复原乳中营养成分比例对酸奶品质的影响

田 鑫, 夏永军, 艾连中, 王光强

上海理工大学医疗器械与食品学院，上海食品微生物工程技术研究中心, 上海 200093

低脂发酵酸奶是发酵酸奶的一个重要方向，作为一种低脂肪含量的凝胶乳浊体系[1]，酸奶发酵速度、品质以及营养功能与原料奶粉中各成分含量密切相关。在泌乳期、饲养管理、品种和生长阶段不同等多种因素影响下，酸奶产品易出现品质不均一的问题，为应对该种情况，通过改变复原乳成分比例进行发酵，是保证酸奶品质均一优良的有效方法。

近年来研究发现，在工业生产条件下，适当提高乳糖含量有助于加快发酵，节约时间成本，提高产量[2]。酪蛋白粒径大，结构致密，硬度高，在酸性条件下发酵，体系pH降低引发酪蛋白变性，对酸奶凝胶结构特性造成较大影响，导致酸奶凝固[3,4]。另有研究发现，通过改变乳清蛋白质量分数来改善酸奶凝胶质量是最快速奏效的手段[5]。将牛奶中总蛋白质含量提高5%，发酵后酸奶的硬度将提高2倍[6]。另外，提高乳清蛋白含量也能增加乳制品的保水性、提高持水力[7]。因此推测改变酪蛋白和乳清蛋白两者配比可以改善酸奶乳清析出的情况。牛奶乳脂中97%～99%为乳脂肪，是牛奶风味的关键成分，赋予乳制品独特奶香和柔和的质构性质[8]。

本文分析各营养成分对酸奶发酵速度、品质和感官性能的影响和决定性因素，并找出在不同营养成分梯度下差异性变化的原因，为生产品质优良，营养均衡的酸奶产品提供有效手段，为酸奶品质改良研究提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

脱脂奶粉，新西兰进口；酪蛋白，光明乳业有限公司；乳清蛋白，光明乳业有限公司；乳糖，光明乳业有限公司；无水奶油，新西兰安佳有限公司；乳酸菌和保加利亚乳杆菌混合菌粉，北京川秀科技有限公司；其它所用化学试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

NDJ-S旋转粘度计，上海昌吉地质仪器有限公司；高压均质机，上海始恒仪器有限公司；全自动凯氏定氮仪，丹麦FOSS公司；pH计，梅特勒-托利多(上海)有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1凝固性酸奶的工艺流程和操作要点

容器杀菌→原料奶粉→调配(加水、加糖)→均质(55 ℃～60 ℃)→巴氏杀菌(95 ℃)→冷水冷却→接种→保温发酵→后熟及冷藏→成品

操作要点：调配：(奶粉∶水= 1∶9)，6%白砂糖，温水溶解；均质：将原料乳加热到55℃～60 ℃，均质2～3次；预热、杀菌：95 ℃水浴中保温5 min，然后冷却至42 ℃～45 ℃，充分搅拌均匀；接种、发酵：菌粉接种量为0.15%，接种后置于43 ℃下发酵；后熟：发酵结束后在0 ℃～4 ℃下静置24 h。

1.3.2营养成分测定

蛋白质、酪蛋白和乳清蛋白含量的测定：按照国标GB 5009.5—2016《食品中蛋白质的测定》中凯氏定氮法测总氮(TN)、水溶性氮(WSN)和三氯乙酸氮(NPN)含量，蛋白质换算系数为6.38[9]。依据Samson的方法[10]，即蛋白质含量=TN×6.38；酪蛋白含量=(TN-WSN)×6.38; 乳清蛋白含量=(WSN-NPN)×6.38。

pH 4.6水溶性氮(WSN)含量的测定：准确称取乳液20.00 g，加入40 mL乙酸钠缓冲液，混合均匀后在40 ℃水浴中保温1 h，然后在4 ℃，5 000 r/min下离心25 min，离心结束取上清10 mL移入凯氏消化管，用凯氏定氮仪测定含氮量，其数值以占样品总氮量的百分数表示；12%三氯乙酸氮(NPN)的测定：在测定WSN的上清液中取出16 mL，加入600 g/L的三氯乙酸4 mL，室温下静置1 h，滤纸过滤后取滤液10 mL移入凯氏消化管，用凯氏定氮仪测定含氮量，其数值以占样品中总氮量的百分数表示。

乳糖含量的测定：按照国标GB 5413.5—2010莱茵-埃农氏法对乳粉中乳糖含量进行测定[11]，在除去酪蛋白的乳清中，加入1.5 g碳酸钙,搅拌均匀后加热沸腾后过滤，再加入沸石加热浓缩5 mL，加入10 mL 95%的乙醇，加热沸腾后过滤，乳糖结晶析出。在加热条件下，以次甲基蓝为指示剂，进行滴定根据消耗体积，进行计算。

脂肪含量的测定：按照国标GB 5009.6—2016对乳粉中脂肪含量进行测定[12]。

1.3.3发酵速度的测定

将不同质量的乳糖(0 g、2 g、4 g、6 g)、无水奶油(0 g、2 g、4 g、6 g)、酪蛋白粉(0 g、2 g、4 g、6 g)、浓缩乳清蛋白粉(0 g、1 g、2 g、3g)和脱脂乳粉混合调制成100 mL 10%的乳液体系进行发酵，并测定其各成分含量，确定在3 h、4 h、5 h和6 h后酸奶的发酵酸度，判断发酵速度并确定最佳发酵时间。

1.3.4品质指标的测定方法

pH：pH计测量。

滴定酸度：参照乳和乳制品滴定酸度的测定的常规检测方法—酸碱滴定法来测定[13]。

持水性：称取15 g样品(定义为m)于50 mL离心管中，样品和离心管的总重量记为(m2)，设置离心力为5 000 r/min离心时间为30 min，结束后倒置10 min，再次称量样品与离心管的重量(m1)，按照下式计算析水率[14](1-1)。

析水率计算公式：

(1-1)

粘度测定：取10 g样品用玻璃棒以每秒一圈速度缓慢搅拌30 s后，装入样品瓶，统一装样高度8 cm，4号转子，60 r/min，30 s后读数[15]。

感官评定：建立8人感官评定小组，设立4项感官评价指标(每项指标满分为10分)。按表1对酸奶样品进行感官评定[16]。

表1 酸奶感官评价指标

1.3.5不同营养成分比例对酸奶品质的影响优化

根据单因素试验结果选取主要影响因素：乳糖添加量(A)、脂肪添加量(B)、酪蛋白添加量(C)、乳清蛋白添加量(D)。以感官评价作为考察指标，采用L9(34)表做4因素3水平正交试验以确定最优组合。正交试验因素和水平见表2。

表2 影响酸奶品质正交优化因素和水平

1.4 数据处理

正交试验分析采用Minitab15，统计分析使用SPSS 25，用Duncan法(P<0.05)进行单因素方差比较。

2 结果与讨论

2.1 基本成分比例

原料中营养成分含量如表3所示。将脱脂乳粉与乳糖、无水奶油、酪蛋白、浓缩乳清蛋白调配成10% 乳液，根据四种成分的不同添加量，测定添加后四种营养成分所占比例。

表3 原料成分比例

添加乳糖(0 g、2 g、4 g、6g)后测量乳糖比例分别为5.1%、6.99%、8.88%和10.76%；添加无水奶油(0 g、2 g、4 g、6 g)后脂肪比例分别为0.09%、1.98%、3.87%和5.75%；添加酪蛋白粉(0 g、2 g、4 g、6 g)后酪蛋白比例为2.15%、3.57%、4.94%和6.27%；添加乳清蛋白粉(0 g、1 g、2 g、3 g)后乳清蛋白比例为2.13%、2.87%、3.57%和4.27%。

2.2 奶粉中的不同成分对发酵速度的影响

酸奶的酸度变化可以反映其发酵速度[17]。图1分析了不同添加物在不同添加比例下分别经过3 h、4 h、5 h和6 h 发酵后体系的酸度变化，来考察其对酸奶发酵酸度的具体影响。

如图1A所示，乳糖含量变化和酸度变化基本呈现正相关关系，随乳糖比例升高酸度也呈上升趋势，且在发酵 6 h左右时发酵速度增长最为迅速；脂肪对发酵速度影响较小；酪蛋白和乳清蛋白的添加对发酵酸度均有影响，增加蛋白质含量有助于酸奶快速发酵，同时也会影响酸奶质构。随发酵时间延长，增加乳清蛋白导致体系凝块明显，影响酸度测定。综合以上分析，得出最佳发酵时间为6 h；乳糖对发酵速度影响最大且能稳定调节。工业生产中可通过适当调节乳糖含量来快速达到最低标准酸度(75 °T)。若发酵时间选定为6 h，则乳糖含量为5.10%即可达到79.2 °T的酸度，以此可以提高生产效率。

2.3 奶粉中的不同成分对酸奶品质的影响

2.3.1乳糖对酸奶品质的影响

选定6 h为最佳发酵时间，以此为基础观察成熟后酸奶的品质。如表4所示，乳糖含量从5.10%增加至10.76%的过程中，酸度和pH变化呈负相关。酸化过程中持水性加强，这可能是因为乳糖发酵成乳酸，导致体系pH下降，影响了酪蛋白网状结构，从而破坏体系的稳定性[18]。另外，胞外多糖的产生也增加了体系的持水力，使拉丝性和黏稠度增加，酸味递增与甜味互补，保持了质地结构和感官差异。

表4 添加乳糖后酸奶的品质指标

2.3.2脂肪对酸奶品质的影响

脂肪含量对酸奶的酸度和pH影响较小，由表5可知，随着脂肪含量增加，黏度最终可以增至3 690 mpa·s，析水率下降至23.31%，酸奶的黏附性、持水力、奶香味和硬度均显著增强，这可能是由于脂肪比例增加到一定数值后，打破了体系原有的内部平衡，脂肪球数量增加、粒径和表面张力变大，引起某种程度内部作用力的变化[19]。

表5 添加脂肪后酸奶的品质指标

2.3.3酪蛋白对酸奶品质的影响

酪蛋白的添加促进了乳酸菌的发酵，如表6所示，体系酸度上升至139.5 °T，pH变化不明显；当蛋白质含量从2.15%增加到4.94%时，黏度增加至3 400 mpa·s、析水率降低至67.75%。酸度变化引起了酪蛋白等电点静电吸引成网状结构，提高其粘度和持水性。但当酪蛋白比例大于4.94%时，其本身质地紧密引起网络空穴变小，相互作用力增强，导致黏度下降，保水能力降低[20]。在酸奶体系中酪蛋白过量会导致口感变差、涩味强烈，并且会令酸奶颜色加深和分层。

表6 添加酪蛋白后酸奶的品质指标

2.3.4乳清蛋白对酸奶品质的影响

添加浓缩乳清蛋白对酸奶品质有显著影响。如表7所示，乳清蛋白添加量大于1 g，乳清蛋白含量大于2.87%时，黏度由1 490 mpa·s增加到5 420 mpa·s，析水率由75.85%减少到46.55%，乳清蛋白添加提高了酸奶的发酵酸度，但添加乳清蛋白，发酵5 h后会改变酸奶质构，导致凝块不均匀影响酸度测定，使测定值偏低。蛋白质的添加使体系的缓冲能力增强，pH变化不明显。另外，乳清蛋白添加使酸奶硬度增加，变的更有弹性，光滑度提高。

表7 添加乳清蛋白后酸奶的品质指标

2.4 以感官评定优化不同营养成分比例

在单因素试验基础上，以感官评估作为评价指标，选择乳糖添加量(A)、脂肪添加量(B)、酪蛋白添加量(C)、乳清蛋白添加量(D)进行正交试验。如表8所示，通过极差分析可知，各试验因素对酸奶感官影响的主次顺序是B>D>C>A，即脂肪添加量>乳清蛋白添加量>酪蛋白添加量>乳糖添加量。最佳营养成分比例为乳糖含量8.88%、脂肪含量1.98%、酪蛋白含量4.94%、乳清蛋白含量为3.57%时产品最受喜爱。

表8 不同营养成分添加量影响感官评定的正交试验结果

3 讨论

利用脱脂乳粉发酵的低脂酸奶作为乳业发展的重要方向，存在发酵速度缓慢、质地粗糙、乳清析出分层等品质不均一、不稳定的缺陷。当前研究集中在营养成分本身对酸奶性质的影响，而针对不同营养成分配比对低脂酸奶品质与发酵速度的研究还很少。本文研究结果显示，乳糖和蛋白质含量对酸奶发酵速度有显著影响，其中乳糖对发酵速度影响最大，可作为工业生产中提高发酵效率的关键因子乳糖含量的增加与酸度、持水力、黏度成正相关；脂肪的添加使乳固体含量增加，造成持水力和粘度提高，对酸奶的乳脂香味和色泽有明显加分作用。适当调整酪蛋白和乳清蛋白比例，可以提高酸奶的酸度同时改善凝胶质地，这为开发生产高蛋白酸奶提供了可行性。通过改变营养成分比例来提升低脂酸奶的品质，同时强化营养功效，这对研发新型酸奶产品开拓前景有重要意义。