孫玉田, 劉平穩(wěn), 鐵 生, 于海華, 張福釗, 韓 赟, 梁茵瑜, 劉 峰
(1.無(wú)錫中糧工程科技有限公司,江蘇 無(wú)錫 214035; 2.東莞理工學(xué)院,廣東 東莞 523000;3.天門市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局,湖北 天門 431700)
褐色酸奶是近年逐漸興起的新型酸奶,它起源于俄羅斯的一種傳統(tǒng)酸奶生產(chǎn)工藝[1]。在生產(chǎn)過(guò)程中,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期高溫?zé)崽幚?,牛奶中的蛋白質(zhì)和還原糖發(fā)生美拉德反應(yīng),然后經(jīng)過(guò)發(fā)酵而成具有焦糖風(fēng)味的褐色酸奶[2]。與傳統(tǒng)酸奶相比,最大的特點(diǎn)是不添加任何色素,通過(guò)配料和工藝條件的優(yōu)化,酸奶形成了獨(dú)特的風(fēng)味和顏色[3]。褐色酸奶含有多種維生素,以及鉀、鈉、鐵等微量元素,還富含糖類和有機(jī)酸。美拉德反應(yīng)產(chǎn)生的一些中間產(chǎn)物,如還原酮和揮發(fā)性含氮含硫雜環(huán)化合物,具有抗氧化作用[4]。
香梨中的天然果糖成分高,容易被人體吸收,有助于人體快速補(bǔ)充能量,緩解疲勞。將香梨和酸奶兩者結(jié)合,香梨不僅能賦予炭燒酸奶水果的清香味及香梨汁的甘甜口感,并且經(jīng)過(guò)美拉德反應(yīng)后,產(chǎn)生的焦香風(fēng)味與酸奶本身的香味相輔相成,使口感更好。
本研究以脫脂牛奶、香梨和白砂糖為原料研制香梨褐色飲用型酸奶,利用香梨汁中的還原糖和添加的白砂糖與脫脂牛奶中的蛋白質(zhì)發(fā)生美拉德反應(yīng),通過(guò)對(duì)加熱時(shí)間的控制,在達(dá)到預(yù)期褐變程度的情況下,最大程度地保留香梨汁的口感和風(fēng)味[5]。通過(guò)單因素試驗(yàn)、響應(yīng)面分析、感官評(píng)定和理化指標(biāo)等確定產(chǎn)品的最佳工藝,研制一種同時(shí)具備梨香味和焦香味的新型酸奶,在豐富了酸奶的營(yíng)養(yǎng)成分同時(shí),也可以為香梨的加工提供新的思路。
試驗(yàn)材料與試劑如表1 所示。
試驗(yàn)儀器與設(shè)備如表2 所示。
表2 儀器與設(shè)備Tab.2 Instruments and equipment
工藝流程如圖1 所示,操作要點(diǎn)如下。
圖1 工藝流程Fig.1 Technological process
(1)香梨汁制備。挑選外觀完整、無(wú)破損香梨,清洗掉表面污漬,去皮,榨汁,用濾網(wǎng)過(guò)濾后封蓋備用。操作一定要快速,避免梨汁氧化對(duì)口感造成影響。
(2)混合。稱取100 mL 脫脂牛奶,與一定量的香梨汁混合調(diào)配后加入適量的白砂糖,攪拌或者輕搖容器使白砂糖充分溶解到溶液中。
(3)均質(zhì)。將香梨汁、白砂糖與脫脂牛奶的混合液倒入均質(zhì)機(jī)中,在常溫條件下均質(zhì)3 min。均質(zhì)可使脂肪球直徑減少,防止脂肪上浮現(xiàn)象,并且易于乳營(yíng)養(yǎng)成分的消化吸收,隨著脂肪球的增加,酪蛋白附于脂肪球表面。
(4)炭燒工藝。均質(zhì)好的混合液放到提前殺菌、洗凈晾干的燒杯中,水浴鍋95 °C 加熱120 min(不停攪拌),使樣品中的糖和蛋白質(zhì)發(fā)生美拉德反應(yīng),賦予其焦香的風(fēng)味。
(5)降溫。室溫靜置到適合接種酵母的溫度(<40 °C),也可以不同梯度溫度水浴降溫,如果溫度過(guò)高會(huì)殺死乳酸菌,致使發(fā)酵停止。
(6)接種發(fā)酵。待樣品降至室溫后接種保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌混合乳酸菌質(zhì)量0.3 g,接種過(guò)程中避免其他雜菌進(jìn)入發(fā)酵容器,避免對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。恒溫箱發(fā)酵溫度42 °C,發(fā)酵6~10 h。
(7)降溫。發(fā)酵箱發(fā)酵后,放入冰箱4 °C 保存10 h,完成香梨褐色酸奶的制作。
1.4.1 梨汁添加量
以100 mL 脫脂牛奶、炭燒工藝溫度95 °C、加熱時(shí)間120 min、白砂糖添加量6 g、乳酸菌添加量0.3 g、43 °C 發(fā)酵6 h 為定值,梨汁添加量分別為4%、6%、8%、10%和12%進(jìn)行單因素試驗(yàn)。通過(guò)感官評(píng)分、酸度、黏度和pH 值等測(cè)定,選出最優(yōu)梨汁添加量。
1.4.2 白砂糖添加量
以100 mL 脫脂牛奶、炭燒工藝溫度95 °C、時(shí)間120 min、梨汁添加量8%、乳酸菌添加量0.3 g、43 °C發(fā)酵6 h 為定值,白砂糖添加量分別為2、4、6、8 和、10 g 進(jìn)行單因素試驗(yàn)。通過(guò)感官評(píng)分、酸度、黏度和pH 值等測(cè)定,選出最優(yōu)白砂糖添加量。
1.4.3 發(fā)酵時(shí)間
以100 mL 脫脂牛奶、炭燒工藝溫度95 °C、時(shí)間120 min、梨汁添加量8%、乳酸菌添加量0.3 g、白砂糖添加量6 g 為定值,43 °C 分別發(fā)酵6、7、8、9 和10 h 進(jìn)行單因素試驗(yàn)。通過(guò)感官評(píng)分、酸度、黏度和pH 值等測(cè)定,選出最優(yōu)發(fā)酵時(shí)間。
1.4.4 乳酸菌添加量
以100 mL 脫脂牛奶、炭燒工藝溫度95 °C、時(shí)間120 min、梨汁添加量8%、43 °C 發(fā)酵時(shí)間6 h、白砂糖添加量6 g 為定值,乳酸菌添加量分別為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%進(jìn)行單因素試驗(yàn)。通過(guò)感官評(píng)分、酸度、黏度和pH 值等測(cè)定,選出最優(yōu)乳酸菌添加量。
1.4.5 加熱時(shí)間
以100 mL 脫脂牛奶、炭燒工藝溫度95 °C、香梨汁添加量8%、發(fā)酵溫度43 °C、發(fā)酵時(shí)間6 h、白砂糖添加量6 g、乳酸菌添加量0.3 g 為定值,分別加熱30、60、90、120 和150 min 進(jìn)行單因素試驗(yàn)。通過(guò)感官評(píng)分、酸度、黏度和pH 值等測(cè)定,選出最優(yōu)加熱時(shí)間。
通過(guò)單因素試驗(yàn)分析得出,對(duì)香梨褐色酸奶影響最大的4 個(gè)因素:香梨汁添加量A、發(fā)酵時(shí)間B、白砂糖添加量C和乳酸菌添加量D為自變量,以感官評(píng)分為響應(yīng)值,進(jìn)行響應(yīng)面工藝試驗(yàn)分析。香梨褐色酸奶的試驗(yàn)設(shè)計(jì)與水平如表3 所示。
表3 香梨褐色酸奶Box-Behnken 優(yōu)化試驗(yàn)與水平Tab.3 Pear brown yogurt Box-Behnken optimization test and level
根據(jù)GB 19302—2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 發(fā)酵乳》及參考相關(guān)文獻(xiàn)內(nèi)容,設(shè)計(jì)香梨褐色酸奶感官評(píng)價(jià)表,如表4 所示[6-7]。由10 位食品質(zhì)量與安全專業(yè)人員分別從色澤(25 分)、香味(25 分)、組織形態(tài)(25 分)和口感(25 分)打分,總分為100 分,去掉最高分和最低分,算出平均分值,作為最終感官評(píng)分值[8]。
表4 香梨褐色酸奶感官評(píng)分Tab.4 Sensory rating table for fragrant pear brown yogurt
(1)黏度。參考李慧等[8]的方法,設(shè)備選用NDJ-1 型黏度計(jì),經(jīng)預(yù)試驗(yàn)篩選出3 號(hào)轉(zhuǎn)子60 r/min 轉(zhuǎn)速,待指針不發(fā)生偏移記錄數(shù)值,每個(gè)酸奶樣品試驗(yàn)3 次,取3 次讀數(shù)的平均值記錄數(shù)據(jù)。
(2)酸度。取10 mL 香梨褐色酸奶樣品,到100 mL 三角瓶中,加純凈水20 mL,加酚酞試劑2~3 滴,搖勻,用0.1 mol/L 氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定,滴定3 次取平均值,并作空白對(duì)照[9]。
式中N——?dú)溲趸c滴定數(shù)
(3)pH 值。準(zhǔn)確稱取樣品,倒入測(cè)量容器中。將pH 值玻璃電極插入樣品中,待電極穩(wěn)定后按下零點(diǎn)校正鍵進(jìn)行零點(diǎn)校正。取出pH 值玻璃電極,用去離子水清洗干凈,再插入樣品中,待電極穩(wěn)定后讀數(shù),重復(fù)操作測(cè)定3 次。
(4)褐變測(cè)定。取一定量經(jīng)加熱后的反應(yīng)產(chǎn)物,置于離心管中,以4 000 r/min 離心10 min,取上清液測(cè)定284 nm 下的吸光度即代表5-羥甲基糠醛含量,用于作為美拉德反應(yīng)程度的指標(biāo),以純凈水作對(duì)照。
表5 香梨汁添加量對(duì)香梨褐色酸奶品質(zhì)的影響Tab.5 Effect of amount of pear juice added on quality of fragrant pear brown yogurt
由表5 可知,隨著香梨汁添加量的增加,酸奶的酸度、黏度呈上升趨勢(shì),pH 值呈下降趨勢(shì)。這是由于香梨中的碳水化合物具有吸水性,從而增加了酸奶的黏度;由于香梨汁添加量增加,香梨汁里面營(yíng)養(yǎng)成分與酸奶營(yíng)養(yǎng)成分混合后更利于乳酸菌的生長(zhǎng)繁殖,而乳酸菌菌生長(zhǎng)繁殖的一些代謝物導(dǎo)致酸奶的酸度增加。乳酸菌生長(zhǎng)繁殖的一些間接產(chǎn)物導(dǎo)致香梨褐色酸奶pH值的變化。
隨著香梨汁添加量的增加,感官評(píng)價(jià)值先升高后下降。當(dāng)香梨汁添加量為4%時(shí),此時(shí)感官評(píng)價(jià)值較低,主要是由于加工過(guò)程中香梨風(fēng)味的損失及添加量較低,導(dǎo)致香梨風(fēng)味丟失嚴(yán)重,使得褐色酸奶中缺少香梨應(yīng)有的滋味。當(dāng)香梨汁添加量10%時(shí),感官評(píng)分最高81 分,此時(shí)香梨褐色酸奶的酸度76 °T,黏度1 291 mPa·s,pH 值4.7,口感比對(duì)其他香梨汁添加量較好。當(dāng)香梨汁添加量繼續(xù)增加至12 %時(shí),由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量的增加導(dǎo)致乳酸菌過(guò)度繁殖,乳酸菌對(duì)牛乳過(guò)度發(fā)酵后,酸度和黏度過(guò)高使得感官評(píng)分也相對(duì)較低。
由表6 可知,隨著白砂糖添加量的增加,酸奶的酸度、黏度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),pH 值沒(méi)有顯著性變化。當(dāng)白砂糖添加量<4%時(shí),白砂糖能促進(jìn)牛乳中乳酸菌的生長(zhǎng)繁殖及發(fā)酵活動(dòng)的進(jìn)行,此時(shí)酸度和黏度呈現(xiàn)上升趨勢(shì),但由于白砂糖添加量不足,并且乳酸菌生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物導(dǎo)致酸度升高,酸奶偏酸進(jìn)而導(dǎo)致口感不好,感官評(píng)分較低。當(dāng)白砂糖添加量6%時(shí),酸度和黏度適中,酸奶酸甜適中,口感較好,感官評(píng)分值最高76 分;但當(dāng)白砂糖添加量>8%時(shí),酸奶里的糖度含量過(guò)高反而抑制了乳酸菌的生長(zhǎng)繁殖及乳酸菌的活性,酸奶的酸度及黏度均降低,由于含糖量過(guò)高口感過(guò)甜,感官評(píng)分反而降低。通過(guò)上述分析得出當(dāng)白砂糖添加量6%時(shí),此時(shí)香梨褐色酸奶酸度75.9°T,黏度1 298 mPa·s,pH 值4.51,此條件下香梨褐色酸奶比對(duì)其他白砂糖添加量下的香梨褐色酸奶口感最佳,感官評(píng)分最高76 分。
表6 白砂糖添加量對(duì)香梨褐色酸奶品質(zhì)的影響Tab.6 Effect of white sugar added on quality of pear brown yogurt
由表7 可知,隨著發(fā)酵時(shí)間的增加,酸奶的酸度、黏度呈現(xiàn)上升的趨勢(shì),而pH 值、感官評(píng)分呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)發(fā)酵6 h 的時(shí)候,由于發(fā)酵時(shí)間較短,乳酸菌生長(zhǎng)繁殖不充分,產(chǎn)酸量不足,導(dǎo)致香梨褐色酸奶酸度、黏度較低,口感不佳,進(jìn)而感官評(píng)分值較低。當(dāng)pH 值過(guò)低時(shí)也會(huì)抑制乳酸菌的生長(zhǎng)[10]。當(dāng)酸奶發(fā)酵時(shí)間6~8 h 時(shí),感官評(píng)分隨著發(fā)酵時(shí)間的增加而呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。而當(dāng)發(fā)酵時(shí)間在9~10 h 時(shí),由于發(fā)酵時(shí)間過(guò)長(zhǎng),酸度、黏度持續(xù)上漲,酸奶口感偏酸,感官評(píng)分值下降。通過(guò)上述分析得出,當(dāng)發(fā)酵時(shí)間為8 h 時(shí),香梨褐色酸奶感官評(píng)分最高74 分,此時(shí)香梨褐色酸奶酸度75.9 °T,黏度1 298 mPa·s,pH 值4.61,比對(duì)其他發(fā)酵時(shí)間下的香梨褐色酸奶口感是最好的。
表7 發(fā)酵時(shí)間添加量對(duì)香梨褐色酸奶品質(zhì)的影響Tab.7 Effect of fermentation time addition on quality of fragrant pear brown yogurt
由表8 可知,隨著乳酸菌添加量逐漸上升,酸度、黏度、pH 值、感官評(píng)分呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)乳酸菌添加量0.1%時(shí),由于乳酸菌含量過(guò)低導(dǎo)致發(fā)酵不能充分進(jìn)行,香梨褐色酸奶的黏度偏低口感不好,感官評(píng)分則偏低。當(dāng)乳酸菌添加量0.1%~0.3%,隨著乳酸菌添加量的增加,酸奶發(fā)酵完全,酸度、黏度逐漸增加,口感逐漸變好,感官評(píng)分也相應(yīng)增加。但當(dāng)乳酸菌添加量>0.4%時(shí),由于乳酸菌含量過(guò)高,發(fā)酵過(guò)度進(jìn)行,乳酸菌產(chǎn)生大量的酸,導(dǎo)致乳清析出,并且酸度過(guò)高,為79.1 °T,pH 值也較低,為4.52,從而對(duì)香梨褐色酸奶影響較大,導(dǎo)致感官評(píng)分過(guò)低[11]。當(dāng)乳酸菌添加量0.3 %,酸度79.9 °T,黏度1 298.2 mPa·s,pH 值4.61,此條件比對(duì)其他乳酸菌添加量下的香梨褐色酸奶口感最佳感官評(píng)分最高81 分。
表8 乳酸菌添加量對(duì)香梨褐色酸奶品質(zhì)的影響Tab.8 Effect of lactic acid bacteria added on quality of fragrant pear brown yogurt
由表9 可知,隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng),酸度、黏度、pH 值呈現(xiàn)上升的趨勢(shì),感官評(píng)分呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。在加熱時(shí)間30 min 時(shí),因加熱時(shí)間較短,褐變不充分,導(dǎo)致酸奶外觀、香味和口感都較差,進(jìn)而酸奶的感官評(píng)定得分偏低。當(dāng)加熱時(shí)間增加到120 min 時(shí),牛乳褐變充分進(jìn)行,酸奶口感香味最佳,焦香味、香梨香味都比較明顯,感官評(píng)定得分也最高。但當(dāng)加熱時(shí)間達(dá)到150 min 時(shí),由于過(guò)度的加熱,導(dǎo)致香梨風(fēng)味大量丟失,并且褐變顏色過(guò)深,感官評(píng)分則較低。因此,當(dāng)加熱時(shí)間120 min 時(shí),香梨褐色酸奶口感最好,感官評(píng)定得分最高82 分。
表9 加熱時(shí)間對(duì)香梨褐色酸奶品質(zhì)的影響Tab.9 Effect of heating time on quality of fragrant pear brown yogurt
5-羥甲基糠醛(5-HMF)是美拉德反應(yīng)過(guò)程中的中間產(chǎn)物,通過(guò)監(jiān)測(cè)5-HMF 含量可以判斷美拉德反應(yīng)的褐變程度[12]。加熱時(shí)間對(duì)褐色酸奶5-HMF 吸光度值的影響如圖2 所示,隨著加熱時(shí)間的增加,吸光度也隨之增加。當(dāng)加熱時(shí)間進(jìn)行到60 min 后吸光度增加緩慢,可能是由于隨著樣品中還原糖和蛋白質(zhì)褐變的進(jìn)行,美拉德反應(yīng)進(jìn)入后期階段,5-羥甲基糠醛發(fā)生加成反應(yīng),從而生成速度變慢,吸光度變化量也隨之變小。當(dāng)加熱時(shí)間到達(dá)150 min 時(shí),反應(yīng)速率又逐漸變緩,也可能由于蛋白在加熱到一定程度時(shí),出現(xiàn)蛋白聚集狀態(tài),透光性變低[13]。但由于加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng),褐變顏色過(guò)深,并且香梨香味損失嚴(yán)重,故而選擇了加熱時(shí)間120 min為最佳褐變時(shí)間。
圖2 加熱時(shí)間對(duì)褐色酸奶吸光度值影響Fig.2 Effect of heating time on absorbance value of brown yogurt
以單因素試驗(yàn)結(jié)果和Box-Behnken 組合試驗(yàn),確定香梨汁添加量A和白砂糖添加量B、發(fā)酵劑添加量C和發(fā)酵時(shí)間D為自變量,得到香梨褐色酸奶的感官評(píng)分Y 為響應(yīng)值,從而得到Y(jié)與A、B、C和D的二次回歸方程。
試驗(yàn)組合及結(jié)果如表10 所示,方差分析結(jié)果如表11所示。由表11 可知,回歸模型P<0.000 1 為極顯著,失擬項(xiàng)P為0.454 1>0.05 則不顯著,從而可知預(yù)測(cè)值與實(shí)際值擬合度較好。由方差分析可知,一次項(xiàng)D、交互項(xiàng)CD,以及二次項(xiàng)A2、B2、C2和D2對(duì)感官評(píng)分的影響為極顯著(P<0.01),交互項(xiàng)AB、AD對(duì)感官評(píng)分的影響顯著(P<0.05),交互項(xiàng)中AC、BC、CD對(duì)感官評(píng)分的影響不顯著(P>0.05)。由顯著性判斷出4 因素對(duì)香梨褐色酸奶的感官評(píng)價(jià)影響順序?yàn)槿樗峋砑恿緿>發(fā)酵時(shí)間C>香梨汁添加量A>白砂糖添加量B。
表10 香梨褐色酸奶工藝條件優(yōu)化Box-Behnken 試驗(yàn)結(jié)果Tab.10 Box-Behnken test results of fragrant brown yogurt process conditions optimization
表11 回歸模型方差分析Tab.11 Variance analysis of regression models
由圖3 可知,4 因素兩兩交互對(duì)香梨褐色酸奶品質(zhì)均有影響,各響應(yīng)面之間存在差異。各圖坡面變化趨勢(shì)均為先上升后下降,表明各圖都存在感官評(píng)分最大值點(diǎn)。
圖3 各因素交互作用對(duì)褐色酸奶感官評(píng)分的影響Fig.3 Effect of interaction of various factors on sensory score of brown yogurt
由響應(yīng)面試驗(yàn)得到香梨褐色酸奶工藝預(yù)測(cè)值為香梨汁添加量10.10 %、白砂糖添加量4.04 %、發(fā)酵劑添加量0.28%和發(fā)酵時(shí)間7.25 h,感官評(píng)分預(yù)測(cè)值為88.29 分。為滿足實(shí)際操作,將工藝條件更改為香梨汁添加量10 %、白砂糖添加量4%、發(fā)酵劑添加量0.3%和發(fā)酵時(shí)間7 h,由此條件下進(jìn)行試驗(yàn),酸奶質(zhì)地均勻,呈現(xiàn)焦糖色,有梨香味和焦糖味,口感較好,感官評(píng)分實(shí)際值90 分,實(shí)際值與預(yù)測(cè)值相符率高達(dá)98.1%。
通過(guò)響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化工藝,得出香梨褐色酸奶最優(yōu)配方,并對(duì)其進(jìn)行理化分析及微生物檢驗(yàn)。檢測(cè)結(jié)果:酸度79.9 °T,達(dá)到GB 19302—2010《發(fā)酵乳》規(guī)定的酸度≥70 °T 要求;黏度1 298.2 mPa·s,國(guó)標(biāo)無(wú)具體要求[14]。
本研究以香梨汁與脫脂牛奶、白砂糖、乳酸菌添加量混合搭配,對(duì)同時(shí)具有梨香味和焦糖味的褐色酸奶工藝進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)對(duì)加熱溫度、加熱時(shí)間的控制,單因素試驗(yàn)篩選出適宜的單因素水平,再經(jīng)過(guò)響應(yīng)面試驗(yàn)分析確定香梨褐色酸奶最佳工藝為香梨汁添加量10%、白砂糖添加量4%、發(fā)酵劑添加量0.3%、發(fā)酵溫度43 °C 和發(fā)酵時(shí)間7 h。在此條件下制得的香梨褐色酸奶感官評(píng)定最高90 分,通過(guò)理化分析比對(duì),此工藝下的香梨褐色酸奶的黏度、酸度、pH 值等都較為適宜,香梨味濃郁,焦香味充足,以及酸奶本身的奶香味十足。在該工藝條件下生產(chǎn)的香梨褐色酸奶具有極好的顏色、香味和口感,具有酸奶所特有的細(xì)膩質(zhì)地風(fēng)味,生產(chǎn)過(guò)程中不添加任何添加劑,所有測(cè)試各項(xiàng)指標(biāo)符合國(guó)標(biāo)。同時(shí)為香梨的加工方法提供了新的理論基礎(chǔ)。