褐色飲用型酸奶的工藝優化

王曉倩，姜竹茂*，楊 爽，馬婷婷

（煙臺大學 生命科學學院，山東 煙臺 264005）

近年來隨著生活水平的提高，人們對于食品的營養成分及保健功能尤為關注，酸奶可為人體提供豐富的蛋白質、鈣、維生素等營養物質[1]，改善腸胃的菌群平衡，促進人體消化吸收，降低血液膽固醇，增強機體免疫能力[2-4]，且酸甜可口，風味獨特，因此倍受人們青睞[5-6]。褐色酸奶是近兩年新興的酸奶飲品，由于原料乳中蛋白質與還原糖經適宜溫度條件處理發生美拉德反應[7]，即羰基化合物與氨基化合物經縮合、脫水、降解、裂解、聚合等一系列反應[8]，生成類黑色素物質，并具有特殊焦糖香氣，在色澤和風味上與傳統酸奶有很大區別，伊利、蒙牛相繼推出該類產品，可見其良好的市場前景。

目前國內市場上已有炭燒酸奶、俄羅斯烤酸奶等產品，國外相關的類似加工產品有日本的養樂多、俄羅斯的格瓦斯等，相同之處為產品的加工過程中利用了美拉德反應生成的自然顏色和焦甜風味[7]。褐色飲用型酸奶屬于低黏性的可飲用酸奶[9-10]，國內對此類產品研究較少，本研究以脫脂奶粉、葡萄糖為主要原料，對褐色飲用型酸奶的褐變條件、復配穩定劑添加量以及制備工藝進行探討，根據感官評分，確定該產品的優化工藝，以期得到一款方便飲用、口感細膩、色澤濃郁、風味獨特且營養價值高的褐色酸奶。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

脫脂奶粉：新西蘭恒天然集團；無水葡萄糖：山東西王集團；保加利亞乳桿菌（Lactobacillusbulgaricus）：河北一然生物科技有限公司；嗜熱鏈球菌（Streptococcusthermophiles）、羧甲基纖維素鈉、果膠、黃原膠：丹尼斯克（中國）有限公司。

1.2 儀器與設備

WT型電子天平：杭州萬特衡器有限公司；FA1004型電子天平、NDJ-5S數顯黏度計：上海舜宇恒平科學儀器有限公司；PHS-3E型酸度計：上海雷磁儀器廠；DNP-9082型電熱恒溫培養箱：上海精宏實驗設備有限公司；EM-30型磁力攪拌水浴鍋：常州市人和儀器廠；LDZM-50KBS立式壓力蒸汽滅菌鍋：上海申安醫療器械廠。

1.3 實驗方法

1.3.1 工藝流程及操作要點

操作要點：

菌種的活化：將低溫保存的保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌分別以1%的接種量加入滅菌冷卻好的脫脂乳中，在最適溫度下活化3次，直至菌種的活力達到較高水平，并擴大培養，以備后期發酵時使用。

復原乳的制備：將脫脂奶粉與葡萄糖加入60℃水中充分溶解，其中脫脂奶粉與水的比例為1∶8，葡萄糖添加量8%。

原料乳的檢驗：原料乳在使用前進行抗生素及理化指標的檢測，符合原料乳質量國家標準[11]。

復配穩定劑的添加：復配穩定劑（羧甲基纖維素鈉∶果膠∶黃原膠=3∶4∶1）添加量為0.20%。

均質：溫度為60～65℃，壓力為15～20 MPa。

褐變處理：美拉德反應會導致類黑精的積累，賦予產品一定的顏色變化，在加工過程中會產生令人愉悅的褐色，且其反應產生的特殊風味物質影響著產品的感官評價，是乳制品熱加工中需要控制的重要環節[12-13]。研究在不同加熱溫度、不同加熱時間條件下美拉德反應的進行程度，反應條件分別為95℃、120 min，95℃、150 min，98℃、120 min，98 ℃、150 min，121 ℃、10 min，121 ℃、15 min，探討反應條件對產品感官評價的影響，確定最佳褐變條件。

接種發酵：按3%的接種量取充分活化的菌種，接種于冷卻至42～43℃的奶液中，充分攪拌均勻，放置恒溫培養箱發酵。

終止發酵：產品pH下降到4.5～4.6時終止發酵。

破乳冷卻：產品到達發酵終點時，將酸奶冷卻至20～25℃，在1 000 r/min條件下攪拌10 min破乳。

冷藏后熟：將發酵后酸奶置于4℃冰箱中靜置12～24 h進行后熟，即為成品。

1.3.2 復配穩定劑添加量的確定

由于長時間高溫處理，褐色飲用型酸奶的穩定性易受影響，出現色澤不均、乳清析出等現象，然而大部分消費者偏愛具有平滑奶油狀和組織豐滿的酸奶[14]，因此可通過添加食品穩定劑來改善酸奶的質地[15]，避免乳清析出等情況出現。黏度是反映酸奶質量好壞的重要指標之一[16-18]，不同黏度的產品在口感上有著較大差異，適宜的黏度及爽滑的口感會提高產品的感官評價。研究復配穩定劑（羧甲基纖維素鈉∶果膠∶黃原膠=3∶4∶1）添加量為0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%時對產品黏度、感官評價的影響，并做空白試驗，進而確定復配穩定劑適宜的添加量。

1.3.3 單因素試驗

分別設置發酵溫度為40℃、41℃、42℃、43℃、44℃，菌種添加量為2%、3%、4%、5%、6%，葡萄糖添加量為6%、7%、8%、9%、10%，發酵時間為5 h、6 h、7 h、8 h、9 h，采用單一變量控制法進行單因素試驗，考察各因素對產品感官評分的影響。

1.3.4 正交優化試驗

在單因素試驗的基礎上，以發酵溫度（A）、菌種添加量（B）、葡萄糖添加量（C）、發酵時間（D）為影響因素，以感官評價作為評價指標，選取3個較優水平，設計4因素3水平正交試驗，優化酸奶發酵工藝。

1.3.5 測定方法

感官評價：由10位具有食品專業背景的人員對酸奶色澤、爽滑度、黏稠度、滋味與香氣、酸甜度、整體接受性六個方面進行感官評價，滿分為100分，最終得分取其平均分。感官評分標準見表1。

表1 褐色飲用型酸奶感官評分標準Table 1 Sensory evaluation standards of brown drinking yoghurt

酸度測定：按照GB 5009.239—2016《食品中酸度的測定》中的酚酞指示劑法執行[19]；蛋白質的測定：按照GB 5009.5—2010《食品中蛋白質的測定》中的凱氏定氮法執行[20]；脂肪的測定：按照GB 5413.3—2010《嬰幼兒食品和乳品中脂肪的測定》中的蓋勃氏法執行[21]；酸奶黏度的測定采用黏度計進行測定；微生物指標的測定：按照GB 4789.18—2010《食品微生物學檢驗乳與乳制品檢驗》中的方法執行[22]。

2 結果與分析

2.1 褐變反應條件對產品感官評價的影響

美拉德反應過程中產生的類黑精等色素會隨反應的加深而增多，因此可通過美拉德反應產物的顏色變化判斷美拉德反應的程度，且在不同條件的熱處理下，其產生的風味物質也會存在差異[23]。根據表1中產品感官評分標準進行評價，感官評分結果見表2。

表2 褐變反應條件對產品感官評價的影響Table 2 Effect of Maillard browning reaction parameters on sensory evaluation of products

由表2可知，在相同溫度條件下，加熱時間越長，產品的褐變程度越深；溫度越高，褐變速率越快，反應越劇烈。在95℃反應條件下，產品的褐變程度與香氣都不理想；在98℃、150 min反應條件下產品褐色適中，焦糖香氣明顯，且口感細膩爽滑；在121℃反應溫度下，產品的組織狀態不佳，出現乳清析出、質地粗糙等現象，感官評分降低。由于熱處理會降低乳品的穩定性，導致這種穩定性降低的最主要原因是乳蛋白之間產生了復雜的相互作用，其中酪蛋白有較高的熱穩定性，其變性溫度為100℃，在低于100℃的溫度下進行熱處理不會影響酪蛋白的化學性質[24-25]，應避免過高強度的熱處理。因此選用98℃、150 min作為褐變條件。

2.2 復配穩定劑添加量對產品黏度及感官評價的影響

根據表1中產品感官評分標準進行感官評分，使用黏度計測得產品的黏度，結果見圖1。

由圖1可知，添加復配穩定劑后酸奶的黏度均比空白對照組有不同程度地提高，是由于穩定劑分散在水中可進行水合，其中氫鍵能將部分水分子結合，而穩定劑所形成的三維網絡同時可以固定其余的水分，減少游離水的含量[14]，產品凝乳狀態較好，乳清析出減少，產品具有醇厚的口感和黏稠的質地。當穩定劑添加量為0.20%時，產品感官評分最高，為83.2分，此時產品黏稠度適中，蛋白質沉淀較少，無乳清析出。因此，復配穩定劑最適添加量為0.20%。

圖1 復配穩定劑添加量對產品黏度和感官評價的影響Fig.1 Effect of complex stabilizer addition on viscosity and sensory evaluation of products

2.3 發酵溫度對產品感官評價的影響

由圖2可知，產品的感官評分隨發酵溫度增加而呈現先升高后降低的趨勢。當發酵溫度為43℃時，感官評分最高，為83.1分。當發酵溫度較低時，菌種產酸能力弱，產品凝乳狀態不穩定，口感欠佳；隨發酵溫度上升，產品組織狀態濃厚，質地均勻，口感更加爽滑細膩，酸奶風味濃郁；當發酵溫度較高時，由于保加利亞乳桿菌活力高于嗜熱鏈球菌，產酸能力強，導致凝乳加快，乳清析出，產品質地相對粗糙，導致感官評分下降。因此，最適發酵溫度為43℃。

圖2 發酵溫度對產品感官評價的影響Fig.2 Effect of fermentation temperature on sensory evaluation of products

2.4 菌種添加量對產品感官評價的影響

由圖3可知，隨菌種添加量的增加，感官評分先升高后降低。當菌種添加量為4%時，感官評分最高，為81.3分。菌種添加量為2%時，單位體積內活菌數量較少，產酸不足，凝乳狀態差，酸奶的組織狀態松散；隨菌種添加量增加，產品單位體積內活菌數量增加，產酸增多，質地濃厚均勻，酸甜比適中；當菌種添加量過多時，由于產酸偏高，酸奶中微小蛋白質亞膠體分子團改變，使得它們之間的親合連接作用減弱，膠體分子團聚集成的蛋白質網絡松散，持水力降低[26]，造成少量乳清析出，影響產品的外觀及口感，感官評分降低。因此，最適菌種添加量為4%。

圖3 菌種添加量對產品感官評價的影響Fig.3 Effect of strain inoculum on sensory evaluation of products

2.5 葡萄糖添加量對產品感官評價的影響

由圖4可知，隨葡萄糖添加量的增加，感官評分呈現先升高后降低的趨勢。當葡萄糖添加量為8%時，感官評分最高，為83.2分，此時產品口感酸甜適中，焦糖滋氣味濃郁。當葡萄糖添加量為6%時，產品酸甜比失調，酸奶氣味欠佳，口感較差；隨葡萄糖添加量的增加，產品酸甜比趨于平衡，香甜可口，風味濃郁；當葡萄糖的添加量過多時，產品口感偏甜，酸奶特征風味不足，感官評價較差。因此，最適葡萄糖添加量為8%。

圖4 葡萄糖添加量對產品感官評價的影響Fig.4 Effect of glucose addition on sensory evaluation of products

2.6 發酵時間對產品感官評價的影響

由圖5可知，產品的感官評分隨發酵時間的延長先升高后降低。當發酵時間為8 h時，產品感官評分最高，為85.2分，此時產品凝乳狀態較好，質地均勻，口感爽滑，特征滋氣味濃郁。當發酵時間＜8 h時，產品發酵不充分，產酸率較低，組織狀態不穩定，酸奶風味不佳；當發酵時間過長時，由于產酸過高，酸甜比失調，且生物分泌的蛋白水解酶作用增強，導致酸奶中微小蛋白質亞膠體分子團改變[27]，造成部分乳清析出，產品質地粗糙，感官評分降低。因此，最適發酵時間為8 h。

圖5 發酵溫度對產品感官評價的影響Fig.5 Effect of fermentation time on sensory evaluation of products

2.7 褐色飲用型酸奶發酵工藝正交優化試驗

根據單因素試驗結果，以發酵溫度（A）、菌種添加量（B）、葡萄糖添加量（C）、發酵時間（D）為影響因素，以感官評分作為評價指標，按照表3進行L9（34）正交優化試驗，對最終產品進行感官評價從而確定褐色飲用型酸奶的最佳生產工藝參數。正交試驗因素與水平見表3，結果與分析見表4。

表3 發酵工藝優化正交試驗因素與水平Table 3 Factors and levels of orthogonal experiments for fermentation technology optimization

表4 發酵工藝優化正交試驗結果與分析Table 4 Results and analysis of orthogonal experiments results for fermentation technology optimization

由表4可知，影響酸奶綜合感官評價的關鍵因素主次順序為D（發酵時間）＞C（葡萄糖添加量）＞A（發酵溫度）＞B（菌種添加量），即發酵時間影響最大，其次是葡萄糖添加量，再次是發酵溫度，最后是菌種添加量。根據表中極差分析可得出褐色飲用型酸奶的最佳工藝組合為A1B1C2D2，即發酵溫度為42℃，菌種添加量為3%，葡萄糖添加量為8%，發酵時間為8 h。

2.8 產品指標

2.8.1 感官評價

為驗證試驗結果的準確性，對最佳工藝組合A1B1C2D2進行3次平行試驗，得到其感官評分平均值為91.2分，且通過該工藝制備的產品褐色適中，質地均勻，無乳清析出，特征滋氣味明顯，酸甜適宜，黏稠度適當，口感爽滑細膩。

2.8.2 理化指標

以最佳工藝組合做3次平行試驗，酸度為86.5°T，蛋白質的含量為（2.54±0.26）%。

2.8.3 微生物指標

大腸桿菌＜5 MPN/100 mL，乳酸菌數≥107CFU/mL，致病菌未檢出，均符合國家相關標準。

3 結論

以脫脂奶粉、葡萄糖為主要原料，保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌（1∶1）為發酵劑，通過正交試驗和感官評價，確定了褐色飲用型酸奶的最佳工藝參數，即褐變條件為溫度98℃，時間150 min，復配穩定劑（羧甲基纖維素鈉∶果膠∶黃原膠=3∶4∶1）添加量0.20%，發酵溫度42 ℃，菌種添加量3%，葡萄糖添加量8%，發酵時間8h。經此工藝制備的褐色飲用型酸奶顏色適中，質地均勻，無分層，無乳清析出，具備特有焦糖香氣，酸甜適宜，黏稠度適當，口感爽滑細膩。褐色飲用型酸奶作為我國酸奶市場的新品種，必將擁有更加廣闊的發展前景。

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