香梨褐色酸奶工藝優(yōu)化

孫玉田， 劉平穩(wěn)， 鐵 生， 于海華， 張福釗， 韓 赟， 梁茵瑜， 劉 峰

（1.無錫中糧工程科技有限公司，江蘇 無錫 214035； 2.東莞理工學(xué)院，廣東 東莞 523000；3.天門市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，湖北 天門 431700）

0 引言

褐色酸奶是近年逐漸興起的新型酸奶，它起源于俄羅斯的一種傳統(tǒng)酸奶生產(chǎn)工藝[1]。在生產(chǎn)過程中，經(jīng)過長期高溫?zé)崽幚?，牛奶中的蛋白質(zhì)和還原糖發(fā)生美拉德反應(yīng)，然后經(jīng)過發(fā)酵而成具有焦糖風(fēng)味的褐色酸奶[2]。與傳統(tǒng)酸奶相比，最大的特點是不添加任何色素，通過配料和工藝條件的優(yōu)化，酸奶形成了獨特的風(fēng)味和顏色[3]。褐色酸奶含有多種維生素，以及鉀、鈉、鐵等微量元素，還富含糖類和有機酸。美拉德反應(yīng)產(chǎn)生的一些中間產(chǎn)物，如還原酮和揮發(fā)性含氮含硫雜環(huán)化合物，具有抗氧化作用[4]。

香梨中的天然果糖成分高，容易被人體吸收，有助于人體快速補充能量，緩解疲勞。將香梨和酸奶兩者結(jié)合，香梨不僅能賦予炭燒酸奶水果的清香味及香梨汁的甘甜口感，并且經(jīng)過美拉德反應(yīng)后，產(chǎn)生的焦香風(fēng)味與酸奶本身的香味相輔相成，使口感更好。

本研究以脫脂牛奶、香梨和白砂糖為原料研制香梨褐色飲用型酸奶，利用香梨汁中的還原糖和添加的白砂糖與脫脂牛奶中的蛋白質(zhì)發(fā)生美拉德反應(yīng)，通過對加熱時間的控制，在達到預(yù)期褐變程度的情況下，最大程度地保留香梨汁的口感和風(fēng)味[5]。通過單因素試驗、響應(yīng)面分析、感官評定和理化指標(biāo)等確定產(chǎn)品的最佳工藝，研制一種同時具備梨香味和焦香味的新型酸奶，在豐富了酸奶的營養(yǎng)成分同時，也可以為香梨的加工提供新的思路。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

試驗材料與試劑如表1 所示。

1.2 儀器和設(shè)備

試驗儀器與設(shè)備如表2 所示。

表2 儀器與設(shè)備Tab.2 Instruments and equipment

1.3 工藝流程

工藝流程如圖1 所示，操作要點如下。

圖1 工藝流程Fig.1 Technological process

（1）香梨汁制備。挑選外觀完整、無破損香梨，清洗掉表面污漬，去皮，榨汁，用濾網(wǎng)過濾后封蓋備用。操作一定要快速，避免梨汁氧化對口感造成影響。

（2）混合。稱取100 mL 脫脂牛奶，與一定量的香梨汁混合調(diào)配后加入適量的白砂糖，攪拌或者輕搖容器使白砂糖充分溶解到溶液中。

（3）均質(zhì)。將香梨汁、白砂糖與脫脂牛奶的混合液倒入均質(zhì)機中，在常溫條件下均質(zhì)3 min。均質(zhì)可使脂肪球直徑減少，防止脂肪上浮現(xiàn)象，并且易于乳營養(yǎng)成分的消化吸收，隨著脂肪球的增加，酪蛋白附于脂肪球表面。

（4）炭燒工藝。均質(zhì)好的混合液放到提前殺菌、洗凈晾干的燒杯中，水浴鍋95 °C 加熱120 min（不停攪拌），使樣品中的糖和蛋白質(zhì)發(fā)生美拉德反應(yīng)，賦予其焦香的風(fēng)味。

（5）降溫。室溫靜置到適合接種酵母的溫度（<40 °C），也可以不同梯度溫度水浴降溫，如果溫度過高會殺死乳酸菌，致使發(fā)酵停止。

（6）接種發(fā)酵。待樣品降至室溫后接種保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌混合乳酸菌質(zhì)量0.3 g，接種過程中避免其他雜菌進入發(fā)酵容器，避免對試驗結(jié)果產(chǎn)生影響。恒溫箱發(fā)酵溫度42 °C，發(fā)酵6～10 h。

（7）降溫。發(fā)酵箱發(fā)酵后，放入冰箱4 °C 保存10 h，完成香梨褐色酸奶的制作。

1.4 單因素試驗設(shè)計

1.4.1 梨汁添加量

以100 mL 脫脂牛奶、炭燒工藝溫度95 °C、加熱時間120 min、白砂糖添加量6 g、乳酸菌添加量0.3 g、43 °C 發(fā)酵6 h 為定值，梨汁添加量分別為4%、6%、8%、10%和12%進行單因素試驗。通過感官評分、酸度、黏度和pH 值等測定，選出最優(yōu)梨汁添加量。

1.4.2 白砂糖添加量

以100 mL 脫脂牛奶、炭燒工藝溫度95 °C、時間120 min、梨汁添加量8%、乳酸菌添加量0.3 g、43 °C發(fā)酵6 h 為定值，白砂糖添加量分別為2、4、6、8 和、10 g 進行單因素試驗。通過感官評分、酸度、黏度和pH 值等測定，選出最優(yōu)白砂糖添加量。

1.4.3 發(fā)酵時間

以100 mL 脫脂牛奶、炭燒工藝溫度95 °C、時間120 min、梨汁添加量8%、乳酸菌添加量0.3 g、白砂糖添加量6 g 為定值，43 °C 分別發(fā)酵6、7、8、9 和10 h 進行單因素試驗。通過感官評分、酸度、黏度和pH 值等測定，選出最優(yōu)發(fā)酵時間。

1.4.4 乳酸菌添加量

以100 mL 脫脂牛奶、炭燒工藝溫度95 °C、時間120 min、梨汁添加量8%、43 °C 發(fā)酵時間6 h、白砂糖添加量6 g 為定值，乳酸菌添加量分別為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%進行單因素試驗。通過感官評分、酸度、黏度和pH 值等測定，選出最優(yōu)乳酸菌添加量。

1.4.5 加熱時間

以100 mL 脫脂牛奶、炭燒工藝溫度95 °C、香梨汁添加量8%、發(fā)酵溫度43 °C、發(fā)酵時間6 h、白砂糖添加量6 g、乳酸菌添加量0.3 g 為定值，分別加熱30、60、90、120 和150 min 進行單因素試驗。通過感官評分、酸度、黏度和pH 值等測定，選出最優(yōu)加熱時間。

1.5 香梨褐色酸奶響應(yīng)面試驗設(shè)計

通過單因素試驗分析得出，對香梨褐色酸奶影響最大的4 個因素：香梨汁添加量A、發(fā)酵時間B、白砂糖添加量C和乳酸菌添加量D為自變量，以感官評分為響應(yīng)值，進行響應(yīng)面工藝試驗分析。香梨褐色酸奶的試驗設(shè)計與水平如表3 所示。

表3 香梨褐色酸奶Box-Behnken 優(yōu)化試驗與水平Tab.3 Pear brown yogurt Box-Behnken optimization test and level

1.6 香梨褐色酸奶感官評價標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)GB 19302—2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 發(fā)酵乳》及參考相關(guān)文獻內(nèi)容，設(shè)計香梨褐色酸奶感官評價表，如表4 所示[6-7]。由10 位食品質(zhì)量與安全專業(yè)人員分別從色澤（25 分）、香味（25 分）、組織形態(tài)（25 分）和口感（25 分）打分，總分為100 分，去掉最高分和最低分，算出平均分值，作為最終感官評分值[8]。

表4 香梨褐色酸奶感官評分Tab.4 Sensory rating table for fragrant pear brown yogurt

1.7 理化指標(biāo)測定

（1）黏度。參考李慧等[8]的方法，設(shè)備選用NDJ-1 型黏度計，經(jīng)預(yù)試驗篩選出3 號轉(zhuǎn)子60 r/min 轉(zhuǎn)速，待指針不發(fā)生偏移記錄數(shù)值，每個酸奶樣品試驗3 次，取3 次讀數(shù)的平均值記錄數(shù)據(jù)。

（2）酸度。取10 mL 香梨褐色酸奶樣品，到100 mL 三角瓶中，加純凈水20 mL，加酚酞試劑2～3 滴，搖勻，用0.1 mol/L 氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，滴定3 次取平均值，并作空白對照[9]。

式中N——氫氧化鈉滴定數(shù)

（3）pH 值。準(zhǔn)確稱取樣品，倒入測量容器中。將pH 值玻璃電極插入樣品中，待電極穩(wěn)定后按下零點校正鍵進行零點校正。取出pH 值玻璃電極，用去離子水清洗干凈，再插入樣品中，待電極穩(wěn)定后讀數(shù)，重復(fù)操作測定3 次。

（4）褐變測定。取一定量經(jīng)加熱后的反應(yīng)產(chǎn)物，置于離心管中，以4 000 r/min 離心10 min，取上清液測定284 nm 下的吸光度即代表5-羥甲基糠醛含量，用于作為美拉德反應(yīng)程度的指標(biāo)，以純凈水作對照。

表5 香梨汁添加量對香梨褐色酸奶品質(zhì)的影響Tab.5 Effect of amount of pear juice added on quality of fragrant pear brown yogurt

2 結(jié)果分析

2.1 香梨汁添加量

由表5 可知，隨著香梨汁添加量的增加，酸奶的酸度、黏度呈上升趨勢，pH 值呈下降趨勢。這是由于香梨中的碳水化合物具有吸水性，從而增加了酸奶的黏度；由于香梨汁添加量增加，香梨汁里面營養(yǎng)成分與酸奶營養(yǎng)成分混合后更利于乳酸菌的生長繁殖，而乳酸菌菌生長繁殖的一些代謝物導(dǎo)致酸奶的酸度增加。乳酸菌生長繁殖的一些間接產(chǎn)物導(dǎo)致香梨褐色酸奶pH值的變化。

隨著香梨汁添加量的增加，感官評價值先升高后下降。當(dāng)香梨汁添加量為4%時，此時感官評價值較低，主要是由于加工過程中香梨風(fēng)味的損失及添加量較低，導(dǎo)致香梨風(fēng)味丟失嚴(yán)重，使得褐色酸奶中缺少香梨應(yīng)有的滋味。當(dāng)香梨汁添加量10%時，感官評分最高81 分，此時香梨褐色酸奶的酸度76 °T，黏度1 291 mPa·s，pH 值4.7，口感比對其他香梨汁添加量較好。當(dāng)香梨汁添加量繼續(xù)增加至12 %時，由于營養(yǎng)物質(zhì)含量的增加導(dǎo)致乳酸菌過度繁殖，乳酸菌對牛乳過度發(fā)酵后，酸度和黏度過高使得感官評分也相對較低。

2.2 白砂糖添加量

由表6 可知，隨著白砂糖添加量的增加，酸奶的酸度、黏度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，pH 值沒有顯著性變化。當(dāng)白砂糖添加量<4%時，白砂糖能促進牛乳中乳酸菌的生長繁殖及發(fā)酵活動的進行，此時酸度和黏度呈現(xiàn)上升趨勢，但由于白砂糖添加量不足，并且乳酸菌生長發(fā)育產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物導(dǎo)致酸度升高，酸奶偏酸進而導(dǎo)致口感不好，感官評分較低。當(dāng)白砂糖添加量6%時，酸度和黏度適中，酸奶酸甜適中，口感較好，感官評分值最高76 分；但當(dāng)白砂糖添加量>8%時，酸奶里的糖度含量過高反而抑制了乳酸菌的生長繁殖及乳酸菌的活性，酸奶的酸度及黏度均降低，由于含糖量過高口感過甜，感官評分反而降低。通過上述分析得出當(dāng)白砂糖添加量6%時，此時香梨褐色酸奶酸度75.9°T，黏度1 298 mPa·s，pH 值4.51，此條件下香梨褐色酸奶比對其他白砂糖添加量下的香梨褐色酸奶口感最佳，感官評分最高76 分。

表6 白砂糖添加量對香梨褐色酸奶品質(zhì)的影響Tab.6 Effect of white sugar added on quality of pear brown yogurt

2.3 發(fā)酵時間

由表7 可知，隨著發(fā)酵時間的增加，酸奶的酸度、黏度呈現(xiàn)上升的趨勢，而pH 值、感官評分呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。當(dāng)發(fā)酵6 h 的時候，由于發(fā)酵時間較短，乳酸菌生長繁殖不充分，產(chǎn)酸量不足，導(dǎo)致香梨褐色酸奶酸度、黏度較低，口感不佳，進而感官評分值較低。當(dāng)pH 值過低時也會抑制乳酸菌的生長[10]。當(dāng)酸奶發(fā)酵時間6～8 h 時，感官評分隨著發(fā)酵時間的增加而呈現(xiàn)上升趨勢。而當(dāng)發(fā)酵時間在9～10 h 時，由于發(fā)酵時間過長，酸度、黏度持續(xù)上漲，酸奶口感偏酸，感官評分值下降。通過上述分析得出，當(dāng)發(fā)酵時間為8 h 時，香梨褐色酸奶感官評分最高74 分，此時香梨褐色酸奶酸度75.9 °T，黏度1 298 mPa·s，pH 值4.61，比對其他發(fā)酵時間下的香梨褐色酸奶口感是最好的。

表7 發(fā)酵時間添加量對香梨褐色酸奶品質(zhì)的影響Tab.7 Effect of fermentation time addition on quality of fragrant pear brown yogurt

2.4 乳酸菌添加量

由表8 可知，隨著乳酸菌添加量逐漸上升，酸度、黏度、pH 值、感官評分呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。當(dāng)乳酸菌添加量0.1%時，由于乳酸菌含量過低導(dǎo)致發(fā)酵不能充分進行，香梨褐色酸奶的黏度偏低口感不好，感官評分則偏低。當(dāng)乳酸菌添加量0.1%～0.3%，隨著乳酸菌添加量的增加，酸奶發(fā)酵完全，酸度、黏度逐漸增加，口感逐漸變好，感官評分也相應(yīng)增加。但當(dāng)乳酸菌添加量>0.4%時，由于乳酸菌含量過高，發(fā)酵過度進行，乳酸菌產(chǎn)生大量的酸，導(dǎo)致乳清析出，并且酸度過高，為79.1 °T，pH 值也較低，為4.52，從而對香梨褐色酸奶影響較大，導(dǎo)致感官評分過低[11]。當(dāng)乳酸菌添加量0.3 %，酸度79.9 °T，黏度1 298.2 mPa·s，pH 值4.61，此條件比對其他乳酸菌添加量下的香梨褐色酸奶口感最佳感官評分最高81 分。

表8 乳酸菌添加量對香梨褐色酸奶品質(zhì)的影響Tab.8 Effect of lactic acid bacteria added on quality of fragrant pear brown yogurt

2.5 加熱時間

由表9 可知，隨著加熱時間的延長，酸度、黏度、pH 值呈現(xiàn)上升的趨勢，感官評分呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。在加熱時間30 min 時，因加熱時間較短，褐變不充分，導(dǎo)致酸奶外觀、香味和口感都較差，進而酸奶的感官評定得分偏低。當(dāng)加熱時間增加到120 min 時，牛乳褐變充分進行，酸奶口感香味最佳，焦香味、香梨香味都比較明顯，感官評定得分也最高。但當(dāng)加熱時間達到150 min 時，由于過度的加熱，導(dǎo)致香梨風(fēng)味大量丟失，并且褐變顏色過深，感官評分則較低。因此，當(dāng)加熱時間120 min 時，香梨褐色酸奶口感最好，感官評定得分最高82 分。

表9 加熱時間對香梨褐色酸奶品質(zhì)的影響Tab.9 Effect of heating time on quality of fragrant pear brown yogurt

2.6 褐變程度

5-羥甲基糠醛（5-HMF）是美拉德反應(yīng)過程中的中間產(chǎn)物，通過監(jiān)測5-HMF 含量可以判斷美拉德反應(yīng)的褐變程度[12]。加熱時間對褐色酸奶5-HMF 吸光度值的影響如圖2 所示，隨著加熱時間的增加，吸光度也隨之增加。當(dāng)加熱時間進行到60 min 后吸光度增加緩慢，可能是由于隨著樣品中還原糖和蛋白質(zhì)褐變的進行，美拉德反應(yīng)進入后期階段，5-羥甲基糠醛發(fā)生加成反應(yīng)，從而生成速度變慢，吸光度變化量也隨之變小。當(dāng)加熱時間到達150 min 時，反應(yīng)速率又逐漸變緩，也可能由于蛋白在加熱到一定程度時，出現(xiàn)蛋白聚集狀態(tài)，透光性變低[13]。但由于加熱時間過長，褐變顏色過深，并且香梨香味損失嚴(yán)重，故而選擇了加熱時間120 min為最佳褐變時間。

圖2 加熱時間對褐色酸奶吸光度值影響Fig.2 Effect of heating time on absorbance value of brown yogurt

2.7 香梨褐色酸奶響應(yīng)面試驗結(jié)果

以單因素試驗結(jié)果和Box-Behnken 組合試驗，確定香梨汁添加量A和白砂糖添加量B、發(fā)酵劑添加量C和發(fā)酵時間D為自變量，得到香梨褐色酸奶的感官評分Y 為響應(yīng)值，從而得到Y(jié)與A、B、C和D的二次回歸方程。

試驗組合及結(jié)果如表10 所示，方差分析結(jié)果如表11所示。由表11 可知，回歸模型P<0.000 1 為極顯著，失擬項P為0.454 1>0.05 則不顯著，從而可知預(yù)測值與實際值擬合度較好。由方差分析可知，一次項D、交互項CD，以及二次項A2、B2、C2和D2對感官評分的影響為極顯著（P<0.01），交互項AB、AD對感官評分的影響顯著（P<0.05），交互項中AC、BC、CD對感官評分的影響不顯著（P>0.05）。由顯著性判斷出4 因素對香梨褐色酸奶的感官評價影響順序為乳酸菌添加量D>發(fā)酵時間C>香梨汁添加量A>白砂糖添加量B。

表10 香梨褐色酸奶工藝條件優(yōu)化Box-Behnken 試驗結(jié)果Tab.10 Box-Behnken test results of fragrant brown yogurt process conditions optimization

表11 回歸模型方差分析Tab.11 Variance analysis of regression models

2.8 因素間交互作用

由圖3 可知，4 因素兩兩交互對香梨褐色酸奶品質(zhì)均有影響，各響應(yīng)面之間存在差異。各圖坡面變化趨勢均為先上升后下降，表明各圖都存在感官評分最大值點。

圖3 各因素交互作用對褐色酸奶感官評分的影響Fig.3 Effect of interaction of various factors on sensory score of brown yogurt

由響應(yīng)面試驗得到香梨褐色酸奶工藝預(yù)測值為香梨汁添加量10.10 %、白砂糖添加量4.04 %、發(fā)酵劑添加量0.28%和發(fā)酵時間7.25 h，感官評分預(yù)測值為88.29 分。為滿足實際操作，將工藝條件更改為香梨汁添加量10 %、白砂糖添加量4%、發(fā)酵劑添加量0.3%和發(fā)酵時間7 h，由此條件下進行試驗，酸奶質(zhì)地均勻，呈現(xiàn)焦糖色，有梨香味和焦糖味，口感較好，感官評分實際值90 分，實際值與預(yù)測值相符率高達98.1%。

2.9 理化指標(biāo)

通過響應(yīng)面試驗優(yōu)化工藝，得出香梨褐色酸奶最優(yōu)配方，并對其進行理化分析及微生物檢驗。檢測結(jié)果：酸度79.9 °T，達到GB 19302—2010《發(fā)酵乳》規(guī)定的酸度≥70 °T 要求；黏度1 298.2 mPa·s，國標(biāo)無具體要求[14]。

3 結(jié)束語

本研究以香梨汁與脫脂牛奶、白砂糖、乳酸菌添加量混合搭配，對同時具有梨香味和焦糖味的褐色酸奶工藝進行優(yōu)化。通過對加熱溫度、加熱時間的控制，單因素試驗篩選出適宜的單因素水平，再經(jīng)過響應(yīng)面試驗分析確定香梨褐色酸奶最佳工藝為香梨汁添加量10%、白砂糖添加量4%、發(fā)酵劑添加量0.3%、發(fā)酵溫度43 °C 和發(fā)酵時間7 h。在此條件下制得的香梨褐色酸奶感官評定最高90 分，通過理化分析比對，此工藝下的香梨褐色酸奶的黏度、酸度、pH 值等都較為適宜，香梨味濃郁，焦香味充足，以及酸奶本身的奶香味十足。在該工藝條件下生產(chǎn)的香梨褐色酸奶具有極好的顏色、香味和口感，具有酸奶所特有的細(xì)膩質(zhì)地風(fēng)味，生產(chǎn)過程中不添加任何添加劑，所有測試各項指標(biāo)符合國標(biāo)。同時為香梨的加工方法提供了新的理論基礎(chǔ)。