韓喜艷,宋菲,張玉鋒,趙松林,趙曉明
(1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院,湖北武漢 430070)(2.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院椰子研究所,海南省椰子深加工工程技術(shù)研究中心,國(guó)家重要熱帶作物工程技術(shù)研究中心(椰子分中心),海南文昌 571339)
酸奶營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較為全面,富含蛋白質(zhì)、維生素B、葉酸、煙酸、核黃素、硫銨素、鈣、磷、鎂、鋅[1],易被人體消化和吸收[2,3]。經(jīng)常食用酸奶可以改善腸道菌群、調(diào)節(jié)機(jī)體免疫力,對(duì)肝病、血糖、血壓等有一定的作用[4,5],故將其作為一種功能性食品而廣泛地食用。隨著消費(fèi)者對(duì)自身健康和食品安全等的關(guān)注及認(rèn)知的提升,植物基酸奶產(chǎn)品越來(lái)越受到青睞,是目前酸奶產(chǎn)品的研究熱點(diǎn)之一。椰子是熱帶地區(qū)典型的木本油料作物和食品能源作物,作為一種植物基原料,富含蛋白質(zhì)、脂肪、礦物質(zhì)、維生素等[6],營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高。國(guó)內(nèi)外研究表明,椰子蛋白質(zhì)主要來(lái)源于椰漿,是一種優(yōu)質(zhì)的植物蛋白質(zhì)資源,富含18種氨基酸,且必需氨基酸種類齊全,消化吸收率和生物效價(jià)都較高[7]。椰子蛋白質(zhì)具有抑制高血脂、降血壓、抗氧化、改善缺鐵性貧血等功能活性[8,9]。椰漿中的脂肪酸主要為月桂酸,月桂酸不會(huì)引起膽固醇偏高,對(duì)心血管等健康有一定的影響[10,11]。近年來(lái),隨著椰子在抑菌、抗病毒、殺蟲、抗氧化、降血糖、保肝、免疫調(diào)節(jié)等功效方面研究報(bào)道的增多,人們對(duì)椰子及其相關(guān)產(chǎn)品的消費(fèi)熱情日益高漲。以椰子為原料,制備椰子植物酸奶,市場(chǎng)前景廣闊。
酸奶制作過(guò)程中基本都有熱處理這一重要環(huán)節(jié),發(fā)酵前進(jìn)行熱處理會(huì)對(duì)酸奶產(chǎn)品產(chǎn)生多種影響,熱處理主要有以下幾個(gè)目的:(1)能起到殺菌、滅酶延長(zhǎng)貨架期的作用;(2)能夠改善酸奶的品質(zhì),保證酸奶產(chǎn)品不發(fā)生脫水收縮作用;(3)對(duì)酸奶中的風(fēng)味物質(zhì)以及結(jié)構(gòu)特性具有改善作用[12,13]。酸奶具有特殊風(fēng)味,風(fēng)味是酸奶品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo),因此對(duì)酸奶的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行研究具有重要意義。國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者對(duì)酸奶的研究表明,酸奶中的大多數(shù)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)是通過(guò)乳脂的脂肪分解以及乳糖和檸檬酸鹽的微生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的,受熱處理等加工條件影響較大,酸奶中含有100多種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),包括羰基化合物、醇類、酸類、酯類、碳?xì)浠衔?、芳香族化合物、含硫化合物和雜環(huán)化合物,其中乳酸、乙醛、雙乙酰、乙偶姻、丙酮和2-丁酮對(duì)酸奶的典型香氣和風(fēng)味貢獻(xiàn)最大[14]。
本研究采用氣相離子遷移譜技術(shù)(Multi-Capillary Column-Ion Mobility Spectrometer,GC-IMS)對(duì)椰子植物酸奶的揮發(fā)性成分進(jìn)行分析,GC-IMS結(jié)合了氣相色譜高分離度和離子遷移譜高靈敏度(無(wú)需富集濃縮,儀器檢出限低)、穩(wěn)定性好、無(wú)需真空(常壓工作)、響應(yīng)快的優(yōu)勢(shì),儀器成本低、操作及數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單,無(wú)需任何特殊的樣品前處理,即可快速檢測(cè)樣品中的揮發(fā)性有機(jī)物[15]。氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(Gas Chromatography-Mass Spectrometry,GC-MS)雖然應(yīng)用較為普遍,具有分離性能高、快速高效的特點(diǎn),但該技術(shù)鑒別能力低,對(duì)于樣品中含量較低但對(duì)樣品風(fēng)味至關(guān)重要的物質(zhì)無(wú)法鑒別[16]。
現(xiàn)階段,對(duì)植物酸奶熱處理?xiàng)l件的研究較少尤其是純植物基酸奶。前期對(duì)椰子植物酸奶的工藝研究時(shí)發(fā)現(xiàn)熱處理?xiàng)l件對(duì)酸奶的品質(zhì)具有非常重要的影響,因此本文通過(guò)研究不同熱處理?xiàng)l件對(duì)椰子植物酸奶相關(guān)理化品質(zhì)以及揮發(fā)性成分的影響,從而確定較佳的熱處理溫度和時(shí)間,制備口感品質(zhì)良好的椰子植物酸奶產(chǎn)品,為椰子植物酸奶的生產(chǎn)提供理論依據(jù)。
鮮榨椰漿,海南省文昌南椰實(shí)業(yè)有限公司;白糖,市售;大豆蛋白、單硬脂酸甘油酯、乙?;矸哿姿狨ァ⒐z、黃原膠,河南凱邦生物科技有限公司;保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌,西安千葉草生物科技有限公司;氫氧化鈉,廣東廣試試劑科技有限公司。
Avanti J-26S高速冷凍離心機(jī),貝殼曼庫(kù)爾特(美國(guó))有限公司;AH-2010均質(zhì)機(jī),鄭州科泰實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;Couss CF-3500卡士發(fā)酵箱,中山卡士電器有限公司;PHS-3C雷磁型pH計(jì),上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司;CM-700d美能達(dá)分光測(cè)色計(jì),日本柯尼卡美能達(dá)株式協(xié)會(huì);TMS-PRO食品物性分析儀,北京盈泰科技有限公司。
1.3.1 椰子植物酸奶生產(chǎn)工藝流程
原料處理→調(diào)配→均質(zhì)→殺菌→冷卻→接種→罐裝→發(fā)酵→冷藏后熟→成品
1.3.2 操作要點(diǎn)
1.3.2.1 鮮榨椰漿脫脂
取鮮榨椰漿(脂肪含量31.45%),10000 r/min條件下4 ℃離心15 min,按重量計(jì)算,除去21.45%的上層脂肪,混合均勻后獲得脂肪含量為10%的椰漿。
1.3.2.2 調(diào)配
加入一定量的添加劑(大豆蛋白1.00%,單硬脂酸甘油酯0.22%、乙?;矸哿姿狨?.13%、果膠0.10%、黃原膠 0.15%)和糖(4.00%),充分?jǐn)嚢枋蛊浠旌暇鶆颉?/p>
1.3.2.3 均質(zhì)
利用高壓均質(zhì)機(jī)均質(zhì),設(shè)置均質(zhì)壓力為25 MPa。
1.3.2.4 熱處理殺菌
對(duì)均質(zhì)后的椰漿進(jìn)行水浴加熱處理,處理過(guò)程中不斷攪拌,保證物料受熱均勻,選擇5個(gè)不同的熱處理?xiàng)l件,分別為 65 ℃-30 min、70 ℃-25 min、75 ℃-20 min、80 ℃-15 min、85 ℃-10 min,殺菌后迅速冷卻至40 ℃。
1.3.2.5 接種
在超凈工作臺(tái)中接種 3%的保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌,接種比例為1:1,攪拌均勻。
1.3.2.6 發(fā)酵
在發(fā)酵箱中進(jìn)行發(fā)酵,設(shè)置發(fā)酵溫度為 40 ℃,發(fā)酵時(shí)間為8 h。
1.3.2.7 冷藏后熟
將發(fā)酵好的酸奶迅速冷卻到10 ℃以下,然后放入4 ℃的冰箱中冷藏后熟24 h,得到椰子植物酸奶成品。
1.3.3 感官評(píng)定
選取10名食品專業(yè)相關(guān)人員組成評(píng)定小組,對(duì)椰子植物酸奶的組織狀態(tài)、口感、香氣和色澤進(jìn)行評(píng)定。感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見表1。
1.3.4 pH值和酸度
采用pH計(jì)對(duì)酸奶樣品的pH值進(jìn)行測(cè)定。酸度的測(cè)定參考GB 5009.239-2016,利用酚酞指示劑進(jìn)行顯色,采用0.1 mol/L的NaOH溶液直接滴定。
1.3.5 持水力
椰子植物酸奶的持水力測(cè)定參考文獻(xiàn)中的方法進(jìn)行測(cè)定[17],將離心管重量記為W0(g),取20 mL左右的酸奶樣品于離心管中,稱取總重量記為W(g),以5000 r/min離心15 min,棄去上清液,記錄剩余的總重量記為W1(g),椰子植物酸奶的持水力按式(1)計(jì)算。
1.3.6 色差
采用分光測(cè)色計(jì)測(cè)定酸奶樣品的色差,將酸奶倒入比色皿中,進(jìn)行測(cè)定。其中L*代表明亮度。
1.3.7 質(zhì)構(gòu)特性
采用食品物性分析儀進(jìn)行測(cè)定,選擇250 N的感應(yīng)元附件,取不同熱處理?xiàng)l件處理的酸奶樣品,設(shè)置檢測(cè)速度為60 mm/min,起始力為0.2 N。記錄樣品質(zhì)構(gòu)特性(包括硬度、粘附性、內(nèi)聚性、彈性、咀嚼性),進(jìn)行分析。
1.3.8 揮發(fā)性成分
采用GC-IMS法進(jìn)行測(cè)定,分別稱取2 g樣品,置于20 mL頂空瓶中,60 ℃孵育20 min后進(jìn)樣,進(jìn)樣體積100 μL,進(jìn)樣針溫度85 ℃,孵化轉(zhuǎn)速500 r/min,進(jìn)樣方式是自動(dòng)頂空進(jìn)樣。分析時(shí)間為15 min,色譜柱選擇MXT-5(15 m×0.53 mm×4 μm),柱溫60 ℃,載氣N2,IMS溫度45 ℃。利用VOCal、Gallery Plot插件、Dynamic PCA插件,從不同角度對(duì)樣品進(jìn)行分析。
所有試驗(yàn)均做三個(gè)平行,采用Excel軟件和SPSS軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
采用不同熱處理?xiàng)l件制備的椰子植物酸奶,其指標(biāo)測(cè)定結(jié)果見圖1。
由圖1可知,不同椰子植物酸奶的品質(zhì)均存在顯著性差異(p<0.05)。椰子植物酸奶的pH值在4.40~4.60之間,酸度范圍為82.33oT~92.67oT之間。王慶科[18]等研究添加乳清蛋白制備的椰子酸奶,在椰子酸奶的pH值及酸度方面報(bào)道了相似的結(jié)果,其pH為4.22,酸度為 80.47 g/L。熱處理?xiàng)l件為 65 ℃-30 min、75 ℃-20 min、80 ℃-15 min時(shí),椰子植物酸奶持水力顯著優(yōu)于其他處理組,分別達(dá)到 88.75%、87.30%和86.58%,且后者處理?xiàng)l件下產(chǎn)品L*值及感官評(píng)分稍低于65 ℃-30 min的熱處理?xiàng)l件。熱處理溫度低于75 ℃時(shí)酸奶產(chǎn)品L*值表現(xiàn)出較高水平,之后隨著溫度的升高L*值顯著性降低(p<0.05)。較高溫度85 ℃的條件下制備的椰子植物酸奶成品有氣孔,組織狀態(tài)較差,因此,感官評(píng)分最低。65 ℃-30 min的條件下處理的椰漿發(fā)酵的椰子植物酸奶,表現(xiàn)出最高的感官評(píng)分(84.97),制備的椰子植物酸奶色澤均勻一致,有光澤,口感細(xì)膩,酸甜適中,無(wú)分層及乳清析出現(xiàn)象,無(wú)沉淀,凝固性較好,粘稠適度,有彈性,有酸奶發(fā)酵特殊的香味及椰子清香味。已報(bào)道的傳統(tǒng)牛乳發(fā)酵酸奶研究結(jié)果中,采用的熱處理溫度范圍是 80 ℃~95 ℃[20-22],與本文研究結(jié)果不同。其原因主要是,傳統(tǒng)牛乳中富含酪蛋白和乳清蛋白,椰漿中的椰子蛋白主要由清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白組成[23],椰子蛋白熱變性溫度低,更容易受溫度影響。前期研究也有很多學(xué)者采用這一溫度,Pratama等[22]在制備酸奶時(shí),加入不同濃度的水果番茄,采用巴氏殺菌65 ℃-30 min,研究結(jié)果表明,添加水果番茄制備的酸奶品質(zhì)穩(wěn)定且具有增強(qiáng)免疫力的效果。Raikos等[24]利用維生素E強(qiáng)化酸奶,研究發(fā)現(xiàn)在63 ℃-30 min巴氏殺菌條件下,維生素E受到較小的影響,并且在4 ℃下保存28 d產(chǎn)品能夠保持穩(wěn)定。廖芳[25]和馮云等[26]在研究穩(wěn)定劑對(duì)香蕉凝固型酸奶品質(zhì)的影響及各種植物原料制備的酸奶時(shí),采用65 ℃-30 min的巴氏殺菌,最終制備的酸奶口感軟滑細(xì)膩、穩(wěn)定性好。
質(zhì)構(gòu)特性與酸奶的組織狀態(tài)和口感等感官品質(zhì)息息相關(guān),影響著人們對(duì)酸奶的接受程度。不同的熱處理會(huì)影響酸奶的質(zhì)構(gòu)特性。采用不同熱處理?xiàng)l件制備的椰子植物酸奶,其質(zhì)構(gòu)特性結(jié)果見表2。由表2可知,不同酸奶產(chǎn)品的硬度、粘附性、內(nèi)聚性、彈性、咀嚼性均存在顯著性差異(p<0.05)。經(jīng)過(guò)80 ℃-15 min熱處理?xiàng)l件制備的椰子植物酸奶彈性最大,為 14.70 mm。熱處理?xiàng)l件為70 ℃-25 min時(shí),酸奶的內(nèi)聚性最大,為0.76。65 ℃-30 min的熱處理?xiàng)l件下,椰子植物酸奶產(chǎn)品的硬度、粘附性和咀嚼性數(shù)值最高,分別為3.04 N,13.47 mJ和13.68 mJ,其他熱處理?xiàng)l件下硬度、粘附性、咀嚼性均顯著性下降(p<0.05),分析原因可能是因?yàn)闇囟壬咧率鼓z網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)度降低,說(shuō)明65 ℃-30 min熱處理?xiàng)l件下制備的椰子植物酸奶質(zhì)地較好,整體凝固性較好,黏稠度適宜。有研究表明[18],添加乳清蛋白制備的椰子植物酸奶硬度為3.08 N,內(nèi)聚性為 0.88,與本文制備的椰子植物酸奶研究結(jié)果相近。
表2 椰子植物酸奶的質(zhì)構(gòu)特性Table 2 Texture characteristics of coconut plant-based yoghurt
表3 椰子植物酸奶定性化合物列表Table 3 Coconut plant-based yoghurt qualitative compound list
表4 椰子植物酸奶揮發(fā)性成分的相對(duì)含量Table 4 Relative content of volatile components in coconut plant-based yoghurt
揮發(fā)性成分對(duì)酸奶風(fēng)味具有重要的影響,風(fēng)味是酸奶主要的品質(zhì)特征。采用氣相離子遷移譜技術(shù)無(wú)需進(jìn)行樣品前處理,孵育加熱后直接進(jìn)樣,即可快速、簡(jiǎn)便的定性定量的分析樣品中揮發(fā)性化合物[26]。不同熱處理?xiàng)l件制備的椰子植物酸奶揮發(fā)性成分的總離子流圖如圖2所示,揮發(fā)性成分的分析結(jié)果見表3和圖3。
從表3和圖3可知,椰子植物酸奶中共定性了14種揮發(fā)性成分,其中包括4種具有單體和二聚體的化合物(乙酸乙酯、異丙醇、正丁醇、乙酸異戊酯),本研究中檢測(cè)出的物質(zhì)主要包括醇類(5種)、酯類(2種)、醛類(2種)、酮類(5種),是乳制品的主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)[27]。醇類主要有異丙醇、2-甲基-1-丙醇、正丁醇、乙醇、1-丙醇。酯類主要有乙酸乙酯、乙酸異戊酯,它們均帶有果香和花香,香氣清靈[28]。酮類主要包括 2,3-丁二酮、2-丁酮、3-羥基-2-丁酮(乙偶姻)、2-戊酮、1-羥基-2-丙酮,其中乙偶姻具有令人愉悅的奶香味[30];2,3-丁二酮具有濃烈的奶油香味[30,31]。醛類主要是2-甲基丁醛、3-甲基丁醛,具有咖啡香氣且?guī)в刑鹛鸬墓?,有發(fā)酵香韻[26]。桂青等[32]基于SPME-GC-MS法檢測(cè)到濃縮椰漿中的揮發(fā)性物質(zhì)共有20種,其中酯類占比最大,相對(duì)含量最高的為丁位辛內(nèi)酯、丁位癸內(nèi)酯等,前期學(xué)者[18]檢測(cè)椰漿中主要揮發(fā)性成分是醇類、酸類、酮類和酯類,與本文的結(jié)果相似,王慶科等[18]研究發(fā)現(xiàn)椰子植物酸奶中含量較高的揮發(fā)性物質(zhì)為 2,3-丁二醇、乙酸、3-羥基-2-丁酮等,與椰奶相比,酸類、酯類和醇類化合物的種類減少,而酮類增加,與本文的結(jié)果有一定的差異,主要是酸奶制備的原料和方法不同。
椰子植物酸奶揮發(fā)性成分的指紋圖譜對(duì)比情況和相對(duì)含量見圖4和表4,指紋圖譜可以直觀且定量的分析不同熱處理?xiàng)l件制備的椰子植物酸奶中揮發(fā)性成分的差異,指紋圖譜中,數(shù)字代表遷移譜庫(kù)中未定性的物質(zhì),還有待進(jìn)一步的研究。由圖4和表4可知,不同熱處理?xiàng)l件處理下制備的椰子植物酸奶,揮發(fā)性化合物的種類和濃度隨著熱處理?xiàng)l件的不同發(fā)生規(guī)律性變化。本研究利用GC-IMS法共檢測(cè)出36種化合物,其中包含 22種遷移譜庫(kù)中未定性的物質(zhì),圖 4中從左至右物質(zhì)名稱的順序?yàn)椋寒惐肌?-甲基-1-丙醇、丁醇、2,3-丁二酮、2-丁酮、乙醇、3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、乙偶姻、2-戊酮、1-羥基-2-丙酮、乙酸異戊酯、1-羥基-2-丙酮、乙酸異戊酯二聚體、乙酸異戊酯單體、1-丙醇、乙酸乙酯二聚體等。傳統(tǒng)的牛乳發(fā)酵酸奶中,2,3-丁二酮是構(gòu)成其發(fā)酵風(fēng)味的最重要物質(zhì)[33]。本研究中65 ℃-30 min熱處理?xiàng)l件下制備的椰子植物酸奶,2,3-丁二酮的濃度最高,相對(duì)含量達(dá)到2.11%,隨著熱處理溫度的升高,其濃度逐漸降低;醇類(正丁醇單體、2-甲基-1-丙醇、異丙醇和乙醇)在椰漿中濃度最高,椰子植物酸奶中此類物質(zhì)濃度降低;2-甲基丁醛、3-甲基丁醛和乙偶姻隨著溫度的升高,濃度先增加后降低,都在75 ℃-20 min的條件下達(dá)到最大值。圖4中可觀察出丙醇隨著熱處理溫度的上升濃度逐漸升高,在85 ℃-10 min熱處理?xiàng)l件下,椰子植物酸奶此類物質(zhì)的濃度達(dá)到最高。
椰子植物酸奶的氣相離子遷移譜圖如圖5所示,從圖5中可以觀察出椰子植物酸奶不同熱處理?xiàng)l件下其揮發(fā)性成分的變化。以鮮榨椰漿的樣品譜圖作為參比,不同熱處理的樣品譜圖在此基礎(chǔ)上進(jìn)行扣除。當(dāng)與鮮榨椰漿的揮發(fā)性成分一致時(shí),扣除后的背景將顯示白色,圖中紅色和藍(lán)色表示化合物濃度的差異,紅色表示該物質(zhì)高于參比,藍(lán)色表示該物質(zhì)低于參比。從圖5中可以觀察出,隨著熱處理溫度和時(shí)間的不斷變化,椰子植物酸奶的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)逐漸發(fā)生變化,紅色及藍(lán)色區(qū)域逐漸增多。
為進(jìn)一步了解不同熱處理對(duì)酸奶樣品的影響,可對(duì)圖6椰子植物酸奶的動(dòng)態(tài)主成分進(jìn)行分析。由圖6可知,PCA相似度分析可以將不同熱處理?xiàng)l件的樣品區(qū)分開,以鑒定具有不同揮發(fā)性成分的酸奶樣品,區(qū)分風(fēng)味差異。酸奶樣品的揮發(fā)性成分隨熱處理?xiàng)l件的不同呈現(xiàn)規(guī)律性變化,樣品距離較近說(shuō)明差異較小,相距較遠(yuǎn)說(shuō)明差距明顯。圖中顯示,主成分總占比85%,其中PC-1(65%),PC-2(20%)。鮮榨椰漿與不同熱處理?xiàng)l件制備的酸奶主成分分布有一定的距離,說(shuō)明發(fā)酵后,所產(chǎn)生的揮發(fā)性化合物有一定的差異。隨著熱處理溫度逐漸升高,主成分分布距離椰漿越遠(yuǎn),說(shuō)明熱處理溫度越高,揮發(fā)性化合物變化越大。其中80 ℃-15 min,85 ℃-10 min的熱處理,揮發(fā)性成分分布之間較近,說(shuō)明這兩個(gè)熱處理?xiàng)l件下所測(cè)定的揮發(fā)性成分差異較??;65 ℃-30 min熱處理的椰漿發(fā)酵成的酸奶產(chǎn)品,距離椰漿最近,主要是因?yàn)槠錈崽幚項(xiàng)l件比較溫和,相較于高溫而言,揮發(fā)性化合物變化較小。
熱處理是酸奶制作中一個(gè)重要的環(huán)節(jié),本研究結(jié)果表明,不同熱處理?xiàng)l件制備的椰子植物酸奶,其理化指標(biāo)、質(zhì)構(gòu)特性、揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)均存在顯著性的差異(p<0.05)。研究發(fā)現(xiàn)65 ℃-30 min的熱處理?xiàng)l件下制備的椰子植物酸奶酸度適宜,組織細(xì)膩,凝固性好,無(wú)乳清析出,色澤均勻有光澤,有濃郁的椰香味,其持水力為 88.75%,明亮度為 80.89,感官評(píng)分為84.97,硬度為3.04 N,粘附性為13.47 mJ,咀嚼性為13.68 mJ;椰子植物酸奶中揮發(fā)性成分有36種,共定性了14種物質(zhì),且其中構(gòu)成發(fā)酵風(fēng)味的重要物質(zhì)2,3-丁二酮在熱處理?xiàng)l件為65 ℃-30 min時(shí)含量最高。因此,選擇65 ℃-30 min作為椰子植物酸奶制備的熱處理?xiàng)l件。