凝固型雙蛋白酸奶的發酵配方優化

孔凡平，郎秀杰，郭成宇

1. 齊齊哈爾大學食品與生物工程學院（齊齊哈爾 161000）；2. 黑龍江省果蔬雜糧飲品工程技術研究中心（齊齊哈爾 161000）

雙蛋白最早在2006年“第二屆中國大豆食品產業圓桌峰會”首次被提出[1]：將植物蛋白中的大豆蛋白與動物蛋白的牛奶蛋白兩種蛋白的優點相結合，可滿足人們對蛋白質的營養健康需求[2]，尤其是運動員及老年人肌肉健康。酸奶是一種風味獨特，營養價值高，具有健胃、助消化、增強人體免疫力等功能的發酵乳制品，日益成為益生菌最有效的載體之一[3]。我國東北地區是四大“黃金奶源”黃金地帶之一，并且，黑龍江省的大豆產量占華北地區的80%，根據我國國情以及這些物質的研究背景，實行雙蛋白酸奶工程不僅能夠優化我國人民的膳食營養結構，還能夠大大提高東北地區產業化的發展。

凝固型酸奶以其特有的細膩滑爽、質地稠厚而深受消費者的喜愛。目前，國內對雙蛋白食物的研究較少[4]。秦南冰等[5]研究發現酸奶接種時嗜熱鏈球菌發酵速度整體上快于保加利亞乳桿菌的發酵速度，并且當桿菌和球菌接種量比為1∶1時，其產酸速度最快。因此，此次試驗以豆粉和全脂奶粉為主要原料，經保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌發酵，得出凝固型雙蛋白酸奶的最適配方，為雙蛋白食物的發展提供一定的科學參考。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

豆粉、全脂奶粉，市售；直投式發酵劑（YO- MIX883LYO），中國丹尼斯克公司；MRS培養基、蔗糖、穩定劑，由黑龍江省果蔬雜糧飲品工程技術中心提供。

1.2 儀器與設備

JY-3002電子天平，上海精密科學儀器有限公司；200 mm型申環Mini離心機，張家港市離心機制造廠；GJJ-0.03/100型高壓均質機，上海東華高壓均質機廠；DK-98-1型數控電熱恒溫水浴鍋，余姚市東方電工儀器廠；NDJ-8S黏度儀，上海精密科學儀器有限公司；隔水式恒溫培養箱，上海科恒實業發展有限公司；SW-CJ-1D單人凈化工作臺，蘇州凈化設備有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 雙蛋白酸奶生產工藝流程

牛乳→復原→混合（蛋白比1∶1）→調配（蔗糖6%、穩定劑0.03%，于70 ℃熱溶解）→均質（50 ℃，20 MPa）滅菌（95 ℃，5～10 min）→冷卻至43 ℃→接種（發酵劑0.004%）→發酵（43 ℃，7 h）→冷藏后熟（4 ℃，約24 h）→成品

1.3.2 操作要點

1.3.2.1 復原

將豆粉、全脂奶粉分別用純凈水按照1∶5比例在50～60 ℃復原30 min，成復原豆乳和復原牛乳。

1.3.2.2 混合、均質將豆乳、牛乳、蔗糖和穩定劑混合定容，在20 MPa、50 ℃下均質1次。

1.3.2.3 殺菌、冷卻

將混合液在90～95 ℃下殺菌5～10 min，之后冷卻至43 ℃。

1.3.2.4 接種發酵

冷卻后將發酵劑投入混合液中，攪拌均勻后灌入杯子中，在43 ℃下發酵5～7 h。

1.3.2.5 冷卻后熟

將發酵后的酸奶放在0～4 ℃溫度下后熟24 h。

1.3.3 單因素試驗

接種量：豆乳蛋白-牛乳蛋白比1∶1，加糖量6%，穩定劑0.03%，殺菌后冷卻至43 ℃，分別接種0.001%，0.002%，0.003%，0.004%和0.005%，并記為IS1，IS2，IS3，IS4和IS5；在42 ℃下發酵6 h，發酵結束后測乳酸菌數量，并進行理化指標檢測以及感官評價，確定最佳接種量。

蛋白比：在酸奶的總蛋白為3%的條件下，豆乳蛋白-牛乳蛋白比為3∶2，3∶1，1∶1，2∶3，1∶3，牛乳蛋白和豆乳蛋白，并分別記為PR1，PR2，PR3，PR4，PR5，MP和YP；在糖量6%、穩定劑0.03%、接種量0.004%下發酵6 h，發酵結束后，檢測理化指標并進行感官評價，確定最佳蛋白比。

加糖量：豆乳蛋白-牛乳蛋白比1∶1，穩定劑0.03%，分別加4%，6%，8%，10%和12%糖，并記為SL1，SL2，SL3，SL4和SL5；殺菌后冷卻至43 ℃，接種量0.004%，發酵6 h，發酵結束后，檢測理化指標并進行感官評價，確定最佳加糖量。

穩定劑添加量：豆乳蛋白-牛乳蛋白1∶1，加糖量6%，分別加0.01%，0.02%，0.03%，0.04%和0.05%穩定劑，并別記為SD1，SD2，SD3，SD4和SD5；殺菌后冷卻至43 ℃，接種量0.004%，發酵6 h，發酵結束后，檢測理化指標并進行感官評價，確定最佳穩定劑加添加量。

1.3.4 正交試驗[6]

根據單因素試驗結果，依據正交試驗原理對酸奶發酵過程中的接種量、蛋白比、加糖量、穩定劑添加量4個發酵配方參數進行優化。采用四因素三水平L9(34)的正交表進行試驗設計，每個因素選擇3個水平，如表1所示。

表1 雙蛋白酸奶正交試驗的因素水平

1.4 檢測方法

1.4.1 乳酸菌測定

試驗樣品參照GB 4789.35—2016《食品微生物學檢驗 乳酸菌檢驗》測定。

1.4.2 黏度測定

將后熟后樣品調溫至20～22 ℃，采用NDJ-8S黏度儀4#轉子在30 r/min下測定，當扭矩為10%～85%時，記錄測定數據。

1.4.3 持水力測定

樣品后熟24 h后，稱取待測樣品Wo（g）后，以4 000 r/min離心15 min，取出離心管，除去上清液，測殘余物的質量W（g），酸奶的持水力按式（1）計算。

1.4.4 酸度測定

樣品根據GB 5009.239—2016《食品安全國家標準 食品酸度的測定》方法進行測定。

1.4.5 感官評價標準

雙蛋白酸奶口感和風味的試驗評價采用感官綜合評分法，請10位經驗豐富的評定人員對試驗樣品分別進行感官評分，評分標準根據GB 19302—2010《食品安全國家標準 發酵乳》的要求，參考酸奶的感官評分標準進行修改，如表2所示。

表2 雙蛋白酸奶的感官評價標準

1.5 數據統計與分析

所列數據至少為3組試樣的平均值。繪圖軟件采用Origin 8.0繪制。

2 結果與討論

2.1 雙蛋白酸奶單因素試驗

2.1.1 菌種添加量對雙蛋白酸奶感官評分的影響

由表3可知，接種量在0.001%～0.004%的范圍內酸奶的感官評分增加，酸奶單位體積內活菌數量少，產酸不足，凝乳狀態差，酸奶的組織狀態松散[7]；隨菌種添加量增加，產品單位體積內活菌數量增加，產酸增多，酸奶風味濃厚；當菌種量為0.004%時，感官評分最高。當菌種添加量過多時，產酸過高，體系膠體分子團聚集成的蛋白質網絡松散，持水力降低，容易造成乳清析出，影響產品的外觀及口感，菌種量少發酵不充分產酸能力慢，組織狀態松散，口感差，酸奶的感官評分低。結合經濟成本考慮接種量為0.004%最佳。

表3 不同菌種添加量下酸奶的感官評分

2.1.2 菌種添加量對雙蛋白酸奶酸度的影響

如圖1所示，前2 h酸奶酸度增長慢，趨于平穩，從第3小時開始酸度增長較快且不同菌種添加量的酸奶增長有所差異，菌種量為0.003%的酸奶增長速度較快，可能是由于菌種中的保加利亞乳桿菌將乳中的蛋白質分解為適合菌種生長的氨基酸，從而促進酸奶發酵過程中菌種的濃度，提高酸奶的酸度[8]。

圖1 菌種添加量對酸奶酸度的影響

2.1.3 菌種添加量對雙蛋白酸奶的黏度和持水性的影響

如圖2所示，不同菌種添加量的酸奶黏度呈現先升高后降低的趨勢，0.001%接種量的酸奶黏度最低，0.003%接種量的酸奶黏度最高；酸奶在放置過程中酸度有下降趨勢，菌種量越多，酸奶越不穩定，最終酸奶黏度降低。菌種添加量的改變導致酸奶相應持水性有所差異，0.004%接種量的酸奶持水力最高，0.005%接種量的酸奶持水力降低。這是因為當接種量較少時，容易造成發酵產品硬度不夠，很難凝乳；當接種量過多時，酸奶硬度隨之增加，發酵過度，導致酸奶乳清析出過多，影響酸奶品質[9]。

圖2 菌種添加量對酸奶的黏度和持水性的影響

2.1.4 蛋白比對雙蛋白酸奶感官評分的影響

由表4可知，隨著牛乳蛋白比例的增加，雙蛋白酸奶的感官評分逐漸增加，豆乳蛋白多的酸奶口感較為粗糙，豆乳味較重，酸奶風味不足，當兩者比例為1∶1時，酸奶組織狀態較好，酸奶風味濃厚；全豆乳蛋白酸奶的組織狀態松散，乳清析出較多，風味不夠濃厚，結合成本考慮，蛋白比1∶1的酸奶最佳。

表4 不同蛋白配比下酸奶的感官評分

2.1.5 蛋白比對雙蛋白酸奶酸度的影響

如圖3所示，隨著發酵時間的延長，不同蛋白比的酸奶酸度均呈現上升趨勢。幾種發酵過程的酸度變化趨勢大致相同。0～3 h酸度增長緩慢。從第3小時開始，幾種不同配比的雙蛋白酸奶開始出現差異。牛乳蛋白含量高的酸奶酸度均高于其他，豆乳蛋白酸度趨于平緩，豆乳蛋白含量多，酸度增加速率降低，乳酸產生速度降低。這與劉曉恒[10]研究結果相似。

2.1.6 蛋白比對雙蛋白酸奶黏度和持水性的影響

如圖4所示，不同雙蛋白配比的酸奶黏度沒有太大的變化趨勢。可能是因為豆乳蛋白含量增加，在一定范圍內對黏度的影響程度不會產生明顯變化。蛋白配比1∶1的酸奶持水性最好，高于其他比例的酸奶。酸奶體系的黏度和植物蛋白與動物蛋白的分子量、摩擦系數、溫度、處理條件有關，此次試驗中植物蛋白與動蛋白相差含量不大[11]，因此對酸奶體系狀態影響不大。綜合感官評價，植物蛋白與動物蛋白比為1∶1的酸奶效果最佳。

圖3 不同雙蛋白配比對酸奶酸度的影響

圖4 不同雙蛋白配比對酸奶的黏度和持水力的影響

2.1.7 穩定劑添加量對雙蛋白酸奶的感官評分的影響

出于品質的穩定和口味的考慮，酸奶中適當添加穩定劑可以保持穩定良好的發酵環境，調節酸奶的風味，穩定劑還能起到保持水分、提高產品黏度、增稠的作用，對酸奶的持水性較好，并能增加酸奶的儲藏期。由表5可知，與不添加穩定劑的酸奶相比，添加穩定劑的酸奶感官評分呈上升趨勢，當穩定劑添加量為0.03%時，酸奶的組織狀態穩定，無乳清析出，酸奶風味濃厚；當穩定劑為0.04%時，酸奶更佳黏稠，口感欠佳。

表5 不同穩定劑添加量下酸奶的感官評分

2.1.8 穩定劑添加量對雙蛋白酸奶酸度的影響

如圖5所示，隨著發酵時間的延長，酸奶的酸度逐漸增加。0～3 h酸度增長緩慢，3 h后酸度直線上升，開始凝乳；不同穩定劑的酸度變化趨勢基本相同；穩定性相當于增稠劑，對黏度、持水性影響較大，對酸度影響變化不大。

2.1.9 穩定劑添加量對雙蛋白酸奶黏度和持水性的影響

酸奶屬于不穩定體系，容易發生分層、破乳、乳清析出等現象，植物蛋白與動物蛋白比例對酸奶的狀態有很大影響，主要是與蛋白含量與牛乳中脂肪含量多有關，因此添加親水和親油性較強的穩定劑，可促進蛋白質與脂肪之間的結合[12]，維持酸奶的穩定體系。如圖6所示，穩定劑的添加能提高酸奶的持水性，防止乳清析出；當穩定劑添加量為0.03%時酸奶的黏度適中，持水性最好，添加量過多會影響酸奶的口感，結合成本考慮添加量為0.03%最佳。

圖5 穩定劑添加量對酸奶酸度的影響

圖6 穩定劑添加量對酸奶的黏度和持水力的影響

2.1.10 蔗糖添加量對雙蛋白酸奶的感官評價的影響

如表6所示，蔗糖作為酸奶乳酸菌利用的碳源，加量的多少直接影響酸奶產酸產風味物質的能力，當蔗糖添加量為6%時，酸奶的組織狀態良好，乳清析出較少，酸甜適中，感官評分最高；蔗糖量過高，酸奶酸度低，感官評分降低，因此結合成本考慮最佳蔗糖量為6%。

表6 不同蔗糖添加量下酸奶的感官評分

2.1.11 蔗糖量對雙蛋白酸奶酸度的影響

如圖7所示，隨著時間的變化，0～3 h酸奶的酸度增長緩慢，蔗糖添加量對酸度的影響變化不大。3～6 h酸度增長速度加快，因為此時糖作為乳酸菌生長的碳源，乳酸產生速度加快，酸奶的酸度顯著增加。但是當蔗糖量超過6%時，酸奶酸度增長速率下降，這與張建萍等[13]研究結果相似。

圖7 不同蔗糖添加量對酸奶酸度的影響

2.1.12 蔗糖量對雙蛋白酸奶黏度和持水性的影響

如圖8所示，蔗糖添加量引起雙蛋白酸奶黏度的變化趨勢不大，且均符合酸奶品質要求，主要是因為糖加入促進乳酸菌生長繁殖，有利于豆乳蛋白和牛乳蛋白產生凝膠；也利于乳酸菌在發酵過程中產生胞外多糖[14]，使黏度升高。當蔗糖量為6%時，酸奶的持水性最好，并且隨著加糖量的增多，雙蛋白酸奶的黏度和持水性變化不大，因此在雙蛋白酸奶中加入6%糖不僅能促進酸奶產酸，提高酸奶黏度，凝乳效果好，乳清析出少，還能提高酸奶品質，有利于酸奶的良好風味。

圖8 不同蔗糖添加量對酸奶的黏度和持水力的影響

2.2 雙蛋白酸奶的配方優化條件結果

表7 生產配方影響因素的優化試驗結果

由表7可知，4個因素對雙蛋白酸奶品質的影響次序為蛋白比＞接種量＞糖量＞穩定劑。由表8可知，蛋白比對酸奶的感官評分影響最大，接種量次之，穩定劑影響最小，并結合感官評級得到最優組合A2B2C2D2，即蛋白比1∶1、接種量0.004%、穩定劑添加量0.03%、乳糖添加量6%。在此條件下進行3次驗證試驗，酸奶的感官評分為92分，高于正交試驗結果中的試驗組合，說明正交試驗結果可靠。

表8 方差分析

3 結論

采用單因素試驗和正交試驗對各影響因素及相互作用進行探討，優化的試驗結果表明，雙蛋白酸奶最佳發酵配方為菌種添加量0.004%，蛋白比1∶1，加糖量6%，穩定劑0.03%。在此最優配方下，酸奶的各項理化檢測最佳，酸奶色澤均勻，酸甜可口，口感細膩，具有產業化生產價值。