魔芋葡甘聚糖饮用型酸奶稳定性及口感研究

2022-08-30薛海波吴栋平许琼杨亚兵程初林朱玉英

中国奶牛 2022年8期

薛海波，吴栋平，许琼，杨亚兵，程初林，朱玉英

（江苏梁丰食品集团有限公司，张家港 215600）

牛奶中富含蛋白质、矿物质、活性因子等营养物质，正日益成为人们不可或缺的日常饮品。以牛奶为主要原料经过乳酸菌发酵而成的酸奶，其营养物质更容易被人体吸收，并且酸甜可口、具有发酵香气，深受广大消费者的喜爱[1～3]。根据产品组织状态的不同，酸奶可以分为搅拌型、凝固型和饮用型三种类型[4]。饮用型酸奶由于具有流动性好、清爽细腻、入口顺滑等感官特性，加之配以方便易携的包装，近年来已大量涌入市场。

魔芋葡甘聚糖（Konjac glucomannan，简称KGM）是从魔芋块茎中提取的一种高分子多糖，主要由β-D-葡萄糖和β-D-甘露糖按照一定的比例通过β-1，4糖苷键键合而成，兼具多糖与膳食纤维等多种优点，在食品中常作增稠剂、乳化剂使用[5～7]。此外，大量研究发现，KGM具有清理肠道、降血压、降血脂等调节人体生理代谢的功能[8]，将KGM应用于酸奶研发，不仅可以保留酸奶优点，还能够发挥KGM诸项保健功效。因此，KGM功能性酸奶具有较高的市场前景与研究价值。

本试验以目前比较流行的饮用型酸奶为研究方向，经过反复的配方验证，在生牛乳中添加KGM取代传统的淀粉、明胶作为稳定剂，重点从pH值、酸度、活菌数、黏度以及感官评价方面出发，对冷链条件下不同存放时间KGM饮用型酸奶的稳定性及口感变化情况展开研究，探究KGM的适宜添加比例范围和KGM酸奶的最佳饮用时间，以期为KGM在功能性酸奶的开发上提供一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

生牛乳（江苏梁丰机械化奶牛场），发酵菌（丹尼斯克添加剂上海有限公司），KGM（云南省昭通市三艾有机魔芋发展有限责任公司），蔗糖（云南中云勐腊糖业有限公司）。

1.2 主要仪器和设备

高压均质机（上海锦竹机械设备有限公司）；恒温培养箱（通州市沪通制药机械设备厂）；数显酸度计（杭州雷磁分析仪器厂）；黏度计（美国博勒飞公司）；搅拌机（江阴市保利科研器械有限公司）；调温水浴锅（上海苏达实验仪器有限公司）；不锈钢锅；玻璃棒；冰箱等。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程及操作要点

（1）发酵剂制备：取200mL生牛乳加热至95℃灭菌5min，按无菌操作法接种发酵菌，于恒温培养箱中43℃下培养7h，取出后放置冰箱于4℃储存。

（2）生鲜乳验收：通过酒精试验、煮沸试验、理化检验、抗生素检验等，保证生鲜乳符合GB19301-2010质量要求。

（3）混合：为了保证溶解效果，牛奶中添加物料前，预先将称好的白砂糖和KGM混合均匀，待牛奶温度升至70℃左右时，在搅拌过程中缓慢添加物料，搅拌时间25min。

（4）杀菌：将添加KGM及白砂糖的牛奶温度升至（95±2）℃，保持杀菌时间5min。

（5）冷却接种：杀菌时间达到后，冷却到41～43℃，接入4%发酵剂，放置恒温培养箱中43℃发酵7h左右，滴定酸度满足700T以上时，停止发酵。

（6）均质：本操作中均质有两道工序，杀菌前均质的作用主要是使物料体系更加均匀化，发酵后的均质是为了降低酸奶黏度以达到清爽饮用型效果，所以，前者均质压力控制在18～20MPa，后者均质时保持空压即可。均质后产品进行分装，及时放入冰箱于4℃条件下储存17～18h进入后熟阶段。

1.3.2 配方设计及饮用型酸奶的制备

每份料液中的鲜奶含量为80%，分别称取0.09%、0.11%、0.13%、0.15%、0.17%的KGM与7%的蔗糖混合均匀（以上均为质量百分比），料液升温加热至70℃左右时，将不同比例的KGM和蔗糖混料加入至牛奶中，剩余部分补水定容。继续加热到95℃，保持灭菌温度5min，然后将牛奶冷却到43℃，接入4%发酵剂。于恒温培养箱中43℃培养7～8h终止发酵。均质机空压条件下进行均质分装，并放置于冰箱中4℃条件下储存17～18h进入后熟阶段。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 pH值：使用酸度计（pHS-25）测定；酸度值：采用NaOH滴定法测定；活菌数：平板培养计数法测定；黏度：使用黏度计测定。

1.4.2 感官检验：由感官鉴评人员组成鉴评小组，分别从表征、香气、口感、组织状态等方面进行感官评分。评定标准见表1。

表1 感官评定标准

2 结果与讨论

2.1 pH和酸度值分析

酸奶在发酵过程中由于发酵菌种的生长繁殖产生乳酸，和一定比例的糖搭配，形成特有的酸甜口味[9]。但是发酵菌体的生长受基料、温度、存放条件等诸多因素影响，其发酵过程以及后期的储存不当都会影响发酵酸奶的风味[10,11]。酸味是评判酸奶风味的重要指标[12]，酸味偏轻或过重都会直接影响产品的口感和食用者接受程度，追踪与检测pH值和酸度值是非常重要的。

由表2可以看出，添加不同比例的KGM影响酸奶发酵时间，随着浓度的不断增加，发酵时间呈延长趋势。一定条件下，KGM在牛奶中可起到很好的乳化分散作用，但是当KGM浓度过高时，牛奶混合液黏稠度增加，加之与牛奶蛋白发生部分联结作用，形成致密的凝胶，不利于酸奶的发酵，从而延长发酵时间，影响菌种的产乳酸能力，致使pH值降低缓慢。

表2 添加不同比例KGM酸奶发酵用时及pH值

酸奶中由于发酵菌体在不断生长繁殖，温度较高会加快生长活跃度，致使酸度增加，因此，酸奶要求冷链的储存条件。将酸奶置于4～6℃条件下储存21d，pH值和酸度值变化如图1、2所示。从图中可以看出，随着存放时间的延长，酸奶的pH值逐渐降低，这也和酸度值增加是相符合的。但是，当KGM添加量为0.15%和0.17%时，酸奶pH值和酸度值出现了无规则波动，进一步体现了KGM浓度增加后会影响发酵环境，此时过高的牛奶黏稠度影响了体系均匀分散，导致酸度检测过程中变化浮动过大。从图1、2中可以对比得出，KGM在酸奶制作过程中添加量不宜超过0.13%。

图1 不同储存时间下的pH值变化（4～6℃储存）

图2 不同储存时间下的酸度变化（4～6℃储存）

2.2 活菌数

乳酸菌对人体肠胃具有较好的益生保健功能，酸奶较高的营养价值和保健价值主要是通过乳酸菌发酵而实现的，所以酸奶中乳酸菌活菌数是反映酸奶营养价值的重要指标[13～15]。而乳酸菌的存活率与储存环境密切相关，其中储存温度与储存时间是最重要的影响因素[16～18]。

分别取冷藏条件、常温条件和高温条件下的典型温度4℃、20℃和35℃，通过储存培养观察酸奶中的活菌数。由表3可以得出：随着储存时间的增加活菌数呈直线下降，尤其在35℃储存条件下，第一周活菌数量急剧降至百万以下，低于国家标准GB19302-2010规定的乳酸菌含量[19]。这是因为高温条件下乳酸菌生存活跃，加速了生存周期，较早进入衰亡期；而低温条件延缓了乳酸菌的增殖速率，活菌数相对较高。对比储存时间可以发现，在任何温度下，均以7d的活菌数最高，随着储存时间的延长活菌数均显著下降。对比KGM在酸奶中的不同添加配比，可以发现0.11%和0.13%浓度的酸奶活菌数略多，说明0.11%～0.13%添加量最为适宜。综上可知，KGM酸奶适宜在低温条件下储存，以一周内开封饮用最佳；KGM的适宜添加量控制在0.11%～0.13%范围内对于酸奶的乳酸菌生存有利。

进一步分析KGM饮用酸奶在4～6℃储存条件下活菌数的变化值，由图3可以看出，第1天产品的活菌数最高，随着储存时间的延长，活菌数呈降低趋势，符合表3数据特征，即第1～7天活菌数变化相对稳定，但是7d后数量下降明显增快。原因在于储存前期乳酸菌仍然代谢活跃，不断增长，数量上相对比较稳定，但是随着时间的延长，发酵过程中不断产酸，同时乳糖等营养物质不断消耗，对乳酸菌的生长繁殖起到抑制作用，最终影响了存活率。图中还可以发现，KGM的添加量在0.11%和0.13%时，乳酸菌的活菌数在每一阶段均相对较高，进一步验证了KGM饮用型酸奶KGM适宜添加范围为0.11%～0.13%。

表3 不同储存温度及相应时间下的活菌数变化状况单位：108CFU/mL

图3 不同储存时间下活菌数的变化（4～6℃储存）

2.3 黏度分析

大量研究表明，多糖与蛋白质共混时能够相互结合，对产品品质起到协同增效作用[20～22]。KGM作为一种高分子多糖[22]，在牛奶中合理添加，并利用KGM与牛奶中蛋白相互作用开发功能性酸奶，能够显著提高酸奶品质。

利用黏度分析可以有效评价酸奶品质。酸奶产品起始品质具有很大的先决作用，图4为4℃下对第1天的不同KGM质量分数的酸奶进行黏度测定的结果。结果表明，KGM浓度为0.09%、0.11%和0.13%时酸奶的黏度小于80cP，符合饮用型酸奶的清爽可口品质要求，之后随着KGM浓度的增加，产品黏度也随之增高，说明KGM增加对混合体系浓度起着重要的影响。因此，研发KGM功能性酸奶，需要合理控制好KGM添加量，因为KGM具有较高的吸水溶胀性，加之与牛奶蛋白能够相互作用，使酸奶黏度急剧上升，最终影响产品品质。

图4 不同KGM质量分数下的黏度变化

从图5可以观察到，4℃下储存时间变化对黏度影响不大。饮用型酸奶实质上是低黏度的搅拌型酸奶，而要实现较低黏度很大程度上依赖于加工工艺。目前，生产上一般采用均质或者高速剪切泵达到清爽可口的低黏度效果。KGM一方面具有乳化稳定效果，但是另一方面具有很高的增稠性，提高KGM在酸奶中的比例，可以发现黏度不断上升，0.13%是一个浓度极限点，当超过该限值时，黏度急剧上升，故为了达到清爽型效果，KGM添加量应控制在0.13%浓度范围以内。

图5 不同储存时间下的黏度变化

2.4 感官分析

将KGM饮用型酸奶于4℃条件下储存，分别对第1天、第7天、第14天以及第21天的产品进行感官评定。结果如图6所示。

图6 不同KGM质量分数下的感官评分

从图中可以看出，第1天的评分明显高于后面的天数，说明刚开始的产品发酵酸甜比等口感比较适宜，正符合人们普遍认为的“新鲜”，但是随着存放时间的延长，由于乳酸菌的继续生长产酸，产品后期酸度会不断增加。另外，KGM不同的添加配比，也对产品的品质产生了重要影响。试验中发现，当放置到第14天时，0.09%浓度的产品已经有乳清析出，第21天已出现明显的分层，而0.15%和0.17%的产品由于浓度较高，没有出现乳清析出或者分层现象，但品尝时具有肥腻感与滞留感。所以，酸奶适宜的饮用时间应当控制在7日以内，且越早越好，否则对于人体有益的活菌数将会减少。当KGM添加浓度为0.11%时，酸奶口味较佳。