低糖復合發酵乳工藝優化研究

劉 洋

（長春職業技術學院 教務處，吉林 長春 130033）

中醫傳統就有“五色養五臟，黑色入腎經”的說法，因此“藥、食兼用”的黑色農產品一直以來深受追捧。黑米是一種藥、食兼用的大米，長期食用可延年益壽，自古以來就有“藥米”、“貢米”、“壽米”的美譽[1]。黑米中蛋白質、氨基酸、脂肪、微量元素及維生素B1等含量均高于普通稻米[2]，黑米種皮中的黃酮花色苷類物質是主要的生物活性物質，具有降低血脂、抗氧化、抗衰老、抗疲勞、抑制動脈粥樣硬化等多種生理功效[3-5]。黑豆有豆中之王的美稱，黑豆含有豐富的蛋白質、脂肪、維生素、尼克酸、胡蘿卜素、微量元素和粗纖維，其中蛋白質含量達48%，高于其他豆類[6]，黑豆中的異黃酮、花青素及豐富的維生素等成分，具有抗氧化、調節激素水平、防癌抗癌、抗肥胖、降血脂等功效[7-10]。黑木耳是一種食藥用真菌植物，子實體含有豐富的營養物質，如蛋白質、糖類、各種微量元素和維生素，同時還含有一些功能成分，如卵磷脂、甘露聚糖、木糖等，被譽為“素中之葷”[11-12]，是我國傳統的保健佳品。黑色素和多糖是黑木耳的主要活性成分，黑色素具有抗氧化、抗病毒、抗衰老和增強人體免疫力等保健功能[13]，黑木耳多糖具有降血脂、抗血栓、抗衰老、抗腫瘤、抗凝血、增強免疫等作用[14-15]。

木糖醇作為功能性甜味劑，具有低糖、低脂、低熱量的特點，能促進肝糖元合成，且不會引起血糖值升高，并促進人體對鈣、鐵的吸收，改善新陳代謝，對糖尿病患者起著營養劑和輔助治療劑的作用[16]。因此，本研究以黑米、黑豆和黑木耳三種黑色農產品為原料與牛乳混合發酵，將發酵乳的營養成分與藥食同源黑色農產品特有的藥理成分互補，以木糖醇代替蔗糖，制成豆香、米香、奶香交融，兼具黑木耳清香的風味獨特的益生菌發酵乳，既能滿足消費者對發酵乳制品的營養保健需求，又能解決懼“糖”消費者的健康需求，對于開發糖尿病人食用的功能性食品具有重要學術價值和生產實踐指導意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黑米、黑豆、黑木耳：市售；鮮牛乳（成分指標蛋白質3 g/100 mL、脂肪3.7 g/100 mL、碳水化合物4.8 g/100 mL、Na 0.62g/100mL、Ca1g/100mL）：內蒙古蒙牛乳業（集團）股份有限公司；保加利亞乳桿菌（Lactobacillus bulgaricus）、嗜熱鏈球菌（Streptococcusthermophiles）：安琪酵母股份有限公司；木糖醇（8%）：河南樂泰食品有限公司；α-淀粉酶（4 000 U/g）：北京雙旋微生物培養基制品廠；糖化酶（100 000 U/g）：張家港市金源生化有限公司；羧甲基纖維素鈉（分析純）、瓊脂（生化試劑）：廣州合誠實業有限公司；Na2CO3、檸檬酸（均為分析純）：沈陽久野化工原料有限公司。

1.2 儀器與設備

CRS 300實驗室乳化機：上海新浪輕工機械設備有限公司；BJ-500A型高速多功能粉碎機：上海拜杰實業有限公司；50型膠體磨：廣州正碩機械設備科技有限公司；ScienTZ-04均質機：寧波新藝生物有限公司；75型酸奶發酵柜：天津特斯達食品機械科技有限公司；GNP 9080恒溫培養箱：常州菲普實驗儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 低糖復合發酵乳的加工工藝流程及操作要點[17-18]

黑米液制備：篩選籽粒飽滿的黑米，置于160 ℃烤箱，烘烤時間8 min，使其散發出濃郁的米香味，將烘烤后的黑米加水調整料水比為1∶5（g∶mL），然后在60～65 ℃浸泡3 h后磨漿，80 ℃糊化30 min，用飽和Na2CO3溶液調節糊化液pH值為6.5～7.0，加入0.35%α-淀粉酶95 ℃液化1 h，采用滴定方法以碘液檢驗還原糖含量為16%～19%，后煮沸5～10 min滅酶，冷卻，用10%檸檬酸溶液調節pH值為4.0～4.5，加入0.30%糖化酶在65 ℃進行糖化4 h，用無水乙醇檢驗至無白色沉淀后，測其還原糖含量為75%～80%，經85 ℃、10 min熱處理滅酶，過80～100目篩制得黑米液，最后用飽和Na2CO3調節其pH值為6.4～6.8，備用。

黑豆液的制備：篩選豆粒飽滿的黑豆清洗兩遍，用烤爐調至溫度180 ℃烘烤10 min，待表皮開裂，7～8成熟，無豆腥味時取出攤涼。加水調整料水比為1∶5（g∶mL），在20～25 ℃浸泡10 h后進行磨漿，磨好的豆漿進行濕熱100 ℃、30 min 處理，去除豆皮產生的澀味，冷卻后120目過濾，即得黑豆液。

黑木耳液的制備：篩選朵實均勻的黑木耳為原料，用適量水浸泡至充分吸水膨脹后，摘除根部，用水清洗干凈后瀝干，放入溫度45～60 ℃烘箱烘干，烘干后放入粉碎機中粉碎，過60目篩，將黑木耳粉原料按料水比1∶5（g∶mL），置于75 ℃恒溫水浴中超聲浸提（120 W、100 kHz）90 min，過80～100目篩制得黑木耳液。

混合液：將上述制得的黑米液、黑豆液、黑木耳液按一定比例混合，備用。

均質、殺菌：將制備好的黑米黑豆黑木耳混合液：鮮牛乳按一定比例混合后，加入2%～10%木糖醇，0.3%羧甲基纖維素鈉和瓊脂（1∶1）復配型穩定劑，攪拌均勻后用均質機均質（壓力25 MPa，溫度50～65 ℃），在90～95 ℃殺菌5～10 min，再冷卻至42 ℃。

接種發酵：加入混合發酵劑保加利亞乳桿菌∶嗜熱鏈球菌=1∶2，發酵劑添加量為2.5%～4.5%，攪拌均勻，將混合液置于42 ℃恒溫條件下，發酵4 h，待凝乳酸度達到70°T以上即為發酵完成。將發酵完成的發酵乳置于4 ℃冰箱中冷藏24 h進行后熟，即得成品。

1.3.2 低糖復合發酵乳發酵工藝優化單因素及正交試驗

參照上述低糖復合發酵乳制備工藝，設計黑米黑豆黑木耳質量比分別為1∶1∶1、2∶1∶2、2∶2∶3、3∶2∶1、3∶3∶1；黑米黑豆黑木耳混合液∶牛乳體積比分別為9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5；接種量分別為2.5%、3.0%、3.5%、4.0%、4.5%；木糖醇添加量分別為2%、4%、6%、8%、10%，考察黑米黑豆黑木耳質量比、黑米黑豆黑木耳混合液與牛乳體積比、接種量、木糖醇添加量對低糖復合發酵乳品質的影響。

利用單因素優化的結果，依據低糖復合發酵乳的發酵條件及菌種的生長特性，以黑米∶黑豆∶黑木耳質量比（A）、混合液∶牛乳體積比（B）、接種量（C）、木糖醇添加量（D）為考察因素，進行L9（34）的正交試驗設計，通過對發酵乳酸度及感官評分為考察指標，確定低糖復合發酵乳的最佳發酵工藝條件，正交試驗因素與水平見表1。

表1 低糖復合發酵乳發酵工藝優化正交試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal tests for fermentation process optimization of low sugar compound fermented milk

1.3.3 復合發酵乳理化及微生物指標測定

黑米液還原糖的測定參考GB 5009.7—2008《食品中還原糖的測定》；酸度的測定采用GB 5413.34—2010《乳和乳制品酸度的測定》中的中和滴定法；pH值測定采用pH計；蛋白質的測定采用GB 5009.5—2010《食品中蛋白質的測定》中的凱氏定氮法；脂肪的測定采用GB 5413.3—2010《嬰幼兒食品和乳品中脂肪的測定》中的索氏抽提法；乳酸菌活菌數的測定采用GB 4789.35—2010《食品微生物學檢驗乳酸菌檢驗》中的平板計數法。

1.3.4 黑米黑豆黑木耳低糖復合發酵發酵乳感官評價方法[19-20]

選擇20名感官評定專業人員組成評定小組，分別從低糖復合發酵乳的組織狀態（30分）、口感（30分）、風味（20分）、色澤（20分）四個方面對產品進行感官評定，滿分為100分，具體評價標準見表2。

表2 低糖復合發酵乳感官評價標準Table 2 Sensory evaluation standards of low sugar compound fermented milk

1.3.5 數據統計與分析

所有試驗檢測指標均重復測定3次，數據表示為平均值±標準偏差，使用SPSS 20.0軟件進行數據統計和分析；使用方差分析鄧肯法對數據的顯著性差異進行分析，當P＜0.05時，認為各均值之間差異顯著；使用皮爾遜法對數據之間的相關性進行分析。

2 結果與分析

2.1 黑米黑豆烘烤條件

高溫烘烤可以使黑米黑豆產生濃郁的米香及豆香，去除豆腥味，使得復合發酵乳具有濃郁的烘焙香味，有利于黑米糊化及黑米淀粉的降解，溫度適宜黑米、黑豆表皮無脫落，表皮中的黑色素成分對發酵乳的功能性提升起顯著作用。

表3 烘烤條件對黑米感官評價的影響Table 3 Effects of baking conditions on sensory evaluation of black rice

由表3可見，黑米烘烤溫度太低，產生的香味較淡；烘焙溫度太高，容易產生焦糊的味道且易于造成表皮脫落，因此黑米最佳烘烤溫度為160 ℃，烘烤時間為8 min，此時黑米香氣濃郁，無表皮脫落現象。

表4 烘烤條件對黑豆感官評價的影響Table 4 Effects of baking conditions on sensory evaluation of black beans

由表4可知，黑豆烘烤溫度太低，香味不濃郁，且豆腥味較明顯；烘烤溫度太高，焦味明顯，表皮脫落嚴重，因此黑豆最佳的烘烤溫度為180 ℃，烘烤時間為10 min，此時黑豆香味濃郁，無焦味，無豆腥味，幾乎無表皮脫落現象。

2.2 低糖復合發酵乳發酵工藝優化單因素試驗

2.2.1 黑米黑豆黑木耳質量比對發酵乳品質的影響

在黑米黑豆黑木耳混合液∶牛乳體積比為6∶4，木糖醇添加量為8%，混合菌種接種量為4.0%時，考察黑米黑豆黑木耳質量比對發酵乳品質的影響，結果見圖1。

圖1 黑米黑豆黑木耳質量比對低糖復合發酵乳酸度及感官評分的影響Fig.1 Effects of mass ratio of black rice,black beans and black fungus on acidity and sensory score of low sugar compound fermentation milk

由圖1可知，隨著黑米液比重增加發酵乳酸度值及感官評分均呈現升高趨勢，因為黑米在經過酶解處理后產生寡糖作為乳酸菌發酵底物被充分利用，乳酸菌加速增長，因此發酵乳的酸度有上升的趨勢；減少黑木耳液比重反而使發酵乳的風味突出，原因在于高含量的黑木耳的清香味道掩蓋了部分米香及豆香味；當黑米黑豆黑木耳質量比為3∶2∶1時，發酵乳米香、豆香、黑木耳清香與牛乳香氣交融，口感爽滑細膩，組織狀態好，發酵乳感官評分達最高（89±1.5）分，酸度值為（84±1.3）°T。當黑豆液比重逐漸升高至黑米、黑豆量相等時，即黑米黑豆黑木耳質量比為3∶2∶1時，發酵乳液中有細微顆粒沉淀，乳液中固形物質含量也隨之增加，導致水分活度明顯降低，菌體產酸能力下降，因此，最適的黑米黑豆黑木耳質量比為3∶2∶1。

2.2.2 黑米黑豆黑木耳混合液與牛乳體積比對發酵乳品質的影響

在黑米黑豆黑木耳質量比為3∶2∶1，木糖醇添加量為8%，混合菌種接種量為4.0%時，考察黑米黑豆黑木耳混合液與牛乳體積比對發酵乳品質的影響，結果見圖2。

圖2 混合液與牛乳體積比對發酵乳酸度及感官評分的影響Fig.2 Effects of volume ratio of mixed liquid and milk on acidity and sensory score of low sugar compound fermentation milk

由圖2可知，隨著黑米黑豆黑木耳混合液與牛乳體積比降低，發酵乳酸度值保持下降趨勢，感官評分先升高后下降，原因在于黑米經液化糖化后把溶解狀態的淀粉、糊精轉化為可發酵性寡聚糖，有利于乳酸菌發酵，酸度值較高；通過添加適當牛乳以緩解沉降或稀釋速度，發酵乳的膠凝能力增強，發酵乳的黏稠度提高，乳清析出現象逐漸減少，發酵乳感官評分逐漸升高，當黑米黑豆黑木耳混合液與牛乳體積比為6∶4（V/V）時，發酵乳口感細膩爽滑，組織狀態均勻一致，無乳清析出，凝固狀態良好，酸度適宜，發酵乳感官評分達最高（92±1.5）分；當黑米黑豆黑木耳混合液與牛乳體積比為5∶5 時，發酵乳組織狀態均勻度較差，有粉感及砂質感，感官評分下降。因此，最適的黑米黑豆黑木耳混合液與牛乳體積比為6∶4（V/V）。

2.2.3 接種量對發酵乳品質的影響

黑米黑豆黑木耳質量比為3∶2∶1，黑米黑豆黑木耳混合液與牛乳體積比為6∶4，木糖醇添加量為8%，考察混合菌種接種量對發酵乳品質的影響，結果見圖3。

由圖3可知，隨著混合菌種接種量的增加，發酵乳的酸度呈現升高的趨勢，感官評分呈現先升高后下降趨勢，原因在于接種量太少會導致發酵不完全，乳酸產量不夠，酸味較淡，風味一般，發酵乳易于分層，凝乳較差；當接種量達到4.0%時，發酵乳酸甜適口，口感適宜，凝乳狀態好，質地均勻，風味獨特，此時感官評分達到最高（91±1.4）分，酸度值為（78±1.3）°T；接種量太大乳酸產量過多，使得酸度過大，反而易造成凝乳中蛋白質脫水收縮現象，使乳清析出較多，發酵乳的口感和風味略差。因此，最適的混合菌種接種量為4.0%。

圖3 接種量對低糖復合發酵乳酸度及感官評分的影響Fig.3 Effects of inoculum on acidity and sensory score of low sugar compound fermentation milk

2.2.4 木糖醇添加量對發酵乳品質的影響

黑米黑豆黑木耳質量比為3∶2∶1，黑米黑豆黑木耳混合液與牛乳體積比為6∶4，混合菌種接種量為4.0%，考察木糖醇添加量對發酵乳品質的影響，結果見圖4。

圖4 木糖醇添加量對低糖復合發酵乳酸度及感官評分的影響Fig.4 Effect of xylitol addition on acidity and sensory score of low sugar compound fermentation milk

由圖4可知，隨著木糖醇添加量的增加，發酵乳的酸度及感官評分均呈現先升高后下降趨勢，因為一定濃度的糖分能加速乳酸菌生長，提高酸乳的風味和口感；當木糖醇含量達6%時發酵乳酸度突出，甜度略差，失去發酵酸乳特有的風味；隨著木糖醇含量增加反而抑制乳酸菌產量導致酸度下降，當木糖醇含量為8%時，此時發酵乳酸甜適口，組織狀態良好，此時感官評分最高達（91±1.5）分；木糖醇含量過高達10%時發酵乳略甜，酸度不足，口感欠佳。因此，最適的木糖醇添加量為8%。

2.3 低糖復合發酵乳發酵工藝條件優化正交試驗

以黑米黑豆黑木耳質量比（A）、黑米黑豆黑木耳混合液與牛乳體積比（B）、混合菌種接種量（C）、木糖醇添加量（D）為研究對象，以發酵乳的感官評分為考察指標，按照正交設計L9（34）進行正交試驗，對低糖復合發酵乳發酵工藝條件進行優化，正交試驗結果與分析見表5。

表5 低糖復合發酵乳發酵工藝優化正交試驗結果與分析Table 5 Results and analysis of orthogonal tests for optimization of fermentation process of low sugar compound fermented milk

由表5可知，影響低糖復合發酵乳感官評分的因素主次順序為：A＞B＞C＞D，即黑米黑豆黑木耳質量比＞黑米黑豆黑木耳混合液牛乳體積比＞接種量＞木糖醇添加量。黑米黑豆黑木耳質量比對復合發酵乳的感官評分影響顯著（P＜0.05）。最優組合為A2B2C2D2，即黑米黑豆黑木耳質量比為3∶2∶1，黑米黑豆黑木耳混合液與牛乳體積比為6∶4，接種量為4.0%，木糖醇添加量為8%。在此優化工藝條件下進行3次平行驗證試驗，低糖復合發酵乳感官評分為94.2分。

2.4 低糖復合發酵乳理化及微生物指標檢測結果

參照GB 19302—2010《食品安全國家標準發酵乳》，對經優化工藝制備的低糖復合發酵乳的理化指進行檢測，低糖復合發酵乳成品感官評分為94.2分，其脂肪含量為3.6%；蛋白質含量為5.9%；酸度為79°T；還原糖含量為5.2%；全乳固體為16.1%；乳酸菌數為1.91×106CFU/g；大腸桿菌、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌等致病菌未檢出。

3 結論

通過試驗研究確定黑米黑豆黑木耳低糖復合發酵乳的最佳工藝條件為黑米黑豆黑木耳質量比3∶2∶1，黑米黑豆黑木耳混合液與牛乳體積比6∶4，接種量4.0%，木糖醇添加量8%。在此優化工藝條件下，低糖復合發酵乳的感官評分為94.2分，脂肪含量為3.6%，蛋白質含量為5.9%，酸度為79°T，含糖量為5.2%，全乳固體為16.1%，乳酸菌數為1.91×106CFU/g，未檢出致病菌，該產品具有發酵乳原有的風味及營養價值，兼具米香、豆香、奶香及黑木耳的清香味道，減少發酵乳中的脂肪及含糖量，增加蛋白質含量，可滿足對食品低脂肪、低糖、低熱量、高蛋白的現代市場需求，提升了黑色農產品的附加值，有著極大的保健食品開發市場潛力。