豆渣膳食纖維保健酸奶的研制

馬 敏，馬 超，張 明，張博華，孫夢雪，范 祺，吳茂玉

（中華全國供銷合作總社濟南果品研究院，山東濟南 250014）

我國豆渣年產(chǎn)量高，但利用率低，浪費嚴(yán)重。豆渣中膳食纖維含量高達(dá)65 g/100 g[1]，可減少腸道吸收糖類、脂類，潤滑腸道，促進排便，能有效預(yù)防肥胖、糖尿病、冠心病、直腸癌、結(jié)腸癌等疾病[2-3]。現(xiàn)代人飲食中過多攝入脂肪和糖，缺乏膳食纖維、維生素和礦物質(zhì)，導(dǎo)致肥胖、慢性腸胃病、高血糖患者日漸增多[4]。近年來，國內(nèi)外已經(jīng)將膳食纖維作為原輔材料廣泛應(yīng)用，但關(guān)于豆渣膳食纖維應(yīng)用方面的研究較少。

酸奶富含蛋白質(zhì)、維生素、鈣、乳酸菌等，營養(yǎng)豐富，可改善腸道菌群，降低β-葡萄糖苷酶及其他致癌物的水平，保護泌尿生殖系統(tǒng)，調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)，減輕乳糖不耐癥[5]。將膳食纖維添加到酸奶中，一方面可以提高乳制品的營養(yǎng)價值，另一方面可以滿足人類對膳食纖維的需求。目前，國內(nèi)已有豆渣膳食纖維保健酸奶制備的研究，但膳食纖維的提取普遍采用化學(xué)法，化學(xué)法提取率較高，存在一定的安全隱患，且提取的產(chǎn)品風(fēng)味和色澤較差，影響了酸奶的感官品質(zhì)[6-7]。而采用復(fù)合酶解法提取豆渣膳食纖維，產(chǎn)品色澤好，且對消費者身體健康有利。

本文采用復(fù)合酶法提取豆渣膳食纖維，通過因素控制法，探究木瓜蛋白酶添加量、α-淀粉酶添加量及酶解時間對豆渣膳食纖維（DF）和水溶性膳食纖維（SDF）得率的影響；研究豆渣膳食纖維、蔗糖、乳酸菌添加量對酸奶感官品質(zhì)的影響，利用正交試驗確定豆渣膳食纖維保健酸奶的最優(yōu)配方，為復(fù)合型酸奶的研制提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮豆渣，市售；木瓜蛋白酶（酶活力≥6 000 U/g）、α-淀粉酶（酶活力≥2 000 U/g），國藥集團化學(xué)試劑有限公司；石油醚，分析純，上海德榜化工有限公司；95%乙醇，分析純，龍口市鑫豐化學(xué)試劑有限公司；氫氧化鈉，分析純，天津市大陸化學(xué)試劑廠；鹽酸，分析純，天津市化學(xué)試劑廠；鮮牛奶，內(nèi)蒙古伊利實業(yè)集團股份有限公司；優(yōu)比特乳酸菌粉，青島優(yōu)比特生物技術(shù)公司；果膠，食品級。

1.2 儀器與設(shè)備

HS-3C 型數(shù)顯pH 計，杭州奧立龍儀器有限責(zé)任公司；TG16G 臺式高速離心機，湖南湘儀離心機儀器有限公司；FA2004 電子分析天平，北京普華量宇科技有限公司；HPX-9082MBE 恒溫培養(yǎng)箱，上海博訊實業(yè)有限責(zé)任公司；HH-4 型數(shù)顯恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；GZX-9240MBE 恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海博訊實業(yè)有限責(zé)任公司；MP10010 電子天平，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；海爾BCD-160TMPQ 電冰箱，青島海爾集團；立式壓力蒸汽滅菌器，上海申安醫(yī)療器械廠。

1.3 試驗方法

1.3.1 豆渣膳食纖維的提取

參考楊夢曦等[8]的方法并加以改動。將新鮮豆渣（粒徑＜177 μm）采用索氏提取法進行脫脂，去除殘留豆渣中留的脂肪，50 ℃烘干備用。準(zhǔn)確稱取2.00 g 豆渣粉于燒杯中，按照料液比1∶10（mL/mL）加入20 mL 蒸餾水，混勻，水浴加熱至60 ℃，加入木瓜蛋白酶、α-淀粉酶、用鹽酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH 值至6.5，酶解90 min。95 ℃滅酶10 min，冷卻離心后取上清液轉(zhuǎn)移至250 mL 燒杯中，加入4 倍體積95%乙醇，靜置90 min，過濾得沉淀，即為DF；用85 ℃熱水洗滌沉淀至pH7，過濾，沉淀干燥至恒質(zhì)量，即為IDF。豆渣DF 和SDF 的得率，按公式（1）（2）計算[9]。

式中，m0為豆渣粉質(zhì)量，g；m1為DF 質(zhì)量，g；m2為IDF 質(zhì)量，g。

1.3.2 復(fù)合酶法提取膳食纖維的單因素試驗

（1）木瓜蛋白酶添加量對豆渣DF 和SDF 提取率的影響

稱取2.00 g 脫脂干豆渣粉，α-淀粉酶添加量為3%，木瓜蛋白酶添加量分別設(shè)置為3%、6%、9%、12%、15%，調(diào)整溶液pH 為6.0，60 ℃下酶解90 min，其它條件不變，測定DF 和SDF的得率，平行測定3 次。

（2）α-淀粉酶添加量對豆渣DF 和SDF提取率的影響

稱取2.00 g 脫脂干豆渣粉，木瓜蛋白酶添加量為6%，α-淀粉酶添加量分別設(shè)置為1%、2%、3%、4%、5%，調(diào)整溶液pH 為6.0，60 ℃酶解90 min，其它條件不變，測定DF 和SDF的得率，平行測定3 次。

（3）酶解時間對豆渣DF 和SDF提取率的影響

稱取2.00 g 脫脂干豆渣粉，α-淀粉酶添加量為2%，木瓜蛋白酶添加量為6%，調(diào)整溶液pH 為6.0，60 ℃下酶解，酶解時間分別設(shè)置為30、60、90、120、150、180、210 min，其它條件不變，測定DF 和SDF的得率，平行測定3 次。

1.3.3 豆渣膳食纖維保健酸奶的制作

參考王麗爽等[9]的方法并加以改動。將生牛乳預(yù)熱至55～60 ℃保溫10 min，再加入大豆DF、蔗糖和0.5%穩(wěn)定劑（果膠），混勻均質(zhì)，90～95 ℃處理8～10 min，快速冷卻至40 ℃，加入乳酸菌粉，密封發(fā)酵3.5 h，取出冷卻，4 ℃下冷藏24 h 后熟。

1.3.4 酸奶配方的單因素試驗設(shè)計

膳食纖維添加量設(shè)置為0.6%、1.2%、1.8%、2.4%、3.0%，蔗糖添加量設(shè)置為1%、3%、5%、7%、9%，乳酸菌粉添加量設(shè)置為1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%，其他條件一致，以感官評分為評價指標(biāo)進行單因素試驗。

1.3.5 酸奶配方的正交試驗設(shè)計

結(jié)合單因素試驗結(jié)果，以豆渣DF、蔗糖、乳酸菌粉添加量作為L9(33)正交試驗的三因素，優(yōu)化豆渣膳食纖維保健酸奶生產(chǎn)工藝。試驗設(shè)計見表1。

表1 正交試驗因素水平表Table 1 Factors and level design of orthogonal test

1.3.6 酸奶的感官評定標(biāo)準(zhǔn)

選定10 個有經(jīng)驗的評定人員進行感官評價，參考表2 中的各項評定標(biāo)準(zhǔn)對酸奶進行打分，然后取平均值。

表2 酸奶感官評定標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standard of yogurt

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)合酶法提取膳食纖維單因素試驗結(jié)果與分析

2.1.1 木瓜蛋白酶添加量對豆渣DF 及SDF 得率的影響

由圖1 可知，當(dāng)木瓜蛋白酶添加量為3%～6%時，豆渣DF 和SDF 得率逐漸增加，添加量為6%時，豆渣DF、SDF 得率均最高，分別為74.2%、17.6%；當(dāng)木瓜蛋白酶用量超過6%時，豆渣DF 和SDF 得率均逐漸降低。分析原因可能是隨著木瓜蛋白酶用量的逐漸增加，酶解反應(yīng)加快，豆渣DF 和SDF 得率不斷增加；當(dāng)木瓜蛋白酶用量超過6%時，豆渣DF 和SDF 得率逐漸降低，因為酶量的增加使單位酶作用底物減少，豆渣DF 和SDF 得率增加緩慢[10-11]。因此，木瓜蛋白酶最佳添加量為6%。

圖1 木瓜蛋白酶添加量對DF 及SDF 得率的影響Fig.1 Effect of papain addition on the yield of DF and SDF

2.1.2α-淀粉酶添加量對DF 及SDF 得率的影響

由圖2 可以看出，當(dāng)α-淀粉酶添加量在1%～2%時，豆渣DF 和SDF 得率不斷升高；當(dāng)α-淀粉酶添加量大于2%時，豆渣DF 得率和SDF 得率不斷降低。原因可能是α-淀粉酶能夠酶解豆渣中的淀粉，當(dāng)?shù)矸勖柑砑恿吭黾樱阜肿优c淀粉的結(jié)合程度增大[12]，酶解反應(yīng)較完全，所以豆渣DF 和SDF 得率增加；淀粉酶添加量大于2%時，淀粉酶濃度已經(jīng)達(dá)到飽和，酶活性不斷降低[13]，豆渣SDF 得率逐漸下降。因此，α-淀粉酶最佳添加量為2%。

圖2 α-淀粉酶添加量對DF 及SDF 得率的影響Fig.2 Effect of α-amylase addition on the yield of DF and SDF

2.1.3 酶解時間對DF 及SDF 得率的影響

由圖3 可以看出，酶解時間從30 min 增加至90 min時，豆渣DF 和SDF 得率逐漸增加；當(dāng)酶解時間超過90 min 時，豆渣DF 得率緩慢下降，SDF 得率變化平穩(wěn)，其原因可能是在提取初期，底物濃度高，酶充分與底物反應(yīng)，所以得率逐漸增加；隨著時間的增加[14]，膳食纖維中大分子組分連接鍵斷裂，不溶性成分轉(zhuǎn)變成可溶性成分，豆渣SDF 得率增加[15]。但酶解時間過長，導(dǎo)致部分酶在提取過程中失活，產(chǎn)物的反饋抑制效應(yīng)逐漸增強，反應(yīng)速度逐漸降低，SDF 得率增加變緩[16]。因此，從經(jīng)濟角度考慮，選擇酶解時間90 min。

2.2 豆渣膳食纖維酸奶配方及工藝的確定

2.2.1 豆渣DF 添加量對酸奶品質(zhì)的影響

由表3 可以看出，當(dāng)豆渣DF 添加量為1.8%時，酸奶滋味、色澤及組織狀態(tài)都比較好，口感細(xì)膩，感官評分最高。隨著豆渣DF 添加量增加，出現(xiàn)凝乳不均勻，組織狀態(tài)粗糙，色澤加深的現(xiàn)象，酸奶的感官評分逐漸降低。原因是豆渣DF 加入量過多，酸化速度加快，黏度增加，使酸奶質(zhì)地粗糙，口感和風(fēng)味下降[17]，感官評分降低。所以，選定豆渣DF 的添加量為1.8%。

表3 豆渣DF 添加量對酸奶品質(zhì)的影響Table 3 Effect of DF content of soybean dreg on quality of yoghurt

2.2.2 蔗糖添加量對酸奶品質(zhì)的影響

由表4 可以看出，當(dāng)蔗糖添加量小于5%時，酸奶口感偏酸，適口性較差，感官評分較低；蔗糖添加量為5%時，酸甜適中，口感好，組織狀態(tài)較穩(wěn)定；當(dāng)蔗糖添加量超過5%時，口感偏甜、感官評分較低。原因是蔗糖添加量不斷增加，酸奶黏度、稠度提高，利于酸奶的凝固。但當(dāng)蔗糖添加過量，乳酸菌生長能力被抑制，酸度較低，使酸奶酸味減淡，甜度過量[18]。因此，最佳蔗糖添加量為5%。

表4 蔗糖添加量對酸奶品質(zhì)的影響Table 4 Effect of sucrose content on quality of yoghurt

2.2.3 乳酸菌粉量對酸奶品質(zhì)的影響

由表5（見下頁）可以看出，當(dāng)乳酸菌粉量小于2.5%時，酸奶發(fā)酵不完全，凝乳狀態(tài)欠佳，出現(xiàn)分層，有乳清析出等缺陷；當(dāng)乳酸菌粉量為3%時，酸奶的凝乳狀態(tài)較好，分層較少，酸奶的口感最好，酸甜適中，感官評分最高。分析原因為隨著乳酸菌含量增加，持水力增大，品質(zhì)不斷改善。乳酸菌量繼續(xù)增加，產(chǎn)酸量增大，酸奶口感過酸，品質(zhì)下降[19]。所以，乳酸菌粉最佳添加量為3.0%。

表5 乳酸菌粉添加量對酸奶品質(zhì)的影響Table 5 Effect of lactic acid bacteria powder content on yogurt quality

2.3 酸奶配方的正交試驗

以酸奶的感官評分為指標(biāo)，由表6 中的極差大小可知，各因素對酸奶感官品質(zhì)影響的大小順序為A＞C＞B，即豆渣DF 添加量對酸奶的感官品質(zhì)影響最大，主要影響酸奶的色澤和口感；其次是乳酸菌添加量，主要影響酸奶的凝乳狀態(tài)；蔗糖添加量影響最小，主要影響酸奶的口感。劉楊柳等[20]研究發(fā)現(xiàn)玉米皮膳食纖維添加量對酸奶感官影響最顯著，這與本試驗類似。根據(jù)k值確定酸奶的最佳配方為A2B3C3。進行驗證試驗，該條件下得到的酸奶感官評分為93 分，均優(yōu)于其他試驗組。因此豆渣膳食纖維保健酸奶最佳制作條件為豆渣膳食纖維添加量1.8%，發(fā)酵劑接種量3.5%，蔗糖添加量7%。

表6 酸奶配方正交試驗結(jié)果分析表Table 6 Orthogonal test analysis of yogurt formula

2.4 酸奶發(fā)酵條件的優(yōu)化

2.4.1 發(fā)酵時間對酸奶品質(zhì)的影響

由圖4 可知，發(fā)酵時間為3.5 h 時，酸奶的發(fā)酵效果最好，感官評分最高，此時酸甜比例最佳。發(fā)酵時間過短，酸奶發(fā)酵不穩(wěn)定，組織結(jié)構(gòu)較柔嫩，甜度不夠，風(fēng)味較差；發(fā)酵時間過長，則發(fā)酵過度，乳清析出嚴(yán)重，酸度不夠，風(fēng)味也較差。因此，發(fā)酵時間為3.5h 時，酸奶發(fā)酵質(zhì)量最優(yōu)。

圖4 發(fā)酵時間對酸奶感官品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of fermentation time on sensory quality of yogurt

2.4.2 發(fā)酵溫度對酸奶品質(zhì)的影響

圖5 顯示了發(fā)酵溫度對酸奶感官品質(zhì)的影響，由圖5 可知，發(fā)酵溫度為40 ℃時，酸奶的感官品質(zhì)最佳。發(fā)酵溫度過低，酸奶發(fā)酵不完全，組織結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，有乳清析出，且酸度過低，滋味較差；發(fā)酵溫度過高，乳清析出過量，酸度過大，滋味口感略差。發(fā)酵溫度為40 ℃時，感官品質(zhì)評分最高。

圖5 發(fā)酵溫度對酸奶感官品質(zhì)的影響Fig.5 Effect of fermentation temperature on sensory quality of yogurt

3 結(jié)論

豆渣膳食纖維保健酸奶的最佳工藝制作條件為豆渣膳食纖維添加量1.8%，乳酸菌量3.5%，蔗糖添加量7%，發(fā)酵時間3.5 h，發(fā)酵溫度40 ℃。此條件制作出的豆渣膳食纖維保健酸奶凝乳均勻，色澤柔和均一，口感和風(fēng)味較好，符合消費者的口味，具有良好的市場發(fā)展前景。