紅薯發(fā)酵乳的加工工藝及品質分析研究

康林芝，劉鍶彤，莊紫婷，唐 輝

（韶關學院英東食品學院，廣東韶關 512005）

紅薯含有淀粉、膳食纖維、蛋白質、各種維生素及磷、鈣、鐵、鉀等10 余種微量元素，是具有高營養(yǎng)價值的糧食作物[1]。此外，紅薯含有的大量膳食纖維可促進腸道蠕動，是一種具有促進排便和緩解便秘的理想保健食品。目前，紅薯大多以鮮薯形式銷售，紅薯加工程度低，開發(fā)食品種類少，作為初級農產品其價位一般偏低，外形有破損被低價銷售甚至丟棄也為農戶帶來巨大的經濟損失，嚴重影響了紅薯的價值[2]。因此，以紅薯為原料進行相關健康產品的開發(fā)，既解決了紅薯開發(fā)提高附加值問題，同時也符合了現(xiàn)代人對食品營養(yǎng)健康的追求。

牛乳經過滅菌、冷卻、接種、發(fā)酵后形成的發(fā)酵乳不僅具有酸甜細滑的口感、較高的營養(yǎng)價值及保健功能，而且酸奶中的碳水化合物易消化、蛋白質易被吸收、膽固醇與脂肪的代謝優(yōu)于牛乳，還可改善腸道菌群平衡等[3-4]。此外，酸奶可以刺激免疫功能，具有防癌及延年益壽的保健功能[5]。目前，發(fā)酵乳已經成為一種非常普遍的健康食品，大眾接受程度高。隨著發(fā)酵乳接受程度的提高，各種口味的發(fā)酵乳隨之而來，但目前大多數(shù)都是水果類發(fā)酵乳，以紅薯為原料的發(fā)酵乳并沒有出現(xiàn)。因此，以紅薯與鮮牛奶為主要原料，采用雙歧桿菌發(fā)酵劑發(fā)酵進行研究，以期獲得一種新型功能性酸奶。此酸奶不僅具有普通酸奶的營養(yǎng)價值，而且還含有紅薯膳食纖維及所獨具的微量元素等多種營養(yǎng)成分，產品中紅薯的加入賦予了酸奶香甜氣息的特殊風味，開發(fā)出的口感和營養(yǎng)價值提升的新型酸奶具有廣闊的市場前景。

1 材料與方法

1.1 材料及試劑

紅薯，品質良好、無機械損傷，購自當?shù)厥袌觯慌Ｈ椋瑑让晒琶膳Ｈ闃I(yè)（集團）股份有限公司提供；蔗糖，廣東葉下桃有限公司提供；乳酸菌酸奶發(fā)酵劑，北京川秀科技有限公司提供。

試驗試劑：無水乙醇，廣東光華科技股份有限公司提供；氫氧化鈉、酚酞指示劑，西隴科學股份有限公司提供；蒸餾水。以上試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

FA2004 型分析天平，上海舜宇恒平科學儀器有限公司產品；SW-CJ-ICW 型超凈工作臺，蘇州安泰空氣技術公司產品；ZHP-250 型恒溫培養(yǎng)箱，上海三發(fā)科學有限公司產品；BCD-586WSF 型冰箱，山東青島海爾集團產品；YX-01 型高壓均質機，廣州市鈺翔輕工機械設備有限公司產品；HH-S28S 型水浴鍋，金壇市大地自動化儀器廠產品。

1.3 工藝流程

紅薯→清洗去皮→蒸煮→紅薯+奶液打漿→過濾→調配→滅菌（加熱至液面升高，溫度約80 ℃）→冷卻（40 ℃）→接種→發(fā)酵（37 ℃）→后熟（4 ℃）。

1.4 操作要點

（1）紅薯的處理。挑選無蟲害、無芽、無霉變的新鮮紅薯。切去根部后放入鍋中水煮30 min，撈出后進行去皮，確保紅薯無殘留外皮附于紅薯表面。

（2）打漿、過濾。稱取紅薯、牛奶液以一定的比例打漿混合均勻后過濾，確保紅薯牛奶混合液無沉淀、質地均勻。

（3）調配、加熱滅菌。加入定量的白砂糖后，將紅薯牛奶混合液通過電爐加熱至液面上升。

（4）冷卻、接種、發(fā)酵。待紅薯牛奶混合液冷卻至40 ℃時，在超凈工作臺接入定量菌粉后蓋上蓋子，密封放入37 ℃培養(yǎng)箱中發(fā)酵一定的時間。

（5）冷藏后熟。將發(fā)酵完的紅薯酸奶放入4 ℃的冰箱中進行12 h 的后熟。

（6）檢驗。對產品進行感官品質、理化指標和微生物指標檢測。

1.5 單因素試驗及正交試驗分析

在預試驗的基礎上，其他因素確定的條件下，根據(jù)酸度測定結果及感官評價的結果考查紅薯添加量、白砂糖添加量、接種量、發(fā)酵時間對紅薯發(fā)酵乳品質的影響：調整紅薯添加量分別為10%，15%，20%，25%，30%；調整白砂糖添加量分別為3%，4%，5%，6%，7%；調整接種量分別為0.10%，0.15%，0.20%，0.25%，0.30%；調整發(fā)酵時間分別為8，9，10，11，12 h。

根據(jù)單因素試驗的結果，采用正交試驗L9（34）進行工藝優(yōu)化，選擇紅薯添加量、白砂糖添加量、菌粉添加量、發(fā)酵時間作為4 個因素，進行四因素三水平的正交試驗分析。

正交試驗因素見表1。

表1 正交試驗因素

1.6 紅薯發(fā)酵乳品質分析

1.6.1 感官評定

評價小組由有感官品評定經驗的專業(yè)技術人員組成鑒評小組進行評定，采用100 分制，對紅薯發(fā)酵乳的風味、色澤、口感及組織狀態(tài)進行感官評分，滿分為100 分。

感官評價指標見表2。

表2 感官評價指標

1.6.2 酸度測定

每組分別取1 瓶后熟完成的紅薯發(fā)酵乳測定酸度。具體操作為稱取已經攪拌均勻的紅薯酸奶樣品5.00 g 于錐形瓶中，加入10 mL 新煮沸并已經冷卻至40 ℃的蒸餾水及4～5 滴酚酞指示劑后混勻，用NaOH 標準溶液滴定至終點。酸度由滴定時消耗的堿量表示（°T=V*20)。參照GB 5009.239—2016《食品安全國家標準 食品酸度的測定》進行酸度滴定[6-7]。

1.7 數(shù)據(jù)分析

經3 次平行試驗后，運用Excel 2019 和SPSS 對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計與分析，所得結果用平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 紅薯添加量對紅薯發(fā)酵乳品質的影響

在其他因素確定的條件下，以紅薯添加量為單因素進行單因素試驗，設置單因素水平分別為10%，15%，20%，25%，30%。

紅薯添加量對紅薯發(fā)酵乳品質的影響見圖1。

圖1 紅薯添加量對紅薯發(fā)酵乳品質的影響

由圖1 可知，紅薯添加量對紅薯發(fā)酵乳的感官評價有著較為顯著的影響，且直接影響到紅薯發(fā)酵乳的酸度。當添加紅薯量為10%時，紅薯的香氣較淡，乳香較濃郁，乳香和紅薯香味不協(xié)調；當紅薯添加量為30%時，紅薯發(fā)酵乳的色澤呈深黃色，且質地不均勻，有乳清析出，感官評分達最低分，僅（53.25±7.56）分。總體上，感官評分呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。當紅薯添加量為20%時，感官評分分數(shù)最高，為（75.25±2.49）分，此時紅薯發(fā)酵乳的酸度為（97.20±2.79）°T，研究表明[7]，對于發(fā)酵乳而言，一般發(fā)酵乳酸度在40～100 °T范圍內的酸感適宜，易被市場接受。且紅薯發(fā)酵乳的酸度≥70°T，符合GB 19302—2010 的標準[8]，為合格的酸奶。因此，紅薯添加量選擇20%最佳。

2.1.2 白砂糖添加量對紅薯發(fā)酵乳品質的影響

以白砂糖添加量為單因素，設置單因素水平分別為3%，4%，5%，6%，7%。

白砂糖添加量對紅薯發(fā)酵乳品質的影響見圖2。

圖2 白砂糖添加量對紅薯發(fā)酵乳品質的影響

由圖2 可知，感官評分趨勢呈先上升后下降，在白砂糖添加量為5%時，感官評分達到最高，為（74.25±0.83）分。隨著白砂糖添加量的增加，紅薯發(fā)酵乳的酸度緩慢下降，變化區(qū)間范圍從（106.80±1.99）°T 到（99.53±3.33）°T，變化較小。當白砂糖添加過多時，紅薯發(fā)酵乳酸度降低，口感偏甜，感官評分明顯下降，為（69.00±0.71）分。白砂糖添加過多可能會使發(fā)酵糖轉化為酸類、酯類、醇類等物質，而糖分不足則會造成不完全發(fā)酵，酸味較大，影響感官品質[8-9]。因此，選擇白砂糖添加量為5%。

2.1.3 菌粉添加量對紅薯發(fā)酵乳品質的影響

菌粉添加量是決定酸奶品質的一個重要因素。以發(fā)酵劑添加量為單因素，其他因素不變的情況下，設置單因素水平分別為0.10%，0.15%，0.20%，0.25%，0.30%。

菌粉添加量對紅薯發(fā)酵乳品質的影響見圖3。

圖3 菌粉添加量對紅薯發(fā)酵乳品質的影響

由圖3 可知，菌粉添加量為0.10%～0.20%，感官評分隨著菌粉添加量的增加而增加；感官評分在0.20%～0.30%的范圍內隨著菌粉添加量的增加而降低。酸度隨著菌粉添加量的增加呈現(xiàn)出上升趨勢。隨著菌粉添加量的增加，牛奶中的乳糖發(fā)酵成乳酸，紅薯發(fā)酵乳的酸度與菌粉添加量呈正相關[10-11]。菌粉添加量偏低時，乳酸菌產酸量較低，酸度較低，組織狀態(tài)黏度差，紅薯發(fā)酵乳的感官品質較差；當菌粉添加量為0.30%時，乳酸菌產酸量較高，口味偏酸澀，過于黏稠，且有乳清析出，感官評分僅（59.25±2.77）分。當菌種添加量為20%時，感官評分達到最高，為（76.75±4.44）分，酸度為（90.27±0.93）°T，酸度適宜。因此，選擇菌粉添加量為0.20%。

2.1.4 發(fā)酵時間對紅薯發(fā)酵乳品質的影響

以發(fā)酵時間為單因素，在其他因素不變的條件下進行試驗，設置單因素水平分別為8，9，10，11 h。

發(fā)酵時間對紅薯發(fā)酵乳品質的影響見圖4。

圖4 發(fā)酵時間對紅薯發(fā)酵乳品質的影響

發(fā)酵時間對紅薯發(fā)酵乳的品質密切相關，發(fā)酵時間偏短時，菌種還處在自身發(fā)展階段，代謝產物較少，產酸不足；發(fā)酵時間偏長會導致紅薯發(fā)酵乳酸度偏高，也會導致代謝產物積累，從而產生異味，影響紅薯發(fā)酵乳的品質[12-13]。由圖4 可知，隨著發(fā)酵時間的延長，紅薯發(fā)酵乳的酸度呈上升趨勢，感官評分呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢；在發(fā)酵時間偏短時，紅薯發(fā)酵乳未充分發(fā)酵，質地不均勻，黏度差，奶液稀薄，口感欠佳；在發(fā)酵時間為12 h 時，紅薯發(fā)酵乳口感偏酸澀，且有乳清析出，感官評分分數(shù)最低，僅為（63.75±5.54）分。紅薯發(fā)酵乳的感官評分在發(fā)酵時長為10 h 時達到最高，為（74.50±1.66）分，酸度為（95.80±3.99）°T，發(fā)酵乳的質地均勻，色澤均一有光澤，口感與酸度較為適宜。因此，發(fā)酵時間選擇10 h。

2.2 正交試驗的結果分析

在紅薯添加量、白砂糖添加量、菌粉添加量及發(fā)酵時間對紅薯酸奶品質影響的4 個單因素試驗基礎上，以感官評分為指標，選擇紅薯添加量（A）、白砂糖添加量（B）、菌粉添加量（C）及發(fā)酵時間（D）4 個因素進行四因素三水平的正交試驗L9（34）。

正交試驗設計及結果見表3。

由表3 可知，RA＞RD＞RB＞RC，影響紅薯發(fā)酵乳感官評分的主次因素依次為紅薯添加量＞發(fā)酵時間＞白砂糖添加量＞菌粉添加量。最優(yōu)的方案組合為A3B1C3D3，即紅薯添加量25%，發(fā)酵時間11 h，白砂糖添加量4%，菌粉添加量0.25%。在此條件下進行3 次驗證試驗，試驗所得的紅薯發(fā)酵乳的乳香濃郁，與紅薯香味協(xié)調，色澤呈鵝黃色，均一有光澤，口感細膩，酸甜爽口，質地均勻光滑，黏度適中，無乳清析出。由感官評價小組打分取平均值±標準差，最終得分為（93.00±0.82）分。

3 結論

以紅薯、牛奶為主要原料，通過4 個單因素試驗與正交試驗，以感官評分和酸度為指標，結果表明紅薯發(fā)酵乳的最佳工藝參數(shù)，工藝條件紅薯添加量為25%，白砂糖添加量為4%，菌粉添加量為0.25%，發(fā)酵時間為11 h，發(fā)酵溫度為37 ℃，于4 ℃的條件下進行11 h 后熟后制得。此條件下制得的紅薯發(fā)酵乳呈鵝黃色，口感酸甜爽口、質地細膩均勻，乳香與紅薯的氣味相協(xié)調，具有紅薯獨有的香甜氣味，無乳清析出，感官評分為（93.00±0.82）分，酸度為（85.00±0.82）°T，符合GB 19302—2010 標準，且在大部分人群較適宜的酸度范圍內，易被市場接受。紅薯發(fā)酵乳風味獨特，且具有豐富的營養(yǎng)價值，是一類具有開發(fā)潛力的食品。