菠蘿風味雙蛋白酸奶的制備工藝研究

余森艷，陳昌文，朱鄭惠＊，張秀芬，盧珍蘭，李志紅

1 廣西民族師范學院化學與生物工程學院，廣西崇左 532200

2 廣西南亞熱帶農業科學研究所，廣西龍州 532415

0 引言

雙蛋白酸奶是一種由動物蛋白和植物蛋白按照不同比例混合后，經乳酸菌發酵而成的活性乳酸菌保健飲品。相比傳統動物乳酸奶，雙蛋白酸奶具有動物蛋白質與植物蛋白質互補、營養結構合理等優點[1]。動物乳制品中添加大豆蛋白質，不僅可增加蛋白質含量，還可提高營養價值，滿足消費者的健康飲食需求[2～5]。菠蘿是一種熱帶水果，可生食，也可制成果汁、罐頭、果干等，富含多種營養物質，如維生素C、維生素B1、酵素等，具有多種保健功效，如促進消化、增強免疫力、降低血壓、緩解關節炎等[6]，富含的膳食纖維能有效預防習慣性便秘，因此被喻為“抗瘤之星”[7]。黑豆是大豆屬植物的一種黑色種子，味道甘美且性質平和，蛋白質含量高，質量優異，氨基酸組成類似動物蛋白，必需氨基酸占總氨基酸量的40%以上，人體易消化吸收[8]，且豆類是植物性蛋白、優質膳食蛋白的重要來源[9，10]。

廣西作為熱帶水果種植區，盛產菠蘿，但主要用于內銷鮮食，很少用于相關產品加工，年加工量不到總產量10%[11]。本研究以黑豆粉、純牛奶、濃縮菠蘿汁作為主要發酵原料，應用模糊數學感官評價法研究菠蘿風味雙蛋白酸奶的制備工藝，為新鮮菠蘿增加更多深加工產業鏈和銷售渠道，為當地農戶帶來更多經濟效益，助力健康產業發展和鄉村振興。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

純牛奶，內蒙古蒙牛乳業（集團）股份有限公司；黑豆粉，黑龍江省農墾龍王食品有限責任公司；菠蘿，廣西民族師范學院水果店；海藻糖，德州匯洋生物科技有限公司；菌種，安琪酵母股份有限公司。

1.2 儀器與設備

JYZ-E3C型榨汁機，九陽股份有限公司；YP5002型電子天平、FA2004B型電子分析天平，上海佑科儀器儀表有限公司；C21-SDHCB9E88型電磁爐，浙江紹興蘇泊爾生活電器有限公司；RCD-1A型高速均質乳化機，常州越新儀器制造有限公司；HWS-26數顯電熱恒溫水浴鍋，上海齊欣科學儀器有限公司；Hxlg-12-50B型真空冷凍干燥機，上海希言科學儀器有限公司；LRH-400A型恒溫培養箱，廣東泰宏君科學儀器股份有限公司；TR-468Y型冷藏柜，廣西南寧庫侖儀器設備有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

（1）濃縮菠蘿汁制備：新鮮菠蘿去皮→切塊、榨汁→過濾→裝罐→排氣→密封殺菌→冷卻→真空濃縮→冷藏備用。

（2）菠蘿風味雙蛋白酸奶制備：制備黑豆豆漿→添加純牛奶→添加濃縮菠蘿汁、海藻糖→均質→滅菌→冷卻→添加菌種→恒溫培養箱發酵→冷藏后熟→成品。

1.3.2 操作要點

（1）濃縮菠蘿汁制備

①挑選菠蘿：表面無損傷，無蟲害，成熟度盡量一致。

②切塊、榨汁：削去菠蘿表皮，將果肉切成適當大小塊，用榨汁機將果肉榨成果汁。

③過濾：將菠蘿果汁中果肉和汁水用濾網過濾分離。

④裝罐：將過濾后汁水裝罐，裝罐時應保持液體水平面在容器9/10處，預留一定頂隙。

⑤排氣、密封殺菌、冷卻：用恒溫水浴鍋加熱菠蘿果汁進行排氣殺菌，排氣5 min、殺菌8 min后冷卻至室溫。

⑥真空濃縮：預凍果汁，-20 ℃冷藏12 h后，真空冷凍干燥機濃縮24 h。

⑦冷藏備用：將濃縮完成的菠蘿果汁保存在4 ℃環境備用。

（2）菠蘿風味雙蛋白酸奶制備

①制備黑豆豆漿：用40 ℃左右的水溶解黑豆粉，黑豆粉與水的質量比1∶3。

②添加原料：將黑豆豆漿、純牛奶、濃縮菠蘿汁、海藻糖按質量比加入酸奶瓶中。

③均質：將混合后的溶液進行均質，10 000 r/min轉速均質1 min。

④殺菌、冷卻：恒溫水浴鍋中保持95 ℃，殺菌5 min，冷卻至40 ℃左右。

⑤添加菌種：將菌種添加至冷卻后的混合液中。

⑥發酵：用恒溫培養箱發酵數小時。

⑦冷藏后熟：發酵結束后，冷藏于4 ℃冰箱中約12 h，制得成品。

1.4 單因素試驗設計

1.4.1 黑豆豆漿與純牛奶比例對菠蘿風味雙蛋白酸奶的影響

濃縮菠蘿汁添加量15%、海藻糖添加量5%、菌種添加量3%、發酵時間6 h配方基礎上，將黑豆豆漿與純牛奶比例分別設為1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1，探究黑豆豆漿與純牛奶比例對菠蘿風味雙蛋白酸奶的影響，確定黑豆豆漿與純牛奶最佳比例。

1.4.2 濃縮菠蘿汁添加量對菠蘿風味雙蛋白酸奶的影響

黑豆豆漿與純牛奶比例3∶1、海藻糖添加量5%、菌種添加量3%、發酵時間6 h配方基礎上，將濃縮菠蘿汁添加量分別設為5%、10%、15%、20%、25%，探究濃縮菠蘿汁添加量對菠蘿風味雙蛋白酸奶的影響，確定濃縮菠蘿汁最佳添加量。

1.4.3 海藻糖添加量對菠蘿風味雙蛋白酸奶的影響

黑豆豆漿與純牛奶比例3∶1、濃縮菠蘿汁添加量15%、菌種添加量3%、發酵時間6 h的配方基礎上，將海藻糖添加量分別設為2%、3%、4%、5%、6%，探究海藻糖添加量對菠蘿風味雙蛋白酸奶的影響，確定海藻糖最佳添加量。

1.4.4 菌種添加量對菠蘿風味雙蛋白酸奶的影響

黑豆豆漿與純牛奶比例3∶1、濃縮菠蘿汁添加量15%、海藻糖添加量5%、發酵時間6 h配方基礎上，將菌種添加量分別設為1%、2%、3%、4%、5%，探究菌種添加量對菠蘿風味雙蛋白酸奶的影響，確定菌種最佳添加量。

1.4.5 發酵時間對菠蘿風味雙蛋白酸奶的影響

黑豆豆漿與純牛奶比例3∶1、濃縮菠蘿汁添加量15%、海藻糖添加量5%、菌種添加量3%的配方基礎上，將發酵時間分別設為5 h、6 h、7 h、8 h、9 h，探究發酵時間對菠蘿風味雙蛋白酸奶的影響，確定最佳發酵時間。

1.5 正交試驗設計

根據單因素試驗分析結果，選取黑豆豆漿與純牛奶比例、濃縮菠蘿汁添加量、海藻糖添加量、發酵時間作為正交試驗的4 個因素，10 位感官評價人員對酸奶進行模糊數學感官評定，以他們的分數為指標，利用Excel軟件和SPSS軟件對黑豆豆漿與純牛奶比例、濃縮菠蘿汁添加量、海藻糖添加量、發酵時間的試驗數據作圖及分析，采用四因素三水平正交試驗模型L9（34）進行正交試驗，優化菠蘿風味雙蛋白酸奶工藝參數，得出最優工藝組合，如表1所示。

表1 正交試驗因素水平

1.6 菠蘿風味雙蛋白酸奶感官評價方法

1.6.1 感官評價標準

10 位感官評價人員根據表2，評定菠蘿風味雙蛋白酸奶色澤、氣味、口感、組織狀態4 個感官指標，色澤20 分、氣味30 分、口感30 分、組織狀態20分，優、良、中、差4 個評價等級，單因素試驗及正交試驗中均按該標準。

表2 酸奶感官評價標準

1.6.2 模糊數學感官評價的建立

模糊數學感官評價由研究對象集K、因素集M、評語集V、權重集S和綜合評判集Y組成。

研究對象集K：綜合評定單因素試驗25 組樣品、正交試驗9 組樣品，其中單因素試驗中研究對象集K={K1，K2…K25}，K1代表標號1的樣品，K2代表標號2的樣品，以此類推。

因素集M：M={M1，M2，M3，M4}，其中M1、M2、M3、M4分別對應色澤、氣味、口感、組織狀態。

評語集V：V={V1，V2，V3，V4}={優，良，中，差}，其中V1、V2、V3、V4分別對應優（95分）、良（80 分）、中（65 分）、差（50 分）4 個評價等級。

權重集S：評價權重實際是各因素的重要程度。以色澤20 分、氣味30 分、口感30 分、組織狀態20 分作為權重系數分配依據，確定權重集S={S1，S2，S3，S4}={0.2，0.3，0.3，0.2}，權重集因素總和為1。

模糊矩陣Ri：從因素集M1、M2、M3、M4映射到評語集V1、V2、V3、V4的一個評判模糊矩陣。

模糊關系綜合評判集Yi：Yi=S·Ri。

模糊綜合評價總得分T：T=Yi·V。

2 結果與分析

2.1 模糊數學感官評價結果

2.1.1 單因素試驗模糊感官評價結果

10 位感官評價人員根據表2品評樣品，統計單因素試驗設計的25 個樣品評價結果，得到菠蘿風味雙蛋白酸奶單因素試驗模糊感官評價結果，結果見表3。

2.1.2 正交試驗模糊感官評價結果

根據表1進行正交試驗，10 位感官評價人員分別對正交試驗9 個樣品進行感官品評，統計評價結果，得到菠蘿風味雙蛋白酸奶正交試驗的模糊感官評價結果（表4）。

表4 正交試驗模糊感官評價結果

2.1.3 模糊矩陣的建立及結果分析

以表3為例，感官評價人員認為組單因素試驗中的1號樣品色澤優的有2人、良的有6人，中的有2人，差的有0人，則因素集M1（色澤）=[0.2，0.6，0.2，0]。同理，因素集M2（氣味）=[0.1，0.3，0.6，0]、因素集M3（口感）=[0.1，0.4，0.5，0]、因素集M4（組織狀態）=[0.1，0.2，0.6，0.1]，所得4個因素集組成一個模糊矩陣R1：

同理可得單因素試驗2～號樣品的模糊矩陣R2～R25，以及正交試驗1～9號樣品的模糊矩陣R1～R9。

根據模糊數學變換原則，綜合隸屬度，對M1、M2、M3、M4進行模糊關系綜合評判集Y計算，以單因素試驗的1號樣品為例，其評價結果為：

同理可得單因素試驗Y2～Y25以及正交試驗Y1～Y9。

1號樣品的模糊綜合評價總得分T1=Y1·V，其中Y1=[0.12，0.37，0.49，0.02]，評語集V=[95，80，65，50]，即：

同理可得單因素試驗T2～T25以及正交試驗T1～T9的模糊綜合評價總得分。

2.2 單因素試驗結果與分析

2.2.1 黑豆豆漿與純牛奶比例對菠蘿風味雙蛋白酸奶的影響

由圖1可知，黑豆豆漿與純牛奶比例對酸奶感官評分有顯著影響。比例在1∶1到3∶1之間，評分呈上升趨勢；比例3∶1時，評分最高，酸奶表面光滑、有光澤，呈淡綠色，組織狀態良好。隨著兩者比例增加，感官評分呈下降趨勢。推測原因可能是兩者比例不協調影響風味和口感。因此選擇黑豆豆漿與純牛奶比例2∶1、3∶1、4∶1進行正交試驗。

圖1 黑豆豆漿與純牛奶比例對菠蘿風味雙蛋白酸奶的影響

2.2.2 濃縮菠蘿汁添加量對菠蘿風味雙蛋白酸奶的影響

由圖2可知，酸奶感官評分受濃縮菠蘿汁添加量影響較大。添加量5%～15%，評分隨添加量增加而逐漸提高，添加量15%時達最高點；濃縮菠蘿汁添加量超過15%，評分開始下降。推測原因可能是濃縮菠蘿汁添加量較少時，菠蘿風味不足，口感受損；而濃縮菠蘿汁添加量過多時，影響酸奶成型，導致酸奶無法完全凝固。因此選擇濃縮菠蘿汁添加量10%、15%、20%進行正交試驗。

2.2.3 海藻糖添加量對菠蘿風味雙蛋白酸奶的影響

由圖3可知，海藻糖添加量對酸奶感官評分有顯著影響。海藻糖添加量從2%增到5%，感官評分呈上升趨勢。5%時達最高感官評分，此時酸奶具有順滑口感和適宜酸甜度。海藻糖添加量超過5%，感官評分開始下降。推測原因可能是海藻糖添加量較少時，酸奶甜度不足；添加量較多時，則略微偏甜且增加生產成本。因此選擇海藻糖添加量3%、4%、5%進行正交試驗。

圖3 海藻糖添加量對菠蘿風味雙蛋白酸奶的影響

2.2.4 菌種添加量對菠蘿風味雙蛋白酸奶的影響

由圖4可知，酸奶感官評分受菌種添加量影響較大。感官評分隨菌種添加量增加呈上升趨勢，添加量1%～2%時上升最明顯，添加量2%時達最高點。添加量超過2%時，感官評分開始下降。推測原因可能是菌種添加量1%時，酸奶發酵不充分；大于2%時，過多菌種影響酸奶感官品質，且增加生產成本。因此，考慮菌種變量不影響酸奶成型及風味，菌種添加量設定2%，不參與正交試驗。

圖4 菌種添加量對菠蘿風味雙蛋白酸奶的影響

2.2.5 發酵時間對菠蘿風味雙蛋白酸奶的影響

由圖5可知，發酵時間對酸奶感官評分有顯著影響。發酵時間從5 h增到6 h時，感官評分呈上升趨勢。6 h時感官評分最高，酸奶組織狀態良好，口感順滑，酸甜適宜。但發酵時間超過6 h，感官評分開始下降。原因可能是發酵時間過短，酸奶不能充分發酵，且無法完全凝固；發酵時間過長，酸奶過度發酵，口感酸澀，影響酸奶質地。因此選擇發酵時間6 h、7 h、8 h進行正交試驗。

圖5 發酵時間對菠蘿風味雙蛋白酸奶的影響

2.3 正交試驗結果與分析

在表1基礎上，根據模糊數學分析得到正交試驗設計最終感官評分結果（表5）。

表5 正交試驗設計

由表5可知，A2B2C3D1為菠蘿風味雙蛋白酸奶最優組合，即黑豆豆漿與純牛奶比例3∶1、濃縮菠蘿汁添加量15%、海藻糖添加量5%、發酵時間6 h。該配方感官評分92.15分。由極差R值可知，影響菠蘿風味雙蛋白酸奶感官評分的四個因素主次順序A＞B＞C＞D，即影響最大的是黑豆豆漿與純牛奶比例，其次是濃縮菠蘿汁添加量、海藻糖添加量、發酵時間。

3 結論

根據模糊數學感官評價的單因素試驗及正交試驗結果，得出菠蘿風味雙蛋白酸奶的最佳工藝參數，即黑豆豆漿與純牛奶比例3∶1、濃縮菠蘿汁添加量15%、海藻糖添加量5%、發酵時間6 h、菌種添加量2%，發酵溫度42 ℃。在此工藝條件下，酸奶表面光滑，色澤呈淡綠色，酸甜適口，有明顯菠蘿風味，組織細膩，質地均勻無雜質，感官評分達92.15分。

該產品融合了植物蛋白與動物蛋白，能較好地平衡膳食結構，而用海藻糖代替蔗糖有利于降低酸奶中的糖含量，減少糖分的攝入量，符合人們對營養、安全及健康食品的追求，有較好的開發前景。