紫薯山楂添加量对益生菌酸奶品质影响的研究

陈 驰，唐善虎，李思宁，钟红梅

(西南民族大学生命科学与技术学院，四川 成都 610000)

紫薯山楂添加量对益生菌酸奶品质影响的研究

陈 驰，唐善虎，李思宁，钟红梅

(西南民族大学生命科学与技术学院，四川 成都 610000)

紫薯和山楂含有丰富的益于人体健康和改善酸奶品质的成分，有关紫薯山楂用于益生菌酸奶的研究尚未见报道.本研究旨在以新鲜牛奶和紫薯山楂为原料，研究紫薯和山楂浆添加量对酸奶质构、持水力、酸度、pH以及感官影响，并在此基础上采用L9(34)表进行三因素三水平正交试验，确定酸奶的最佳配方.结果表明:以新鲜牛乳质量为基准，添加10.0%生紫薯浆，8.0%山楂浆和7.0%蔗糖，在42℃～45℃发酵4～6 h，产品酸度、硬度和稠度适中，持水力最大，感官品质最佳.

紫薯；山楂；益生菌；酸奶

与新鲜牛奶相比，酸奶是将原料奶巴氏灭菌以后，再接种乳酸菌发酵而制成的带有活性乳酸菌的牛奶制品[1].发酵过程中酸奶不仅会将原料奶中的部分蛋白质分解为氨基酸，糖转变为乳糖等小分子物质，游离脂肪酸也比原料乳有所增加；同时乳酸菌还会产生一些人体所需的B族维生素.因此酸奶中的蛋白和乳酸钙更容易被人体消化吸收，且各种营养成分的人体利用率也随之相应提高[2]，故而酸奶受到了越来越多消费者的喜爱.紫薯，又名黑薯，蛋白质、淀粉、胡萝卜素、维生素、亚油酸以及多种矿物质等含量高，特别是紫薯中的铁和硒的含量比普通红薯高出20倍以上[3-4]，因为铁和硒能一定程度上为人体补充体力、延缓衰老，因此紫薯具有一定的保健作用.山楂又叫红果、山里果等，以果实娇小、微酸微甜、风味佳而闻名，且成本低，营养丰富，是很好的加工原材料[5].山楂是我国独有的果药两用原料，既可以生吃或者做成果脯，起到健脾开胃又有助于消食的功效，干制后也是一味药材，具有降血脂、强心、抗心律不齐等功效，具有进一步综合开发利用价值.

本研究通过向鲜牛奶中加入生紫薯浆、山楂浆、保加利亚乳酸菌、嗜热链球菌和双歧益生杆菌共同发酵，制成一款不仅营养丰富而且口味独特的紫薯山楂益生菌酸奶，该产品还丰富了益生菌酸奶种类，提高了益生菌酸奶的经济效益，也为紫薯和山楂等农产品资源的利用提供参考.

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

紫薯为四川乐山产的京薯6号，山楂、鲜牛奶和一级蔗糖均为市售；发酵菌(保加利亚乳酸菌:嗜热链球菌:双歧杆菌以1∶1∶1混合):由上海昊岳实业有限公司提供.

1.2 仪器与设备

HH-6数显恒温水浴锅:常州国华电器有限公司；DHP-9052电热恒温培养箱:上海齐欣科学仪器有限公司；JYL-C022多功能食品料理机:九阳股份有限公司；DHG-9240A型电热恒温鼓风干燥箱:上海精宏试验设备有限公司；TA-XT plus 11056 Stable Micro Systems Texture Analyser:北京微讯超技仪器有限公司；电子天平:余姚市纪铭称重试验设备有限公司.

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

1.3.2 工艺操作要点

1)生紫薯浆的制备

选取新鲜且完整的紫薯，洗净，去皮切成2 cm× 2 cm×2 cm大小的方块，加凉开水至紫薯质量的1.5倍，打浆备用[6].本试验准备阶段发现生紫薯浆制作的酸奶比熟紫薯浆制作的酸奶品质更好，因此试验中的制备的生紫薯浆均为生紫薯浆.

2)山楂浆的制备

选取无腐烂的新鲜成熟的山楂，洗净后去籽去蒂，对半切开，加适量水在锅内蒸煮20 min，然后取出再加入山楂质量2倍的凉开水，打浆备用.

3)接种前处理

将鲜牛奶、生紫薯浆、山楂浆和蔗糖按照一定比例进行混合，充分搅拌，85℃水浴杀菌30 min，然后自然冷却至40℃～45℃.

4)接种

按照一定比例加入发酵菌，搅拌均匀后，42℃～45℃恒温发酵.

5)4℃贮藏后熟

将发酵好的酸奶放入冰箱中在0～4℃冷藏12～ 24 h进行后熟.

1.3.3 试验方案设计

1)生紫薯浆添加量单因素试验

向150 mL鲜牛奶中加入8.0%山楂浆、7.0%蔗糖，研究生紫薯浆的添加量分别为2.0%，6.0%，10.0%，14.0%，18.0%对益生菌酸奶品质的影响.

2)山楂浆添加量单因素试验

向150 mL鲜牛奶中加入10.0%生紫薯浆、7.0%蔗糖，研究山楂浆的添加量分别为4.0%，8.0%，12.0%，16.0%，20.0%对益生菌酸奶品质的影响.

3)蔗糖添加量单因素试验

向150 mL鲜牛奶中加入10.0%生紫薯浆、8.0%山楂浆，研究蔗糖的添加量分别为6.0%，6.5%，7.0%，7.5%，8.0%对益生菌酸奶品质的影响.

4)正交试验设计

在以上3个单因素试验的基础上，以生紫薯浆、山楂浆和蔗糖的不同添加量，利用四因素三水平L9(34)的正交表安排正交试验和确定产品的最佳配方.正交试验中因素水平见表1.

表1 正交试验因素水平Table 1 Factor and levels for orthogonal experimental design

1.3.4 检测方法

1)pH值测定

pH值采用pHS-3C酸度计测定，每组均重复3次.

2)酸度测定

根据GB5413.34—2010要求，精确称量10 g酸奶放置于150 mL锥形瓶中，加入20 mL高纯水，溶解并搅拌均匀后加入2滴酚酞指示液摇匀，用0.1 mol/ LNaOH进行滴定，至溶液呈现微红色，且30 s内不变色，记录所消耗的NaOH用量(mL)，滴定酸度即为消耗的NaOH毫升数的10倍.每组均重复3次[7].

3)持水力的测定

用离心机测定酸奶的保持水分的能力.取10ml酸奶放入离心管.离心管质量用W1表示，放入酸奶后的质量为W2，然后以4000 r/min离心10 min，取出后静置10 min，吸去上清液，此时质量计为W3，每组均重复3次.

4)质构的测定

用TA-XT plus 11056质构仪对酸奶样品的硬度、粘稠度、粘度和粘度指数进行测定.选择质地剖面分析(Texture Profile Analysis，TPA)测试模式，参数如下:探头型号为P/0.5.测前速率2.0 mm/s；测中速率1.0 mm/s测后速率2.0 mm/s；两次下压间隔时间:0 s；数据攫取速度:200 Hz；最小触发力:0.3 N；每项测试重复3次.

5)感官评定

组织10位具有一定酸奶品评经验的专业人士对酸奶的色泽、风味、组织状态和口感等四方面进行评定，总分为100分，取平均分.评定标准见表2.

表2 产品感官评定标准Table 2 Sensory evaluation standard of yogurt quality

1.4 数据处理

试验数据运用SPSS 18.0和Microsoft Excel软件进行处理和分析，其中采用ANOVA进行方差分析并运用Duncan检验进行显著性分析，p＜0.05判定为影响显著.

2 结果与分析

2.1 生紫薯浆添加量对酸奶品质的影响

表3显示，空白对照组酸奶的各项指标均高于添加了生紫薯浆的益生菌酸奶，而且在生紫薯浆添加量为2.0%～14.0%时随着添加量的增加硬度、稠度和黏度均呈现下降趋势，但在生紫薯浆添加量为18.0%时又出现上升，而黏度指数却是随着生紫薯浆添加量的增加一直呈现降低.说明添加了生紫薯浆的酸奶组织状态与对照组相比弹性较小，稠度降低.这可能是由于添加了生紫薯浆的酸奶在发酵过程中奶中的酪蛋白分子结合不紧密，从而阻碍了蛋白质凝集，导致发酵后的酸奶粘结性较弱.与酪蛋白的这种相斥作用，随着生紫薯浆添加量的增加而加强，所以发酵菌发酵后的酸奶组织状态随生紫薯浆添加量的增大硬度变小，黏度减弱[8].

表3 生紫薯浆添加量对酸奶质构的影响Table 3 Purple potato content influence on yogurt texture characteristics

由图1可以看出，生紫薯浆添加组的持水力先呈明显增加(p＜0.05)，在生紫薯浆添加量为10.0%时持水力达到最高60%.之后又随着生紫薯浆添加量增加至18.0%时，持水力又呈显著下降趋势(p＜0.05).生紫薯浆各组之间，除了添加量为2.0%和 18.0%时差异不显著(p＞0.05)，其余组间均差异显著.酸奶的持水力与蛋白质含量和固形物浓度有关，而随着生紫薯浆添加量的增加，酸奶的总固形物质含量和蛋白质含量变化加大，所以酸奶持水力变化明显[9](p＜0.05).

图1 生紫薯浆添加量对酸奶持水力的影响Fig.1 Influence of purple potato content on water-holding capacity in yogurt

由图2可以看出，起始pH值基本相同，均在4.15左右，随着生紫薯浆添加量的增加，酸奶pH值在添加量为10.0%时达到了4.26左右，达到酸奶生产的最终pH值低于4.5的要求，在表4的感官评定结果中也可看到，当生紫薯浆添加量为10.0%时的感官评定也是最好的.图2中可以发现，除了生紫薯浆添加量为18.0%的测试点的pH值低于空白对照组外，其他每一个添加生紫薯浆的酸奶的pH值均高于空白对照组，并且都达到酸奶生产的pH值标准.且生紫薯浆组随其添加量的增加pH值先上升后下降，但趋势不明显(P＞0.05).由此可见，生紫薯浆减缓了本试验中的发酵菌发酵时的产酸速度，并且随着生紫薯浆添加量的增加这种减缓作用对酸奶pH值所产生的影响先随之增加后减弱.

图2 生紫薯浆添加量对酸奶pH的影响Fig.2 The influence of purple potato adding amount on yogurt pH

图3显示，酸奶酸度的变化趋势与pH值的变化趋势相一致，生紫薯浆组的滴定酸度在添加量为6.0%时，显著低于空白对照组(p＜0.05)，此时的滴定酸度为76°T当生紫薯浆添加量大于6.0%时，滴定酸度又开始上升，直至生紫薯浆添加量大于14.0%时滴定酸度上升趋势趋于平缓且显著高于空白对照组，空白对照组的1.080倍.但图中显示试验各组的酸度均超过了70°T，满足酸奶生产的酸度要求.由此可知生紫薯浆可以促进本试验中乳酸菌在糖类辅助下的有机酸转化，其促进作用与pH值的测定结果变化相吻合.

图3 生紫薯浆添加量对酸奶酸度的影响Fig.3 The influence of purple potato adding amount on yogurt acidity

表4 生紫薯浆添加量感官评定结果Table 4 Sensory evaluation results of purple potato contents

2.2 山楂浆添加量对酸奶品质的影响

表5是山楂浆添加量对酸奶质构产生影响的测试结果.经Duncan检验分析表明，鲜奶中添加适量的山楂浆对酸奶的质地如硬度、黏度能起到改善作用.当山楂浆添加量为4.0%～8.0%时，可以看到酸奶的硬度、稠度和黏度与空白对照组均有显著增加(p＜0.05)，但是随着山楂浆添加量继续的增加，各项指标又呈显著下降(p＜0.05)，这可能是由于山楂中的果胶能与鲜奶中的酪蛋白相互作用，且在酸性环境中结构不会被破坏，所以常被用作酸奶饮料或酸奶制品添加剂之一[10].发酵过程中鲜奶的pH不断降低使得蛋白微粒上的阳离子增加，当pH到达蛋白等电点4.6左右时，果胶所带的阴离子与蛋白微粒上的阳离子结合，使蛋白微粒被果胶包裹从而有效防止了蛋白微粒间的凝集、沉淀[11]；但当山楂浆添加过多时，可能导致酸奶在发酵前pH降低，对其后的乳酸菌发酵产生影响，以致最后的酸奶成品硬度和黏度比空白对照组均明显降低(p＜0.05).

表5 山楂浆添加量对酸奶质构的影响Table 5 Hawthorn pulp content influence on yogurt texture characteristics

图4显示，山楂浆添加组的持水力与空白对照组相比先呈明显增加(p＜0.05)，在山楂浆添加量为8.0%时持水力达到最高63.0%.之后又随着山楂浆添加量增加至20.0%时，持水力又呈显著下降趋势(p＜0.05).山楂浆各组之间，除了添加量为4.0%和8.0%时差异不显著(p＞0.05)，其余组间均差异显著.

图4 山楂浆添加量对持水力的影响Fig.4 The influence of hawthorn pulp adding amount on the water－holding capacity

由图5可以看出，当山楂浆的添加量为4.0%的滴定酸度与空白对照组的酸度差异不显著(p＞0.05)，之后随着山楂浆添加量的增大，酸奶的滴定酸度开始明显降低(p＜0.05)，在添加16.0%山楂浆时达到最低为70°T.之后山楂浆添加量增加到20.0%，但酸奶滴定酸度变化趋势趋于平缓且仍显著低于空白对照组(p＜0.05).

图5 山楂浆添加量对酸奶的酸度影响Fig.5 Hawthorn pulp content effect on yogurt acidity

由图6可以看出，当山楂浆添加量为4.0%～12.0%时酸奶的pH明显比空白对照组低(p＜0.05)，在山楂浆添加量为8.0%时达到最低pH4.03，随着山楂浆添加量从8.0%继续增加，酸奶pH值又开始显著上升(p＜0.05)，在山楂浆添加量为16.0%时达到了最高4.26左右.在表6的感官评定结果中也可看到，当山楂浆添加量为8.0%时的山楂味与紫薯味的口感也是最协调的.

图6 山楂浆添加量对酸奶的pH影响Fig.6 Effects of hawthorn pulp content on yogurt pH

表6 山楂浆添加量感官评定结果Table 6 Sensory evaluation results of hawthom pulp content

2.3 蔗糖添加量对酸奶品质的影响

表7是蔗糖添加量对酸奶质构影响的测试结果，经Duncan检验分析表明，随着试验组蔗糖添加量由6.0%增加至7.0%，酸奶的硬度与空白对照组相比先呈显著上升(p＜0.05)，分析可能是因为:一方面乳成分的总干物质含量随着蔗糖添加而增加；另一方面李皖光[12]认为乳酸菌所需利用的水分活度会受蔗糖影响，因为Shah[13]的研究结果显示随着糖添加量的增多酸奶的水分活度值降低，而水分活度是通过影响酶反应动力学和改变底物结构来影响酶的活性，进而影响乳酸菌生长，使得样品的硬度在一定范围内随加糖量的增加而增加.但是当蔗糖添加量大于7.0%的时候，酸奶的硬度开始显著降低(p＜0.05)，这是因为蔗糖添加量过大时会使乳酸菌处于高渗透压环境中从而抑制其生长繁殖，进而影响酸奶的凝固性[14].所以蔗糖的添加量非常重要，这样酸奶才能在不影响发酵菌的生长的前提下获得良好的风味和质地.而酸奶稠度的变化趋势与硬度相同，也是在蔗糖添加量在6.0%～7.0%时先显著增加(p＜0.05)，直至添加量为8.0%时稠度又显著降低(p＜0.05).

表7 蔗糖添加量对酸奶质构的影响Table 7 The influence of sucrose content on yogurt texture characteristics

图7中蔗糖添加量对酸奶持水力的影响与蔗糖添加量对酸奶质构的影响是一致的，在蔗糖添加量为7.0%时持水力达到最大，为61.68%.当蔗糖添加量为7.5%和8.0%时酸奶持水力又呈显著降低(p＜0.05).这可能是因为当蔗糖添加量小于7.0%时，乳酸菌间共生环境良好，呈“睦邻友好”状态，且随着蔗糖添加量的增加，样品的发酵效果越好；但当蔗糖添加量超7.0%时，发酵环境优越，乳酸菌大量繁殖，代谢产物不断积累，彼此形成竞争关系，从而破坏了已形成的良好架构，使得持水力下降.

图7 蔗糖添加量对酸奶持水力的影响Fig.7 Sucrose content effect on water-holding capacity in yogurt

由图8可知，空白对照组和蔗糖组的酸奶滴定酸度均高于70°T，符合国家相关生产要求[15].经Dun-can检验分析表明，当蔗糖添加量为6.0%～7.5%时，添加蔗糖组的酸奶滴定酸度变化范围小，且逐渐低于空白对照组，在蔗糖浓度7.5%时降到最低81° T，显著低于空白对照组.但当到添加8.0%蔗糖时，酸奶的滴定酸度又显著升高且于空白对照组酸奶(p＜0.05)，达到98°T.结果表明添加适量的蔗糖对乳酸菌的发酵起到一定的抑制作用，从而产生抑制酸奶酸度增加的效果，与何余堂[16]的研究结果相吻合，而且抑制酸奶酸度增加还可以达到延长酸奶的保质期的作用，因为延缓酸奶后熟，酸奶的风味也会得以提高，口感变得更加嫩滑，对改善酸奶品质有帮助.

图8 蔗糖添加量对酸奶酸度的影响Fig.8 The influence of sucrose content on yogurt acidity

图9是不同蔗糖添加量对酸奶pH产生影响的测试结果.从图中可以看出，添加蔗糖组的酸奶pH变化规律与酸奶酸度的变化规律相吻合.虽然蔗糖添加量在变化，但酸奶pH值变化范围很小，在添加量为6.5%时达到了最低4.00，与空白对照组差异显著(p＜0.05).到蔗糖添加量为7.5%时，pH有小幅度的上升，当蔗糖添加浓度为8.0%时又显著上升，达到4.38，在表8的感官评定结果中可以看到，当蔗糖添加量为8.0%时的口感过甜，酸味不明显，反而添加量为7.0%时的口感评分是相对最高的.

图9 蔗糖添加量对酸奶pH的影响Fig.9 The influence of sucrose content on yogurt pH

表8 蔗糖添加量感官评定结果Table 8 Sensory evaluation results of sucrose content

2.4 正交试验结果

紫薯山楂益生菌酸奶配方的正交试验感官评定结果与分析见表9，各因素影响效果趋势见图10.

表9 紫薯山楂酸奶配方正交试验感官评定结果Table 9 Sensory evaluation results of purple potato and hawthorn yogurt formula in orthogonal experiment %

图10 因素与水平趋势图Fig.10 Factor and level trend chart

以各因素水平为横坐标，试验指标的平均值(k1，2，3)为纵坐标，绘制因素与水平趋势图，由因素与水平趋势图可以更加直观的看出试验指标随着因素水平的变化而变化的趋势，可以为进一步试验指明方向，本试验的因素与水平趋势图见图10.根据正交试验结果计算和ANOVA分析和因素与水平趋势图，3个试验因素之间差异显著(p＜0.05)，说明正交试验中的3个因素对最终酸奶产品的感官影响明显；再对比k1、k2、k3值的大小可以断定A2、B2、C3是A、B、C因素的优水平.比较三因素的极差R值，可以看到R1＞R3＞R2，所以各因素对试验的影响主次为ACB，即配方中影响酸乳质量的因素次序为生紫薯浆添加量＞蔗糖添加量＞山楂浆添加量，试验得出的最佳配方为:A2B2C3，即生紫薯浆添加量10.0%、山楂浆浓度8.0%、蔗糖添加量7.0%.该工艺条件下的紫薯山楂酸奶色泽呈浅紫色，组织细腻，质地均匀，酸甜适口，具有紫薯和山楂特有的滋味、气味以及酸奶的浓郁乳酸味.

3 结论

采用单因素试验，通过测定各个样品的质构、持水力、酸度、pH和感官特性，确定了三个原料配方因素的适宜水平范围，并选择生紫薯浆添加量6.0%、10.0%、14.0%，山楂浆添加量4.0%、8.0%、12.0%，蔗糖添加量7.0%、7.5%、8.0%进行四因素三水平L9(34)的正交优化试验，确定了在42℃～45℃发酵温度下最优的配方为:生紫薯浆添加10.0%，山楂浆添加8.0%，蔗糖添加7.0%.该工艺条件下发酵的紫薯山楂益生菌酸奶风味协调，质地良好，口感爽滑，酸甜适中.

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(责任编辑:李建忠，付强，张阳，罗敏；英文编辑:周序林，郑玉才)

Effects of addition of purple sweet potato and hawthorn on the quality of probiotic yogurt

CHEN Chi，TANG Shan-hu，LI Si-ning，ZHONG Hong-mei
(School of Life Science and Technology，Southwest University for Nationalities，Chengdu 610041，P.R.C.)

Purple sweet potato and hawthorn are rich in compositions that benefit human health and improve the quality of yogurt.However，research using the purple sweet potato and hawthorn for the development of probiotic yogurt has not been reported.The objectives of this study were to take the fresh milk and purple potato hawthorn as raw materials to prepare probiotic yogurt and to evaluate the effects of the adding amount of purple potato-hawthorn syrup on texture，water holding capacity，acidity，pH and sensory characteristics of yogurt，and based on these，table L9(34)was used to carry out orthogonal experiment to optimize the yogurt processing formula.The results showed that adding 10.0%purple potato pulp，8.0%hawthorn pulp and 7.0% sucrose into fresh milk，fermenting 4h to 6h at 42℃to 45℃，yogurt had optimal acidity，hardness and consistency with maximal water holding capacity and the best sensory quality.

purple sweet potato；hawthorn；probiotics；yogurt

S879.1；TS252

A

2095-4271(2016)06-0610-11

10.11920/xnmdzk.2016.06.004

2016-09-14

唐善虎(1964－)，男，汉族，湖南人，教授，博士.研究方向:食品科学与工程.E-mail:627885021＠qq.com

国家科技支撑计划(2015BAD29B02)；四川省重大科技支撑计划(2014NZ0032)