含膠原蛋白水牛乳酸奶的工藝優化

（中國農業科學院廣西水牛研究所，南寧530001）

含膠原蛋白水牛乳酸奶的工藝優化

楊攀，李玲，黃麗，唐艷，楊小梅，曾慶坤

（中國農業科學院廣西水牛研究所，南寧530001）

在單因素實驗的基礎上，選取膠原蛋白添加量、蔗糖添加量、接種量為自變量，感官評分為響應值，利用Box-Behnken中心組合設計原理和響應面分析法，對膠原蛋白水牛乳酸奶制備工藝進行優化。結果表明，最佳工藝條件為膠原蛋白的添加量為2.0%，蔗糖添加量為8%，接種量為0.0067%，發酵溫度42℃，感官評分可達到93分。

膠原蛋白；水牛乳；酸奶；工藝優化；響應面分析

0 引言

膠原蛋白占人體內蛋白質質量分數的30%～40%，起著支撐器官、保護肌體的功能[1-2]。膠原蛋白的保健功能主要有：1.美容延緩衰老的功能；2.補鈣功能；3.降血脂功能；4.其他生理功能，如保持血管正常等[3-4]。水牛乳是一種具有南方特色的營養豐富的優良乳品種，其乳脂肪、乳蛋白等的質量濃度均高于荷斯坦牛乳[5]，利用水牛奶開發相應的乳制品具有很高的加工潛力與價值。水解后的膠原蛋白可廣泛應用于鮮奶、酸奶、乳飲料、奶粉等乳制品中，如日本明治、森永等多企業的女性美容、補鈣乳制品[6-7]。本研究探討了含膠原蛋白水牛乳酸奶的制備工藝，開發一款新的發酵乳制品，提高其營養價值及保健功能，為消費者提供更多的優質產品及選擇。

1 實驗

1.1 材料

水牛奶，魚膠原蛋白肽粉（相對分子質量平均為2 500 u），乳酸菌菌種凍干粉（25 g，500 U/2 500 L牛奶中），蔗糖。

1.2 儀器設備

乳脂分離機（9ND 100），恒溫培養箱，冰箱（西門子），自動封口機。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

水牛奶→標準化→加入蔗糖、魚膠原蛋白肽粉→殺菌→冷卻→加入發酵劑→培養發酵（38～44℃）→4℃冷卻后熟24 h→成品

1.3.2 感官評分

根據GB19302-2010標準的感官評定要求[8]，對實驗室所得產品進行感官評分，評分標準如表1所示。

1.3.3 單因素實驗設計

以感官評分為指標，以膠原蛋白添加量（1%，1.5%，2%，2.5%，3%）；蔗糖添加量（4%，5%，6%，7%，8%）；接種量（0.005%，0.006%，0.007%，0.008%，0.009%）；發酵溫度（36，38，40，42，44℃）為條件進行單因素實驗。

1.3.4 響應面法工藝優化設計

在單因素的基礎上，選擇魚膠原蛋白肽粉的添加量、蔗糖添加量、接種量為自變量，根據Box-Behnken實驗設計原理采用三因素三水平的響應面分析法，確定膠原蛋白水牛乳酸奶的最佳工藝參數。實驗水平設計如表2所示。

表1 膠原蛋白水牛乳酸奶的感官評定標準

表2 實驗因素水平 %

2 結果與分析

2.1 魚膠原蛋白肽粉添加量的單因素實驗

魚膠原蛋白肽粉添加量對膠原蛋白水牛乳酸奶的感官評價如圖1所示。

圖1 魚膠原蛋白肽粉添加量對水牛乳酸奶感官評分的影響

由圖1可以看出，隨著魚膠原蛋白肽粉添加量的增加，感官評分逐漸降低，主要是因為魚膠原蛋白肽粉是從魚鱗與魚皮中提取的，所以有一定的魚腥味，隨著添加量的增加，魚腥味會逐漸加重，影響酸奶的滋味，感官評分也隨之下降。據報道，成年人一般每天補充膠原蛋白的需要量在3～6 g[9]，按照每杯酸奶200 g的重量計算，膠原蛋白的添加比例確定為2%。

2.2 蔗糖添加量的單因素實驗

蔗糖添加量對膠原蛋白水牛乳酸奶感官評價如圖2所示。

由圖2可以看出，隨著蔗糖添加量的增加，水牛酸奶的感官評分先增加后減少，主要是因為，蔗糖添加量少或者蔗糖添加量多，都會影響酸奶的酸甜比例，添加量少，會使得酸奶吃起來只有酸味而沒有甜味，添加量多會使得酸奶吃起來比較甜，從而掩蓋了酸奶的酸味，因此蔗糖添加的最佳量為7%。

圖2 蔗糖添加量對水牛乳酸奶感官評價的影響

2.3 接種量的單因素實驗

接種量對膠原蛋白水牛乳酸奶感官評價如圖3所示。

圖3 接種量對水牛乳酸奶感官評價的影響

由圖3可以看出，隨著接種量的增加，水牛酸奶的感官評分先增加后減少，可能是因為接種量少的時候，由于菌種少，發酵緩慢，產酸少，發酵形成的特異性風味物質少，隨著接種量的增加，使得酸奶發酵良好，產酸增加，形成較多的特異性風味物質，但是在接種量過高時，由于菌種量過大，繁殖過快過多，造成過酸化，使得酸奶滋味較差，質地下降。因此選擇接種量為0.007%。

2.4 發酵溫度的單因素實驗

發酵溫度對膠原蛋白水牛酸奶感官評價如圖4所示。

圖4 發酵溫度對水牛乳酸奶感官評價的影響

由圖4可以看出，隨著發酵溫度的升高，酸奶感官評分先增加后減少，可能是因為在較低溫度下，不利于嗜熱鏈球菌的生長，且不是發酵微生物的最適溫度，因此產風味物質比較少。在溫度在40～42℃時，發酵過程中乳酸菌之間良好的共生關系，保加利亞乳桿菌分解酪蛋白產生氨基酸和多肽，從而刺激嗜熱鏈球菌的生長，然后酸奶的酸度會增加，并且嗜熱鏈球菌產生的甲酸也會刺激保加利亞乳桿菌的生長，這兩種菌共生的現象會產生良好的風味和質地。當發酵溫度高于42℃時，產酸比較多，產品酸味突出，感官得分下降。因此，選擇42℃為發酵溫度。

2.5 響應面實驗結果

膠原蛋白水牛酸奶的響應面實驗結果見表3，運用軟件對實驗結果進行二次多元回歸擬合，得到二次多項回歸方程為

感官評分=92.40-1.00A+0.33B-0.58C+0.75AB-2.08AC-0.42BC-1.99A2-0.16B2-1.82C2

對膠原蛋白水牛乳酸奶感官評分的數學模型進行方差分析，結果如表4所示。

表3 響應面實驗設計結果 %

表4 回歸模型方差分析

由表4可以看出，回歸模型達到顯著水平（P< 0.0001），而失擬項的P值為0.3699，大于0.05，表示失擬項不顯著，說明回歸方程與實際情況吻合的較好，實際誤差小，因此可用該回歸方程代替實驗真實點對實驗結果進行預測。從表中可以看出，一次項中A的偏回歸系數極顯著（P<0.0001），B和C的偏回歸系數顯著（P<0.05），說明膠原蛋白添加量A、蔗糖添加量B、接種量C對感官評分均有顯著影響，且在選取的因素水平范圍內，蔗糖添加量、接種量、膠原蛋白添加量對感官評分的影響程度依次增大，交互項AC的偏回歸系數極顯著（P<0.0001），說明膠原蛋白添加量和接種量比例之間的交互作用對感官評分的影響極其顯著，交互項AB和BC對響應值影響顯著（P<0.05），二次項A2和B2的偏回歸系數極顯著（P<0.0001）。

根據所得的回歸方程做出響應面圖，預測膠原蛋白添加量、蔗糖添加量、接種量三個因素對感官評分的影響分別如圖5、圖6、圖7所示。

圖5 接種量與膠原蛋白添加量的交互作用對感官評分的影響

圖6 蔗糖添加量與膠原蛋白添加量的交互作用對感官評分的影響

圖7 接種量與蔗糖添加量的交互作用對感官評分的影響

由圖5～圖7可以看出，圖中的等高線圖接近橢圓形，膠原蛋白添加量、蔗糖添加量、接種量三因素之間的交互作用對感官評分均有顯著性影響。在實驗范圍內得出的最佳工藝為：膠原蛋白添加量為2.06%，蔗糖添加量為8%，接種量為0.0067%，在此條件下，感官評分為92.73，考慮到實際操作的可行性，將工藝條件修訂為膠原蛋白的添加量為2.0%，蔗糖添加量為8%，接種量為0.0067%。

3 結論

通過單因素實驗和響應面實驗得到膠原蛋白水牛乳酸奶的最佳工藝條件為：膠原蛋白的添加量為2.0%，蔗糖添加量為8%，接種量為0.0067%，發酵溫度42℃。所得到的產品色澤均勻，酸甜爽口，風味獨特，營養豐富，兼具營養與保健雙重功效，有很好的市場前景。

[1]董翠霞、盧陽、陳厲俊，等.膠原蛋白及其在乳制品中的應用[J].中國奶業協會2008年會議文集.220-221.

[2]李小勇.膠原蛋白的最新研究及應用進展[J].食品科技，2006（7）：12-15.

[3]李國芝，武建新，蘇東海，等.膠原蛋白的功能及其在乳制品中的應用[J].中國乳品工業，2011，39（11）:41-44.

[4]趙麗，蘇偉，胡火根，等.膠原蛋白生物活性肽的研究進展[J].食品科學，2005，26（9）：578-581.

[5]林波，黎穎，李玲，等.不同品種水牛乳中礦物元素的測定與分析[J].中國乳品工業，2014,42（3）：15-21.

[6]陳秀金，曹健，湯克勇等.膠原蛋白和明膠在食品中的應用[J].鄭州工程學院學報，2002，23（1）：67-69.

[7]ISRAELOW ITZ M,R IZVISW K.Co mputationalmodeling of type Icollagen fibers todetermine the extra cellularmatrix structure of con?nective tissues[J].Protein Engineering Design&Selection,2005,18(7): 329-335.

[8]中華人民共和國衛生部GB19302-2010食品安全國家標準發酵乳[S].北京：中國標準出版社，2010.

[9]武建新，蘇東海，劉成玉等.膠原蛋白酸奶的研制[J].中國乳品工業，2011,39（12）：41-43.

嘉必優參與項目獲得國家科學技術進步二等獎

項目領軍人中國農科院油料研究所黃鳳洪研究員

2017年1月9日，一年一度的國家科學技術獎勵大會在人民大會堂舉行，大會揭曉了2016年國家最高科學技術獎以及自然、發明、進步、國際合作等獎項。食品領域六項科研成果喜獲獎勵，其中，由中國農業科學院油料作物研究所領銜、嘉必優生物技術（武漢）股份有限公司等企業參與的《油料功能脂質高效制備關鍵技術與產品創新》研究成果榮獲國家科學技術進步二等獎。

該成果針對現代文明疾病快速增長趨勢，以油料中富含的與人體健康關系十分密切的功能脂質為研究對象，解決了目前功能脂質產業發展中存在的脂質資源發掘利用率低、脂質功能素材單一、加工適應性差和功能脂質產品創制滯后等共性問題。在本項目中，嘉必優在功能脂質的制劑技術研究和工程化方面做出了重大貢獻。其獨特的微膠囊工藝，攻克了功能脂質易氧化、分散性差等技術難題。

據悉，嘉必優公司是中國微生物油脂領域的領先企業，在國內率先實現了通過微生物發酵的方式生產ARA（花生四烯酸）油脂和DHA（二十二碳六烯酸）藻油，這是一種新型的、環境友好和可持續的生產方式，并且生產過程潔凈、全程可控，在食品安全方面具有很好的可靠性。嘉必優公司與相關高校、科研院所合作，建立了微生物油脂的菌種技術、發酵與后處理技術、檢測技術、營養研究與應用技術等完整的理論體系和技術體系。

ARA油脂和DHA藻油目前已被廣泛應用于嬰幼兒配方食品及各類健康食品中。其中，DHA就是人們常說“腦黃金”，它不僅具有促進智力發育和改善記憶力的作用，還常被作為調節免疫力、調節血脂、血糖等保健食品的主要功效成分，被稱為“裨益一生的脂肪酸”。

Op ti mization p rocess study o f co llagen bu ffalo yoghourt

YANG Pan,LILing,HUANG Li,TANG Yan,YANG Xiaomei,ZENG Qingkun
(Guangxi Buffalo Research Institu te,Chinese Acade my of Agricultural Sciences,N anning 530001,China)

On the basisof single factor experiment,selecting collagen content,sucrose content,inoculation amount as independent variables, sensory score as response value,Using the Box-Behnken central composite design principle and the response surface analysis,the collagen buffalo yoghourt preparation technology wasopti mized.The resultsshowed that the optimu mtechnological conditions for the collagen con?tentof2.0%,sugar contentwas8%,inoculation quantitywas0.0067%,fermentation temperaturewas42℃,and sensory scoreof93 points.

collagen;buffalo milk;yoghourt;processopti mization;response surfaceanalysis

TS252.54

A

1001-2230（2017）01-0050-04

2016-05-30

廣西水牛研究所基本科研業務費（水牛基1504010），南寧市科技攻關（20141282）。

楊攀（1987-），女，碩士，研究方向為乳品加工技術。

曾慶坤