益生菌酸奶冰激凌物理化学特性及活菌变化研究

2017-11-14何蓉涵董建华杨浩楠张铁华

农产品加工 2017年19期

关键词：膨胀率明胶冰激凌

何蓉涵，邹月，董建华，杨浩楠，张铁华

（吉林大学食品科学与工程学院，吉林长春 130062）

益生菌酸奶冰激凌物理化学特性及活菌变化研究

何蓉涵，邹月，董建华，杨浩楠，*张铁华

（吉林大学食品科学与工程学院，吉林长春 130062）

以含有益生乳酸菌的酸奶为基料，研究不同明胶添加量和稀奶油添加量对冰激凌品质特性影响，分析不同含量明胶的益生菌酸奶冰激凌膨胀率、融化率、黏度、硬度、感官评价和益生菌存活数目等指标，筛选出较为合适的益生菌酸奶冰激凌配方。结果表明，当明胶添加量为0.5%时，益生菌酸奶冰激凌的膨胀率为26.7%，融化率为76.84%，黏度为175.62 mPa·s，硬度为1 032.67 g，在此条件下感官评价相对较高为91.52±1.38分。

益生菌；酸奶；冰激凌；物理化学特性

（Department of Food Science and Engineering， Jilin University， Changchun， Jilin 130062， China）

研究表明，益生菌是与人体健康密切相关的重要菌落，在保持消化系统生态平衡和增强人体免疫系统等方面有着重要作用。在一定条件下，益生菌可以作为膳食补充剂，也可以从食物来源中获取，所以人们期待有关的食品推出。目前，市面上益生菌生产的酸奶及乳制品极大地满足了人们对益生菌的需求[1]。

益生菌酸奶冰激凌是在牛奶中接种富含保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌、嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、干酪乳杆菌干酪亚种等复合发酵剂，发酵成酸奶后，在优化酸奶基础上，加入传统冰激凌生产工艺中所添加的脱脂奶粉、稀奶油、明胶等，再经过均质、老化、凝冻等工艺，制成含有活性益生菌的营养健康型冰激凌[2]。酸奶中含有活的益生菌，但从原料到成品均需在冷链条件下完成，而且活菌数保持稳定数量也需在一定时限内；而传统冰激凌的营养价值不够丰富、口味不尽人意。益生菌酸奶冰激凌则是二者完美结合，相得益彰。

益生菌酸奶冰激凌所具有的营养健康特性很早已进入研究人员视线，1999年瑞典Probii冰激凌制造商开发和生产了世界上第1个益生菌冰激凌[3]。2006年徐宏顺申请了专利“益生菌冰激凌的生产方法”，重点研发冰激凌的工艺流程[4]。2007年郑浩等人申请专利“含有益生菌的冰激凌或雪糕及其生产方法”，重点研究冰激凌的工艺生产条件[5]。目前，对于益生菌酸奶冰激凌优化配方的研究有很多。一部分研究表明，益生菌酸奶冰激凌的确有改善人体肠胃吸收的效果；也有一部分研究认为，益生菌酸奶冰激凌在保存期间益生菌容易失去活性。因此，益生菌酸奶冰激凌的配方、影响物理化学特性和活菌数变化的因素还有待进一步研究。

明胶属于一种亲水胶体，常常被用作食品添加剂。在传统冰激凌制作配方中常用作稳定剂，以提高冰激凌的膨胀率、黏度和硬度，降低融化率，保持冰激凌的固有形态。明胶还是一种保护胶体，人体摄入的动物、植物蛋白质在胃酸作用下容易引起凝聚作用，而明胶则可以抑制这种作用，保护肠胃健康。制作益生菌酸奶冰激凌过程中，搅打这一工艺不可缺少。明胶的添加能够起到保护效果，能够在避免冰激凌机扇叶的高速搅打致使益生菌菌种大量受损失活的同时，对益生菌酸奶冰激凌物理化学特性及其接受度造成一定影响。筛选出相对较为适合的明胶添加量，使得益生菌酸奶冰激凌的物理化学特性、感官评价及其所含益生菌菌种数目均能保持在一个相对满意的状态下，正是试验需要解决的问题。

稀奶油作为冰激凌中一种重要的呈味物质，对益生菌酸奶冰激凌的感官评价有着重要影响，其添加量还需进一步研究。

研究测定各种配比下益生菌酸奶冰激凌的膨胀率、融化率、黏度、硬度等物理化学特性，测定不同情况下益生菌的存活数目，筛选出可以制作出益生菌酸奶冰激凌的较优工艺方案[6-9]。

1 材料与方法

酸奶发酵剂（食品级），科尔森有限公司提供，主要含有保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌、嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、干酪乳杆菌干酪亚种5株菌；MRS培养基，Sigma-Aldrich试剂公司提供；牛奶，伊利有限公司提供；白砂糖（食品级），太古糖业有限公司提供；食用级明胶，苏州益景食品添加剂有限公司提供；稀奶油，雀巢公司提供；食用级果胶，郑州博研生物科技有限公司提供；食用级大豆卵磷脂，郑州仁康化工产品有限公司提供；食用级乳清蛋白，河南瑞嘉生物科技有限公司提供；食用级脱脂奶粉，美国唐瑞思食品物料公司提供。

超净工作台，苏州净化设备有限公司产品；MLS-3750型高压蒸汽灭菌锅，三洋电机株式会社产品；SPX-250B-Z型恒温培养箱，上海博迅实业有限公司医疗设备厂产品；冰激凌机，班尼兔有限公司产品；KDN-1型凯氏定氮仪，上海雷磁公司产品；CT-3型质构分析仪、DV-Ⅲ型黏度分析仪，美国Brookfield公司产品；IKAC-MAG HS7型磁力搅拌器，德国艾卡公司产品；电热恒温鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司产品；电子分析天平，梅特勒-托利多仪器有限公司产品；高压均质机，天津市特斯达食品机械有限公司产品。

1.3.1 益生菌酸奶冰激凌的制作

（1）益生菌酸奶的基料制备。将牛奶倒入已彻底消毒的容器中，在灭过菌的超净工作台内接种菌种，混合均匀后密封，在恒温42 ℃条件下发酵7 h后，于2～4 ℃冷藏室中冷藏。

（2）益生菌酸奶冰激凌的制作。冰激凌基料的配方经过查阅资料及试验研究确认，酸奶70%，白砂糖10%，果胶0.2%，乳清蛋白0.4%，脱脂奶粉6%，大豆卵磷脂0.2%，明胶0.5%，稀奶油7.5%，水5.2%。

将白砂糖与果胶混合均匀，溶于少量温水中，加热至80 ℃并不停搅拌，待果胶完全融化后冷却备用。

将明胶、大豆卵磷脂、乳清蛋白、脱脂奶粉混合均匀，溶于少量水中，加热至60 ℃后保温15 min杀菌，冷却后备用。

将上述混料与酸奶基料混合，并加入一定量的稀奶油混合均匀之后，于15 MPa下均质2次，温度55 ℃左右。

冷却均质后的原料，放入2～4 ℃的冷藏室内老化 2～4 h。

将老化好的益生菌酸奶冰激凌放入冰激凌机中凝冻1 h[10]。

从冰激凌机出料口挤出益生菌酸奶冰激凌成品，密封后贴签贮藏，作为样品检测备用[11-15]。

1.3.2 益生菌酸奶冰激凌的平行试验

试验分为3组进行，每组明胶添加量分别为0，0.1%，0.3%，0.5%，0.7%，0.9%。试验结果取平均值后，进行6组试验得出图像与结论，研究不同明胶添加量对益生菌酸奶冰激凌成品的物理化学特性，以及对益生菌酸奶冰激凌中活菌数产生的影响。

试验以稀奶油添加量6.5%，7.0%，7.5%，8.0%为1组，进行7组试验得出图像与结论，研究不同稀奶油添加量对益生菌酸奶冰激凌成品的感官评价，以及对益生菌酸奶冰激凌中活菌数产生的相应影响。

1.3.3 冰激凌膨胀率的测定

从冰激凌基料、凝冻后的冰激凌浆料中，分别取相同体积，分别测量其质量[14]，并按如下公式计算膨胀率：

1.3.4 冰激凌融化率的测定

冰激凌成品经硬化后置于35 ℃培养箱里的金属网上，取一表面皿放于金属网下，放置45 min后，测融化物质量[14]。融化率按如下公式计算：

1.3.5 冰激凌黏度的测定

将冰激凌浆料在4 ℃冰箱中老化12 h后取出，使用黏度分析仪测定其样品黏度。用玻璃棒左右各匀速搅拌10圈样品，用3号转子，以转速10 r/min测定1 min，每10 s 取值1次，取平均值计算黏度。

1.3.6 冰激凌硬度的测定

将冰激凌浆料在4 ℃冰箱中贮藏24 h后取出，待其达到20 ℃后使用质构仪测定样品质构指标。选用TA4/1000型探头进行 TPA 质构分析，测试距离15 mm，触发点负荷4.5 g，下压速度1 mm/s。

1.3.7 冰激凌中益生菌个数的测定

（1）制备培养基。用葡萄糖20.0 g，蛋白胨10.0 g，牛肉膏10.0 g，酵母膏5.0 g，乙酸钠5.0 g，磷酸氢二钾2.0 g，柠檬酸氢二铵2.0 g，吐温80 1.0 mL，硫酸镁0.58 g，硫酸锰0.25 g，琼脂18.0 g，蒸馏水1 000 mL等12种试剂制备MRS培养基，并将pH值调至6.2～6.6。搅拌后加热，使琼脂完全融化，煮沸2 min左右，在高压蒸汽灭菌锅中进行固体培养基灭菌[16]。

（2）倒平板。将已灭菌的培养基、培养皿置于超净工作台内，用酒精灯灼烧灭菌消毒后，倒平板15～ 30 mL。冷却后，将倒好的培养皿倒置在超净工作台内保存备用。

将制作好的益生菌酸奶冰激凌常温融化后用0.9%生理盐水稀释到合适浓度，并搅拌均匀。在凝固好的平板上涂布，42 ℃恒温条件下培养36～48 h以后，计数。

1.3.8 感官评价标准

由20人组成的感官评定小组，按下列感官评分表对各类项目打分，各项的总和，即为每组益生菌酸奶冰激凌总分。

冰激凌感官评分见表1。

表1 冰激凌感官评分

1.3.9 益生菌酸奶冰激凌中营养成分的分析

根据实验室仪器，测定益生菌酸奶冰激凌中各个营养成分的含量，并通过GB 28050—2011计算出各营养成分的营养素参考值（%）进行对比分析，得出最有价值的营养成分含量及其配方工艺，并绘制营养成分表。

1.3.10 试验数据统计学分析

计量图像，用Origin软件制作；计量资料采用χ2检验；计数资料以 x±s表示，采用t′检验；p＜0.05为显著性差异，具有统计学意义。

2 结果与分析

2.1.1 明胶添加量对益生菌酸奶冰激凌膨胀率的影响

明胶添加量对益生菌酸奶冰激凌膨胀率的影响见图1。

图1 明胶添加量对益生菌酸奶冰激凌膨胀率的影响

由图1可知，当明胶添加量比较小时，冰激凌的黏度较小，冰晶较多；明胶添加量为0.3%，0.5%时的差异较为显著（p＜0.05），在明胶添加量为0.5%时，膨胀率达到峰值，为26.7%±0.12%；膨胀率在添加量为0.5%后以缓慢速度下降，与明胶添加量为0.7%时无显著性差异（p＜0.05）。所以明胶添加量为0.5%时，益生菌酸奶冰激凌的膨胀率达到较为合适值。

2.1.2 明胶添加量对益生菌酸奶冰激凌融化率的影响

明胶添加量对益生菌酸奶冰激凌融化率的影响见图2。

图2 明胶添加量对益生菌酸奶冰激凌融化率的影响

通常用融化率表示抗融性，融化率越高，抗融性越差[14]。由图2可知，明胶添加量为0.1%～0.9%，冰激凌融化率呈下降趋势。抗融性逐渐变好时，冰激凌越来越难以融化；抗融性差的冰激凌在一定时间内难以保持其固有形态。如何选定明胶添加量以达到适宜的益生菌酸奶冰激凌融化率，通过以上结论，结合其他试验结果综合考虑。

2.1.3 明胶添加量对益生菌酸奶冰激凌黏度的影响

明胶添加量对益生菌酸奶冰激凌黏度的影响见图3。

图3 明胶添加量对益生菌酸奶冰激凌黏度的影响

由图3可知，随着明胶添加量增多，益生菌酸奶冰激凌的黏度曲线呈上升趋势。当明胶添加量过多时，使冰激凌黏度增大，冰激凌成品呈过黏的面团状组织，冰激凌失去了其特有的柔绵、细腻、润滑口感。当明胶添加量分别为0.1%和0.3%时，其黏度分别仅有78.99 mPa·s和109.55 mPa·s，无法让益生菌酸奶冰激凌成品在一定时间内保持冰激凌固有的形态；当明胶添加量为0.5%时，冰激凌基料在搅拌加热到55 ℃操作中，可用磁力搅拌器正常进行均匀搅拌，且益生菌酸奶冰激凌成品呈冰激凌固有形态；当明胶添加量为0.7%时，其黏度为235 mPa·s，操作过程中已经明显呈现较黏稠状态，磁力搅拌的同时需人工搅拌；当明胶添加量为0.9%时，其黏度为273.51 mPa·s，由于黏度较大，操作过程必须不停手动搅拌使之受热均匀。且根据显著性差异计算出各个数据间显著性，p＞0.05，无显著性差异。

2.1.4 明胶添加量对益生菌酸奶冰激凌硬度的影响

明胶添加量对益生菌酸奶冰激凌硬度的影响见表2。

表2 明胶添加量对益生菌酸奶冰激凌硬度的影响

由表2可知，益生菌酸奶冰激凌的硬度整体上随着明胶添加量的增加而增加。明胶添加量从0.1%增加到0.9%时，益生菌酸奶冰激凌浆料硬度从629 g增加至1 769 g。研究表明，冰激凌硬度的变化和增加与其含有的可溶性固形物含量所引起冰点的变化有关，冰激凌硬度过大会造成产品膨胀率和感官评分的不良影响[15]。所以在此试验中，当明胶添加量为0.5%时，益生菌酸奶冰激凌硬度（1 032 g）较为适宜。

明胶添加量对益生菌酸奶冰激凌中有益菌种的存活数目影响见表3。

表3 明胶添加量对益生菌酸奶冰激凌中有益菌种的存活数目影响

国家标准规定：酸奶每克至少含有107CFU有益菌种，才可以保证益生菌在人体肠道内的活性。

由表3可知，当明胶添加量为0时，益生菌酸奶冰激凌的活菌数仅为（0.055 4±0.032a）×107CFU/g，远远小于国家标准值。

明胶添加量以0.1%，0.3%，0.5%，0.7%，0.9%递增时，益生菌酸奶冰激凌的活菌数5组之间没有显著性差异，且其均高于国家规定酸奶中益生菌含量标准值，即107CFU/g。由此可以说明，在益生菌酸奶冰激凌中，添加明胶对其中的有益菌种有保护作用；当明胶添加量不同时，对益生菌酸奶冰激凌中活菌数无显著性差异。

感官评分见表4。

由表4可知，当明胶添加量为0.5%时，感官评分最高，达到91.52分，分值明显高于其他组。其中，形态评分为23.53分，组织评分为21.93分。这种结果的体现可能是由于在感官评定的过程中，明胶添加量为0.5%组的各项理化指标，如膨胀率和抗融化性都很好，与其他组分相比处于一个较理想的状态，所以分值相对较高；这也与之前明胶添加量对膨胀率和融化率影响的研究结果相吻合。气味和滋味的评分较其他组别相对较高，分别为22.41分和22.86分。经过对调查结果的收集，意见主要集中在2个方面：一方面是较少量的明胶添加使益生菌酸奶冰激凌的黏度不够，其黏度、膨胀率都逊于明胶添加量为0.5%时的黏度和膨胀率；另一方面是较多量的明胶添加使益生菌酸奶冰激凌的黏度过大，不仅容易结块，而且添加之后的甜度过高，影响冰激凌中酸奶的醇厚味道，使感官评价得分较低。

表4 感官评分/分

稀奶油是一种重要的呈味剂，益生菌酸奶冰激凌中加入稀奶油会增加其甜度和奶香。

感官评分见表5。

由表5可知，当稀奶油添加量为7.5%时，益生菌酸奶冰激凌的形态、气味和组织3项感官评分均为第1位，滋味感官评分为第2位，以上感官评价指标综合评定，总得分最高为91.45分。

表5 感官评分/分

图4 冰激凌贮藏时间对益生菌存活数的影响

由图4可知，益生菌酸奶冰激凌贮藏时间少于10 d，有益菌种的活菌数虽有下降，但变化不大；贮藏10～20 d中，其活菌数开始急剧减少；20 d之后，活菌数虽有减少，幅度不大，且趋于平稳。

有研究表明，益生菌在-18 ℃保藏时存活数减少，其中部分有益菌完全失活，还有部分有益菌休眠。当温度上升至室温时，休眠的部分有益菌恢复活性。

经反复试验筛选益生菌酸奶冰激凌相对较优配方，即酸奶70%，白砂糖10%，果胶0.2%，乳清蛋白0.4%，脱脂奶粉6%，大豆卵磷脂0.2%，明胶0.5%，稀奶油7.5%，水5.2%。

营养成分见表6。

表6 营养成分

其可溶性固形物含量为33.68%，据冰激凌行业标准（SB/T 10013—1999）的要求，冰激凌及其有关产品的总固形物含量应超过30%，清型植脂冰激凌的脂肪含量应超过6%，清型植脂冰激凌的蛋白质含量应超过2.2%。益生菌酸奶冰激凌的各项指标都符合国家标准要求。

3 结论

通过6组试验表明，明胶对益生菌酸奶冰激凌中的有益菌种有一定保护作用；选定当明胶添加量为0.5%时，益生菌酸奶冰激凌的膨胀率、融化率、黏度和硬度等物理化学特性均达到适宜值，且此时的感官评价相对较高。

稀奶油添加量为7.5%时，益生菌酸奶冰激凌感官评价相对较高。

益生菌酸奶冰激凌含有传统冰激凌没有的活性益生菌，同时也比普通酸奶货架期长。

综合上述结论，益生菌酸奶冰激凌的物理化学特性、感官评价及其所含益生菌菌种数目，均能保持在一个相对较为满意状态下的较优配方为酸奶70%，白砂糖10%，果胶0.2%，乳清蛋白0.4%，脱脂奶粉6%，大豆卵磷脂0.2%，明胶0.5%，稀奶油7.5%，水5.2%。

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10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.10.003

1671-9646（2017） 10a-0011-05