復原乳中營養成分比例對酸奶品質的影響

田 鑫, 夏永軍, 艾連中, 王光強

上海理工大學醫療器械與食品學院，上海食品微生物工程技術研究中心, 上海 200093

低脂發酵酸奶是發酵酸奶的一個重要方向，作為一種低脂肪含量的凝膠乳濁體系[1]，酸奶發酵速度、品質以及營養功能與原料奶粉中各成分含量密切相關。在泌乳期、飼養管理、品種和生長階段不同等多種因素影響下，酸奶產品易出現品質不均一的問題，為應對該種情況，通過改變復原乳成分比例進行發酵，是保證酸奶品質均一優良的有效方法。

近年來研究發現，在工業生產條件下，適當提高乳糖含量有助于加快發酵，節約時間成本，提高產量[2]。酪蛋白粒徑大，結構致密，硬度高，在酸性條件下發酵，體系pH降低引發酪蛋白變性，對酸奶凝膠結構特性造成較大影響，導致酸奶凝固[3,4]。另有研究發現，通過改變乳清蛋白質量分數來改善酸奶凝膠質量是最快速奏效的手段[5]。將牛奶中總蛋白質含量提高5%，發酵后酸奶的硬度將提高2倍[6]。另外，提高乳清蛋白含量也能增加乳制品的保水性、提高持水力[7]。因此推測改變酪蛋白和乳清蛋白兩者配比可以改善酸奶乳清析出的情況。牛奶乳脂中97%～99%為乳脂肪，是牛奶風味的關鍵成分，賦予乳制品獨特奶香和柔和的質構性質[8]。

本文分析各營養成分對酸奶發酵速度、品質和感官性能的影響和決定性因素，并找出在不同營養成分梯度下差異性變化的原因，為生產品質優良，營養均衡的酸奶產品提供有效手段，為酸奶品質改良研究提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

脫脂奶粉，新西蘭進口；酪蛋白，光明乳業有限公司；乳清蛋白，光明乳業有限公司；乳糖，光明乳業有限公司；無水奶油，新西蘭安佳有限公司；乳酸菌和保加利亞乳桿菌混合菌粉，北京川秀科技有限公司；其它所用化學試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

NDJ-S旋轉粘度計，上海昌吉地質儀器有限公司；高壓均質機，上海始恒儀器有限公司；全自動凱氏定氮儀，丹麥FOSS公司；pH計，梅特勒-托利多(上海)有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1凝固性酸奶的工藝流程和操作要點

容器殺菌→原料奶粉→調配(加水、加糖)→均質(55 ℃～60 ℃)→巴氏殺菌(95 ℃)→冷水冷卻→接種→保溫發酵→后熟及冷藏→成品

操作要點：調配：(奶粉∶水= 1∶9)，6%白砂糖，溫水溶解；均質：將原料乳加熱到55℃～60 ℃，均質2～3次；預熱、殺菌：95 ℃水浴中保溫5 min，然后冷卻至42 ℃～45 ℃，充分攪拌均勻；接種、發酵：菌粉接種量為0.15%，接種后置于43 ℃下發酵；后熟：發酵結束后在0 ℃～4 ℃下靜置24 h。

1.3.2營養成分測定

蛋白質、酪蛋白和乳清蛋白含量的測定：按照國標GB 5009.5—2016《食品中蛋白質的測定》中凱氏定氮法測總氮(TN)、水溶性氮(WSN)和三氯乙酸氮(NPN)含量，蛋白質換算系數為6.38[9]。依據Samson的方法[10]，即蛋白質含量=TN×6.38；酪蛋白含量=(TN-WSN)×6.38; 乳清蛋白含量=(WSN-NPN)×6.38。

pH 4.6水溶性氮(WSN)含量的測定：準確稱取乳液20.00 g，加入40 mL乙酸鈉緩沖液，混合均勻后在40 ℃水浴中保溫1 h，然后在4 ℃，5 000 r/min下離心25 min，離心結束取上清10 mL移入凱氏消化管，用凱氏定氮儀測定含氮量，其數值以占樣品總氮量的百分數表示；12%三氯乙酸氮(NPN)的測定：在測定WSN的上清液中取出16 mL，加入600 g/L的三氯乙酸4 mL，室溫下靜置1 h，濾紙過濾后取濾液10 mL移入凱氏消化管，用凱氏定氮儀測定含氮量，其數值以占樣品中總氮量的百分數表示。

乳糖含量的測定：按照國標GB 5413.5—2010萊茵-埃農氏法對乳粉中乳糖含量進行測定[11]，在除去酪蛋白的乳清中，加入1.5 g碳酸鈣,攪拌均勻后加熱沸騰后過濾，再加入沸石加熱濃縮5 mL，加入10 mL 95%的乙醇，加熱沸騰后過濾，乳糖結晶析出。在加熱條件下，以次甲基藍為指示劑，進行滴定根據消耗體積，進行計算。

脂肪含量的測定：按照國標GB 5009.6—2016對乳粉中脂肪含量進行測定[12]。

1.3.3發酵速度的測定

將不同質量的乳糖(0 g、2 g、4 g、6 g)、無水奶油(0 g、2 g、4 g、6 g)、酪蛋白粉(0 g、2 g、4 g、6 g)、濃縮乳清蛋白粉(0 g、1 g、2 g、3g)和脫脂乳粉混合調制成100 mL 10%的乳液體系進行發酵，并測定其各成分含量，確定在3 h、4 h、5 h和6 h后酸奶的發酵酸度，判斷發酵速度并確定最佳發酵時間。

1.3.4品質指標的測定方法

pH：pH計測量。

滴定酸度：參照乳和乳制品滴定酸度的測定的常規檢測方法—酸堿滴定法來測定[13]。

持水性：稱取15 g樣品(定義為m)于50 mL離心管中，樣品和離心管的總重量記為(m2)，設置離心力為5 000 r/min離心時間為30 min，結束后倒置10 min，再次稱量樣品與離心管的重量(m1)，按照下式計算析水率[14](1-1)。

析水率計算公式：

(1-1)

粘度測定：取10 g樣品用玻璃棒以每秒一圈速度緩慢攪拌30 s后，裝入樣品瓶，統一裝樣高度8 cm，4號轉子，60 r/min，30 s后讀數[15]。

感官評定：建立8人感官評定小組，設立4項感官評價指標(每項指標滿分為10分)。按表1對酸奶樣品進行感官評定[16]。

表1 酸奶感官評價指標

1.3.5不同營養成分比例對酸奶品質的影響優化

根據單因素試驗結果選取主要影響因素：乳糖添加量(A)、脂肪添加量(B)、酪蛋白添加量(C)、乳清蛋白添加量(D)。以感官評價作為考察指標，采用L9(34)表做4因素3水平正交試驗以確定最優組合。正交試驗因素和水平見表2。

表2 影響酸奶品質正交優化因素和水平

1.4 數據處理

正交試驗分析采用Minitab15，統計分析使用SPSS 25，用Duncan法(P<0.05)進行單因素方差比較。

2 結果與討論

2.1 基本成分比例

原料中營養成分含量如表3所示。將脫脂乳粉與乳糖、無水奶油、酪蛋白、濃縮乳清蛋白調配成10% 乳液，根據四種成分的不同添加量，測定添加后四種營養成分所占比例。

表3 原料成分比例

添加乳糖(0 g、2 g、4 g、6g)后測量乳糖比例分別為5.1%、6.99%、8.88%和10.76%；添加無水奶油(0 g、2 g、4 g、6 g)后脂肪比例分別為0.09%、1.98%、3.87%和5.75%；添加酪蛋白粉(0 g、2 g、4 g、6 g)后酪蛋白比例為2.15%、3.57%、4.94%和6.27%；添加乳清蛋白粉(0 g、1 g、2 g、3 g)后乳清蛋白比例為2.13%、2.87%、3.57%和4.27%。

2.2 奶粉中的不同成分對發酵速度的影響

酸奶的酸度變化可以反映其發酵速度[17]。圖1分析了不同添加物在不同添加比例下分別經過3 h、4 h、5 h和6 h 發酵后體系的酸度變化，來考察其對酸奶發酵酸度的具體影響。

如圖1A所示，乳糖含量變化和酸度變化基本呈現正相關關系，隨乳糖比例升高酸度也呈上升趨勢，且在發酵 6 h左右時發酵速度增長最為迅速；脂肪對發酵速度影響較小；酪蛋白和乳清蛋白的添加對發酵酸度均有影響，增加蛋白質含量有助于酸奶快速發酵，同時也會影響酸奶質構。隨發酵時間延長，增加乳清蛋白導致體系凝塊明顯，影響酸度測定。綜合以上分析，得出最佳發酵時間為6 h；乳糖對發酵速度影響最大且能穩定調節。工業生產中可通過適當調節乳糖含量來快速達到最低標準酸度(75 °T)。若發酵時間選定為6 h，則乳糖含量為5.10%即可達到79.2 °T的酸度，以此可以提高生產效率。

2.3 奶粉中的不同成分對酸奶品質的影響

2.3.1乳糖對酸奶品質的影響

選定6 h為最佳發酵時間，以此為基礎觀察成熟后酸奶的品質。如表4所示，乳糖含量從5.10%增加至10.76%的過程中，酸度和pH變化呈負相關。酸化過程中持水性加強，這可能是因為乳糖發酵成乳酸，導致體系pH下降，影響了酪蛋白網狀結構，從而破壞體系的穩定性[18]。另外，胞外多糖的產生也增加了體系的持水力，使拉絲性和黏稠度增加，酸味遞增與甜味互補，保持了質地結構和感官差異。

表4 添加乳糖后酸奶的品質指標

2.3.2脂肪對酸奶品質的影響

脂肪含量對酸奶的酸度和pH影響較小，由表5可知，隨著脂肪含量增加，黏度最終可以增至3 690 mpa·s，析水率下降至23.31%，酸奶的黏附性、持水力、奶香味和硬度均顯著增強，這可能是由于脂肪比例增加到一定數值后，打破了體系原有的內部平衡，脂肪球數量增加、粒徑和表面張力變大，引起某種程度內部作用力的變化[19]。

表5 添加脂肪后酸奶的品質指標

2.3.3酪蛋白對酸奶品質的影響

酪蛋白的添加促進了乳酸菌的發酵，如表6所示，體系酸度上升至139.5 °T，pH變化不明顯；當蛋白質含量從2.15%增加到4.94%時，黏度增加至3 400 mpa·s、析水率降低至67.75%。酸度變化引起了酪蛋白等電點靜電吸引成網狀結構，提高其粘度和持水性。但當酪蛋白比例大于4.94%時，其本身質地緊密引起網絡空穴變小，相互作用力增強，導致黏度下降，保水能力降低[20]。在酸奶體系中酪蛋白過量會導致口感變差、澀味強烈，并且會令酸奶顏色加深和分層。

表6 添加酪蛋白后酸奶的品質指標

2.3.4乳清蛋白對酸奶品質的影響

添加濃縮乳清蛋白對酸奶品質有顯著影響。如表7所示，乳清蛋白添加量大于1 g，乳清蛋白含量大于2.87%時，黏度由1 490 mpa·s增加到5 420 mpa·s，析水率由75.85%減少到46.55%，乳清蛋白添加提高了酸奶的發酵酸度，但添加乳清蛋白，發酵5 h后會改變酸奶質構，導致凝塊不均勻影響酸度測定，使測定值偏低。蛋白質的添加使體系的緩沖能力增強，pH變化不明顯。另外，乳清蛋白添加使酸奶硬度增加，變的更有彈性，光滑度提高。

表7 添加乳清蛋白后酸奶的品質指標

2.4 以感官評定優化不同營養成分比例

在單因素試驗基礎上，以感官評估作為評價指標，選擇乳糖添加量(A)、脂肪添加量(B)、酪蛋白添加量(C)、乳清蛋白添加量(D)進行正交試驗。如表8所示，通過極差分析可知，各試驗因素對酸奶感官影響的主次順序是B>D>C>A，即脂肪添加量>乳清蛋白添加量>酪蛋白添加量>乳糖添加量。最佳營養成分比例為乳糖含量8.88%、脂肪含量1.98%、酪蛋白含量4.94%、乳清蛋白含量為3.57%時產品最受喜愛。

表8 不同營養成分添加量影響感官評定的正交試驗結果

3 討論

利用脫脂乳粉發酵的低脂酸奶作為乳業發展的重要方向，存在發酵速度緩慢、質地粗糙、乳清析出分層等品質不均一、不穩定的缺陷。當前研究集中在營養成分本身對酸奶性質的影響，而針對不同營養成分配比對低脂酸奶品質與發酵速度的研究還很少。本文研究結果顯示，乳糖和蛋白質含量對酸奶發酵速度有顯著影響，其中乳糖對發酵速度影響最大，可作為工業生產中提高發酵效率的關鍵因子乳糖含量的增加與酸度、持水力、黏度成正相關；脂肪的添加使乳固體含量增加，造成持水力和粘度提高，對酸奶的乳脂香味和色澤有明顯加分作用。適當調整酪蛋白和乳清蛋白比例，可以提高酸奶的酸度同時改善凝膠質地，這為開發生產高蛋白酸奶提供了可行性。通過改變營養成分比例來提升低脂酸奶的品質，同時強化營養功效，這對研發新型酸奶產品開拓前景有重要意義。