不同穩定劑對凝固型牦牛酸奶在冷藏后熟過程中品質及風味的影響

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(西南民族大學生命科學與技術學院,四川成都 610041)

牦牛乳含有人體所需的8種必需氨基酸以及豐富的維生素、礦物質等,營養價值極高,是天然的綠色食品[1-2]。我國青藏高原地區有大量優質的牦牛乳,除了少量鮮乳被直接飲用外,其余大部分用于制作成奶粉、酥油茶、奶油及傳統發酵牦牛酸奶等[3-4]。牦牛乳經乳酸菌發酵成的牦牛酸奶,比普通酸奶具有更高的營養價值[5]。隨著區域發展,牦牛酸奶逐漸走出牧區,被牧區以外的人們接受,但傳統方法制作的牦牛酸奶穩定性差,易發生乳清分離、蛋白質沉淀等不良現象。而在酸奶生產過程中,添加適當的穩定劑或增稠劑如變性淀粉、明膠、果膠、刺槐豆膠、黃原膠、海藻酸鈉、羧甲基纖維素及其鈉鹽以及多種產品組合的復合穩定劑,可以改善酸奶的口感和質構,提高酸奶的粘稠度,從而延長酸奶保質期[6]。

目前,關于穩定劑對酸奶的感官、理化特性及質構特性影響方面的研究很多。趙曉麗等[7]研究了發酵前添加穩定劑對酸奶發酵效果的影響,發現在適宜添加量的情況下,明膠、瓊脂、果膠、卡拉膠對發酵劑的產酸規律影響較弱,但均能很好的改善酸奶的感官品質。余飛[8]研究了凝固型酸奶的發酵制作工藝,穩定劑添加量顯著影響酸奶的口感,其最適添加量為0.483%。方江平[9]研究了白青杠牦牛酸奶的制作工藝,發現在確定最優發酵工藝條件的基礎上,添加0.10%黃原膠、0.15%羧甲基纖維素鈉(CMC-Na)及0.2%海藻酸鈉能夠使產品更穩定。關于黃原膠、果膠及CMC-Na影響牦牛酸奶品質及風味的研究未見報道。本文旨在添加三種不同的穩定劑黃原膠、果膠和CMC-Na于凝固型牦牛酸奶中,研究不同穩定劑對牦牛酸奶感官品質、理化性質、質構及揮發性風味物質的影響,篩選最佳的穩定劑,為研究凝固型牦牛酸奶提供更多的數據參考。

1　材料與方法

1.1　材料與儀器

牦牛奶粉蛋白質含量29.5%,紅原牦牛乳業有限責任公司;白砂糖太古糖業;黃原膠、羧甲基纖維素鈉(CMC-Na)食品級,柘城縣耕道貿易有限公司;果膠食品級,豫之美商貿有限公司;凍干菌粉(保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌)北京川秀科技有限公司;氫氧化鈉、氯化鈉均為分析純,成都市科龍化工試劑廠。

NS1001L型高壓均質機意大利NiroSoavi公司;5804離心機德國Eppendorf公司;HH-6數顯恒溫水浴鍋常州國華電器有限公司;MP511 Lab pH計上海三信儀表廠;TA-XT Plus質構儀英國Stable Micro Systems公司;Trace DSQ型氣相色譜聯用儀(配Triplus自動進樣器)美國Thermo公司;手動固相微萃取(SPME)進樣器美國Supelco公司。

1.2　實驗方法

1.2.1凝固型牦牛酸奶生產工藝流程和操作要點牦牛酸奶生產工藝流程為:

操作要點:按15 g/100 mL配制200 mL的牦牛復原乳,加入6.5%蔗糖,攪拌均勻。再分別添加三種穩定劑并攪拌均勻,調配好的樣品在30 MPa/65 ℃的條件下均質后,在90 ℃溫度下滅菌15 min,冷卻至40～45 ℃。按1 g/L接種保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌發酵劑凍干菌粉,充分攪拌均勻后,分裝,放入42 ℃恒溫箱中發酵8 h至奶液凝固,4 ℃冰箱中冷藏后熟。

1.2.2實驗設計

1.2.2.1單因素實驗分別選取黃原膠添加量0%、0.02%、0.05%、0.08%,果膠添加量0%、0.06%、0.09%、0.12%,CMC-Na添加量0%、0.03%、0.06%、0.09%,按1.2.1工藝制成酸奶后,測定酸奶樣品的感官、酸度、持水力、硬度及粘聚性,分析不同穩定劑對牦牛酸奶感官、理化性質以及質構特性的影響。

1.2.2.2穩定劑復配正交實驗在單因素實驗基礎上,采用L9(34)正交實驗,篩選出一組最佳的復配方案。復配穩定劑因子水平設置見表1。

表1　穩定劑正交實驗因子水平Table 1　Factors and levels of orthogonal test

1.2.2.3酸奶揮發性風味物質分析以未添加任何穩定劑的酸奶為空白對照,采用固相微萃取法(HS-SPME)結合氣相色譜質譜聯用技術(GC-MS)對冷藏后熟1、2、7 d的添加不同最優水平的單一穩定劑和最佳組合的復合穩定劑的牦牛酸奶中揮發性風味物質進行鑒定。

1.2.3指標測定

1.2.3.1感官指標的測定將制備好的牦牛酸奶隨機分組編號,組織10位食品專業的同學為參評人員,進行技術培訓,熟練掌握評價要求。將評價的牦牛酸奶的口感、風味、組織狀態、總體可接受度等逐項計分,加和后取平均值。牦牛酸奶感官評分標準見表2。

表2　感官評分標準Table 2　Standard of sensory scores

1.2.3.2酸度測定采用滴定法測定發酵乳的酸度[10]。發酵乳經后熟后,取發酵乳樣品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內不褪色,同時以空白作為對照,根據所消耗NaOH標準溶液的量計算出滴定酸度(°T)。

1.2.3.3持水力的測定參考Guzmán-González M[11]的方法測定。取酸奶10 g左右，于離心管中稱重,質量為m1,室溫下5000 r/min離心30 min,棄上清液,離心管倒置10 min后立即稱重,質量為m2,計算持水力(Water holding capacity,WHC)。持水力計算公式為:WHC(%)=(m1-m2)/m1×l00。

1.2.3.4酸奶質構分析參考李春紅[12]的方法測定酸奶的硬度和粘聚性。測定參數:測前速:1.0 mm/s;測試速:1.0 mm/s;測后速:10 mm/s;下壓距離:15 mm;負載類型:Auto-10 g;探頭:A/BE-d35探頭;數據獲得率:200 pps。

1.2.3.5揮發性風味物質分析牦牛酸奶樣品5 mL裝入頂空進樣瓶內,加入2 g氯化鈉,加蓋密封,樣品預孵化10 min后用萃取頭吸附30 min,260 ℃解析附3 min,進行GC-MS分析。

檢測條件:參考郭文奎[13]的方法,稍作修改。色譜條件:采用HP-5MS色譜柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);載氣為He 氣,流速為1.0 mL/min,采用不分流模式;進樣口溫度為260 ℃;升溫程序:起始溫度40 ℃保持4 min,以5 ℃/min升到140 ℃,并持續10 min,再以5 ℃/min升到210 ℃,并保持12 min,最后以10 ℃/min升到240 ℃,解析時間2 min。質譜條件:EI電離源,70 eV;離子源溫度為250 ℃,質量掃描范圍為35～400 amu;發射電流100 μA,檢測電壓1.4 kV。

定性方法:利用Xcalibur軟件系統自帶NIST 08標準庫對MS結果進行自動檢索,要求正反向匹配因子大于800,結合文獻描述對結果進行定性。

1.3　數據處理

除揮發性風味物質外,其余實驗數據均通過SPSS 18.0 進行ANOVA分析。p<0.05為差異顯著。

2　結果與分析

2.1　不同穩定劑對牦牛酸奶感官、理化性質的影響

2.1.1不同添加量黃原膠對酸奶感官及理化性質的影響由表3可知,黃原膠添加量對酸奶感官品質有顯著影響(p<0.05),添加0.02%和0.05%黃原膠的酸奶凝乳效果較好、無乳清析出、口感軟滑細膩,但隨著黃原膠添加量的增加,酸奶的凝乳效果變差;添加黃原膠對酸奶的酸度影響顯著(p<0.05),隨黃原膠添加量的增加,酸度先上升后下降;添加黃原膠對酸奶持水性的影響顯著(p<0.05),黃原膠添加量為0.05%時持水性最高。綜上所述,當黃原膠添加量為0.02%和0.05%時,酸奶的感官及理化特性較好。

表3　不同添加量黃原膠對酸奶感官以及理化性質的影響Table 3　Effect of different addition xanthan gum on sensory quality,physical and chemical properties of yak yogurt

注：同列數據不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05);表4、表5同。

2.1.2不同添加量果膠對酸奶感官及理化性質的影響果膠在酸性條件下具有高度的穩定性[14]。添加果膠對酸奶的感官影響顯著(p<0.05),果膠添加量為0.06%和0.09%的酸奶組織狀態好,無乳清析出、口感細膩,當添加量增加到0.12%,酸奶表面有較多乳清析出,口感粗糙。添加果膠提高了酸奶的酸度(p<0.05),且明顯改善了酸奶的持水性(p<0.05)。在酸奶形成過程中,不斷產生的乳酸使pH降低,酪蛋白微粒上的正電荷增多,當pH降到4.6左右時,果膠帶的負電荷與酪蛋白的正電荷結合,從而包裹住酪蛋白微粒,防止沉淀,因此以酪蛋白為中心的凝膠顆粒就可以容納更多的水分,表現為持水性的增加[15-16]。然而當果膠添加量為0.09%時,酸乳的持水力低于0.06%和0.12%組,這可能是由于果膠沒有溶解徹底或者混合不均勻所致。綜合考慮,確定果膠添加量為0.06%時,酸奶的感官及理化特性較好。

表4　不同添加量果膠對酸奶感官以及理化性質的影響Table 4　Effect of different addition pectin on sensory quality,physical and chemical properties of yak yogurt

2.1.3不同添加量CMC-Na對酸奶感官及理化性質的影響由表5可以看出,CMC-Na對酸奶感官有顯著影響(p<0.05),主要影響凝乳效果,CMC-Na添加量過多時,乳清析出較多,影響酸奶爽滑的口感。當CMC-Na添加量為0.09%時,酸奶的感官和酸度顯著低于其他組(p<0.05);CMC-Na的添加可顯著提高酸奶的持水性(p<0.05),其中CMC-Na添加量為0.03%時持水性最高。當CMC-Na添加量為0.03%,酸奶的感官及理化特性較好。

表5　不同添加量CMC-Na對酸奶感官以及理化性質的影響Table 5　Effect of different addition CMC-Na on sensory quality,physical and chemical properties of yak yogurt

由表3～表5得出,在牦牛酸奶中添加適量的黃原膠、果膠、CMC-Na能使酸奶感官及理化特性更好,但添加量過多,會影響酸奶的凝乳能力及組織狀態,可能是因為穩定劑的過量加入破壞了酪蛋白-磷酸鈣的膠體結構,阻斷了蛋白質之間的相互作用[15]。

2.2　不同穩定劑對牦牛酸奶質構特性的影響

質構是影響酸奶感官品質的重要因素。從圖1～圖3可知,不同穩定劑對牦牛酸奶硬度及粘聚性的影響不同,添加穩定劑均在一定程度上提高了酸奶的硬度(除黃原膠添加量為0.05%組),但穩定劑添加量過大時會降低酸奶的粘聚性。當黃原膠添加量為0.02%、果膠添加量為0.06%、CMC-Na添加量為0.03%時,制備的牦牛酸奶的質構特性較好。

圖1　黃原膠對牦牛酸奶硬度和粘聚性的影響Fig.1　Effects of xanthan gum on hardness and cohesiveness of yak yogurt

圖2　果膠對牦牛酸奶硬度和粘聚性的影響Fig.2　Effects of pectin on hardness and cohesiveness of yak yogurt

圖3　CMC-Na對牦牛酸奶硬度和粘聚性的影響Fig.3　Effects of CMC-Na on hardness and cohesiveness of yak yogurt

綜合感官、理化及質構指標,確定黃原膠添加量0.02%、果膠添加量0.06%、CMC-Na添加量0.03%作為正交實驗的最優水平。由于單因素實驗時,水平間的間隔相對較大,因此在正交實驗時,設置的正交實驗的各因素的水平在最優水平左右波動。

2.3　復配穩定劑正交實驗

根據單因素實驗結果,選用果膠、黃原膠及CMC-Na三種穩定劑復配進行正交實驗,復配穩定劑正交實驗結果見表6。

表6　正交實驗結果Table 6　Orthogonal test results

由表6中極差分析可知,穩定劑對持水性影響的主次順序:果膠>黃原膠>CMC-Na,對酸奶感官評分影響的主次順序:果膠>黃原膠>CMC-Na。由表7方差分析可知,果膠對牦牛酸奶持水性有顯著影響(p<0.05),黃原膠和CMC-Na影響不顯著(p>0.05);果膠、黃原膠及CMC-Na對感官均無顯著性影響(p>0.05),確定正交實驗的最優組合是A1B2C2。由極差分析確定出一組最佳的穩定劑復配方案:A1B1C3,即果膠添加量0.04%、黃原膠添加量0.01%、CMC-Na添加量0.05%。對A1B1C3做驗證實驗,得到感官評分為41.0,WHC為70.11%,低于正交實驗最優組合,即最佳穩定劑復配組合為:果膠添加量0.04%、黃原膠添加量0.02%、CMC-Na添加量0.03%。

2.4　添加不同穩定劑的牦牛酸奶后熟期間揮發性風味物質的變化

后熟1、2、7 d后酸奶中各揮發性風味成分的定性和定量結果見表8～表10。

表7　方差分析結果Table 7　The results of variance

表8　添加不同穩定劑牦牛酸奶冷藏后熟1 d時揮發性風味成分Table 8　Volatile flavor compounds of yak yogurt on the first day of post fermentation

續表

注：-表示未檢出;表9、表10同。

表9　添加不同穩定劑牦牛酸奶后熟2 d時揮發性風味成分變化Table 9　Volatile flavor compounds of yak yogurt on the second day of post fermentation

續表

表10　添加不同穩定劑牦牛酸奶后熟7 d時揮發性風味成分變化Table 10　Volatile flavor compounds of yak yogurt on the seventh day of post fermentation

續表

從表8～表10可以看出,酸奶后熟1 d后,空白組中檢出揮發性風味物質27種,黃原膠組檢出27種,果膠組檢出22種,CMC-Na組檢出26種,復合穩定劑組檢出33種;后熟2 d后,空白組中檢出28種,黃原膠組檢出19種,果膠組檢出21種,CMC-Na組檢出23種,復合穩定劑組檢出24種;后熟7 d后,揮發性風味物質檢出量又發生了變化,空白組、黃原膠組、果膠組、CMC-Na組及復合穩定劑組檢出風味物質分別為26、22、16、19、23種。隨冷藏后熟時間的延長,空白組中檢出的揮發性風味物質數量變化不大,而添加了穩定劑的酸奶樣品中檢出的化合物數量變化較大。在冷藏后熟2 d時,果膠組風味的穩定效果最好,其次為CMC-Na,復合穩定劑組效果最差;至冷藏后熟7 d時,與第2 d檢出的風味物質相比，復合穩定劑組風味的穩定效果最好。

從各組酸奶樣品中檢測出的風味物質成分主要有醇類、酮類、醛類、烷烴類、酸類、酯類以及其他類化合物(主要是芳香族化合物)。其中,醇類化合物是含量最高的物質,其次為酮類、其他類,再次為醛類。隨冷藏后熟時間的延長,醇類化合物含量先增加后減小,但相對變化幅度不大。醇類物質的風味閾值高,且風味較為柔和,對酸奶的風味貢獻度目前暫無定論,但豐富的醇類物質使牦牛酸奶呈現特有的醇香味[17]。檢出的酮類化合物隨時間延長一直增加,其中,2,3-丁二酮和2,3-戊二酮含量最高。有研究表明,這兩種酮作為酸奶的特征性風味物質,含量高于其他酮類物質,對酸奶風味貢獻較大[18]。酮類化合物是由多不飽和脂肪酸的氧化、熱降解、氨基酸降解或微生物代謝所產生[19]。所有酸奶樣品中檢出的醛類化合物一直減少。醛類物質風味閾值低,是各種氧化風味的來源,對酸奶風味貢獻較大[8]。空白組酸奶中的其他類化合物在第7 d突增,其余組中檢出的其他類揮發性物質基本無變化,而空白組增加的揮發性風味物質是4-仲丁基-2,6-二叔丁基苯酚。酸奶樣品中也不同程度的檢出了酸類和酯類物質,酸類物質的風味作用主要體現在滋味上,氣味表現不明顯,酸類物質會賦予酸奶在滋味上的爽口感以及在氣味上的清爽香氣[20]。酯類化合物的主要來源是原料乳中的脂肪類物質,一般通過脂肪酸水解以及微生物的代謝生成[20],酯類的風味閾值較低,對酸奶風味的影響較大。

3　結論

不同穩定劑對牦牛酸奶的感官、理性性質及質構的影響不同。添加黃原膠、果膠及CMC-Na對牦牛酸奶的感官、酸度及持水性均有顯著影響(p<0.05);除添加量為0.05%黃原膠,黃原膠其余添加量及另外兩種穩定劑均提高了酸奶的硬度,但穩定劑添加量過大時會降低酸奶的粘聚性。3種穩定劑在實驗添加量范圍內,當黃原膠、果膠及CMC-Na添加量分別為0.05%、0.06%和0.03%時,制備的牦牛酸奶的感官品質及理化特性較好。正交實驗L9(34)確定最佳穩定劑復配組合為:果膠添加量0.04%、黃原膠添加量0.02%、CMC-Na添加量0.03%,此時其持水力為71.52%,感官評分為42分。

采用頂空固相微萃取(HS-SPME)結合氣相-質譜聯用技術(GC-MS)對牦牛酸奶中的揮發性風味物質檢測發現,牦牛酸奶中醇類化合物是含量最高的物質,其次為酮類、其他類,再次為醛類。隨冷藏后熟時間的延長,空白組中檢出的揮發性風味物質數量變化不大,添加了穩定劑的酸奶樣品中檢出的化合物數量變化較大。在冷藏后熟2 d時,果膠組風味的穩定效果最好,其次為CMC-Na,復合穩定劑組效果最差;至冷藏后熟7 d時,與第2 d檢出的風味物質相比，復合穩定劑組風味的穩定效果最好。

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