紅薯發(fā)酵乳的加工工藝及品質(zhì)分析研究

康林芝，劉鍶彤，莊紫婷，唐 輝

（韶關(guān)學(xué)院英東食品學(xué)院，廣東韶關(guān) 512005）

紅薯含有淀粉、膳食纖維、蛋白質(zhì)、各種維生素及磷、鈣、鐵、鉀等10 余種微量元素，是具有高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的糧食作物[1]。此外，紅薯含有的大量膳食纖維可促進(jìn)腸道蠕動(dòng)，是一種具有促進(jìn)排便和緩解便秘的理想保健食品。目前，紅薯大多以鮮薯形式銷(xiāo)售，紅薯加工程度低，開(kāi)發(fā)食品種類(lèi)少，作為初級(jí)農(nóng)產(chǎn)品其價(jià)位一般偏低，外形有破損被低價(jià)銷(xiāo)售甚至丟棄也為農(nóng)戶(hù)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重影響了紅薯的價(jià)值[2]。因此，以紅薯為原料進(jìn)行相關(guān)健康產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，既解決了紅薯開(kāi)發(fā)提高附加值問(wèn)題，同時(shí)也符合了現(xiàn)代人對(duì)食品營(yíng)養(yǎng)健康的追求。

牛乳經(jīng)過(guò)滅菌、冷卻、接種、發(fā)酵后形成的發(fā)酵乳不僅具有酸甜細(xì)滑的口感、較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及保健功能，而且酸奶中的碳水化合物易消化、蛋白質(zhì)易被吸收、膽固醇與脂肪的代謝優(yōu)于牛乳，還可改善腸道菌群平衡等[3-4]。此外，酸奶可以刺激免疫功能，具有防癌及延年益壽的保健功能[5]。目前，發(fā)酵乳已經(jīng)成為一種非常普遍的健康食品，大眾接受程度高。隨著發(fā)酵乳接受程度的提高，各種口味的發(fā)酵乳隨之而來(lái)，但目前大多數(shù)都是水果類(lèi)發(fā)酵乳，以紅薯為原料的發(fā)酵乳并沒(méi)有出現(xiàn)。因此，以紅薯與鮮牛奶為主要原料，采用雙歧桿菌發(fā)酵劑發(fā)酵進(jìn)行研究，以期獲得一種新型功能性酸奶。此酸奶不僅具有普通酸奶的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，而且還含有紅薯膳食纖維及所獨(dú)具的微量元素等多種營(yíng)養(yǎng)成分，產(chǎn)品中紅薯的加入賦予了酸奶香甜氣息的特殊風(fēng)味，開(kāi)發(fā)出的口感和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值提升的新型酸奶具有廣闊的市場(chǎng)前景。

1 材料與方法

1.1 材料及試劑

紅薯，品質(zhì)良好、無(wú)機(jī)械損傷，購(gòu)自當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)；牛乳，內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司提供；蔗糖，廣東葉下桃有限公司提供；乳酸菌酸奶發(fā)酵劑，北京川秀科技有限公司提供。

試驗(yàn)試劑：無(wú)水乙醇，廣東光華科技股份有限公司提供；氫氧化鈉、酚酞指示劑，西隴科學(xué)股份有限公司提供；蒸餾水。以上試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

FA2004 型分析天平，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；SW-CJ-ICW 型超凈工作臺(tái)，蘇州安泰空氣技術(shù)公司產(chǎn)品；ZHP-250 型恒溫培養(yǎng)箱，上海三發(fā)科學(xué)有限公司產(chǎn)品；BCD-586WSF 型冰箱，山東青島海爾集團(tuán)產(chǎn)品；YX-01 型高壓均質(zhì)機(jī)，廣州市鈺翔輕工機(jī)械設(shè)備有限公司產(chǎn)品；HH-S28S 型水浴鍋，金壇市大地自動(dòng)化儀器廠(chǎng)產(chǎn)品。

1.3 工藝流程

紅薯→清洗去皮→蒸煮→紅薯+奶液打漿→過(guò)濾→調(diào)配→滅菌（加熱至液面升高，溫度約80 ℃）→冷卻（40 ℃）→接種→發(fā)酵（37 ℃）→后熟（4 ℃）。

1.4 操作要點(diǎn)

（1）紅薯的處理。挑選無(wú)蟲(chóng)害、無(wú)芽、無(wú)霉變的新鮮紅薯。切去根部后放入鍋中水煮30 min，撈出后進(jìn)行去皮，確保紅薯無(wú)殘留外皮附于紅薯表面。

（2）打漿、過(guò)濾。稱(chēng)取紅薯、牛奶液以一定的比例打漿混合均勻后過(guò)濾，確保紅薯牛奶混合液無(wú)沉淀、質(zhì)地均勻。

（3）調(diào)配、加熱滅菌。加入定量的白砂糖后，將紅薯牛奶混合液通過(guò)電爐加熱至液面上升。

（4）冷卻、接種、發(fā)酵。待紅薯牛奶混合液冷卻至40 ℃時(shí)，在超凈工作臺(tái)接入定量菌粉后蓋上蓋子，密封放入37 ℃培養(yǎng)箱中發(fā)酵一定的時(shí)間。

（5）冷藏后熟。將發(fā)酵完的紅薯酸奶放入4 ℃的冰箱中進(jìn)行12 h 的后熟。

（6）檢驗(yàn)。對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行感官品質(zhì)、理化指標(biāo)和微生物指標(biāo)檢測(cè)。

1.5 單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)分析

在預(yù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，其他因素確定的條件下，根據(jù)酸度測(cè)定結(jié)果及感官評(píng)價(jià)的結(jié)果考查紅薯添加量、白砂糖添加量、接種量、發(fā)酵時(shí)間對(duì)紅薯發(fā)酵乳品質(zhì)的影響：調(diào)整紅薯添加量分別為10%，15%，20%，25%，30%；調(diào)整白砂糖添加量分別為3%，4%，5%，6%，7%；調(diào)整接種量分別為0.10%，0.15%，0.20%，0.25%，0.30%；調(diào)整發(fā)酵時(shí)間分別為8，9，10，11，12 h。

根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，采用正交試驗(yàn)L9（34）進(jìn)行工藝優(yōu)化，選擇紅薯添加量、白砂糖添加量、菌粉添加量、發(fā)酵時(shí)間作為4 個(gè)因素，進(jìn)行四因素三水平的正交試驗(yàn)分析。

正交試驗(yàn)因素見(jiàn)表1。

表1 正交試驗(yàn)因素

1.6 紅薯發(fā)酵乳品質(zhì)分析

1.6.1 感官評(píng)定

評(píng)價(jià)小組由有感官品評(píng)定經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員組成鑒評(píng)小組進(jìn)行評(píng)定，采用100 分制，對(duì)紅薯發(fā)酵乳的風(fēng)味、色澤、口感及組織狀態(tài)進(jìn)行感官評(píng)分，滿(mǎn)分為100 分。

感官評(píng)價(jià)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 感官評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.6.2 酸度測(cè)定

每組分別取1 瓶后熟完成的紅薯發(fā)酵乳測(cè)定酸度。具體操作為稱(chēng)取已經(jīng)攪拌均勻的紅薯酸奶樣品5.00 g 于錐形瓶中，加入10 mL 新煮沸并已經(jīng)冷卻至40 ℃的蒸餾水及4～5 滴酚酞指示劑后混勻，用NaOH 標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)。酸度由滴定時(shí)消耗的堿量表示（°T=V*20)。參照GB 5009.239—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品酸度的測(cè)定》進(jìn)行酸度滴定[6-7]。

1.7 數(shù)據(jù)分析

經(jīng)3 次平行試驗(yàn)后，運(yùn)用Excel 2019 和SPSS 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，所得結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 紅薯添加量對(duì)紅薯發(fā)酵乳品質(zhì)的影響

在其他因素確定的條件下，以紅薯添加量為單因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)，設(shè)置單因素水平分別為10%，15%，20%，25%，30%。

紅薯添加量對(duì)紅薯發(fā)酵乳品質(zhì)的影響見(jiàn)圖1。

圖1 紅薯添加量對(duì)紅薯發(fā)酵乳品質(zhì)的影響

由圖1 可知，紅薯添加量對(duì)紅薯發(fā)酵乳的感官評(píng)價(jià)有著較為顯著的影響，且直接影響到紅薯發(fā)酵乳的酸度。當(dāng)添加紅薯量為10%時(shí)，紅薯的香氣較淡，乳香較濃郁，乳香和紅薯香味不協(xié)調(diào)；當(dāng)紅薯添加量為30%時(shí)，紅薯發(fā)酵乳的色澤呈深黃色，且質(zhì)地不均勻，有乳清析出，感官評(píng)分達(dá)最低分，僅（53.25±7.56）分?？傮w上，感官評(píng)分呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)紅薯添加量為20%時(shí)，感官評(píng)分分?jǐn)?shù)最高，為（75.25±2.49）分，此時(shí)紅薯發(fā)酵乳的酸度為（97.20±2.79）°T，研究表明[7]，對(duì)于發(fā)酵乳而言，一般發(fā)酵乳酸度在40～100 °T范圍內(nèi)的酸感適宜，易被市場(chǎng)接受。且紅薯發(fā)酵乳的酸度≥70°T，符合GB 19302—2010 的標(biāo)準(zhǔn)[8]，為合格的酸奶。因此，紅薯添加量選擇20%最佳。

2.1.2 白砂糖添加量對(duì)紅薯發(fā)酵乳品質(zhì)的影響

以白砂糖添加量為單因素，設(shè)置單因素水平分別為3%，4%，5%，6%，7%。

白砂糖添加量對(duì)紅薯發(fā)酵乳品質(zhì)的影響見(jiàn)圖2。

圖2 白砂糖添加量對(duì)紅薯發(fā)酵乳品質(zhì)的影響

由圖2 可知，感官評(píng)分趨勢(shì)呈先上升后下降，在白砂糖添加量為5%時(shí)，感官評(píng)分達(dá)到最高，為（74.25±0.83）分。隨著白砂糖添加量的增加，紅薯發(fā)酵乳的酸度緩慢下降，變化區(qū)間范圍從（106.80±1.99）°T 到（99.53±3.33）°T，變化較小。當(dāng)白砂糖添加過(guò)多時(shí)，紅薯發(fā)酵乳酸度降低，口感偏甜，感官評(píng)分明顯下降，為（69.00±0.71）分。白砂糖添加過(guò)多可能會(huì)使發(fā)酵糖轉(zhuǎn)化為酸類(lèi)、酯類(lèi)、醇類(lèi)等物質(zhì)，而糖分不足則會(huì)造成不完全發(fā)酵，酸味較大，影響感官品質(zhì)[8-9]。因此，選擇白砂糖添加量為5%。

2.1.3 菌粉添加量對(duì)紅薯發(fā)酵乳品質(zhì)的影響

菌粉添加量是決定酸奶品質(zhì)的一個(gè)重要因素。以發(fā)酵劑添加量為單因素，其他因素不變的情況下，設(shè)置單因素水平分別為0.10%，0.15%，0.20%，0.25%，0.30%。

菌粉添加量對(duì)紅薯發(fā)酵乳品質(zhì)的影響見(jiàn)圖3。

圖3 菌粉添加量對(duì)紅薯發(fā)酵乳品質(zhì)的影響

由圖3 可知，菌粉添加量為0.10%～0.20%，感官評(píng)分隨著菌粉添加量的增加而增加；感官評(píng)分在0.20%～0.30%的范圍內(nèi)隨著菌粉添加量的增加而降低。酸度隨著菌粉添加量的增加呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)。隨著菌粉添加量的增加，牛奶中的乳糖發(fā)酵成乳酸，紅薯發(fā)酵乳的酸度與菌粉添加量呈正相關(guān)[10-11]。菌粉添加量偏低時(shí)，乳酸菌產(chǎn)酸量較低，酸度較低，組織狀態(tài)黏度差，紅薯發(fā)酵乳的感官品質(zhì)較差；當(dāng)菌粉添加量為0.30%時(shí)，乳酸菌產(chǎn)酸量較高，口味偏酸澀，過(guò)于黏稠，且有乳清析出，感官評(píng)分僅（59.25±2.77）分。當(dāng)菌種添加量為20%時(shí)，感官評(píng)分達(dá)到最高，為（76.75±4.44）分，酸度為（90.27±0.93）°T，酸度適宜。因此，選擇菌粉添加量為0.20%。

2.1.4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)紅薯發(fā)酵乳品質(zhì)的影響

以發(fā)酵時(shí)間為單因素，在其他因素不變的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，設(shè)置單因素水平分別為8，9，10，11 h。

發(fā)酵時(shí)間對(duì)紅薯發(fā)酵乳品質(zhì)的影響見(jiàn)圖4。

圖4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)紅薯發(fā)酵乳品質(zhì)的影響

發(fā)酵時(shí)間對(duì)紅薯發(fā)酵乳的品質(zhì)密切相關(guān)，發(fā)酵時(shí)間偏短時(shí)，菌種還處在自身發(fā)展階段，代謝產(chǎn)物較少，產(chǎn)酸不足；發(fā)酵時(shí)間偏長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致紅薯發(fā)酵乳酸度偏高，也會(huì)導(dǎo)致代謝產(chǎn)物積累，從而產(chǎn)生異味，影響紅薯發(fā)酵乳的品質(zhì)[12-13]。由圖4 可知，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，紅薯發(fā)酵乳的酸度呈上升趨勢(shì)，感官評(píng)分呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)；在發(fā)酵時(shí)間偏短時(shí)，紅薯發(fā)酵乳未充分發(fā)酵，質(zhì)地不均勻，黏度差，奶液稀薄，口感欠佳；在發(fā)酵時(shí)間為12 h 時(shí)，紅薯發(fā)酵乳口感偏酸澀，且有乳清析出，感官評(píng)分分?jǐn)?shù)最低，僅為（63.75±5.54）分。紅薯發(fā)酵乳的感官評(píng)分在發(fā)酵時(shí)長(zhǎng)為10 h 時(shí)達(dá)到最高，為（74.50±1.66）分，酸度為（95.80±3.99）°T，發(fā)酵乳的質(zhì)地均勻，色澤均一有光澤，口感與酸度較為適宜。因此，發(fā)酵時(shí)間選擇10 h。

2.2 正交試驗(yàn)的結(jié)果分析

在紅薯添加量、白砂糖添加量、菌粉添加量及發(fā)酵時(shí)間對(duì)紅薯酸奶品質(zhì)影響的4 個(gè)單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以感官評(píng)分為指標(biāo)，選擇紅薯添加量（A）、白砂糖添加量（B）、菌粉添加量（C）及發(fā)酵時(shí)間（D）4 個(gè)因素進(jìn)行四因素三水平的正交試驗(yàn)L9（34）。

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3 可知，RA＞RD＞RB＞RC，影響紅薯發(fā)酵乳感官評(píng)分的主次因素依次為紅薯添加量＞發(fā)酵時(shí)間＞白砂糖添加量＞菌粉添加量。最優(yōu)的方案組合為A3B1C3D3，即紅薯添加量25%，發(fā)酵時(shí)間11 h，白砂糖添加量4%，菌粉添加量0.25%。在此條件下進(jìn)行3 次驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)所得的紅薯發(fā)酵乳的乳香濃郁，與紅薯香味協(xié)調(diào)，色澤呈鵝黃色，均一有光澤，口感細(xì)膩，酸甜爽口，質(zhì)地均勻光滑，黏度適中，無(wú)乳清析出。由感官評(píng)價(jià)小組打分取平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，最終得分為（93.00±0.82）分。

3 結(jié)論

以紅薯、牛奶為主要原料，通過(guò)4 個(gè)單因素試驗(yàn)與正交試驗(yàn)，以感官評(píng)分和酸度為指標(biāo)，結(jié)果表明紅薯發(fā)酵乳的最佳工藝參數(shù)，工藝條件紅薯添加量為25%，白砂糖添加量為4%，菌粉添加量為0.25%，發(fā)酵時(shí)間為11 h，發(fā)酵溫度為37 ℃，于4 ℃的條件下進(jìn)行11 h 后熟后制得。此條件下制得的紅薯發(fā)酵乳呈鵝黃色，口感酸甜爽口、質(zhì)地細(xì)膩均勻，乳香與紅薯的氣味相協(xié)調(diào)，具有紅薯獨(dú)有的香甜氣味，無(wú)乳清析出，感官評(píng)分為（93.00±0.82）分，酸度為（85.00±0.82）°T，符合GB 19302—2010 標(biāo)準(zhǔn)，且在大部分人群較適宜的酸度范圍內(nèi)，易被市場(chǎng)接受。紅薯發(fā)酵乳風(fēng)味獨(dú)特，且具有豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，是一類(lèi)具有開(kāi)發(fā)潛力的食品。