枸杞多糖發(fā)酵酸奶的工藝研究

史保國 汪小雨 李 慧 裴 潁 高晉升

（蚌埠學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，安徽蚌埠 233030）

酸奶是一種營養(yǎng)豐富，風(fēng)味濃郁的傳統(tǒng)乳制品。成品酸奶不僅保留了新鮮牛奶的全部營養(yǎng)，且增加了保健效果，其中大量的乳酸菌促進人體對鈣和磷的吸收［1］；在發(fā)酵過程中蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為小顆粒活性物質(zhì)，易被消化吸收［2］。

枸杞多糖是枸杞的重要成分，由各種單糖通過糖苷鍵連接而成的水溶性多糖［3］。枸杞多糖約占枸杞體重的3.36%，與枸杞含有的各種活性物質(zhì)相比，枸杞多糖含量較大［4-5］，且具有多種保健作用，比如調(diào)節(jié)機體免疫、預(yù)防腫瘤、抗衰老、調(diào)節(jié)血糖和脂質(zhì)代謝等［6］。它已成為食品藥品工業(yè)廣泛研究的課題，具有廣闊的研發(fā)應(yīng)用市場。

近年來，為提高酸奶的種類和其功能屬性，市場開發(fā)出多種果類酸奶、蔬菜酸奶以及植物多糖類酸奶產(chǎn)品［7］，這些物質(zhì)的添加在一定程度上豐富了酸奶的類型，另一方面又提高了酸奶的質(zhì)量和性能［8］。該試驗嘗試開發(fā)新型枸杞多糖酸奶，利用枸杞多糖替代部分白砂糖，營養(yǎng)豐富，具有枸杞香味，特殊乳黃色。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑脫脂純牛奶，內(nèi)蒙古伊利實業(yè)集團股份有限公司；白砂糖，河北源創(chuàng)生物科技有限公司；發(fā)酵劑，北京川秀科技有限公司；枸杞多糖（食品級），安徽友泰生物工程有限公司。

1.2 主要儀器分析天平，上海?？惦娮觾x器廠；恒溫發(fā)酵箱，濱州益銘機械設(shè)備有限公司；低溫冰箱，珠海格力電器股份有限公司；酸度計，深圳市優(yōu)米儀器設(shè)備有限公司；高壓滅菌鍋，上海民儀電子有限公司；電磁爐，美的集團股份有限公司；NDJ-8S型數(shù)顯粘度計，上海精密儀器儀表有限公司；均質(zhì)機，上海滬析儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 枸杞多糖酸奶制作工藝流程［9］鮮牛奶→調(diào)糖（枸杞多糖、蔗糖）→預(yù)熱均質(zhì)→殺菌→冷卻→接種→發(fā)酵→后熟。

1.3.2 枸杞多糖酸奶制作操作要點 ①調(diào)糖：向原料乳中加入枸杞多糖1.5%（g/mL），蔗糖9%（g/mL）。②預(yù)熱均質(zhì)：將調(diào)糖后的原料乳放置在40 ℃水浴鍋中預(yù)熱，隨后使用均質(zhì)機攪拌混勻。③殺菌：采用95 ℃高壓滅菌10 min，徹底清除有害微生物，進一步使物料混勻［10］。④冷卻接種發(fā)酵：將滅菌后的原料乳快速降溫，將酸奶發(fā)酵劑接種到冷卻后的原料中（質(zhì)量比1.5%）［11］，放置在恒溫培養(yǎng)箱，40.5 ℃培養(yǎng)6 h，取出。⑤冷藏后熟：酸奶冷卻至室溫后，在4 ℃冰箱中保存8 h以上，使枸杞多糖酸奶形成良好的滋味。

1.3.3 單因素設(shè)計（1）枸杞多糖添加量。接種量為2%，設(shè)置枸杞多糖添加量0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%，發(fā)酵培養(yǎng)，采用黏度、感官評分為標(biāo)準(zhǔn)進行評定，探究枸杞多糖添加量對發(fā)酵乳品質(zhì)的影響。

（2）蔗糖添加量。接種量為2.0%，設(shè)置蔗糖添加量3%、5%、7%、9%、11%，發(fā)酵培養(yǎng)，采用粘度值、感官評分為標(biāo)準(zhǔn)進行評定，探究蔗糖量對發(fā)酵乳品質(zhì)的影響。

（3）發(fā)酵溫度。接種量為2.0%，設(shè)置發(fā)酵溫度36.5、38.5、40.5、42.5、44.5 ℃，發(fā)酵培養(yǎng)，采用黏度、感官評分為標(biāo)準(zhǔn)進行評定，探究發(fā)酵溫度對發(fā)酵乳品質(zhì)的影響。

（4）發(fā)酵時間。接種量為2.0%，設(shè)置發(fā)酵時間為4、5、6、7、8 h，發(fā)酵培養(yǎng)，采用黏度、感官評分為標(biāo)準(zhǔn)進行評定，探究發(fā)酵時間對發(fā)酵乳品質(zhì)的影響。

1.3.4 枸杞多糖酸奶感官評定 參考GB 19302—2010，從色澤、風(fēng)味、組織狀態(tài)、口感4方面制定感官評分標(biāo)準(zhǔn)；由10人（5男5女）組成評價小組，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，對酸奶進行品嘗打分（百分制），感官評價取平均值，評價標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 添加枸杞多糖酸奶的感官評價評分標(biāo)準(zhǔn)

1.3.5 枸杞多糖酸奶制備響應(yīng)面試驗設(shè)計 根據(jù)單因素試驗結(jié)果分析，選取枸杞多糖添加量、發(fā)酵時間、發(fā)酵溫度，設(shè)計3因素3水平的響應(yīng)面分析試驗方案，優(yōu)化枸杞多糖酸奶的制作工藝，響應(yīng)面分析因素與水平編碼表見表2。

表2 響應(yīng)面分析因素與水平編碼

1.3.6 驗證試驗 根據(jù)響應(yīng)面試驗結(jié)果，確定枸杞多糖酸奶的最佳工藝，在此優(yōu)化工藝條件下，對枸杞多糖酸奶進行制備，通過3次平行試驗，求取平均值，驗證方案可行性。

1.3.7 檢測指標(biāo) 黏度測定：用NDJ-8S型數(shù)黏度計測定酸奶黏度，取乳液10 mL使之剛好達到轉(zhuǎn)子液面標(biāo)記處，設(shè)定測試距離為20.00 mm，感應(yīng)力為10 g。待測樣品勻速攪拌10圈，室溫下，選用27號轉(zhuǎn)子以30 r/min速度測定酸奶樣品，待數(shù)據(jù)變化幅度穩(wěn)定時，每10 s取值1次，取值5組計算黏度平均值。其他指標(biāo)的檢測參考國家標(biāo)準(zhǔn)［12］。

2 結(jié)果與分析

2.1 枸杞多糖添加量對酸奶發(fā)酵風(fēng)味的影響由圖1可知，在枸杞多糖添加量為1.5%時，蔗糖添加量為9%、發(fā)酵時間6 h、發(fā)酵溫度40.5 ℃條件下，枸杞多糖酸奶評分最高和黏度最大。后期，隨著枸杞多糖添加量增大酸奶感官評分和黏度呈現(xiàn)下降趨勢，因為感官評分與酸度有關(guān)，由于樣品中枸杞多糖量增加抑制乳酸菌生長繁殖，導(dǎo)致酸味降低，菌量減少導(dǎo)致黏度降低，適當(dāng)?shù)蔫坭蕉嗵翘砑恿?，使酸奶感官評分提高；但過量的枸杞多糖則會影響酸奶口感，導(dǎo)致過甜。因此在枸杞多糖添加量為1.5%時口感最佳。

圖1 枸杞多糖添加量對酸奶發(fā)酵風(fēng)味的影響

2.2 蔗糖添加量對枸杞多糖發(fā)酵酸奶風(fēng)味的影響由圖2可知，在蔗糖添加量為9%時，枸杞多糖添加量為1.5%、發(fā)酵溫度40.5 ℃、發(fā)酵時間6 h條件下，枸杞多糖酸奶感官評分最高，黏度由峰值趨于減小。后期隨著蔗糖添加量增加，感官評分與黏度均呈現(xiàn)下降趨勢，可能是蔗糖添加量為7%時，菌種數(shù)量最多黏度達到峰值。隨著蔗糖過度增加，抑制乳酸菌生長導(dǎo)致過甜評分減小，菌種死亡導(dǎo)致黏度降低。所以適當(dāng)?shù)恼崽翘砑恿浚沟盟岫雀泄僭u分提高；過量蔗糖則會影響酸奶品質(zhì)。因此蔗糖添加量為9%時風(fēng)味最佳。

圖2 蔗糖添加量對枸杞多糖發(fā)酵酸奶風(fēng)味的影響

2.3 發(fā)酵溫度對發(fā)酵酸奶風(fēng)味的影響由圖3可知，在發(fā)酵溫度為40.5 ℃時，蔗糖量為9%、枸杞多糖量為1.5%、發(fā)酵時間6 h條件下，枸杞多糖酸奶感官評分最高黏度最大；后期隨著發(fā)酵溫度的上升，感官評分與黏度呈現(xiàn)下降趨勢。可能是溫度影響乳酸菌的數(shù)量，溫度過高或過低導(dǎo)致菌種生長繁殖受限甚至死亡，因此發(fā)酵溫度導(dǎo)致酸奶口感失調(diào)、感官評分降低，菌種數(shù)量下降導(dǎo)致黏度變小。所以適當(dāng)?shù)陌l(fā)酵溫度，酸奶感官評分提高；因此發(fā)酵溫度40.5 ℃時風(fēng)味，黏度最大。

圖3 發(fā)酵溫度對發(fā)酵酸奶風(fēng)味的影響

2.4 發(fā)酵時間對枸杞多糖發(fā)酵酸奶風(fēng)味的影響由圖4可知，發(fā)酵時間6 h時，蔗糖添加量為9%、枸杞多糖添加量量為1.5%、發(fā)酵溫度40.5 ℃條件下，枸杞多糖酸奶評分最高。發(fā)酵時間在4～6 h時，枸杞多糖酸奶黏度、感官評分與發(fā)酵時間成正比，當(dāng)發(fā)酵時間在6～8 h時感官評分以及黏度呈現(xiàn)下降趨勢。原因是發(fā)酵時間增加菌種繁殖數(shù)目增多，黏度相應(yīng)增加，口感提升。當(dāng)發(fā)酵時間過長時酸度過高，發(fā)酵環(huán)境營養(yǎng)減少導(dǎo)致菌種死亡，感官評分減小，黏度降低，當(dāng)發(fā)酵溫度為6 h時，酸奶評分最高，黏度最大。

圖4 發(fā)酵時間對枸杞多糖發(fā)酵酸奶風(fēng)味的影響

2.5 響應(yīng)面法優(yōu)化工藝條件試驗按單因素試驗結(jié)果，選擇枸杞多糖量、酸奶發(fā)酵時間、酸奶發(fā)酵溫度為自變量，將所得綜合評分設(shè)置為響應(yīng)值Y，再根據(jù)Box-Benhnken 對枸杞多糖酸奶進行優(yōu)化試驗，結(jié)果見表3。

表3 Box-Behnken試驗設(shè)計及結(jié)果

續(xù)表3 Box-Behnken試驗設(shè)計及結(jié)果

由表3可知，當(dāng)枸杞多糖添加量1.5%、發(fā)酵溫度40.5 ℃、發(fā)酵時間6 h時，枸杞多糖酸奶風(fēng)味最佳，評分最高。為了對其進行更深入的研究和條件優(yōu)化，利用軟件對數(shù)據(jù)進行回歸分析，并作出相應(yīng)響應(yīng)面圖。多元回歸擬合分析得到枸杞多糖酸奶感官評分與各因素變量的二次方程 模型為Y=94.00+1.38×A+0.63×B+1.25×C+0.000×A×B-0.75×A×C+0.25×B×C-6.25×A2-5.25×B2-6.50×C2，方差分析結(jié)果見表4。

表4 方差分析

由表4可知，該模型P值＜0.000 1，差異極顯著，失擬項P值＞0.05，且R2=0.952 3，=0.972 8，差異不顯著，該模型預(yù)測值與試驗值相似，擬合性好，可用于優(yōu)化酸奶發(fā)酵工藝?；貧w方程中A、C的P值小于0.05，差異顯著；交互項AB、AC、BC的P值均大于0.05，差異不顯著；二次項A2、B2、C2的P值均小于0.000 1，表示差異極顯著。

2.5.1 響應(yīng)面及等高線 由圖5可知，當(dāng)枸杞多糖添加量一定時，枸杞多糖酸奶感官評分隨著發(fā)酵溫度升高表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢；當(dāng)發(fā)酵溫度一定時與初始的枸杞多糖不變情況相同；但變化幅度平緩，表明枸杞多糖酸奶風(fēng)味受枸杞多糖量和發(fā)酵溫度交互作用影響不顯著。

圖5 枸杞多糖量與發(fā)酵溫度的3D等高線和響應(yīng)面

由圖6可知，當(dāng)枸杞多糖添加量一定時，枸杞多糖酸奶感官評分隨著發(fā)酵時間增加表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢；當(dāng)發(fā)酵時間一定時與初始的枸杞多糖不變情況相同；但變化幅度平緩，表明枸杞多糖酸奶風(fēng)味受枸杞多糖量和發(fā)酵時間交互作用影響不顯著。

圖6 枸杞多糖量與發(fā)酵時間的3D等高線和響應(yīng)面

由圖7可知，當(dāng)發(fā)酵溫度一定時，枸杞多糖酸奶感官評分隨著發(fā)酵時間增加表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢；當(dāng)發(fā)酵時間一定時與初始發(fā)酵溫度不變情況相同；但變化幅度平緩，表明枸杞多糖酸奶風(fēng)味受發(fā)酵溫度和發(fā)酵時間交互作用影響不顯著。

圖7 發(fā)酵溫度與發(fā)酵時間的3D等高線和響應(yīng)面

2.5.2 驗證試驗 通過Design Expert 8.0.6軟件分析得到，枸杞多糖酸奶的最優(yōu)工藝條件為枸杞多糖量1.6%、發(fā)酵溫度40.62 ℃、發(fā)酵時間6.091 h，此時枸杞多糖酸奶感官評分94.15分。為了便于操作，將次工藝條件修正為枸杞多糖量1.6%、發(fā)酵溫度41 ℃、發(fā)酵時間6 h。經(jīng)重復(fù)試驗后，得到酸奶感官評分94分與預(yù)測值基本吻合，說明工藝可行。

參照最優(yōu)條件，并結(jié)合實際最終確定最佳發(fā)酵工藝為枸杞多糖量1.6%、發(fā)酵溫度41 ℃、發(fā)酵時間6 h。由最終方案進行驗證試驗，得到枸杞多糖酸奶感官評分為94分、與理論值相差0.16%，通過誤差可知這一模型對該課題的研究進行優(yōu)化是可行的。

3 結(jié)論

該試驗對枸杞多糖酸奶工藝進行研究，采用單因素和響應(yīng)面試驗優(yōu)化枸杞多糖添加量1.6%、發(fā)酵溫度41 ℃和發(fā)酵時間6 h，在此工藝條件下得到感官評分最高，酸奶色澤微黃，組織結(jié)構(gòu)細膩，具有枸杞的清香，口感較好，具有開發(fā)前景。