菠萝风味双蛋白酸奶的制备工艺研究

余森艳，陈昌文，朱郑惠＊，张秀芬，卢珍兰，李志红

1 广西民族师范学院化学与生物工程学院，广西崇左 532200

2 广西南亚热带农业科学研究所，广西龙州 532415

0 引言

双蛋白酸奶是一种由动物蛋白和植物蛋白按照不同比例混合后，经乳酸菌发酵而成的活性乳酸菌保健饮品。相比传统动物乳酸奶，双蛋白酸奶具有动物蛋白质与植物蛋白质互补、营养结构合理等优点[1]。动物乳制品中添加大豆蛋白质，不仅可增加蛋白质含量，还可提高营养价值，满足消费者的健康饮食需求[2～5]。菠萝是一种热带水果，可生食，也可制成果汁、罐头、果干等，富含多种营养物质，如维生素C、维生素B1、酵素等，具有多种保健功效，如促进消化、增强免疫力、降低血压、缓解关节炎等[6]，富含的膳食纤维能有效预防习惯性便秘，因此被喻为“抗瘤之星”[7]。黑豆是大豆属植物的一种黑色种子，味道甘美且性质平和，蛋白质含量高，质量优异，氨基酸组成类似动物蛋白，必需氨基酸占总氨基酸量的40%以上，人体易消化吸收[8]，且豆类是植物性蛋白、优质膳食蛋白的重要来源[9，10]。

广西作为热带水果种植区，盛产菠萝，但主要用于内销鲜食，很少用于相关产品加工，年加工量不到总产量10%[11]。本研究以黑豆粉、纯牛奶、浓缩菠萝汁作为主要发酵原料，应用模糊数学感官评价法研究菠萝风味双蛋白酸奶的制备工艺，为新鲜菠萝增加更多深加工产业链和销售渠道，为当地农户带来更多经济效益，助力健康产业发展和乡村振兴。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

纯牛奶，内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司；黑豆粉，黑龙江省农垦龙王食品有限责任公司；菠萝，广西民族师范学院水果店；海藻糖，德州汇洋生物科技有限公司；菌种，安琪酵母股份有限公司。

1.2 仪器与设备

JYZ-E3C型榨汁机，九阳股份有限公司；YP5002型电子天平、FA2004B型电子分析天平，上海佑科仪器仪表有限公司；C21-SDHCB9E88型电磁炉，浙江绍兴苏泊尔生活电器有限公司；RCD-1A型高速均质乳化机，常州越新仪器制造有限公司；HWS-26数显电热恒温水浴锅，上海齐欣科学仪器有限公司；Hxlg-12-50B型真空冷冻干燥机，上海希言科学仪器有限公司；LRH-400A型恒温培养箱，广东泰宏君科学仪器股份有限公司；TR-468Y型冷藏柜，广西南宁库仑仪器设备有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

（1）浓缩菠萝汁制备：新鲜菠萝去皮→切块、榨汁→过滤→装罐→排气→密封杀菌→冷却→真空浓缩→冷藏备用。

（2）菠萝风味双蛋白酸奶制备：制备黑豆豆浆→添加纯牛奶→添加浓缩菠萝汁、海藻糖→均质→灭菌→冷却→添加菌种→恒温培养箱发酵→冷藏后熟→成品。

1.3.2 操作要点

（1）浓缩菠萝汁制备

①挑选菠萝：表面无损伤，无虫害，成熟度尽量一致。

②切块、榨汁：削去菠萝表皮，将果肉切成适当大小块，用榨汁机将果肉榨成果汁。

③过滤：将菠萝果汁中果肉和汁水用滤网过滤分离。

④装罐：将过滤后汁水装罐，装罐时应保持液体水平面在容器9/10处，预留一定顶隙。

⑤排气、密封杀菌、冷却：用恒温水浴锅加热菠萝果汁进行排气杀菌，排气5 min、杀菌8 min后冷却至室温。

⑥真空浓缩：预冻果汁，-20 ℃冷藏12 h后，真空冷冻干燥机浓缩24 h。

⑦冷藏备用：将浓缩完成的菠萝果汁保存在4 ℃环境备用。

（2）菠萝风味双蛋白酸奶制备

①制备黑豆豆浆：用40 ℃左右的水溶解黑豆粉，黑豆粉与水的质量比1∶3。

②添加原料：将黑豆豆浆、纯牛奶、浓缩菠萝汁、海藻糖按质量比加入酸奶瓶中。

③均质：将混合后的溶液进行均质，10 000 r/min转速均质1 min。

④杀菌、冷却：恒温水浴锅中保持95 ℃，杀菌5 min，冷却至40 ℃左右。

⑤添加菌种：将菌种添加至冷却后的混合液中。

⑥发酵：用恒温培养箱发酵数小时。

⑦冷藏后熟：发酵结束后，冷藏于4 ℃冰箱中约12 h，制得成品。

1.4 单因素试验设计

1.4.1 黑豆豆浆与纯牛奶比例对菠萝风味双蛋白酸奶的影响

浓缩菠萝汁添加量15%、海藻糖添加量5%、菌种添加量3%、发酵时间6 h配方基础上，将黑豆豆浆与纯牛奶比例分别设为1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1，探究黑豆豆浆与纯牛奶比例对菠萝风味双蛋白酸奶的影响，确定黑豆豆浆与纯牛奶最佳比例。

1.4.2 浓缩菠萝汁添加量对菠萝风味双蛋白酸奶的影响

黑豆豆浆与纯牛奶比例3∶1、海藻糖添加量5%、菌种添加量3%、发酵时间6 h配方基础上，将浓缩菠萝汁添加量分别设为5%、10%、15%、20%、25%，探究浓缩菠萝汁添加量对菠萝风味双蛋白酸奶的影响，确定浓缩菠萝汁最佳添加量。

1.4.3 海藻糖添加量对菠萝风味双蛋白酸奶的影响

黑豆豆浆与纯牛奶比例3∶1、浓缩菠萝汁添加量15%、菌种添加量3%、发酵时间6 h的配方基础上，将海藻糖添加量分别设为2%、3%、4%、5%、6%，探究海藻糖添加量对菠萝风味双蛋白酸奶的影响，确定海藻糖最佳添加量。

1.4.4 菌种添加量对菠萝风味双蛋白酸奶的影响

黑豆豆浆与纯牛奶比例3∶1、浓缩菠萝汁添加量15%、海藻糖添加量5%、发酵时间6 h配方基础上，将菌种添加量分别设为1%、2%、3%、4%、5%，探究菌种添加量对菠萝风味双蛋白酸奶的影响，确定菌种最佳添加量。

1.4.5 发酵时间对菠萝风味双蛋白酸奶的影响

黑豆豆浆与纯牛奶比例3∶1、浓缩菠萝汁添加量15%、海藻糖添加量5%、菌种添加量3%的配方基础上，将发酵时间分别设为5 h、6 h、7 h、8 h、9 h，探究发酵时间对菠萝风味双蛋白酸奶的影响，确定最佳发酵时间。

1.5 正交试验设计

根据单因素试验分析结果，选取黑豆豆浆与纯牛奶比例、浓缩菠萝汁添加量、海藻糖添加量、发酵时间作为正交试验的4 个因素，10 位感官评价人员对酸奶进行模糊数学感官评定，以他们的分数为指标，利用Excel软件和SPSS软件对黑豆豆浆与纯牛奶比例、浓缩菠萝汁添加量、海藻糖添加量、发酵时间的试验数据作图及分析，采用四因素三水平正交试验模型L9（34）进行正交试验，优化菠萝风味双蛋白酸奶工艺参数，得出最优工艺组合，如表1所示。

表1 正交试验因素水平

1.6 菠萝风味双蛋白酸奶感官评价方法

1.6.1 感官评价标准

10 位感官评价人员根据表2，评定菠萝风味双蛋白酸奶色泽、气味、口感、组织状态4 个感官指标，色泽20 分、气味30 分、口感30 分、组织状态20分，优、良、中、差4 个评价等级，单因素试验及正交试验中均按该标准。

表2 酸奶感官评价标准

1.6.2 模糊数学感官评价的建立

模糊数学感官评价由研究对象集K、因素集M、评语集V、权重集S和综合评判集Y组成。

研究对象集K：综合评定单因素试验25 组样品、正交试验9 组样品，其中单因素试验中研究对象集K={K1，K2…K25}，K1代表标号1的样品，K2代表标号2的样品，以此类推。

因素集M：M={M1，M2，M3，M4}，其中M1、M2、M3、M4分别对应色泽、气味、口感、组织状态。

评语集V：V={V1，V2，V3，V4}={优，良，中，差}，其中V1、V2、V3、V4分别对应优（95分）、良（80 分）、中（65 分）、差（50 分）4 个评价等级。

权重集S：评价权重实际是各因素的重要程度。以色泽20 分、气味30 分、口感30 分、组织状态20 分作为权重系数分配依据，确定权重集S={S1，S2，S3，S4}={0.2，0.3，0.3，0.2}，权重集因素总和为1。

模糊矩阵Ri：从因素集M1、M2、M3、M4映射到评语集V1、V2、V3、V4的一个评判模糊矩阵。

模糊关系综合评判集Yi：Yi=S·Ri。

模糊综合评价总得分T：T=Yi·V。

2 结果与分析

2.1 模糊数学感官评价结果

2.1.1 单因素试验模糊感官评价结果

10 位感官评价人员根据表2品评样品，统计单因素试验设计的25 个样品评价结果，得到菠萝风味双蛋白酸奶单因素试验模糊感官评价结果，结果见表3。

2.1.2 正交试验模糊感官评价结果

根据表1进行正交试验，10 位感官评价人员分别对正交试验9 个样品进行感官品评，统计评价结果，得到菠萝风味双蛋白酸奶正交试验的模糊感官评价结果（表4）。

表4 正交试验模糊感官评价结果

2.1.3 模糊矩阵的建立及结果分析

以表3为例，感官评价人员认为组单因素试验中的1号样品色泽优的有2人、良的有6人，中的有2人，差的有0人，则因素集M1（色泽）=[0.2，0.6，0.2，0]。同理，因素集M2（气味）=[0.1，0.3，0.6，0]、因素集M3（口感）=[0.1，0.4，0.5，0]、因素集M4（组织状态）=[0.1，0.2，0.6，0.1]，所得4个因素集组成一个模糊矩阵R1：

同理可得单因素试验2～号样品的模糊矩阵R2～R25，以及正交试验1～9号样品的模糊矩阵R1～R9。

根据模糊数学变换原则，综合隶属度，对M1、M2、M3、M4进行模糊关系综合评判集Y计算，以单因素试验的1号样品为例，其评价结果为：

同理可得单因素试验Y2～Y25以及正交试验Y1～Y9。

1号样品的模糊综合评价总得分T1=Y1·V，其中Y1=[0.12，0.37，0.49，0.02]，评语集V=[95，80，65，50]，即：

同理可得单因素试验T2～T25以及正交试验T1～T9的模糊综合评价总得分。

2.2 单因素试验结果与分析

2.2.1 黑豆豆浆与纯牛奶比例对菠萝风味双蛋白酸奶的影响

由图1可知，黑豆豆浆与纯牛奶比例对酸奶感官评分有显著影响。比例在1∶1到3∶1之间，评分呈上升趋势；比例3∶1时，评分最高，酸奶表面光滑、有光泽，呈淡绿色，组织状态良好。随着两者比例增加，感官评分呈下降趋势。推测原因可能是两者比例不协调影响风味和口感。因此选择黑豆豆浆与纯牛奶比例2∶1、3∶1、4∶1进行正交试验。

图1 黑豆豆浆与纯牛奶比例对菠萝风味双蛋白酸奶的影响

2.2.2 浓缩菠萝汁添加量对菠萝风味双蛋白酸奶的影响

由图2可知，酸奶感官评分受浓缩菠萝汁添加量影响较大。添加量5%～15%，评分随添加量增加而逐渐提高，添加量15%时达最高点；浓缩菠萝汁添加量超过15%，评分开始下降。推测原因可能是浓缩菠萝汁添加量较少时，菠萝风味不足，口感受损；而浓缩菠萝汁添加量过多时，影响酸奶成型，导致酸奶无法完全凝固。因此选择浓缩菠萝汁添加量10%、15%、20%进行正交试验。

2.2.3 海藻糖添加量对菠萝风味双蛋白酸奶的影响

由图3可知，海藻糖添加量对酸奶感官评分有显著影响。海藻糖添加量从2%增到5%，感官评分呈上升趋势。5%时达最高感官评分，此时酸奶具有顺滑口感和适宜酸甜度。海藻糖添加量超过5%，感官评分开始下降。推测原因可能是海藻糖添加量较少时，酸奶甜度不足；添加量较多时，则略微偏甜且增加生产成本。因此选择海藻糖添加量3%、4%、5%进行正交试验。

图3 海藻糖添加量对菠萝风味双蛋白酸奶的影响

2.2.4 菌种添加量对菠萝风味双蛋白酸奶的影响

由图4可知，酸奶感官评分受菌种添加量影响较大。感官评分随菌种添加量增加呈上升趋势，添加量1%～2%时上升最明显，添加量2%时达最高点。添加量超过2%时，感官评分开始下降。推测原因可能是菌种添加量1%时，酸奶发酵不充分；大于2%时，过多菌种影响酸奶感官品质，且增加生产成本。因此，考虑菌种变量不影响酸奶成型及风味，菌种添加量设定2%，不参与正交试验。

图4 菌种添加量对菠萝风味双蛋白酸奶的影响

2.2.5 发酵时间对菠萝风味双蛋白酸奶的影响

由图5可知，发酵时间对酸奶感官评分有显著影响。发酵时间从5 h增到6 h时，感官评分呈上升趋势。6 h时感官评分最高，酸奶组织状态良好，口感顺滑，酸甜适宜。但发酵时间超过6 h，感官评分开始下降。原因可能是发酵时间过短，酸奶不能充分发酵，且无法完全凝固；发酵时间过长，酸奶过度发酵，口感酸涩，影响酸奶质地。因此选择发酵时间6 h、7 h、8 h进行正交试验。

图5 发酵时间对菠萝风味双蛋白酸奶的影响

2.3 正交试验结果与分析

在表1基础上，根据模糊数学分析得到正交试验设计最终感官评分结果（表5）。

表5 正交试验设计

由表5可知，A2B2C3D1为菠萝风味双蛋白酸奶最优组合，即黑豆豆浆与纯牛奶比例3∶1、浓缩菠萝汁添加量15%、海藻糖添加量5%、发酵时间6 h。该配方感官评分92.15分。由极差R值可知，影响菠萝风味双蛋白酸奶感官评分的四个因素主次顺序A＞B＞C＞D，即影响最大的是黑豆豆浆与纯牛奶比例，其次是浓缩菠萝汁添加量、海藻糖添加量、发酵时间。

3 结论

根据模糊数学感官评价的单因素试验及正交试验结果，得出菠萝风味双蛋白酸奶的最佳工艺参数，即黑豆豆浆与纯牛奶比例3∶1、浓缩菠萝汁添加量15%、海藻糖添加量5%、发酵时间6 h、菌种添加量2%，发酵温度42 ℃。在此工艺条件下，酸奶表面光滑，色泽呈淡绿色，酸甜适口，有明显菠萝风味，组织细腻，质地均匀无杂质，感官评分达92.15分。

该产品融合了植物蛋白与动物蛋白，能较好地平衡膳食结构，而用海藻糖代替蔗糖有利于降低酸奶中的糖含量，减少糖分的摄入量，符合人们对营养、安全及健康食品的追求，有较好的开发前景。