米糠大豆酸奶發酵條件的優化

王勁松,徐 艷,朱德艷,易慶平,陳清嬋,魏曉暉

(1.荊楚理工學院,湖北荊門 448000;2.湖北金龍泉生物科技有限公司,湖北荊門 448000)

米糠中含有豐富的營養物質,如纖維素、半纖維素、維生素、脂肪及礦物質,其中蛋白質含量在14%～17%之間,被聯合國糧食及農業組織(FAO)列為未被充分利用的資源[1]。我國擁有年產2000萬噸米糠資源。目前,我國對米糠的綜合利用還僅限于加工飼料和米糠油生產等,對米糠的利用率僅為15%左右。

大豆蛋白質含量極為豐富,占大豆總質量的35.1%[2]。余尚學用黃豆漿為溶劑提取米糠中的蛋白和其它天然產物營養成分[3-4]。目前國內外研究米糠酸奶主要集中在利用米糠或米糠處理液與奶粉一起發酵生產酸奶,而沒有植物型米糠酸奶相關報道[5-12]。

本研究將穩定化米糠、黃豆漿以一定比例混合,用保加利亞乳桿菌(L.bulgaricus)和嗜熱鏈球菌(Str.themophilus)混合菌作為發酵劑,在適當條件下研制開發植物型米糠大豆酸奶,促進米糠營養素的溶出,增加酸奶的花色品種,提高米糠和大豆的經濟效用,滿足人們追求飲品營養、保健、安全的要求,其研究和開發具有一定的現實意義[13]。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

米糠 食品級,湖北金龍泉生物科技有限公司;大豆 食品級,湖北金龍泉生物科技有限公司;白糖 食品級,云南省元江縣金珂集團糖業有限公司;纖維素酶(酶活力10萬U/g) 食品級,和氏璧生物科技有限公司;海藻酸鈉 分析純,河南思遠生物科技有限公司;瓊脂粉 食品級,澄邁縣老城大富瓊脂廠;酚酞試劑 分析純,天津市福晨化學試劑廠;氫氧化鈉溶液(0.1 mol/L) 分析純,天津市福晨化學試劑廠;保加利亞桿菌+嗜熱鏈球菌(1∶1) 食品級,北京川秀國際貿易有限公司。

721型榨汁機、C21-SC001電磁爐 九陽股份有限公司;5000 mL膠磨機 上海壘固有限公司;JY-1002型電子天平 上海上天精密儀器有限公司;lB-10T/18T/32T型恒溫水浴鍋 上海亞榮生化儀器廠;50 mL堿式滴定管 南通市衛寧實驗器材有限公司;WY-1B07溫度計 寧波市鄞州偉業溫度計廠;TS-100C恒溫搖床 常州朗越儀器制造有限公司;D-519HAN冰柜 青島海爾股份有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 操作要點 穩定化米糠制備:新鮮米糠通過擠壓膨化機膨化后,用超微粉碎機粉碎達200目,使脂肪氧化酶完全失活,殺死大量微生物,且不破壞米糠的營養成分[14]。

黃豆漿溶液制備:取質量比1∶96清洗后的黃豆和純凈水[4],將黃豆放入純凈水中浸泡至重量增加一倍后磨漿,加熱至95 ℃并保持10 min,用120目的篩網過濾,冷卻至 40 ℃,備用[4,15]。

膠磨:取質量比為1∶2的米糠和黃豆漿溶液混合膠磨。

過濾:首先用沸水將紗布浸泡15 min,達到消毒效果,然后將紗布疊成4層進行過濾。

米糠酶解:上述濾液中添加占米糠干基重的2%纖維素酶,在溫度為55 ℃條件下水浴酶解米糠1.2 h[5],使米糠中不溶性纖維降解為可溶性片斷,得到米糠酶解液。

調配:向米糠酶解液中加入一定含量的穩定劑(海藻酸鈉+瓊脂)和8%的白砂糖,充分混合均勻[16-17]。

殺菌:采用95 ℃水浴高溫殺菌15 min,然后冷卻至40 ℃進行接種。

配比菌種:將產酸產香能力強、適應性好的保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌分別馴化,按1∶1混合成發酵劑后接種[18]。

活化:將米糠酶解液在50 ℃恒溫水浴15 min,然后加入菌種進行攪拌,放置30 min。

發酵:接種后的料液裝入酸奶瓶中,置于溫度為45 ℃恒溫搖床發酵4 h。然后取出置于 4 ℃的冰柜內放置8 h以上即可進行感官評定。

1.2.3 單因素實驗

1.2.3.1 米糠黃豆漿質量比對米糠大豆酸奶品質的影響 加入米糠黃豆漿的質量比分別為1/5、1/4、1/3、1/2、1/1,其余條件為:保加利亞桿菌+嗜熱鏈球菌(1∶1)接種量為0.1%,纖維素酶添加量(占米糠干基重)為2%,發酵時間為4 h,發酵溫度為45 ℃,蔗糖添加量為8%。

1.2.3.2 發酵溫度對米糠大豆酸奶品質的影響 經過滅菌、酶解、接種后發酵溫度分別按照30、35、40、45、50 ℃,其余條件為:米糠黃豆漿的質量比為1/2,保加利亞桿菌+嗜熱鏈球菌(1∶1)接種量為0.1%,纖維素酶添加量(占米糠干基重)為2%,發酵溫度為45 ℃,蔗糖添加量為8%,發酵時間為4 h。

1.2.3.3 發酵時間對米糠大豆酸奶品質的影響 經過滅菌、酶解、接種后發酵時間分別為3、4、5、6、7 h,其余條件為:米糠黃豆漿質量比為1∶2,保加利亞桿菌+嗜熱鏈球菌(1∶1)接種量為0.1%,纖維素酶添加量(占米糠干基重)為2%,發酵溫度為45 ℃,蔗糖添加量為8%。

1.2.3.4 穩定劑含量對米糠大豆酸奶品質的影響 經過滅菌、酶解、接種后加入穩定劑分別按照酶解液質量比的0.03%+0.03%,0.08%+0.08%,0.13%+0.13%,0.18%+0.18%,0.23%+0.23%的含量分別加入再進行殺菌,接種發酵,其余條件為:保加利亞桿菌+嗜熱鏈球菌(1∶1)接種量為0.1%,纖維素酶添加量為2%,蔗糖添加量為8%,發酵時間為4 h。

1.2.4 正交實驗 在單因素實驗的基礎上,以乳酸含量和感官評分為指標,對以上因子進行正交實驗,因素水平表見表1。

表1 正交實驗因素水平表Table 1 Orthogonal test factor level table

1.2.5 感官評定標準 評分法采用百分制,產品詳細感官評分標準見表2[19-20]。組織10名男女比例1∶1的品評員在飯后2～3 h對產品的色澤、風味、滋味、組織狀態進行評分,最后取平均值作為最終感官評分結果。

表2 感官評分標準Table 2 Sensory scoring criteria

1.2.6 理化指標測定 乳酸含量的測定:參照王永華《食品分析》乳酸含量的測定[21];總酸度測定:按GB 5413.34-2010《乳和乳制品酸度的測定》;微生物指標的測定:按GB 4789.18-2010《食品微生物檢驗乳與乳制品檢驗》中規定的方法測定。

1.3 數據統計分析

數據處理采用軟件Excel 2007進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 米糠黃豆漿質量比對米糠大豆酸奶感官品質和乳酸含量的影響

從圖1可知,在一定范圍內隨米糠添加量的增大,酸奶的酸度會有一定的上升,這主要由于其中能被乳酸菌利用的有效成分含量增加,促進乳酸菌迅速增長,因此酸奶的酸度有上升的趨勢;當米糠與黃豆漿質量比大于1/2時,酸奶的酸度開始下降,這主要因為隨米糠的增大,乳中固形物質含量也隨之增加,發酵基質中水分活度明顯降低,從而影響菌體的生長和產酸能力[22]。綜合米糠添加量對成品酸奶的感官品質的影響,確定米糠與黃豆漿質量比為1/2時比較適宜。

圖1 米糠黃豆漿質量比對米糠大豆酸奶感官品質和乳酸含量的影響Fig.1 The effect of the ratio of rice bran to soybean milk on the sensory quality and the content of lactic acid of yogurt with rice bran and soybean

2.2 發酵溫度對米糠大豆酸奶感官品質和乳酸含量的影響

由圖2可知,在一定發酵溫度范圍內,溫度越高,乳酸含量越高,但感官評分先升高,當溫度超過45 ℃后開始下降。這是因為溫度過高會掩蓋酸奶中米糠大豆的香味,同時發酵溫度過高會導致酸化過快,不利于風味物質形成,影響口感;溫度過低,發酵不完全,酸度不夠。綜上所述,選擇發酵溫度為45 ℃比較合理。

圖2 發酵溫度對米糠大豆酸奶感官品質和乳酸含量的影響Fig.2 The effect of fermentation temperature on the sensory quality and the content of lactic acid of yogurt with rice bran and soybean

2.3 發酵時間對米糠大豆酸奶感官品質和乳酸含量的影響

由圖3可知,乳酸含量和感官評分均先升高后降低,在發酵時間為5 h時,感官評定分和乳酸含量達到最高值。因為發酵時間越長,乳酸菌產生越多,發酵越充分,感官評分越高;如果發酵時間大于5 h,會影響酸奶的風味,導致感官評分下降,故選取5 h為最適宜發酵時間。

圖3 發酵時間對米糠大豆酸奶感官品質和乳酸含量的影響Fig.3 The effect of fermentation time on the sensory quality and the content of lactic acid of yogurt with rice bran and soybean

2.4 穩定劑含量對米糠大豆酸奶感官品質和乳酸含量的影響

由圖4可知,海藻酸鈉加瓊脂粉添加量為0.18%+0.18%時,感官評定分數最高,為85.93,且乳酸含量也最高,為46.39。乳酸先升高后降低的原因可能是:穩定劑在一定范圍內越多,對整個酸奶的凝乳狀態越好,感官評分越高;到達最高點后開始下降的原因:穩定劑過多不僅影響風味,還會對人體產生一定的傷害[23]。從單因素實驗結果來看,海藻酸鈉加瓊脂粉為0.18%+0.18%最為適合。

圖4 穩定劑含量對米糠大豆酸奶感官品質和乳酸含量的影響Fig.4 The effect of stabilizer content on the sensory quality and the content of lactic acid of yogurt with rice bran and soybean

2.5 正交實驗

比較表3的極差大小可知,各因素影響發酵酸奶品質的主次順序為:B>A>D>C，即米糠酸奶發酵時間>發酵溫度>料液比>穩定劑含量。對此次正交實驗結果進行直觀分析,得到優化組合為A2B3C2D3。根據表3可以看出發酵時間為本實驗的顯著性因素,說明在實驗過程中此因素對實驗起主導因素,同時考慮到發酵溫度、質量比越低,乳酸菌在發酵過程中不易形成生長優勢,酸奶易污染雜菌;穩定劑含量越少,酸奶的凝乳狀態越差,感官評分越低。因此,米糠大豆酸奶制品主發酵期的優化工藝條件是:米糠與黃豆漿質量比為1/2,穩定劑為0.13%的海藻酸鈉與0.13%的瓊脂,發酵溫度為45 ℃,發酵時間為5 h。

表3 正交實驗結果Table 3 Orthogonal test results

2.6 驗證實驗

根據正交實驗結果,按照最佳發酵條件組合A2B3C2D3,即米糠與黃豆漿質量比為1/2,穩定劑為0.13%的海藻酸鈉與0.13%的瓊脂,發酵溫度為45 ℃,發酵時間為5 h;進行三次重復性實驗,結果感官評分為93.83,乳酸含量為58.28 μg/mL。可見,最佳發酵工藝條件生產的米糠大豆酸奶具有良好的感官性狀品質和較高的乳酸含量。

2.7 發酵乳產品質量指標

2.7.1 感官指標 均勻乳白色,有香郁米糠豆奶味,無異味,凝乳細膩爽滑,組織形態呈固態,無明顯乳清析出。

2.7.2 理化及微生物指標 表4可知,按照最佳工藝實驗確定的配方和工藝過程,研發的米糠大豆酸奶各項理化指標符合GB19302-2010《食品安全國家標準發酵乳》要求。

表4 米糠大豆酸奶理化及微生物指標檢測結果Table 4 Physicochemical and microbiological indexes test results of yogurt with rice bran and soybean

3 結論

本實驗以米糠和大豆為原料,研究了米糠大豆酸奶在不同因素條件下的生產工藝,通過單因素和正交實驗,得出米糠大豆酸奶的最佳生產工藝:米糠與黃豆漿質量比為1/2,穩定劑為0.13%的海藻酸鈉與0.13%的瓊脂,發酵溫度為45 ℃,發酵時間為5 h,在此條件下,發酵效果最好,得到的酸奶為乳白色,色澤均勻一致,有香郁米糠豆奶味,無異味,凝乳細膩爽滑,呈固態,表面無明顯乳清析出,并且含有較高的乳酸(58.28 μg/mL)和豐富的蛋白質(3.67 g/100 g),其蛋白質含量遠遠超過國家標準2.3 g/100 g,是一種高植物蛋白酸奶。該產品含有米糠及其他重要天然營養成分,這樣的研制不僅可以發揮米糠、大豆和酸奶的多種營養保健作用,也為米糠的開發利用提供了新的途徑,從而提高了米糠的經濟效用值。

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