木糖褐色酸奶美拉德反应条件的优化

黄 丽,文武斌,张志林,何 立,李细毛,罗舜菁

1.南昌市检验检测中心 南昌市食品安全检测与控制重点实验室 (南昌 330012) 2.南昌大学 食品科学与资源挖掘全国重点实验室 (南昌 330047) 3.江西煌上煌集团食品股份有限公司 (南昌 330052)

褐色酸奶作为一款新型风味酸奶,与普通酸奶的区别是在配料中加入了还原糖,经过热处理后,发生美拉德反应,形成一种具有褐色并且伴有焦甜风味的特色乳制品[1],从而深受消费者青睐。但是美拉德反应在改变乳制品感官特性的同时,也会产生一些糠氨酸、糠醛化合物等对人体健康有潜在危害的化合物[2,3]。加热时间和温度是影响这些化合物含量的重要因素[4]。由于工艺需要,褐色酸奶需要长时间高温蒸煮,使其颜色呈现为褐色,这使得酸奶中有害物质生成的风险增加,安全性能下降。因此,通过优化褐色酸奶美拉德反应条件,加快颜色变化进程,这对褐色酸奶的安全生产具有重要意义。

目前,褐色酸奶产品的特殊风味和颜色主要依赖于六碳糖及其低聚物作为反应用糖。但是作为五碳糖的木糖,其在美拉德反应中表现出与六碳糖不同的功效。Kwon等[5]将木糖、葡萄糖和果糖分别和谷胱甘肽加热后加入牛肉汤中,木糖牛肉汤的香气最浓。葡萄糖-甘氨酸比木糖-甘氨酸美拉德反应体系更快产生蓝色物质[6,7]。由此推测,木糖作为反应用糖会比六碳糖更能加快美拉德反应过程,从而缩短高温蒸煮时间,降低有害物质生成的风险。然而,目前对于木糖褐色酸奶美拉德反应条件的研究尚未见诸于报道。本文选用木糖与葡萄糖、果糖进行对比,研究木糖作为褐变还原糖的可行性。进而研究木糖含量、褐变温度及褐变时间对褐色酸奶色度值、持水力、pH值和感官评价的影响,确定最佳褐变反应条件。以此开发一款以乳粉和木糖为原料,营养丰富、口味独特、安全健康的酸奶。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

全脂乳粉,无锡市佐滋食品有限公司;葡萄糖,南京忠来果品食杂有限公司;木糖,山东福田药业有限公司;果糖,河南万邦实业有限公司;发酵剂,YL-903-200U,丹麦科汉森股份有限公司;白砂糖,市售。

1.2 仪器与设备

TP-basic30型均质机,上海扩品农业科技有限公司;LRHS-250B型培养箱,上海博泰实验设备有限公司;pH计,瑞士万通中国有限公司;CM-5型分光测色仪,日本柯尼卡美能达;LXJ-IIB型离心机,上海安亭科学仪器厂。

1.3 试验方法

1.3.1褐色酸奶的制备

褐色酸奶的制备流程如下:

复原乳→加入还原糖→均质→褐变处理(杀菌)→接种→发酵→破乳→冷藏后熟→成品。

(1)复原乳:将称量好的全脂乳粉和白砂糖加入到55～65 ℃左右的温水之中,搅拌溶解。

(2)均质:设置均质的压力为20 MPa,时间为5 min,使全脂乳粉充分溶解。

(3)褐变处理(杀菌):设置褐变温度为95 ℃,时间控制在10 min以上,杀灭原料乳中的杂菌,同时使还原糖和蛋白质发生美拉德反应。

(4)冷藏后熟:将发酵结束的酸奶迅速冷却,置于4 ℃冰箱进行冷藏后熟,时间为10～12 h。

1.3.2单因素试验

1.3.2.1 还原糖种类对美拉德反应的影响

以复原乳为基准,在酸奶中分别添加质量分数为4%木糖、葡萄糖和果糖,在95 ℃进行不同时间的褐变反应,时间梯度设置为0、0.5、1、1.5、2.5、3.5、4.5 h,对照组不添加还原糖。根据色度值的变化对比还原糖种类对美拉德反应的影响。

1.3.2.2 木糖添加量对酸奶品质的影响

以复原乳为基准,在酸奶中分别添加质量分数为2%、4%、6%、8%、10%的木糖,在95 ℃下反应30 min,以持水力、pH、色度值和感官评分为指标,研究不同木糖添加量对酸奶品质的影响。

1.3.2.3 褐变温度对酸奶品质的影响

以复原乳为基准,在酸奶中添加质量分数为4%的木糖,分别在80 ℃、85 ℃、90 ℃、95 ℃、100 ℃下反应30 min,以持水力、pH、色度值和感官评分为指标,研究不同褐变温度对酸奶品质的影响。

1.3.2.4 褐变时间对酸奶品质的影响

以复原乳为基准,在酸奶中添加质量分数为4%的木糖,在95 ℃分别反应10、20、30、40、50 min,以持水力、pH、色度值和感官评分为指标,研究不同褐变时间对酸奶品质的影响。

1.3.3测定方法

1.3.3.1 色度值的测定

把样品倒入石英玻璃皿中,用分光测色仪在SCI模式下对样品进行色度值测定。

1.3.3.2 持水力的测定

参考秦南冰等[8]的方法测量酸奶持水率。记离心管初始质量为m1;再称取10 g褐色酸奶(m2)加入离心管内,3 000 rpm离心10 min,除去上清液后,记录离心管最终质量为m3。根据公式(1)计算酸奶的持水率。

(1)

1.3.3.3 pH值的测定

用pH计测定褐色酸奶的pH值。

1.3.4感官评价

本研究从色泽、爽滑度、粘稠度、滋味与香气、酸甜度等方面对酸奶进行评价,评分标准见表1[9]。

表1 褐色酸奶的感官评定标准

1.3.5统计分析

数据均表示为3次重复实验的平均值±标准偏差,显著性分析使用SPSS 24.0软件,检验方法为Duncan法(p<0.05)。

2 结果与讨论

2.1 还原糖种类对美拉德反应的影响

加入不同种类的还原糖后,褐色酸奶的色度值随褐变时间的变化如图1所示。所有样品的色度值随着褐变时间的增加而增加,这是因为加热时间越久,美拉德反应程度越深[10]。在褐变1.5 h时,木糖酸奶的色度值已经趋于平稳,而其他样品的色度值还在上升当中,并且此时木糖酸奶的色度值分别是果糖、葡萄和对照组酸奶色度值的1.88、2.05和2.27倍,这说明木糖呈色时间更短,黄褐颜色更加明亮。因此,木糖能够缩短褐色酸奶在生产时达到所需褐色度的褐变时间,从而减少高温蒸煮的时间。这将有利于降低有害物质生成的风险[2,3],使得酸奶安全性能增加。

图1 还原糖种类及褐变时间对褐变反应的影响

2.2 木糖添加量对酸奶品质的影响

木糖添加量对褐色酸奶品质的影响如表2所示。虽然酸奶色度值随着木糖添加的增加而上升,但是当木糖含量超过4%时,反应底物浓度不再是抑制美拉德反应进行的主要因素,酸奶色度值上升速度明显减缓。与色度值变化相反的是,当木糖含量超过4%时,酸奶的pH值大幅度上升。尤其是木糖含量超过8%时,pH增加的过高,使得蛋白无法凝乳形成凝胶,酸奶为初始原料乳状态。持水率反映的是酸奶蛋白凝胶网络对水的保持能力[8]。木糖添加量为2%、4%和6%时,酸奶持水率分别是56.33%、59.59%和51.77%,说明木糖添加量为4%时,酸奶的凝胶强度最强。综上所述,当木糖添加量为4%时,能够与酸奶中的蛋白质产生适量的美拉德反应产物,pH适中,使得酸奶凝胶强度最高。所以,木糖添加量为4%时,酸奶的品质最好,这与感官评分结果一致。

表2 木糖添加量对褐色酸奶品质的影响

2.3 褐变温度对酸奶品质的影响

褐变温度对酸奶品质的影响如表3所示。随着褐变温度的上升,褐色酸奶的色度值和pH值显著增加,而持水率则是呈现出先上升后下降的趋势。当温度为95 ℃时,感官评分最高。这是因为反应温度为95 ℃时色度值仅次于100 ℃,样品在外观色泽上具有吸引力,而温度超过95 ℃时,酸奶持水率开始下降,凝胶强度变差,口感变粗糙,并且pH值较高,酸度不适宜,在组织结构和风味口感两个方面的不足,导致100 ℃样品感官评分反而下降。由于温度升高能够加快褐变的反应速率,节省大量的时间,但温度过高会对样品的组织结构和风味产生负面影响。综上所述,褐变温度选择95 ℃较为合适。

表3 褐变温度对褐色酸奶品质的影响

2.4 褐变时间对酸奶品质的影响

褐变时间对褐色酸奶品质的影响如表4所示。随着褐变时间的延长,褐色酸奶的色度值从14.84显著增加至23.73,色泽吸引力逐渐增加;pH值从4.21显著增加至4.83,酸奶酸度逐渐上升;持水率呈现先上升后下降的趋势,在40 min时持水率达到最高值64.61%,此时酸奶爽滑度和浓稠度达到最佳。再结合滋味与香气、整体接受性等评分,使得褐变时间为30 min和40 min时,酸奶的感官评分最高。这说明酸奶适宜的褐变时间为30～40 min。由于褐变时间不足会导致样品黄褐色泽较浅,所以综合组织状态和感官评价,木糖褐色酸奶的最佳褐变时间为40 min。

表4 褐变时间对酸奶品质的影响

3 结论

选用木糖作为酸奶美拉德反应的还原糖,具有反应速度快,呈色时间短,黄褐颜色更加明亮的特点。这将缩短褐色酸奶在生产时达到所需褐色度的高温蒸煮时间,从而有利于降低有害物质生成的风险,提高酸奶安全性能。所以,本文开发了一款营养丰富、口味独特、安全健康的木糖褐色酸奶,其最适美拉德反应条件为:木糖添加量为4%、褐变温度95 ℃,褐变时间40 min。本文丰富了褐色酸奶还原糖种类的选择,对于抑制褐色酸奶生产过程中有害物质的生成提供了一种解决思路。