低溫長時間發(fā)酵攪拌型酸乳的工藝及其品質(zhì)影響研究

◎ 楊仁琴，徐廣新，周 煒，劉 陽，印伯星

（1.揚(yáng)州市揚(yáng)大康源乳業(yè)有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225004；2.江蘇省乳業(yè)生物工程技術(shù)研究中心，江蘇 揚(yáng)州 225001）

乳制品因?yàn)闋I養(yǎng)豐富，正日益成為人們最受歡迎的食物之一。酸乳生產(chǎn)史可以追溯到上千年前，有記錄記載，生活在土耳其高原的古代游牧民族，早在公元前3 000年前已經(jīng)制作并飲用酸乳。攪拌型酸乳不但保留了牛乳的全部營養(yǎng)成分，而且經(jīng)過乳酸菌的發(fā)酵，又通過果醬和食品用香精的調(diào)配，使其口味呈現(xiàn)出多樣化的特點(diǎn)，使其營養(yǎng)成分更趨完善和保健功能更加突顯，成為更加適合人們飲用的營養(yǎng)健康食品，越來越受到人們的喜愛[1-4]。

在攪拌型酸乳的發(fā)酵制備工藝中，低溫長時間發(fā)酵可以改善常規(guī)短時間發(fā)酵帶來的產(chǎn)品缺陷，提高產(chǎn)品質(zhì)量，能夠避免常規(guī)短時發(fā)酵導(dǎo)致的乳清析出、風(fēng)味不佳的質(zhì)量問題，所獲得的酸乳凝乳狀態(tài)好、后酸化弱[5]，此外，低溫發(fā)酵還有利于積累產(chǎn)香物質(zhì)，提升感官品質(zhì)，并提高產(chǎn)品中活性乳酸菌的含量。李靜等[6]研究發(fā)現(xiàn)，在25 ℃條件下制備的低溫發(fā)酵酸乳凝乳狀態(tài)較好、后酸化較弱，且產(chǎn)香物質(zhì)的積累優(yōu)于高溫發(fā)酵產(chǎn)品。朱海軍[7]通過對不同溫度下乳酸菌生長狀況分析，發(fā)現(xiàn)溫度越低乳酸菌死亡速度越慢，最終產(chǎn)品中存留的乳酸菌活菌數(shù)越多。低溫發(fā)酵工藝被越來越多中小乳品企業(yè)應(yīng)用。

商業(yè)直投凍干發(fā)酵劑因其使用方便、發(fā)酵性能穩(wěn)定，而受到乳品企業(yè)的青睞，并逐步取代了繼代式菌種。本文以5種商業(yè)直投式發(fā)酵劑為研究對象，基于城市區(qū)域型乳品企業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)和攪拌型酸乳的品質(zhì)要求，通過發(fā)酵劑低溫長時間發(fā)酵攪拌型酸乳工藝研究，為城市區(qū)域型乳品企業(yè)加工酸乳過程中商業(yè)直投式發(fā)酵劑應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

生鮮牛乳，揚(yáng)州大學(xué)實(shí)驗(yàn)農(nóng)牧場；s-031A復(fù)配增稠劑，上海昊岳實(shí)業(yè)有限公司；蔗糖，市售；發(fā)酵劑Y436A、Y170E、Y41、Y450BB及Y480F，意大利薩科公司；氫氧化鈉、鹽酸、鄰苯二氫酸鉀、酚酞，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

NDJ-1旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)（上海精科天平公司）；JA21002天平（上海精科天平公司）；HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋（國華電器有限公司）；其他儀器及工具均為實(shí)驗(yàn)室常規(guī)儀器。

1.3 酸乳的制備

按照圖1工藝流程制備酸乳，其中牛乳脂肪含量為3.1%、蛋白質(zhì)含量為2.7%，蔗糖添加量9.0%，s-031A添加量0.25%，30 ℃發(fā)酵，接種量為10 U·t-1。為了更好的安排生產(chǎn)，發(fā)酵時間控制為18 h。

圖1 酸乳制備工藝流程圖

1.4 酸乳品質(zhì)指標(biāo)的測定

（1）酸度的測定。參照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品酸度的測定》（GB 5009.239—2016）。

（2）粘度的測定。將酸乳倒入潔凈燒杯中，用粘度計(jì)進(jìn)行測定。用NDJ-1轉(zhuǎn)子粘度計(jì)，選用2號轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速調(diào)制在12 r·min-1，樣品溫度為4 ℃，讀數(shù)時間為30 s。

（3）持水率的測定。取10 g酸乳放入離心管，記錄離心管質(zhì)量W1，加入酸乳后的質(zhì)量W2，離心速度為4 000 r·min-1，離心10 min，靜置10 min，取出上清液，此時質(zhì)量W3，代入公式（1）計(jì)算試樣中的酸乳持水率：

1.5 攪拌型酸乳感官品質(zhì)評價方法

評定小組由6個從事乳制品行業(yè)的專業(yè)人員組成，聞其氣味，品嘗滋味[8]。攪拌型酸乳感官品質(zhì)評定主要是對酸乳的色澤、奶香味、發(fā)酵香味、甜酸度、乳清析出、黏稠度和幼滑度方面進(jìn)行評定。

攪拌型品質(zhì)感官評定指標(biāo)評分標(biāo)準(zhǔn)見表1，綜合評價得分是評價小組根據(jù)表1的評定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打分后，取平均分（保留整數(shù)）作為最終項(xiàng)目得分。

表1 攪拌型酸乳品質(zhì)感官評定指標(biāo)評分標(biāo)準(zhǔn)表

1.6 試驗(yàn)方法

1.6.1 低溫長時間發(fā)酵酸乳的商業(yè)直投式發(fā)酵劑選擇用Y436A、Y170E、Y41、Y450BB及Y480F 5種發(fā)酵劑按照圖1工藝流程制備酸乳，其對酸乳粘度、持水率及感官等品質(zhì)的影響，選擇適宜低溫長時間發(fā)酵的乳酸菌發(fā)酵劑。

1.6.2 單因素試驗(yàn)

由1.6.1步驟選擇的發(fā)酵劑，以發(fā)酵乳的酸度、粘度、持水率及感官品質(zhì)評分為指標(biāo)，分別選擇接種量、發(fā)酵溫度及蛋白質(zhì)含量3個因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)，研究接種量不同（5 U·t-1、10 U·t-1、15 U·t-1和20 U·t-1），發(fā)酵溫度不同（28 ℃、30 ℃、32 ℃和35℃），牛奶蛋白質(zhì)含量不同（2.3%、2.7%、3.1%、3.5%和3.9%）對低溫發(fā)酵攪拌型酸乳酸度、持水率、粘度、感官等品質(zhì)的影響。

1.6.3 低溫長時間發(fā)酵攪拌型酸乳的最佳制備工藝確定

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取合適的試驗(yàn)因素水平進(jìn)行正交試驗(yàn)。本試驗(yàn)以接種量、發(fā)酵溫度及牛奶蛋白質(zhì)含量為研究因素，按照L9(34)正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)，以綜合感官指標(biāo)為評價得分為指標(biāo)，通過極差分析分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而確定低溫長時間發(fā)酵的最佳工藝。

1.7 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用±SD表示，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，差異顯著性（P＜0.05）分析使用t檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫長時間直投式發(fā)酵劑選擇試驗(yàn)結(jié)果

不同發(fā)酵劑低溫長時間發(fā)酵的酸乳酸度、粘度、持水率及感官評分試驗(yàn)結(jié)果如圖2、圖3所示。

圖2 不同商業(yè)直投式發(fā)酵劑對酸乳酸度的影響圖

圖3 不同商業(yè)直投式發(fā)酵劑對酸乳粘度和持水率的影響圖

不同商業(yè)直投式發(fā)酵劑的產(chǎn)酸量不同，產(chǎn)酸速度Y170E＞Y480F＞Y436AY＞Y450BB＞Y41；不同商業(yè)直投式發(fā)酵劑發(fā)酵的酸乳粘度和持水率存在差別，粘度高的其持水率也相對較高。其中，發(fā)酵劑Y436A發(fā)酵的酸乳粘度和持水率較高，均顯著高于其他4種發(fā)酵劑（P＜0.05）。5種發(fā)酵劑發(fā)酵的酸乳感官評分均大于80分，其中Y436A的感官評分為98分。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，Y436A（由保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌組成）作為低溫長時間發(fā)酵攪拌型酸乳的發(fā)酵劑，影響口感的一個主要因素是酸甜比，即酸度的高低。酸度是發(fā)酵劑中乳酸菌對牛乳中乳糖等糖類的代謝產(chǎn)生乳酸的結(jié)果，發(fā)酵產(chǎn)酸速度的快慢主要取決于發(fā)酵劑本身，這是由于各種發(fā)酵劑中的菌株種類和菌株之間的比例不同，另外，其還與發(fā)酵液中的接種量、營養(yǎng)環(huán)境、發(fā)酵溫度等條件相關(guān)。

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

通過試驗(yàn)研究發(fā)酵劑Y436A的接種量、發(fā)酵溫度及蛋白質(zhì)含量等發(fā)酵條件對低溫長時間發(fā)酵攪拌型酸乳品質(zhì)的影響，進(jìn)而確定低溫長時間發(fā)酵酸乳的正交因素水平。

2.2.1 接種量對低溫發(fā)酵攪拌型酸乳的品質(zhì)影響

不同接種量的樣品酸度、粘度、持水率及感官評分品質(zhì)指標(biāo)檢測數(shù)據(jù)如圖4、圖5所示。

圖4 不同接種量對低溫發(fā)酵攪拌型酸乳酸度及感官評價的影響圖

圖5 不同接種量對低溫發(fā)酵攪拌型酸乳粘度和持水率的影響圖

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，隨著接種量的增加，酸乳酸度也在不斷增加，酸乳的粘度也隨之增加，當(dāng)接種量增加至20 U·t-1時，粘度開始下降，較接種量為15 U·t-1時粘度下降19%；持水率也呈現(xiàn)相同的趨勢。感官評分得分較高的接種量為10 U·t-1、15 U·t-1，分別為90分和88分。因此，接種量選用5 U·t-1、10 U·t-1、15 U·t-1作為正交的因素水平。酸乳接種量的多少既影響產(chǎn)酸速度，又會對產(chǎn)品粘度產(chǎn)生影響，最終影響感官評分。由于采用低溫長時間發(fā)酵，產(chǎn)酸速率過快容易影響風(fēng)味物質(zhì)的產(chǎn)生，也影響產(chǎn)品的口感。牛乳中蛋白質(zhì)顆粒有一定的親水性，其親水性受酸乳發(fā)酵過程中的酸度影響，當(dāng)酸度合適時，蛋白質(zhì)親水性高，則酸乳中的結(jié)合水多，自由水的含量相對減少，不易引起乳清析出[9]。當(dāng)酸乳中接種量過低或過高時，在規(guī)定時間內(nèi)，酸乳中酸度會出現(xiàn)過高或過低現(xiàn)象，這都會引起酸乳中自由水增加，結(jié)合水減少，導(dǎo)致酸乳中乳清容易析出，持水率下降。另外，蛋白質(zhì)顆粒粒徑的大小與牛奶體系pH值的下降速度有關(guān)，pH值的下降速度越慢，聚集沉淀的蛋白質(zhì)顆粒粒徑就越小，致使蛋白質(zhì)顆粒的表面積與蛋白質(zhì)顆粒質(zhì)量之比越小，酸乳粘度就越大。

2.2.2 發(fā)酵溫度對低溫發(fā)酵攪拌型酸乳的品質(zhì)影響

不同發(fā)酵溫度對酸乳樣品的酸度、粘度、持水率及感官評分品質(zhì)影響如圖6、圖7所示。

圖6 不同接種量對低溫發(fā)酵攪拌型酸乳感官的影響圖

圖7 不同溫度對低溫發(fā)酵攪拌型酸乳粘度和持水率的影響圖

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，隨著發(fā)酵溫度的升高，產(chǎn)品的酸度、持水率、粘度、感官評價都在升高，但當(dāng)發(fā)酵溫度由32 ℃升至35 ℃時，產(chǎn)品的持水率、粘度、感官評價出現(xiàn)下降趨勢，這是因?yàn)?8 ℃發(fā)酵時，酸度偏低，酸度過低使牛乳中酪蛋白凝聚變成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，導(dǎo)致產(chǎn)品持水率、粘度、口感評價檢測數(shù)據(jù)相對較低；隨著溫度升高，酸度增加，乳中酪蛋白凝聚變成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并趨于穩(wěn)定，分子之間自由水減少，產(chǎn)品持水率、粘度、感官評價檢測數(shù)據(jù)也在升高，但發(fā)酵溫度升到35 ℃時，酸乳發(fā)酵酸度偏高，使酸乳中自由水較多，導(dǎo)致酸乳的品質(zhì)指標(biāo)持水率、粘度、口感評價增加到一定程度又出現(xiàn)下降趨勢。究其原因，在酸乳發(fā)酵過程中，保加利亞乳桿菌產(chǎn)酸能力比乳酸鏈球菌強(qiáng)，且耐酸能力相對較高。低溫長時間（發(fā)酵18 h）發(fā)酵酸乳選用的發(fā)酵劑中乳酸鏈球菌所占的比例比保加利亞乳桿菌大。因此，發(fā)酵溫度選用30 ℃、32 ℃和35 ℃作為正交的因素水平。

2.2.3 蛋白質(zhì)含量對低溫發(fā)酵攪拌型酸乳的品質(zhì)影響

不同牛奶蛋白質(zhì)含量對酸乳樣品的酸度、粘度、持水率及感官評分影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖8、圖9所示。

圖8 不同蛋白質(zhì)含量對低溫發(fā)酵攪拌型酸乳酸度及感官評價的影響圖

圖9 不同蛋白質(zhì)含量對低溫發(fā)酵攪拌型酸乳粘度和持水率的影響圖

牛奶中蛋白質(zhì)含量對酸乳的酸度有著較大的影響，蛋白質(zhì)含量越多，酸乳的酸度、粘度及持水率越高，在蛋白質(zhì)含量為3.9%時，酸乳的持水率最高。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)含量在2.7%時，酸乳的感官評分最高，為88分；隨著蛋白質(zhì)含量的進(jìn)一步增加，感官評分評分逐漸下降。蛋白質(zhì)的增加有利于酸乳的水和作用，增加了酸乳的黏稠度。但當(dāng)乳固體含量增加到一定量后，酸乳的粘度并無顯著提高，相反酸乳質(zhì)地變得較租糙，缺乏滑潤的口感[10]。因此，選擇蛋白質(zhì)含量為2.3%、2.7%、3.1%作為正交的因素水平。

2.3 低溫長時間發(fā)酵攪拌型酸乳的最佳制備工藝確定

在分別以接種量、發(fā)酵溫度、蛋白質(zhì)含量進(jìn)行單因素試驗(yàn)后，確定長時間低溫發(fā)酵攪拌型酸乳生產(chǎn)工藝的主要因素水平范圍，見表2。以感官評分為評價指標(biāo)，按照L9(34)正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理見表3。

表2 低溫長時間發(fā)酵酸乳工藝參數(shù)確定試驗(yàn)的因素水平表

由表3可知，3個因素對低溫長時間發(fā)酵攪拌型酸乳品質(zhì)的影響從主到次的順序?yàn)榈鞍踪|(zhì)含量＞發(fā)酵溫度＞接種量。發(fā)酵18 h，在試驗(yàn)條件下最佳工藝參數(shù)為A2B2C2，即Y436A發(fā)酵劑在接種量為10 U·t-1，發(fā)酵溫度32 ℃，牛乳中蛋白質(zhì)含量為2.7%時，制備的長時間低溫發(fā)酵攪拌型酸乳色澤均勻一致、呈乳白色、有酸乳特有的芳香，酸甜適中、粘度適中、狀態(tài)細(xì)膩、口感良好。

表3 低溫發(fā)酵攪拌型酸乳正交試驗(yàn)結(jié)果表

3 結(jié)論

對Y436A、Y170E、Y41、Y450BB及Y480F 5種商業(yè)直投式發(fā)酵劑發(fā)酵條件進(jìn)行優(yōu)化研究，結(jié)果表明，在5種商業(yè)直投式發(fā)酵劑中，Y436A在30 ℃下發(fā)酵18 h制備的酸乳酸度、粘度和持水率較高，適合作為低溫長時間發(fā)酵攪拌型酸乳的發(fā)酵劑。通過單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)得到商業(yè)直投式發(fā)酵劑Y436A低溫長時間（18 h）發(fā)酵攪拌型酸乳發(fā)酵條件為：接種量為10 U·t-1，牛奶蛋白質(zhì)含量為2.7%，發(fā)酵溫度為32 ℃，此條件下制備的酸乳色澤均勻一致，有酸乳特有的芳香，酸甜適中、狀態(tài)細(xì)膩且粘度適中、口感良好。為城市區(qū)域型乳品企業(yè)加工酸乳過程中商業(yè)直投式發(fā)酵劑應(yīng)用提供參考。