菊芋酸奶的研究与开发

杨爱华，陈英乡，于金换，刘鹏莉，遇艳萍

（烟台职业学院，山东烟台 264670）

菊芋（Helianthus tuberosus）俗名洋姜，属于菊科，100 g块茎中碳水化合物含量为16.6 g，其中78%的成分为天然果聚糖[1]，称为菊糖，具有调整肠道内微生物菌系的组成和功能，尤其是能选择性地促进双歧杆菌等益生菌生长[2]。菊糖能促进矿物质特别是钙和铁的吸收与利用，防止骨质疏松症；减少肝脏毒素，特别是氨类毒素，在肠中生成抗癌的有机酸，有显著的防癌功能[2-5]。菊芋汁口味纯净香甜，具有类似脂肪的香味和爽口的滑腻感，是一种天然脂肪或糖的替代物和食品改良剂[3,6-8]。

酸奶是日常生活中比较常见的饮品，含有大量的乳酸菌、氨基酸以及脂肪酸等营养成分，易被人体吸收和消化，可以达到调节肠道菌群、抑制肠道内腐败细菌滋生、促进肠胃蠕动、润肠通便等作用[9-12]。本实验主要利用菊芋具有促进双歧杆菌等益生菌生长的功能，将其应用到酸奶发酵中[4,13-14]，生产现酿酸奶；用菊芋汁溶解全脂奶粉制备复原奶，选择成品酸奶混合发酵剂，采用单因素试验对菊芋在酸奶发酵过程中双歧杆菌等乳酸菌数量的增殖作用进行比较，并在此基础上对菊芋酸奶生产工艺条件进行优化，得出菊芋酸奶制作的最佳生产工艺。

1 材料与设备

1.1 仪器与设备

小型实验室高压均质机，GJJ-0.2/25，上海台驰轻工装备有限公司；胶体磨，JM-L50A，长沙固利食品机械有限公司；数显恒温水浴锅，DKB-501S，上海精宏实验设备公司；隔水式恒温培养箱，GSP-9270MBE，上海博讯实业有限公司；高压灭菌器，LDZX-75KBS，上海申安医疗器械厂；电子分析天平，AR224CN，美国奥豪斯仪器（上海）有限公司；超净工作台，SW-CJ-2FD，苏州安泰空气技术有限公司；酸度计，EL20K，梅特勒-托利多公司；冰箱，BCD215KS，海尔电器有限公司。

1.2 材料与试剂

自制菊芋汁参考文献[15-16]，制备工艺如下：菊芋清洗、浸泡→去皮、切片、护色→磨浆酶解→一次粗分离→二次粗分离→抽滤→菊芋汁。

雀巢怡运全脂高钙奶粉，雀巢乳品旗舰店；甘福源绵白糖，菏泽市福源糖业有限公司；尚川酸奶发酵剂，广东顺德尚川生物科技有限公司；MRS 琼脂培养基，青岛海博生物科技有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

菊芋酸奶工艺流程见图1。

1.3.2 工艺操作要点

（1）复原奶制备

先将菊芋汁加热到80～90 ℃，加入奶粉、白砂糖混合均匀，将调配好的料液进行高压均质。采用二次均质法，一次均质压力为23 MPa，二次均质压力为25 MPa。

（2）接种发酵

将均质好的物料冷却到42 ℃左右接入酸奶发酵剂，搅拌均匀后分装放入42 ℃的恒温培养箱内发酵。

（3）后熟

凝乳后（酸度达到70～80oT）取出，移至0～4 ℃的冰箱中冷藏24 h。

1.4 单因素试验

1.4.1 菊芋汁浓度对酸奶中乳酸菌数量的影响

菊芋汁浓度按照0%、8%、13%、17%、25%，进行奶粉复原，全脂奶粉13%，蔗糖添加量7%，发酵剂接种量为0.3%，发酵温度42 ℃，发酵10 h 得到的菊芋酸奶，采用GB 4789.35 平板计数法检验[17-18]。

1.4.2 菊芋汁浓度对酸奶感官品质的影响

菊芋汁按照0%、8%、13%、18%、23%添加量，酸奶发酵剂接种量0.3%，全脂奶粉13%，蔗糖量7%，发酵温度42 ℃，发酵10 h 得到的菊芋酸奶，进行感官评定[19-20]。

1.4.3 发酵剂接种量对酸奶感官品质的影响

发酵剂接种量按照0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，菊芋汁浓度13%，全脂奶粉13%，蔗糖添加量7%，发酵温度42 ℃，发酵10 h 得到的菊芋酸奶，进行感官评价。

1.4.4 蔗糖添加量对酸奶感官品质的影响

蔗糖添加量按照3%、5%、7%、9%、11%，菊芋汁浓度13%，全脂奶粉13%、发酵剂接种量0.3%，发酵温度42 ℃，发酵10 h 得到的菊芋酸奶，进行感官评价。

1.4.5 发酵时间对酸奶感官品质的影响

发酵时间参考酸奶发酵剂要求的8～12 h 设置为6、8、10、12、14 h，菊芋汁浓度13%，蔗糖添加量7%，全脂奶粉13%，酸奶发酵剂接种量0.3%，发酵温度42 ℃得到的菊芋酸奶，进行感官评价。

1.5 正交试验方案设计

为使产品能充分体现菊芋酸奶的风味，同时具有甜美的口感，本配方研究采用四因素三水平正交实验来确定菊芋汁浓度、蔗糖用量、发酵剂接种量对产品感官性能的不同影响，从而确定产品最佳原料配方。正交试验因素水平设计见表1[4]。

表1 正交试验因素水平表Table 1 Factors and levels table of orthogonal test

1.6 产品评价方法

1.6.1 感官评价

参照GB 19302—2010《食品安全国家标准发酵乳》感官要求对菊芋酸奶感官进行分析。根据菊芋酸奶的特性，选择组织状态、口感、香气、滋味和色泽5 个能反映酸奶质量的评价指标，对菊芋酸奶进行感官评价。感官评价标准见表2。

表2 菊芋酸奶感官评价标准Table 2 Sensory evaluation standards for H. tuberosus yogurt

1.6.2 理化指标评价

脂肪参照GB 5413.3—2010《食品安全国家标准婴幼儿食品和乳品中脂肪的测定》的方法测定。非脂乳固体参照GB 5413.39—2010《食品安全国家标准乳和乳制品中非脂乳固体的测定》的方法测定。蛋白质参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》的方法测定。酸度参照GB 5413.34—2010《食品安全国家标准乳和乳制品酸度的测定》的方法测定。

1.6.3 微生物指标评价

大肠菌群依据GB 4789.3—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验大肠菌群计数》的方法进行检验。金黄色葡萄球菌依据GB 4789.10—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验金黄色葡萄球菌检验》的方法进行检验。沙门氏菌依据GB 4789.4—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验沙门氏菌检验》的方法进行检验。霉菌和酵母菌依据GB 4789.15—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验霉菌和酵母计数》的方法进行检验。乳酸菌依据GB 4789.35—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验乳酸菌检验》的方法进行检验。

1.7 数据处理

采用Excel 2010 进行数据处理和作图。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 菊芋汁浓度对酸奶中乳酸菌数量的影响

由图2（见下页）可以看出，随着菊芋汁浓度的增加，酸奶中乳酸菌数量逐渐递增，菊芋汁浓度在13%时，酸奶中乳酸菌活菌数为7.40log CFU/mL，之后随着菊芋汁浓度的继续增加，乳酸菌的数量在不同程度上受到抑制，可能由于随着菊芋汁浓度的增加，乳酸菌发酵导致酸奶酸度增加，抑制了乳酸菌的增殖。因此菊芋汁最佳浓度为13%。

图2 菊芋汁浓度对酸奶中乳酸菌数量的影响Fig.2 The effect of H. tuberosus juice concentration on the number of lactic acid bacteria in yogurt

2.1.2 菊芋汁浓度对酸奶感官品质的影响

由图3 可以看出，随着菊芋汁浓度的增高，酸奶的感官评分呈现先上升后下降的趋势。当添加量为13%时，感官品质评价最优，说明此浓度下的酸奶组织状态，色泽和风味、口感较佳。

图3 菊芋汁浓度对酸奶感官品质的影响Fig.3 The effect of juice concentration of H. tuberosus on the sensory quality of yogurt

2.1.3 发酵剂接种量对酸奶感官品质的影响

由图4 可看出，当接种量由0.1%增大到0.3%时，感官评分逐渐提升，大于0.3%后，感官评价逐渐降低，原因可能是接种量大于0.3%时，发酵液中乳酸菌数过多，发酵速度过快，导致凝乳过度，乳清大量析出，影响了感官品质。

图4 发酵剂接种量对酸奶感官品质的影响Fig.4 The effect of inoculation amount of fermentation agent on the sensory quality of yogurt

2.1.4 蔗糖添加量对酸奶感官品质的影响

由图5 可以看出，随着蔗糖添加量的增加，酸奶的组织状态、风味、色泽变化不明显，只是在口感上，酸甜度逐渐由酸到甜。蔗糖添加量在5%～11%之间，口感酸甜度较受欢迎，具体要求视个人口感不同而定，蔗糖添加量在7%左右被广泛接受，感官评价最好。

图5 蔗糖添加量对酸奶感官品质的影响Fig.5 The effect of adding amount of sucrose on the sensory quality of yogurt

2.1.5 发酵时间对酸奶感官品质的影响

由图6 可知，发酵时间对酸奶感官品质影响较明显，随着发酵时间的延长，乳酸菌的数量逐渐增加，乳酸的产量逐渐递增，促使酸奶凝结。当发酵时间10 h 时，菊芋酸奶的感官评分最高，此时酸奶的凝乳状态良好，无乳清析出，组织细腻，酸奶风味、色泽、口感最好。

图6 发酵时间对酸奶感官品质的影响Fig.6 The effect of fermentation time on the sensory quality of yogurt

2.2 正交试验

由表3 可知，对酸奶感官评分影响最大的是菊芋汁浓度，影响最小的是蔗糖添加量；最佳工艺条件为A2B2C2D2，即菊芋汁浓度为13%，蔗糖浓度为7%，发酵剂接种量为0.3%，发酵时间为10 h，得到的酸奶组织状态细腻均匀不分层，风味、口感、香味最佳。

表3 菊芋汁酸奶的最优工艺设计正交试验结果分析表Table 3 Analysis table of orthogonal experiment results for the optimal process design of H. tuberosus juice yogurt

2.3 产品评价

2.3.1 感官指标

该产品组织紧密、均匀、不分层，无乳清或少量乳清析出；口感爽口、细腻、润滑，酸甜适中，适口性较好；乳香味浓、有菊芋特有香味、无异味；颜色为乳白色或稍带黄色，色泽均匀，有酸奶应有的光泽。

2.3.2 菊芋酸奶理化检测

菊芋酸奶理化结果见表4，表明菊芋酸奶的理化指标完全符合GB 19302—2010《食品安全国家标准发酵乳》的要求。

表4 菊芋酸奶理化检测结果Table 4 Physical and chemical test results of H. tuberosus yogurt

2.3.3 菊芋酸奶微生物检测结果

菊芋酸奶微生物检测结果见表5，表明菊芋酸奶的微生物指标符合GB 19302—2010《食品安全国家标准发酵乳》所规定的要求。菊芋酸奶中的乳酸菌数与普通酸奶的乳酸菌数差异显著，可见添加菊芋有明显促进乳酸菌增殖的作用。

表5 菊芋发酵酸奶微生物检测结果Table 5 Microbial detection results of H. tuberosus fermented yogurt

3 结论

通过正交试验及单因素试验结果分析，本产品以浓度为13%菊芋汁融化全脂奶粉（奶粉添加量为13%）制成复原奶，添加7%蔗糖、0.3%尚川酸奶发酵剂，发酵时间10 h，制作的酸奶经后熟等工序，生产出的菊芋酸奶口感细腻润滑，风味独特,香甜适口。该酸奶涵盖了菊芋、酸奶的营养和保健功能，且菊芋酸奶中益生菌的数量明显高于普通酸奶，充分提升了酸奶改善肠道益生菌的功能。