發(fā)酵溫度波動對酸奶感官、質(zhì)構(gòu)和風味特性的影響

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(西南民族大學生命科學與技術(shù)學院,四川成都 610041)

酸奶是以生牛(羊)乳或乳粉為原料,經(jīng)殺菌、接種保加利亞乳桿菌(德氏乳桿菌保加利亞亞種)和嗜熱鏈球菌發(fā)酵制成的產(chǎn)品。酸奶不僅具有豐富的營養(yǎng)、獨特的風味和口感,還因其消除了一些人的“乳糖不耐癥”以及良好的保健功能等諸多優(yōu)點而受到消費者的青睞[1]。溫度是酸奶發(fā)酵中的重要工藝參數(shù),影響牛乳的酸化過程和酪蛋白在形成凝膠結(jié)構(gòu)過程中的變化,對酸奶的風味、質(zhì)地有很大的影響[2-3]。目前對酸奶發(fā)酵溫度的研究,多在單一溫度對酸奶發(fā)酵性能和食用品質(zhì)影響的研究。而在酸奶實際生產(chǎn)過程中,因為控溫不精確或發(fā)酵罐溫度調(diào)節(jié)故障可能會引起發(fā)酵溫度波動。杜云建等[4]研究了變溫發(fā)酵對酸奶中風味物質(zhì)變化的影響,發(fā)現(xiàn)41 ℃(1 h)-50 ℃(1 h)-45 ℃(1 h)變溫發(fā)酵條件下制作的酸奶的丁二酮和乙醛含量最高。丁藝雪等[5]根據(jù)乳酸菌和雙歧桿菌的最適發(fā)酵溫度存在差異的特點,進行變溫發(fā)酵實驗,生產(chǎn)雙歧桿菌大豆酸奶,結(jié)果表明在40 ℃下發(fā)酵4 h,然后降溫到37 ℃發(fā)酵2.5 h,主發(fā)酵完成后在4 ℃條件下后發(fā)酵24 h,最終產(chǎn)品雙歧桿菌活菌數(shù)達107CFU/mL。關(guān)于發(fā)酵溫度波動對酸奶感官、質(zhì)構(gòu)及風味品質(zhì)的影響還尚未見報道。本實驗應(yīng)用物性測試儀、固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜(SPME-GC-MS)聯(lián)用技術(shù)及模糊數(shù)學中的隸屬函數(shù)理論,通過質(zhì)構(gòu)、感官和風味等指標,探究溫度波動對酸奶發(fā)酵和品質(zhì)的影響,以期為實際生產(chǎn)中酸奶發(fā)酵溫度的控制提供一定的科學依據(jù)。

1　材料與方法

1.1　材料與儀器

鮮牛乳新希望乳業(yè)股份有限公司;蔗糖太古糖業(yè);復(fù)合發(fā)酵劑(保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌、雙歧桿菌)北京川秀科技有限公司;氯化鈉、氫氧化鈉均為分析純,成都萇征化玻有限公司。

Trace DSQ型GC-MS聯(lián)用儀(配Triplus自動進樣器)美國Thermo公司;50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取頭美國Supelco公司;TA.XT Plus 質(zhì)構(gòu)儀英國Stable MicroSystem公司;HH-6型恒溫水浴鍋國華電器有限公司;PL303分析天平梅特勒托利多國際股份有限公司;PHS-3C酸度計上海佑科儀器有限公司。

1.2　實驗方法

1.2.1酸奶發(fā)酵在新鮮牛奶中加入7%蔗糖,攪拌均勻。將調(diào)配好的奶預(yù)熱到60 ℃,采用20 MPa壓力均質(zhì)2次,加熱至90 ℃保持15 min殺菌,并快速冷卻至42 ℃左右。接種1‰的復(fù)合發(fā)酵劑,分裝至玻璃瓶中,按照表1的發(fā)酵溫度在培養(yǎng)箱中發(fā)酵培養(yǎng)至發(fā)酵終點(前兩個溫度階段分別保持2 h,最后溫度階段發(fā)酵至凝乳)。取出放在4 ℃條件下后熟24 h,測定各項指標。發(fā)酵溫度設(shè)置見表1。

表1　發(fā)酵溫度設(shè)置Table 1　Setting of fermentation temperature

1.2.2指標測定

1.2.2.1凝乳時間酸奶瓶傾斜30 °,以酸奶無流動時刻作為酸奶凝乳時間[6]。

1.2.2.2滴定酸度的測定參考GB5413.34-2010滴定法測定發(fā)酵乳的酸度[7]。取經(jīng)24 h后熟的發(fā)酵乳樣品5.0 g,加入5 mL蒸餾水,混合均勻,加入2滴0.5%的酚酞指示劑,用0.1 mol/L NaOH滴定至淡粉色,1 min內(nèi)不褪色,同時以空白作為對照,根據(jù)所消耗NaOH標準溶液的量計算出滴定酸度(°T)。

1.2.2.3pH測定使用pH計測定酸奶的pH,測定前校正儀器。

1.2.2.4質(zhì)構(gòu)分析參照文獻[8-9]方法測定酸奶的硬度、內(nèi)聚性及膠黏性。

測定參數(shù):探頭:A/BE探頭,探頭壓盤直徑為:35 mm;測前速率和測試速率為:1.0 mm/s;測后速率為:10.0 mm/s;穿透測試深度為:30.0 mm;觸發(fā)器類型(感應(yīng)力):Auto-10.0 g。

1.2.2.5感官評價參照文獻[10-11]的方法,采用模糊數(shù)學方法并做適當調(diào)整,對酸奶的感官進行評價。

評價因素集X={X1,X2,X3,X4},即評價酸奶時4個方面的評價指標。X={組織狀態(tài),色澤,口感,香氣}。

評語集V={V1,V2,V3},即表示優(yōu)、良、差3個等級,對應(yīng)的分值是90,80,60。V={優(yōu),良,差}={90,80,60}。

權(quán)重集W={W1,W2,W3,W4},即4個方面的評價指標在綜合評判中所占的權(quán)重。W={0.3,0.15,0.3,0.25}。

表2　酸奶感官評價標準Table 2　Sensory score card for yogurt

1.2.2.6揮發(fā)性風味物質(zhì)分析采用GC-MS分析酸奶中的風味物質(zhì),參照文獻[12]的方法,并做適當調(diào)整。準確稱取酸奶樣品5.0 g于20 mL頂空瓶內(nèi),然后加入2 g氯化鈉,用壓蓋器壓蓋密封。設(shè)置萃取溫度為60 ℃,萃取風味物質(zhì)30 min,進樣口處解吸3 min。GC條件:HP-5MS色譜柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);載氣為氦氣,流速為1.0 mL/min,采用不分流模式;進樣口溫度240 ℃;升溫程序:起始溫度40 ℃保持3 min,以5 ℃/min升溫至140 ℃保持10 min,再以5 ℃/min升溫至210 ℃保持12 min,最后以10 ℃/min升溫至240 ℃。MS條件:電子電離源;電子能量為70 eV;離子源溫度250 ℃;質(zhì)量掃描范圍35～400 amu,發(fā)射電流100 μA,檢測電壓1.4 kV。用計算機自動檢索(NIST 08)對未知的化合物進行定性分析,并且使用Xcalibur軟件系統(tǒng)進行手動對照檢索,最終報道正反匹配因子均大于800的結(jié)果。各組分的相對含量計算采用面積歸一化法,即以各組分的峰面積占總峰面積的百分比表示。

表3　后熟后酸奶的酸度和pHTable 3　Acidity and pH of yogurt

注：同列數(shù)據(jù)肩標不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05);表4、表6同。

1.3　數(shù)據(jù)處理

2　結(jié)果與分析

2.1　溫度波動對酸奶凝乳時間的影響

溫度波動對酸奶凝乳時間的影響見圖1。由圖1可知,實驗組1(41 ℃-42 ℃-43 ℃)凝乳時間為5 h,與對照組(42 ℃)沒有顯著差異(p>0.05)。實驗組2(36 ℃-38 ℃-42 ℃)凝乳時間為6.1 h,為所有實驗組中發(fā)酵時間最長的,其前4 h在36 ℃和38 ℃下發(fā)酵,菌種繁殖較慢,凝乳狀況不佳;實驗組3(42 ℃-38 ℃-36 ℃)凝乳時間為5.5 h,在溫度波動條件設(shè)置上與實驗組2的差異在于其先在42 ℃下發(fā)酵,其凝乳時間較實驗組2縮短(p<0.05)。實驗組4(42 ℃-46 ℃-48 ℃)和實驗組5(48 ℃-46 ℃-42 ℃)的凝乳時間均為4.5 h,說明在高于42 ℃的適當溫度下,發(fā)酵速度會加快。

圖1　溫度波動對凝乳時間的影響Fig.1　Effect of temperature fluctuation on yogurt curds time注:不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)。

2.2　溫度波動對酸奶滴定酸度和pH的影響

酸奶的酸度和pH測定結(jié)果見表3,各處理間的酸度及pH均無顯著差異(p>0.05)。所有實驗組酸度值均達到國家標準(°T>70),pH達到了4.6以下。酸奶的后熟過程能夠改善酸奶的滋味,使風味形成更充分,酸奶的口感更加柔和。有研究表明,酸度在90～110 °T,口感風味較好,更易被消費者接受[13]。

2.3　溫度波動對酸奶質(zhì)構(gòu)特性的影響

酸奶的質(zhì)構(gòu)分析與感官評價存在一定的相關(guān)性,是對酸奶品質(zhì)的客觀評價。不同溫度波動條件對酸奶質(zhì)構(gòu)的影響分析結(jié)果見表4。實驗組1與對照組質(zhì)構(gòu)各指標差異均不顯著(p>0.05),表明溫度波動幅度較小時對酸奶質(zhì)構(gòu)的影響較小。實驗組2和3的硬度、內(nèi)聚性、膠黏性均低于對照組,且膠黏性均與對照組差異顯著(p<0.05),實驗組3的硬度、膠黏性與對照組差異顯著(p<0.05)。在低于42 ℃的較低溫條件下發(fā)酵,時間較長,pH下降較緩慢,使酪蛋白粒子相互鏈接形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)較松散,因此酸奶凝膠呈現(xiàn)硬度、內(nèi)聚性、膠黏性下降[14]。實驗組4和5的酸奶,硬度均顯著高于對照組(p<0.05),膠黏性均顯著低于對照組(p<0.05)。黃強等[15]的研究也發(fā)現(xiàn)隨著發(fā)酵溫度的升高,凝固型酸奶的硬度有增大的趨勢。不同溫度波動條件下酸奶的膠黏性均低于對照組。

表4　溫度波動對質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 4　Effect of temperature fluctuation on yogurt texture

2.4　溫度波動對感官品質(zhì)的影響

2.4.1感官評價結(jié)果酸奶感官評價結(jié)果見表5。

2.4.2模糊數(shù)學處理過程以一個實驗組評價結(jié)果為例,組織狀態(tài)指標,5人選優(yōu),5人選良,0人選差,除以總?cè)藬?shù)10人,可得R組織狀態(tài)=(0.5,0.5,0)。同理可得R色澤=(1,0,0),R口味=(0.3,0.7,0),R香氣=(0.9,0.1,0)。

表5　酸奶感官評價結(jié)果Table 5　Sensory evaluation results of yogurt

根據(jù)模糊變換的原理,按照公式B=W·R,可得B對照1=(0.615,0.385,0)。再將綜合評價結(jié)果的各量乘以其對應(yīng)的分值(優(yōu)為90分、良為80分、差為60分),加和,得到樣品的最終得分Y對照1=86.15。同理得到其他實驗組的模糊綜合評價分值,結(jié)果匯總見表6。

表6　溫度波動對感官品質(zhì)的影響Table 6　Effect of temperature fluctuation on yogurt sensory

表7　溫度波動對風味成分的影響Table 7　Effect of temperature fluctuation on yogurt flavour compounds

續(xù)表

注：“-”表示未檢出。

酸奶的感官綜合評分如表6所示,實驗組1、2、4、5的綜合感官評分與對照組差異不顯著(p>0.05)。實驗組3感官評分最高,且顯著高于其他組(p<0.05);實驗組4綜合評分最低。由各實驗組的感官評分結(jié)果看出,當溫度在42 ℃以下且遞減波動時,酸奶感官較好;當溫度在42 ℃以上且遞增波動時,酸奶感官較差。當發(fā)酵溫度較低時,pH下降較慢,沉淀的蛋白質(zhì)顆粒小,可能得到細膩的組織結(jié)構(gòu);但是當發(fā)酵速度過慢時,也可能會導(dǎo)致香味不足、形成凝塊過軟;當發(fā)酵溫度較高時,產(chǎn)酸過快,聚集形成的蛋白質(zhì)顆粒較大,得到的酸奶組織狀態(tài)較粗糙[16]。組織狀態(tài)和風味都是構(gòu)成酸奶品質(zhì)的重要因素,影響人們的感官體驗,影響最終評價結(jié)果。

2.5　溫度波動對風味成分的影響

發(fā)酵乳中的風味成分主要來源有原料乳、加工過程產(chǎn)生及微生物代謝產(chǎn)生[17]。從表7可得,對照組共檢出32種化合物,實驗組1檢出24種,實驗組2檢出20種,實驗組3檢出23種,實驗組4檢出18種,實驗組5檢出25種。酸奶中檢出的主要風味成分是酸類、醛類和酮類,而酯類和醇類檢出很少。酸類的貢獻主要在滋味上,氣味上表現(xiàn)不明顯。實驗各組的酸類的峰面積分別為1.61×108、1.98×108、2.24×108、1.99×108、5.26×108、2.05×108,所有實驗組的酸類檢出種類均多于對照組。實驗各組的醛類峰面積分別為3.14×108、2.41×108、1.86×108、2.09×108、2.19×108、2.58×108,酮類峰面積分別為9.81×108、13.41×108、11.82×108、14.90×108、13.17×108、16.41×108。其中,酮類是待測酸奶中含量最高的揮發(fā)性風味物質(zhì),且在溫度波動組酸奶中明顯增多。由保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌混合菌種發(fā)酵的酸乳,屬于醛香型酸乳,乙醛主要由保加利亞乳桿菌產(chǎn)生[18]。實驗組1與對照組乙醛峰面積相近,可能是當溫度僅在(42±1) ℃波動時,對乙醛生成的影響較小。實驗組2和實驗組3,乙醛峰面積均小于對照組;而實驗組4和實驗組5,乙醛峰面積均大于對照組。杜云健等[4]在研究變溫發(fā)酵酸奶時也得出,當平均發(fā)酵溫度偏高時,乙醛的含量增大。所有溫度波動實驗組醛類的總峰面積均小于對照組。酮類物質(zhì)來自于不飽和脂肪酸的氧化、氨基酸降解、熱降解及微生物的代謝[19]。酮類中的雙乙酰和3-羥基-2-丁酮也被認為是影響酸奶風味的重要物質(zhì),雙乙酰稀釋至1 mg/L時呈奶油香味[18]。雙乙酰主要是由后發(fā)酵過程中的某些香味細菌產(chǎn)生,應(yīng)將前發(fā)酵結(jié)束后的酸奶迅速放置在適合香味細菌生長的低溫環(huán)境中,對于后發(fā)酵過程的控制會很大程度的影響最終產(chǎn)品的雙乙酰含量[20-21]。實驗組1、4、5的雙乙酰的峰面積大于對照組,2組低于對照組,3組與對照組相當。3-羥基-2-丁酮呈奶油香味、有刺激味,它是由雙乙酰在雙乙酰還原酶作用下形成或者是由α-乙酰乳酸在α-乙酰乳酸脫羧酶作用下形成[22-23]。3-羥基-2-丁酮的香味遠弱于雙乙酰[24]。與對照組相比,其余各實驗組3-羥基-2-丁酮峰面積均增大,且酮類總峰面積也均高于對照組。相較于對照組,實驗組中檢出的揮發(fā)性風味物質(zhì)種類變少,但各物質(zhì)含量明顯增多。

3　結(jié)論

溫度波動對酸奶發(fā)酵特性和品質(zhì)有影響。實驗組1(41 ℃-42 ℃-43 ℃)酸奶凝乳時間、質(zhì)構(gòu)和感官指標與對照組(42 ℃)無顯著差異(p>0.05);實驗組2(36 ℃-38 ℃-42 ℃)比對照組凝乳時間長(p<0.05),硬度、內(nèi)聚性及感官無顯著差異(p>0.05),膠黏性減小(p<0.05);實驗組3(42 ℃-38 ℃-36 ℃)與對照組凝乳時間、內(nèi)聚性無顯著差異(p>0.05),硬度和膠黏性比對照組低(p<0.05),感官評分顯著高于對照(p<0.05);實驗組4(42 ℃-46 ℃-48 ℃)和實驗組5(48 ℃-46 ℃-42 ℃)與對照組相比,凝乳時間、內(nèi)聚性及感官無顯著差異(p>0.05),硬度顯著增大(p<0.05),膠黏性顯著減小(p<0.05)。所有處理間的酸度及pH無顯著差異(p>0.05)。相較于對照組,溫度波動實驗組酸奶中檢出的揮發(fā)性風味物質(zhì)種類變少,但各物質(zhì)含量明顯增多。相較于對照組,溫度波動組酸奶中的酮類物質(zhì)增多,而烴類物質(zhì)明顯減少。發(fā)酵溫度在小范圍波動,對酸奶的凝乳時間、質(zhì)構(gòu)、感官影響不大;發(fā)酵溫度波動幅度大時,對酸奶的凝乳時間、質(zhì)構(gòu)、感官、風味均有影響。在實際生產(chǎn)中,對酸奶發(fā)酵溫度的控制可以不必非常精確,允許小范圍波動。

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