紫薯枸杞复合型酸奶的发酵工艺研究
2019-12-24王倩宁高义霞焦成瑾王弋博
王倩宁，高义霞，焦成瑾，王弋博
（天水师范学院 生物工程与技术学院，甘肃 天水741001）
紫薯又名黑薯、紫甘薯、紫红薯，属旋花科一年或多年生草本植物，[1]表皮和肉质呈黑紫色。富含锌、铁、铜、锰、钙、硒等微量元素以及花青素、黄酮、糖蛋白、果胶和绿原酸等功能性成分。[2-3]其中花青素是目前发现的最有效、最安全的自由基清除剂，[4]自由基清除能力是维生素C 的20 倍以上，[5]紫薯中花青素的含量为12.2 mg/100 g.[6]国内外研究发现紫薯花青素可有效地促进糖代谢，[7]具有抗肿瘤的功能。[8]
枸杞别名红耳坠，为茄科枸杞属多年生灌木的成熟子实。枸杞富含枸杞多糖、黄酮、胡萝卜素、甜菜碱等化合物，[9]具有调节机体免疫力、延缓衰老、抗氧化、抑制肿瘤生长、降血糖的功效。[10-11]
本研究在单因素试验的基础上利用正交试验优化工艺，开发出一种集紫薯、枸杞和酸奶营养功能于一体的新型复合型酸奶，供给消费者饮用，以丰富我国乳品市场。
1 材料与方法
1.1 试验材料
紫薯、枸杞、脱脂乳粉、牛奶和蔗糖均为市售。
发酵菌种：保加利亚乳杆菌21101和嗜热链球菌20391购于中国工业微生物菌种保藏管理中心。
1.2 主要药品与仪器
MRS 琼脂、MC 琼脂、结晶紫中性红胆盐琼脂和煌绿乳糖胆盐肉汤均购于北京陆桥生物技术有限责任公司。
柠檬酸、抗坏血酸钠和无水乙醇均购于西安化学试剂厂。
ZHJH-2112B 型垂直流超净工作台：上海智城分析仪器制造有限公司；LDZX-30FB 型立式压力蒸汽灭菌器：上海申安医疗器械厂；FJ300SH型均质机：上海标本模型厂；AL204型电子天平：梅特勒-托利多仪器有限公司；DK-S24型电热恒温水浴锅：海森信试验仪器有限公司；JYL-C010 型打浆机：九阳股份有限公司；BCD-278KACA 型冰箱：青岛海尔股份有限公司。
1.3 试验方法
1.3.1 紫薯枸杞复合型酸奶发酵工艺
牛乳→灭菌→调配（加入白砂糖、紫薯浆、枸杞汁）→均质→杀菌→冷却→接种→保温发酵→冷藏后熟→成品
1.3.1.1 菌种活化
购买的菌种以冻干粉密封于玻璃管中，按照保藏中心推荐的活化方式进行活化。活化后的菌种于4℃冰箱保存，备用。
1.3.1.2 发酵剂的制备
将12 g 脱脂乳粉溶于100 g 蒸馏水中作为培养基，115℃灭菌15 min，降温至40℃左右，接入活化后的菌种，42℃恒温培养6 h，冷却后于4℃冰箱保存，隔天传代1次，共传代3次，制得发酵剂。
1.3.1.3 紫薯浆的制备
选取新鲜的紫薯清洗干净，削皮并切块，于微波炉内高火加热4 min，采用不同的料水比进行打浆。
1.3.1.4 枸杞汁的制备
选取品质优良的枸杞，40℃温水冲洗3 次，晾干水分。加3倍于枸杞的水，室温下浸泡12 h后打浆。
1.3.1.5 均质
将紫薯浆和枸杞汁复配的果桨及蔗糖按一定比例加入牛奶中，进行均质，使料液充分混合，防止在发酵过程中产生分层现象。
1.3.1.6 灭菌
均质后于80～85℃处理30 min，并冷却至40℃左右。
1.3.1.7 接种、发酵
接入一定比例的发酵剂后于41～45℃恒温培养
4～6 h.
1.3.1.8 后熟
将发酵后的酸奶冷却至室温后，放入冰箱4℃后熟24 h左右。
1.3.2 紫薯枸杞配比对果浆感官品质影响的优化试验
紫薯浆的状态对于酸奶组织状态以及色泽有非常重要的影响，枸杞汁的添加量对酸奶风味影响也十分显著，试验通过感官评分确定紫薯浆的制备条件和枸杞汁的添加量，试验设计方案见表3.
1.3.3 护色剂的选择
紫薯和枸杞打浆后易被氧化，因此，添加护色剂可以防止紫薯浆和枸杞汁发生褐变。护色剂的选择如表1所示：
表1 护色剂的添加量
1.3.4 发酵工艺单因素试验方法
1.3.4.1 果浆与牛奶比例的确定
确定接种量5%、加糖量6%、发酵温度42℃、发酵时间6 h 的条件下，果浆与牛奶的比例（v:v）分别为2:8、3:7、3.5:6.5、4:6、4.5:5.5、5:5、5.5:4.5、6:4，每个处理3 个平行，通过感官评分，确定果桨与牛奶的最佳配比。
1.3.4.2 接种量的确定
确定果浆与牛奶的比例为5:5、加糖量6%、发酵温度42℃、发酵时间6 h 的条件下，菌种接种量分别为3%、4%、5%、6%、7%，每个处理3 个平行，通过感官评分，确定最佳接种量。
1.3.4.3 蔗糖添加量的确定
确定果浆与牛奶的比例为5:5、接种量5%、发酵温度42℃、发酵时间6 h 的条件下，蔗糖添加量分别为5%、6%、7%、8%、9%，每个处理3 个平行，通过感官评分，确定最佳蔗糖添加量。
1.3.4.4 发酵温度的确定
确定果浆与牛奶比例5:5、蔗糖添加量6%、接种量5%、发酵时间6 h的条件下，发酵温度分别为41℃、42℃、43℃、44℃、45℃，每个处理3 个平行，通过感官评分，确定最佳的发酵温度。
1.3.4.5 发酵时间的确定
确定果浆与牛奶的比例为5:5、蔗糖添加量6%、菌种接种量5%、发酵温度42℃的条件下，发酵时间分别为4 h、4.5 h、5 h、5.5 h、6 h，每个处理3 个平行，通过感官评分，确定最佳的发酵时间。
1.3.5 发酵工艺正交优化试验方法
在单因素试验的基础上，采用正交表进行正交优化试验，考察果浆与牛奶比例、接种量、蔗糖添加量、发酵温度和发酵时间对酸奶品质的影响，根据感官评价和正交试验优化结果确定最佳发酵工艺组合。
1.3.6 酸奶品质评价方法
感官评定的小组是由10 名专业人员组成，依据表2感官评定标准对紫薯枸杞复合型酸奶的组织状态、色泽、滋气味、口感等方面进行感官评价，取平均分作为评价结果。
1.3.7 产品质量各指标的测定方法
1.3.7.1 pH值的测定：pH计测定。
1.3.7.2 酸度的测定：直接滴定法。
1. 3.7.3 微生物指标的测定：检验指标主要为乳酸菌、菌落总数、大肠菌群和致病菌，按照GB/T 4789.18-2010《食品微生物学检验乳与乳制品检验》规定的方法进行检验。
2 试验结果与分析
2.1 紫薯枸杞配比对果浆感官品质的影响
由表3可知，随着水量的增加，紫薯浆组织状态逐渐由黏稠变稀，流动性增大，颜色香气减淡；当紫薯与水的比例为1:5 时，紫薯浆过稀，且易分层。枸杞能增加果桨的甜味，枸杞添加量过少会缺乏甜味和香味，过多会导致枸杞味过浓而掩盖紫薯的香味。当紫薯与水的比例为1:3、枸杞汁添加量5%时，果浆的组织状态、颜色、滋味和口感最佳。
表2 紫薯枸杞复合型酸奶感官评定标准
表3 原料配比对果浆感官品质的影响
2.2 护色剂的确定
由表4 可知，0.02%抗坏血酸钠+0.03%柠檬酸的复合护色剂护色效果最佳，优于单一抗坏血酸钠的护色效果。
表4 护色剂的护色效果
2.3 发酵工艺单因素试验结果
由图1～图5可知，在单因素发酵试验中，紫薯枸杞复合型酸奶感官评分值最高时，各因素的水平分别为：果浆与牛奶的比例5:5，接种量6%，加糖量7%，发酵温度42℃，发酵时间5 h.
图1 果浆与牛奶比例对酸奶感官品质的影响
图2 接种量对酸奶感官品质的影响
图3 蔗糖添加量对酸奶感官品质的影响
图4 发酵温度对酸奶感官品质的影响
图5 发酵时间对酸奶感官品质的影响
2.4 发酵工艺正交优化试验结果
根据单因素发酵试验结果，设计果浆与牛奶的配比(A)、接种量(B)、加糖量(C)、发酵温度(D)、发酵时间(E)为影响因素，以感官评分为响应值，按照L16(45)进行正交试验。正交试验因素水平见表5，正交试验结果与分析见表6.
由正交试验结果直观分析表可知，紫薯枸杞复合型酸奶的最佳发酵工艺为A2B2C3D1E4，即果浆与牛奶比例5.5:4.5、接种量5%、蔗糖添加量8%、发酵温度41℃、发酵时间6h.由极差R 值可知，5 个因素对紫薯枸杞酸奶感官品质影响的大小顺序是A＞C＞B＞E＞D，其中果浆与牛奶的配比和加糖量对酸奶的感官品质影响大，其次是接种量，最后是发酵时间和发酵温度。
表5 紫薯枸杞酸奶发酵工艺正交试验因素水平表
表6 紫薯枸杞酸奶发酵工艺正交试验结果与分析
8 9 1 0 11 12 13 14 15 16 2 3 3 3 3 4 4 4 4 4 1 2 3 4 1 2 3 4 3 3 4 1 2 4 3 2 1 2 4 3 2 1 2 1 4 3 1 2 1 4 3 3 4 1 2 82.15 72.70 73.10 68.80 68.10 70.40 79.20 62.60 59.80 K1 K2 K3 K4 k1 k2 k3 k4 R 322.4 328.3 282.7 272 80.6 82.08 70.68 68.00 14.08 298.2 316.1 298 293.1 74.55 79.03 74.50 73.28 5.75 282.8 295.4 316.7 310.5 70.7 73.85 79.18 77.63 8.48 304.8 304.5 297.1 299 76.2 76.13 74.28 74.75 1.92 291.4 299.6 301.8 312.6 72.85 74.90 75.45 78.15 5.3主次顺序优水平优组合A＞C＞B＞E＞D A2 B2 C3 D1 E4 A2B2C3D1E4
根据表7的方差分析结果可知，果浆与牛奶比例、接种量、蔗糖添加量和发酵时间对产品感官评分影响均显著（p＜0.05），发酵温度对产品感官评分影响不显著，与直观分析结果相一致。
表7 紫薯枸杞酸奶发酵工艺正交试验结果方差分析
2.5 验证试验结果
紫薯枸杞复合型酸奶的最佳工艺组合为A2B2C3D1E4不在正交试验的16个样本中。因此，最佳工艺组合需要和L16(45)正交试验中评分最高的样本7（A2B3C4D1E2）进行验证试验。设最佳工艺组合A2B2C3D1E4为样本1，A2B3C4D1E2为样本2，进行验证试验，结果见表8.
由表8可知，试验1的感官评价高于试验2.因此，按A2B2C3D1E4组合制作出的紫薯枸杞复合型酸奶最佳。即紫薯枸杞复合型酸奶的最佳发酵工艺为果浆与牛奶比例5.5:4.5、接种量5%、蔗糖添加量8%、发酵温度41℃、发酵时间6h.
表8 验证试验结果
2.6 产品质量各指标的测定
2.6.1 紫薯枸杞复合型酸奶感官指标
色泽：产品为淡紫红色、色泽均匀一致；
组织状态：凝乳均匀，无乳清析出，无气泡产生；
滋气味：具有紫薯及枸杞独特的风味，无任何的异味；
口感：酸甜适中，口感细腻爽滑。
2.6.2 理化指标
pH值：4.3；酸度：97.5 T。
2.6.3 微生物指标
乳酸菌数：1.26×108CFU/mL；
菌落总数：260 CFU/mL；
大肠菌群≤30 CFU/100 mL；
致病菌未检出。
3 结 论
通过单因素试验和正交试验得出紫薯枸杞复合型酸奶的最佳发酵工艺条件：果浆:牛奶配比为5.5:4.5、接种量5%、加糖量8%、发酵温度41℃、发酵时间6 h，使用0.02%抗坏血酸钠+0.03%柠檬酸复合护色剂进行护色处理，在该条件下，可制出颜色呈淡紫色，组织细腻均匀，酸奶味醇厚，具有紫薯香味和枸杞特殊风味的复合型酸奶。
