稳定剂对搅拌型酸奶品质特性的影响

张开屏,刘嘉琪，张慧敏,田建军

（1.内蒙）古商贸职业学院食品工程系，呼和浩特010070；2.内蒙古农业大学食品科学与工程学院，呼和浩特010018

0 引 言

酸奶是以鲜乳或还原乳为主要原料，将乳离心净化后向其中添加蔗糖、稳定剂等辅料再经杀菌、冷却、乳酸菌发酵、罐装得到的一种发酵奶制品。1919年，艾萨克·卡拉索（Isaac Carasso）开始了生产含有微生物的酸奶[1]，其销量在欧美国家近100年一直处于领先地位，美国酸奶的产量从1990年的982.6亿磅增加到2015年的约4742.1亿磅[1-2]。

酸奶不但保留了牛奶的所有营养价值，相比牛奶而言它更容易被人体所消化和吸收，因为发酵过程会使其中的糖和蛋白质被分解成为小的分子，并且脂肪酸也会因为发酵的作用而增加，这些变化都会使得酸奶变得更容易消化和吸收[3]。同时酸奶发酵的乳酸菌具有抗氧化[4]、降胆固醇[5]、调节肠道菌群平衡[6]、抑菌[7-9]等很多健康功效而深受消费者喜爱。

为了避免酸奶在生产、销售过程中析出乳清、凝乳不结实等物理缺陷，在生产酸奶时，乳品企业通常在酸奶加工过程中适量的加入稳定剂，而稳定剂的不同组合对产品的稳定性影响比较明显[10-13]。

本试验采用单因和曲面优化试验，通过测定酸奶p H、酸度、黏度、持水力等指标，分析了果胶、羧甲基纤维素钠（CMC-Na）、瓜尔豆胶对酸奶品质特性的影响，确定3种稳定剂的最佳配比，从而为不同稳定剂单体进行复配提供了参考与依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 辅料

乳品菌种发酵剂YF-L812(丹麦科汉森有限公司)；脱脂乳粉（澳大利亚 Devondale）；果胶(低酯100±5CAS：9000-69-5)；CMC-Na（ABC-490卡帕型）；瓜尔豆胶（丹尼斯克中国有限公司）；白砂糖(市售)。

1.1.2 仪器与设备

FW 3D型高速搅拌器；恒温培养箱；铁架台；滴定管；p HS-25型酸度计；R 180型数显黏度计；TDL-40B型冷冻离心机；电子分析天平。

1.2 方法

1.2.1 搅拌型酸奶工艺[14]

脱脂乳粉83g/kg→溶解（50℃）→加适量稳定剂和60g/kg蔗糖（65℃溶解完全）→ 均质(15～20 mPa)→ 杀菌（95℃，5 min）→ 冷却（42℃）→ 接种→ 发酵（42℃/4～6 h）→ 冷却（10℃）→ 搅拌（50 r/min）→4℃储存。

1.2.2 理化指标测定

在20℃室温条件下，酸度、黏度和持水力参照文献进行测定[15-16]。

1.2.3 单因素试验

根据搅拌型酸奶制备工艺，设定脱脂乳粉添加量8.3%、白砂糖添加质量分数6%、95℃/5 min杀菌、发酵剂添加质量分数2%、42℃恒温发酵到酸度达到70°T、冰水冷却搅拌到10℃、移入4℃冰箱冷藏过夜进行测定为固定条件。分别研究果胶、CMC-Na和瓜尔豆胶(质量分数)对其感官、p H、酸度、黏度、和持水力的影响。

1.2.4 响应面分析

采用Design-Expert8.0.6软件中Box-Behnken数据包，以黏度值为响应值，进行3因素3水平共17组试验点响应面试验[17]。用所得数据拟合多元方程，并通过方差分析、回归模型拟合度检验、响应面分析，以确定最优的稳定加配比，因素与水平（见表1）。

1.2.5 数据处理

试验数据取三次平均值，图表采用excel 2016进行绘制，Design-Export 8.0.6软件设计响应面试验并分析。

表1 响应面分析因素与水平

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 稳定剂对酸奶发酵酸度的影响

为了分析添加稳定剂是否会对酸奶发酵剂中乳酸菌的生长产生胁迫作用，分析了添加稳定剂后对酸奶酸度变化的影响。试验结果表明在酸奶发酵过程中各组分的酸度呈上升趋势，3种不同浓度稳定剂对搅拌型酸奶酸度的影响结果如表2所示。

表2 3种不同浓度稳定剂对搅拌型酸奶酸度的影响(n=3)

由表2可以看出，在开始发酵的1 h，酸度最高的为22.95oT最低为16.24oT，可见在发酵刚开始的1 h，稳定剂CMC和瓜尔豆胶的添加对乳酸菌的生长均表现出了明显的抑制作用（P＜0.01），果胶的添加量大到0.2%时有明显抑制作用。到2 h时对照组的酸度最高为34.17oT，且与其它组差异显著（P＜0.01）。3～6 h 3种添加剂抑制乳酸菌产酸的能力逐渐变弱，3、4、5 h，添加0.25%瓜尔豆胶的酸度最高，分别为46.54、56.48、62.34oT。

综合以上分析可见，发酵刚开始的2 h，果胶、CMC-Na、瓜尔豆胶3种稳定剂对乳酸菌的产酸速度有明显的抑制作用（P＜0.01），随着发酵时间的延长，从发酵的第3 h开始抑制作用越来越弱，整个发酵过程这3种稳定剂对酸奶生产的速度不会产生明显影响。

2.1.2 稳定剂对酸奶黏度的影响

3种不同浓度稳定剂对搅拌型酸奶黏度影响的试验结果如表3所示。

由表3可以看出，在黏度值的6个观察时间点，添加量为0.15%瓜尔豆胶组和对照组黏度值始终无显著差异（P＜0.01），CMC组和果胶组与对照组相比差异显著（P＜0.01）。发酵6 h接近终点酸度时，添加0.25%CMC-Na的试验组黏度最高为24.42 mPa·s、其次分别为添加0.2%和0.15%的CMC组、添加0.25%、0.2%的果胶组、添加0.15的果胶组和添加0.25%、0.2%的瓜尔豆胶组，对照组和添加0.15%瓜尔豆胶组的黏度最低、分别为12.48 mPa·s和 12.40 mPa·s。石玉琴研究发现只有当瓜尔豆胶添加量达到5 g/L时，对酸奶的黏度会有显著影响[10]。

表3 3种不同浓度添加剂对搅拌型酸奶黏度的影响(mpa.s)

由以上分析可知，在发酵的过程中所有试验组的黏度均表现为上升趋势，但黏度变化的快慢差异显著（P＜0.01）。分别在黏度观察的6个时间点,对照组的黏度均为最低，CMC试验组的黏度均为最高，其次为果胶。CMC组内黏度与添加量正相关且差异显著（P＜0.01）。其中0.15%、0.20%、0.25%三个CMC添加量组分,发酵6 h的黏度分别是对照组在同一时间段黏度的156%、167%和196%。结合感官试验，黏度的适合范围应为15±1.0。

2.1.3 稳定剂对酸奶持水力的影响

3种不同浓度稳定剂对搅拌型酸奶持水力影响试验如表4所示。

表4 3种不同浓度添加剂对搅拌型酸奶持水力的影响（%，n=3）

由表4可以看出，对照组4℃贮藏期，第4 d持水性达到最高,其值为41.34%，到第8 d时酸奶的持水性下降为38.69%，且与第4 d差异显著（P＜0.05）。添加果胶的X1试验组在贮藏期组内持水性呈现先上升后下降趋势，第8 d持水性达到最高（53.10%）16 d时有所下降，但整个试验观察期酸奶的持水性均高于对照组（P＜0.05），可见当添加0.15%的果胶时，酸奶在16 d的整个贮藏期持水性已有明显的提高。添加CMC的X2组，当添加量达到0.25%时，试验组持水性均高于对照组（P＜0.05）。添加瓜尔豆胶的X3组，第16 d酸奶的持水性高于第1 d的持水性但差异不显著（P＞0.05）。果胶和CMC的浓度越高持水性越强。0.15%

综上所述，添加0.15%、0.20%、0.25% 3种不同浓度的果胶均能有效提高酸奶的持水力，浓度越高效果越好。只有当添加CMC-Na的浓度达到0.25%左右时可使酸奶持水力达到最好的效果。添加0.15%、0.20%、0.25%3种不同浓度的瓜尔豆胶对持水力影响不明显。

2.2 Box-Behnken试验结果

2.2.1 Box-Behnken试验设计及结果

选取果胶、CMC-Na和瓜尔豆胶3个因素，高中低3水平,以黏度为评价指标，根据Box-Behnken设计进行17组试验，试验结果如表5所示。

2.2.2 模型方程的建立与显著性检验

利用Design-Expert 8.0.6软件对表3试验数据进行二次多元回归拟合，得到酸奶黏度（Y）与果胶（X1）、CMC-Na（X2）和瓜尔豆胶（X3）三个因素的二次多元回归模型为：Y=15.8-58.1X1+25.8X2-81.9X3-74X1X2+585X1X3+57X2X3。方程的决定系数R2=0.9762，说明该回归方程的拟合度很好，可通过此方程对试验结果进行分析，响应面试验方差分析结果见表6。

由表6看出，该模型P＜0.01(极显著)，模型决定系数R2=0.976，校正决定系数=0.9463。以上分析表明模型拟合度很好，建立的可解释94.63%的响应值的变化，模型预测值与实测值间具有高度相关性[18]，可利用此模型对酸奶黏度进行分析预测。

由果表可6知的：因显素著一性检次项X 1、X 2、X 3对黏度影响极显著（P＜0.01）；交互项X1X3对黏度影响显著（P＜0.01），二次项对黏度影响不显著；这说明试验因素与响应值之间不是简单的线性关系。

2.2.3 响应面试验交互作用分析

响应面所构成的三维空间曲面图可以直观反映出各个因素与响应值的交互作用，提供了一种形象的观测响应值和试验参数水平关系的方法[19]。等高线的形状可以反映两因素之间交互作用的显著程度，等高线呈圆形表示两因素交互作用不显著，而等高线呈椭圆形则表示两因素交互作用显著[20]。结果见图1。黏度随稳定剂的增大而增大。对比各图，各因素对响应面的陡峭程度影响为：CMC-Na＞果胶＞瓜尔豆胶，从图1（b）可知果胶与瓜尔豆胶间的立体投影-等高线为椭圆形，因素的交互作用影响显著，这与方差分析结果一致，说明相应面优化设计较好的反应了3种稳定剂对黏度的影响。

表5 响应面试验设计及结果

表6 响应面二次模型的方差分析

图1 各因素交互作用对黏度影响的响应面

3 结 论

稳定剂对酸奶品质特性的影响试验发现，在开始发酵的1 h时发酵酸度最高的为22.95oT，最低为16.24oT，到2 h时对照组的发酵酸度最高为34.17oT，与其它组差异显著（P＜0.01），可见果胶、CMC-Na、瓜尔豆胶3种稳定剂对乳酸菌在发酵开始的前2 h对产酸速度有明显的抑制作用，随着发酵时间的延长，从发酵的第3 h开始抑制作用越来越弱，整个发酵过程这3种稳定剂对酸奶生产的速度不会产生明显影响。在发酵的过程中所有试验组的黏度均表现为上升趋势，但黏度变化的快慢差异显著（P＜0.01）。在黏度观察的6个时间点,对照组的黏度均为最低，CMC对黏度的影响最大，其次为果胶。添加0.15%、0.20%、0.25%3种不同浓度的果胶均能有效提高酸奶的持水力，浓度越高效果越好。只有当添加CMC-Na的浓度达到0.25%左右时可使酸奶持水力达到最好的效果。添加0.15%、0.20%、0.25%3种不同浓度的瓜尔豆胶对持水力影响不明显。酸奶黏度（Y）与果胶（X1）、CM C-Na（X2）和瓜尔豆胶（X3）三个因素的二次多元回归模型为：Y=15.8-58.1X1+25.8X2-81.9X3-74X1X2+5型85极X显1X著3+5，7用X此2X模3。型响预应测面稳分定析剂结添果加表量明与，回黏归度方的程关模系可行。