黑木耳沙棘凝固型酸奶的工艺研究

房丹丹,马 平,刘璐萍,姜露熙,裴龙英,布海丽且姆·阿不都热合曼

(新疆理工学院 食品科学与工程学院,新疆 阿克苏 843000)

中国是世界黑木耳第一生产大国,黑木耳的产量占世界总产量的90%以上。其中含蛋白质是牛奶的6倍,每100 g干木耳含铁达185 mg,是肉类的100倍。近代研究证明:黑木耳对人体血压、血脂和胆固醇等具有调节作用,药食同源,受到越来越多消费者的关注,市场需求也逐年增加[1-3]。黑木耳产业作为阿克苏地区农民增收的新途径,自种植以来虽然为地方带来一定的经济效益,但目前阿克苏地区黑木耳主要以干制品进行销售,缺少精深加工的各种产品,严重制约产业可持续发展。我国素有“沙棘王国”之称,资源丰富的沙棘占世界沙棘的90%以上,沙棘果实富含人体所需的各种氨基酸、脂肪酸和黄酮等活性物质,尤其含有大量的维生素、抗氧化物质,具有抗氧化、抗感染和抗糖尿病等生物活性[4-5]。笔者研究目的在于以传统原味酸奶的制作为基础,加入黑木耳、沙棘,以感官评价为响应,通过单因素实验和响应面法优化制备黑木耳沙棘酸奶,不仅可以改善酸奶的口感,而且可以增加营养价值,为开发具有一定功能作用的黑木耳沙棘酸奶及相关乳制品提供理论数据和工艺参数,同时对阿克苏地区黑木耳及沙棘的精深加工有一定意义[6-9]。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器设备

干黑木耳,购自萨依买里村;牛奶、蔗糖,购自淘宝官方旗舰店;嗜热链球菌,购自台湾亚芯生物科技有限公司;德式保加利亚乳酸杆菌,购自大连亚芯生物科技有限公司;沙棘,购自新疆域上金棘生物科技有限公司;其他试剂均为国产分析纯。

FA1204B电子天平,上海佑科仪器仪表有限公司;C22-IH07E电磁炉,浙江苏泊尔生活电器有限公司;BCD-452WDPF冰箱,海信智家股份有限公司;BBS-SDC超净工作台,山东博科再生医学有限公司;BPH-9042精密恒温培养箱,上海一恒公司;TGL-20M高速冷冻离心机,上海卢湘仪;FJ200-SH乳化机,常州乐足机械科技有限公司。

1.2 实验方法

黑木耳沙棘凝固型酸奶工艺流程设计:牛奶→预热→配料→添加黑木耳、沙棘汁→均质→杀菌→冷却→接种→发酵→冷藏后熟→黑木耳沙棘凝固型酸奶。

1.2.1 原料预处理

1) 黑木耳汁的制备:首先将磨成粉的黑木耳以1∶40的质量比溶解,充分搅拌放入恒温水浴锅经80 ℃浸提60 min;然后用160目筛子过滤2遍;最后放入离心机中离心,转速8 000 r/min,离心5 min,高温杀菌后放凉,冰箱冷藏备用。

2) 沙棘汁的制备:沙棘原浆用纱布过滤2遍,放入离心机中离心,转速8 000 r/min,离心5 min,高温灭菌后放凉,冰箱冷藏备用。

3) 菌种活化:首先将鲜牛奶经过高温杀菌后冷却到45 ℃,接入m(保加利亚乳杆菌)∶m(嗜热链球菌)=1∶1,在温度为42 ℃下发酵4 h;然后立即取出放入冰箱冷藏备用[10-13]。

1.2.2 操作要点

新鲜牛奶:无凝块、无沉淀和无正常视力可见异物;具有乳固有的奶香味,无异味;色泽均匀亮丽呈乳白色;蛋白质质量分数不低于2.9%,脂肪质量分数不低于3.1%,酸度为12～18 °T。

配料:将称量好的蔗糖、黑木耳和沙棘汁加入已经预热至65～70 ℃的牛乳中,持续搅拌20 min,让其充分混匀,并全部溶解,无悬浮或沉淀颗粒形成。

均质:将物料温度预热到65 ℃时,通过工作压力为56 MPa的实验型均质机均质10 min[14-15]。

杀菌:均质后的物料用塑料薄膜密封后迅速升温至95～100 ℃,保温5～10 min进行杀菌处理。

接种:为保证菌种活力同时使菌种充分溶解,接种时温度保持在43～45 ℃。

发酵:将接种后的牛奶,立即放入42 ℃的恒温培养箱中,发酵一定时间至凝乳形成,取出后立即冷却至20 ℃以下,终止发酵。

冷藏后熟:发酵结束后,立即取出并放入冰箱,在4 ℃条件下冷却促进凝固和风味的形成,时间24 h。

1.2.3 单因素实验

1) 黑木耳沙棘汁比例对感官品质的影响

在发酵温度42 ℃、发酵时间为4 h、蔗糖添加量为6%、接种量为7%的条件下,考察V(黑木耳)∶V(沙棘)分别为1∶1,2∶1,3∶1,4∶1,5∶1的影响,进行感官评定。

2) 蔗糖添加量对酸奶感官品质的影响

在发酵温度为42 ℃、发酵时间为4 h、V(黑木耳)∶V(沙棘)=3∶1、接种量为7%的条件下,考察蔗糖添加量分别为4%,5%,6%,7%,8%的影响,进行感官评定。

3) 发酵接种量对酸奶感官品质的影响

在发酵温度为42 ℃、发酵时间为4 h、蔗糖添加量为7%、V(黑木耳)∶V(沙棘)=3∶1的条件下,考察接种量分别为4%,5%,6%,7%,8%的影响,进行感官评定。

4) 发酵时间对酸奶感官品质的影响

在发酵温度为42 ℃、蔗糖添加量为7%、V(黑木耳)∶V(沙棘)=3∶1、接种量为6%的条件下,考察发酵时间分别为3,3.5,4,4.5,5 h的影响,进行感官评定。

1.2.4 响应面优化实验

在单因素实验的基础上,以模糊数学综合感官评价的结果作为响应值[16-20],采用响应面优化设计法研究黑木耳与沙棘汁体积比、蔗糖添加量和接种量3个因素对酸奶感官品质的影响,进而确定黑木耳沙棘酸奶工艺条件。利用响应面应用软件Design Expert 13对工艺条件进行优化设计,具体因素与水平如表1所示。

表1 响应面实验设计因素与水平

1.2.5 感官评价方法及标准

黑木耳沙棘酸奶感官评价方法参考GB 19302—2010《食品安全国家标准发酵乳》,挑选食品科学与工程学院专业素质高的学生10人(男女各5人),分别从色泽、风味、组织状态和口感4个指标进行感官评分,具体评分标准[21-22]如表2所示。

表2 感官评分标准

2 实验结果与分析

2.1 单因素实验

2.1.1 黑木耳沙棘汁比例对酸奶感官品质的影响

加入黑木耳与沙棘,不仅可以增强酸奶的风味,而且可以提高酸奶的营养价值,同时也会导致酸奶体系不稳定,出现乳清析出、分层和表面粗糙等问题。因此,通过单因素实验确定黑木耳与沙棘最佳体积比对开发本产品非常重要,黑木耳与沙棘汁体积比对黑木耳沙棘酸奶感官品质的影响如图1所示(图中小写字母表示指标间的差异显著P<0.05)。

图1 黑木耳沙棘汁比例对感官品质的影响Fig.1 Effect of the volume ratio of auricularia auricularand sea-buckthorne on sensory quality

从图1可以看出:酸奶的感官评分随着黑木耳与沙棘汁体积比的增加呈现先上升后下降的趋势,当体积比为1∶1时,无法突出黑木耳和沙棘的风味;当体积比为5∶1时,黑木耳味道过于浓烈;当体积比为3∶1时,具有黑木耳和沙棘特有的风味,味道柔和,感官评分最高。

2.1.2 蔗糖添加量对酸奶感官品质的影响

添加蔗糖一方面可以为乳酸菌发酵提供碳源,另一方面可改善酸奶整体口感。由于实验以黑木耳和沙棘为原料制作酸奶,口感上可能会受到影响,通过调节蔗糖的添加量期望改善因原料的加入而导致的酸奶口感差问题,最终单因素实验确定蔗糖添加量对黑木耳沙棘凝固型酸奶感官品质的影响如图2所示(图中小写字母表示指标间的差异显著P<0.05)。

图2 蔗糖添加量对感官品质的影响Fig.2 Effect of the addition amount of sucroseon sensory quality

从图2可以看出:酸奶的感官评分随着蔗糖的加入呈现先上升后下降的趋势,当蔗糖的添加量为7%时,酸奶的感官评分值最高;当蔗糖添加量为4%时,酸奶风味整体太酸,口感不佳;当蔗糖添加量为8%时,口感过甜,掩盖了黑木耳沙棘酸奶原有的香味,感官评分值不高。因此,确定最佳蔗糖添加量为7%,此时酸奶感官评分最好。

2.1.3 发酵剂接种量对酸奶感官评分的影响

酸奶中添加适量的发酵剂,一方面可以增加酸奶的凝固型,提高乳酸菌的产酸能力;另一方面可以决定酸奶的组织状态。通过单因素实验确定发酵剂接种量对黑木耳沙棘凝固型酸奶感官评分的影响结果如图3所示(图中小写字母表示指标间的差异显著P<0.05)。

图3 发酵剂接种量对感官评分的影响Fig.3 Effect of the inoculation amount on sensory quality

从图3可以看出:酸奶的感官评分随接种量的升高,呈现出先上升后下降的趋势,当接种量为6%时,酸奶的感官评分值最大;当接种量为4%时,酸奶组织状态较差,风味较淡;接种量为8%时,酸度较大,酸奶风味较差,感官评分不断下降。因此,确定最优的发酵剂添加量为6%,此时制备的酸奶感官评分最高。

2.1.4 发酵时间对酸奶感官评分的影响

发酵时间是影响酸奶发酵的主要因素之一,发酵时间过短,酸奶未凝固;发酵时间过长,乳清容易析出,导致产品组织状态差。同时考虑生产成品问题,发酵时间不宜过长,通过单因素实验确定发酵时间对黑木耳沙棘凝固型酸奶感官评分的影响结果如图4所示(图中小写字母表示指标间的差异显著P<0.05)。

图4 发酵时间对感官品质的影响Fig.4 Effect of the fermentation time on sensory quality

从图4可以看出:酸奶的感官评分随发酵时间的升高,呈现出先上升后下降的趋势,发酵时间为4 h时,酸奶感官评分值最大;当发酵时间为3 h时,此时酸度不够,酸奶风味较差;当发酵时间5 h时,酸度过高,存在乳清析出问题。同时考虑效益成本问题,选择最佳发酵时间为4 h,感官评分最高。

2.2 模糊数学评价法分析

2.2.1 权重得分

根据0～4评判法确定黑木耳沙棘凝固型酸奶每个因素的权重,具体方式:首先请10位评价员对每个因素进行两两重要性比较,很重要4分,很不重要0分,较重要3分,不很重要1分,同等重要2分;然后根据这个评分标准每个评价员对各个因素打分数;最后统计所有打分人的表,确定每个因素得分,再除以所有指标总分之和,可得到这4个因素的权重分数。通过此法确定黑木耳沙棘酸奶中每个因素的权重,最终权重X={0.2,0.27,0.33,0.2},具体权重得分如表3所示[23-24]。

表3 权重得分表

2.2.2 模糊矩阵的确定

挑选10名食品科学与工程学院专业学生,其中男生5名,女生5名,按照感官评价要求对响应面优化实验中17组样品的感官指标进行评分,每位评价员分别按照一级(90～100)、二级(80～90)、三级(70～80)、四级(60～70),对样品色泽、风味、口感和组织状态4个指标进行打分,最终统计每个指标不同等级下的评价员人数并进行模糊计算,结果如表4所示。

表4 各项感官指标评价结果

结合表4,得出模糊矩阵为

据公式B=X×Rj,得出样品R1的综合评价结果为

根据Y=B·V,得

同上述方法,可得其他样品的感官评分。

2.3 响应面实验结果与分析

根据Design-Expert 13.0软件设计响应面实验,以感官评分为响应值,选取黑木耳与沙棘体积比A、蔗糖添加量B和发酵接种量C3个自变量因素,随机组成17个实验组合,响应面实验结果如表5所示。

表5 响应面实验结果

2.4 回归模型建立及方差分析

利用Design-Expert 13.0软件对响应面结果进行回归方差分析拟合,方差分析如表6所示。

表6 方差分析表

从表6可以得出:笔者模型效果显著,失拟项不显著,R2=0.993 5,说明该模型可以用来预测实际实验,得到二次多项式Y=0.526 3A+1.44B-1.3C-0.07AB+0.822 5AC+2.48BC-0.134 3A2-1.85B2-2.25C2+91.62,该方程说明了各影响酸奶因素与感官评分之间的显著关系,可以预测黑木耳沙棘凝固型酸奶工艺结果[25-26]。B(蔗糖添加量)和C(发酵剂接种量)因素对酸奶感官评分影响较为重要。通过观察F可知:各因素对感官评分的影响大小排序为B>C>A,蔗糖添加量对感官评分的影响最大,第2为发酵剂接种量,第3为黑木耳与沙棘体积比。

2.5 响应面交互影响分析

响应面图形是反映实验中任意2个因素间的相互作用,从而判断其对黑木耳沙棘凝固型酸奶感官评分值的影响,等高线图可以确定黑木耳与沙棘体积比、蔗糖添加量和发酵接种量3个因素间的相互作用程度(图5)。根据图5中的弧面和等高线的变化趋势,可以看出蔗糖添加量对黑木耳沙棘凝固型酸奶感官评分影响大于发酵剂接种量,2个因素之间存在显著的交互作用。

结合模型预测得到推荐最佳工艺参数为V(黑木耳)∶V(沙棘)=3∶1,蔗糖添加量为6.95%,接种量为6.156%,感官评分为92.296分。为方便实验,经调整之后获得最佳工艺参数为V(黑木耳)∶V(沙棘)=3∶1,蔗糖添加量为7%,接种量为6%,在此基础上进行验证实验,最终感官得分93.25分,与回归模型预测结果差异不大。

3 结 论

模糊数学法进行感官评定能综合考虑所有的评定因素,再结合回归模型分析、响应曲面对黑木耳沙棘酸奶的工艺条件进行分析,使实验结果更加可靠。研究最终确定黑木耳沙棘酸奶的最佳工艺条件为V(黑木耳)∶V(沙棘)=3∶1,蔗糖添加量为7%,接种量为6%,发酵时间为4 h,感官评分93.25分,在此最佳条件下,酸乳呈均匀的淡黄色,具有黑木耳、沙棘和酸奶清香味,酸甜适中,无乳清析出,组织状态稳定,是一种营养丰富、外观诱人和风味特异的新型发酵乳制品,为功能性酸奶的开发提供了一定的理论依据,对黑木耳、沙棘深加工产品的研究,具有非常重要的意义。