田 鑫, 夏永軍, 艾連中, 王光強

上海理工大學醫(yī)療器械與食品學院，上海食品微生物工程技術(shù)研究中心, 上海 200093

低脂發(fā)酵酸奶是發(fā)酵酸奶的一個重要方向，作為一種低脂肪含量的凝膠乳濁體系[1]，酸奶發(fā)酵速度、品質(zhì)以及營養(yǎng)功能與原料奶粉中各成分含量密切相關(guān)。在泌乳期、飼養(yǎng)管理、品種和生長階段不同等多種因素影響下，酸奶產(chǎn)品易出現(xiàn)品質(zhì)不均一的問題，為應對該種情況，通過改變復原乳成分比例進行發(fā)酵，是保證酸奶品質(zhì)均一優(yōu)良的有效方法。

近年來研究發(fā)現(xiàn)，在工業(yè)生產(chǎn)條件下，適當提高乳糖含量有助于加快發(fā)酵，節(jié)約時間成本，提高產(chǎn)量[2]。酪蛋白粒徑大，結(jié)構(gòu)致密，硬度高，在酸性條件下發(fā)酵，體系pH降低引發(fā)酪蛋白變性，對酸奶凝膠結(jié)構(gòu)特性造成較大影響，導致酸奶凝固[3,4]。另有研究發(fā)現(xiàn)，通過改變?nèi)榍宓鞍踪|(zhì)量分數(shù)來改善酸奶凝膠質(zhì)量是最快速奏效的手段[5]。將牛奶中總蛋白質(zhì)含量提高5%，發(fā)酵后酸奶的硬度將提高2倍[6]。另外，提高乳清蛋白含量也能增加乳制品的保水性、提高持水力[7]。因此推測改變酪蛋白和乳清蛋白兩者配比可以改善酸奶乳清析出的情況。牛奶乳脂中97%～99%為乳脂肪，是牛奶風味的關(guān)鍵成分，賦予乳制品獨特奶香和柔和的質(zhì)構(gòu)性質(zhì)[8]。

本文分析各營養(yǎng)成分對酸奶發(fā)酵速度、品質(zhì)和感官性能的影響和決定性因素，并找出在不同營養(yǎng)成分梯度下差異性變化的原因，為生產(chǎn)品質(zhì)優(yōu)良，營養(yǎng)均衡的酸奶產(chǎn)品提供有效手段，為酸奶品質(zhì)改良研究提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

脫脂奶粉，新西蘭進口；酪蛋白，光明乳業(yè)有限公司；乳清蛋白，光明乳業(yè)有限公司；乳糖，光明乳業(yè)有限公司；無水奶油，新西蘭安佳有限公司；乳酸菌和保加利亞乳桿菌混合菌粉，北京川秀科技有限公司；其它所用化學試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

NDJ-S旋轉(zhuǎn)粘度計，上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司；高壓均質(zhì)機，上海始恒儀器有限公司；全自動凱氏定氮儀，丹麥FOSS公司；pH計，梅特勒-托利多(上海)有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1凝固性酸奶的工藝流程和操作要點

容器殺菌→原料奶粉→調(diào)配(加水、加糖)→均質(zhì)(55 ℃～60 ℃)→巴氏殺菌(95 ℃)→冷水冷卻→接種→保溫發(fā)酵→后熟及冷藏→成品

操作要點：調(diào)配：(奶粉∶水= 1∶9)，6%白砂糖，溫水溶解；均質(zhì)：將原料乳加熱到55℃～60 ℃，均質(zhì)2～3次；預熱、殺菌：95 ℃水浴中保溫5 min，然后冷卻至42 ℃～45 ℃，充分攪拌均勻；接種、發(fā)酵：菌粉接種量為0.15%，接種后置于43 ℃下發(fā)酵；后熟：發(fā)酵結(jié)束后在0 ℃～4 ℃下靜置24 h。

1.3.2營養(yǎng)成分測定

蛋白質(zhì)、酪蛋白和乳清蛋白含量的測定：按照國標GB 5009.5—2016《食品中蛋白質(zhì)的測定》中凱氏定氮法測總氮(TN)、水溶性氮(WSN)和三氯乙酸氮(NPN)含量，蛋白質(zhì)換算系數(shù)為6.38[9]。依據(jù)Samson的方法[10]，即蛋白質(zhì)含量=TN×6.38；酪蛋白含量=(TN-WSN)×6.38; 乳清蛋白含量=(WSN-NPN)×6.38。

pH 4.6水溶性氮(WSN)含量的測定：準確稱取乳液20.00 g，加入40 mL乙酸鈉緩沖液，混合均勻后在40 ℃水浴中保溫1 h，然后在4 ℃，5 000 r/min下離心25 min，離心結(jié)束取上清10 mL移入凱氏消化管，用凱氏定氮儀測定含氮量，其數(shù)值以占樣品總氮量的百分數(shù)表示；12%三氯乙酸氮(NPN)的測定：在測定WSN的上清液中取出16 mL，加入600 g/L的三氯乙酸4 mL，室溫下靜置1 h，濾紙過濾后取濾液10 mL移入凱氏消化管，用凱氏定氮儀測定含氮量，其數(shù)值以占樣品中總氮量的百分數(shù)表示。

乳糖含量的測定：按照國標GB 5413.5—2010萊茵-埃農(nóng)氏法對乳粉中乳糖含量進行測定[11]，在除去酪蛋白的乳清中，加入1.5 g碳酸鈣,攪拌均勻后加熱沸騰后過濾，再加入沸石加熱濃縮5 mL，加入10 mL 95%的乙醇，加熱沸騰后過濾，乳糖結(jié)晶析出。在加熱條件下，以次甲基藍為指示劑，進行滴定根據(jù)消耗體積，進行計算。

脂肪含量的測定：按照國標GB 5009.6—2016對乳粉中脂肪含量進行測定[12]。

1.3.3發(fā)酵速度的測定

將不同質(zhì)量的乳糖(0 g、2 g、4 g、6 g)、無水奶油(0 g、2 g、4 g、6 g)、酪蛋白粉(0 g、2 g、4 g、6 g)、濃縮乳清蛋白粉(0 g、1 g、2 g、3g)和脫脂乳粉混合調(diào)制成100 mL 10%的乳液體系進行發(fā)酵，并測定其各成分含量，確定在3 h、4 h、5 h和6 h后酸奶的發(fā)酵酸度，判斷發(fā)酵速度并確定最佳發(fā)酵時間。

1.3.4品質(zhì)指標的測定方法

pH：pH計測量。

滴定酸度：參照乳和乳制品滴定酸度的測定的常規(guī)檢測方法—酸堿滴定法來測定[13]。

持水性：稱取15 g樣品(定義為m)于50 mL離心管中，樣品和離心管的總重量記為(m2)，設(shè)置離心力為5 000 r/min離心時間為30 min，結(jié)束后倒置10 min，再次稱量樣品與離心管的重量(m1)，按照下式計算析水率[14](1-1)。

析水率計算公式：

(1-1)

粘度測定：取10 g樣品用玻璃棒以每秒一圈速度緩慢攪拌30 s后，裝入樣品瓶，統(tǒng)一裝樣高度8 cm，4號轉(zhuǎn)子，60 r/min，30 s后讀數(shù)[15]。

感官評定：建立8人感官評定小組，設(shè)立4項感官評價指標(每項指標滿分為10分)。按表1對酸奶樣品進行感官評定[16]。

表1 酸奶感官評價指標

1.3.5不同營養(yǎng)成分比例對酸奶品質(zhì)的影響優(yōu)化

根據(jù)單因素試驗結(jié)果選取主要影響因素：乳糖添加量(A)、脂肪添加量(B)、酪蛋白添加量(C)、乳清蛋白添加量(D)。以感官評價作為考察指標，采用L9(34)表做4因素3水平正交試驗以確定最優(yōu)組合。正交試驗因素和水平見表2。

表2 影響酸奶品質(zhì)正交優(yōu)化因素和水平

1.4 數(shù)據(jù)處理

正交試驗分析采用Minitab15，統(tǒng)計分析使用SPSS 25，用Duncan法(P<0.05)進行單因素方差比較。

2 結(jié)果與討論

2.1 基本成分比例

原料中營養(yǎng)成分含量如表3所示。將脫脂乳粉與乳糖、無水奶油、酪蛋白、濃縮乳清蛋白調(diào)配成10% 乳液，根據(jù)四種成分的不同添加量，測定添加后四種營養(yǎng)成分所占比例。

表3 原料成分比例

添加乳糖(0 g、2 g、4 g、6g)后測量乳糖比例分別為5.1%、6.99%、8.88%和10.76%；添加無水奶油(0 g、2 g、4 g、6 g)后脂肪比例分別為0.09%、1.98%、3.87%和5.75%；添加酪蛋白粉(0 g、2 g、4 g、6 g)后酪蛋白比例為2.15%、3.57%、4.94%和6.27%；添加乳清蛋白粉(0 g、1 g、2 g、3 g)后乳清蛋白比例為2.13%、2.87%、3.57%和4.27%。

2.2 奶粉中的不同成分對發(fā)酵速度的影響

酸奶的酸度變化可以反映其發(fā)酵速度[17]。圖1分析了不同添加物在不同添加比例下分別經(jīng)過3 h、4 h、5 h和6 h 發(fā)酵后體系的酸度變化，來考察其對酸奶發(fā)酵酸度的具體影響。

如圖1A所示，乳糖含量變化和酸度變化基本呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，隨乳糖比例升高酸度也呈上升趨勢，且在發(fā)酵 6 h左右時發(fā)酵速度增長最為迅速；脂肪對發(fā)酵速度影響較??；酪蛋白和乳清蛋白的添加對發(fā)酵酸度均有影響，增加蛋白質(zhì)含量有助于酸奶快速發(fā)酵，同時也會影響酸奶質(zhì)構(gòu)。隨發(fā)酵時間延長，增加乳清蛋白導致體系凝塊明顯，影響酸度測定。綜合以上分析，得出最佳發(fā)酵時間為6 h；乳糖對發(fā)酵速度影響最大且能穩(wěn)定調(diào)節(jié)。工業(yè)生產(chǎn)中可通過適當調(diào)節(jié)乳糖含量來快速達到最低標準酸度(75 °T)。若發(fā)酵時間選定為6 h，則乳糖含量為5.10%即可達到79.2 °T的酸度，以此可以提高生產(chǎn)效率。

2.3 奶粉中的不同成分對酸奶品質(zhì)的影響

2.3.1乳糖對酸奶品質(zhì)的影響

選定6 h為最佳發(fā)酵時間，以此為基礎(chǔ)觀察成熟后酸奶的品質(zhì)。如表4所示，乳糖含量從5.10%增加至10.76%的過程中，酸度和pH變化呈負相關(guān)。酸化過程中持水性加強，這可能是因為乳糖發(fā)酵成乳酸，導致體系pH下降，影響了酪蛋白網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而破壞體系的穩(wěn)定性[18]。另外，胞外多糖的產(chǎn)生也增加了體系的持水力，使拉絲性和黏稠度增加，酸味遞增與甜味互補，保持了質(zhì)地結(jié)構(gòu)和感官差異。

表4 添加乳糖后酸奶的品質(zhì)指標

2.3.2脂肪對酸奶品質(zhì)的影響

脂肪含量對酸奶的酸度和pH影響較小，由表5可知，隨著脂肪含量增加，黏度最終可以增至3 690 mpa·s，析水率下降至23.31%，酸奶的黏附性、持水力、奶香味和硬度均顯著增強，這可能是由于脂肪比例增加到一定數(shù)值后，打破了體系原有的內(nèi)部平衡，脂肪球數(shù)量增加、粒徑和表面張力變大，引起某種程度內(nèi)部作用力的變化[19]。

表5 添加脂肪后酸奶的品質(zhì)指標

2.3.3酪蛋白對酸奶品質(zhì)的影響

酪蛋白的添加促進了乳酸菌的發(fā)酵，如表6所示，體系酸度上升至139.5 °T，pH變化不明顯；當?shù)鞍踪|(zhì)含量從2.15%增加到4.94%時，黏度增加至3 400 mpa·s、析水率降低至67.75%。酸度變化引起了酪蛋白等電點靜電吸引成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高其粘度和持水性。但當酪蛋白比例大于4.94%時，其本身質(zhì)地緊密引起網(wǎng)絡空穴變小，相互作用力增強，導致黏度下降，保水能力降低[20]。在酸奶體系中酪蛋白過量會導致口感變差、澀味強烈，并且會令酸奶顏色加深和分層。

表6 添加酪蛋白后酸奶的品質(zhì)指標

2.3.4乳清蛋白對酸奶品質(zhì)的影響

添加濃縮乳清蛋白對酸奶品質(zhì)有顯著影響。如表7所示，乳清蛋白添加量大于1 g，乳清蛋白含量大于2.87%時，黏度由1 490 mpa·s增加到5 420 mpa·s，析水率由75.85%減少到46.55%，乳清蛋白添加提高了酸奶的發(fā)酵酸度，但添加乳清蛋白，發(fā)酵5 h后會改變酸奶質(zhì)構(gòu)，導致凝塊不均勻影響酸度測定，使測定值偏低。蛋白質(zhì)的添加使體系的緩沖能力增強，pH變化不明顯。另外，乳清蛋白添加使酸奶硬度增加，變的更有彈性，光滑度提高。

表7 添加乳清蛋白后酸奶的品質(zhì)指標

2.4 以感官評定優(yōu)化不同營養(yǎng)成分比例

在單因素試驗基礎(chǔ)上，以感官評估作為評價指標，選擇乳糖添加量(A)、脂肪添加量(B)、酪蛋白添加量(C)、乳清蛋白添加量(D)進行正交試驗。如表8所示，通過極差分析可知，各試驗因素對酸奶感官影響的主次順序是B>D>C>A，即脂肪添加量>乳清蛋白添加量>酪蛋白添加量>乳糖添加量。最佳營養(yǎng)成分比例為乳糖含量8.88%、脂肪含量1.98%、酪蛋白含量4.94%、乳清蛋白含量為3.57%時產(chǎn)品最受喜愛。

表8 不同營養(yǎng)成分添加量影響感官評定的正交試驗結(jié)果

3 討論

利用脫脂乳粉發(fā)酵的低脂酸奶作為乳業(yè)發(fā)展的重要方向，存在發(fā)酵速度緩慢、質(zhì)地粗糙、乳清析出分層等品質(zhì)不均一、不穩(wěn)定的缺陷。當前研究集中在營養(yǎng)成分本身對酸奶性質(zhì)的影響，而針對不同營養(yǎng)成分配比對低脂酸奶品質(zhì)與發(fā)酵速度的研究還很少。本文研究結(jié)果顯示，乳糖和蛋白質(zhì)含量對酸奶發(fā)酵速度有顯著影響，其中乳糖對發(fā)酵速度影響最大，可作為工業(yè)生產(chǎn)中提高發(fā)酵效率的關(guān)鍵因子乳糖含量的增加與酸度、持水力、黏度成正相關(guān)；脂肪的添加使乳固體含量增加，造成持水力和粘度提高，對酸奶的乳脂香味和色澤有明顯加分作用。適當調(diào)整酪蛋白和乳清蛋白比例，可以提高酸奶的酸度同時改善凝膠質(zhì)地，這為開發(fā)生產(chǎn)高蛋白酸奶提供了可行性。通過改變營養(yǎng)成分比例來提升低脂酸奶的品質(zhì)，同時強化營養(yǎng)功效，這對研發(fā)新型酸奶產(chǎn)品開拓前景有重要意義。