凝固型紫薯酸奶工艺研究

李 祎，林智毳，包怡红，2*

(1.东北林业大学林学院，黑龙江哈尔滨 150040;2.林下经济资源研发与利用协同创新中心，黑龙江哈尔滨 150040)

紫薯，富含纤维素、植物蛋白、淀粉、果胶、游离氨基酸、维生素及多种矿物质［1］。同时，紫薯中富含以花色苷为主的天然紫色素，具有强抗氧化性、抗肿瘤、预防和治疗心血管疾病、抑菌等功能。此外，紫薯中还含有相当丰富的矿质元素，其中硒含量比其他红薯高出20倍，硒元素易被人体吸收，能有效地增强机体免疫力，清除体内产生癌症的自由基，预防癌症的发生［2］。

酸乳具有独特的风味，适口性强，富含营养物质如蛋白质、脂肪、矿物质、维生素，而且通过发酵产生多种保健成分，具有调节肠道菌群平衡、降低胆固醇、改善便秘、预防衰老、美容等生理功能，同时还具有调节胃肠功能，改善乳糖不耐症，促进钙、磷吸收的作用，在增强体质与营养健康方面起到食疗兼收的作用［3-4］。近年来，人们利用不同的植物与牛乳相结合，将植物性食品和动物性食品有效结合，在各种营养成分得到互补的同时，集植物营养和乳酸菌功效于一体，增强酸乳的保健功能［5-6］，也见凝固型紫薯酸乳抗氧化活性方面的报道［3］，但市场上仍未见有关紫薯酸奶的产品。因此，笔者以纯牛奶、紫薯为原料，利用响应面设计优化凝固型紫薯酸乳发酵工艺，并对其参数及其影响因素进行试验验证，优化得出紫薯酸奶的最佳工艺参数，为市场开发凝固型紫薯酸乳产品提供理论依据，增加功能性酸奶种类，丰富酸奶市场。

1 材料与方法

1.1 材料 紫薯:市售;牛奶:市售的蒙牛纯牛奶;发酵剂:保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌。仪器与设备:电磁炉，搅拌机，电热恒温培养箱，pH计，粉碎机，电热恒温鼓风干燥箱，电子秤，超净工作台，筛子。

1.2 工艺流程 牛奶→调配(加入蔗糖、紫薯粉)→均浆→预热→灭菌(95℃，30 min)→冷却(42℃)→接种→发酵(41℃，8 h)→后熟(0～4 ℃，24 h)→成品。

1.3 工艺要点

1.3.1 紫薯粉制备的工艺流程及工艺要点。紫薯→去皮→护色→切片→蒸制→冷却→干燥→粉碎→过筛→紫薯粉(备用)。原料的选择:选择无霉烂、无发芽、无机械损伤的紫薯，去皮，切片，护色;紫薯熟制:将切片后的紫薯置于蒸锅中蒸制或沸水中煮制，使紫薯软化;干燥、粉碎:将蒸熟软化的紫薯置于电热恒温干燥箱中，干燥至恒重，用粉碎机将紫薯粉碎，并过100目筛。

1.3.2 发酵原料乳的制备。选用市售纯牛奶，加入相当于牛乳量的7%的蔗糖和2%的紫薯粉，用搅拌机搅拌均匀，于95℃条件下灭菌30 min，随后冷却到43℃左右。

1.3.3 培养基的制备。将脱脂乳粉用50℃左右的温开水配制成10%的脱脂乳培养基，将其倒入三角瓶中，密封后于高压蒸汽灭菌锅内于115℃条件下灭菌20 min，保存备用。

1.3.4 发酵剂的制备。将保加利亚乳杆菌与嗜热链球菌的混合菌种，以3%接种量接种于脱脂乳培养基中，在43℃下，发酵4 h后得发酵剂。

1.3.5 接种与发酵。将制得的发酵剂以10%的接种量接种于待发酵的原料乳中，在41℃下发酵，发酵后pH达到3.9左右。

1.3.6 冷藏。将发酵凝固的紫薯酸乳置于0～4℃条件下，进行24 h后熟，使酸乳风味物质进一步形成。

1.4 感官评定方法及评分标准 根据紫薯酸奶的组织状态、色泽、口感及风味对其进行感官评定，评定小组由10人组成，根据表1的评定标准进行评定打分，取其平均值作为最终评价记录。

表1 产品感官评定标准

1.5 理化指标的测定 蛋白质的测定参考GB 5009.5-2010;脂肪的测定参照GB 5413.3-2010;总酸的测定参照GB/T12456-2008;可溶性固形物含量的测定采用直接干燥法［7］。

1.6 微生物指标的测定 大肠菌群的测定参照GB4789.3-2010 进行［8］。

2 结果与分析

2.1 紫薯制粉工艺的研究 为了更好地保持紫薯的色泽与风味，将无霉烂、无发芽、无机械损伤的紫薯，进行去皮、切片，立即放入0.1%异抗坏血酸钠溶液中进行护色处理后进行2种工艺——蒸制、煮制的研究。然后对2种工艺处理后制得的紫薯粉进行各项指标的优化比较，选择出最佳制粉工艺，研究结果如表2所示。

表2显示，煮制制粉熟化时间短，但是因为煮制时紫薯部分营养流失于水中，色素也因为高温而损失，使得紫薯的风味和色泽有所损失，对后加工的发酵乳色泽和风味产生影响;而蒸制制粉可一定程度地避免风味和色泽的损失，与煮制制粉相比，其可保持紫薯的独有风味和色泽，营养素损失少，对发酵乳风味和色泽影响小，所以蒸制制粉为制粉的最佳工艺。

2.2 酸乳品质研究的单因素试验

2.2.1 紫薯粉添加量对酸乳品质的影响。将制得的紫薯粉分别以纯牛奶量的1%、2%、3%、4%、5%添加到纯牛奶中，加糖量为7%，接种量为10%，在41℃下发酵8 h，于0～4℃后熟24 h，对其进行感官评价，结果如图1所示。

由图1可以看出，随着紫薯粉添加量的增加，酸乳的感官评价值先升高再下降。这是由于紫薯粉添加量过少，发酵后酸乳味浓郁，没有紫薯特有的风味和色泽;而紫薯粉添加量过多，其特有的风味掩盖乳香，发酵乳呈深紫色，且有分层现象。综合而言，选择紫薯粉添加量在2%左右为宜。

表2 紫薯制粉工艺研究比较依据

图1 紫薯粉添加量对酸乳品质的影响

2.2.2 蔗糖添加量对酸乳品质的影响。将蔗糖分别以纯牛奶量的5%、6%、7%、8%、9%添加到纯牛奶中，紫薯粉添加量为2%，接种量为10%，在41℃下发酵8 h，于0～4℃后熟24 h，对其进行感官评价，结果如图2所示。

由图2可知，蔗糖的添加量直接影响着酸乳的适口性。加糖量过少，固形物含量少，发酵效果不好，酸乳过酸，组织状态不稳定;加糖量过多，抑制菌种增殖，延长发酵时间，规定时间内凝乳状态不好，且酸乳口味过甜，掩盖发酵酸乳独特的风味，无发酵乳香味。综合而言，蔗糖的添加量控制在7%左右为宜。

2.2.3 接种量对酸乳品质的影响。将生产发酵剂分别以纯牛奶量的6%、8%、10%、12%、14%添加到纯牛奶中，紫薯粉添加量为2%，蔗糖添加量为7%，在41℃下发酵8 h，于0～4℃后熟24 h，对其进行感官评价，结果如图3所示。

图2 蔗糖添加量对酸乳品质的影响

由图3可看出，随着接种量的增加，酸乳的感官评价值先升高再降低。由于接种量影响着酸乳的组织状态及稳定性，接种量过少，组织状态不均匀，酸乳不易凝固，且产酸量少，酸乳口味偏甜，无酸乳特有的风味及口感;接种量过多，在相同的发酵时间内菌种繁殖过多，稳定性不好且易分层，产生发酵过度的现象，酸乳风味差，产酸过度，无发酵乳香味，并且提高了生产成本。综合而言，接种量控制在10%左右为宜。

图3 接种量对酸乳品质的影响

2.2.4 发酵温度对酸乳品质的影响。紫薯粉添加量为2%，蔗糖添加量为7%，接种量为 10%，分别在 37、39、41、43、45℃下发酵8 h，于0～4℃后熟24 h，对其进行感官评价。以发酵温度为横坐标，感官评价值为纵坐标，得到图4。

由图4可看出，发酵温度对酸乳品质的影响与紫薯粉添加量和蔗糖添加量对酸乳品质的影响相比较小，但从图4中可看出在发酵时间为8 h的前提下，发酵温度在41℃时其感官评价值最高，低于43℃时酸乳的感官评价值变化较小，高于此温度时发酵效果不好，感官评价值较低。故发酵温度控制在41℃左右为宜。

图4 发酵温度对酸乳品质的影响

2.3 最佳工艺配方的确定 根据单因素试验结果，选择紫薯粉添加量、蔗糖添加量、接种量和发酵温度作为考察因素，以制得的成品的感官评定值为响应值Y，采用响应面法优化工艺参数。响应面试验因素水平表及试验结果如表3、表4所示。

表3 响应面试验因素水平设计

利用Design-Expert8.06软件对表4中的数据进行多元回归拟合，X1、X2、X3、X4为变量的编码值，得到紫薯感官评分 Y的二次多元回归方程:Y=-514.074 31+38.650 00X1+16.620 83X2+8.958 33X3+22.263 89X4-0.250 00X1X2+0.125 00X1X3-0.333 33X1X4+0.375 00X2X3+0.125 00X2X4-3.515 71E-015X3X4-5.725 00-1.868 75-0.556 25-0.275 00。

表4 紫薯酸奶发酵工艺参数优化设计及结果

通过方差分析，结果表明多项式模型的精密度较好，可利用性较高，而且变异系数在很低的水平(表5)。因此，该试验值是精确可靠的，此模型能应用于设计的试验。

响应面图和等值线图直观地反映响应值试验变量各水平以及变量之间的相互关系。等高线图的形状，圆形或椭圆形表示各变量之间的显著性与否，每条曲线代表2个变量的交互作用，另一个变量设于0水平。

表5 试验结果分析

图5显示紫薯添加量和蔗糖添加量对紫薯酸乳发酵的影响，当紫薯添加量为1% ～3%时，感官评分先增加后减小，原因是紫薯添加量太少，酸乳无紫薯风味;而紫薯添加量增加，使得口感较为粗糙。在与紫薯添加量交互作用中，随着蔗糖添加量的增加，感官评分先增加后减小。

图5 紫薯添加量和蔗糖添加量对紫薯酸乳发酵的影响

图6显示了紫薯添加量和接种量对紫薯酸乳发酵的影响，当紫薯添加量为1% ～3%时，感官评分逐渐增加随后稍有降低;当接种量为8% ～12%时，随着接种量增加，感官评分也略微增加，但增加较为平缓。

图6 紫薯添加量和接种量对紫薯酸乳发酵的影响

图7显示了紫薯添加量和发酵温度对紫薯酸乳发酵的影响，当紫薯添加量为1% ～3%时，感官评分先增加后减少;当发酵温度为37～43℃时，感官评分先增加后减少。发酵温度的高低影响着菌的活力，温度高或低，使得菌种的活力不强。

图8显示接种量和发酵温度对紫薯酸乳发酵的影响，随着发酵温度升高，感官评分先增加后减少;随着接种量增加，感官评分增加。

通过对回归模型的分析并综合运用响应面图，得到紫薯酸乳发酵最优条件:紫薯粉添加量2.16%，蔗糖添加量6.72%，接种量10.56%，发酵温度40.70℃，在此条件下得到的感官评分为83.895 1分。

图7 紫薯添加量和发酵温度对紫薯酸乳发酵的影响

图8 接种量和发酵温度对紫薯酸乳发酵品质的影响

2.4 验证试验

2.4.1 发酵温度的验证。为了保证试验的严谨性，用优化的试验结果对发酵温度进行了验证试验。设定发酵时间分别为 4、6、8、10、12 h，以紫薯添加量为 2.2%，蔗糖添加量为6.7%，接种量为10%，发酵温度为41℃进行了验证试验。

由图9可看出，随着发酵时间的延长，酸乳的pH不断下降，感官评价值在发酵时间为8 h时最高。由此可以得出结论，在经响应面试验优化后得到的试验条件下，发酵时间为8 h时酸乳品质最好，这一结果验证了响应模型的准确性。

图9 不同发酵时间对酸乳品质和pH的影响

2.4.2 响应面优化结果的验证。为了验证模型结果的精确性，在紫薯添加量为2.2%，蔗糖添加量为6.7%，接种量为10%，发酵温度为41℃进行了验证试验，在此条件下，感官评分平均值为84分(n=10)，这与预测模型是一致的，证实了响应模型能准确地反映最优情况。

2.5 产品质量指标

2.5.1 感官指标。该试验所得产品呈浅紫色，色泽均匀诱人，凝乳状态稳定，质地均匀，组织细腻，表面柔滑，无乳清析出，黏稠性好，口感细腻柔和，酸甜可口，具有浓郁的酸乳风味和独特的紫薯香味。

2.5.2 理化指标。根据GB5009-2010测定，紫薯酸乳各项指标均符合标准。蛋白质≥4.5%，脂肪≥3.1%，酸度80～110°T，固形物含量≥20%。

2.5.3 卫生指标。经测定，大肠菌群≤1 000 CFU/L;致病菌未检出。

3 结论

试验得出，紫薯经蒸制、干燥后粉碎并过100目筛以粉状添加时，产品品质较好。通过响应面法筛选最优工艺，确定紫薯酸乳发酵最优条件:紫薯粉添加量为纯牛乳的2.2%，蔗糖添加量为6.7%，接种量为10%，发酵温度为41℃。在此条件下发酵8 h，得到的酸乳产品呈淡紫色，色泽均匀，组织细腻柔和，味道酸甜可口，风味纯正，具有浓郁的紫薯香味和酸乳风味。

［1］杨巍，黄洁琼，陈英，等.紫薯的营养价值与产品开发［J］.农产品加工·学刊，2011(8):41-43.

［2］温桃勇，刘小强.紫色甘薯营养成分和药用价值研究进展［J］.安徽农业科学，2009，37(5):1954-1956.

［3］吴兰芳，蒋爱民，郭善广，等.凝固型紫薯酸乳发酵工艺及抗氧化活性研究［J］.食品与机械，2013(5):198-203.

［4］李超敏，豆康宁，张臻.薏仁算入的制备工艺［J］.饮料工业，2013，26(9):9-12.

［5］李刚，王树宁，曾维丽.凝固型枸杞酸奶的研制［J］.食品科学，2005，26(9):272-275.

［6］杜斌，程燕锋，李嘉辉，等.凝固型香蕉酸奶的制备研究［J］.食品与机械，2008，24(8):109-111.

［7］尹凯丹，张奇志.食品理化分析［M］.北京:化学工业出版社，2010:105.

［8］中华人民共和国卫生部.GB4789.3-2010.食品安全国家标准食品微生物学检验大肠菌群计数［S］.北京:中国标准出版社，2010.