褐色饮用型酸奶的工艺优化

王晓倩，姜竹茂*，杨 爽，马婷婷

（烟台大学 生命科学学院，山东 烟台 264005）

近年来随着生活水平的提高，人们对于食品的营养成分及保健功能尤为关注，酸奶可为人体提供丰富的蛋白质、钙、维生素等营养物质[1]，改善肠胃的菌群平衡，促进人体消化吸收，降低血液胆固醇，增强机体免疫能力[2-4]，且酸甜可口，风味独特，因此倍受人们青睐[5-6]。褐色酸奶是近两年新兴的酸奶饮品，由于原料乳中蛋白质与还原糖经适宜温度条件处理发生美拉德反应[7]，即羰基化合物与氨基化合物经缩合、脱水、降解、裂解、聚合等一系列反应[8]，生成类黑色素物质，并具有特殊焦糖香气，在色泽和风味上与传统酸奶有很大区别，伊利、蒙牛相继推出该类产品，可见其良好的市场前景。

目前国内市场上已有炭烧酸奶、俄罗斯烤酸奶等产品，国外相关的类似加工产品有日本的养乐多、俄罗斯的格瓦斯等，相同之处为产品的加工过程中利用了美拉德反应生成的自然颜色和焦甜风味[7]。褐色饮用型酸奶属于低黏性的可饮用酸奶[9-10]，国内对此类产品研究较少，本研究以脱脂奶粉、葡萄糖为主要原料，对褐色饮用型酸奶的褐变条件、复配稳定剂添加量以及制备工艺进行探讨，根据感官评分，确定该产品的优化工艺，以期得到一款方便饮用、口感细腻、色泽浓郁、风味独特且营养价值高的褐色酸奶。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

脱脂奶粉：新西兰恒天然集团；无水葡萄糖：山东西王集团；保加利亚乳杆菌（Lactobacillusbulgaricus）：河北一然生物科技有限公司；嗜热链球菌（Streptococcusthermophiles）、羧甲基纤维素钠、果胶、黄原胶：丹尼斯克（中国）有限公司。

1.2 仪器与设备

WT型电子天平：杭州万特衡器有限公司；FA1004型电子天平、NDJ-5S数显黏度计：上海舜宇恒平科学仪器有限公司；PHS-3E型酸度计：上海雷磁仪器厂；DNP-9082型电热恒温培养箱：上海精宏实验设备有限公司；EM-30型磁力搅拌水浴锅：常州市人和仪器厂；LDZM-50KBS立式压力蒸汽灭菌锅：上海申安医疗器械厂。

1.3 实验方法

1.3.1 工艺流程及操作要点

操作要点：

菌种的活化：将低温保存的保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌分别以1%的接种量加入灭菌冷却好的脱脂乳中，在最适温度下活化3次，直至菌种的活力达到较高水平，并扩大培养，以备后期发酵时使用。

复原乳的制备：将脱脂奶粉与葡萄糖加入60℃水中充分溶解，其中脱脂奶粉与水的比例为1∶8，葡萄糖添加量8%。

原料乳的检验：原料乳在使用前进行抗生素及理化指标的检测，符合原料乳质量国家标准[11]。

复配稳定剂的添加：复配稳定剂（羧甲基纤维素钠∶果胶∶黄原胶=3∶4∶1）添加量为0.20%。

均质：温度为60～65℃，压力为15～20 MPa。

褐变处理：美拉德反应会导致类黑精的积累，赋予产品一定的颜色变化，在加工过程中会产生令人愉悦的褐色，且其反应产生的特殊风味物质影响着产品的感官评价，是乳制品热加工中需要控制的重要环节[12-13]。研究在不同加热温度、不同加热时间条件下美拉德反应的进行程度，反应条件分别为95℃、120 min，95℃、150 min，98℃、120 min，98 ℃、150 min，121 ℃、10 min，121 ℃、15 min，探讨反应条件对产品感官评价的影响，确定最佳褐变条件。

接种发酵：按3%的接种量取充分活化的菌种，接种于冷却至42～43℃的奶液中，充分搅拌均匀，放置恒温培养箱发酵。

终止发酵：产品pH下降到4.5～4.6时终止发酵。

破乳冷却：产品到达发酵终点时，将酸奶冷却至20～25℃，在1 000 r/min条件下搅拌10 min破乳。

冷藏后熟：将发酵后酸奶置于4℃冰箱中静置12～24 h进行后熟，即为成品。

1.3.2 复配稳定剂添加量的确定

由于长时间高温处理，褐色饮用型酸奶的稳定性易受影响，出现色泽不均、乳清析出等现象，然而大部分消费者偏爱具有平滑奶油状和组织丰满的酸奶[14]，因此可通过添加食品稳定剂来改善酸奶的质地[15]，避免乳清析出等情况出现。黏度是反映酸奶质量好坏的重要指标之一[16-18]，不同黏度的产品在口感上有着较大差异，适宜的黏度及爽滑的口感会提高产品的感官评价。研究复配稳定剂（羧甲基纤维素钠∶果胶∶黄原胶=3∶4∶1）添加量为0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%时对产品黏度、感官评价的影响，并做空白试验，进而确定复配稳定剂适宜的添加量。

1.3.3 单因素试验

分别设置发酵温度为40℃、41℃、42℃、43℃、44℃，菌种添加量为2%、3%、4%、5%、6%，葡萄糖添加量为6%、7%、8%、9%、10%，发酵时间为5 h、6 h、7 h、8 h、9 h，采用单一变量控制法进行单因素试验，考察各因素对产品感官评分的影响。

1.3.4 正交优化试验

在单因素试验的基础上，以发酵温度（A）、菌种添加量（B）、葡萄糖添加量（C）、发酵时间（D）为影响因素，以感官评价作为评价指标，选取3个较优水平，设计4因素3水平正交试验，优化酸奶发酵工艺。

1.3.5 测定方法

感官评价：由10位具有食品专业背景的人员对酸奶色泽、爽滑度、黏稠度、滋味与香气、酸甜度、整体接受性六个方面进行感官评价，满分为100分，最终得分取其平均分。感官评分标准见表1。

表1 褐色饮用型酸奶感官评分标准Table 1 Sensory evaluation standards of brown drinking yoghurt

酸度测定：按照GB 5009.239—2016《食品中酸度的测定》中的酚酞指示剂法执行[19]；蛋白质的测定：按照GB 5009.5—2010《食品中蛋白质的测定》中的凯氏定氮法执行[20]；脂肪的测定：按照GB 5413.3—2010《婴幼儿食品和乳品中脂肪的测定》中的盖勃氏法执行[21]；酸奶黏度的测定采用黏度计进行测定；微生物指标的测定：按照GB 4789.18—2010《食品微生物学检验乳与乳制品检验》中的方法执行[22]。

2 结果与分析

2.1 褐变反应条件对产品感官评价的影响

美拉德反应过程中产生的类黑精等色素会随反应的加深而增多，因此可通过美拉德反应产物的颜色变化判断美拉德反应的程度，且在不同条件的热处理下，其产生的风味物质也会存在差异[23]。根据表1中产品感官评分标准进行评价，感官评分结果见表2。

表2 褐变反应条件对产品感官评价的影响Table 2 Effect of Maillard browning reaction parameters on sensory evaluation of products

由表2可知，在相同温度条件下，加热时间越长，产品的褐变程度越深；温度越高，褐变速率越快，反应越剧烈。在95℃反应条件下，产品的褐变程度与香气都不理想；在98℃、150 min反应条件下产品褐色适中，焦糖香气明显，且口感细腻爽滑；在121℃反应温度下，产品的组织状态不佳，出现乳清析出、质地粗糙等现象，感官评分降低。由于热处理会降低乳品的稳定性，导致这种稳定性降低的最主要原因是乳蛋白之间产生了复杂的相互作用，其中酪蛋白有较高的热稳定性，其变性温度为100℃，在低于100℃的温度下进行热处理不会影响酪蛋白的化学性质[24-25]，应避免过高强度的热处理。因此选用98℃、150 min作为褐变条件。

2.2 复配稳定剂添加量对产品黏度及感官评价的影响

根据表1中产品感官评分标准进行感官评分，使用黏度计测得产品的黏度，结果见图1。

由图1可知，添加复配稳定剂后酸奶的黏度均比空白对照组有不同程度地提高，是由于稳定剂分散在水中可进行水合，其中氢键能将部分水分子结合，而稳定剂所形成的三维网络同时可以固定其余的水分，减少游离水的含量[14]，产品凝乳状态较好，乳清析出减少，产品具有醇厚的口感和黏稠的质地。当稳定剂添加量为0.20%时，产品感官评分最高，为83.2分，此时产品黏稠度适中，蛋白质沉淀较少，无乳清析出。因此，复配稳定剂最适添加量为0.20%。

图1 复配稳定剂添加量对产品黏度和感官评价的影响Fig.1 Effect of complex stabilizer addition on viscosity and sensory evaluation of products

2.3 发酵温度对产品感官评价的影响

由图2可知，产品的感官评分随发酵温度增加而呈现先升高后降低的趋势。当发酵温度为43℃时，感官评分最高，为83.1分。当发酵温度较低时，菌种产酸能力弱，产品凝乳状态不稳定，口感欠佳；随发酵温度上升，产品组织状态浓厚，质地均匀，口感更加爽滑细腻，酸奶风味浓郁；当发酵温度较高时，由于保加利亚乳杆菌活力高于嗜热链球菌，产酸能力强，导致凝乳加快，乳清析出，产品质地相对粗糙，导致感官评分下降。因此，最适发酵温度为43℃。

图2 发酵温度对产品感官评价的影响Fig.2 Effect of fermentation temperature on sensory evaluation of products

2.4 菌种添加量对产品感官评价的影响

由图3可知，随菌种添加量的增加，感官评分先升高后降低。当菌种添加量为4%时，感官评分最高，为81.3分。菌种添加量为2%时，单位体积内活菌数量较少，产酸不足，凝乳状态差，酸奶的组织状态松散；随菌种添加量增加，产品单位体积内活菌数量增加，产酸增多，质地浓厚均匀，酸甜比适中；当菌种添加量过多时，由于产酸偏高，酸奶中微小蛋白质亚胶体分子团改变，使得它们之间的亲合连接作用减弱，胶体分子团聚集成的蛋白质网络松散，持水力降低[26]，造成少量乳清析出，影响产品的外观及口感，感官评分降低。因此，最适菌种添加量为4%。

图3 菌种添加量对产品感官评价的影响Fig.3 Effect of strain inoculum on sensory evaluation of products

2.5 葡萄糖添加量对产品感官评价的影响

由图4可知，随葡萄糖添加量的增加，感官评分呈现先升高后降低的趋势。当葡萄糖添加量为8%时，感官评分最高，为83.2分，此时产品口感酸甜适中，焦糖滋气味浓郁。当葡萄糖添加量为6%时，产品酸甜比失调，酸奶气味欠佳，口感较差；随葡萄糖添加量的增加，产品酸甜比趋于平衡，香甜可口，风味浓郁；当葡萄糖的添加量过多时，产品口感偏甜，酸奶特征风味不足，感官评价较差。因此，最适葡萄糖添加量为8%。

图4 葡萄糖添加量对产品感官评价的影响Fig.4 Effect of glucose addition on sensory evaluation of products

2.6 发酵时间对产品感官评价的影响

由图5可知，产品的感官评分随发酵时间的延长先升高后降低。当发酵时间为8 h时，产品感官评分最高，为85.2分，此时产品凝乳状态较好，质地均匀，口感爽滑，特征滋气味浓郁。当发酵时间＜8 h时，产品发酵不充分，产酸率较低，组织状态不稳定，酸奶风味不佳；当发酵时间过长时，由于产酸过高，酸甜比失调，且生物分泌的蛋白水解酶作用增强，导致酸奶中微小蛋白质亚胶体分子团改变[27]，造成部分乳清析出，产品质地粗糙，感官评分降低。因此，最适发酵时间为8 h。

图5 发酵温度对产品感官评价的影响Fig.5 Effect of fermentation time on sensory evaluation of products

2.7 褐色饮用型酸奶发酵工艺正交优化试验

根据单因素试验结果，以发酵温度（A）、菌种添加量（B）、葡萄糖添加量（C）、发酵时间（D）为影响因素，以感官评分作为评价指标，按照表3进行L9（34）正交优化试验，对最终产品进行感官评价从而确定褐色饮用型酸奶的最佳生产工艺参数。正交试验因素与水平见表3，结果与分析见表4。

表3 发酵工艺优化正交试验因素与水平Table 3 Factors and levels of orthogonal experiments for fermentation technology optimization

表4 发酵工艺优化正交试验结果与分析Table 4 Results and analysis of orthogonal experiments results for fermentation technology optimization

由表4可知，影响酸奶综合感官评价的关键因素主次顺序为D（发酵时间）＞C（葡萄糖添加量）＞A（发酵温度）＞B（菌种添加量），即发酵时间影响最大，其次是葡萄糖添加量，再次是发酵温度，最后是菌种添加量。根据表中极差分析可得出褐色饮用型酸奶的最佳工艺组合为A1B1C2D2，即发酵温度为42℃，菌种添加量为3%，葡萄糖添加量为8%，发酵时间为8 h。

2.8 产品指标

2.8.1 感官评价

为验证试验结果的准确性，对最佳工艺组合A1B1C2D2进行3次平行试验，得到其感官评分平均值为91.2分，且通过该工艺制备的产品褐色适中，质地均匀，无乳清析出，特征滋气味明显，酸甜适宜，黏稠度适当，口感爽滑细腻。

2.8.2 理化指标

以最佳工艺组合做3次平行试验，酸度为86.5°T，蛋白质的含量为（2.54±0.26）%。

2.8.3 微生物指标

大肠杆菌＜5 MPN/100 mL，乳酸菌数≥107CFU/mL，致病菌未检出，均符合国家相关标准。

3 结论

以脱脂奶粉、葡萄糖为主要原料，保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌（1∶1）为发酵剂，通过正交试验和感官评价，确定了褐色饮用型酸奶的最佳工艺参数，即褐变条件为温度98℃，时间150 min，复配稳定剂（羧甲基纤维素钠∶果胶∶黄原胶=3∶4∶1）添加量0.20%，发酵温度42 ℃，菌种添加量3%，葡萄糖添加量8%，发酵时间8h。经此工艺制备的褐色饮用型酸奶颜色适中，质地均匀，无分层，无乳清析出，具备特有焦糖香气，酸甜适宜，黏稠度适当，口感爽滑细腻。褐色饮用型酸奶作为我国酸奶市场的新品种，必将拥有更加广阔的发展前景。

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