥丙基二淀粉磷酸酯，高速剪切5 min使其充分溶解并混合。將充分混勻的料液進(jìn)行均質(zhì)，均質(zhì)壓力為18～20 MPa。

1.4.3 殺菌

將均質(zhì)后的料液經(jīng)過95 ℃殺菌，殺菌時間為5 min。將殺菌后的料液冷卻至42 ℃，打入無菌保溫發(fā)酵罐中。

1.4.4 發(fā)酵

發(fā)酵流程同1.3.6。

1.5 成品檢測

1.5.1 活性物質(zhì)檢測

使用酶聯(lián)免疫檢測試劑盒分別檢測傳統(tǒng)工藝和新工藝各個階段和發(fā)酵后酸奶中的α-乳白蛋白、β-乳球蛋白、乳鐵蛋白、免疫球蛋白、乳過氧化物酶含量。

1.5.2 口感對比

對新工藝生產(chǎn)的酸奶和傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的酸奶進(jìn)行15 人的口感對比，按照三點法檢驗表5%的顯著水平進(jìn)行評判。通過統(tǒng)計查表得出被測樣品與對照樣品有差異的，且差異度≥3，對照樣優(yōu)于被測樣＞2人，則表示被測樣品檢驗不合格。

1.5.3 保質(zhì)期對比

將兩種工藝中試生產(chǎn)的酸奶灌裝為屋頂紙盒包裝的產(chǎn)品，產(chǎn)品保質(zhì)期為在2～6 ℃冷藏條件下保存至21 天，分別測定酸度、黏度、活菌數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 生牛乳指標(biāo)

試驗所用生牛乳的指標(biāo)見表1。所選擇的生牛乳細(xì)菌數(shù)控制的越低，越有利于酸奶的發(fā)酵和保質(zhì)期控制。

表 1 生牛乳指標(biāo)檢測值 單位：%

2.2 各階段活性物質(zhì)含量變化

對新工藝和傳統(tǒng)工藝所使用的生牛乳、生產(chǎn)過程中配料后料液、殺菌后料液、發(fā)酵3 h料液、發(fā)酵終止時料液和后熟完成后料液進(jìn)行取樣，分別檢測α-乳白蛋白、β-乳球蛋白、乳鐵蛋白、免疫球蛋白、乳過氧化物酶含量，結(jié)果見圖2～6。結(jié)果顯示，新工藝樣品中的活性物質(zhì)含量在殺菌階段有明顯降低，而傳統(tǒng)工藝樣品在殺菌后，5 種活性物質(zhì)含量均大幅度降低，其中乳鐵蛋白、免疫球蛋白、乳過氧化物酶含量在殺菌后幾乎完全損失。在發(fā)酵階段，新工藝發(fā)酵酸奶中的活性物質(zhì)含量隨著發(fā)酵時間的增加略有減少。結(jié)果表明，新工藝發(fā)酵酸奶中的活性物質(zhì)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)工藝發(fā)酵酸奶。

圖2 α-乳白蛋白含量

2.3 成品活性物質(zhì)含量對比

新工藝酸奶和傳統(tǒng)工藝酸奶中的α-乳白蛋白、β-乳球蛋白、乳鐵蛋白、免疫球蛋白、乳過氧化物酶的含量如圖7所示。結(jié)果表明，新工藝發(fā)酵酸奶中α-乳白蛋白、β-乳球蛋白、乳鐵蛋白、免疫球蛋白、乳過氧化物酶含量分別為966 mg/L、1 963 mg/L、23.4 mg/L、102 mg/L、1 025 U/L，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)工藝酸奶的68 mg/L、200 mg/L、0.7 mg/L、14 mg/L、0 U/L。

圖7 新工藝與傳統(tǒng)工藝活性物質(zhì)含量對比

圖3 β-乳球蛋白含量

圖4 乳鐵蛋白含量

圖5 免疫球蛋白含量

圖6 乳過氧化物酶含量

2.4 口感評鑒

對新工藝酸奶和傳統(tǒng)工藝酸奶進(jìn)行口感對比評鑒，通過三點法盲測且無明顯差異。品評結(jié)果如表2所示。

表2 三點法盲測口感評鑒結(jié)果

結(jié)果表明，經(jīng)專業(yè)乳品口感品鑒員及專業(yè)品質(zhì)管控人員共15 人三點法口感品評，15 人中有2人嘗出單個樣品，差異度為（3×0+1×10+2×2）/15=0.93，小于5，即差異度為弱。

2.5 保質(zhì)期對比

2.5.1 酸度

兩種工藝的產(chǎn)品在保質(zhì)期內(nèi)的酸度變化見圖8。新工藝與傳統(tǒng)工藝制作的酸奶在保質(zhì)期范圍內(nèi)酸度變化趨勢一致，新工藝在保存至25天時酸度略低于傳統(tǒng)工藝，并無顯著差異。

圖8 新工藝與傳統(tǒng)工藝酸奶保質(zhì)期酸度變化對比

2.5.2 黏度

新工藝酸奶的黏度在保質(zhì)期內(nèi)略高于傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)酸奶，見圖9。從圖中可以看出，新工藝酸奶的黏度在保質(zhì)期內(nèi)緩慢平穩(wěn)下降，傳統(tǒng)工藝酸奶在第3天后出現(xiàn)較大波動，15 天到17 天有所回升，后期平穩(wěn)下降。

圖9 新工藝與傳統(tǒng)工藝酸奶保質(zhì)期黏度變化對比

2.5.3 活菌數(shù)

新工藝與傳統(tǒng)工藝酸奶保質(zhì)期活菌數(shù)變化見圖10。結(jié)果顯示，新工藝酸奶與傳統(tǒng)工藝酸奶相比活菌數(shù)較高。兩種工藝的活菌數(shù)在保質(zhì)期內(nèi)均逐漸降低。

圖10 新工藝與傳統(tǒng)工藝酸奶保質(zhì)期活菌數(shù)變化對比

3 小結(jié)

本研究開發(fā)出一種酸奶產(chǎn)品的新生產(chǎn)工藝，生乳通過乳脂分離，用高脂料液與其他輔料混合，進(jìn)行高溫殺菌及均質(zhì)處理；將脫脂后得到的脫脂料液通過低溫殺菌，保留其中的活性營養(yǎng)物質(zhì)。將兩種料液混合均勻并冷卻至42±1 ℃發(fā)酵，得到比傳統(tǒng)酸奶高10 倍以上活性營養(yǎng)物質(zhì)的優(yōu)質(zhì)酸奶。

4 討論

牛奶除了富含營養(yǎng)之外，還有許多功能蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)在營養(yǎng)上具有極為重要的意義。乳蛋白可以直接參與機(jī)體的蛋白質(zhì)代謝，包含了機(jī)體蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)所需的全部氨基酸。乳鐵蛋白是一種天然鐵結(jié)合糖蛋白，在哺乳動物乳清和許多生物體液中有廣泛分布。牛初乳中乳鐵蛋白含量最高可達(dá)1 g/L，常乳中乳鐵蛋白含量為初乳的20%，約為0.2 g/L[4]。乳鐵蛋白進(jìn)入人體后，經(jīng)蛋白酶水解形成多種生物活性肽，具有廣譜抗菌、抗腫瘤、降血壓、抗炎和免疫調(diào)節(jié)等多種生物學(xué)功能，對人體健康有重要作用[5]。近年來，乳鐵蛋白成為食品營養(yǎng)和生物技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點之一。有研究表明，通過無菌后添加工藝，把液態(tài)無菌乳鐵蛋白加入到牛奶中，制備成乳鐵蛋白型牛奶，對于人體的免疫力水平有明顯的提高[6]。

β-乳球蛋白是由乳腺上皮細(xì)胞合成分泌的一種特有乳清蛋白，牛初乳中β-乳球蛋白含量約為8.0 g/L，常乳中約為3.3 g/L，約占乳清蛋白總量的50%[7]。β-乳球蛋白可以與脂溶性維生素和脂肪酸物質(zhì)結(jié)合，以促進(jìn)這些物質(zhì)的吸收[8]，同時其具有的凝膠與乳化作用可作為輔助性配料用于食品中，從而改善風(fēng)味[7]。研究表明，隨著加熱溫度的升高、加熱時間的延長，牛乳中的β-乳球蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生一定改變，導(dǎo)致生理功能降低[9]。

α-乳白蛋白是乳清蛋白中含量次于β-乳球蛋白的蛋白，常乳中含量約為1.2 g/L。α-乳白蛋白在乳腺中合成，天然結(jié)構(gòu)的蛋白能夠促進(jìn)乳糖的合成[7]。免疫球蛋白普遍存在于哺乳動物血液、組織液和淋巴液中，是主要的免疫物質(zhì)。乳清蛋白中免疫球蛋白的熱穩(wěn)定性最低，70 ℃加熱30 min就會變性[10]。孫家財?shù)萚11]通過在牛乳中加入牛初乳粉，63 ℃殺菌30 min后，接入嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌進(jìn)行發(fā)酵，過程中IgG活性約損失20%。在本研究中，發(fā)酵過程使得料液中的IgG活性由122 mg/L降至103 mg/L，損失約為16%，這與前人研究結(jié)果[10]相近。

乳過氧化物酶是牛奶中一種具有抗菌作用的酶，過氧化氫和硫氰酸鹽是酶反應(yīng)必需的2 個協(xié)同因子。二者與乳過氧化物酶共同構(gòu)成乳過氧化物酶系統(tǒng)，該系統(tǒng)是生乳中固有的抗菌體系[4，12]。Korhonen[13]研究表明，牛乳在63 ℃加熱30 min或72 ℃加熱15 s后，乳過氧化物酶仍具有一定活性，但在80 ℃、2.5 s殺菌時幾乎完全被破壞。因此，在傳統(tǒng)工藝的酸奶生產(chǎn)時，過高的殺菌溫度會使牛奶中的乳過氧化物酶體系完全失活。有研究表明，乳鐵蛋白與乳過氧化物酶在對大腸桿菌的抑制試驗中存在協(xié)同功效[14]。

任憲峰等[15]通過將生乳脫脂后，把稀奶油部分高溫瞬時殺菌后進(jìn)行配料，脫脂乳部分與乳清粉混合后進(jìn)行膜過濾除菌，將兩部分混合后接菌發(fā)酵，牛乳中乳鐵蛋白、α-乳白蛋白、DHA和多種維生素的保留率在70%以上。本研究使用一種新工藝，將稀奶油部分高溫殺菌，將含有活性蛋白的脫脂料液部分進(jìn)行低溫巴氏殺菌，在一定程度上保留了牛奶中的活性物質(zhì)，使得成品酸奶中活性物質(zhì)含量高于傳統(tǒng)高溫殺菌工藝制成的酸奶，為高品質(zhì)活性酸奶的生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。