石榴風味酸奶的研制

孟玉昆,高冬臘,吳 斌,何永盛,張春疆,張勝福,劉 瑩,王偉華,*

(1.塔里木大學生命科學學院,新疆阿拉爾 843300;2.新疆農業科學院農產品貯藏加工所,新疆烏魯木齊 830001;3.精益和泰質量檢測股份有限公司,廣東廣州 510700;4.阿拉爾新農乳業有限責任公司,新疆阿拉爾 843300)

隨著我國小康社會的逐漸建成,當今社會人們對酸奶的口感、風味、營養價值等有了新的要求,因此具有保健功能的酸奶成了大眾“愛不釋口”的飯后甜點和日常飲品[1-4]。國內的一些相關研究,通過對功能性酸奶市場前景分析,結合現代營養學、中醫學、微生態學和現代乳品加工技術,研究了復合功能性酸奶的功能特性[5-7]。錢志偉等[8]以山藥漿、香蕉粉為配料研制的山藥香蕉風味酸奶,具備了山藥、香蕉的抗氧化、降血糖等藥用價值;黃麗等[9]以百香果、胡蘿卜為主要原料研制的復合型酸奶兼具了胡蘿卜和百香果改善人體腸胃吸收率、防癌降低膽固醇的保健作用;陳紅惠等[10]以玫瑰和銀耳為主料研制的風味酸奶具有美容養顏的功效;林少華等[11]研制的草莓風味酸奶預拌干混粉為酸奶粉的生產提供了新的方法,極大地促進了酸奶粉在風味功能性酸奶中的應用。國外學者對復合功能性酸奶進行了研究,得出功能性酸奶具有營養價值高、降低膽固醇、預防動脈硬化等結論[12-15]。

巴旦木和石榴是新疆的特色干果和水果的代表之一,巴旦木含有豐富的維持人體正常代謝所需要的蛋白質、膳食纖維、不飽和脂肪酸等營養物質,不含膽固醇[16-17]。巴旦木入藥可以輔助治療多種疾病,同時也是良好的健身滋補品[18-19]。大籽甜石榴在新疆喀什(葉城縣)、和田地區廣泛種植,其營養價值極高,具有補充礦物質、減少膽固醇和油脂的累積、預防和抵抗動脈粥樣硬化以及降低高血壓發病率的功能[20-21],同時還具有抗氧化[22-24]、降低糖尿病患病風險[25-26]、抑制某些癌癥發生的效果[27]。巴旦木和石榴雖然是新疆水果和干果的特色代表,且種植面積較大,但是除鮮食外,在其他深加工產品開發方面應用較少,資源和價值沒有充分體現出來。因此,本研究以新疆喀什地區的石榴和巴旦木為主要輔料,考察石榴汁添加量、巴旦木乳添加量、蔗糖添加量、發酵劑接種量、發酵時間等單因素對石榴風味酸奶品質的影響,并在此基礎上找出影響最大的因素進行響應面分析,以感官評分為指標,最終獲得巴旦木、石榴風味酸奶的最佳配方。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紅石榴、巴旦木(新鮮、無病蟲害) 購自塔里木超市;巴氏滅菌乳、635復合穩定劑 阿拉爾新農乳業有限責任公司;蔗糖(白砂糖) 購自塔里木超市;嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌混合菌粉 阿拉爾新農乳業有限責任公司微生物試驗室保存;MRS培養基、MC培養基、結晶紫中性紅膽鹽瓊脂 北京陸橋技術股份有限公司。

DL-336榨汁機 廣州聯動公司;ZL-150高速多功能粉碎機 泰州金誠公司;JTM-50立式膠體磨 溫州龍灣華威機械公司;SRH60-70高壓均質機 上海申鹿公司;BPG-9240A精密鼓風干燥箱 上海一恒公司;YC-12遠紅外線食品烘爐 上海燁昌公司;BPH-9042精密恒溫培養箱 上海一恒科公司;LRH-250生化培養箱 上海重逢公司;YXQ-LS-100SII高壓滅菌鍋 上海楚柏公司;6006-3335FOSS消化爐 福斯華(北京)公司;Kjeltec8400自動凱氏定氮儀 福斯華(北京)公司;SuperVario-N蓋勃離心機 南京銘奧公司;ME1002E電子天平 梅特勒-托利多公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 石榴汁的制備工藝及操作要點

1.2.1.1 工藝流程 新鮮優質紅石榴→清水洗滌→剝皮→去籽→榨汁→加酸護色→過濾→加熱滅酶→酶解澄清→冷藏備用

1.2.1.2 操作要點 原料選取及預處理:選擇成熟度良好、果實豐滿、新鮮度好、無病蟲害、無破損的優質石榴,經漂洗、剝皮、去籽等預處理。

護色:為了避免石榴汁在加工過程中發生氧化變色,通常加入0.1%檸檬酸作為護色劑,以減少石榴顏色的變化和多酚類化合物的損失,使石榴保持原有的色澤、食用價值和營養價值。

過濾:先用兩層紗布對石榴汁進行粗濾,除去果渣,再用四層紗布進行細濾。

滅酶:將過濾好的石榴汁清液迅速加熱至90 ℃,恒溫10 min進行滅酶處理后立即冷卻至室溫。避免多酚氧化酶及其他生物酶與空氣作用而引起的色澤、風味的變化及營養物質的流失。

澄清:加0.1%果膠酶于石榴汁中,在53 ℃溫度下處理4 h,使石榴汁的汁液澄清,色澤亮麗,體系穩定。取澄清完全的上清液備用。

1.2.2 巴旦木乳的制作流程及操作關鍵點

1.2.2.1 工藝流程 原味巴旦木→剝殼→浸泡去皮→熱風干燥→焙烤出味→粉碎→打漿→過膠體磨→冷藏備用

1.2.2.2 操作要點 烘干:去皮后于70 ℃熱風干燥箱中烘烤10 min,使表面水分蒸發。

焙烤出味:將烘干后的巴旦木在100 ℃的電熱烤箱中烘烤15 min,使表面出現淡黃色,同時具有濃郁的巴旦木味。

粉碎:將烤好的巴旦木先進行手工粗碎,再用粉碎機打成細小粉末狀,注意粉碎時間控制在2 min以內,防止摩擦產熱而出油。

打漿:選用加水量為原料量的3倍,用打漿機進行打漿,采用二次打漿法,水溫為60 ℃。

過膠體磨:打漿后的巴旦木乳在60 ℃下過膠體磨,過完膠體磨的巴旦木乳顏色更白,口感更細膩柔順,風味更濃郁良好。

殺菌:在90 ℃滅菌10 min,得成品冷藏備用。

1.2.3 發酵劑制備 選擇低溫(0～4 ℃)保存的發酵性能優良的保加利亞乳桿菌和嗜熱乳鏈球菌混合菌粉(混合比為1∶1)2%接入滅菌鮮乳中,在42 ℃溫度下恒溫培養4～5 h,當凝乳酸度達到70～75 °T時,停止培養迅速冷卻后置于4 ℃冰箱中保存。總共活化3次后,使發酵劑達到正常代謝活力,制得母發酵劑混合菌粉冷藏備用。

1.2.4 酸奶發酵工藝

1.2.4.1 工藝流程 巴氏殺菌乳預熱→配料→攪拌溶解→均質→滅菌→冷卻接發酵劑→發酵→冷藏后熟→石榴風味酸奶

1.2.4.2 操作要點 巴氏殺菌乳:無凝塊、無沉淀、無正常視力可見異物;具有乳固有的奶香味,無異味;色澤均勻亮麗呈乳白色;蛋白質含量不低于2.9%,脂肪含量不低于3.1%,酸度在12～18 °T。

配料:將稱量好的糖、635復合穩定劑、巴旦木乳、石榴汁等加入已經預熱至65～70 ℃的牛乳中連續攪拌20 min,使其充分混勻溶解無懸浮或沉淀顆粒形成。

均質:將物料放入高壓均質機進行均質,參數設定:溫度65 ℃,壓力56 MPa,次數1次。

殺菌:均質后的物料密封后迅速升溫至95～100 ℃,保溫5～10 min進行殺菌處理。

冷卻接發酵劑:殺菌后的物料用冰浴迅速冷卻至42～43 ℃后,在無菌操作臺加入一定已經擴培好的混合菌粉,貼好標簽,擰緊瓶蓋,使發酵劑溶解混勻。

恒溫發酵:擰松瓶蓋,均勻放于42 ℃的恒溫培養箱中發酵一定時間至凝乳形成,取出后立即冷卻至14～20 ℃,終止發酵。

后熟:冷卻后將產品放入冰箱,在溫度為0～4 ℃條件下,放置16 h。

1.2.5 單因素實驗

1.2.5.1 石榴汁添加量對石榴風味酸奶品質的影響 在發酵溫度42 ℃、發酵時間4 h,添加7%蔗糖、0.27%復合穩定劑、4%巴旦木乳,接種量3%條件下,考察石榴汁添加量分別為1%、3%、5%、7%、9%對酸奶品質的影響,進行感官評定。

1.2.5.2 巴旦木乳添加量對石榴風味酸奶品質的影響 在發酵溫度42 ℃、發酵時間4 h,添加7%蔗糖、0.27%復合穩定劑、5%石榴汁,接種量3%條件下,考察巴旦木乳添加量分別為2%、3%、4%、5%、6%對酸奶品質的影響,進行感官評定。

1.2.5.3 蔗糖添加量對石榴風味酸奶品質的影響 在發酵溫度42 ℃、發酵時間4 h,添加0.27%復合穩定劑、5%石榴汁、4%巴旦木乳,接種量3%條件下,考察蔗糖添加量分別為5%、6%、7%、8%、9%對酸奶品質的影響,進行感官評定。

1.2.5.4 發酵時間對石榴風味酸奶品質的影響 在發酵溫度42 ℃,添加7%的蔗糖、0.27%復合穩定劑、5%石榴汁、4%巴旦木乳,接種量3%條件下,考察發酵時間分別為2、3、4、5、6 h對酸奶品質的影響,進行感官評定。

1.2.5.5 發酵劑接種量對石榴風味酸奶品質的影響 在發酵溫度42 ℃、發酵時間4 h,添加7%蔗糖、0.27%復合穩定劑、5%石榴汁、4%巴旦木乳的條件下,考察發酵劑接種量分別為1%、2%、3%、4%、5%對酸奶品質的影響,進行感官評定。

1.2.6 響應曲面試驗設計 以Box-Behnken設計方法為依據,在單因素實驗的基礎上,巴旦木乳的添加量為4%,對影響石榴風味酸奶品質的四個主要因素:石榴汁(A)、蔗糖量(B)、發酵劑接種量(C)、發酵時間(D),分別以-1、0、1進行水平編碼,以試驗所得對石榴風味酸奶的感官評分值為因變量值(Y),如表1所示[28]。

表1 響應面設計因素及水平編碼Table 1 Factors and levels coding of response surface design

1.2.7 感官評分標準 選10名感官評定人員,其中2名中學生、4名大學生、2名上班族、2名中老年人,男女比例為1∶1。主要從石榴風味酸奶的組織狀態、色澤、口感和風味等四個指標進行感官評分[29]。具體評分標準見表2。

表2 石榴風味酸奶感官評分標準(分)Table 2 Sensory scoring criteria of pomegranate flavor yogurt(score)

1.2.8 微生物及理化指標檢測 對影響酸奶營養價值和安全性的主要指標進行檢測,酸度根據GB 5009.239-2016中的第一法酚酞指示劑法測定,測定結果以吉爾涅爾度(°T)表示。蛋白質采用GB 5009.5-2016中的自動凱氏定氮儀法測定。脂肪依據GB 5009.6-2016中的第四法蓋勃氏法測定。總固體根據GB 5413.39-2010恒重測定。大腸菌群數根據GB 4789.3-2016中的第二法大腸菌群平板計數法檢測。乳酸菌數根據GB 4789.35-2016采用稀釋平板菌落計數法檢測。

1.3 數據處理

單因素實驗數據采用SPSS 17.0軟件進行統計分析,響應面分析結果用Design Expert V8.0.6進行分析,所有試驗均安排3次重復。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果與分析

2.1.1 石榴汁添加量對酸奶感官評分的影響 由圖1可知,當其他因素一定時,隨著石榴汁添加量的逐漸增加,感官評分先增大后減小,當石榴汁添加量為5%時,石榴風味酸奶的感官評分最高。石榴汁添加量太少則無石榴風味,添加量大會影響酸奶的體系穩定,導致酸奶酸度過高,凝乳效果不好,因此確定石榴汁的添加量5%為最佳水平。

圖1 石榴汁添加量對酸奶感官評分的影響Fig.1 Effect of pomegranate juice additionon sensory score of yogurt

2.1.2 巴旦木乳添加量對酸奶感官評分的影響 由圖2可知,在其他因素一定的條件下,當巴旦木乳添加量增大時,石榴風味酸奶的感官評分逐漸增大;當巴旦木乳添加量增加到4%時,感官評分最高;當巴旦木添加量再增大時,感官評分逐漸減小。巴旦木含有豐富的脂肪、蛋白質、碳水化合物等營養物質,可以增加酸奶總固形物的含量,提高酸奶的體系穩定性、口感、風味以及營養價值。巴旦木乳添加量過少則影響酸奶的組織狀態,過多則會掩蓋石榴的風味,因此確定最佳的巴旦木乳添加量為4%。從圖2可以看出,巴旦木乳添加量從2%增加到4%,石榴風味酸奶的感官評分從77.9分增加到84.2分,當巴旦木乳添加量增加到6%時,感官評分降低到79.4分,感官評分變化范圍在7分以內。因此在響應面分析時,巴旦木乳添加量不作為關鍵性因素進行試驗。

圖2 巴旦木乳添加量對酸奶感官評分的影響Fig.2 Effect of almond milk addition on sensory sore of yogurt

2.1.3 蔗糖添加量對酸奶感官評分的影響 由圖3可知,在其他各因素一定的條件下,隨著蔗糖添加量的增加,石榴風味酸奶的感官評分先增大后減小,當蔗糖添加量增加到7%時,感官評分最大。當蔗糖添加量超過7%時,不僅會抑制乳酸菌的發酵,延長發酵時間,并且會抑制石榴的風味,降低酸奶的酸度,使制成的石榴風味的酸奶風味較差,口感過甜。因此確定優化時蔗糖的最佳水平為7%。

圖3 蔗糖添加量對酸奶感官評分的影響Fig.3 Effect of sucrose addition on sensory score of yogurt

2.1.4 發酵時間對酸奶感官評分的影響 由圖4可知,在其他各因素一定的條件下,隨著發酵時間的增加,石榴風味酸奶的感官評分先增大后減小,當發酵時間為4 h時,感官評分最高。發酵時間過長不僅會影響酸奶的口感,使酸奶過酸,同時由于乳酸菌的最適pH為4～6,酸奶過酸抑制了乳酸菌的生長,酸奶容易受雜菌污染而影響酸奶的品質。故確定石榴風味酸奶的最佳發酵時間為4 h。

圖4 發酵時間對酸奶感官評分的影響Fig.4 Effect of fermentation time on sensory score of yogurt

2.1.5 發酵劑接種量對酸奶感官評分的影響 由圖5可知,在其他因素一定的條件下,隨著發酵劑接種量增大,石榴風味酸奶的感官評分先增大后減小;當發酵劑接種量增加到3%時,感官評分最高。因為發酵劑接種量過小,酸奶發酵時間長,酸奶組織軟嫩,風味差;接種量過大,則凝乳時間短,酸度高,乳清析出過多,風味差。故將接種量3%確定為最佳水平。

圖5 發酵劑接種量對酸奶感官評分的影響Fig.5 Effect of inoculation amount ofstarter on sensory score of yogurt

2.2 響應面分析

2.2.1 響應面分析試驗結果 在單因素實驗確定的各因素最佳水平的基礎上,利用RSM中的Box-Behnken設計原理,以影響石榴汁風味的主要因素石榴汁添加量(A)、蔗糖添加量(B)、發酵劑接種量(C)、發酵時間(D)為自變量,以感官評分為因變量,設計4個因素每個因素3個水平的試驗,來確定各因素對石榴風味酸奶感官評分的綜合影響。試驗設計方案和結果見表3。

表3 響應面設計試驗方案和結果Table 3 Response surface design test scheme and results

2.2.2 模型建立及方差分析 通過響應面分析軟件中的Box-Behnken設計方法對試驗結果采用多元回歸擬合分析,可以得出石榴風味酸奶加工工藝的響應面二次多項回歸模擬方程為:

Y=87.94-4.58A+3.49B-1.49C-1.60D-0.25AB+1.45AC-1.65AD+0.32BC-2.35BD+0.30CD-7.37A2-11.00B2-9.15C2-7.82D2。

表4 響應面設計結果方差分析Table 4 Analysis of variance of response surface design results

2.2.3 交叉項響應曲面圖分析 如圖6所示,響應曲面走勢稍微陡峭,等高線呈圓形狀,說明石榴汁添加量和蔗糖添加量之間的交互作用不顯著。在巴旦木乳添加量4%、發酵劑接種量3%、發酵時間4 h的條件下,固定蔗糖添加量時,感官評分隨石榴汁添加量的增加,整個曲面的變化趨勢較小,在石榴汁添加量5%附近達到最佳值;固定石榴汁添加量時,感官評分隨蔗糖添加量的增加,整個曲面的變化趨勢較小,在蔗糖添加量7%附近達到最佳值。

圖6 石榴汁和蔗糖對石榴風味酸奶感官評分的影響Fig.6 Effect of pomegranate juice and sucroseon sensory score of pomegranate flavor yogurt

如圖7所示,響應曲面走勢稍微陡峭,等高線呈圓形狀,說明石榴汁添加量和發酵劑接種量之間的交互作用不顯著。在巴旦木乳添加量4%、蔗糖添加量7%、發酵時間4 h條件下,固定發酵劑接種量時,感官評分隨石榴汁添加量的增加,曲面呈緩慢升高和降低趨勢,在石榴汁添加量5%附近達到最佳值;固定石榴汁添加量時,感官評分隨發酵劑接種量的增加,曲面呈緩慢升高和降低趨勢,在發酵劑接種量3%附近達到最佳值。

圖7 石榴汁和發酵劑接種量對石榴風味酸奶感官評分的影響Fig.7 Effect of pomegranate juice and inoculation amountof starter on sensory score of pomegranate flavor yogurt

如圖8所示,響應曲面走勢稍微陡峭,等高線呈圓形狀,說明石榴汁添加量和發酵時間之間的交互作用不顯著。在巴旦木乳添加量4%、蔗糖添加量7%、發酵劑接種量3%條件下,固定發酵時間時,感官評分隨石榴汁添加量的增加,曲面呈緩慢升高和降低趨勢,在石榴汁添加量5%附近達到最佳值;固定石榴汁添加量時,感官評分隨發酵時間的遞增,曲面呈緩慢升高和降低趨勢,在發酵時間4 h附近達到最佳值。

圖8 石榴汁和發酵時間對石榴風味酸奶感官評分的影響Fig.8 Effect of pomegranate juice and fermentation timeon sensory score of pomegranate flavor yogurt

如圖9所示,響應曲面走勢陡峭,等高線呈橢圓狀,說明蔗糖添加量和發酵時間之間的交互作用顯著。在巴旦木乳添加量4%、石榴汁添加量5%、發酵劑接種量3%條件下,固定發酵時間時,感官評分隨蔗糖添加量的增加,曲面呈緩慢升高和快速降低趨勢,在蔗糖添加量7%附近達到最佳值;固定蔗糖添加量時,感官評分隨發酵時間的遞增,曲面呈快速升高和降低趨勢,在發酵時間4 h附近達到最佳值。

圖9 蔗糖和發酵時間對石榴風味酸奶感官評分的影響Fig.9 Effect of sucrose and fermentation timeon sensory score of pomegranate flavor yogurt

如圖10所示,響應曲面走勢稍微陡峭,等高線呈圓形狀,說明蔗糖添加量和發酵劑接種量之間的交互作用不顯著。在巴旦木乳添加量4%、石榴汁添加量5%、發酵時間為4 h條件下,固定蔗糖添加量時,感官評分隨發酵劑接種量的增加,曲面呈緩慢升高和降低趨勢,在發酵劑接種量3%附近達到最佳值;固定發酵劑接種量時,感官評分隨蔗糖添加量的增加,曲面呈緩慢升高和降低趨勢,在蔗糖添加量7%附近達到最佳值。

圖10 蔗糖和發酵劑接種量對石榴風味酸奶感官評分的影響Fig.10 Effect of sucrose and inoculation amountof starter on sensory score of pomegranate flavor yogurt

如圖11所示,響應曲面走勢稍微陡峭,等高線呈圓形狀,說明發酵劑接種量和發酵時間之間的交互作用不顯著。在巴旦木乳添加量4%、石榴汁添加量5%、蔗糖添加量為7%條件下,固定發酵時間時,感官評分隨發酵劑接種量的增加,曲面呈緩慢升高和降低趨勢,在發酵劑接種量3%附近達到最佳值;固定發酵劑接種量時,感官評分隨發酵時間的遞增,曲面呈緩慢升高和降低趨勢,在發酵時間4 h附近達到最佳值。

圖11 發酵劑接種量和發酵時間對石榴風味酸奶感官評分的影響Fig.11 Effect of inoculation amount of starter andfermentation time on sensory score of pomegranate flavor yogurt

2.2.4 最佳工藝參數及驗證試驗 由各響應曲面圖可知,在各因素水平范圍內,隨著因素水平的不斷增大,石榴風味酸奶的感官評分均先增大后減小,且曲面有一個最高點,即感官評分有一個理論最大值。根據回歸模擬方程及方差分析可以求得各因素的最佳工藝值分別是A=4.37%;B=7.17%;C=2.90%;D=3.90 h。即石榴風味酸奶的最佳生產工藝條件為:石榴汁添加量4.37%,蔗糖添加量7.17%,發酵劑接種量2.90%,發酵時間3.90 h,在此工藝條件下石榴風味酸奶的感官評分預測值為(89.11±0.72)分。為了滿足實際的生產操作工藝,將響應面分析所得的最優工藝條件適當調整為石榴汁添加量4.4%,蔗糖添加量7.2%,發酵劑接種量3%,發酵時間為4 h。以此工藝條件做5組平行試驗,得到的感官評分值為(90.70±0.41)分。

2.3 微生物及理化指標檢測結果分析

在最優生產工藝條件下生產的石榴風味酸奶的各項關鍵性微生物、理化指標的檢測結果如表5所示。根據表5可知,石榴風味酸奶的各項關鍵性指標:脂肪、蛋白質、總固體、酸度等均符合GB 19302-2010中對風味酸奶的營養指標要求,同時乳酸菌活菌數遠大于國標中風味酸奶乳酸菌數的最低限量值,大腸菌群未檢出。

表5 石榴風味酸奶微生和物理化指標檢測結果Table 5 Test results of microbial physicaland chemical indexes of pomegranate flavored yogurt

本試驗通過對影響石榴風味酸奶品質的單因素實驗的基礎上,利用響應面分析優化了石榴風味酸奶的發酵工藝參數,在巴旦木為4%、發酵溫度為42 ℃的條件下,確定了最佳工藝條件為:石榴汁添加量4.4%,蔗糖添加量7.2%,發酵劑接種量3%,發酵時間為4 h。在此工藝條件下生產的石榴風味酸奶表面平滑,無乳清析出;色澤均勻,為淺粉色;組織結構細膩均勻,無分層、氣泡,凝乳狀態良好,口感潤滑;酸甜比適中,具有良好的酸奶風味和石榴汁清香,無其他不良氣味,品質優良。

利用Box-Behnken建立二次多項式模型(P<0.001),擬合度好。各因素對石榴風味酸奶感官評分的影響:石榴汁添加量>蔗糖添加量>發酵時間>發酵劑接種量,蔗糖添加量與發酵時間之間的交互作用對石榴風味酸奶的感官評分影響顯著。

根據國家標準,對影響酸奶酸奶的各項關鍵性微生物、理化指標進行檢測,蛋白質2.6 g/100 g、脂肪2.7 g/100 g、總固體17.7 g/100 g、酸度73.4 °T、乳酸菌數≥7.4×108CFU/g、大腸菌群未檢出,各指標均符合國家標準。