功能性椰子植物酸奶的加工工艺及抗氧化活性研究

赵晓明，宋菲，赵松林*，王挥，张玉锋

1(华中农业大学 食品科学与技术学院，湖北 武汉，430070)2(中国热带农业科学院椰子研究所，海南 文昌，571300) 3(海南省椰子深加工工程技术研究中心，海南 文昌，571339)

虽然酸奶对健康有很多益处，但也存在高糖和一定量的胆固醇等问题，为满足特定人群(如三高人群、乳糖不耐受及对健康有更高需求的人)的营养需求，越来越多的学者开始投入植物酸奶的研究。植物酸奶是以含有一定蛋白质的植物和(或)其制品为原料，经杀菌、发酵后pH值降低，发酵前或发酵后添加或不添加非动物来源配料，加工制成的植物蛋白饮料产品。目前关于植物酸奶主要有椰子或大豆等产品。功能性酸奶是在传统酸奶的基础上添加一些具有独特效用的物质，使其携带有一些特殊的功效，除了具有一般酸奶固有的营养价值外，还兼具某些特殊功效物质或活性成分的生理保健功能乳制品[1]。

椰子水是椰子坚果腔内的液体胚乳，由5%～9%的总可溶性固形物组成，其中80%以上由葡萄糖、蔗糖、果糖以及山梨糖醇等可溶性糖组成[2]。椰子水具有较好的营养健康特性和药用价值，例如抗真菌、抗氧化、降血糖、降血压、抗炎及抗肿瘤等作用[3-5]。尽管椰子水具有很好的生理活性，但目前大多数椰子水主要作为加工副产物，利用率低[6]。

本研究以椰浆为主要原料，在此基础上添加浓缩椰子水，将椰子水中的营养物质与活性成分和椰子植物酸奶对人体的有益作用相结合，发酵生产出具有独特风味、营养保健的新产品，既提高了产品附加值，满足消费者对功能性营养健康食品的需求，同时对椰子产业与功能性酸奶产业发展也具有理论与指导意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

原榨椰浆，海南文昌南椰实业有限公司；浓缩椰子水(浓缩15倍，蛋白质含量1.16%，脂肪含量0%，还原糖含量11.55%，总糖含量41.63%)，上海欣融食品原料有限公司；单硬脂酸甘油酯、乙酰化二淀粉磷酸酯，上海华宝孔雀香精有限公司；白砂糖，市售；保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌，西安千叶草生物科技有限公司；MC培养基、MRS培养基，北京奥博星生物技术有限责任公司；DPPH试剂，梯希爱(上海)化成工业发展有限公司。其他试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

加拿大AH-2010均质机，郑州科泰实验设备有限公司；FE20型pH计，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；CF-3500发酵箱，中山卡士电器有限公司；CM-700 d分光测色仪，日本柯尼卡美能达株式协会；Lambda265紫外可见分光光度计，Perkin Elmer股份有限公司；Rolling Incubator QB-328旋转培养器，海门市其林贝尔仪器制造有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 功能性椰子植物酸奶的制备

酸奶的制备工艺流程参考韩喜艳等[7]的方法，并稍作修改。取鲜榨椰浆在低温12 000 r/min离心15 min，除去一定质量的上层油脂，混合均匀后获得脂肪含量为10%(质量分数，下同)的脱脂椰浆(蛋白质含量3.51%、脂肪含量10.00%、还原糖含量1.03%、总糖含量4.92%)。将浓缩椰子水、0.22%单硬脂酸甘油酯、0.13%乙酰化二淀粉磷酸酯和白砂糖按相应比例加入到脱脂椰浆中，搅拌均匀，25 MPa均质后，进行65 ℃热处理杀菌30 min。冷却到41 ℃左右按接种量3%、接种比例1∶1接入嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌，随后在发酵箱中进行发酵，发酵结束后迅速冷却至10 ℃以下，放入4 ℃的冰箱中后熟48 h。

1.3.2 单因素实验

1.3.2.1 浓缩椰子水添加量对功能性椰子植物酸奶品质的影响

依据1.3.1的制备流程，按白砂糖添加量2%，浓缩椰子水添加量分别为0%、2%、4%、6%、8%，在40 ℃的恒温箱中发酵8 h，测定酸奶的滴定酸度、色差及乳酸菌活菌数并进行感官评价。

1.3.2.2 白砂糖添加量对功能性椰子植物酸奶品质的影响

依据1.3.1的制备流程，按浓缩椰子水添加量4%，白砂糖添加量分别为0%、1%、2%、3%、4%，在40 ℃的恒温箱中发酵8 h，测定酸奶的滴定酸度、色差及乳酸菌活菌数并进行感官评价。

1.3.2.3 发酵温度对功能性椰子植物酸奶品质的影响

依据1.3.1的制备流程，按浓缩椰子水添加量4%，白砂糖添加量0%，分别在39、40、41、42、43 ℃的恒温箱中发酵8 h，测定酸奶的滴定酸度、色差及乳酸菌活菌数并进行感官评价。

1.3.2.4 发酵时间对功能性椰子植物酸奶品质的影响

依据1.3.1的制备流程，按浓缩椰子水添加量4%，白砂糖添加量0%，在40 ℃的恒温箱中分别发酵7.0、7.5、8.0、8.5、9.0 h，测定酸奶的滴定酸度、色差及乳酸菌活菌数并进行感官评价。

1.3.3 正交实验

选取浓缩椰子水添加量、白砂糖添加量、发酵温度、发酵时间进行4因素3水平正交实验(表1)，以感官评价为评定指标确定最优的工艺组合。

1.3.4 指标测定

1.3.4.1 理化指标的测定

酸度根据GB 5009.239—2016中的方法进行测定。色差采用分光测色仪进行测定。其中L*为亮度值，a*值为红绿值，b*值为黄蓝值[8]。酸奶持水力的测定参考韩喜艳等[7]的方法。

1.3.4.2 营养成分的测定

分别参考GB 5009.6—2016和GB 5009.5—2016中方法测定酸奶样品中脂肪和蛋白质的含量。还原糖和可溶性糖的测定参考NY/T 2742—2015中的方法。

1.3.4.3 乳酸菌活菌数的测定

根据GB 4789.35—2016中的检验方法测定。

1.3.5 感官评价

酸奶后熟完成后，使用随机的3位数字标记，并以随机顺序呈现给10位经食品感官检验培训的人员，对酸奶产品进行感官评价，分别从组织状态、口感、香气、色泽4个方面进行评价打分。感官评分标准如表2所示。

表2 功能性椰子植物酸奶的感官评分标准Table 2 Sensory evaluation criteria for functional coconut plant-based yoghurt

1.3.6 抗氧化活性测定

比较功能性椰子植物酸奶与对照酸奶、市售酸奶的抗氧化活性。其中对照酸奶为不添加浓缩椰子水，其他工艺与功能性椰子植物酸奶一致，市售酸奶为市售椰子酸奶产品。

1.3.6.1 酸奶提取物的制备

取20 g酸奶样品，用20 mL蒸馏水稀释，在旋转培养器中连续振荡30 min，4 ℃、10 000 r/ min离心30 min，迅速取出，收集上清液并用0.22 μm滤膜过滤，酸奶提取物储存在-20 ℃备用[9]。

1.3.6.2 DPPH自由基清除率的测定

将1 mL不同浓度的酸奶样品提取液加入到2 mL试管中，加入1 mL 0.1 mmol/L的DPPH溶液，摇匀，室温下暗处放置30 min后，5 000 r/min离心5 min，取上清液测定517 nm处吸光度，以维生素C作为阳性对照，以等体积无水乙醇代替DPPH溶液作为样品对照组，以等体积蒸馏水代替样品溶液作为对照组，每组实验平行3次按公式(1)计算：

(1)

式中：A对照，A样品，A样品对照分别为对照组、样品组和样品对照组的吸光值。

1.3.6.3 还原力的测定

参考戴梓茹等[10]的方法。

1.3.7 数据分析

所有实验均做3次平行，采用SPSS 21.0和Excel 2016对数据进行分析，结果以“平均值±标准差”表示。P<0.05表示差异显著，P<0.01表示差异极显著。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果分析

2.1.1 浓缩椰子水添加量对酸奶品质的影响

由表3可知，随着浓缩椰子水添加量的增加，酸度先降低后略微增高。当添加量<6%时，酸奶的乳酸菌活菌数及L*没有显著性变化，而添加量≥6%时，乳酸菌活菌数下降显著，酸奶颜色变暗。浓缩椰子水本身呈淡黄色，加入量过多会使酸奶颜色变暗。当添加量为4%时，酸奶的乳酸菌活菌数最多，当添加量继续增大时下降明显，原因可能是适量的浓缩椰子水有利于乳酸菌更好的利用原料中的营养物质，而过量添加不利于乳酸菌的生长繁殖，甚至产生抑制作用。感官评分随着浓缩椰子水添加量的增加有显著性变化，呈现先增加后逐渐降低的趋势。当添加量>6%时，酸奶状态稀疏，有乳清析出，且椰子风味不协调，感官评分较差。当添加量为4%时，酸奶组织状态较好，口感细腻且浓郁，感官评分最高，达到80.97，因此，浓缩椰子水添加量4%时最佳。

表3 浓缩椰子水的添加量对酸奶品质的影响Table 3 Effect of concentrated coconut water addition on yogurt quality

2.1.2 白砂糖添加量对酸奶品质的影响

糖在酸奶中不仅能为菌种提供碳源、增加产品甜味，同时还有助于增加总固体含量，使酸奶质地、口感及黏度更好。但是摄入过量的糖分会引发一系列不利的健康结果，例如肥胖、龋齿、心血管疾病、脂肪肝以及2型糖尿病等[11]。从表4可知，当糖添加量<2%时，酸奶的感官评分和乳酸菌活菌数没有显著性变化，添加量≥2%时，随着糖添加量的增加，滴定酸度、感官评分及乳酸菌活菌数呈显著性下降，这是因为浓缩椰子水本身就含有丰富的葡萄糖和果糖，当糖添加量过多时会产生高渗透压，不仅会抑制菌种的生长繁殖，降低发酵速度，并且会影响酸奶的风味口感[12]，使制得的酸奶的风味较差，口感甜腻，这与前人研究结果一致[13-14]。不同糖添加量制备的酸奶的L*值、a*值、b*值都存在显著性差异。当糖添加量为0%时，制备的酸奶的感官评分最高。综合以上分析，不添加白砂糖最佳。

2.1.3 发酵温度对酸奶品质的影响

由表5可知，发酵温度为42、43 ℃时，酸奶的酸度较低，乳酸菌活菌数较少，凝乳状态和质地相对较差，有少量乳清析出，这是由于温度较高时不利于复合菌种的生长代谢，导致乳酸菌数量减少，酸奶产酸量也不足[15]。在发酵温度40 ℃时，酸度适中，且组织状态良好，口感细腻，感官评价最高，乳酸菌活菌数也最高。在色差方面，各不同发酵时间制得的酸奶产品的L*值和b*值都有显著性差异，a*值没有明显变化，当温度为40 ℃时，酸奶的L*达到最大，酸奶的亮度较好。综合以上分析，发酵温度为40 ℃最佳。

表4 白砂糖添加量对酸奶品质的影响Table 4 Effect of granulated sugar addition on yogurt quality

表5 发酵温度对酸奶品质的影响Table 5 Effect of fermentation temperature on yogurt quality

2.1.4 发酵时间对酸奶品质的影响

发酵时间过短，易导致酸奶组织状态、风味口感变差，且活菌数量减少；发酵时间过长又会导致酸奶产品过酸，乳酸菌减少，大量乳清析出，风味口感差[16-17]。从表6可知，不同发酵时间制备的酸奶的品质存在显著性差异。酸奶的酸度、感官评分和乳酸菌活菌数随着发酵时间的延长呈现出先升高后降低的变化；当发酵8.5 h后，酸奶发酵时间过长，酸度和乳酸菌数量降低，且口感和组织状态变得粗糙，有较多乳清析出。发酵7.5和8 h时，酸奶的色差及乳酸菌活菌数没有显著性变化，但在感官评价方面，7.5 h略高于8 h，且发酵时间较短。产品L*值在7.5 h后逐渐降低，a*值和b*值没有显著变化。综合以上分析，选择发酵时间7.5 h为最佳。

表6 发酵时间对酸奶品质的影响Table 6 Effect of fermentation time on yogurt quality

2.2 正交实验结果分析

选取浓缩椰子水添加量(A)、白砂糖添加量(B)、发酵温度(C)、发酵时间(D)进行正交试验。正交实验极差分析见表7，方差分析见表8。

由表7可知，影响功能性椰子植物酸奶感官评分的主次因素为：浓缩椰子水添加量>发酵温度>发酵时间>加糖量，产品最优的组合为A2、B1、C2、D3，对应的加工工艺条件是浓缩椰子水添加量4%、加糖量0%、发酵温度40 ℃、发酵时间8 h。由表8方差分析结果可知，发酵温度(C)和发酵时间(D)对制备酸奶产品的感官评分存在显著性差异(P<0.05)，浓缩椰子水添加量(A)表现出极显著差异(P<0.01)。

2.3 功能性椰子植物酸奶的品质分析

在最优加工工艺参数下，功能性椰子植物酸奶的pH值为(4.29±0.01)、酸度为(121±1.00)°T，蛋白质含量为(3.35±0.16)g/100 g、脂肪含量为(10.03±0.67)g/100 g，乳酸菌活菌数为7.57×108CFU/mL，均符合团体标准T/WSJD 12—2020《植物蛋白饮料 植物酸奶》中对植物酸奶产品的品质指标要求(pH≤4.50，酸度≥30.0°T，蛋白质≥2.5 g/100 g, 乳酸菌活菌数≥1.0×106CFU/mL)，同时乳酸菌活菌数远高于团体标准中的最低限量值。且该工艺条件下得到的酸奶产品色泽均匀、无气泡和乳清析出现象，凝固状态好，酸甜适口，风味佳，感官评分达84.64。

表7 正交实验极差分析表Table 7 Experiment range analysis table

表8 方差分析表Table 8 Analysis of variance table

2.4 功能性椰子植物酸奶抗氧化活性分析

总还原力的测定原理是依据抗氧化剂中存在的还原剂将Fe3+/铁氰化钾复合物还原为Fe2+/亚铁形式，并通过测定普鲁士蓝在700 nm处的生成量来监测样品的还原能力[18]。DPPH清除自由基作用机理主要是通过加入抗氧化剂，促使DPPH自由基在517 nm处的吸收能力减弱，通过计算吸光值的变化来评价某种物质的DPPH自由基清除活性。如图1所示，功能性椰子植物酸奶和对照酸奶的DPPH自由基清除率随着酸奶浓度的增大而呈逐渐上升的趋势，而市售酸奶无明显变化。在酸奶提取液质量浓度为5 mg/mL时，功能性椰子植物酸奶的DPPH自由基清除率可达(91.48±1.29)%，而对照酸奶和市售酸奶仅为(68.48±1.15)%和(25.45±0.53)%。总还原力亦随酸奶浓度增大而上升(图2)，且功能性椰子植物酸奶的吸光度高于对照酸奶和市售酸奶，功能性椰子植物酸奶的吸光值可高达(1.24±0.06)，对照酸奶和市售酸奶分别为(0.8±0.04)、(0.34±0.09)。这可能是因为椰子水中含有黄酮类化合物、酚类化合物等生物活性物质，从而使酸奶的抗氧化能力增加。由此表明，椰子水的添加会增强酸奶的抗氧化功效，使酸奶产品具有较好的功能活性，在一定程度上提高了椰子植物酸奶的附加值。

图1 不同酸奶样品对DPPH自由基清除率的影响Fig.1 Effect of different yogurt samples on DPPH free radical scavenging rate

图2 不同酸奶样品对还原力的影响Fig.2 Effect of different yogurt samples on iron reducing power

3 结论

本研究在椰子酸奶制作的基础上，在椰浆中添加浓缩椰子水，以理化指标、感官评价及乳酸菌活菌数作为评价标准，通过单因素试验和正交试验得出最佳配方，即浓缩椰子水添加量为4%，不添加白砂糖，接种量3%、40 ℃发酵8 h，在此工艺条件下制备的功能性椰子植物酸奶质地均匀、黏稠适宜、酸甜可口、无乳清析出现象、椰香风味独特，品质优良。抗氧化活性实验结果表明浓缩椰子水的加入，酸奶产品DPPH自由基清除率和总还原能力明显高于对照酸奶及市售酸奶，表明加入一定量的椰子水可有效提高植物酸奶的抗氧化能力。椰子水富含多种对人体健康有利的生物活性成分，以浓缩椰子水作为一种新的功能性成分载体引入椰子植物酸奶，不仅可有效扩宽椰子水的利用途径，还可以增强椰子植物酸奶的营养价值和保健功能，具有广阔的发展空间和市场前景。