田 鑫, 夏永軍, 艾連中, 王光強(qiáng)

上海理工大學(xué)醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海食品微生物工程技術(shù)研究中心, 上海 200093

低脂發(fā)酵酸奶是發(fā)酵酸奶的一個(gè)重要方向，作為一種低脂肪含量的凝膠乳濁體系[1]，酸奶發(fā)酵速度、品質(zhì)以及營(yíng)養(yǎng)功能與原料奶粉中各成分含量密切相關(guān)。在泌乳期、飼養(yǎng)管理、品種和生長(zhǎng)階段不同等多種因素影響下，酸奶產(chǎn)品易出現(xiàn)品質(zhì)不均一的問(wèn)題，為應(yīng)對(duì)該種情況，通過(guò)改變復(fù)原乳成分比例進(jìn)行發(fā)酵，是保證酸奶品質(zhì)均一優(yōu)良的有效方法。

近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，在工業(yè)生產(chǎn)條件下，適當(dāng)提高乳糖含量有助于加快發(fā)酵，節(jié)約時(shí)間成本，提高產(chǎn)量[2]。酪蛋白粒徑大，結(jié)構(gòu)致密，硬度高，在酸性條件下發(fā)酵，體系pH降低引發(fā)酪蛋白變性，對(duì)酸奶凝膠結(jié)構(gòu)特性造成較大影響，導(dǎo)致酸奶凝固[3,4]。另有研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)改變?nèi)榍宓鞍踪|(zhì)量分?jǐn)?shù)來(lái)改善酸奶凝膠質(zhì)量是最快速奏效的手段[5]。將牛奶中總蛋白質(zhì)含量提高5%，發(fā)酵后酸奶的硬度將提高2倍[6]。另外，提高乳清蛋白含量也能增加乳制品的保水性、提高持水力[7]。因此推測(cè)改變酪蛋白和乳清蛋白兩者配比可以改善酸奶乳清析出的情況。牛奶乳脂中97%～99%為乳脂肪，是牛奶風(fēng)味的關(guān)鍵成分，賦予乳制品獨(dú)特奶香和柔和的質(zhì)構(gòu)性質(zhì)[8]。

本文分析各營(yíng)養(yǎng)成分對(duì)酸奶發(fā)酵速度、品質(zhì)和感官性能的影響和決定性因素，并找出在不同營(yíng)養(yǎng)成分梯度下差異性變化的原因，為生產(chǎn)品質(zhì)優(yōu)良，營(yíng)養(yǎng)均衡的酸奶產(chǎn)品提供有效手段，為酸奶品質(zhì)改良研究提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

脫脂奶粉，新西蘭進(jìn)口；酪蛋白，光明乳業(yè)有限公司；乳清蛋白，光明乳業(yè)有限公司；乳糖，光明乳業(yè)有限公司；無(wú)水奶油，新西蘭安佳有限公司；乳酸菌和保加利亞乳桿菌混合菌粉，北京川秀科技有限公司；其它所用化學(xué)試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

NDJ-S旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司；高壓均質(zhì)機(jī)，上海始恒儀器有限公司；全自動(dòng)凱氏定氮儀，丹麥FOSS公司；pH計(jì)，梅特勒-托利多(上海)有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1凝固性酸奶的工藝流程和操作要點(diǎn)

容器殺菌→原料奶粉→調(diào)配(加水、加糖)→均質(zhì)(55 ℃～60 ℃)→巴氏殺菌(95 ℃)→冷水冷卻→接種→保溫發(fā)酵→后熟及冷藏→成品

操作要點(diǎn)：調(diào)配：(奶粉∶水= 1∶9)，6%白砂糖，溫水溶解；均質(zhì)：將原料乳加熱到55℃～60 ℃，均質(zhì)2～3次；預(yù)熱、殺菌：95 ℃水浴中保溫5 min，然后冷卻至42 ℃～45 ℃，充分?jǐn)嚢杈鶆?；接種、發(fā)酵：菌粉接種量為0.15%，接種后置于43 ℃下發(fā)酵；后熟：發(fā)酵結(jié)束后在0 ℃～4 ℃下靜置24 h。

1.3.2營(yíng)養(yǎng)成分測(cè)定

蛋白質(zhì)、酪蛋白和乳清蛋白含量的測(cè)定：按照國(guó)標(biāo)GB 5009.5—2016《食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》中凱氏定氮法測(cè)總氮(TN)、水溶性氮(WSN)和三氯乙酸氮(NPN)含量，蛋白質(zhì)換算系數(shù)為6.38[9]。依據(jù)Samson的方法[10]，即蛋白質(zhì)含量=TN×6.38；酪蛋白含量=(TN-WSN)×6.38; 乳清蛋白含量=(WSN-NPN)×6.38。

pH 4.6水溶性氮(WSN)含量的測(cè)定：準(zhǔn)確稱(chēng)取乳液20.00 g，加入40 mL乙酸鈉緩沖液，混合均勻后在40 ℃水浴中保溫1 h，然后在4 ℃，5 000 r/min下離心25 min，離心結(jié)束取上清10 mL移入凱氏消化管，用凱氏定氮儀測(cè)定含氮量，其數(shù)值以占樣品總氮量的百分?jǐn)?shù)表示；12%三氯乙酸氮(NPN)的測(cè)定：在測(cè)定WSN的上清液中取出16 mL，加入600 g/L的三氯乙酸4 mL，室溫下靜置1 h，濾紙過(guò)濾后取濾液10 mL移入凱氏消化管，用凱氏定氮儀測(cè)定含氮量，其數(shù)值以占樣品中總氮量的百分?jǐn)?shù)表示。

乳糖含量的測(cè)定：按照國(guó)標(biāo)GB 5413.5—2010萊茵-埃農(nóng)氏法對(duì)乳粉中乳糖含量進(jìn)行測(cè)定[11]，在除去酪蛋白的乳清中，加入1.5 g碳酸鈣,攪拌均勻后加熱沸騰后過(guò)濾，再加入沸石加熱濃縮5 mL，加入10 mL 95%的乙醇，加熱沸騰后過(guò)濾，乳糖結(jié)晶析出。在加熱條件下，以次甲基藍(lán)為指示劑，進(jìn)行滴定根據(jù)消耗體積，進(jìn)行計(jì)算。

脂肪含量的測(cè)定：按照國(guó)標(biāo)GB 5009.6—2016對(duì)乳粉中脂肪含量進(jìn)行測(cè)定[12]。

1.3.3發(fā)酵速度的測(cè)定

將不同質(zhì)量的乳糖(0 g、2 g、4 g、6 g)、無(wú)水奶油(0 g、2 g、4 g、6 g)、酪蛋白粉(0 g、2 g、4 g、6 g)、濃縮乳清蛋白粉(0 g、1 g、2 g、3g)和脫脂乳粉混合調(diào)制成100 mL 10%的乳液體系進(jìn)行發(fā)酵，并測(cè)定其各成分含量，確定在3 h、4 h、5 h和6 h后酸奶的發(fā)酵酸度，判斷發(fā)酵速度并確定最佳發(fā)酵時(shí)間。

1.3.4品質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定方法

pH：pH計(jì)測(cè)量。

滴定酸度：參照乳和乳制品滴定酸度的測(cè)定的常規(guī)檢測(cè)方法—酸堿滴定法來(lái)測(cè)定[13]。

持水性：稱(chēng)取15 g樣品(定義為m)于50 mL離心管中，樣品和離心管的總重量記為(m2)，設(shè)置離心力為5 000 r/min離心時(shí)間為30 min，結(jié)束后倒置10 min，再次稱(chēng)量樣品與離心管的重量(m1)，按照下式計(jì)算析水率[14](1-1)。

析水率計(jì)算公式：

(1-1)

粘度測(cè)定：取10 g樣品用玻璃棒以每秒一圈速度緩慢攪拌30 s后，裝入樣品瓶，統(tǒng)一裝樣高度8 cm，4號(hào)轉(zhuǎn)子，60 r/min，30 s后讀數(shù)[15]。

感官評(píng)定：建立8人感官評(píng)定小組，設(shè)立4項(xiàng)感官評(píng)價(jià)指標(biāo)(每項(xiàng)指標(biāo)滿(mǎn)分為10分)。按表1對(duì)酸奶樣品進(jìn)行感官評(píng)定[16]。

表1 酸奶感官評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.3.5不同營(yíng)養(yǎng)成分比例對(duì)酸奶品質(zhì)的影響優(yōu)化

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果選取主要影響因素：乳糖添加量(A)、脂肪添加量(B)、酪蛋白添加量(C)、乳清蛋白添加量(D)。以感官評(píng)價(jià)作為考察指標(biāo)，采用L9(34)表做4因素3水平正交試驗(yàn)以確定最優(yōu)組合。正交試驗(yàn)因素和水平見(jiàn)表2。

表2 影響酸奶品質(zhì)正交優(yōu)化因素和水平

1.4 數(shù)據(jù)處理

正交試驗(yàn)分析采用Minitab15，統(tǒng)計(jì)分析使用SPSS 25，用Duncan法(P<0.05)進(jìn)行單因素方差比較。

2 結(jié)果與討論

2.1 基本成分比例

原料中營(yíng)養(yǎng)成分含量如表3所示。將脫脂乳粉與乳糖、無(wú)水奶油、酪蛋白、濃縮乳清蛋白調(diào)配成10% 乳液，根據(jù)四種成分的不同添加量，測(cè)定添加后四種營(yíng)養(yǎng)成分所占比例。

表3 原料成分比例

添加乳糖(0 g、2 g、4 g、6g)后測(cè)量乳糖比例分別為5.1%、6.99%、8.88%和10.76%；添加無(wú)水奶油(0 g、2 g、4 g、6 g)后脂肪比例分別為0.09%、1.98%、3.87%和5.75%；添加酪蛋白粉(0 g、2 g、4 g、6 g)后酪蛋白比例為2.15%、3.57%、4.94%和6.27%；添加乳清蛋白粉(0 g、1 g、2 g、3 g)后乳清蛋白比例為2.13%、2.87%、3.57%和4.27%。

2.2 奶粉中的不同成分對(duì)發(fā)酵速度的影響

酸奶的酸度變化可以反映其發(fā)酵速度[17]。圖1分析了不同添加物在不同添加比例下分別經(jīng)過(guò)3 h、4 h、5 h和6 h 發(fā)酵后體系的酸度變化，來(lái)考察其對(duì)酸奶發(fā)酵酸度的具體影響。

如圖1A所示，乳糖含量變化和酸度變化基本呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，隨乳糖比例升高酸度也呈上升趨勢(shì)，且在發(fā)酵 6 h左右時(shí)發(fā)酵速度增長(zhǎng)最為迅速；脂肪對(duì)發(fā)酵速度影響較?。焕业鞍缀腿榍宓鞍椎奶砑訉?duì)發(fā)酵酸度均有影響，增加蛋白質(zhì)含量有助于酸奶快速發(fā)酵，同時(shí)也會(huì)影響酸奶質(zhì)構(gòu)。隨發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)，增加乳清蛋白導(dǎo)致體系凝塊明顯，影響酸度測(cè)定。綜合以上分析，得出最佳發(fā)酵時(shí)間為6 h；乳糖對(duì)發(fā)酵速度影響最大且能穩(wěn)定調(diào)節(jié)。工業(yè)生產(chǎn)中可通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)乳糖含量來(lái)快速達(dá)到最低標(biāo)準(zhǔn)酸度(75 °T)。若發(fā)酵時(shí)間選定為6 h，則乳糖含量為5.10%即可達(dá)到79.2 °T的酸度，以此可以提高生產(chǎn)效率。

2.3 奶粉中的不同成分對(duì)酸奶品質(zhì)的影響

2.3.1乳糖對(duì)酸奶品質(zhì)的影響

選定6 h為最佳發(fā)酵時(shí)間，以此為基礎(chǔ)觀(guān)察成熟后酸奶的品質(zhì)。如表4所示，乳糖含量從5.10%增加至10.76%的過(guò)程中，酸度和pH變化呈負(fù)相關(guān)。酸化過(guò)程中持水性加強(qiáng)，這可能是因?yàn)槿樘前l(fā)酵成乳酸，導(dǎo)致體系pH下降，影響了酪蛋白網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而破壞體系的穩(wěn)定性[18]。另外，胞外多糖的產(chǎn)生也增加了體系的持水力，使拉絲性和黏稠度增加，酸味遞增與甜味互補(bǔ)，保持了質(zhì)地結(jié)構(gòu)和感官差異。

表4 添加乳糖后酸奶的品質(zhì)指標(biāo)

2.3.2脂肪對(duì)酸奶品質(zhì)的影響

脂肪含量對(duì)酸奶的酸度和pH影響較小，由表5可知，隨著脂肪含量增加，黏度最終可以增至3 690 mpa·s，析水率下降至23.31%，酸奶的黏附性、持水力、奶香味和硬度均顯著增強(qiáng)，這可能是由于脂肪比例增加到一定數(shù)值后，打破了體系原有的內(nèi)部平衡，脂肪球數(shù)量增加、粒徑和表面張力變大，引起某種程度內(nèi)部作用力的變化[19]。

表5 添加脂肪后酸奶的品質(zhì)指標(biāo)

2.3.3酪蛋白對(duì)酸奶品質(zhì)的影響

酪蛋白的添加促進(jìn)了乳酸菌的發(fā)酵，如表6所示，體系酸度上升至139.5 °T，pH變化不明顯；當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)含量從2.15%增加到4.94%時(shí)，黏度增加至3 400 mpa·s、析水率降低至67.75%。酸度變化引起了酪蛋白等電點(diǎn)靜電吸引成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高其粘度和持水性。但當(dāng)酪蛋白比例大于4.94%時(shí)，其本身質(zhì)地緊密引起網(wǎng)絡(luò)空穴變小，相互作用力增強(qiáng)，導(dǎo)致黏度下降，保水能力降低[20]。在酸奶體系中酪蛋白過(guò)量會(huì)導(dǎo)致口感變差、澀味強(qiáng)烈，并且會(huì)令酸奶顏色加深和分層。

表6 添加酪蛋白后酸奶的品質(zhì)指標(biāo)

2.3.4乳清蛋白對(duì)酸奶品質(zhì)的影響

添加濃縮乳清蛋白對(duì)酸奶品質(zhì)有顯著影響。如表7所示，乳清蛋白添加量大于1 g，乳清蛋白含量大于2.87%時(shí)，黏度由1 490 mpa·s增加到5 420 mpa·s，析水率由75.85%減少到46.55%，乳清蛋白添加提高了酸奶的發(fā)酵酸度，但添加乳清蛋白，發(fā)酵5 h后會(huì)改變酸奶質(zhì)構(gòu)，導(dǎo)致凝塊不均勻影響酸度測(cè)定，使測(cè)定值偏低。蛋白質(zhì)的添加使體系的緩沖能力增強(qiáng)，pH變化不明顯。另外，乳清蛋白添加使酸奶硬度增加，變的更有彈性，光滑度提高。

表7 添加乳清蛋白后酸奶的品質(zhì)指標(biāo)

2.4 以感官評(píng)定優(yōu)化不同營(yíng)養(yǎng)成分比例

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以感官評(píng)估作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，選擇乳糖添加量(A)、脂肪添加量(B)、酪蛋白添加量(C)、乳清蛋白添加量(D)進(jìn)行正交試驗(yàn)。如表8所示，通過(guò)極差分析可知，各試驗(yàn)因素對(duì)酸奶感官影響的主次順序是B>D>C>A，即脂肪添加量>乳清蛋白添加量>酪蛋白添加量>乳糖添加量。最佳營(yíng)養(yǎng)成分比例為乳糖含量8.88%、脂肪含量1.98%、酪蛋白含量4.94%、乳清蛋白含量為3.57%時(shí)產(chǎn)品最受喜愛(ài)。

表8 不同營(yíng)養(yǎng)成分添加量影響感官評(píng)定的正交試驗(yàn)結(jié)果

3 討論

利用脫脂乳粉發(fā)酵的低脂酸奶作為乳業(yè)發(fā)展的重要方向，存在發(fā)酵速度緩慢、質(zhì)地粗糙、乳清析出分層等品質(zhì)不均一、不穩(wěn)定的缺陷。當(dāng)前研究集中在營(yíng)養(yǎng)成分本身對(duì)酸奶性質(zhì)的影響，而針對(duì)不同營(yíng)養(yǎng)成分配比對(duì)低脂酸奶品質(zhì)與發(fā)酵速度的研究還很少。本文研究結(jié)果顯示，乳糖和蛋白質(zhì)含量對(duì)酸奶發(fā)酵速度有顯著影響，其中乳糖對(duì)發(fā)酵速度影響最大，可作為工業(yè)生產(chǎn)中提高發(fā)酵效率的關(guān)鍵因子乳糖含量的增加與酸度、持水力、黏度成正相關(guān)；脂肪的添加使乳固體含量增加，造成持水力和粘度提高，對(duì)酸奶的乳脂香味和色澤有明顯加分作用。適當(dāng)調(diào)整酪蛋白和乳清蛋白比例，可以提高酸奶的酸度同時(shí)改善凝膠質(zhì)地，這為開(kāi)發(fā)生產(chǎn)高蛋白酸奶提供了可行性。通過(guò)改變營(yíng)養(yǎng)成分比例來(lái)提升低脂酸奶的品質(zhì)，同時(shí)強(qiáng)化營(yíng)養(yǎng)功效，這對(duì)研發(fā)新型酸奶產(chǎn)品開(kāi)拓前景有重要意義。