馬文藝,李興飛,劉軍,時(shí)玉強(qiáng),魯緒強(qiáng),華欲飛*
1(江南大學(xué) 食品學(xué)院,江蘇 無(wú)錫,214122)2(臨邑禹王植物蛋白有限公司,山東 德州,251507)
基于植物酸奶或無(wú)乳制品在世界范圍內(nèi)越來(lái)越被接受,目前,由杏仁、椰子、大豆和燕麥制成的無(wú)乳酸奶在加工技術(shù)和市場(chǎng)份額方面都取得了有意義的進(jìn)展。盡管如此,還是需要為無(wú)乳酸奶制品開(kāi)發(fā)新的植物來(lái)源。
黃豌豆(PisumsativumL.)是豆科植物豆莢的可食用種子,原產(chǎn)于南歐和沿海地區(qū),但在世界各地廣泛種植。與其他豆類(lèi)相比,豌豆的蛋白質(zhì)含量極高,約為18%~30%[1-3]。豌豆蛋白含有8種必需氨基酸,特別是含有高水平的賴(lài)氨酸和精氨酸[4-6]。其次,豌豆蛋白還具有許多功能特性,如凝膠性、水溶性、起泡性和乳化性[7-9]。與大豆蛋白相比,豌豆蛋白具有較低的致敏性和較高的消化率[10-11]。此外,豌豆還含有多種維生素和礦物質(zhì),如維生素B、葉酸、鈣、鐵、鉀等。胰蛋白酶抑制劑和植酸鹽等抗?fàn)I養(yǎng)因子也低于大豆。
阻礙豌豆在蛋白質(zhì)飲料或植物酸奶中使用的最重要因素是令人不快的味道[12-13]。加工過(guò)的豌豆的味道被描述為“青草味”或“干草味”。2-甲氧基-3-異丙基-(5或6)-甲基吡嗪是豌豆乳中異味的一個(gè)重要來(lái)源,其閾值極低。其他揮發(fā)性化合物,如己醛、(E,E)-2,4-壬二烯醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、壬醛和1-己醇對(duì)豌豆?jié){的風(fēng)味也有重要影響[14-16]。
關(guān)于用豌豆作為蛋白質(zhì)來(lái)源制備植物酸奶報(bào)道很少。DENKOVA等[17]報(bào)道了用不同比例的豌豆乳和脫脂牛奶的混合物作為發(fā)酵基料,并添加益生菌,制備酸奶和嗜酸飲料,其產(chǎn)品活細(xì)胞濃度高,可滴定酸度適中,在(4±2) ℃保存穩(wěn)定性好。一些研究則通過(guò)對(duì)豌豆蛋白和牛奶或奶粉的混合物進(jìn)行發(fā)酵制成類(lèi)似酸奶的產(chǎn)品[18]。結(jié)果表明,豌豆蛋白含量越高,產(chǎn)品的酸度越高,脫水收縮作用越強(qiáng),產(chǎn)品的硬度越低。
然而,豌豆酸奶的感官特性不僅取決于豌豆蛋白的比例,還取決于發(fā)酵劑的選擇。DENKOVA等[19]報(bào)道了Saccharomycesdiastaticus25-G可在含脫脂牛奶和豌豆乳的發(fā)酵基料上生長(zhǎng),獲得非傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品,所得產(chǎn)品具有高含量的活菌數(shù)和中等的可滴定酸度。發(fā)酵劑作為植物酸奶品質(zhì)的一個(gè)重要影響因素,它會(huì)對(duì)發(fā)酵產(chǎn)品的風(fēng)味、質(zhì)構(gòu)和感官產(chǎn)生不同的影響,所以通過(guò)篩選發(fā)酵劑可以使得產(chǎn)品具有較好的品質(zhì)[20]。作為一種新型發(fā)酵劑,直投式發(fā)酵劑具有無(wú)需菌種活化和擴(kuò)培等優(yōu)勢(shì),并且其活菌含量高,可以長(zhǎng)期保藏,所以在生產(chǎn)上常采用直投式發(fā)酵劑,不僅可以降低成本,還可以保證較好的產(chǎn)品品質(zhì)[21]。
在這項(xiàng)研究中,無(wú)乳豌豆酸奶制品是用豌豆乳或豌豆的水提取物制成的,而不是用豌豆蛋白或豌豆和乳制品的混合物制成的。本文通過(guò)對(duì)豌豆?jié){加工工藝的改進(jìn)以及對(duì)6種直投式酸奶發(fā)酵劑的篩選,為日后豌豆酸奶的制備提供理論基礎(chǔ)。
1.1.1 實(shí)驗(yàn)材料
直投式發(fā)酵劑A、B、C(嗜熱鏈球菌,保加利亞乳桿菌)、D(保加利亞乳桿菌,嗜熱鏈球菌、嗜酸乳桿菌)、E(保加利亞乳桿菌,嗜熱鏈球菌,鼠李糖乳桿菌,發(fā)酵乳桿菌,副干酪乳桿菌,瑞士乳桿菌,長(zhǎng)雙歧桿菌)、F(嗜熱鏈球菌,植物乳桿菌),市場(chǎng);黃豌豆:表面有光澤,無(wú)霉變,顆粒飽滿(mǎn),市售;蔗糖,市售食用白砂糖;葡萄糖,市售食用葡萄糖;2-甲基-3-庚酮,西格瑪-奧德里奇公司。
1.1.2 儀器與設(shè)備
AB204-N分析天平、PHS-3TC數(shù)顯pH計(jì),梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;TH-300梯度混合器,上海瀘西分析儀器廠有限公司;超凈工作臺(tái),無(wú)錫一凈設(shè)備有限公司;手提式不銹鋼壓力蒸汽滅菌鍋,上海申安醫(yī)療器械廠;HH-S數(shù)顯恒溫水浴鍋,江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠;SC202-2電熱恒溫干燥箱,江蘇南通實(shí)驗(yàn)電器廠;TA.XTPlus質(zhì)構(gòu)儀,英國(guó)SMS公司;DVB/CAR/PDMS,50/30 μm萃取頭,美國(guó)Supelco公司;氣質(zhì)聯(lián)用儀(SCION SQ 456GC-MS),美國(guó)bruker 公司。
1.2.1 豌豆?jié){的制備工藝
豌豆?jié){的制備工藝如下:
豌豆→燙漂(沸水,10 min)→浸泡(20 min)→脫殼→堿泡10~11 h[m(原豆)∶m(0.07 mol/L氫氧化鈉溶液)=1∶5]→清洗→打漿[m(原豆)∶m(水)=1∶3,3 min]→離心(5 000×g,15 min,20 ℃)→豌豆?jié){
1.2.2 豌豆酸奶的發(fā)酵工藝
豌豆酸奶的發(fā)酵工藝如下:
豌豆?jié){→調(diào)配→殺菌(95 ℃,15 min)→冷卻至42 ℃左右→接種→發(fā)酵終點(diǎn)至pH 4.7→冷藏→后熟→待用
1.2.3 pH值的測(cè)定
用PHS-3TC 型高精密酸度計(jì)測(cè)定。
1.2.4 總酸度的測(cè)定
根據(jù)GB 5009.239 — 2016[22],用0.1 mol/L NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定法測(cè)定。
1.2.5 質(zhì)構(gòu)的測(cè)定
采用英國(guó) SMS 公司的TA.XTPlus 型質(zhì)構(gòu)儀對(duì)豌豆酸奶進(jìn)行測(cè)定,測(cè)定方法采用Yoghurt back extrusion,采用圓柱形探頭P25;測(cè)試前探頭下降速度:1 mm/s;測(cè)試速度:0.5 mm/s;測(cè)試后探頭回程速度:1 mm/s;應(yīng)變程度30%。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定3次。
1.2.6 揮發(fā)性風(fēng)味的測(cè)定
GC-MS 條件:采用 DB-WAX 色譜柱(30 mm×0.25 mm,0.25 μm),升溫程序:起始溫度40 ℃,保持3 min;以6 ℃/min升溫至100 ℃;然后以10 ℃/min升溫至230 ℃,保持7 min;不分流進(jìn)樣。
質(zhì)譜條件:離子源EI源,離子源溫度200 ℃,接口溫度250 ℃,電子能量70 eV,掃描范圍為33~350m/z,采集方式為Scan。
樣品預(yù)處理方法:參照周艷平等[23]的方法并稍作修改,準(zhǔn)確稱(chēng)取 20 g 豌豆酸奶,先加入20 g NaCl 溶液(ω=16%),將酸奶進(jìn)行微弱剪切,再用10 g NaCl 溶液(ω=16%)清洗剪切機(jī)上殘留的酸奶,搖勻。稱(chēng)取 5 g 該溶液于萃取瓶中,并向其中加入10 μL 32 μg/mL的內(nèi)標(biāo)物(2-甲基-3-庚酮),迅速旋緊蓋子,搖勻,置于60 ℃水浴中,將老化的固相微萃取針插入樣品瓶,邊攪拌邊頂空吸附,萃取時(shí)間為30 min。首次使用前,萃取頭于250 ℃老化1 h。
1.2.7 數(shù)據(jù)分析
借助 Origin 軟件作圖得到豌豆?jié){體系中pH和酸度隨發(fā)酵時(shí)間變化的趨勢(shì)圖。酸奶產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)特性測(cè)試完成后,專(zhuān)用軟件 Texture Expert Exceed可自動(dòng)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)分析,生成表格進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。采用IBM SPSS Statistics 19對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性差異分析(P<0.05表示有顯著性差異)。
常規(guī)的豌豆?jié){處理方式為先打漿再高溫滅酶,此研究中采取了在打漿前熱燙滅酶,然后再脫殼和堿泡的制漿方式,表1對(duì)比了2種不同預(yù)處理方法對(duì)豌豆?jié){的揮發(fā)性風(fēng)味的影響。從整體來(lái)看,常規(guī)預(yù)處理方式的總揮發(fā)性物質(zhì)含量顯著高于本文的制漿方式,尤其是一些與脂氧合酶(lipoxygenase,LOX)的氧化產(chǎn)物有關(guān)的揮發(fā)物的含量,這可能是因?yàn)槌R?guī)的預(yù)處理方式先打漿導(dǎo)致了LOX的酶促反應(yīng),而后一種預(yù)處理方式則采取了熱燙滅酶的方式,在打漿前已經(jīng)使酶失活,抑制酶促反應(yīng)的發(fā)生以及氧化產(chǎn)物的生成。有研究報(bào)道[16],2-甲氧基-3-異丙基-(5或6)甲氧基吡嗪是本身存在于豌豆中的一種具有“泥土、青椒和塑料”氣味的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),其閾值極低,對(duì)豌豆?jié){的風(fēng)味貢獻(xiàn)度很高。本文的處理方式使得其含量有所下降,但并無(wú)顯著性差異,說(shuō)明這2種預(yù)處理方式對(duì)其含量的影響不大。
相比于常規(guī)的制漿方式,本文采用的熱燙滅酶的預(yù)處理方式,減少了由于酶促反應(yīng)生成的氧化產(chǎn)物,脫殼會(huì)導(dǎo)致?lián)]發(fā)物含量的下降,但是并不顯著,但是脫殼更有利于后續(xù)浸泡時(shí)一些異味成分的溶出,堿泡不僅促進(jìn)異味物質(zhì)的溶出,還使得漿液的pH升高,促進(jìn)蛋白質(zhì)溶出,使得蛋白質(zhì)含量從2.81%提高至3.08%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),蛋白質(zhì)提取率從31.94%提高至48.89%。
綜上所述,相比于常規(guī)的豌豆?jié){制備工藝,通過(guò)燙漂、脫殼和堿泡的工藝手段使得豌豆?jié){的異味成分減少,風(fēng)味得到了極大的改善。

表1 不同制漿方式得到的豌豆?jié){的風(fēng)味成分Table 1 Flavor components of pea milk prepared with different pulping process
2.2.1 酸奶發(fā)酵劑對(duì)豌豆酸奶發(fā)酵特性的影響
在制備好的豌豆?jié){中分別接種相同含量的直投式發(fā)酵劑A、B、C、D、E、F,在42 ℃下發(fā)酵直至終點(diǎn)(pH 4.7)。由圖1的pH變化曲線(xiàn)可知,達(dá)到發(fā)酵終點(diǎn),A、B、C、F所需時(shí)間接近,為3 h左右,D所需時(shí)間為3.5 h,而E所需時(shí)間最長(zhǎng)為4.5 h。由圖2可知,整體的發(fā)酵速率是C>B>A>F>D>E(也是pH從最初的7.3降至5.5的快慢順序),發(fā)酵菌種在前1 h 的差距不大,均呈現(xiàn)較慢的發(fā)酵速率,發(fā)酵速率最快的階段為1~2 h 或2~3 h,不同的發(fā)酵菌種在豌豆?jié){中的表現(xiàn)不同,其中C型菌種在1~2 h 的發(fā)酵速率最快,B、A、F、D型菌種在2~3 h 的發(fā)酵速率最快,而E型發(fā)酵劑在3~4 h 的發(fā)酵速率最快,即在前3 h的發(fā)酵速率均很慢,在3 h后發(fā)酵速率加快,且加快幅度較大。

圖1 不同發(fā)酵劑制備的豌豆酸奶pH變化曲線(xiàn)Fig.1 pH curve of pea yoghurt prepared with different starter cultures

圖2 不同發(fā)酵劑制備的豌豆酸奶酸度變化曲線(xiàn)Fig.2 Acidity curve of pea yoghurt prepared with different starter cultures
2.2.2 酸奶發(fā)酵劑對(duì)豌豆酸奶質(zhì)構(gòu)特性的影響
不同發(fā)酵劑對(duì)豌豆酸奶的質(zhì)構(gòu)有不同的影響,主要體現(xiàn)在硬度、稠度、黏聚性和黏聚指數(shù)4個(gè)方面。從整體看,這4個(gè)質(zhì)構(gòu)參數(shù)呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì),即樣品硬度越大,稠度、黏聚性和黏聚指數(shù)的絕對(duì)值也越大,說(shuō)明酸奶的質(zhì)構(gòu)性能越好。由表2可得,6種豌豆酸奶,質(zhì)構(gòu)參數(shù)由大到小依次是A>C>D>B>F>E,說(shuō)明A型直投發(fā)酵劑在豌豆?jié){為基底的體系中很適用,發(fā)酵酸奶的凝膠結(jié)構(gòu)最為致密,質(zhì)構(gòu)性能最好,而由E型直投發(fā)酵劑發(fā)酵的豌豆酸奶的凝膠結(jié)構(gòu)最松散且質(zhì)構(gòu)性能最差。在這6種酸奶中,A、B、C、D型菌種發(fā)酵的豌豆酸奶的硬度均較強(qiáng)但差異不顯著(P≥0.05),但與E型菌種發(fā)酵的豌豆酸奶均有顯著性的差異(P<0.05),F(xiàn)型菌種發(fā)酵的酸奶的硬度稍高于E型菌種,但硬度都偏低且兩者無(wú)顯著性差異(P≥0.05)。在稠度方面,不同發(fā)酵劑制備的酸奶區(qū)別較大,除了A和B型菌種發(fā)酵的豌豆酸奶間無(wú)顯著差異(P≥0.05),其他發(fā)酵劑制備的豌豆酸奶均有顯著性差異(P<0.05)。從黏聚性的測(cè)定來(lái)看,差距不大,從黏聚指數(shù)的測(cè)定結(jié)果來(lái)看,除B型、C型和D型菌種發(fā)酵的酸奶間無(wú)顯著差異,其他均有顯著差異。

表2 不同發(fā)酵劑制備的豌豆酸奶的質(zhì)構(gòu)參數(shù)Table 2 Texture parameters of pea yoghurt prepared with different starter cultures
2.2.3 酸奶發(fā)酵劑對(duì)豌豆酸奶揮發(fā)性風(fēng)味的影響
由表3可得,采用不同發(fā)酵劑會(huì)影響豌豆酸奶的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的含量。總的來(lái)看,A型菌種發(fā)酵的酸奶的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的含量最高,而D型菌種最低。
豆腥味物質(zhì)主要包含醛類(lèi)、醇類(lèi)以及呋喃類(lèi),具有青草味,蘑菇味。豌豆?jié){經(jīng)過(guò)發(fā)酵后,己醛的含量均有所下降,而己醇的含量有不同程度的上升,這是由于乳酸菌在豌豆?jié){體系中生長(zhǎng)代謝,產(chǎn)生了還原酶類(lèi),將醛類(lèi)轉(zhuǎn)化成醇類(lèi),由于己醛的閾值很低、豆腥味重,而己醇的閾值更高,所以經(jīng)過(guò)乳酸菌發(fā)酵使得己醛發(fā)生轉(zhuǎn)化,改善酸奶的風(fēng)味[24]。2-戊基呋喃在豌豆酸奶中的含量也較高,尤其是在A型和B型菌種發(fā)酵的酸奶中,而在C型和D型發(fā)酵酸奶中的含量偏低。
2-甲氧基-3-異丙基-(5或6)甲氧基吡嗪,具有“辣椒、泥土”等令人不悅的強(qiáng)烈氣味,閾值極低,是豌豆中異味的主要貢獻(xiàn)者,其含量會(huì)對(duì)豌豆產(chǎn)品的風(fēng)味造成很大的影響,經(jīng)過(guò)不同類(lèi)型的發(fā)酵劑發(fā)酵后,豌豆酸奶中的2-甲氧基-3-異丙基-(5或6)甲氧基吡嗪呈現(xiàn)出了不同的含量,經(jīng)過(guò)A型和C型菌種制備的豌豆酸奶中未檢測(cè)出吡嗪,在B型和F型菌種制備的酸奶中,吡嗪的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高,均高于1 μg/kg。
揮發(fā)性酸和酮類(lèi)是酸奶的重要風(fēng)味物質(zhì),揮發(fā)性酮類(lèi)風(fēng)味物質(zhì)是乳酸菌的代謝產(chǎn)物之一,是酸奶的特征風(fēng)味物質(zhì)。在豌豆酸奶中檢測(cè)到的酮類(lèi)主要有2,3-丁二酮,2,3-戊二酮和3-羥基-2-丁酮,這些酮類(lèi)物質(zhì)會(huì)賦予酸奶奶油味、干酪味等[24]。酸奶中的酮類(lèi)總含量依次是A>C>E>F>D>B。2,3-丁二酮在A型菌種發(fā)酵酸奶中的含量顯著偏高,其次是E型和C型菌種發(fā)酵的酸奶,在B型、D型和F型菌種發(fā)酵酸奶中的含量最低。對(duì)于2,3-戊二酮,在A型和C型菌種發(fā)酵酸奶中的含量較高,對(duì)于3-羥基-2-丁酮?jiǎng)t在C型、D型和A型菌種發(fā)酵的酸奶中含量偏高。
據(jù)報(bào)道,酸奶的風(fēng)味不僅受體系中羰基化合物的影響,還受揮發(fā)性、非揮發(fā)性酸的影響[25-26]。對(duì)于豌豆酸奶中檢測(cè)到的揮發(fā)性酸,主要包括乙酸、己酸、辛酸和壬酸,這幾種揮發(fā)性酸幾乎均在上述6種發(fā)酵劑制備的豌豆酸奶中檢測(cè)到。不同發(fā)酵劑制備的酸奶中乙酸的含量差異較顯著,其中在E型、A型和F型酸奶中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高,均在10 μg/kg以上。己酸作為酸奶中發(fā)酵菌種的重要代謝產(chǎn)物,與發(fā)酵劑中乳桿菌的比例有關(guān),其在A型菌種制備的酸奶中的含量較高,在其他種酸奶中的含量無(wú)顯著性差異。辛酸在不同發(fā)酵劑制備的酸奶中含量差距并不大。

表3 不同發(fā)酵劑制備的豌豆酸奶的風(fēng)味成分Table 3 Flavor Components of pea yoghurt prepared with different starter cultures
2.2.4 酸奶發(fā)酵劑對(duì)豌豆酸奶感官特性的影響
豌豆酸奶的感官評(píng)價(jià)主要包括4個(gè)方面即氣味、滋味、顏色和質(zhì)構(gòu)。具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表4。表5展示了不同發(fā)酵劑制備的豌豆酸奶的感官評(píng)分。對(duì)于顏色,不同的樣品間并無(wú)顯著性差異,說(shuō)明發(fā)酵劑對(duì)酸奶的顏色影響不大,主要與豌豆?jié){本身的顏色有關(guān)。在質(zhì)構(gòu)上,不同的發(fā)酵劑制備的酸奶評(píng)分具有一定的差異,但無(wú)顯著性差異,A型菌種發(fā)酵酸奶的質(zhì)構(gòu)評(píng)分最高,酸奶表面光潔,凝乳塊均勻且乳清析出少;而E型和F型菌種發(fā)酵酸奶的質(zhì)構(gòu)評(píng)分最低,主要表現(xiàn)為凝乳塊松散且乳清析出較多,該感官評(píng)價(jià)結(jié)果與質(zhì)構(gòu)的測(cè)定結(jié)果一致。
氣味方面,主要和揮發(fā)性風(fēng)味有關(guān),其中D型、E型和F型菌種發(fā)酵的豌豆酸奶中的異味成分含量整體偏低,所以氣味評(píng)分偏高,A型、B型和C型菌種發(fā)酵的酸奶,則因?yàn)楫愇冻煞值暮科撸詺馕对u(píng)分偏低。
滋味除了與揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)有關(guān),還與非揮發(fā)性酸以及發(fā)酵微生物的代謝產(chǎn)物有關(guān),所以影響滋味的因素更加復(fù)雜。從感官評(píng)定的結(jié)果看,A型菌種和C型菌種制備的豌豆酸奶的滋味分別獲得最高評(píng)分和最低評(píng)分,且存在顯著性差異,剩余4種菌種制備的酸奶的滋味評(píng)分較為接近。從總體評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看,A型菌種發(fā)酵酸奶接受程度最高,這主要跟其較高的滋味評(píng)分和質(zhì)構(gòu)評(píng)分有關(guān)。而C型菌種發(fā)酵酸奶的總體接受度最低,這主要是由于其滋味評(píng)分最低。

表4 豌豆酸奶的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Sensory evaluation standard of pea yoghurt

表5 不同發(fā)酵劑制備的豌豆酸奶的感官評(píng)分 單位:分
本文的創(chuàng)新點(diǎn)主要是采用了一種新型的豌豆?jié){制備方式,優(yōu)化后的豌豆?jié){的風(fēng)味得到了極大的改善,異味成分明顯減少。本研究所使用的發(fā)酵基料完全來(lái)自于豌豆,而非采用豌豆和牛奶的混合物來(lái)進(jìn)行酸奶的制備。在提供了優(yōu)化的豌豆?jié){基料的基礎(chǔ)上,研究了不同直投式發(fā)酵劑對(duì)于豌豆酸奶的風(fēng)味、質(zhì)構(gòu)、感官等品質(zhì)的影響。
與豆?jié){相比,豌豆?jié){的風(fēng)味物質(zhì)除了大豆酸奶中常見(jiàn)的醛酮類(lèi)以外,還有特有的吡嗪,所以豌豆?jié){風(fēng)味較豆?jié){更為復(fù)雜。研究表明不同的發(fā)酵菌種會(huì)對(duì)大豆酸奶的風(fēng)味造成不同的影響,目前關(guān)于發(fā)酵劑對(duì)豌豆酸奶品質(zhì)影響的研究很少,市面上也無(wú)針對(duì)豌豆酸奶的直投式發(fā)酵劑。本研究采用優(yōu)化的制備工藝得到的豌豆?jié){作為原料,研究了不同的直投式發(fā)酵劑對(duì)豌豆酸奶風(fēng)味與質(zhì)構(gòu)特性的影響,從而得出品質(zhì)較佳的豌豆酸奶。