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(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院，廣西崇左 532200

2 廣西南亞熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，廣西龍州 532415

0 引言

雙蛋白酸奶是一種由動(dòng)物蛋白和植物蛋白按照不同比例混合后，經(jīng)乳酸菌發(fā)酵而成的活性乳酸菌保健飲品。相比傳統(tǒng)動(dòng)物乳酸奶，雙蛋白酸奶具有動(dòng)物蛋白質(zhì)與植物蛋白質(zhì)互補(bǔ)、營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)合理等優(yōu)點(diǎn)[1]。動(dòng)物乳制品中添加大豆蛋白質(zhì)，不僅可增加蛋白質(zhì)含量，還可提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，滿足消費(fèi)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如維生素C、維生素B1、酵素等，具有多種保健功效，如促進(jìn)消化、增強(qiáng)免疫力、降低血壓、緩解關(guān)節(jié)炎等[6]，富含的膳食纖維能有效預(yù)防習(xí)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(zhì)平和，蛋白質(zhì)含量高，質(zhì)量?jī)?yōu)異，氨基酸組成類似動(dòng)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(yōu)質(zhì)膳食蛋白的重要來源[9，10]。

廣西作為熱帶水果種植區(qū)，盛產(chǎn)菠蘿，但主要用于內(nèi)銷鮮食，很少用于相關(guān)產(chǎn)品加工，年加工量不到總產(chǎn)量10%[11]。本研究以黑豆粉、純牛奶、濃縮菠蘿汁作為主要發(fā)酵原料，應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)法研究菠蘿風(fēng)味雙蛋白酸奶的制備工藝，為新鮮菠蘿增加更多深加工產(chǎn)業(yè)鏈和銷售渠道，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶帶來更多經(jīng)濟(jì)效益，助力健康產(chǎn)業(yè)發(fā)展和鄉(xiāng)村振興。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

純牛奶，內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司；黑豆粉，黑龍江省農(nóng)墾龍王食品有限責(zé)任公司；菠蘿，廣西民族師范學(xué)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(shè)備

JYZ-E3C型榨汁機(jī)，九陽(yáng)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(zhì)乳化機(jī)，常州越新儀器制造有限公司；HWS-26數(shù)顯電熱恒溫水浴鍋，上海齊欣科學(xué)儀器有限公司；Hxlg-12-50B型真空冷凍干燥機(jī)，上海希言科學(xué)儀器有限公司；LRH-400A型恒溫培養(yǎng)箱，廣東泰宏君科學(xué)儀器股份有限公司；TR-468Y型冷藏柜，廣西南寧庫(kù)侖儀器設(shè)備有限公司。

1.3 試驗(yàn)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(fēng)味雙蛋白酸奶制備：制備黑豆豆?jié){→添加純牛奶→添加濃縮菠蘿汁、海藻糖→均質(zhì)→滅菌→冷卻→添加菌種→恒溫培養(yǎng)箱發(fā)酵→冷藏后熟→成品。

1.3.2 操作要點(diǎn)

（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(dāng)大小塊，用榨汁機(jī)將果肉榨成果汁。

③過濾：將菠蘿果汁中果肉和汁水用濾網(wǎng)過濾分離。

④裝罐：將過濾后汁水裝罐，裝罐時(shí)應(yīng)保持液體水平面在容器9/10處，預(yù)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(jìn)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(yù)凍果汁，-20 ℃冷藏12 h后，真空冷凍干燥機(jī)濃縮24 h。

⑦冷藏備用：將濃縮完成的菠蘿果汁保存在4 ℃環(huán)境備用。

（2）菠蘿風(fēng)味雙蛋白酸奶制備

①制備黑豆豆?jié){：用40 ℃左右的水溶解黑豆粉，黑豆粉與水的質(zhì)量比1∶3。

②添加原料：將黑豆豆?jié){、純牛奶、濃縮菠蘿汁、海藻糖按質(zhì)量比加入酸奶瓶中。

③均質(zhì)：將混合后的溶液進(jìn)行均質(zhì)，10 000 r/min轉(zhuǎn)速均質(zhì)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(fā)酵：用恒溫培養(yǎng)箱發(fā)酵數(shù)小時(shí)。

⑦冷藏后熟：發(fā)酵結(jié)束后，冷藏于4 ℃冰箱中約12 h，制得成品。

1.4 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.4.1 黑豆豆?jié){與純牛奶比例對(duì)菠蘿風(fēng)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(fā)酵時(shí)間6 h配方基礎(chǔ)上，將黑豆豆?jié){與純牛奶比例分別設(shè)為1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1，探究黑豆豆?jié){與純牛奶比例對(duì)菠蘿風(fēng)味雙蛋白酸奶的影響，確定黑豆豆?jié){與純牛奶最佳比例。

1.4.2 濃縮菠蘿汁添加量對(duì)菠蘿風(fēng)味雙蛋白酸奶的影響

黑豆豆?jié){與純牛奶比例3∶1、海藻糖添加量5%、菌種添加量3%、發(fā)酵時(shí)間6 h配方基礎(chǔ)上，將濃縮菠蘿汁添加量分別設(shè)為5%、10%、15%、20%、25%，探究濃縮菠蘿汁添加量對(duì)菠蘿風(fēng)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(duì)菠蘿風(fēng)味雙蛋白酸奶的影響

黑豆豆?jié){與純牛奶比例3∶1、濃縮菠蘿汁添加量15%、菌種添加量3%、發(fā)酵時(shí)間6 h的配方基礎(chǔ)上，將海藻糖添加量分別設(shè)為2%、3%、4%、5%、6%，探究海藻糖添加量對(duì)菠蘿風(fēng)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(duì)菠蘿風(fēng)味雙蛋白酸奶的影響

黑豆豆?jié){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(fā)酵時(shí)間6 h配方基礎(chǔ)上，將菌種添加量分別設(shè)為1%、2%、3%、4%、5%，探究菌種添加量對(duì)菠蘿風(fēng)味雙蛋白酸奶的影響，確定菌種最佳添加量。

1.4.5 發(fā)酵時(shí)間對(duì)菠蘿風(fēng)味雙蛋白酸奶的影響

黑豆豆?jié){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(chǔ)上，將發(fā)酵時(shí)間分別設(shè)為5 h、6 h、7 h、8 h、9 h，探究發(fā)酵時(shí)間對(duì)菠蘿風(fēng)味雙蛋白酸奶的影響，確定最佳發(fā)酵時(shí)間。

1.5 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素試驗(yàn)分析結(jié)果，選取黑豆豆?jié){與純牛奶比例、濃縮菠蘿汁添加量、海藻糖添加量、發(fā)酵時(shí)間作為正交試驗(yàn)的4 個(gè)因素，10 位感官評(píng)價(jià)人員對(duì)酸奶進(jìn)行模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)定，以他們的分?jǐn)?shù)為指標(biāo)，利用Excel軟件和SPSS軟件對(duì)黑豆豆?jié){與純牛奶比例、濃縮菠蘿汁添加量、海藻糖添加量、發(fā)酵時(shí)間的試驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖及分析，采用四因素三水平正交試驗(yàn)?zāi)Ｐ蚅9（34）進(jìn)行正交試驗(yàn)，優(yōu)化菠蘿風(fēng)味雙蛋白酸奶工藝參數(shù)，得出最優(yōu)工藝組合，如表1所示。

表1 正交試驗(yàn)因素水平

1.6 菠蘿風(fēng)味雙蛋白酸奶感官評(píng)價(jià)方法

1.6.1 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

10 位感官評(píng)價(jià)人員根據(jù)表2，評(píng)定菠蘿風(fēng)味雙蛋白酸奶色澤、氣味、口感、組織狀態(tài)4 個(gè)感官指標(biāo)，色澤20 分、氣味30 分、口感30 分、組織狀態(tài)20分，優(yōu)、良、中、差4 個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)中均按該標(biāo)準(zhǔn)。

表2 酸奶感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.6.2 模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)的建立

模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)由研究對(duì)象集K、因素集M、評(píng)語(yǔ)集V、權(quán)重集S和綜合評(píng)判集Y組成。

研究對(duì)象集K：綜合評(píng)定單因素試驗(yàn)25 組樣品、正交試驗(yàn)9 組樣品，其中單因素試驗(yàn)中研究對(duì)象集K={K1，K2…K25}，K1代表標(biāo)號(hào)1的樣品，K2代表標(biāo)號(hào)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(duì)應(yīng)色澤、氣味、口感、組織狀態(tài)。

評(píng)語(yǔ)集V：V={V1，V2，V3，V4}={優(yōu)，良，中，差}，其中V1、V2、V3、V4分別對(duì)應(yīng)優(yōu)（95分）、良（80 分）、中（65 分）、差（50 分）4 個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)。

權(quán)重集S：評(píng)價(jià)權(quán)重實(shí)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(tài)20 分作為權(quán)重系數(shù)分配依據(jù)，確定權(quán)重集S={S1，S2，S3，S4}={0.2，0.3，0.3，0.2}，權(quán)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(píng)語(yǔ)集V1、V2、V3、V4的一個(gè)評(píng)判模糊矩陣。

模糊關(guān)系綜合評(píng)判集Yi：Yi=S·Ri。

模糊綜合評(píng)價(jià)總得分T：T=Yi·V。

2 結(jié)果與分析

2.1 模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)結(jié)果

2.1.1 單因素試驗(yàn)?zāi)：泄僭u(píng)價(jià)結(jié)果

10 位感官評(píng)價(jià)人員根據(jù)表2品評(píng)樣品，統(tǒng)計(jì)單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)的25 個(gè)樣品評(píng)價(jià)結(jié)果，得到菠蘿風(fēng)味雙蛋白酸奶單因素試驗(yàn)?zāi)：泄僭u(píng)價(jià)結(jié)果，結(jié)果見表3。

2.1.2 正交試驗(yàn)?zāi)：泄僭u(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)表1進(jìn)行正交試驗(yàn)，10 位感官評(píng)價(jià)人員分別對(duì)正交試驗(yàn)9 個(gè)樣品進(jìn)行感官品評(píng)，統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)結(jié)果，得到菠蘿風(fēng)味雙蛋白酸奶正交試驗(yàn)的模糊感官評(píng)價(jià)結(jié)果（表4）。

表4 正交試驗(yàn)?zāi)：泄僭u(píng)價(jià)結(jié)果

2.1.3 模糊矩陣的建立及結(jié)果分析

以表3為例，感官評(píng)價(jià)人員認(rèn)為組單因素試驗(yàn)中的1號(hào)樣品色澤優(yōu)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(tài)）=[0.1，0.2，0.6，0.1]，所得4個(gè)因素集組成一個(gè)模糊矩陣R1：

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

根據(jù)模糊數(shù)學(xué)變換原則，綜合隸屬度，對(duì)M1、M2、M3、M4進(jìn)行模糊關(guān)系綜合評(píng)判集Y計(jì)算，以單因素試驗(yàn)的1號(hào)樣品為例，其評(píng)價(jià)結(jié)果為：

同理可得單因素試驗(yàn)Y2～Y25以及正交試驗(yàn)Y1～Y9。

1號(hào)樣品的模糊綜合評(píng)價(jià)總得分T1=Y1·V，其中Y1=[0.12，0.37，0.49，0.02]，評(píng)語(yǔ)集V=[95，80，65，50]，即：

同理可得單因素試驗(yàn)T2～T25以及正交試驗(yàn)T1～T9的模糊綜合評(píng)價(jià)總得分。

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 黑豆豆?jié){與純牛奶比例對(duì)菠蘿風(fēng)味雙蛋白酸奶的影響

由圖1可知，黑豆豆?jié){與純牛奶比例對(duì)酸奶感官評(píng)分有顯著影響。比例在1∶1到3∶1之間，評(píng)分呈上升趨勢(shì)；比例3∶1時(shí)，評(píng)分最高，酸奶表面光滑、有光澤，呈淡綠色，組織狀態(tài)良好。隨著兩者比例增加，感官評(píng)分呈下降趨勢(shì)。推測(cè)原因可能是兩者比例不協(xié)調(diào)影響風(fēng)味和口感。因此選擇黑豆豆?jié){與純牛奶比例2∶1、3∶1、4∶1進(jìn)行正交試驗(yàn)。

圖1 黑豆豆?jié){與純牛奶比例對(duì)菠蘿風(fēng)味雙蛋白酸奶的影響

2.2.2 濃縮菠蘿汁添加量對(duì)菠蘿風(fēng)味雙蛋白酸奶的影響

由圖2可知，酸奶感官評(píng)分受濃縮菠蘿汁添加量影響較大。添加量5%～15%，評(píng)分隨添加量增加而逐漸提高，添加量15%時(shí)達(dá)最高點(diǎn)；濃縮菠蘿汁添加量超過15%，評(píng)分開始下降。推測(cè)原因可能是濃縮菠蘿汁添加量較少時(shí)，菠蘿風(fēng)味不足，口感受損；而濃縮菠蘿汁添加量過多時(shí)，影響酸奶成型，導(dǎo)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(jìn)行正交試驗(yàn)。

2.2.3 海藻糖添加量對(duì)菠蘿風(fēng)味雙蛋白酸奶的影響

由圖3可知，海藻糖添加量對(duì)酸奶感官評(píng)分有顯著影響。海藻糖添加量從2%增到5%，感官評(píng)分呈上升趨勢(shì)。5%時(shí)達(dá)最高感官評(píng)分，此時(shí)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(píng)分開始下降。推測(cè)原因可能是海藻糖添加量較少時(shí)，酸奶甜度不足；添加量較多時(shí)，則略微偏甜且增加生產(chǎn)成本。因此選擇海藻糖添加量3%、4%、5%進(jìn)行正交試驗(yàn)。

圖3 海藻糖添加量對(duì)菠蘿風(fēng)味雙蛋白酸奶的影響

2.2.4 菌種添加量對(duì)菠蘿風(fēng)味雙蛋白酸奶的影響

由圖4可知，酸奶感官評(píng)分受菌種添加量影響較大。感官評(píng)分隨菌種添加量增加呈上升趨勢(shì)，添加量1%～2%時(shí)上升最明顯，添加量2%時(shí)達(dá)最高點(diǎn)。添加量超過2%時(shí)，感官評(píng)分開始下降。推測(cè)原因可能是菌種添加量1%時(shí)，酸奶發(fā)酵不充分；大于2%時(shí)，過多菌種影響酸奶感官品質(zhì)，且增加生產(chǎn)成本。因此，考慮菌種變量不影響酸奶成型及風(fēng)味，菌種添加量設(shè)定2%，不參與正交試驗(yàn)。

圖4 菌種添加量對(duì)菠蘿風(fēng)味雙蛋白酸奶的影響

2.2.5 發(fā)酵時(shí)間對(duì)菠蘿風(fēng)味雙蛋白酸奶的影響

由圖5可知，發(fā)酵時(shí)間對(duì)酸奶感官評(píng)分有顯著影響。發(fā)酵時(shí)間從5 h增到6 h時(shí)，感官評(píng)分呈上升趨勢(shì)。6 h時(shí)感官評(píng)分最高，酸奶組織狀態(tài)良好，口感順滑，酸甜適宜。但發(fā)酵時(shí)間超過6 h，感官評(píng)分開始下降。原因可能是發(fā)酵時(shí)間過短，酸奶不能充分發(fā)酵，且無法完全凝固；發(fā)酵時(shí)間過長(zhǎng)，酸奶過度發(fā)酵，口感酸澀，影響酸奶質(zhì)地。因此選擇發(fā)酵時(shí)間6 h、7 h、8 h進(jìn)行正交試驗(yàn)。

圖5 發(fā)酵時(shí)間對(duì)菠蘿風(fēng)味雙蛋白酸奶的影響

2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

在表1基礎(chǔ)上，根據(jù)模糊數(shù)學(xué)分析得到正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)最終感官評(píng)分結(jié)果（表5）。

表5 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

由表5可知，A2B2C3D1為菠蘿風(fēng)味雙蛋白酸奶最優(yōu)組合，即黑豆豆?jié){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(fā)酵時(shí)間6 h。該配方感官評(píng)分92.15分。由極差R值可知，影響菠蘿風(fēng)味雙蛋白酸奶感官評(píng)分的四個(gè)因素主次順序A＞B＞C＞D，即影響最大的是黑豆豆?jié){與純牛奶比例，其次是濃縮菠蘿汁添加量、海藻糖添加量、發(fā)酵時(shí)間。

3 結(jié)論

根據(jù)模糊數(shù)學(xué)感官評(píng)價(jià)的單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)結(jié)果，得出菠蘿風(fēng)味雙蛋白酸奶的最佳工藝參數(shù)，即黑豆豆?jié){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(fā)酵時(shí)間6 h、菌種添加量2%，發(fā)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(fēng)味，組織細(xì)膩，質(zhì)地均勻無雜質(zhì)，感官評(píng)分達(dá)92.15分。

該產(chǎn)品融合了植物蛋白與動(dòng)物蛋白，能較好地平衡膳食結(jié)構(gòu)，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(duì)營(yíng)養(yǎng)、安全及健康食品的追求，有較好的開發(fā)前景。