不同稳定剂对凝固型牦牛酸奶在冷藏后熟过程中品质及风味的影响

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(西南民族大学生命科学与技术学院,四川成都 610041)

牦牛乳含有人体所需的8种必需氨基酸以及丰富的维生素、矿物质等,营养价值极高,是天然的绿色食品[1-2]。我国青藏高原地区有大量优质的牦牛乳,除了少量鲜乳被直接饮用外,其余大部分用于制作成奶粉、酥油茶、奶油及传统发酵牦牛酸奶等[3-4]。牦牛乳经乳酸菌发酵成的牦牛酸奶,比普通酸奶具有更高的营养价值[5]。随着区域发展,牦牛酸奶逐渐走出牧区,被牧区以外的人们接受,但传统方法制作的牦牛酸奶稳定性差,易发生乳清分离、蛋白质沉淀等不良现象。而在酸奶生产过程中,添加适当的稳定剂或增稠剂如变性淀粉、明胶、果胶、刺槐豆胶、黄原胶、海藻酸钠、羧甲基纤维素及其钠盐以及多种产品组合的复合稳定剂,可以改善酸奶的口感和质构,提高酸奶的粘稠度,从而延长酸奶保质期[6]。

目前,关于稳定剂对酸奶的感官、理化特性及质构特性影响方面的研究很多。赵晓丽等[7]研究了发酵前添加稳定剂对酸奶发酵效果的影响,发现在适宜添加量的情况下,明胶、琼脂、果胶、卡拉胶对发酵剂的产酸规律影响较弱,但均能很好的改善酸奶的感官品质。余飞[8]研究了凝固型酸奶的发酵制作工艺,稳定剂添加量显著影响酸奶的口感,其最适添加量为0.483%。方江平[9]研究了白青杠牦牛酸奶的制作工艺,发现在确定最优发酵工艺条件的基础上,添加0.10%黄原胶、0.15%羧甲基纤维素钠(CMC-Na)及0.2%海藻酸钠能够使产品更稳定。关于黄原胶、果胶及CMC-Na影响牦牛酸奶品质及风味的研究未见报道。本文旨在添加三种不同的稳定剂黄原胶、果胶和CMC-Na于凝固型牦牛酸奶中,研究不同稳定剂对牦牛酸奶感官品质、理化性质、质构及挥发性风味物质的影响,筛选最佳的稳定剂,为研究凝固型牦牛酸奶提供更多的数据参考。

1　材料与方法

1.1　材料与仪器

牦牛奶粉蛋白质含量29.5%,红原牦牛乳业有限责任公司;白砂糖太古糖业;黄原胶、羧甲基纤维素钠(CMC-Na)食品级,柘城县耕道贸易有限公司;果胶食品级,豫之美商贸有限公司;冻干菌粉(保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌)北京川秀科技有限公司;氢氧化钠、氯化钠均为分析纯,成都市科龙化工试剂厂。

NS1001L型高压均质机意大利NiroSoavi公司;5804离心机德国Eppendorf公司;HH-6数显恒温水浴锅常州国华电器有限公司;MP511 Lab pH计上海三信仪表厂;TA-XT Plus质构仪英国Stable Micro Systems公司;Trace DSQ型气相色谱联用仪(配Triplus自动进样器)美国Thermo公司;手动固相微萃取(SPME)进样器美国Supelco公司。

1.2　实验方法

1.2.1凝固型牦牛酸奶生产工艺流程和操作要点牦牛酸奶生产工艺流程为:

操作要点:按15 g/100 mL配制200 mL的牦牛复原乳,加入6.5%蔗糖,搅拌均匀。再分别添加三种稳定剂并搅拌均匀,调配好的样品在30 MPa/65 ℃的条件下均质后,在90 ℃温度下灭菌15 min,冷却至40～45 ℃。按1 g/L接种保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌发酵剂冻干菌粉,充分搅拌均匀后,分装,放入42 ℃恒温箱中发酵8 h至奶液凝固,4 ℃冰箱中冷藏后熟。

1.2.2实验设计

1.2.2.1单因素实验分别选取黄原胶添加量0%、0.02%、0.05%、0.08%,果胶添加量0%、0.06%、0.09%、0.12%,CMC-Na添加量0%、0.03%、0.06%、0.09%,按1.2.1工艺制成酸奶后,测定酸奶样品的感官、酸度、持水力、硬度及粘聚性,分析不同稳定剂对牦牛酸奶感官、理化性质以及质构特性的影响。

1.2.2.2稳定剂复配正交实验在单因素实验基础上,采用L9(34)正交实验,筛选出一组最佳的复配方案。复配稳定剂因子水平设置见表1。

表1　稳定剂正交实验因子水平Table 1　Factors and levels of orthogonal test

1.2.2.3酸奶挥发性风味物质分析以未添加任何稳定剂的酸奶为空白对照,采用固相微萃取法(HS-SPME)结合气相色谱质谱联用技术(GC-MS)对冷藏后熟1、2、7 d的添加不同最优水平的单一稳定剂和最佳组合的复合稳定剂的牦牛酸奶中挥发性风味物质进行鉴定。

1.2.3指标测定

1.2.3.1感官指标的测定将制备好的牦牛酸奶随机分组编号,组织10位食品专业的同学为参评人员,进行技术培训,熟练掌握评价要求。将评价的牦牛酸奶的口感、风味、组织状态、总体可接受度等逐项计分,加和后取平均值。牦牛酸奶感官评分标准见表2。

表2　感官评分标准Table 2　Standard of sensory scores

1.2.3.2酸度测定采用滴定法测定发酵乳的酸度[10]。发酵乳经后熟后,取发酵乳样品5.0 g,加入5 mL蒸馏水,混合均匀,加入2滴0.5%的酚酞指示剂,用0.1 mol/L NaOH滴定至淡粉色,1 min内不褪色,同时以空白作为对照,根据所消耗NaOH标准溶液的量计算出滴定酸度(°T)。

1.2.3.3持水力的测定参考Guzmán-González M[11]的方法测定。取酸奶10 g左右，于离心管中称重,质量为m1,室温下5000 r/min离心30 min,弃上清液,离心管倒置10 min后立即称重,质量为m2,计算持水力(Water holding capacity,WHC)。持水力计算公式为:WHC(%)=(m1-m2)/m1×l00。

1.2.3.4酸奶质构分析参考李春红[12]的方法测定酸奶的硬度和粘聚性。测定参数:测前速:1.0 mm/s;测试速:1.0 mm/s;测后速:10 mm/s;下压距离:15 mm;负载类型:Auto-10 g;探头:A/BE-d35探头;数据获得率:200 pps。

1.2.3.5挥发性风味物质分析牦牛酸奶样品5 mL装入顶空进样瓶内,加入2 g氯化钠,加盖密封,样品预孵化10 min后用萃取头吸附30 min,260 ℃解析附3 min,进行GC-MS分析。

检测条件:参考郭文奎[13]的方法,稍作修改。色谱条件:采用HP-5MS色谱柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);载气为He 气,流速为1.0 mL/min,采用不分流模式;进样口温度为260 ℃;升温程序:起始温度40 ℃保持4 min,以5 ℃/min升到140 ℃,并持续10 min,再以5 ℃/min升到210 ℃,并保持12 min,最后以10 ℃/min升到240 ℃,解析时间2 min。质谱条件:EI电离源,70 eV;离子源温度为250 ℃,质量扫描范围为35～400 amu;发射电流100 μA,检测电压1.4 kV。

定性方法:利用Xcalibur软件系统自带NIST 08标准库对MS结果进行自动检索,要求正反向匹配因子大于800,结合文献描述对结果进行定性。

1.3　数据处理

除挥发性风味物质外,其余实验数据均通过SPSS 18.0 进行ANOVA分析。p<0.05为差异显著。

2　结果与分析

2.1　不同稳定剂对牦牛酸奶感官、理化性质的影响

2.1.1不同添加量黄原胶对酸奶感官及理化性质的影响由表3可知,黄原胶添加量对酸奶感官品质有显著影响(p<0.05),添加0.02%和0.05%黄原胶的酸奶凝乳效果较好、无乳清析出、口感软滑细腻,但随着黄原胶添加量的增加,酸奶的凝乳效果变差;添加黄原胶对酸奶的酸度影响显著(p<0.05),随黄原胶添加量的增加,酸度先上升后下降;添加黄原胶对酸奶持水性的影响显著(p<0.05),黄原胶添加量为0.05%时持水性最高。综上所述,当黄原胶添加量为0.02%和0.05%时,酸奶的感官及理化特性较好。

表3　不同添加量黄原胶对酸奶感官以及理化性质的影响Table 3　Effect of different addition xanthan gum on sensory quality,physical and chemical properties of yak yogurt

注：同列数据不同小写字母表示差异显著(p<0.05);表4、表5同。

2.1.2不同添加量果胶对酸奶感官及理化性质的影响果胶在酸性条件下具有高度的稳定性[14]。添加果胶对酸奶的感官影响显著(p<0.05),果胶添加量为0.06%和0.09%的酸奶组织状态好,无乳清析出、口感细腻,当添加量增加到0.12%,酸奶表面有较多乳清析出,口感粗糙。添加果胶提高了酸奶的酸度(p<0.05),且明显改善了酸奶的持水性(p<0.05)。在酸奶形成过程中,不断产生的乳酸使pH降低,酪蛋白微粒上的正电荷增多,当pH降到4.6左右时,果胶带的负电荷与酪蛋白的正电荷结合,从而包裹住酪蛋白微粒,防止沉淀,因此以酪蛋白为中心的凝胶颗粒就可以容纳更多的水分,表现为持水性的增加[15-16]。然而当果胶添加量为0.09%时,酸乳的持水力低于0.06%和0.12%组,这可能是由于果胶没有溶解彻底或者混合不均匀所致。综合考虑,确定果胶添加量为0.06%时,酸奶的感官及理化特性较好。

表4　不同添加量果胶对酸奶感官以及理化性质的影响Table 4　Effect of different addition pectin on sensory quality,physical and chemical properties of yak yogurt

2.1.3不同添加量CMC-Na对酸奶感官及理化性质的影响由表5可以看出,CMC-Na对酸奶感官有显著影响(p<0.05),主要影响凝乳效果,CMC-Na添加量过多时,乳清析出较多,影响酸奶爽滑的口感。当CMC-Na添加量为0.09%时,酸奶的感官和酸度显著低于其他组(p<0.05);CMC-Na的添加可显著提高酸奶的持水性(p<0.05),其中CMC-Na添加量为0.03%时持水性最高。当CMC-Na添加量为0.03%,酸奶的感官及理化特性较好。

表5　不同添加量CMC-Na对酸奶感官以及理化性质的影响Table 5　Effect of different addition CMC-Na on sensory quality,physical and chemical properties of yak yogurt

由表3～表5得出,在牦牛酸奶中添加适量的黄原胶、果胶、CMC-Na能使酸奶感官及理化特性更好,但添加量过多,会影响酸奶的凝乳能力及组织状态,可能是因为稳定剂的过量加入破坏了酪蛋白-磷酸钙的胶体结构,阻断了蛋白质之间的相互作用[15]。

2.2　不同稳定剂对牦牛酸奶质构特性的影响

质构是影响酸奶感官品质的重要因素。从图1～图3可知,不同稳定剂对牦牛酸奶硬度及粘聚性的影响不同,添加稳定剂均在一定程度上提高了酸奶的硬度(除黄原胶添加量为0.05%组),但稳定剂添加量过大时会降低酸奶的粘聚性。当黄原胶添加量为0.02%、果胶添加量为0.06%、CMC-Na添加量为0.03%时,制备的牦牛酸奶的质构特性较好。

图1　黄原胶对牦牛酸奶硬度和粘聚性的影响Fig.1　Effects of xanthan gum on hardness and cohesiveness of yak yogurt

图2　果胶对牦牛酸奶硬度和粘聚性的影响Fig.2　Effects of pectin on hardness and cohesiveness of yak yogurt

图3　CMC-Na对牦牛酸奶硬度和粘聚性的影响Fig.3　Effects of CMC-Na on hardness and cohesiveness of yak yogurt

综合感官、理化及质构指标,确定黄原胶添加量0.02%、果胶添加量0.06%、CMC-Na添加量0.03%作为正交实验的最优水平。由于单因素实验时,水平间的间隔相对较大,因此在正交实验时,设置的正交实验的各因素的水平在最优水平左右波动。

2.3　复配稳定剂正交实验

根据单因素实验结果,选用果胶、黄原胶及CMC-Na三种稳定剂复配进行正交实验,复配稳定剂正交实验结果见表6。

表6　正交实验结果Table 6　Orthogonal test results

由表6中极差分析可知,稳定剂对持水性影响的主次顺序:果胶>黄原胶>CMC-Na,对酸奶感官评分影响的主次顺序:果胶>黄原胶>CMC-Na。由表7方差分析可知,果胶对牦牛酸奶持水性有显著影响(p<0.05),黄原胶和CMC-Na影响不显著(p>0.05);果胶、黄原胶及CMC-Na对感官均无显著性影响(p>0.05),确定正交实验的最优组合是A1B2C2。由极差分析确定出一组最佳的稳定剂复配方案:A1B1C3,即果胶添加量0.04%、黄原胶添加量0.01%、CMC-Na添加量0.05%。对A1B1C3做验证实验,得到感官评分为41.0,WHC为70.11%,低于正交实验最优组合,即最佳稳定剂复配组合为:果胶添加量0.04%、黄原胶添加量0.02%、CMC-Na添加量0.03%。

2.4　添加不同稳定剂的牦牛酸奶后熟期间挥发性风味物质的变化

后熟1、2、7 d后酸奶中各挥发性风味成分的定性和定量结果见表8～表10。

表7　方差分析结果Table 7　The results of variance

表8　添加不同稳定剂牦牛酸奶冷藏后熟1 d时挥发性风味成分Table 8　Volatile flavor compounds of yak yogurt on the first day of post fermentation

续表

注：-表示未检出;表9、表10同。

表9　添加不同稳定剂牦牛酸奶后熟2 d时挥发性风味成分变化Table 9　Volatile flavor compounds of yak yogurt on the second day of post fermentation

续表

表10　添加不同稳定剂牦牛酸奶后熟7 d时挥发性风味成分变化Table 10　Volatile flavor compounds of yak yogurt on the seventh day of post fermentation

续表

从表8～表10可以看出,酸奶后熟1 d后,空白组中检出挥发性风味物质27种,黄原胶组检出27种,果胶组检出22种,CMC-Na组检出26种,复合稳定剂组检出33种;后熟2 d后,空白组中检出28种,黄原胶组检出19种,果胶组检出21种,CMC-Na组检出23种,复合稳定剂组检出24种;后熟7 d后,挥发性风味物质检出量又发生了变化,空白组、黄原胶组、果胶组、CMC-Na组及复合稳定剂组检出风味物质分别为26、22、16、19、23种。随冷藏后熟时间的延长,空白组中检出的挥发性风味物质数量变化不大,而添加了稳定剂的酸奶样品中检出的化合物数量变化较大。在冷藏后熟2 d时,果胶组风味的稳定效果最好,其次为CMC-Na,复合稳定剂组效果最差;至冷藏后熟7 d时,与第2 d检出的风味物质相比，复合稳定剂组风味的稳定效果最好。

从各组酸奶样品中检测出的风味物质成分主要有醇类、酮类、醛类、烷烃类、酸类、酯类以及其他类化合物(主要是芳香族化合物)。其中,醇类化合物是含量最高的物质,其次为酮类、其他类,再次为醛类。随冷藏后熟时间的延长,醇类化合物含量先增加后减小,但相对变化幅度不大。醇类物质的风味阈值高,且风味较为柔和,对酸奶的风味贡献度目前暂无定论,但丰富的醇类物质使牦牛酸奶呈现特有的醇香味[17]。检出的酮类化合物随时间延长一直增加,其中,2,3-丁二酮和2,3-戊二酮含量最高。有研究表明,这两种酮作为酸奶的特征性风味物质,含量高于其他酮类物质,对酸奶风味贡献较大[18]。酮类化合物是由多不饱和脂肪酸的氧化、热降解、氨基酸降解或微生物代谢所产生[19]。所有酸奶样品中检出的醛类化合物一直减少。醛类物质风味阈值低,是各种氧化风味的来源,对酸奶风味贡献较大[8]。空白组酸奶中的其他类化合物在第7 d突增,其余组中检出的其他类挥发性物质基本无变化,而空白组增加的挥发性风味物质是4-仲丁基-2,6-二叔丁基苯酚。酸奶样品中也不同程度的检出了酸类和酯类物质,酸类物质的风味作用主要体现在滋味上,气味表现不明显,酸类物质会赋予酸奶在滋味上的爽口感以及在气味上的清爽香气[20]。酯类化合物的主要来源是原料乳中的脂肪类物质,一般通过脂肪酸水解以及微生物的代谢生成[20],酯类的风味阈值较低,对酸奶风味的影响较大。

3　结论

不同稳定剂对牦牛酸奶的感官、理性性质及质构的影响不同。添加黄原胶、果胶及CMC-Na对牦牛酸奶的感官、酸度及持水性均有显著影响(p<0.05);除添加量为0.05%黄原胶,黄原胶其余添加量及另外两种稳定剂均提高了酸奶的硬度,但稳定剂添加量过大时会降低酸奶的粘聚性。3种稳定剂在实验添加量范围内,当黄原胶、果胶及CMC-Na添加量分别为0.05%、0.06%和0.03%时,制备的牦牛酸奶的感官品质及理化特性较好。正交实验L9(34)确定最佳稳定剂复配组合为:果胶添加量0.04%、黄原胶添加量0.02%、CMC-Na添加量0.03%,此时其持水力为71.52%,感官评分为42分。

采用顶空固相微萃取(HS-SPME)结合气相-质谱联用技术(GC-MS)对牦牛酸奶中的挥发性风味物质检测发现,牦牛酸奶中醇类化合物是含量最高的物质,其次为酮类、其他类,再次为醛类。随冷藏后熟时间的延长,空白组中检出的挥发性风味物质数量变化不大,添加了稳定剂的酸奶样品中检出的化合物数量变化较大。在冷藏后熟2 d时,果胶组风味的稳定效果最好,其次为CMC-Na,复合稳定剂组效果最差;至冷藏后熟7 d时,与第2 d检出的风味物质相比，复合稳定剂组风味的稳定效果最好。

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