李 靖, 陳 偉, 程 芳, 劉錦繡, 李小永, 司玉慧

(1.山東銀香偉業(yè)集團公司,山東曹縣 274400;2.山東農業(yè)大學食品科學與工程學院,山東泰安 271018;3.煙臺南山學院,山東煙臺 265713)

酸豆奶是大豆制漿(即豆乳)后,加入少量奶粉或新鮮牛奶及某些可供益生菌利用的糖類作為發(fā)酵促進劑,經益生菌發(fā)酵而成[1-2].酸豆奶既保留了豆奶的營養(yǎng)成分,又破壞了大豆的抗營養(yǎng)因子.由于微生物和酶的作用,酸豆奶中的大豆蛋白被降解成易吸收的小分子肽和氨基酸,利于人體消化吸收,具有很高的營養(yǎng)價值[3].

香菇是藥食兩用菌類,營養(yǎng)豐富,因含有香菇多糖、香菇嘌呤[4]、氨基酸等多種有效成分而備受關注,特別是其中的香菇多糖具有顯著的、獨特的抗腫瘤活性[5].香菇發(fā)酵液中含有與香菇子實體相同的營養(yǎng)成分,而且含量均高于香菇子實體,是其防病抗衰的物質基礎,而且香菇發(fā)酵液中的蛋白質含量遠高于香菇子實體.以香菇發(fā)酵液和豆奶為原料制作香菇酸豆奶,集香菇與豆奶的營養(yǎng)成分于一體,有很高的營養(yǎng)價值和市場潛力.

近年來,有報道以鮮牛乳和提取的香菇汁為主要原料,研制香菇酸奶[6-7].有關香菇酸豆奶的研究鮮有報道.本研究以香菇發(fā)酵液、豆?jié){和脫脂奶為原料制作酸豆奶,通過響應面試驗優(yōu)化發(fā)酵工藝,測定分析其營養(yǎng)成分,為產品的研制提供理論依據.

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

材料:香菇菌種、脫脂奶、豆?jié){、發(fā)酵劑(含保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌,實驗室保存).

儀器:YXQG02型手提式滅菌鍋,山東新華醫(yī)療器械有限公司;LRH-250型生化培養(yǎng)箱,上海一恒科技有限公司;HH-4型數顯恒溫水浴鍋,國華電器有限公司;ANKE TGL-16L型飛鴿牌離心機,上海安亭科學儀器廠;Unic 2000型分光光度計,優(yōu)尼科有限公司;DeLTA320型酸度計,梅特勒托利多公司;SW-CJ-1CU型潔凈工作臺,蘇州安泰空氣技術有限公司;HYG-B型全溫度搖瓶柜,太倉市實驗設備廠;BS 124S型電子天平,賽多利斯科學儀器有限公司.

1.2 實驗方法

1.2.1 香菇發(fā)酵液的制備[8]

1)將香菇菌種分別接種于PDA斜面培養(yǎng)基上,28℃培養(yǎng)4～6 d,直至斜面上長滿菌絲.

2)在無菌條件下,將斜面菌種分別接種到滅菌的香菇種子培養(yǎng)基中,28℃下恒溫震蕩培養(yǎng)5～7 d,搖床轉速為150 r/min;待培養(yǎng)液清亮,有小的菌絲球形成即制成種子液.

3)在無菌條件下,將種子液分別接種到滅菌的香菇液體發(fā)酵培養(yǎng)基中,接種量為10%(體積比);接種后,在28℃下恒溫培養(yǎng)4～6 d,搖床轉速為150 r/min;待培養(yǎng)液清亮,收集發(fā)酵液.發(fā)酵濾液過濾后滅菌備用.

1.2.2 香菇酸豆奶的制作流程

將豆?jié){、脫脂奶與蔗糖、明膠按一定比例調配混勻,95℃滅菌10 min,待冷卻至40℃左右,加入滅菌的香菇發(fā)酵液,攪拌混勻,按比例接種發(fā)酵劑,42℃保溫發(fā)酵4～6 h,待其凝固后,在4℃冰箱中后發(fā)酵24 h,即得到成品,并進行感官評定與理化檢測.

1.2.3 單因素實驗

選取對香菇酸豆奶發(fā)酵工藝有顯著影響的4個因素,即發(fā)酵劑添加量(質量比)、豆?jié){和脫脂奶添加比例(體積比)、香菇發(fā)酵液添加量(體積比)和明膠添加量(質量比)進行單因素實驗.按照感官評分標準對香菇酸豆奶進行感官評分,并測定酸度和持水力.

1.2.4 響應面試驗

在單因素實驗的基礎上,根據Box-Benhnken的中心組合設計原理,以香菇發(fā)酵液添加量、蔗糖添加量、明膠添加量為響應面試驗因素,設計三因素三水平響應面試驗,以感官評分和持水力為響應值,建立數學模型,確立香菇酸豆奶的優(yōu)化發(fā)酵工藝條件.并進行驗證實驗.

1.2.5 感官評分

參照酸乳衛(wèi)生標準GB 19302—2003[9]進行鑒評,香菇酸豆奶品質鑒評時由10名有感官品評經驗的專業(yè)技術人員組成鑒評小組,按規(guī)定的評分標準對產品的感官品質進行綜合評價,評價指標包括產品組織狀態(tài)、風味、口感,分數分別為10、10、10,滿分為30分,取平均值為最終結果.

1.2.6 理化指標的測定

1)乳酸菌計數:依據國標 GB/T 4789.35—2010[10]進行測定.

2)酸度測定:NaOH標準溶液滴定法.

3)持水力測定:離心稱重[11].

4)丁二酮含量的測定采用鄰苯二胺比色法;乙醛含量的測定采用碘液滴定法,參照文獻[12].

5)蛋白質含量的測定:考馬斯亮藍比色法,參照文獻[13].

6)氨基酸含量的測定:甲醛電位滴定法,參照文獻[14].

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果

2.1.1 發(fā)酵劑添加量對酸豆奶品質的影響

確定豆?jié){與脫脂奶的比例為3∶8,蔗糖添加量為6%(質量比),發(fā)酵劑添加量分別為0.05%,0.10%,0.15%,0.20%時,對酸奶品質的影響見表1.

表1 發(fā)酵劑添加量對酸豆奶品質的影響Tab.1 Effect of addition of fermentation agent on soybean milk yogurt quality

發(fā)酵劑添加量作為發(fā)酵過程的主要因素直接影響發(fā)酵時間和成品的質量,從表1中看出,當添加量在0.10%時感官評分和持水力最好,酸度在指標要求范圍內.隨著添加量的增加,產酸量增加,但酸豆奶口感逐漸變酸,持水力變差,這是因為添加量過大,產酸過快,造成凝乳中蛋白質脫水收縮[15],乳清析出增多,影響酸豆奶的質量.所以選擇發(fā)酵劑添加量為0.10%作為實驗的固定參數.

2.1.2 豆?jié){與脫脂奶添加比例對酸豆奶品質的影響

確定蔗糖添加量為6%,發(fā)酵劑添加量為0.10%.考察豆?jié){和脫脂奶添加比例分別為0∶11,1∶10,2∶9,3∶8和 4∶7時,對酸豆奶感官評分、酸度和持水力的影響,結果見表2.

表2 豆?jié){和脫脂奶比例對酸豆奶品質的影響Tab.2 Effect of proportion of soybean milk powder and milk powder on soybean milk yogurt quality

豆?jié){中蛋白質種類與牛奶不同,因此豆?jié){和脫脂奶的添加比例會影響奶液中可溶性固形物含量和蛋白含量,由表2可以看出,隨著豆?jié){和脫脂奶的添加比例增大,牛奶蛋白質含量逐漸增加,酸豆奶的凝乳效果越來越好,持水力處于遞增的趨勢,酸度逐漸降低.由表2可以看出,當豆?jié){與脫脂奶的比例為3∶8時,其持水力較好,酸度適中,感官評分較好,所以確定豆?jié){的添加比例為2/11,3/11,4/11作為優(yōu)化實驗的參數.

2.1.3 香菇發(fā)酵液添加量對酸豆奶品質的影響

確定豆?jié){和脫脂奶比例為3∶8,蔗糖添加量為6%,發(fā)酵劑添加量為0.10%,考察香菇發(fā)酵液添加量分別為0,15%,20%,25%,30%時,發(fā)酵液添加量對酸豆奶的品質的影響,其測定結果見表3.

表3 發(fā)酵液添加量對酸豆奶品質的影響Tab.3 Effect of addition of fermentation broth on soybean milk yogurt quality

香菇發(fā)酵液對酸豆奶品質有很大影響,可影響其凝乳時間,乳清析出量以及組織狀態(tài)和口感.一定范圍內的香菇發(fā)酵液對酸豆奶的感官評分和持水力具有明顯的提高作用.由表3以看出,當香菇發(fā)酵液添加量為15%,20%,25%時,香菇酸豆奶感官評價和持水力都較好,當添加量達到30%時,酸豆奶質量下降較明顯,因此應控制好香菇發(fā)酵液的添加量.選擇15%,20%和25%作為響應面試驗優(yōu)化范圍.

2.1.4 明膠添加量對酸豆奶品質的影響

確定豆?jié){和脫脂奶添加比例為3∶8,發(fā)酵劑添加量為0.1%,蔗糖添加量為6%,考察明膠添加量分別為0%,0.10%,0.15%,0.20%,0.25%,0.30%時,明膠添加量對酸豆奶品質的影響,其結果見表4.

添加一定量的穩(wěn)定劑或增稠劑,可以提高酸豆奶的黏稠度并改善其質地狀態(tài)與口感,防止成品乳清析出,改善酸豆奶的品質.由表4可以看出,當明膠添加量為0.10% ～0.20%時,明膠對酸豆奶作用效果良好;當明膠用量超過0.20%時,產品色澤變暗,黏度有所下降,所以選擇 0.01%,0.15%和0.20%作為響應面試驗優(yōu)化范圍.

2.2 響應面試驗

根據單因素實驗以及單因素方差分析,確定豆?jié){添加量、香菇發(fā)酵液添加量和明膠添加量作為試驗考察因素,根據Box-Behnken中心組合試驗設計原理,設計三因素三水平的響應面分析試驗,各因素水平及編碼見表5.以感官評分和持水力為響應值,建立數學模型,進行方差分析,確立香菇酸豆奶的優(yōu)化發(fā)酵工藝條件.響應面試驗設計與結果見表6.

表4 明膠添加量對酸豆奶品質的影響Tab.4 Effect of addition of gelatin on soybean milk yogurt quality

表5 響應曲面試驗設計因素水平及編碼Tab.5 Variables and their levels of response surface design

表6 響應面分析試驗設計與結果Tab.6 Experiment design and results of response surface method

2.2.1 感官評分方差分析

利用Design Expert軟件對表6中的數據進行二次多元回歸擬合,得到感官評分的實測值對編碼自變量A、B、C的二次多項回歸方程,擬合后得回歸方程為:

感官評分方差分析結果見表7.

通過表7可以看出,方程因變量與自變量之間的線性關系明顯,該模型回歸顯著(P＜0.05),失擬項不顯著,R2=87.44%,RAdj=71.28%,說明該模型與試驗擬合良好,可用來進行理論響應值的預測.由表7還可看出,一次項中各因素對酸豆奶感官評分的影響從大到小依次為:豆?jié){添加比例＞發(fā)酵劑添加量＞明膠添加量.

2.2.2 持水力方差分析

利用Design Expert軟件對數據進行二次多元回歸擬合,得到持水力的實測值對編碼自變量A、B、C的二次多項回歸方程,擬合后得回歸方程為:

持水力方差分析結果見表8.由表8可知:建立的數學模型的P值小于0.000 1,說明該數學模型極顯著,失擬項不顯著,R2=99.19%,RAdj=98.16%表明該模型可以很好的擬合試驗的真實情況,可以用來預測試驗結果.由表8還可看出,一次項中各因素對酸豆奶持水力的影響從大到小依次為:明膠添加量 ＞豆?jié){添加量＞發(fā)酵劑添加量.

2.2.3 響應曲面圖的分析及優(yōu)化工藝條件的確定

各因素響應曲面圖見圖1.根據圖1中的響應曲面圖,可以看到,當香菇發(fā)酵液添加量固定時,香菇酸豆奶中的感官評分和持水力均隨著豆?jié){添加量的增加而升高,但豆?jié){添加量過大時,香菇酸豆奶的感官評分和持水力均減少,說明香菇發(fā)酵液添加量與豆?jié){添加量之間的交互作用明顯;豆?jié){添加量與明膠添加量也呈現出相同的趨勢.

香菇酸豆奶的感官評分和持水力的響應面趨勢呈拋物線型,因此回歸方程具有極大值.結合方程與響應曲面可得到香菇酸豆奶制作工藝的優(yōu)化參數為香菇發(fā)酵液添加量為20.15%,豆奶和脫脂奶以3∶8混合,明膠添加量為 0.17%,發(fā)酵劑添加量0.1%,蔗糖添加量為6%,產品色澤均一、組織細膩、酸甜爽口、營養(yǎng)豐富.

表8 持水力方差分析Tab.8 Analysis of variance of water holding capacity

圖1 各因素對酸豆奶品質的交互影響的響應曲面Fig.1 Response surface plots for effects of pairwise interactions among various variables on soybean milk yogurt quality

2.3 酸豆奶樣品的品質測定

2.3.1 酸豆奶的感官評分

酸豆奶的感官質量是影響產品銷售的重要因素,也能側面反映產品的內部質量.根據響應面試驗得到優(yōu)化方案,其配方見表9.選擇前5個作為試驗樣品,進行感官評定和理化指標測定.感官評分結果見表10.

表9 香菇酸豆奶的配方Tab.9 Recipe of Lentinus edodes soybean milk yogurt

酸奶的感官質量是影響酸奶產品銷售的重要因素,也能側面反映產品的內部質量.處理組酸奶感官鑒定平均總得分25.19,對照酸奶總得分23.82.由此可知,香菇發(fā)酵液的添加使酸奶的感官性狀得到了提升.可以推測香菇酸奶更能滿足消費者對食品的感官享受,在產品銷售過程中將占據優(yōu)勢.

2.3.2 酸豆奶中乳酸菌菌數和持水力

酸豆奶中乳酸菌菌數和持水力情況見圖2.

酸奶中的乳酸菌數是反映該產品質量的重要指標之一.乳酸乳衛(wèi)生標準(GB 19302—2003)規(guī)定酸乳中乳酸菌數≥106CFU/g.由圖2可看出,添加香菇發(fā)酵液的酸豆奶中乳酸菌平均含量達到8.5×108CFU/mL,而未添加發(fā)酵液的對照酸豆奶中乳酸菌數僅有2.4×108CFU/mL,處理組是對照組的3.5倍.實驗結果表明,香菇發(fā)酵液對酸豆奶發(fā)酵過程中乳酸菌的生長有促進作用.這是因為,香菇發(fā)酵液中不僅含有真菌多糖,還有乳酸菌生長所需的氨基酸、肽類、核苷酸和維生素等小分子化合物,是已知的酸奶發(fā)酵劑菌種的促生長因子;另外,大豆蛋白水解為大豆多肽后,對酸豆奶中的乳酸菌有促進作用.

持水力越高說明凝膠體系穩(wěn)定性越高,產品的組織形態(tài)越好.從圖2可看出,添加香菇發(fā)酵液的酸豆奶的持水力為35.93%,略高于對照酸豆奶的32.29%,因而香菇酸豆奶的穩(wěn)定性較好.這是由于添加的香菇發(fā)酵液中含有大量的真菌多糖,電子掃描顯微技術研究表明,菌體細胞通過絲狀的多糖與周圍的蛋白質凝塊相連形成復雜而穩(wěn)定的網絡結構.這種網絡結構的形成有利于改善發(fā)酵乳的流變特性,減少酸豆奶乳清析出[16].

2.3.3 酸豆奶的蛋白質和氨基酸含量

酸豆奶的蛋白質和氨基酸含量情況見圖3.

圖2 酸豆奶中的乳酸菌含量和持水力情況Fig.2 Amounts of lactic acid bacteria and water holding capacity in various soybean milk yogurt

酸豆奶在發(fā)酵過程中,其蛋白質在蛋白酶和肽酶的作用下,可以降解為小分子肽和氨基酸[17].酸豆奶發(fā)酵過程中水解蛋白產生的小分子肽和氨基酸具有重要生理活性.由圖3可以看出,實驗處理組蛋白質含量平均值達到26.14 mg/mL,其氨基酸含量均值達到24.04 mmol/L;空白對照組蛋白質含量為34.21 mg/mL,氨基酸含量為20.38 mmol/L,添加香菇發(fā)酵液的酸豆奶中的蛋白質含量比對照組降低了31%,氨基酸含量提高了18%,說明香菇發(fā)酵液可以促進酸豆奶中蛋白質的降解,從而提高酸豆奶中氨基酸含量.這是因為添加的香菇發(fā)酵液中含有一些氨基酸,而且加入發(fā)酵液后,促進乳酸菌的繁殖,使得蛋白酶分泌增加,從而使蛋白質降解程度更高,氨基酸含量增加,更有利于人體的吸收.

2.3.4 酸豆奶中風味物質的含量

酸豆奶中風味物質的含量情況見圖4.

圖3 各樣品酸豆奶中蛋白質和氨基酸含量情況Fig.3 Contents of protein and amino acid in various soybean milk yogurt

圖4 酸豆奶中丁二酮和乙醛含量情況Fig.4 Contents of butanedione and acetaldehyde in various soybean milk yogurt

乙醛和丁二酮一直被認為是構成酸奶風味的主要成分,其濃度和比例關系對于酸奶風味有顯著的影響.乙醛是酸奶風味的重要成分,一般認為乙醛最佳風味值為20～40 mg/L.嗜熱鏈球菌及保加利亞桿菌可產生微量丁二酮,酸奶中丁二酮的質量濃度一般為8～15 mg/L[18].由圖4可以看出,添加香菇發(fā)酵液的實驗組酸豆奶中乙醛和丁二酮含量的均高于對照組酸豆奶,實驗組乙醛平均濃度34.28 mg/L,丁二酮平均濃度14.88 mg/L;對照酸豆奶乙醛32.8 mg/L,丁二酮13.76 mg/L,較對照組分別提高了6.2%和7.3%.由此可見,添加香菇發(fā)酵液在一定程度上能促進酸豆奶中風味物質的生成,從而使酸豆奶的風味更佳.

3 結 論

通過單因素實驗各因素的水平范圍,以感官評分和持水力為響應值設計三因素三水平的響應面實驗,建立響應值與各因素之間的數學模型,依此模型進行完全二次回歸分析,可得到香菇酸豆奶的優(yōu)化工藝為:香菇發(fā)酵液添加量為20.15%,豆?jié){添加比例為3/11,脫脂奶添加比例為8/11,明膠添加量為0.17%,蔗糖添加量為6%,發(fā)酵劑添加量 0.1%,42℃發(fā)酵5 h.

香菇酸豆奶中的乳酸菌含量較高,持水力略高于對照酸豆奶,穩(wěn)定性較好;產品蛋白降解更充分,氨基酸含量較高,乙醛和丁二酮含量略高于對照組.

參考文獻:

[1] 崔蕊靜,高海生,劉秀鳳.無腥味大豆加工豆乳及其穩(wěn)定性研究[J].中國糧油學報,2005,20(3):54-57.

[2] 苗玉志,鄔應龍.紅曲酸豆奶制作工藝條件的優(yōu)化及穩(wěn)定性研究[J].食品工業(yè),2008(1):35-38.

[3] 崔蕊靜,高海生,李鳳英,等.無腥大豆加工酸豆奶工藝條件的研究[J].中國糧油學報,2004,19(4):46--49.

[4] 孫培龍.香菇嘌呤研究簡述[J].中國食用菌,1995,14(2):44--46.

[5] 馬長清,夏蓉,彭彥,等.香菇柄中多糖及氨基酸的提取方法研究[J].醫(yī)藥導報,2003,22(6):372-374.

[6] 金艷梅,孫立梅.功能性香菇酸奶生產工藝的探討[J].食品工業(yè)科技,2009(6):191-193.

[7] 焦鐳,錢志偉,柴夢穎.香菇酸奶的工藝研究[J].乳業(yè)科學與技術,2011(1):24-26.

[8] Wang D Z,Yu R Z.Study on polysaccharides production from submerged fermentation of Agrocybe chaxingu[J].Edible Fungi of China,2004,24(2):47--49.

[9] 丁秀英,鄭蘭波,沈曉華,等.GB19302—2003 酸乳衛(wèi)生標準[S].北京:中國標準出版社,2004.

[10] 陳曉蔚,劉敏,楊明,等.GB/T4789.35—2010 食品微生物學檢驗乳酸菌檢驗[S].北京:中國標準出版社,2010.

[11] Hassan A N,Frank J F,Schmidt K A,et al.Textural properties of yogurt made with encapsulated nonropy lactic cultures[J].Journal of Dairy Science,1996,79(12):2098-2103.

[12] 李妍,邢慧敏,邵亞東,等.發(fā)酵乳中丁二酮和乙醛含量檢測方法探討[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2008,34(3):157-158.

[13] 吳旭紅,何士敏.生物化學實驗指導[M].哈爾濱:哈爾濱地圖出版社,2002:21-22.

[14] 范瑞,許靜,顧宗珠.酸乳發(fā)酵過程的理化特性研究[J].中國乳品工業(yè),2007,35(10):8-11.

[15] 天津輕工業(yè)學院.工業(yè)發(fā)酵分析[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,1980:10-15.

[16] Kleerebezem M,van Kranenburg R,Tuinier R,et al.Exopolysaccharides produced by Lactococcus lactis:from genetic engineering to improved rheological properties[J].Antonie Van Leeuwenhoek,1999,76(4):357-365.

[17] Glnovart M,Lopez D,Valls J,et al.Simulation modeling of bacterial growth in yoghurt[J].International Journal of Food Microbiology,2002,73(3):415-425.

[18] Moreira M,Abraham A.Technological properties of milks ferment with thermophilic lactic acid bacteria at suboptimal temperature[J].Dairy Science,2000,83(3):395--400.