黑木耳沙棘凝固型酸奶的工藝研究

房丹丹,馬 平,劉璐萍,姜露熙,裴龍英,布海麗且姆·阿不都熱合曼

(新疆理工學(xué)院 食品科學(xué)與工程學(xué)院,新疆 阿克蘇 843000)

中國(guó)是世界黑木耳第一生產(chǎn)大國(guó),黑木耳的產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的90%以上。其中含蛋白質(zhì)是牛奶的6倍,每100 g干木耳含鐵達(dá)185 mg,是肉類的100倍。近代研究證明:黑木耳對(duì)人體血壓、血脂和膽固醇等具有調(diào)節(jié)作用,藥食同源,受到越來越多消費(fèi)者的關(guān)注,市場(chǎng)需求也逐年增加[1-3]。黑木耳產(chǎn)業(yè)作為阿克蘇地區(qū)農(nóng)民增收的新途徑,自種植以來雖然為地方帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益,但目前阿克蘇地區(qū)黑木耳主要以干制品進(jìn)行銷售,缺少精深加工的各種產(chǎn)品,嚴(yán)重制約產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。我國(guó)素有“沙棘王國(guó)”之稱,資源豐富的沙棘占世界沙棘的90%以上,沙棘果實(shí)富含人體所需的各種氨基酸、脂肪酸和黃酮等活性物質(zhì),尤其含有大量的維生素、抗氧化物質(zhì),具有抗氧化、抗感染和抗糖尿病等生物活性[4-5]。筆者研究目的在于以傳統(tǒng)原味酸奶的制作為基礎(chǔ),加入黑木耳、沙棘,以感官評(píng)價(jià)為響應(yīng),通過單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面法優(yōu)化制備黑木耳沙棘酸奶,不僅可以改善酸奶的口感,而且可以增加營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,為開發(fā)具有一定功能作用的黑木耳沙棘酸奶及相關(guān)乳制品提供理論數(shù)據(jù)和工藝參數(shù),同時(shí)對(duì)阿克蘇地區(qū)黑木耳及沙棘的精深加工有一定意義[6-9]。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器設(shè)備

干黑木耳,購自薩依買里村;牛奶、蔗糖,購自淘寶官方旗艦店;嗜熱鏈球菌,購自臺(tái)灣亞芯生物科技有限公司;德式保加利亞乳酸桿菌,購自大連亞芯生物科技有限公司;沙棘,購自新疆域上金棘生物科技有限公司;其他試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

FA1204B電子天平,上海佑科儀器儀表有限公司;C22-IH07E電磁爐,浙江蘇泊爾生活電器有限公司;BCD-452WDPF冰箱,海信智家股份有限公司;BBS-SDC超凈工作臺(tái),山東博科再生醫(yī)學(xué)有限公司;BPH-9042精密恒溫培養(yǎng)箱,上海一恒公司;TGL-20M高速冷凍離心機(jī),上海盧湘儀;FJ200-SH乳化機(jī),常州樂足機(jī)械科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

黑木耳沙棘凝固型酸奶工藝流程設(shè)計(jì):牛奶→預(yù)熱→配料→添加黑木耳、沙棘汁→均質(zhì)→殺菌→冷卻→接種→發(fā)酵→冷藏后熟→黑木耳沙棘凝固型酸奶。

1.2.1 原料預(yù)處理

1) 黑木耳汁的制備:首先將磨成粉的黑木耳以1∶40的質(zhì)量比溶解,充分?jǐn)嚢璺湃牒銣厮″伣?jīng)80 ℃浸提60 min;然后用160目篩子過濾2遍;最后放入離心機(jī)中離心,轉(zhuǎn)速8 000 r/min,離心5 min,高溫殺菌后放涼,冰箱冷藏備用。

2) 沙棘汁的制備:沙棘原漿用紗布過濾2遍,放入離心機(jī)中離心,轉(zhuǎn)速8 000 r/min,離心5 min,高溫滅菌后放涼,冰箱冷藏備用。

3) 菌種活化:首先將鮮牛奶經(jīng)過高溫殺菌后冷卻到45 ℃,接入m(保加利亞乳桿菌)∶m(嗜熱鏈球菌)=1∶1,在溫度為42 ℃下發(fā)酵4 h;然后立即取出放入冰箱冷藏備用[10-13]。

1.2.2 操作要點(diǎn)

新鮮牛奶:無凝塊、無沉淀和無正常視力可見異物;具有乳固有的奶香味,無異味;色澤均勻亮麗呈乳白色;蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于2.9%,脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于3.1%,酸度為12～18 °T。

配料:將稱量好的蔗糖、黑木耳和沙棘汁加入已經(jīng)預(yù)熱至65～70 ℃的牛乳中,持續(xù)攪拌20 min,讓其充分混勻,并全部溶解,無懸浮或沉淀顆粒形成。

均質(zhì):將物料溫度預(yù)熱到65 ℃時(shí),通過工作壓力為56 MPa的實(shí)驗(yàn)型均質(zhì)機(jī)均質(zhì)10 min[14-15]。

殺菌:均質(zhì)后的物料用塑料薄膜密封后迅速升溫至95～100 ℃,保溫5～10 min進(jìn)行殺菌處理。

接種:為保證菌種活力同時(shí)使菌種充分溶解,接種時(shí)溫度保持在43～45 ℃。

發(fā)酵:將接種后的牛奶,立即放入42 ℃的恒溫培養(yǎng)箱中,發(fā)酵一定時(shí)間至凝乳形成,取出后立即冷卻至20 ℃以下,終止發(fā)酵。

冷藏后熟:發(fā)酵結(jié)束后,立即取出并放入冰箱,在4 ℃條件下冷卻促進(jìn)凝固和風(fēng)味的形成,時(shí)間24 h。

1.2.3 單因素實(shí)驗(yàn)

1) 黑木耳沙棘汁比例對(duì)感官品質(zhì)的影響

在發(fā)酵溫度42 ℃、發(fā)酵時(shí)間為4 h、蔗糖添加量為6%、接種量為7%的條件下,考察V(黑木耳)∶V(沙棘)分別為1∶1,2∶1,3∶1,4∶1,5∶1的影響,進(jìn)行感官評(píng)定。

2) 蔗糖添加量對(duì)酸奶感官品質(zhì)的影響

在發(fā)酵溫度為42 ℃、發(fā)酵時(shí)間為4 h、V(黑木耳)∶V(沙棘)=3∶1、接種量為7%的條件下,考察蔗糖添加量分別為4%,5%,6%,7%,8%的影響,進(jìn)行感官評(píng)定。

3) 發(fā)酵接種量對(duì)酸奶感官品質(zhì)的影響

在發(fā)酵溫度為42 ℃、發(fā)酵時(shí)間為4 h、蔗糖添加量為7%、V(黑木耳)∶V(沙棘)=3∶1的條件下,考察接種量分別為4%,5%,6%,7%,8%的影響,進(jìn)行感官評(píng)定。

4) 發(fā)酵時(shí)間對(duì)酸奶感官品質(zhì)的影響

在發(fā)酵溫度為42 ℃、蔗糖添加量為7%、V(黑木耳)∶V(沙棘)=3∶1、接種量為6%的條件下,考察發(fā)酵時(shí)間分別為3,3.5,4,4.5,5 h的影響,進(jìn)行感官評(píng)定。

1.2.4 響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,以模糊數(shù)學(xué)綜合感官評(píng)價(jià)的結(jié)果作為響應(yīng)值[16-20],采用響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)法研究黑木耳與沙棘汁體積比、蔗糖添加量和接種量3個(gè)因素對(duì)酸奶感官品質(zhì)的影響,進(jìn)而確定黑木耳沙棘酸奶工藝條件。利用響應(yīng)面應(yīng)用軟件Design Expert 13對(duì)工藝條件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),具體因素與水平如表1所示。

表1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平

1.2.5 感官評(píng)價(jià)方法及標(biāo)準(zhǔn)

黑木耳沙棘酸奶感官評(píng)價(jià)方法參考GB 19302—2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)酵乳》,挑選食品科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)素質(zhì)高的學(xué)生10人(男女各5人),分別從色澤、風(fēng)味、組織狀態(tài)和口感4個(gè)指標(biāo)進(jìn)行感官評(píng)分,具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[21-22]如表2所示。

表2 感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 黑木耳沙棘汁比例對(duì)酸奶感官品質(zhì)的影響

加入黑木耳與沙棘,不僅可以增強(qiáng)酸奶的風(fēng)味,而且可以提高酸奶的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致酸奶體系不穩(wěn)定,出現(xiàn)乳清析出、分層和表面粗糙等問題。因此,通過單因素實(shí)驗(yàn)確定黑木耳與沙棘最佳體積比對(duì)開發(fā)本產(chǎn)品非常重要,黑木耳與沙棘汁體積比對(duì)黑木耳沙棘酸奶感官品質(zhì)的影響如圖1所示(圖中小寫字母表示指標(biāo)間的差異顯著P<0.05)。

圖1 黑木耳沙棘汁比例對(duì)感官品質(zhì)的影響Fig.1 Effect of the volume ratio of auricularia auricularand sea-buckthorne on sensory quality

從圖1可以看出:酸奶的感官評(píng)分隨著黑木耳與沙棘汁體積比的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),當(dāng)體積比為1∶1時(shí),無法突出黑木耳和沙棘的風(fēng)味;當(dāng)體積比為5∶1時(shí),黑木耳味道過于濃烈;當(dāng)體積比為3∶1時(shí),具有黑木耳和沙棘特有的風(fēng)味,味道柔和,感官評(píng)分最高。

2.1.2 蔗糖添加量對(duì)酸奶感官品質(zhì)的影響

添加蔗糖一方面可以為乳酸菌發(fā)酵提供碳源,另一方面可改善酸奶整體口感。由于實(shí)驗(yàn)以黑木耳和沙棘為原料制作酸奶,口感上可能會(huì)受到影響,通過調(diào)節(jié)蔗糖的添加量期望改善因原料的加入而導(dǎo)致的酸奶口感差問題,最終單因素實(shí)驗(yàn)確定蔗糖添加量對(duì)黑木耳沙棘凝固型酸奶感官品質(zhì)的影響如圖2所示(圖中小寫字母表示指標(biāo)間的差異顯著P<0.05)。

圖2 蔗糖添加量對(duì)感官品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of the addition amount of sucroseon sensory quality

從圖2可以看出:酸奶的感官評(píng)分隨著蔗糖的加入呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),當(dāng)蔗糖的添加量為7%時(shí),酸奶的感官評(píng)分值最高;當(dāng)蔗糖添加量為4%時(shí),酸奶風(fēng)味整體太酸,口感不佳;當(dāng)蔗糖添加量為8%時(shí),口感過甜,掩蓋了黑木耳沙棘酸奶原有的香味,感官評(píng)分值不高。因此,確定最佳蔗糖添加量為7%,此時(shí)酸奶感官評(píng)分最好。

2.1.3 發(fā)酵劑接種量對(duì)酸奶感官評(píng)分的影響

酸奶中添加適量的發(fā)酵劑,一方面可以增加酸奶的凝固型,提高乳酸菌的產(chǎn)酸能力;另一方面可以決定酸奶的組織狀態(tài)。通過單因素實(shí)驗(yàn)確定發(fā)酵劑接種量對(duì)黑木耳沙棘凝固型酸奶感官評(píng)分的影響結(jié)果如圖3所示(圖中小寫字母表示指標(biāo)間的差異顯著P<0.05)。

圖3 發(fā)酵劑接種量對(duì)感官評(píng)分的影響Fig.3 Effect of the inoculation amount on sensory quality

從圖3可以看出:酸奶的感官評(píng)分隨接種量的升高,呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì),當(dāng)接種量為6%時(shí),酸奶的感官評(píng)分值最大;當(dāng)接種量為4%時(shí),酸奶組織狀態(tài)較差,風(fēng)味較淡;接種量為8%時(shí),酸度較大,酸奶風(fēng)味較差,感官評(píng)分不斷下降。因此,確定最優(yōu)的發(fā)酵劑添加量為6%,此時(shí)制備的酸奶感官評(píng)分最高。

2.1.4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)酸奶感官評(píng)分的影響

發(fā)酵時(shí)間是影響酸奶發(fā)酵的主要因素之一,發(fā)酵時(shí)間過短,酸奶未凝固;發(fā)酵時(shí)間過長(zhǎng),乳清容易析出,導(dǎo)致產(chǎn)品組織狀態(tài)差。同時(shí)考慮生產(chǎn)成品問題,發(fā)酵時(shí)間不宜過長(zhǎng),通過單因素實(shí)驗(yàn)確定發(fā)酵時(shí)間對(duì)黑木耳沙棘凝固型酸奶感官評(píng)分的影響結(jié)果如圖4所示(圖中小寫字母表示指標(biāo)間的差異顯著P<0.05)。

圖4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)感官品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of the fermentation time on sensory quality

從圖4可以看出:酸奶的感官評(píng)分隨發(fā)酵時(shí)間的升高,呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì),發(fā)酵時(shí)間為4 h時(shí),酸奶感官評(píng)分值最大;當(dāng)發(fā)酵時(shí)間為3 h時(shí),此時(shí)酸度不夠,酸奶風(fēng)味較差;當(dāng)發(fā)酵時(shí)間5 h時(shí),酸度過高,存在乳清析出問題。同時(shí)考慮效益成本問題,選擇最佳發(fā)酵時(shí)間為4 h,感官評(píng)分最高。

2.2 模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法分析

2.2.1 權(quán)重得分

根據(jù)0～4評(píng)判法確定黑木耳沙棘凝固型酸奶每個(gè)因素的權(quán)重,具體方式:首先請(qǐng)10位評(píng)價(jià)員對(duì)每個(gè)因素進(jìn)行兩兩重要性比較,很重要4分,很不重要0分,較重要3分,不很重要1分,同等重要2分;然后根據(jù)這個(gè)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)每個(gè)評(píng)價(jià)員對(duì)各個(gè)因素打分?jǐn)?shù);最后統(tǒng)計(jì)所有打分人的表,確定每個(gè)因素得分,再除以所有指標(biāo)總分之和,可得到這4個(gè)因素的權(quán)重分?jǐn)?shù)。通過此法確定黑木耳沙棘酸奶中每個(gè)因素的權(quán)重,最終權(quán)重X={0.2,0.27,0.33,0.2},具體權(quán)重得分如表3所示[23-24]。

表3 權(quán)重得分表

2.2.2 模糊矩陣的確定

挑選10名食品科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)學(xué)生,其中男生5名,女生5名,按照感官評(píng)價(jià)要求對(duì)響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)中17組樣品的感官指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分,每位評(píng)價(jià)員分別按照一級(jí)(90～100)、二級(jí)(80～90)、三級(jí)(70～80)、四級(jí)(60～70),對(duì)樣品色澤、風(fēng)味、口感和組織狀態(tài)4個(gè)指標(biāo)進(jìn)行打分,最終統(tǒng)計(jì)每個(gè)指標(biāo)不同等級(jí)下的評(píng)價(jià)員人數(shù)并進(jìn)行模糊計(jì)算,結(jié)果如表4所示。

表4 各項(xiàng)感官指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果

結(jié)合表4,得出模糊矩陣為

據(jù)公式B=X×Rj,得出樣品R1的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為

根據(jù)Y=B·V,得

同上述方法,可得其他樣品的感官評(píng)分。

2.3 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)Design-Expert 13.0軟件設(shè)計(jì)響應(yīng)面實(shí)驗(yàn),以感官評(píng)分為響應(yīng)值,選取黑木耳與沙棘體積比A、蔗糖添加量B和發(fā)酵接種量C3個(gè)自變量因素,隨機(jī)組成17個(gè)實(shí)驗(yàn)組合,響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.4 回歸模型建立及方差分析

利用Design-Expert 13.0軟件對(duì)響應(yīng)面結(jié)果進(jìn)行回歸方差分析擬合,方差分析如表6所示。

表6 方差分析表

從表6可以得出:筆者模型效果顯著,失擬項(xiàng)不顯著,R2=0.993 5,說明該模型可以用來預(yù)測(cè)實(shí)際實(shí)驗(yàn),得到二次多項(xiàng)式Y(jié)=0.526 3A+1.44B-1.3C-0.07AB+0.822 5AC+2.48BC-0.134 3A2-1.85B2-2.25C2+91.62,該方程說明了各影響酸奶因素與感官評(píng)分之間的顯著關(guān)系,可以預(yù)測(cè)黑木耳沙棘凝固型酸奶工藝結(jié)果[25-26]。B(蔗糖添加量)和C(發(fā)酵劑接種量)因素對(duì)酸奶感官評(píng)分影響較為重要。通過觀察F可知:各因素對(duì)感官評(píng)分的影響大小排序?yàn)锽>C>A,蔗糖添加量對(duì)感官評(píng)分的影響最大,第2為發(fā)酵劑接種量,第3為黑木耳與沙棘體積比。

2.5 響應(yīng)面交互影響分析

響應(yīng)面圖形是反映實(shí)驗(yàn)中任意2個(gè)因素間的相互作用,從而判斷其對(duì)黑木耳沙棘凝固型酸奶感官評(píng)分值的影響,等高線圖可以確定黑木耳與沙棘體積比、蔗糖添加量和發(fā)酵接種量3個(gè)因素間的相互作用程度(圖5)。根據(jù)圖5中的弧面和等高線的變化趨勢(shì),可以看出蔗糖添加量對(duì)黑木耳沙棘凝固型酸奶感官評(píng)分影響大于發(fā)酵劑接種量,2個(gè)因素之間存在顯著的交互作用。

結(jié)合模型預(yù)測(cè)得到推薦最佳工藝參數(shù)為V(黑木耳)∶V(沙棘)=3∶1,蔗糖添加量為6.95%,接種量為6.156%,感官評(píng)分為92.296分。為方便實(shí)驗(yàn),經(jīng)調(diào)整之后獲得最佳工藝參數(shù)為V(黑木耳)∶V(沙棘)=3∶1,蔗糖添加量為7%,接種量為6%,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),最終感官得分93.25分,與回歸模型預(yù)測(cè)結(jié)果差異不大。

3 結(jié) 論

模糊數(shù)學(xué)法進(jìn)行感官評(píng)定能綜合考慮所有的評(píng)定因素,再結(jié)合回歸模型分析、響應(yīng)曲面對(duì)黑木耳沙棘酸奶的工藝條件進(jìn)行分析,使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加可靠。研究最終確定黑木耳沙棘酸奶的最佳工藝條件為V(黑木耳)∶V(沙棘)=3∶1,蔗糖添加量為7%,接種量為6%,發(fā)酵時(shí)間為4 h,感官評(píng)分93.25分,在此最佳條件下,酸乳呈均勻的淡黃色,具有黑木耳、沙棘和酸奶清香味,酸甜適中,無乳清析出,組織狀態(tài)穩(wěn)定,是一種營(yíng)養(yǎng)豐富、外觀誘人和風(fēng)味特異的新型發(fā)酵乳制品,為功能性酸奶的開發(fā)提供了一定的理論依據(jù),對(duì)黑木耳、沙棘深加工產(chǎn)品的研究,具有非常重要的意義。