香菇酸豆奶发酵工艺的优化及营养成分分析

李 靖, 陈 伟, 程 芳, 刘锦绣, 李小永, 司玉慧

(1.山东银香伟业集团公司,山东曹县 274400;2.山东农业大学食品科学与工程学院,山东泰安 271018;3.烟台南山学院,山东烟台 265713)

酸豆奶是大豆制浆(即豆乳)后,加入少量奶粉或新鲜牛奶及某些可供益生菌利用的糖类作为发酵促进剂,经益生菌发酵而成[1-2].酸豆奶既保留了豆奶的营养成分,又破坏了大豆的抗营养因子.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,利于人体消化吸收,具有很高的营养价值[3].

香菇是药食两用菌类,营养丰富,因含有香菇多糖、香菇嘌呤[4]、氨基酸等多种有效成分而备受关注,特别是其中的香菇多糖具有显著的、独特的抗肿瘤活性[5].香菇发酵液中含有与香菇子实体相同的营养成分,而且含量均高于香菇子实体,是其防病抗衰的物质基础,而且香菇发酵液中的蛋白质含量远高于香菇子实体.以香菇发酵液和豆奶为原料制作香菇酸豆奶,集香菇与豆奶的营养成分于一体,有很高的营养价值和市场潜力.

近年来,有报道以鲜牛乳和提取的香菇汁为主要原料,研制香菇酸奶[6-7].有关香菇酸豆奶的研究鲜有报道.本研究以香菇发酵液、豆浆和脱脂奶为原料制作酸豆奶,通过响应面试验优化发酵工艺,测定分析其营养成分,为产品的研制提供理论依据.

1 实验部分

1.1 材料与仪器

材料:香菇菌种、脱脂奶、豆浆、发酵剂(含保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌,实验室保存).

仪器:YXQG02型手提式灭菌锅,山东新华医疗器械有限公司;LRH-250型生化培养箱,上海一恒科技有限公司;HH-4型数显恒温水浴锅,国华电器有限公司;ANKE TGL-16L型飞鸽牌离心机,上海安亭科学仪器厂;Unic 2000型分光光度计,优尼科有限公司;DeLTA320型酸度计,梅特勒托利多公司;SW-CJ-1CU型洁净工作台,苏州安泰空气技术有限公司;HYG-B型全温度摇瓶柜,太仓市实验设备厂;BS 124S型电子天平,赛多利斯科学仪器有限公司.

1.2 实验方法

1.2.1 香菇发酵液的制备[8]

1)将香菇菌种分别接种于PDA斜面培养基上,28℃培养4～6 d,直至斜面上长满菌丝.

2)在无菌条件下,将斜面菌种分别接种到灭菌的香菇种子培养基中,28℃下恒温震荡培养5～7 d,摇床转速为150 r/min;待培养液清亮,有小的菌丝球形成即制成种子液.

3)在无菌条件下,将种子液分别接种到灭菌的香菇液体发酵培养基中,接种量为10%(体积比);接种后,在28℃下恒温培养4～6 d,摇床转速为150 r/min;待培养液清亮,收集发酵液.发酵滤液过滤后灭菌备用.

1.2.2 香菇酸豆奶的制作流程

将豆浆、脱脂奶与蔗糖、明胶按一定比例调配混匀,95℃灭菌10 min,待冷却至40℃左右,加入灭菌的香菇发酵液,搅拌混匀,按比例接种发酵剂,42℃保温发酵4～6 h,待其凝固后,在4℃冰箱中后发酵24 h,即得到成品,并进行感官评定与理化检测.

1.2.3 单因素实验

选取对香菇酸豆奶发酵工艺有显著影响的4个因素,即发酵剂添加量(质量比)、豆浆和脱脂奶添加比例(体积比)、香菇发酵液添加量(体积比)和明胶添加量(质量比)进行单因素实验.按照感官评分标准对香菇酸豆奶进行感官评分,并测定酸度和持水力.

1.2.4 响应面试验

在单因素实验的基础上,根据Box-Benhnken的中心组合设计原理,以香菇发酵液添加量、蔗糖添加量、明胶添加量为响应面试验因素,设计三因素三水平响应面试验,以感官评分和持水力为响应值,建立数学模型,确立香菇酸豆奶的优化发酵工艺条件.并进行验证实验.

1.2.5 感官评分

参照酸乳卫生标准GB 19302—2003[9]进行鉴评,香菇酸豆奶品质鉴评时由10名有感官品评经验的专业技术人员组成鉴评小组,按规定的评分标准对产品的感官品质进行综合评价,评价指标包括产品组织状态、风味、口感,分数分别为10、10、10,满分为30分,取平均值为最终结果.

1.2.6 理化指标的测定

1)乳酸菌计数:依据国标 GB/T 4789.35—2010[10]进行测定.

2)酸度测定:NaOH标准溶液滴定法.

3)持水力测定:离心称重[11].

4)丁二酮含量的测定采用邻苯二胺比色法;乙醛含量的测定采用碘液滴定法,参照文献[12].

5)蛋白质含量的测定:考马斯亮蓝比色法,参照文献[13].

6)氨基酸含量的测定:甲醛电位滴定法,参照文献[14].

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 发酵剂添加量对酸豆奶品质的影响

确定豆浆与脱脂奶的比例为3∶8,蔗糖添加量为6%(质量比),发酵剂添加量分别为0.05%,0.10%,0.15%,0.20%时,对酸奶品质的影响见表1.

表1 发酵剂添加量对酸豆奶品质的影响Tab.1 Effect of addition of fermentation agent on soybean milk yogurt quality

发酵剂添加量作为发酵过程的主要因素直接影响发酵时间和成品的质量,从表1中看出,当添加量在0.10%时感官评分和持水力最好,酸度在指标要求范围内.随着添加量的增加,产酸量增加,但酸豆奶口感逐渐变酸,持水力变差,这是因为添加量过大,产酸过快,造成凝乳中蛋白质脱水收缩[15],乳清析出增多,影响酸豆奶的质量.所以选择发酵剂添加量为0.10%作为实验的固定参数.

2.1.2 豆浆与脱脂奶添加比例对酸豆奶品质的影响

确定蔗糖添加量为6%,发酵剂添加量为0.10%.考察豆浆和脱脂奶添加比例分别为0∶11,1∶10,2∶9,3∶8和 4∶7时,对酸豆奶感官评分、酸度和持水力的影响,结果见表2.

表2 豆浆和脱脂奶比例对酸豆奶品质的影响Tab.2 Effect of proportion of soybean milk powder and milk powder on soybean milk yogurt quality

豆浆中蛋白质种类与牛奶不同,因此豆浆和脱脂奶的添加比例会影响奶液中可溶性固形物含量和蛋白含量,由表2可以看出,随着豆浆和脱脂奶的添加比例增大,牛奶蛋白质含量逐渐增加,酸豆奶的凝乳效果越来越好,持水力处于递增的趋势,酸度逐渐降低.由表2可以看出,当豆浆与脱脂奶的比例为3∶8时,其持水力较好,酸度适中,感官评分较好,所以确定豆浆的添加比例为2/11,3/11,4/11作为优化实验的参数.

2.1.3 香菇发酵液添加量对酸豆奶品质的影响

确定豆浆和脱脂奶比例为3∶8,蔗糖添加量为6%,发酵剂添加量为0.10%,考察香菇发酵液添加量分别为0,15%,20%,25%,30%时,发酵液添加量对酸豆奶的品质的影响,其测定结果见表3.

表3 发酵液添加量对酸豆奶品质的影响Tab.3 Effect of addition of fermentation broth on soybean milk yogurt quality

香菇发酵液对酸豆奶品质有很大影响,可影响其凝乳时间,乳清析出量以及组织状态和口感.一定范围内的香菇发酵液对酸豆奶的感官评分和持水力具有明显的提高作用.由表3以看出,当香菇发酵液添加量为15%,20%,25%时,香菇酸豆奶感官评价和持水力都较好,当添加量达到30%时,酸豆奶质量下降较明显,因此应控制好香菇发酵液的添加量.选择15%,20%和25%作为响应面试验优化范围.

2.1.4 明胶添加量对酸豆奶品质的影响

确定豆浆和脱脂奶添加比例为3∶8,发酵剂添加量为0.1%,蔗糖添加量为6%,考察明胶添加量分别为0%,0.10%,0.15%,0.20%,0.25%,0.30%时,明胶添加量对酸豆奶品质的影响,其结果见表4.

添加一定量的稳定剂或增稠剂,可以提高酸豆奶的黏稠度并改善其质地状态与口感,防止成品乳清析出,改善酸豆奶的品质.由表4可以看出,当明胶添加量为0.10% ～0.20%时,明胶对酸豆奶作用效果良好;当明胶用量超过0.20%时,产品色泽变暗,黏度有所下降,所以选择 0.01%,0.15%和0.20%作为响应面试验优化范围.

2.2 响应面试验

根据单因素实验以及单因素方差分析,确定豆浆添加量、香菇发酵液添加量和明胶添加量作为试验考察因素,根据Box-Behnken中心组合试验设计原理,设计三因素三水平的响应面分析试验,各因素水平及编码见表5.以感官评分和持水力为响应值,建立数学模型,进行方差分析,确立香菇酸豆奶的优化发酵工艺条件.响应面试验设计与结果见表6.

表4 明胶添加量对酸豆奶品质的影响Tab.4 Effect of addition of gelatin on soybean milk yogurt quality

表5 响应曲面试验设计因素水平及编码Tab.5 Variables and their levels of response surface design

表6 响应面分析试验设计与结果Tab.6 Experiment design and results of response surface method

2.2.1 感官评分方差分析

利用Design Expert软件对表6中的数据进行二次多元回归拟合,得到感官评分的实测值对编码自变量A、B、C的二次多项回归方程,拟合后得回归方程为:

感官评分方差分析结果见表7.

通过表7可以看出,方程因变量与自变量之间的线性关系明显,该模型回归显著(P＜0.05),失拟项不显著,R2=87.44%,RAdj=71.28%,说明该模型与试验拟合良好,可用来进行理论响应值的预测.由表7还可看出,一次项中各因素对酸豆奶感官评分的影响从大到小依次为:豆浆添加比例＞发酵剂添加量＞明胶添加量.

2.2.2 持水力方差分析

利用Design Expert软件对数据进行二次多元回归拟合,得到持水力的实测值对编码自变量A、B、C的二次多项回归方程,拟合后得回归方程为:

持水力方差分析结果见表8.由表8可知:建立的数学模型的P值小于0.000 1,说明该数学模型极显著,失拟项不显著,R2=99.19%,RAdj=98.16%表明该模型可以很好的拟合试验的真实情况,可以用来预测试验结果.由表8还可看出,一次项中各因素对酸豆奶持水力的影响从大到小依次为:明胶添加量 ＞豆浆添加量＞发酵剂添加量.

2.2.3 响应曲面图的分析及优化工艺条件的确定

各因素响应曲面图见图1.根据图1中的响应曲面图,可以看到,当香菇发酵液添加量固定时,香菇酸豆奶中的感官评分和持水力均随着豆浆添加量的增加而升高,但豆浆添加量过大时,香菇酸豆奶的感官评分和持水力均减少,说明香菇发酵液添加量与豆浆添加量之间的交互作用明显;豆浆添加量与明胶添加量也呈现出相同的趋势.

香菇酸豆奶的感官评分和持水力的响应面趋势呈抛物线型,因此回归方程具有极大值.结合方程与响应曲面可得到香菇酸豆奶制作工艺的优化参数为香菇发酵液添加量为20.15%,豆奶和脱脂奶以3∶8混合,明胶添加量为 0.17%,发酵剂添加量0.1%,蔗糖添加量为6%,产品色泽均一、组织细腻、酸甜爽口、营养丰富.

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

图1 各因素对酸豆奶品质的交互影响的响应曲面Fig.1 Response surface plots for effects of pairwise interactions among various variables on soybean milk yogurt quality

2.3 酸豆奶样品的品质测定

2.3.1 酸豆奶的感官评分

酸豆奶的感官质量是影响产品销售的重要因素,也能侧面反映产品的内部质量.根据响应面试验得到优化方案,其配方见表9.选择前5个作为试验样品,进行感官评定和理化指标测定.感官评分结果见表10.

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

酸奶的感官质量是影响酸奶产品销售的重要因素,也能侧面反映产品的内部质量.处理组酸奶感官鉴定平均总得分25.19,对照酸奶总得分23.82.由此可知,香菇发酵液的添加使酸奶的感官性状得到了提升.可以推测香菇酸奶更能满足消费者对食品的感官享受,在产品销售过程中将占据优势.

2.3.2 酸豆奶中乳酸菌菌数和持水力

酸豆奶中乳酸菌菌数和持水力情况见图2.

酸奶中的乳酸菌数是反映该产品质量的重要指标之一.乳酸乳卫生标准(GB 19302—2003)规定酸乳中乳酸菌数≥106CFU/g.由图2可看出,添加香菇发酵液的酸豆奶中乳酸菌平均含量达到8.5×108CFU/mL,而未添加发酵液的对照酸豆奶中乳酸菌数仅有2.4×108CFU/mL,处理组是对照组的3.5倍.实验结果表明,香菇发酵液对酸豆奶发酵过程中乳酸菌的生长有促进作用.这是因为,香菇发酵液中不仅含有真菌多糖,还有乳酸菌生长所需的氨基酸、肽类、核苷酸和维生素等小分子化合物,是已知的酸奶发酵剂菌种的促生长因子;另外,大豆蛋白水解为大豆多肽后,对酸豆奶中的乳酸菌有促进作用.

持水力越高说明凝胶体系稳定性越高,产品的组织形态越好.从图2可看出,添加香菇发酵液的酸豆奶的持水力为35.93%,略高于对照酸豆奶的32.29%,因而香菇酸豆奶的稳定性较好.这是由于添加的香菇发酵液中含有大量的真菌多糖,电子扫描显微技术研究表明,菌体细胞通过丝状的多糖与周围的蛋白质凝块相连形成复杂而稳定的网络结构.这种网络结构的形成有利于改善发酵乳的流变特性,减少酸豆奶乳清析出[16].

2.3.3 酸豆奶的蛋白质和氨基酸含量

酸豆奶的蛋白质和氨基酸含量情况见图3.

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

酸豆奶在发酵过程中,其蛋白质在蛋白酶和肽酶的作用下,可以降解为小分子肽和氨基酸[17].酸豆奶发酵过程中水解蛋白产生的小分子肽和氨基酸具有重要生理活性.由图3可以看出,实验处理组蛋白质含量平均值达到26.14 mg/mL,其氨基酸含量均值达到24.04 mmol/L;空白对照组蛋白质含量为34.21 mg/mL,氨基酸含量为20.38 mmol/L,添加香菇发酵液的酸豆奶中的蛋白质含量比对照组降低了31%,氨基酸含量提高了18%,说明香菇发酵液可以促进酸豆奶中蛋白质的降解,从而提高酸豆奶中氨基酸含量.这是因为添加的香菇发酵液中含有一些氨基酸,而且加入发酵液后,促进乳酸菌的繁殖,使得蛋白酶分泌增加,从而使蛋白质降解程度更高,氨基酸含量增加,更有利于人体的吸收.

2.3.4 酸豆奶中风味物质的含量

酸豆奶中风味物质的含量情况见图4.

图3 各样品酸豆奶中蛋白质和氨基酸含量情况Fig.3 Contents of protein and amino acid in various soybean milk yogurt

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

乙醛和丁二酮一直被认为是构成酸奶风味的主要成分,其浓度和比例关系对于酸奶风味有显著的影响.乙醛是酸奶风味的重要成分,一般认为乙醛最佳风味值为20～40 mg/L.嗜热链球菌及保加利亚杆菌可产生微量丁二酮,酸奶中丁二酮的质量浓度一般为8～15 mg/L[18].由图4可以看出,添加香菇发酵液的实验组酸豆奶中乙醛和丁二酮含量的均高于对照组酸豆奶,实验组乙醛平均浓度34.28 mg/L,丁二酮平均浓度14.88 mg/L;对照酸豆奶乙醛32.8 mg/L,丁二酮13.76 mg/L,较对照组分别提高了6.2%和7.3%.由此可见,添加香菇发酵液在一定程度上能促进酸豆奶中风味物质的生成,从而使酸豆奶的风味更佳.

3 结 论

通过单因素实验各因素的水平范围,以感官评分和持水力为响应值设计三因素三水平的响应面实验,建立响应值与各因素之间的数学模型,依此模型进行完全二次回归分析,可得到香菇酸豆奶的优化工艺为:香菇发酵液添加量为20.15%,豆浆添加比例为3/11,脱脂奶添加比例为8/11,明胶添加量为0.17%,蔗糖添加量为6%,发酵剂添加量 0.1%,42℃发酵5 h.

香菇酸豆奶中的乳酸菌含量较高,持水力略高于对照酸豆奶,稳定性较好;产品蛋白降解更充分,氨基酸含量较高,乙醛和丁二酮含量略高于对照组.

参考文献:

[1] 崔蕊静,高海生,刘秀凤.无腥味大豆加工豆乳及其稳定性研究[J].中国粮油学报,2005,20(3):54-57.

[2] 苗玉志,邬应龙.红曲酸豆奶制作工艺条件的优化及稳定性研究[J].食品工业,2008(1):35-38.

[3] 崔蕊静,高海生,李凤英,等.无腥大豆加工酸豆奶工艺条件的研究[J].中国粮油学报,2004,19(4):46--49.

[4] 孙培龙.香菇嘌呤研究简述[J].中国食用菌,1995,14(2):44--46.

[5] 马长清,夏蓉,彭彦,等.香菇柄中多糖及氨基酸的提取方法研究[J].医药导报,2003,22(6):372-374.

[6] 金艳梅,孙立梅.功能性香菇酸奶生产工艺的探讨[J].食品工业科技,2009(6):191-193.

[7] 焦镭,钱志伟,柴梦颖.香菇酸奶的工艺研究[J].乳业科学与技术,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,郑兰波,沈晓华,等.GB19302—2003 酸乳卫生标准[S].北京:中国标准出版社,2004.

[10] 陈晓蔚,刘敏,杨明,等.GB/T4789.35—2010 食品微生物学检验乳酸菌检验[S].北京:中国标准出版社,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,邵亚东,等.发酵乳中丁二酮和乙醛含量检测方法探讨[J].食品与发酵工业,2008,34(3):157-158.

[13] 吴旭红,何士敏.生物化学实验指导[M].哈尔滨:哈尔滨地图出版社,2002:21-22.

[14] 范瑞,许静,顾宗珠.酸乳发酵过程的理化特性研究[J].中国乳品工业,2007,35(10):8-11.

[15] 天津轻工业学院.工业发酵分析[M].北京:中国轻工业出版社,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.