炭燒慈梨酸奶的研制

楊 爽，王曉倩，單 靜，姜竹茂*，徐 舸

（煙臺大學 生命科學學院，山東 煙臺 264005）

慈梨（Pyrus pyrifolia）因其原產地在山東省萊陽市又名萊陽梨，其肉質清脆香甜，富含還原糖和微量元素，是人們喜食的一種水果[1]。現代醫學研究證明[2]，梨有緩解鉛中毒的功效。

炭燒酸奶又稱褐色酸奶，是近幾年新興的酸奶品種，與傳統酸奶相比，炭燒酸奶的色澤和風味主要源自美拉德反應。原料乳在高溫條件下處理一定時間，乳中的蛋白質和還原糖（乳糖或其他外源性單糖）之間發生羰氨反應，生成種類繁多的小分子揮發性化合物和大分子褐色產物，使其具有特殊的焦糖氣味和褐色色澤[3-4]。褐色酸奶作為一種新型的酸奶飲品，深受消費者的喜愛，但目前國內外缺少對其系統地研究。韓千慧等[5]對褐色酸奶的品質進行了評價，發現與普通酸奶相比，褐色酸奶具有酸味弱，硬度、稠度、凝聚性、表觀黏度和黏度均顯著偏小的特點。張俊山[6]以葡萄糖、果糖、果葡糖漿作為篩選的還原糖，分別與牛奶在不同的溫度和添加量的條件下進行褐變反應，發現葡萄糖的褐變反應較好。張晟等[7]通過在原料奶中添加葡萄糖，以及經高溫（97.3℃）加熱一定時間（4.1 h）后，可加工出消費者可接受顏色和風味的褐色酸奶，與普通酸奶相比，加熱后，有害物質5-羥甲基糠醛增大，但仍在安全限量范圍，有效賴氨酸和蛋白質消化率均下降，但顯著提升了風味。其他指標則無顯著變化。目前具有果汁添加的褐色酸奶鮮有研究。本研究以慈梨濃縮汁和脫脂奶粉為原料研制炭燒慈梨飲用型酸奶，利用慈梨濃縮汁中的還原糖和脫脂乳中的蛋白質發生美拉德反應，并添加低聚果糖增強其保健功能和口感，通過單因素試驗和響應面法確定產品的最佳工藝，研制一種既有慈梨香氣又有炭燒風味的新型酸奶，不僅可以豐富酸奶的營養成分，為慈梨的深加工提供新的途徑，還能為中國乳制品市場的發展提供新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 原料和菌株

脫脂奶粉（水分3.8%，蛋白質32.9%）：新西蘭恒天然集團；慈梨濃縮汁（還原糖含量59.57 g/100 g）：山東一品堂實業有限公司；低聚果糖：云浮市新金山生物科技有限公司；保加利亞乳桿菌（Lactobacillus bulgaricus）、嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophiles）：河北一然生物科技有限公司。

1.1.2 化學試劑

鹽酸、硫酸銅、亞甲藍、酒石酸鉀鈉、氫氧化鈉、乙酸鋅、冰乙酸、亞鐵氰化鉀（均為分析純）：國藥集團化學試劑有限公司。

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；NH300高品質便攜式電腦色差儀：深圳市三恩時科技有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 炭燒慈梨酸奶加工工藝流程

1.3.2 炭燒慈梨酸奶工藝操作要點

復原脫脂乳制備：將脫脂奶粉加入65℃純凈水中充分溶解，復原脫脂乳固形物含量為12%，添加慈梨濃縮汁。

均質：在溫度為60～65℃，壓力為20 MPa條件下對復原脫脂乳進行均質。褐變處理：將復原乳放入98℃[8]的水浴中褐變處理。冷卻、添加低聚果糖：定量稱取低聚果糖，添加到冷卻至40℃的復原脫脂乳中，充分攪拌溶解。

接種發酵：將保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌（1∶1）混合菌種，接種于上述復原脫脂乳中，充分攪拌后，在42℃條件下發酵。

終止發酵：當pH下降至4.5～4.6時終止發酵。

冷藏后熟：將發酵結束后酸奶置于4℃冰箱中靜置12～24 h后熟，即得炭燒慈酸奶。

1.3.3 炭燒慈梨酸奶工藝優化

（1）發酵條件優化單因素試驗：設置慈梨濃縮汁添加量分別為5.5%、6.0%、6.5%、7.0%、7.5%、8.0%，褐變時間分別為90 min、105 min、120 min、135 min、150 min，接種量分別為1%、2%、3%、4%、5%、6%，發酵時間分別為6.0 h、6.5 h、7.0 h、7.5 h、8.0 h、8.5 h，低聚果糖添加量分別為0.4%、0.8%、1.2%、1.6%、2.0%、2.4%，采用單一變量的方法，考察各因素對炭燒慈梨酸奶的感官品質的影響。

（2）發酵條件優化響應面試驗：在單因素試驗結果的基礎上，利用Box-Behnken試驗設計原理[9-11]，選擇接種量（A）、發酵時間（B）、低聚果糖添加量（C）為影響因素，以感官評分（Y）作為響應值，利用Design-Expert8.0.6軟件對試驗數據進行處理，從而確定最優的炭燒慈梨酸奶發酵工藝，試驗因素與水平見表1。

表1 炭燒慈梨酸奶發酵條件優化Box-Behnken試驗設計因素與水平Table 1 Factors and levels of Box-Behnken experiments design for charcoal Cipear yogurt fermentation conditions optimization

1.3.5 炭燒慈梨飲用型酸奶的評測方法[12]

（1）感官評測：隨機選定10名（男女各半）有經驗的品評員組成的感官評分小組，根據產品香味、組織狀態、滋味和口感4項指標對炭燒慈梨酸奶進行感官評價，采用加權平均法對產品的感官品質進行綜合評定，感官評分滿分為100分，各項指標所占分值及評定標準如表2所示。

表2 炭燒慈梨酸奶感官評分標準Table 2 Sensory evaluation standards of charcoal Cipear yogurt

（2）指標測定

色差分析：采用色差計定量測定顏色的變化。用標準白板對色差計進行校準后，在比色皿內取適量的褐變后的原料乳，在同樣的光源下測量樣品的L*值、a*值、b*值，每個樣品測定3次，取平均值。其中L*值為亮度、a*值為紅/綠、b*值為黃/藍，最后計算色差ΔE*值[13]。酸度：根據GB 5009.239—2016《食品中酸度的測定》中的酚酞指示劑法[14]；蛋白質含量：根據GB 5009.5—2016《食品中蛋白質的測定》中的凱氏定氮法[15]；脂肪含量：根據GB5009.6—2016《食品中脂肪的測定》中的蓋勃氏法[16]；黏度：采用黏度計測定；微生物：根據GB 4789.18—2016《食品微生物學檢驗》[17]。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 慈梨濃縮汁添加量對炭燒慈梨酸奶感官評分及酸度的影響

圖1 慈梨濃縮汁添加量對炭燒慈梨酸奶感官品質及酸度的影響Fig.1 Effect of Cipear concentrate juice addition on sensory quality and acidity of charcoal Cipear yogurt

由圖1可知，慈梨濃縮汁添加量＜6.5%之前，酸奶的顏色變化不明顯，原因是慈梨濃縮汁添加量較低時，其還原糖含量較低，美拉德反應不明顯[18]。當慈梨濃縮汁添加量＞6.5%之后，隨著慈梨濃縮汁添加量增加，感官評分降低。原因是隨著慈梨濃縮汁添加量的增加，褐變顏色不斷加深，且酸奶組織狀態不穩定，由于蛋白質在等電點附近時，分子之間缺乏靜電排斥力，不利于形成穩定的乳狀液[19-20]。因而確定慈梨濃縮汁的添加量為6.5%，此時得到的酸奶褐變顏色適中，組織狀態均勻穩定，且有濃郁的慈梨風味，感官評分為92.1分。

2.1.2 褐變時間對炭燒慈梨酸奶感官評分及色差的影響

不同復原脫脂乳褐變時間對炭燒慈梨酸奶感官評分和酸奶色度的影響結果見表3。由表3可知，隨著褐變時間的增加，原料乳的L*值逐漸降低，原料乳的顏色逐漸加深；a*值逐漸上升，紅色越來越明顯；b*值到105 min時基本保持不變，表明隨著褐變時間的增加，黃藍值變化不大。總色差在褐變90 min后有較明顯的變化，色澤變化可以由肉眼直接觀察到，每15 min后測一次色差，得知在120 min時色差較大，其余每15 min測得的奶液沒有明顯的顏色變化。感官評分隨著褐變時間的增加，呈現先升高后降低的趨勢，在褐變時間為120 min時，感官評分最高，為92.13分。因此，最佳褐變時間為120 min。

表3 褐變時間對炭燒慈梨酸奶顏色及感官品質的影響Table 3 Effect of browning time on color and sensory quality of charcoal Cipear yogurt

2.1.3 接種量對炭燒慈梨酸奶感官評分及酸度的影響

圖2 接種量對炭燒慈梨酸奶感官評分及酸度的影響Fig.2 Effect of inoculum on sensory evaluation and acidity of charcoal Cipear yogurt

由圖2可知，當接種量為3%時，感官評分最高，為88.2分。當接種量＜3%之前，由于酸奶中菌種的數量少，一定的發酵時間內產酸不足，導致酸奶凝乳不均勻，口感較差。當接種量＞3%之后，隨著接種量不斷增加，酸奶中活菌數不斷增加，產酸增多，凝乳狀態逐漸變好。但當接種量過高時，產酸過多，導致酸奶中微小蛋白質亞膠分子團穩定狀態被改變，不易形成穩定的乳狀液[19]。因此，最佳接種量為3%，此時酸奶的凝乳狀態較好、口感細膩，且酸甜適中。

2.1.4 發酵時間對炭燒慈梨酸奶感官評分及酸度的影響

圖3 發酵時間對炭燒慈梨酸奶感官評分及酸度的影響Fig.3 Effect of fermentation time on sensory evaluation and acidity of charcoal Cipear yogurt

由圖3可知，當發酵時間為7.0 h，酸奶的感官評分最高，為88.7分，此時，炭燒慈梨飲用型酸奶凝乳均勻，且酸奶質地細膩，口感較好。發酵時間＜7.0 h之前，發酵的酸奶由于發酵時間短，菌種產酸不足，導致酸奶較稀，凝乳不好。隨著發酵時間的延長，酸奶的酸度升高，酸奶中原有的聚集體發生改變，最終形成以酪蛋白膠粒為基礎的凝膠狀態[20]。發酵時間＞7.0 h之后，發酵酸奶由于發酵時間過長，產酸過多，導致酸奶的組織狀態不好，并且出現了凝塊的現象。因此，確定酸奶的發酵時間為7.0 h。

2.1.5 低聚果糖添加量對炭燒慈梨酸奶感官評分及酸度的影響

圖4 低聚果糖添加量對炭燒慈梨酸奶感官評分及酸度的影響Fig.4 Effect of fructo-oligosaccharide addition on sensory evaluation and acidity of charcoal Cipear yogurt

由圖4可知，當低聚果糖添加量為1.2%時，酸奶的感官評分最高，為88.3分。此時，酸奶的凝結度適中，甜度適宜，且口感順滑適口。當低聚果糖的添加量＜1.2%之前，酸奶的凝結度較低，且甜度較低。當低聚果糖的添加量＞1.2%之后，酸奶過于黏稠，且甜度過高。因此，最佳低聚果糖添加量為1.2%。

2.2 響應面試驗結果及分析

在單因素試驗的基礎上，以接種量（A）、發酵時間（B）、低聚果糖添加量（C）為影響因素，以感官評分（Y）作為響應值，利用Design-Expert8.0.6軟件對試驗數據進行處理，從而確定炭燒慈梨酸奶的最優工藝。試驗設計及結果見表4，方差分析見表5。

表4 炭燒慈梨酸奶發酵條件優化Box-Behnken試驗設計及結果Table 4 Design and results of Box-Behnken experiments for charcoal Cipear yogurt fermentation conditions optimization

表5 回歸模型方差分析Table 5 Variance analysis of regression model

利用Design Expert8.06軟件對表4結果進行回歸方程擬合，得到炭燒慈梨酸奶的響應面回歸方程：Y=88.19+7.93A+4.02B-1.82C-3.04AB-1.15AC+3.98BC-8.80A2-1.46B2-8.42C2。

由表5可知，當模型F=33.88時，P＜0.000 1，說明該模型是極顯著的，當失擬項F=4.31時，P=0.096 1＞0.05，說明模型的失擬項不顯著。決定系數R2=0.977 6，校正決定系數R2Adj=0.948 7，表示感官評分的實際值和預測值之間有較好的擬合度，因而證明該模型能夠很好的對炭燒慈梨酸奶工藝進行分析和預測。該模型中的一次項A、B，交互項AB、BC與二次項A2、C2對結果影響極顯著（P＜0.01），一次項C對結果影響顯著（P＜0.05），其他項對結果影響不顯著（P＞0.05）。影響炭燒慈梨酸奶品質的主次順序為接種量＞發酵時間＞低聚果糖添加量。

利用Design-Expert軟件對回歸方程進行運算，分別做出兩個交互項之間的響應面及等高線，結果見圖5。由圖5可知，接種量和發酵時間交互作用對感官評分的影響顯著；低聚果糖添加量和接種量交互作用對感官評分的影響不顯著；發酵時間和低聚果糖添加量對感官評分的影響顯著，發酵時間為6～7.21 h時，隨著發酵時間的延長，感官評分快速增長，但當發酵時間過長時，菌種產酸過多導致酸奶黏度增大，進而影響炭燒慈梨酸奶的口感和質地，低聚果糖添加量為0.80%～0.98%時，隨著添加量的增加，感官評分迅速增加，但當低聚果糖添加量過多時，酸奶過于黏稠，炭燒慈梨酸奶感官評分降低。

通過Design-Expert軟件對已建立的回歸方程進行優化分析，可得到最佳發酵工藝條件為接種量3%、發酵時間7.21 h、低聚果糖添加量0.98%。在此條件下，炭燒慈梨酸奶的感官評分預測值為88.0分。為了便于實際操作，將工藝條件修正為接種量為3%、發酵時間7.5 h、低聚果糖添加量為1%。在此最優發酵工藝條件下進行3次平行試驗，感官評分實際值為91.8分，與模型預測值（88.0分）較一致，說明該模型可行。

圖5 各因素交互作用對炭燒慈梨酸奶感官品質影響的響應面和等高線Fig.5 Response surface plots and contour line of effects of interaction between each factors on sensory quality of charcoal Cipear yogurt

2.3 炭燒慈梨酸奶質量評價

2.3.1 感官指標

炭燒慈梨酸奶組織狀態良好，具備特有焦糖香氣和慈梨風味、酸甜適宜、黏稠度適當，具有較好的口感，感官評分的平均值為91.8分。

2.3.2 理化指標

炭燒慈梨酸奶色差為2.19，酸度為84°T，蛋白質含量為2.6%，黏度為1 822.67 mPa·s，理化指標均符合國家相關標準。

2.3.3 微生物指標

大腸桿菌含量＜5 MPN/100 mL，活菌數＞107CFU/mL，致病菌未檢出，微生物指標均符合國家相關標準。

3 結論

以脫脂奶粉、濃縮梨汁為主要原材料，保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌（1∶1）為發酵劑，添加低聚果糖增強其保健功能和口感。以感官評價和色差分析作為評價標準，通過單因素試驗和響應面法確定炭燒慈梨飲用型酸奶的工藝。最后，確定了炭燒慈梨飲用型酸奶的最佳工藝條件：褐變條件98℃、120 min，接種量3%，濃縮梨汁的添加量6.5%，發酵時間7.5 h、低聚果糖添加量1%。在此優化發酵工藝條件下，炭燒慈梨飲用型酸奶顏色適中，質地均勻細膩，無乳清析出，具備特有焦糖香氣和慈梨風味。