含胶原蛋白水牛乳酸奶的工艺优化

（中国农业科学院广西水牛研究所，南宁530001）

含胶原蛋白水牛乳酸奶的工艺优化

杨攀，李玲，黄丽，唐艳，杨小梅，曾庆坤

（中国农业科学院广西水牛研究所，南宁530001）

在单因素实验的基础上，选取胶原蛋白添加量、蔗糖添加量、接种量为自变量，感官评分为响应值，利用Box-Behnken中心组合设计原理和响应面分析法，对胶原蛋白水牛乳酸奶制备工艺进行优化。结果表明，最佳工艺条件为胶原蛋白的添加量为2.0%，蔗糖添加量为8%，接种量为0.0067%，发酵温度42℃，感官评分可达到93分。

胶原蛋白；水牛乳；酸奶；工艺优化；响应面分析

0 引言

胶原蛋白占人体内蛋白质质量分数的30%～40%，起着支撑器官、保护肌体的功能[1-2]。胶原蛋白的保健功能主要有：1.美容延缓衰老的功能；2.补钙功能；3.降血脂功能；4.其他生理功能，如保持血管正常等[3-4]。水牛乳是一种具有南方特色的营养丰富的优良乳品种，其乳脂肪、乳蛋白等的质量浓度均高于荷斯坦牛乳[5]，利用水牛奶开发相应的乳制品具有很高的加工潜力与价值。水解后的胶原蛋白可广泛应用于鲜奶、酸奶、乳饮料、奶粉等乳制品中，如日本明治、森永等多企业的女性美容、补钙乳制品[6-7]。本研究探讨了含胶原蛋白水牛乳酸奶的制备工艺，开发一款新的发酵乳制品，提高其营养价值及保健功能，为消费者提供更多的优质产品及选择。

1 实验

1.1 材料

水牛奶，鱼胶原蛋白肽粉（相对分子质量平均为2 500 u），乳酸菌菌种冻干粉（25 g，500 U/2 500 L牛奶中），蔗糖。

1.2 仪器设备

乳脂分离机（9ND 100），恒温培养箱，冰箱（西门子），自动封口机。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

水牛奶→标准化→加入蔗糖、鱼胶原蛋白肽粉→杀菌→冷却→加入发酵剂→培养发酵（38～44℃）→4℃冷却后熟24 h→成品

1.3.2 感官评分

根据GB19302-2010标准的感官评定要求[8]，对实验室所得产品进行感官评分，评分标准如表1所示。

1.3.3 单因素实验设计

以感官评分为指标，以胶原蛋白添加量（1%，1.5%，2%，2.5%，3%）；蔗糖添加量（4%，5%，6%，7%，8%）；接种量（0.005%，0.006%，0.007%，0.008%，0.009%）；发酵温度（36，38，40，42，44℃）为条件进行单因素实验。

1.3.4 响应面法工艺优化设计

在单因素的基础上，选择鱼胶原蛋白肽粉的添加量、蔗糖添加量、接种量为自变量，根据Box-Behnken实验设计原理采用三因素三水平的响应面分析法，确定胶原蛋白水牛乳酸奶的最佳工艺参数。实验水平设计如表2所示。

表1 胶原蛋白水牛乳酸奶的感官评定标准

表2 实验因素水平 %

2 结果与分析

2.1 鱼胶原蛋白肽粉添加量的单因素实验

鱼胶原蛋白肽粉添加量对胶原蛋白水牛乳酸奶的感官评价如图1所示。

图1 鱼胶原蛋白肽粉添加量对水牛乳酸奶感官评分的影响

由图1可以看出，随着鱼胶原蛋白肽粉添加量的增加，感官评分逐渐降低，主要是因为鱼胶原蛋白肽粉是从鱼鳞与鱼皮中提取的，所以有一定的鱼腥味，随着添加量的增加，鱼腥味会逐渐加重，影响酸奶的滋味，感官评分也随之下降。据报道，成年人一般每天补充胶原蛋白的需要量在3～6 g[9]，按照每杯酸奶200 g的重量计算，胶原蛋白的添加比例确定为2%。

2.2 蔗糖添加量的单因素实验

蔗糖添加量对胶原蛋白水牛乳酸奶感官评价如图2所示。

由图2可以看出，随着蔗糖添加量的增加，水牛酸奶的感官评分先增加后减少，主要是因为，蔗糖添加量少或者蔗糖添加量多，都会影响酸奶的酸甜比例，添加量少，会使得酸奶吃起来只有酸味而没有甜味，添加量多会使得酸奶吃起来比较甜，从而掩盖了酸奶的酸味，因此蔗糖添加的最佳量为7%。

图2 蔗糖添加量对水牛乳酸奶感官评价的影响

2.3 接种量的单因素实验

接种量对胶原蛋白水牛乳酸奶感官评价如图3所示。

图3 接种量对水牛乳酸奶感官评价的影响

由图3可以看出，随着接种量的增加，水牛酸奶的感官评分先增加后减少，可能是因为接种量少的时候，由于菌种少，发酵缓慢，产酸少，发酵形成的特异性风味物质少，随着接种量的增加，使得酸奶发酵良好，产酸增加，形成较多的特异性风味物质，但是在接种量过高时，由于菌种量过大，繁殖过快过多，造成过酸化，使得酸奶滋味较差，质地下降。因此选择接种量为0.007%。

2.4 发酵温度的单因素实验

发酵温度对胶原蛋白水牛酸奶感官评价如图4所示。

图4 发酵温度对水牛乳酸奶感官评价的影响

由图4可以看出，随着发酵温度的升高，酸奶感官评分先增加后减少，可能是因为在较低温度下，不利于嗜热链球菌的生长，且不是发酵微生物的最适温度，因此产风味物质比较少。在温度在40～42℃时，发酵过程中乳酸菌之间良好的共生关系，保加利亚乳杆菌分解酪蛋白产生氨基酸和多肽，从而刺激嗜热链球菌的生长，然后酸奶的酸度会增加，并且嗜热链球菌产生的甲酸也会刺激保加利亚乳杆菌的生长，这两种菌共生的现象会产生良好的风味和质地。当发酵温度高于42℃时，产酸比较多，产品酸味突出，感官得分下降。因此，选择42℃为发酵温度。

2.5 响应面实验结果

胶原蛋白水牛酸奶的响应面实验结果见表3，运用软件对实验结果进行二次多元回归拟合，得到二次多项回归方程为

感官评分=92.40-1.00A+0.33B-0.58C+0.75AB-2.08AC-0.42BC-1.99A2-0.16B2-1.82C2

对胶原蛋白水牛乳酸奶感官评分的数学模型进行方差分析，结果如表4所示。

表3 响应面实验设计结果 %

表4 回归模型方差分析

由表4可以看出，回归模型达到显著水平（P< 0.0001），而失拟项的P值为0.3699，大于0.05，表示失拟项不显著，说明回归方程与实际情况吻合的较好，实际误差小，因此可用该回归方程代替实验真实点对实验结果进行预测。从表中可以看出，一次项中A的偏回归系数极显著（P<0.0001），B和C的偏回归系数显著（P<0.05），说明胶原蛋白添加量A、蔗糖添加量B、接种量C对感官评分均有显著影响，且在选取的因素水平范围内，蔗糖添加量、接种量、胶原蛋白添加量对感官评分的影响程度依次增大，交互项AC的偏回归系数极显著（P<0.0001），说明胶原蛋白添加量和接种量比例之间的交互作用对感官评分的影响极其显著，交互项AB和BC对响应值影响显著（P<0.05），二次项A2和B2的偏回归系数极显著（P<0.0001）。

根据所得的回归方程做出响应面图，预测胶原蛋白添加量、蔗糖添加量、接种量三个因素对感官评分的影响分别如图5、图6、图7所示。

图5 接种量与胶原蛋白添加量的交互作用对感官评分的影响

图6 蔗糖添加量与胶原蛋白添加量的交互作用对感官评分的影响

图7 接种量与蔗糖添加量的交互作用对感官评分的影响

由图5～图7可以看出，图中的等高线图接近椭圆形，胶原蛋白添加量、蔗糖添加量、接种量三因素之间的交互作用对感官评分均有显著性影响。在实验范围内得出的最佳工艺为：胶原蛋白添加量为2.06%，蔗糖添加量为8%，接种量为0.0067%，在此条件下，感官评分为92.73，考虑到实际操作的可行性，将工艺条件修订为胶原蛋白的添加量为2.0%，蔗糖添加量为8%，接种量为0.0067%。

3 结论

通过单因素实验和响应面实验得到胶原蛋白水牛乳酸奶的最佳工艺条件为：胶原蛋白的添加量为2.0%，蔗糖添加量为8%，接种量为0.0067%，发酵温度42℃。所得到的产品色泽均匀，酸甜爽口，风味独特，营养丰富，兼具营养与保健双重功效，有很好的市场前景。

[1]董翠霞、卢阳、陈厉俊，等.胶原蛋白及其在乳制品中的应用[J].中国奶业协会2008年会议文集.220-221.

[2]李小勇.胶原蛋白的最新研究及应用进展[J].食品科技，2006（7）：12-15.

[3]李国芝，武建新，苏东海，等.胶原蛋白的功能及其在乳制品中的应用[J].中国乳品工业，2011，39（11）:41-44.

[4]赵丽，苏伟，胡火根，等.胶原蛋白生物活性肽的研究进展[J].食品科学，2005，26（9）：578-581.

[5]林波，黎颖，李玲，等.不同品种水牛乳中矿物元素的测定与分析[J].中国乳品工业，2014,42（3）：15-21.

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[7]ISRAELOW ITZ M,R IZVISW K.Co mputationalmodeling of type Icollagen fibers todetermine the extra cellularmatrix structure of con⁃nective tissues[J].Protein Engineering Design&Selection,2005,18(7): 329-335.

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嘉必优参与项目获得国家科学技术进步二等奖

项目领军人中国农科院油料研究所黄凤洪研究员

2017年1月9日，一年一度的国家科学技术奖励大会在人民大会堂举行，大会揭晓了2016年国家最高科学技术奖以及自然、发明、进步、国际合作等奖项。食品领域六项科研成果喜获奖励，其中，由中国农业科学院油料作物研究所领衔、嘉必优生物技术（武汉）股份有限公司等企业参与的《油料功能脂质高效制备关键技术与产品创新》研究成果荣获国家科学技术进步二等奖。

该成果针对现代文明疾病快速增长趋势，以油料中富含的与人体健康关系十分密切的功能脂质为研究对象，解决了目前功能脂质产业发展中存在的脂质资源发掘利用率低、脂质功能素材单一、加工适应性差和功能脂质产品创制滞后等共性问题。在本项目中，嘉必优在功能脂质的制剂技术研究和工程化方面做出了重大贡献。其独特的微胶囊工艺，攻克了功能脂质易氧化、分散性差等技术难题。

据悉，嘉必优公司是中国微生物油脂领域的领先企业，在国内率先实现了通过微生物发酵的方式生产ARA（花生四烯酸）油脂和DHA（二十二碳六烯酸）藻油，这是一种新型的、环境友好和可持续的生产方式，并且生产过程洁净、全程可控，在食品安全方面具有很好的可靠性。嘉必优公司与相关高校、科研院所合作，建立了微生物油脂的菌种技术、发酵与后处理技术、检测技术、营养研究与应用技术等完整的理论体系和技术体系。

ARA油脂和DHA藻油目前已被广泛应用于婴幼儿配方食品及各类健康食品中。其中，DHA就是人们常说“脑黄金”，它不仅具有促进智力发育和改善记忆力的作用，还常被作为调节免疫力、调节血脂、血糖等保健食品的主要功效成分，被称为“裨益一生的脂肪酸”。

Op ti mization p rocess study o f co llagen bu ffalo yoghourt

YANG Pan,LILing,HUANG Li,TANG Yan,YANG Xiaomei,ZENG Qingkun
(Guangxi Buffalo Research Institu te,Chinese Acade my of Agricultural Sciences,N anning 530001,China)

On the basisof single factor experiment,selecting collagen content,sucrose content,inoculation amount as independent variables, sensory score as response value,Using the Box-Behnken central composite design principle and the response surface analysis,the collagen buffalo yoghourt preparation technology wasopti mized.The resultsshowed that the optimu mtechnological conditions for the collagen con⁃tentof2.0%,sugar contentwas8%,inoculation quantitywas0.0067%,fermentation temperaturewas42℃,and sensory scoreof93 points.

collagen;buffalo milk;yoghourt;processopti mization;response surfaceanalysis

TS252.54

A

1001-2230（2017）01-0050-04

2016-05-30

广西水牛研究所基本科研业务费（水牛基1504010），南宁市科技攻关（20141282）。

杨攀（1987-），女，硕士，研究方向为乳品加工技术。

曾庆坤