植物基核桃酸奶的研制

湯木果，汪科成，趙存朝,2，陶亮,2，田洋,2,3

（1.云南農業大學食品科學技術學院，昆明 650201；2.國家辣木加工技術研發專業中心，昆明 650201；3.云南省生物大數據重點實驗室，昆明 650201）

0 引言

核桃（Juglaus Regia L.）又名胡桃、羌桃、萬歲子，系胡桃科核桃屬植物，是世界四大干果之一[1]。核桃具有較高的營養價值，含有20%～25%的優質蛋白[2]，8種必需氨基酸含量合理[3]，人體消化率可達87%[4]，并且還含有一些人體必需的多種維生素、微量元素和礦物質[5]。核桃中不飽脂肪酸含量較高，尤其是油酸、亞油酸及亞麻酸含量較高[6]，若長期食用，不僅不會升高血糖，還能在一定程度下減少人體對膽固醇的吸收，三高人群也可放心食用[7]。云南作為我國核桃生產的第一大省，目前核桃種植面積為4230萬畝，產量為102萬t，產值已達305億元[8]，種植面積、產量和產值均居全國之首。近年來，核桃產量持續增長，但產品較單一，主要以干果為主，精深加工不足，市場消耗量低，嚴重制約核桃產業健康發展。

傳統酸奶都是以動物源（牛乳）為原料[9]，而植物基酸奶是以純植物基成分為原料，添加菌種，采用生物發酵工藝以“植物蛋白”替換“動物蛋白”為原料制作的發酵乳[10]。核桃具有豐富的營養成分和保健作用，并含有優質的蛋白質和不飽和脂肪酸，必需氨基酸含量合理且易消化，以植物基核桃為原料開發酸奶，不僅可以豐富核桃制品的產品種類，同時可滿足當代人對于健康與營養新產品的需求。相較于傳統酸奶，植物基核桃酸奶具有高蛋白、低脂肪、無乳糖、不含膽固醇、更易消化、吸收和提高各種營養素的利用率，且適合各個年齡階段的人飲用。目前，國內外已有利用植物蛋白進行部分或完全替代乳蛋白制備酸奶的研究，但以核桃作為植物基酸奶原料的研究較少。本研究以核桃仁為主要原料研發一款質地良好、口感最佳、味道醇香且營養豐富、健康的植物基酸奶，這不僅可以豐富核桃產品品類，也可為云南核桃產業化生產和精深加工奠定一定的理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

脫皮核桃仁，大理百里園生態食品發展有限公司；低聚果糖粉，鄭州化工原料有限公司；增稠劑（HBT-A3168、HBT-A1402、HBT-A5370），江蘇豪蓓特食品化學有限公司；植物淡奶油，青島雀巢食品有限公司；鼠李糖乳桿菌，實驗室自凍干直投式菌種；乳酸菌k T-A8、土耳其菌種、乳酸菌CHN-22、乳酸菌1821DSL，北京正洺嘉科科貿有限公司；Mild 1.0菌種、YF-L904菌種、R-707菌種，科漢森菌種生物科技公司。

1.2 儀器與設備

膠體磨，常州華奧儀器制造有限公司；HJJ-6水浴恒溫電動攪拌器，常州華奧儀器制造有限公司；SVJ-358智能商用型酸奶機，北京世紀陽光有限公司；高壓均質機SRH，上海申鹿均質機有限公司；數顯恒溫水浴鍋，常州華奧儀器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝設計

（1）工藝流程。

去皮核桃仁→清洗及浸泡→打漿→過濾去渣→磨漿→核桃乳→配料→預熱→均質→殺菌→接種發酵→植物基核桃酸奶

（2）操作要點。

①清洗及浸泡：將核桃仁置于25℃蒸餾水中，按料液比1∶3（w/v）在浸泡16 h，備用。

②預熱：在50～60℃下加熱10 min，過60目篩進行均質。

③均質：采用二次均質對核桃乳進行均質，先在20 MPa均質壓力下均質5 min；再在40 MPa的更高壓強下均質10 min。

④殺菌：在75～85℃條件下殺菌15 min，既要保證充分殺菌，又不能對核桃蛋白造成過度變性，以免影響植物基酸奶的質地及風味。

⑤接種發酵：接種1.2%菌種發酵液，在31.5℃下發酵16 h，進一步促進植物基酸奶的形成及產酸產香。

⑥后熟：植物基核桃酸奶發酵結束后，在4℃條件下冷藏后熟24 h，進一步后熟產酸產香，完善酸奶的風味和滋味。

1.3.2 菌種活化

使用直投式乳酸菌混合菌種。接種在MRS肉湯中，37℃培養24 h，激活乳酸菌。制備核桃乳培養基（打漿后的核桃乳，按5∶1與牛奶復配），連續3次進行活化；將1 mL解凍的儲備培養物接種100 mL無菌核桃乳培養基中，并在37℃下培養，直到p H達到4.5時制備發酵劑[11-12]。

1.3.3 菌種篩選

以感官評分及p H為指標，對直投式乳酸菌種進行篩選。

1.3.4 單因素試驗及響應面優化試驗

以植物基核桃酸奶p H 4.5時的發酵時間TpH4.5（h）、感官評分、持水性為分析指標，考察低聚果糖添加量（%）、發酵溫度（℃）、科漢森菌種YF-L904發酵劑接種量（%）對植物基核桃酸奶的影響，確定響應面優化最佳工藝因素水平。利用響應面二次中心組合試驗，以低聚果糖添加量X1（%）、發酵溫度X2（h）、發酵劑接種量X3（%）為自變量，以TpH4.5、感官評分、持水性為響應值，通過響應面二次中心組合試驗優化植物基核桃酸奶最佳工藝配方。響應面二次中心組合優化試驗因素與水平如表1所示。

表1 響應面二次中心組合優化試驗的因素及水平

1.3.5 產品質量

1.3.5.1 感官評定

選擇10名專業人士組成評定小組（5名男性，5名女性）對植物基核桃酸奶的感官特性進行評估。在色澤和外觀（5分）、滋味（5分）、氣味（5分）、組織狀態（5分）4個方面進行感官評定。其感官評分標準如表2所示。

表2 植物基核桃酸奶的感官評分標準

1.3.5.2 產品質量指標測定

（1）持水性測定。

參考熊政委[13]等方法并稍作修改。取10 m L核桃酸奶放入離心管。使用電子天平稱量離心管質量記W1，加入植物基核桃酸奶后的總質量記為W2，4 000 r/min，離心10 min，靜置10 min，去除上清液后，剩余質量記為W3。持水性計算公式：

式中：W1為離心管質量；W2為植物基核桃酸奶總質量；W3為去除上清液后，剩余質量。

（2）發酵過程中植物基酸奶p H測定。

根據p H計使用說明，對p H計進行校準，用玻璃電極對發酵過程中的植物基核桃酸奶每10 min測量一次p H值。

（3）黏度的測定。

使用校正后的旋轉式黏度計進行測定3次，最終結果取平均值[14]。

（4）硬度的測定。

使用校正后的硬度計直接測定3次，最終結果取平均值。

（5）其他指標。

蛋白質含量：參照《GB 5009.5-2016凱氏定氮法》的方法測定；脂肪含量：參考《GB 5009.6-2016索氏抽提法》的方法測定；水分含量：參照《GB 5009.3-2016直接干燥法》的方法；碳水化合物含量：參照《GB 28050-2011食品安全國家標準預包裝食品營養標簽通則》的方法測定；粗纖維含量：參照《GB/T 5009.10-2003植物類食品中粗纖維的測定》的方法測定；乳酸菌數測定：參照《GB 4789.35-2016食品安全國家標準食品微生物學檢驗乳酸菌檢驗》[15]；大腸桿菌檢測：參考《GB4789.3-2016食品微生物學檢驗大腸菌群計數》[16]。

1.3.6 數據統計與分析

數據處理及統計分析采用Excel 2013對實驗數據進行整理，利用設計專家Design-Expert8.0.6進行響應面分析、利用SPSS24對數據進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 菌種篩選

植物基核桃酸奶所采用的乳酸菌種發酵劑能代謝植物蛋白制品中難以被人體快速吸收的寡糖類生成乳酸，從而提高植物蛋白的生物利用率，減少胃腸漲氣、同時促進腸道蠕動，有助于消化和腸道健康；同時乳酸菌能賦予植物飲料“生物活性”的價值：合成維生素B族，水解蛋白質和碳水化合物[17]，有宜于人體快速吸收營養；使植物基核桃酸奶在不含動物成分，同時保留了酸奶和益生菌乳飲料所有的優勢。

根據試驗發現不同菌種對植物基核桃酸奶的感官品質和p H值有影響。篩選不同菌種對植物基核桃酸奶的感官品質和pH值如圖1所示，發現p H值最高的菌株是1821DSL，同時感官評分最低，植物基核桃酸奶質地不均勻，色澤較灰暗，口感及風味較差。其次是鼠李糖乳桿菌。然而感官評分最高的菌株是YF-L904，p H值大概在5.8左右，植物基核桃酸奶組織細膩，色澤均勻，口感及風味較好。發酵劑R-707和土耳其菌種發酵所得酸奶pH最低，但其對應的酸奶口感和風味不及YF-L904發酵所得。最終根據酸奶發酵的組織狀態、口感、風味、感官評分和p H綜合分析篩選后，最終選定感官評分最高、口感及風味較好、p H值適宜的直投式YF-L904為植物基核桃酸奶最佳發酵菌株。

圖1 植物基核桃酸奶發酵菌株篩選結果

2.2 單因素試驗結果

根據植物基核桃酸奶加工工藝流程及操作要點，篩選低聚果糖添加量（2.9%、4.9%、6.9%、8.9%、10.9%）、菌種接種量（0.5%、1.5%、2.5%、3.5%、4.5%、5.5%）、發酵溫度（25、30、35、40、45、50℃）對植物基核桃酸奶p H 4.5時的發酵時間、感官評分、持水性的影響，結果如圖2所示。

低聚果糖是一種可溶性膳食纖維，人體攝入后，由于不被消化吸收，因而能到達大腸被腸道內有益菌群選擇性利用，促進雙歧桿菌等有益菌的增殖，有效調節腸道菌群[18]。同時，低聚果糖在酸性條件下的穩定性優于蔗糖，且較蔗糖甜味清爽，味道純凈，不帶任何后味，甜度不會發生變化，對植物基核桃酸奶的口味沒有影響。低聚果糖的熱量很小，不會導致肥胖，并且具有良好的生理功能[19]，還能解決人們乳糖耐受性問題，增加水溶性可吸收鈣的含量，使乳制品更易消化吸收。由圖2（a）可知，在菌種接種量3.5%，發酵溫度40℃條件下，考察低聚果糖添加量對植物基核桃酸奶的影響。添加低聚果糖后，植物基核桃酸奶除了感官評分之外，TpH4.5和持水性隨著低聚果糖添加量增加而增加，當低聚果糖添加量在6.9%時，感官評分最高，TpH4.5和持水性出現緩慢增加，最終趨于平緩的趨勢。隨著乳低聚果糖添加量的增加，植物基酸奶口感逐漸變差，主要原因是由于低聚果糖添加量過多可能會增加甜味，導致植物基核桃酸奶過甜。因此，確定低聚果糖添加量為6.9%為宜。

由圖2（b）可知，在低聚果糖添加量6.9%，發酵溫度40℃條件下，植物基酸奶的感官評分、TpH4.5和持水性隨著菌種接種量的增加呈現先上升后下降趨勢。當菌種接種量在3.5%時，植物基酸奶的感官評分、TpH4.5和持水性最高，隨后感官評分、TpH4.5和持水性降低，這說明菌種接種量的添加對植物基酸奶形成有較大影響，菌種接種量添加過少，酸奶發酵不成功，產生明顯沉淀，呈現比較稀的狀態即組織狀態差、伴有有乳清析出等，菌種接種量添加過多造成酸奶酸度過高，最終感官評分、TpH4.5和持水性低，本實驗與楊露西[20]的實驗結果相似。因此，低聚果糖添加量為6.9%最佳。

發酵溫度可以影響植物基核桃酸奶的持水性，同時可能對植物基核桃酸奶的TpH4.5和感官評分具有一定影響。由圖2（c）可知，在低聚果糖添加量6.9%、菌種接種量3.5%條件下，隨著發酵溫度的升高，植物基酸奶的感官評分、TpH4.5和持水性均呈先上升后下降趨勢，當發酵溫度達到40℃時，其感官評分、TpH4.5和持水性均達到最大值。而發酵溫度過低時出現凝乳不夠完全、產酸產香不足的問題，當發酵溫度為過高時，出現乳清析出、組織狀態變差的現象。因此，最佳植物基核桃酸奶發酵溫度為40℃。

2.3 響應面試驗優化結果

2.3.1 響應面試驗設計及結果分析

在單因素試驗基礎上，以低聚果糖添加量X1（%）、發酵溫度X2（℃）、發酵劑接種量X3（%）為自變量，以TpH4.5、感官評分、持水性為響應值，利用響應面進行3因素5水平二次中心組合試驗設計，試驗方案及結果見表3，回歸分析見表4。

表3 響應面二次中心組合試驗方案及結果

2.3.2 模型建立及顯著性檢驗

利用Design-Expert8.0.6軟件對表5進行多元回歸擬合，得到核桃酸奶發酵時間（Y1）、感官評分值（Y2）、持水性（Y3）與低聚果糖添加量（X1）、菌種接種量（X2）、發酵溫度（X3）的二次方程模型為：

Y1=18.46-1.41X1-0.34X2-0.73X3+0.38X1X2+0.30X1X3-0.62X2X3-0.15X12-0.42 X22-0.33X32

Y2=10.89-0.27X1-1.81X2-1.20X3+1.75X1X2-1.50 X1X3+1.50X2X3+1.64X12+0.76X22+1.64X32

Y3=0.83-0.030X1-0.14X2-0.079X3+0.11X1X2-0.096 X1X3+0.12X2X3+0.091X12+0.024 X22+0.093X32

回歸模型的方差分析結果見表4。

表4 回歸模型方差分析表

采用方差分析對TpH4.5、感官評分、持水度進行回歸模型、個體模型系數進行顯著性檢驗。由表4、表5可知：植物基核桃酸奶TpH4.5、感官評分、持水性回歸模型顯著性檢驗P值均＜0.01，說明3個響應指標二次多元回歸模型極顯著；植物基核桃酸奶TpH4.5、感官評分、持水性失擬性檢驗P值均＞0.05，可以認為3個響應指標二次回歸模型與實際試驗擬合性模型失擬不顯著。說明模型可以接受，即表明所選植物基核桃酸奶TpH4.5、感官評分、持水性二次回歸模型可用于預測設定的參數，即可用于評估植物基核桃酸奶的TpH4.5、感官評分、持水性變化。綜上所述，回歸模型擬合程度良好，能夠準確的分析和預測植物基核桃酸奶植物基核桃酸奶TpH4.5、感官評分、持水性，說明實驗操作可信度高，具有一定實際應用價值。

表5 響應與過程變量之間關系的二階多項式方程的回歸系數

2.3.3 最佳條件的確定和回歸模型的驗證

通過響應面法優化核桃酸奶制作的最佳工藝條件如表6所示。

表6 最佳工藝參數預測和實驗結果

結果表明，植物基核桃酸奶的生產是由多種因素共同影響。響應面優化最佳條件為：低聚果糖添加量為9.3%，接種量為1.2%，發酵溫度為31.5℃，在此條件下，植物基核桃酸奶p H降至4.5時的發酵時間為16 h，感官評分18.93分，持水性1.33%。響應面優化出的此配方工藝可信度為91.7%。通過RSM優化核桃酸奶的最佳工藝配方，并進行了試驗驗證，3次試驗的平均值與預測值吻合較好，均在可接受的范圍內。

2.4 植物基核桃酸奶的產品質量指標測定

植物基核桃酸奶的產品質量指標如表7所示。

表7 植物基核桃酸奶的理化特性

由表7可知，制備的植物基核桃酸奶硬度為423.1 g，黏度為9 304 mPa·s，持水性為1.33%，說明該產品質構特性達到最優，蛋白質含量達到5.28%，與市面上的酸奶相比，高于大部分酸奶蛋白質含量，是一種高蛋白的酸奶，脂肪含量達到22.67%，由于核桃中具有較高的不飽脂肪酸，特別是油酸、亞油酸及亞麻酸，容易被人體消化吸收，不易在體內形成脂肪堆積導致身體發胖[21]，水分含量為52.04%，植物基核桃酸奶呈現出組織細膩、質地均勻的狀態，粗纖維含量為0.47%，乳酸菌數為1.65×109CFU/g和大腸菌群未檢出，符合國家標準。與動物酸奶相比，植物基核桃酸奶不僅蛋白質含量可以達到動物酸奶標準，同時具有不含膽固醇、低脂肪、易消化等優點，且植物基核桃酸奶不含乳糖，對乳糖不耐癥人群十分友好。

3 結論

純植物基核桃酸奶加工的最佳發酵劑菌種為直投式YF-L904菌種，其低聚果糖添加量為9.3%，接種量為1.2%，發酵溫度為31.5℃。此條件下，發酵16 h后植物基核桃酸奶pH降至4.5時的植物基核桃酸奶色澤呈乳白色，香氣濃郁，滋味厚重，凝固性好，其硬度為423.1 g、黏度9 304 mPa·s、持水性1.33%，整體感官品質較佳；蛋白質含量5.28%，脂肪含量22.67%，水分含量52.04%，粗纖維0.47%，乳酸菌數為1.65×109CFU/g、大腸桿菌未檢出，開發的植物基核桃酸奶是一款高蛋白、低脂肪的純植物基酸奶，具有一定的新穎性，營養價值高，具有一定的市場前景，同時核桃酸奶產品的開發對核桃產業發展也具有一定的推動意義。