菊芋酸奶的研究與開發(fā)

楊愛華，陳英鄉(xiāng)，于金換，劉鵬莉，遇艷萍

（煙臺職業(yè)學(xué)院，山東煙臺 264670）

菊芋（Helianthus tuberosus）俗名洋姜，屬于菊科，100 g塊莖中碳水化合物含量為16.6 g，其中78%的成分為天然果聚糖[1]，稱為菊糖，具有調(diào)整腸道內(nèi)微生物菌系的組成和功能，尤其是能選擇性地促進(jìn)雙歧桿菌等益生菌生長[2]。菊糖能促進(jìn)礦物質(zhì)特別是鈣和鐵的吸收與利用，防止骨質(zhì)疏松癥；減少肝臟毒素，特別是氨類毒素，在腸中生成抗癌的有機(jī)酸，有顯著的防癌功能[2-5]。菊芋汁口味純凈香甜，具有類似脂肪的香味和爽口的滑膩感，是一種天然脂肪或糖的替代物和食品改良劑[3,6-8]。

酸奶是日常生活中比較常見的飲品，含有大量的乳酸菌、氨基酸以及脂肪酸等營養(yǎng)成分，易被人體吸收和消化，可以達(dá)到調(diào)節(jié)腸道菌群、抑制腸道內(nèi)腐敗細(xì)菌滋生、促進(jìn)腸胃蠕動、潤腸通便等作用[9-12]。本實驗主要利用菊芋具有促進(jìn)雙歧桿菌等益生菌生長的功能，將其應(yīng)用到酸奶發(fā)酵中[4,13-14]，生產(chǎn)現(xiàn)釀酸奶；用菊芋汁溶解全脂奶粉制備復(fù)原奶，選擇成品酸奶混合發(fā)酵劑，采用單因素試驗對菊芋在酸奶發(fā)酵過程中雙歧桿菌等乳酸菌數(shù)量的增殖作用進(jìn)行比較，并在此基礎(chǔ)上對菊芋酸奶生產(chǎn)工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，得出菊芋酸奶制作的最佳生產(chǎn)工藝。

1 材料與設(shè)備

1.1 儀器與設(shè)備

小型實驗室高壓均質(zhì)機(jī)，GJJ-0.2/25，上海臺馳輕工裝備有限公司；膠體磨，JM-L50A，長沙固利食品機(jī)械有限公司；數(shù)顯恒溫水浴鍋，DKB-501S，上海精宏實驗設(shè)備公司；隔水式恒溫培養(yǎng)箱，GSP-9270MBE，上海博訊實業(yè)有限公司；高壓滅菌器，LDZX-75KBS，上海申安醫(yī)療器械廠；電子分析天平，AR224CN，美國奧豪斯儀器（上海）有限公司；超凈工作臺，SW-CJ-2FD，蘇州安泰空氣技術(shù)有限公司；酸度計，EL20K，梅特勒-托利多公司；冰箱，BCD215KS，海爾電器有限公司。

1.2 材料與試劑

自制菊芋汁參考文獻(xiàn)[15-16]，制備工藝如下：菊芋清洗、浸泡→去皮、切片、護(hù)色→磨漿酶解→一次粗分離→二次粗分離→抽濾→菊芋汁。

雀巢怡運(yùn)全脂高鈣奶粉，雀巢乳品旗艦店；甘福源綿白糖，菏澤市福源糖業(yè)有限公司；尚川酸奶發(fā)酵劑，廣東順德尚川生物科技有限公司；MRS 瓊脂培養(yǎng)基，青島海博生物科技有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

菊芋酸奶工藝流程見圖1。

1.3.2 工藝操作要點

（1）復(fù)原奶制備

先將菊芋汁加熱到80～90 ℃，加入奶粉、白砂糖混合均勻，將調(diào)配好的料液進(jìn)行高壓均質(zhì)。采用二次均質(zhì)法，一次均質(zhì)壓力為23 MPa，二次均質(zhì)壓力為25 MPa。

（2）接種發(fā)酵

將均質(zhì)好的物料冷卻到42 ℃左右接入酸奶發(fā)酵劑，攪拌均勻后分裝放入42 ℃的恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)發(fā)酵。

（3）后熟

凝乳后（酸度達(dá)到70～80oT）取出，移至0～4 ℃的冰箱中冷藏24 h。

1.4 單因素試驗

1.4.1 菊芋汁濃度對酸奶中乳酸菌數(shù)量的影響

菊芋汁濃度按照0%、8%、13%、17%、25%，進(jìn)行奶粉復(fù)原，全脂奶粉13%，蔗糖添加量7%，發(fā)酵劑接種量為0.3%，發(fā)酵溫度42 ℃，發(fā)酵10 h 得到的菊芋酸奶，采用GB 4789.35 平板計數(shù)法檢驗[17-18]。

1.4.2 菊芋汁濃度對酸奶感官品質(zhì)的影響

菊芋汁按照0%、8%、13%、18%、23%添加量，酸奶發(fā)酵劑接種量0.3%，全脂奶粉13%，蔗糖量7%，發(fā)酵溫度42 ℃，發(fā)酵10 h 得到的菊芋酸奶，進(jìn)行感官評定[19-20]。

1.4.3 發(fā)酵劑接種量對酸奶感官品質(zhì)的影響

發(fā)酵劑接種量按照0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，菊芋汁濃度13%，全脂奶粉13%，蔗糖添加量7%，發(fā)酵溫度42 ℃，發(fā)酵10 h 得到的菊芋酸奶，進(jìn)行感官評價。

1.4.4 蔗糖添加量對酸奶感官品質(zhì)的影響

蔗糖添加量按照3%、5%、7%、9%、11%，菊芋汁濃度13%，全脂奶粉13%、發(fā)酵劑接種量0.3%，發(fā)酵溫度42 ℃，發(fā)酵10 h 得到的菊芋酸奶，進(jìn)行感官評價。

1.4.5 發(fā)酵時間對酸奶感官品質(zhì)的影響

發(fā)酵時間參考酸奶發(fā)酵劑要求的8～12 h 設(shè)置為6、8、10、12、14 h，菊芋汁濃度13%，蔗糖添加量7%，全脂奶粉13%，酸奶發(fā)酵劑接種量0.3%，發(fā)酵溫度42 ℃得到的菊芋酸奶，進(jìn)行感官評價。

1.5 正交試驗方案設(shè)計

為使產(chǎn)品能充分體現(xiàn)菊芋酸奶的風(fēng)味，同時具有甜美的口感，本配方研究采用四因素三水平正交實驗來確定菊芋汁濃度、蔗糖用量、發(fā)酵劑接種量對產(chǎn)品感官性能的不同影響，從而確定產(chǎn)品最佳原料配方。正交試驗因素水平設(shè)計見表1[4]。

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

1.6 產(chǎn)品評價方法

1.6.1 感官評價

參照GB 19302—2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)酵乳》感官要求對菊芋酸奶感官進(jìn)行分析。根據(jù)菊芋酸奶的特性，選擇組織狀態(tài)、口感、香氣、滋味和色澤5 個能反映酸奶質(zhì)量的評價指標(biāo)，對菊芋酸奶進(jìn)行感官評價。感官評價標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 菊芋酸奶感官評價標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standards for H. tuberosus yogurt

1.6.2 理化指標(biāo)評價

脂肪參照GB 5413.3—2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)嬰幼兒食品和乳品中脂肪的測定》的方法測定。非脂乳固體參照GB 5413.39—2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)乳和乳制品中非脂乳固體的測定》的方法測定。蛋白質(zhì)參照GB 5009.5—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測定》的方法測定。酸度參照GB 5413.34—2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)乳和乳制品酸度的測定》的方法測定。

1.6.3 微生物指標(biāo)評價

大腸菌群依據(jù)GB 4789.3—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗大腸菌群計數(shù)》的方法進(jìn)行檢驗。金黃色葡萄球菌依據(jù)GB 4789.10—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗金黃色葡萄球菌檢驗》的方法進(jìn)行檢驗。沙門氏菌依據(jù)GB 4789.4—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗沙門氏菌檢驗》的方法進(jìn)行檢驗。霉菌和酵母菌依據(jù)GB 4789.15—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗霉菌和酵母計數(shù)》的方法進(jìn)行檢驗。乳酸菌依據(jù)GB 4789.35—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗乳酸菌檢驗》的方法進(jìn)行檢驗。

1.7 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 菊芋汁濃度對酸奶中乳酸菌數(shù)量的影響

由圖2（見下頁）可以看出，隨著菊芋汁濃度的增加，酸奶中乳酸菌數(shù)量逐漸遞增，菊芋汁濃度在13%時，酸奶中乳酸菌活菌數(shù)為7.40log CFU/mL，之后隨著菊芋汁濃度的繼續(xù)增加，乳酸菌的數(shù)量在不同程度上受到抑制，可能由于隨著菊芋汁濃度的增加，乳酸菌發(fā)酵導(dǎo)致酸奶酸度增加，抑制了乳酸菌的增殖。因此菊芋汁最佳濃度為13%。

圖2 菊芋汁濃度對酸奶中乳酸菌數(shù)量的影響Fig.2 The effect of H. tuberosus juice concentration on the number of lactic acid bacteria in yogurt

2.1.2 菊芋汁濃度對酸奶感官品質(zhì)的影響

由圖3 可以看出，隨著菊芋汁濃度的增高，酸奶的感官評分呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。當(dāng)添加量為13%時，感官品質(zhì)評價最優(yōu)，說明此濃度下的酸奶組織狀態(tài)，色澤和風(fēng)味、口感較佳。

圖3 菊芋汁濃度對酸奶感官品質(zhì)的影響Fig.3 The effect of juice concentration of H. tuberosus on the sensory quality of yogurt

2.1.3 發(fā)酵劑接種量對酸奶感官品質(zhì)的影響

由圖4 可看出，當(dāng)接種量由0.1%增大到0.3%時，感官評分逐漸提升，大于0.3%后，感官評價逐漸降低，原因可能是接種量大于0.3%時，發(fā)酵液中乳酸菌數(shù)過多，發(fā)酵速度過快，導(dǎo)致凝乳過度，乳清大量析出，影響了感官品質(zhì)。

圖4 發(fā)酵劑接種量對酸奶感官品質(zhì)的影響Fig.4 The effect of inoculation amount of fermentation agent on the sensory quality of yogurt

2.1.4 蔗糖添加量對酸奶感官品質(zhì)的影響

由圖5 可以看出，隨著蔗糖添加量的增加，酸奶的組織狀態(tài)、風(fēng)味、色澤變化不明顯，只是在口感上，酸甜度逐漸由酸到甜。蔗糖添加量在5%～11%之間，口感酸甜度較受歡迎，具體要求視個人口感不同而定，蔗糖添加量在7%左右被廣泛接受，感官評價最好。

圖5 蔗糖添加量對酸奶感官品質(zhì)的影響Fig.5 The effect of adding amount of sucrose on the sensory quality of yogurt

2.1.5 發(fā)酵時間對酸奶感官品質(zhì)的影響

由圖6 可知，發(fā)酵時間對酸奶感官品質(zhì)影響較明顯，隨著發(fā)酵時間的延長，乳酸菌的數(shù)量逐漸增加，乳酸的產(chǎn)量逐漸遞增，促使酸奶凝結(jié)。當(dāng)發(fā)酵時間10 h 時，菊芋酸奶的感官評分最高，此時酸奶的凝乳狀態(tài)良好，無乳清析出，組織細(xì)膩，酸奶風(fēng)味、色澤、口感最好。

圖6 發(fā)酵時間對酸奶感官品質(zhì)的影響Fig.6 The effect of fermentation time on the sensory quality of yogurt

2.2 正交試驗

由表3 可知，對酸奶感官評分影響最大的是菊芋汁濃度，影響最小的是蔗糖添加量；最佳工藝條件為A2B2C2D2，即菊芋汁濃度為13%，蔗糖濃度為7%，發(fā)酵劑接種量為0.3%，發(fā)酵時間為10 h，得到的酸奶組織狀態(tài)細(xì)膩均勻不分層，風(fēng)味、口感、香味最佳。

表3 菊芋汁酸奶的最優(yōu)工藝設(shè)計正交試驗結(jié)果分析表Table 3 Analysis table of orthogonal experiment results for the optimal process design of H. tuberosus juice yogurt

2.3 產(chǎn)品評價

2.3.1 感官指標(biāo)

該產(chǎn)品組織緊密、均勻、不分層，無乳清或少量乳清析出；口感爽口、細(xì)膩、潤滑，酸甜適中，適口性較好；乳香味濃、有菊芋特有香味、無異味；顏色為乳白色或稍帶黃色，色澤均勻，有酸奶應(yīng)有的光澤。

2.3.2 菊芋酸奶理化檢測

菊芋酸奶理化結(jié)果見表4，表明菊芋酸奶的理化指標(biāo)完全符合GB 19302—2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)酵乳》的要求。

表4 菊芋酸奶理化檢測結(jié)果Table 4 Physical and chemical test results of H. tuberosus yogurt

2.3.3 菊芋酸奶微生物檢測結(jié)果

菊芋酸奶微生物檢測結(jié)果見表5，表明菊芋酸奶的微生物指標(biāo)符合GB 19302—2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)酵乳》所規(guī)定的要求。菊芋酸奶中的乳酸菌數(shù)與普通酸奶的乳酸菌數(shù)差異顯著，可見添加菊芋有明顯促進(jìn)乳酸菌增殖的作用。

表5 菊芋發(fā)酵酸奶微生物檢測結(jié)果Table 5 Microbial detection results of H. tuberosus fermented yogurt

3 結(jié)論

通過正交試驗及單因素試驗結(jié)果分析，本產(chǎn)品以濃度為13%菊芋汁融化全脂奶粉（奶粉添加量為13%）制成復(fù)原奶，添加7%蔗糖、0.3%尚川酸奶發(fā)酵劑，發(fā)酵時間10 h，制作的酸奶經(jīng)后熟等工序，生產(chǎn)出的菊芋酸奶口感細(xì)膩潤滑，風(fēng)味獨特,香甜適口。該酸奶涵蓋了菊芋、酸奶的營養(yǎng)和保健功能，且菊芋酸奶中益生菌的數(shù)量明顯高于普通酸奶，充分提升了酸奶改善腸道益生菌的功能。