功能性椰子植物酸奶的加工工藝及抗氧化活性研究

趙曉明，宋菲，趙松林*，王揮，張玉鋒

1(華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢，430070)2(中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院椰子研究所，海南 文昌，571300) 3(海南省椰子深加工工程技術(shù)研究中心，海南 文昌，571339)

雖然酸奶對健康有很多益處，但也存在高糖和一定量的膽固醇等問題，為滿足特定人群(如三高人群、乳糖不耐受及對健康有更高需求的人)的營養(yǎng)需求，越來越多的學(xué)者開始投入植物酸奶的研究。植物酸奶是以含有一定蛋白質(zhì)的植物和(或)其制品為原料，經(jīng)殺菌、發(fā)酵后pH值降低，發(fā)酵前或發(fā)酵后添加或不添加非動物來源配料，加工制成的植物蛋白飲料產(chǎn)品。目前關(guān)于植物酸奶主要有椰子或大豆等產(chǎn)品。功能性酸奶是在傳統(tǒng)酸奶的基礎(chǔ)上添加一些具有獨(dú)特效用的物質(zhì)，使其攜帶有一些特殊的功效，除了具有一般酸奶固有的營養(yǎng)價(jià)值外，還兼具某些特殊功效物質(zhì)或活性成分的生理保健功能乳制品[1]。

椰子水是椰子堅(jiān)果腔內(nèi)的液體胚乳，由5%～9%的總可溶性固形物組成，其中80%以上由葡萄糖、蔗糖、果糖以及山梨糖醇等可溶性糖組成[2]。椰子水具有較好的營養(yǎng)健康特性和藥用價(jià)值，例如抗真菌、抗氧化、降血糖、降血壓、抗炎及抗腫瘤等作用[3-5]。盡管椰子水具有很好的生理活性，但目前大多數(shù)椰子水主要作為加工副產(chǎn)物，利用率低[6]。

本研究以椰漿為主要原料，在此基礎(chǔ)上添加濃縮椰子水，將椰子水中的營養(yǎng)物質(zhì)與活性成分和椰子植物酸奶對人體的有益作用相結(jié)合，發(fā)酵生產(chǎn)出具有獨(dú)特風(fēng)味、營養(yǎng)保健的新產(chǎn)品，既提高了產(chǎn)品附加值，滿足消費(fèi)者對功能性營養(yǎng)健康食品的需求，同時(shí)對椰子產(chǎn)業(yè)與功能性酸奶產(chǎn)業(yè)發(fā)展也具有理論與指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原榨椰漿，海南文昌南椰實(shí)業(yè)有限公司；濃縮椰子水(濃縮15倍，蛋白質(zhì)含量1.16%，脂肪含量0%，還原糖含量11.55%，總糖含量41.63%)，上海欣融食品原料有限公司；單硬脂酸甘油酯、乙酰化二淀粉磷酸酯，上海華寶孔雀香精有限公司；白砂糖，市售；保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌，西安千葉草生物科技有限公司；MC培養(yǎng)基、MRS培養(yǎng)基，北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司；DPPH試劑，梯希愛(上海)化成工業(yè)發(fā)展有限公司。其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

加拿大AH-2010均質(zhì)機(jī)，鄭州科泰實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；FE20型pH計(jì)，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；CF-3500發(fā)酵箱，中山卡士電器有限公司；CM-700 d分光測色儀，日本柯尼卡美能達(dá)株式協(xié)會；Lambda265紫外可見分光光度計(jì)，Perkin Elmer股份有限公司；Rolling Incubator QB-328旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)器，海門市其林貝爾儀器制造有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 功能性椰子植物酸奶的制備

酸奶的制備工藝流程參考韓喜艷等[7]的方法，并稍作修改。取鮮榨椰漿在低溫12 000 r/min離心15 min，除去一定質(zhì)量的上層油脂，混合均勻后獲得脂肪含量為10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)的脫脂椰漿(蛋白質(zhì)含量3.51%、脂肪含量10.00%、還原糖含量1.03%、總糖含量4.92%)。將濃縮椰子水、0.22%單硬脂酸甘油酯、0.13%乙酰化二淀粉磷酸酯和白砂糖按相應(yīng)比例加入到脫脂椰漿中，攪拌均勻，25 MPa均質(zhì)后，進(jìn)行65 ℃熱處理殺菌30 min。冷卻到41 ℃左右按接種量3%、接種比例1∶1接入嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌，隨后在發(fā)酵箱中進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵結(jié)束后迅速冷卻至10 ℃以下，放入4 ℃的冰箱中后熟48 h。

1.3.2 單因素實(shí)驗(yàn)

1.3.2.1 濃縮椰子水添加量對功能性椰子植物酸奶品質(zhì)的影響

依據(jù)1.3.1的制備流程，按白砂糖添加量2%，濃縮椰子水添加量分別為0%、2%、4%、6%、8%，在40 ℃的恒溫箱中發(fā)酵8 h，測定酸奶的滴定酸度、色差及乳酸菌活菌數(shù)并進(jìn)行感官評價(jià)。

1.3.2.2 白砂糖添加量對功能性椰子植物酸奶品質(zhì)的影響

依據(jù)1.3.1的制備流程，按濃縮椰子水添加量4%，白砂糖添加量分別為0%、1%、2%、3%、4%，在40 ℃的恒溫箱中發(fā)酵8 h，測定酸奶的滴定酸度、色差及乳酸菌活菌數(shù)并進(jìn)行感官評價(jià)。

1.3.2.3 發(fā)酵溫度對功能性椰子植物酸奶品質(zhì)的影響

依據(jù)1.3.1的制備流程，按濃縮椰子水添加量4%，白砂糖添加量0%，分別在39、40、41、42、43 ℃的恒溫箱中發(fā)酵8 h，測定酸奶的滴定酸度、色差及乳酸菌活菌數(shù)并進(jìn)行感官評價(jià)。

1.3.2.4 發(fā)酵時(shí)間對功能性椰子植物酸奶品質(zhì)的影響

依據(jù)1.3.1的制備流程，按濃縮椰子水添加量4%，白砂糖添加量0%，在40 ℃的恒溫箱中分別發(fā)酵7.0、7.5、8.0、8.5、9.0 h，測定酸奶的滴定酸度、色差及乳酸菌活菌數(shù)并進(jìn)行感官評價(jià)。

1.3.3 正交實(shí)驗(yàn)

選取濃縮椰子水添加量、白砂糖添加量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間進(jìn)行4因素3水平正交實(shí)驗(yàn)(表1)，以感官評價(jià)為評定指標(biāo)確定最優(yōu)的工藝組合。

1.3.4 指標(biāo)測定

1.3.4.1 理化指標(biāo)的測定

酸度根據(jù)GB 5009.239—2016中的方法進(jìn)行測定。色差采用分光測色儀進(jìn)行測定。其中L*為亮度值，a*值為紅綠值，b*值為黃藍(lán)值[8]。酸奶持水力的測定參考韓喜艷等[7]的方法。

1.3.4.2 營養(yǎng)成分的測定

分別參考GB 5009.6—2016和GB 5009.5—2016中方法測定酸奶樣品中脂肪和蛋白質(zhì)的含量。還原糖和可溶性糖的測定參考NY/T 2742—2015中的方法。

1.3.4.3 乳酸菌活菌數(shù)的測定

根據(jù)GB 4789.35—2016中的檢驗(yàn)方法測定。

1.3.5 感官評價(jià)

酸奶后熟完成后，使用隨機(jī)的3位數(shù)字標(biāo)記，并以隨機(jī)順序呈現(xiàn)給10位經(jīng)食品感官檢驗(yàn)培訓(xùn)的人員，對酸奶產(chǎn)品進(jìn)行感官評價(jià)，分別從組織狀態(tài)、口感、香氣、色澤4個(gè)方面進(jìn)行評價(jià)打分。感官評分標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 功能性椰子植物酸奶的感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation criteria for functional coconut plant-based yoghurt

1.3.6 抗氧化活性測定

比較功能性椰子植物酸奶與對照酸奶、市售酸奶的抗氧化活性。其中對照酸奶為不添加濃縮椰子水，其他工藝與功能性椰子植物酸奶一致，市售酸奶為市售椰子酸奶產(chǎn)品。

1.3.6.1 酸奶提取物的制備

取20 g酸奶樣品，用20 mL蒸餾水稀釋，在旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)器中連續(xù)振蕩30 min，4 ℃、10 000 r/ min離心30 min，迅速取出，收集上清液并用0.22 μm濾膜過濾，酸奶提取物儲存在-20 ℃?zhèn)溆肹9]。

1.3.6.2 DPPH自由基清除率的測定

將1 mL不同濃度的酸奶樣品提取液加入到2 mL試管中，加入1 mL 0.1 mmol/L的DPPH溶液，搖勻，室溫下暗處放置30 min后，5 000 r/min離心5 min，取上清液測定517 nm處吸光度，以維生素C作為陽性對照，以等體積無水乙醇代替DPPH溶液作為樣品對照組，以等體積蒸餾水代替樣品溶液作為對照組，每組實(shí)驗(yàn)平行3次按公式(1)計(jì)算：

(1)

式中：A對照，A樣品，A樣品對照分別為對照組、樣品組和樣品對照組的吸光值。

1.3.6.3 還原力的測定

參考戴梓茹等[10]的方法。

1.3.7 數(shù)據(jù)分析

所有實(shí)驗(yàn)均做3次平行，采用SPSS 21.0和Excel 2016對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。P<0.05表示差異顯著，P<0.01表示差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 濃縮椰子水添加量對酸奶品質(zhì)的影響

由表3可知，隨著濃縮椰子水添加量的增加，酸度先降低后略微增高。當(dāng)添加量<6%時(shí)，酸奶的乳酸菌活菌數(shù)及L*沒有顯著性變化，而添加量≥6%時(shí)，乳酸菌活菌數(shù)下降顯著，酸奶顏色變暗。濃縮椰子水本身呈淡黃色，加入量過多會使酸奶顏色變暗。當(dāng)添加量為4%時(shí)，酸奶的乳酸菌活菌數(shù)最多，當(dāng)添加量繼續(xù)增大時(shí)下降明顯，原因可能是適量的濃縮椰子水有利于乳酸菌更好的利用原料中的營養(yǎng)物質(zhì)，而過量添加不利于乳酸菌的生長繁殖，甚至產(chǎn)生抑制作用。感官評分隨著濃縮椰子水添加量的增加有顯著性變化，呈現(xiàn)先增加后逐漸降低的趨勢。當(dāng)添加量>6%時(shí)，酸奶狀態(tài)稀疏，有乳清析出，且椰子風(fēng)味不協(xié)調(diào)，感官評分較差。當(dāng)添加量為4%時(shí)，酸奶組織狀態(tài)較好，口感細(xì)膩且濃郁，感官評分最高，達(dá)到80.97，因此，濃縮椰子水添加量4%時(shí)最佳。

表3 濃縮椰子水的添加量對酸奶品質(zhì)的影響Table 3 Effect of concentrated coconut water addition on yogurt quality

2.1.2 白砂糖添加量對酸奶品質(zhì)的影響

糖在酸奶中不僅能為菌種提供碳源、增加產(chǎn)品甜味，同時(shí)還有助于增加總固體含量，使酸奶質(zhì)地、口感及黏度更好。但是攝入過量的糖分會引發(fā)一系列不利的健康結(jié)果，例如肥胖、齲齒、心血管疾病、脂肪肝以及2型糖尿病等[11]。從表4可知，當(dāng)糖添加量<2%時(shí)，酸奶的感官評分和乳酸菌活菌數(shù)沒有顯著性變化，添加量≥2%時(shí)，隨著糖添加量的增加，滴定酸度、感官評分及乳酸菌活菌數(shù)呈顯著性下降，這是因?yàn)闈饪s椰子水本身就含有豐富的葡萄糖和果糖，當(dāng)糖添加量過多時(shí)會產(chǎn)生高滲透壓，不僅會抑制菌種的生長繁殖，降低發(fā)酵速度，并且會影響酸奶的風(fēng)味口感[12]，使制得的酸奶的風(fēng)味較差，口感甜膩，這與前人研究結(jié)果一致[13-14]。不同糖添加量制備的酸奶的L*值、a*值、b*值都存在顯著性差異。當(dāng)糖添加量為0%時(shí)，制備的酸奶的感官評分最高。綜合以上分析，不添加白砂糖最佳。

2.1.3 發(fā)酵溫度對酸奶品質(zhì)的影響

由表5可知，發(fā)酵溫度為42、43 ℃時(shí)，酸奶的酸度較低，乳酸菌活菌數(shù)較少，凝乳狀態(tài)和質(zhì)地相對較差，有少量乳清析出，這是由于溫度較高時(shí)不利于復(fù)合菌種的生長代謝，導(dǎo)致乳酸菌數(shù)量減少，酸奶產(chǎn)酸量也不足[15]。在發(fā)酵溫度40 ℃時(shí)，酸度適中，且組織狀態(tài)良好，口感細(xì)膩，感官評價(jià)最高，乳酸菌活菌數(shù)也最高。在色差方面，各不同發(fā)酵時(shí)間制得的酸奶產(chǎn)品的L*值和b*值都有顯著性差異，a*值沒有明顯變化，當(dāng)溫度為40 ℃時(shí)，酸奶的L*達(dá)到最大，酸奶的亮度較好。綜合以上分析，發(fā)酵溫度為40 ℃最佳。

表4 白砂糖添加量對酸奶品質(zhì)的影響Table 4 Effect of granulated sugar addition on yogurt quality

表5 發(fā)酵溫度對酸奶品質(zhì)的影響Table 5 Effect of fermentation temperature on yogurt quality

2.1.4 發(fā)酵時(shí)間對酸奶品質(zhì)的影響

發(fā)酵時(shí)間過短，易導(dǎo)致酸奶組織狀態(tài)、風(fēng)味口感變差，且活菌數(shù)量減少；發(fā)酵時(shí)間過長又會導(dǎo)致酸奶產(chǎn)品過酸，乳酸菌減少，大量乳清析出，風(fēng)味口感差[16-17]。從表6可知，不同發(fā)酵時(shí)間制備的酸奶的品質(zhì)存在顯著性差異。酸奶的酸度、感官評分和乳酸菌活菌數(shù)隨著發(fā)酵時(shí)間的延長呈現(xiàn)出先升高后降低的變化；當(dāng)發(fā)酵8.5 h后，酸奶發(fā)酵時(shí)間過長，酸度和乳酸菌數(shù)量降低，且口感和組織狀態(tài)變得粗糙，有較多乳清析出。發(fā)酵7.5和8 h時(shí)，酸奶的色差及乳酸菌活菌數(shù)沒有顯著性變化，但在感官評價(jià)方面，7.5 h略高于8 h，且發(fā)酵時(shí)間較短。產(chǎn)品L*值在7.5 h后逐漸降低，a*值和b*值沒有顯著變化。綜合以上分析，選擇發(fā)酵時(shí)間7.5 h為最佳。

表6 發(fā)酵時(shí)間對酸奶品質(zhì)的影響Table 6 Effect of fermentation time on yogurt quality

2.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

選取濃縮椰子水添加量(A)、白砂糖添加量(B)、發(fā)酵溫度(C)、發(fā)酵時(shí)間(D)進(jìn)行正交試驗(yàn)。正交實(shí)驗(yàn)極差分析見表7，方差分析見表8。

由表7可知，影響功能性椰子植物酸奶感官評分的主次因素為：濃縮椰子水添加量>發(fā)酵溫度>發(fā)酵時(shí)間>加糖量，產(chǎn)品最優(yōu)的組合為A2、B1、C2、D3，對應(yīng)的加工工藝條件是濃縮椰子水添加量4%、加糖量0%、發(fā)酵溫度40 ℃、發(fā)酵時(shí)間8 h。由表8方差分析結(jié)果可知，發(fā)酵溫度(C)和發(fā)酵時(shí)間(D)對制備酸奶產(chǎn)品的感官評分存在顯著性差異(P<0.05)，濃縮椰子水添加量(A)表現(xiàn)出極顯著差異(P<0.01)。

2.3 功能性椰子植物酸奶的品質(zhì)分析

在最優(yōu)加工工藝參數(shù)下，功能性椰子植物酸奶的pH值為(4.29±0.01)、酸度為(121±1.00)°T，蛋白質(zhì)含量為(3.35±0.16)g/100 g、脂肪含量為(10.03±0.67)g/100 g，乳酸菌活菌數(shù)為7.57×108CFU/mL，均符合團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/WSJD 12—2020《植物蛋白飲料 植物酸奶》中對植物酸奶產(chǎn)品的品質(zhì)指標(biāo)要求(pH≤4.50，酸度≥30.0°T，蛋白質(zhì)≥2.5 g/100 g, 乳酸菌活菌數(shù)≥1.0×106CFU/mL)，同時(shí)乳酸菌活菌數(shù)遠(yuǎn)高于團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)中的最低限量值。且該工藝條件下得到的酸奶產(chǎn)品色澤均勻、無氣泡和乳清析出現(xiàn)象，凝固狀態(tài)好，酸甜適口，風(fēng)味佳，感官評分達(dá)84.64。

表7 正交實(shí)驗(yàn)極差分析表Table 7 Experiment range analysis table

表8 方差分析表Table 8 Analysis of variance table

2.4 功能性椰子植物酸奶抗氧化活性分析

總還原力的測定原理是依據(jù)抗氧化劑中存在的還原劑將Fe3+/鐵氰化鉀復(fù)合物還原為Fe2+/亞鐵形式，并通過測定普魯士藍(lán)在700 nm處的生成量來監(jiān)測樣品的還原能力[18]。DPPH清除自由基作用機(jī)理主要是通過加入抗氧化劑，促使DPPH自由基在517 nm處的吸收能力減弱，通過計(jì)算吸光值的變化來評價(jià)某種物質(zhì)的DPPH自由基清除活性。如圖1所示，功能性椰子植物酸奶和對照酸奶的DPPH自由基清除率隨著酸奶濃度的增大而呈逐漸上升的趨勢，而市售酸奶無明顯變化。在酸奶提取液質(zhì)量濃度為5 mg/mL時(shí)，功能性椰子植物酸奶的DPPH自由基清除率可達(dá)(91.48±1.29)%，而對照酸奶和市售酸奶僅為(68.48±1.15)%和(25.45±0.53)%。總還原力亦隨酸奶濃度增大而上升(圖2)，且功能性椰子植物酸奶的吸光度高于對照酸奶和市售酸奶，功能性椰子植物酸奶的吸光值可高達(dá)(1.24±0.06)，對照酸奶和市售酸奶分別為(0.8±0.04)、(0.34±0.09)。這可能是因?yàn)橐铀泻悬S酮類化合物、酚類化合物等生物活性物質(zhì)，從而使酸奶的抗氧化能力增加。由此表明，椰子水的添加會增強(qiáng)酸奶的抗氧化功效，使酸奶產(chǎn)品具有較好的功能活性，在一定程度上提高了椰子植物酸奶的附加值。

圖1 不同酸奶樣品對DPPH自由基清除率的影響Fig.1 Effect of different yogurt samples on DPPH free radical scavenging rate

圖2 不同酸奶樣品對還原力的影響Fig.2 Effect of different yogurt samples on iron reducing power

3 結(jié)論

本研究在椰子酸奶制作的基礎(chǔ)上，在椰漿中添加濃縮椰子水，以理化指標(biāo)、感官評價(jià)及乳酸菌活菌數(shù)作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)得出最佳配方，即濃縮椰子水添加量為4%，不添加白砂糖，接種量3%、40 ℃發(fā)酵8 h，在此工藝條件下制備的功能性椰子植物酸奶質(zhì)地均勻、黏稠適宜、酸甜可口、無乳清析出現(xiàn)象、椰香風(fēng)味獨(dú)特，品質(zhì)優(yōu)良。抗氧化活性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明濃縮椰子水的加入，酸奶產(chǎn)品DPPH自由基清除率和總還原能力明顯高于對照酸奶及市售酸奶，表明加入一定量的椰子水可有效提高植物酸奶的抗氧化能力。椰子水富含多種對人體健康有利的生物活性成分，以濃縮椰子水作為一種新的功能性成分載體引入椰子植物酸奶，不僅可有效擴(kuò)寬椰子水的利用途徑，還可以增強(qiáng)椰子植物酸奶的營養(yǎng)價(jià)值和保健功能，具有廣闊的發(fā)展空間和市場前景。