黑牛奶加工工艺研究

王瑞，李志成，刘莎

（1.西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西杨凌712100；2.陕西省神木县食品药品监督管理局，陕西神木719300）

黑牛奶加工工艺研究

王瑞1，2，李志成1，*，刘莎1，2

（1.西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西杨凌712100；2.陕西省神木县食品药品监督管理局，陕西神木719300）

为了提高牛奶的营养价值和功能特性，采用对比试验确定了黑色原料的类别、黑色素的浸提工艺及其在黑牛奶中的用量，采用正交试验确定了黑牛奶中乳化稳定剂的配方。结果表明：黑芝麻是黑色素的最佳来源；黑色素的提取工艺为：烘烤后的黑芝麻，以原料：水为1∶10（g/mL），在80℃下浸提3h；黑色浸提物添加量为20%（体积分数）时，黑牛奶的颜色适中，芝麻香味较好；黑牛奶中添加CMC-Na 0.1%，海藻酸钠0.06%，黄原胶0.08%，蔗糖酯0.06%时，其稳定性最好。

黑牛奶；黑芝麻；黑色素；浸提；加工工艺

近年来，黑色食品以其特有的营养价值和保健功效而日益受到人们的重视［1］。黑芝麻中黑色素具有清除自由基、延缓衰老的功能［2-3］，黑木耳、黑米中的黑色素能增强机体免疫力［4-5］，黑米能有效防治缺铁性贫血，改善人体造血功能［6］，茶叶中的黑色素有保护肝脏的功效［7］，黑豆、黑米有一定的抗肿瘤活性［8-9］，黑豆还具有较强的抗呼吸道病毒的作用［10-11］。另外，黑色食品中的蛋白质、微量元素、维生素与不饱和脂肪酸等也能调节人体的生理功能［12］。

黑芝麻（Sesamum indicum L.）在我国各地均有栽培，现有黑芝麻品种资源近1 000份［13］。我国芝麻产量居世界首位，主要分布于江西、福建、广东、广西及云南等省区［14］。黑芝麻含有丰富的营养物质，尤其富含蛋白质、钙、磷、铁等微量元素及芝麻酚、油酸、棕榈酸、硬脂酸、甾醇、卵磷脂和多种维生素，对人体具有预防贫血、活化脑细胞、降低胆固醇、预防胆结石等功效。每百克黑芝麻中含钙564 mg、铁50 mg、锌20 mg。黑芝麻黑色素，简称芝黑素，主要包括分子量较大的芝黑素Ⅰ和分子量较小的芝黑素Ⅱ，两者均属于水溶性天然黑色素，它具有很强的抗氧化作用，尤其对人体损伤比较大的羟自由基（·OH）的清除能力较强。芝黑素安全无毒，可广泛地用于医药、食品加工和化妆品着色［14］。黑芝麻含有丰富的矿物质和微量元素，尤其是钙、铁、锌含量非常丰富。

牛奶营养丰富，但铁含量缺乏，以牛奶为主食的婴幼儿需要额外补充铁元素。另外，在牛奶中加入功能性物质，有助于实现牛奶产品的功能提升及差异化。黎铭将黑米添加到牛奶中制成黑米早餐牛奶口感好，黑米味较浓［15］。本试验以牛奶为载体，根据营养互补原理，在牛奶中加入黑芝麻提取物制成黑牛奶，强化牛奶的营养价值，实现牛奶产品的功能提升，均衡各种营养物质，有助于丰富牛奶产品的花色品种，满足人们的需求，也为黑芝麻的开发应用开辟了一条新的途径，具有较高的应用价值。

1材料与方法

1.1材料

黑芝麻、黑米、黑豆：市售，无霉变、颗粒饱满；鲜牛奶：购于西北农林科技大学畜牧场，符合GB 19301-2010《生乳》的食品安全标准；蔗糖、蜂蜜、羧甲基纤维素钠（CMC-Na）、海藻酸钠、黄原胶、蔗糖脂：市售，食用级。

乙醇、盐酸、氢氧化钠均为分析纯。

1.2仪器、设备

UV-1700双光束紫外光分光光度计：日本岛津公司；TDL-80台式离心机：上海安亭科学仪器厂；YX-280A/YX高温灭菌锅：广州泰斯科学仪器公司；S200DT超声波清洗器：宁波新芝生物科技公司；101-1AB电热恒温鼓风干燥箱：天津泰斯特仪器公司。

1.3方法

1.3.1黑牛奶基础配方

75%的鲜牛奶，10%～25%的黑色素浸提物，4%的蔗糖，1%的蜂蜜，0.2%～0.4%乳化稳定剂。

1.3.2工艺流程和操作要点

1.3.2.1工艺流程

根据文献［13-16］及预试验确定工艺流程为：

1.3.2.2操作要点

1）选择颗粒饱满，空壳少的优质黑芝麻，用簸箕扬尘，去梗，除杂。黑豆含泥土较多，应用水洗净。

2）黑芝麻、黑豆、黑米的浸泡条件为：室温6 h～8 h。

3）磨浆时，物料∶水=1∶8（g/mL），先过200目筛布，再过胶体磨两次，控制所得浆液浓度为10%。

4）浸提两次，第一次浸提物料∶水=1∶10，第二次物料∶水=1∶5，合并浸提液，用200目筛过滤，然后浓缩。

5）将稳定剂与蔗糖拌匀，待浸提液预热至50℃左右，边搅拌边倒入浸提液中，充分搅拌混匀，再与牛奶混合。

6）黑牛奶调配好后，先预热至50℃～60℃，再均质两次，趁热灌装。85℃下杀菌20 min，最后再分段冷却至40℃以下。

1.3.3黑色食品原料选择及前处理工艺确定

1.3.3.1黑色食品原料烘烤工艺的确定

取黑芝麻、黑米、黑豆各500g摊铺厚度2mm～3mm（黑豆3 mm～6 mm），在120℃～160℃下分别烘烤2、5、10、10、15、20 min和30 min，感官检验黑色食品原料的烘烤情况。

1.3.3.2黑色原料前处理工艺选择

工艺一：黑色原料→除杂、清理→烘烤→粉碎→浸泡→糊化→均质→调配→杀菌

工艺二：黑色原料→除杂、清理→烘烤→浸泡→磨浆→过滤→精磨→调配→杀菌

工艺三：黑色原料→除杂、清理→烘烤→浸提→过滤→调配→杀菌

按基本配方制备黑牛奶，评价其品质。

1.3.4浸提剂对黑芝麻色素提取效果的影响

根据资料［14，17］和预试验，采用乙醇（80%）、NaOH（0.1 mol/L）、HCl（0.1 mol/L）和蒸馏水，分别对黑芝麻进行浸提，浸提条件为60℃、3 h，物料∶提取剂= 1∶10（g/mL），然后浓缩至物料质量的2倍（即100 g黑芝麻得到的浸提液为200 g），调pH至中性后，用分光光度计测定其在277 nm下的吸光度。

1.3.5黑色素的提取工艺

以水为提取剂，物料∶水=1∶10（g/mL），在不同温度、时间条件下浸提，并将浸提液浓缩至物料质量的2倍。将浸提液冷却至室温（25℃），测定其277 nm的吸光度。

1.3.6黑牛奶中浸提液的添加量

分别添加黑色浸提液10%、15%、20%、25%，对黑牛奶色泽、香气、滋味、组织状态进行感官评定。每个样品均由9人组成的品尝小组进行品评，然后打分取其平均分，评分标准见表1。

表1　黑牛奶感官评分标准Table 1The sensory scoring standard of black milk

1.3.7黑牛奶的稳定性试验

考虑到黑牛奶为中性饮料，因此选择中性稳定剂CMC-Na、黄原胶、海藻酸钠和蔗糖酯对黑牛奶进行稳定性试验［18-19］，根据参考文献［20］和预试验，以黑牛奶沉淀率为指标，选择L9（34）进行乳化稳定剂的正交试验，因素水平表见表2。

表2　乳化稳定剂因素水平表Table 2The factor level of emulsifier and stabilizer of black milk %

1.3.8黑牛奶稳定性测定

取制备好的黑牛奶80g，在3000r/min离心10min，倾去上清液，称取沉淀质量，计算黑牛奶沉淀率［21-22］。

1.3.9数据处理

实验均做3个平行样，采用SPSS17.0软件进行数据处理，结果用平均值±标准差表示，必要时按照Duncan氏新复极差法进行方差分析。

2结果与分析

2.1黑米、黑豆、黑芝麻烘烤条件的确定

适当的烘烤可使原料熟化，杀死黑色食品原料表面的脂肪酶，避免在研磨过程中产生氧化物，消除因此对成品产生酸败、变绿及不良风味等的影响［23］，使其产生烘烤香味，增添成品的独特风味。但烘烤时间过长、温度过高则会使黑色食品原料发生美拉德反应，甚至产生明显的焦糊味［23］。烘烤条件对原料风味的影响见表3。

表3　烘烤条件对原料风味的影响Table 3Efeect of curing conditions on flavor of raw materials

由表3可知，摊铺厚度一定的情况下，烘烤温度低或时间短，原料未熟或无香味，温度高或时间长，原料又容易焦糊。3种原料的最佳烘烤条件为：黑芝麻120℃，5 min，2 mm～3 mm；黑米160℃，30 min，2 mm～3 mm；黑豆150℃，15 min，3 mm～6 mm。

2.2黑色原料及前处理工艺选择

工艺一将原料制粉，浪费较大。且黑芝麻由于含油量太高，在现有条件下，只可采用手工研磨，不易磨碎，颗粒度太大，用这种工艺对原料进行前处理，制得的牛奶成品易沉淀，体系不均匀，故不宜采用。

采用工艺二进行原料前处理，黑色原料浸提液易出现脂肪上浮、黑色物质沉淀现象，离心除去油脂后浸提液严重分层，且对热、冷、酸非常敏感，稳定性极差，制得的牛奶成品脂肪含量相对偏高、蛋白质含量相对偏低，且有沉淀现象。黑米磨浆后浆液呈红色，故不宜采用。

工艺三对黑色原料及牛奶成品的影响见表4。

表4　工艺三对黑色原料及牛奶成品的影响Table 4Effect of the third technology on black material and black milk

由表4及试验可知，采用工艺三进行原料前处理，黑米浸提液呈红色，浓缩后为紫红色，添加至奶中为红色；黑芝麻浸提液为黑色，有浓郁的黑芝麻香味，浓缩后色泽明亮、乌黑，较为满意，且制得的黑牛奶样品：体系均匀细腻，黑芝麻香与奶香和谐、浓郁，所以选择工艺三进行黑色原料前处理。

3种原料中黑米浸提液呈紫红色、口感较差；黑豆浸提液呈黄色，且脱苦工艺较复杂；黑芝麻前处理工艺简单，浸提液色泽纯正、口味独特，容易被人接受。所以决定单独使用黑芝麻。

2.3浸提剂种类、浸提时间、温度对黑色素浸提效果的影响

浸提剂对黑芝麻色素的提取效果影响较大，见图1。

图1　溶剂对黑芝麻色素提取效果的影响Fig.1Effect of solvent on melanin extraction from black sesame

用80%的乙醇水溶液和0.1 mol/L的NaOH提取的黑芝麻色素的吸光度高于水为浸提剂的，但差异不显著（p＞0.05）。乙醇水溶液相对于水成本较高，碱提效果较好，且随着pH的升高，提取效果增强［17］，但黑芝麻的碱提液在中酸性条件下有沉淀产生，酸提吸光度小于前三者，且差异显著（p＜0.05）。因此，黑芝麻色素选择水作为浸提剂最好。

浸提过后的黑芝麻烘干后，其形态与未经处理的原料相差无几，可用于食用、加工、提取油脂等，不但简化了芝麻油的加工工艺，还可大大提高黑芝麻的经济价值。

时间和温度对黑芝麻色素提取效果的影响分别见图2和图3。

图2　时间对黑芝麻色素提取效果的影响Fig.2Effect of time on melanin extraction from black sesame

图3　温度对黑芝麻色素提取效果的影响Fig.3Effect of temperature on melanin extraction from black sesame

由图2可知，浸提温度为60℃，随着浸提时间的延长，其吸光度逐渐增加，但浸提时间达到3 h时，其吸光度不再上升。由图3可知，浸提时间为3 h，随着浸提温度的升高，黑芝麻浸提液的吸光度逐渐升高，即浸提液中黑色素越来越多；当温度达到80℃以上时，浸提液的吸光度不再上升。因此可以确定黑芝麻色素较好的浸提条件为80℃下浸提3 h。

2.4黑色浸提液添加量的确定

黑色浸提液添加量对黑牛奶品质的影响见表5。

表5　黑色浸提液添加量对黑牛奶品质的影响Table 5Effect of black extract on quality of black milk

由表5可知，当黑色浸提液添加量为20%时，黑牛奶的综合评分最高，颜色适中，奶香和黑芝麻香并重。当黑色浸提液添加量增加为25%时，牛奶呈深黑色，多数人视觉感觉不舒服。因此，牛奶中添加20%的黑芝麻浸提物制备的黑牛奶感官效果最佳。

2.5黑牛奶稳定性试验

黑牛奶贮存过程中脂肪会上浮，加入黑芝麻浸提液会产生沉淀现象，因此对黑牛奶进行乳化稳定性试验，结果见表6。

表6　黑牛奶稳定性正交试验结果与分析Table 6Results and analysis of orthogonal experiment in stability of black milk

由表6的极差R可知，对黑牛奶稳定性的影响依次为：蔗糖酯＞CMC＞海藻酸钠＞黄原胶。最佳因素水平为A3B3C2D2，即稳定剂添加量为CMC0.10%、海藻酸钠0.06%、黄原胶0.08%、蔗糖酯0.06%（均为质量分数）时，黑牛奶的沉淀率最小，稳定性最好。但该组合不在9组设计中，因此连同正交设计中的7号试验一起做验证试验。结果表明最佳组合和7号试验黑牛奶的沉淀率分别为0.30%和0.33%，说明正交试验结果可靠。因此，黑牛奶的最佳乳化稳定剂的配方是CMC-Na 0.1%，海藻酸钠0.06%，黄原胶0.08%，蔗糖酯0.06%（均为质量分数）。

黑芝麻经浸提所得的黑芝麻色素性质较稳定［17］，制备的黑牛奶稳定效果也很好，久置不沉淀、不分层，颜色纯正，口感顺滑，奶香浓郁，兼有浓郁的黑芝麻原香，且黑芝麻本身铁、锌含量丰富，有利于补充人体铁质和锌质，是一种集营养与保健一体的新型乳制品，为消费者提供了新的选择。浸提黑色素后的黑芝麻烘干后并不影响其食用和榨油，而且还简化了榨油工序，可谓一举两得。

3结论

1）黑芝麻营养丰富，黑色素浸提液色泽纯正，口味独特，是制备黑牛奶的最佳食品原料。

2）黑牛奶加工适宜的工艺流程为：黑芝麻烘烤后经浸提、过滤、浓缩得到黑色浸提物，用黑芝麻色素浸提物制备黑牛奶效果较好。

2）黑芝麻黑色素提取工艺：黑芝麻经120℃烘烤5 min后，按原料∶水=1∶10（g/mL），在80℃下浸提3h。

4）黑牛奶配方：75%的鲜牛奶，20%的黑色素浸提液，4%的蔗糖，1%的蜂蜜，0.3%乳化稳定剂；其中乳化稳定剂的配方为CMC-Na 0.1%，海藻酸钠0.06%，黄原胶0.08%，蔗糖酯0.06%（均为质量分数），此时的黑牛奶颜色适中，稳定性好，奶香和芝香并重，含铁量丰富，有利于补充人体铁质，改善缺铁性贫血。黑牛奶是一种集营养与保健一体的新型乳制品，具有广阔的市场前景。

［1］周扬家.黑色食品的营养保健作用及其发展前景［J］.中国食物与营养，2009（4）:54-56

［2］Xu J，Chen S，Hu Q.Antioxidant activity of brown pigment and extracts from black sesame seed（Sesamumindicum L）［J］.Food Chemistry，2005，91（1）:79-83

［3］Shyu Y S，Hwang L S.Antioxidative activity of the crude extract of lignan glycosides from unroasted Burm a black sesame meal［J］.Food Research International，2002，35（4）:357-365

［4］Sava V M，Galkin B N，Hong M Y，et al.Anovelmelanin-like pigment derived from black tea leaves with immuno-stimulating activity［J］.Food Research International，2001，34（4）:337-343

［5］Sheu F，Chien P J，Chien A L，et al.Isolation and characterization of an immunomodulatory protein（APP）from the Jew’s Ear mushroom Auricularia polytricha［J］.Food Chemistry，2004（87）:593-600

［6］Kim H J，Tsoy I，Park J M，et al.Anthocyanins from soybean seed coat inhibit the expression of TNF-alpha-induced genes associated with ischemia/reperfusion in endothelial cell by NF-kappa B-dependent pathway and reduce rat myocardial damages incurred by ischemiaandreperfusion in vivo［J］.FEBSLett，2006，580（5）:391-1397

［7］Hung Y C，Sava V M，Blagodarsky V A，et al.Protection of tea melanin on hydrazine-induced liver in jury［J］.Life Sciences，2003，72（9）:1061-1071

［8］Azevedoa L，Gomes J C，Stringheta P C，et al.Black bean（Phaseolus vulgaris L）as a protective agent against DNA damage in mice［J］. Food Chem Toxicol，2003，41（12）:1671-1676

［9］Chen P N，Kuo W H，Chiang C L，et al.Black rice anthocyanins inhibit cancer cells invasion via repressions of MMPs and u-PA expression［J］.Chemico-Biological Interactions，2006，163（3）:218-229

［10］Yamai M，Tsumura K，Kimura M，et al.Antiviral activity of a hot water extract of black soybean against a human respiratory illness virus［J］.Bio-sci Bio-technol Bio-chem，2003，67（5）:1071-1079

［11］Patrick H，Ngai K，Ng T B.Purification of glysojanin，an antifungal protein，from the black soybean Glycine soja［J］.Biochem Cell Biol，2003，1（6）:387-394

［12］要萍，于金侠.功能性黑色食品的研究与开发［J］.粮油食品科技，2010（1）:5-7

［13］梅芳，周向荣.黑米黑芝麻谷物牛奶的配方优化［J］.食品研究与开发，2011，32（2）:82-85

［14］李秋凤，王金亭.黑芝麻色素的制备及其应用现状［J］.食品研究与开发，2010，31（11）:212-214

［15］黎铭，乐坚.黑米早餐牛奶的研制［J］.食品工业科技，2007，28（6）: 153-154

［16］任璐，杭锋，龚广予.黑米谷物牛奶的研制及稳定性研究［J］.畜牧与饲料科学，2010，31（2）:116-118

［17］任顺成，王国良，王鹏，等.十种天然黑色素稳定性研究［J］.中国粮油学报，2009，24（6）:137-141.

［18］董道顺.南瓜酸牛奶生产工艺研究［J］.中国乳品工业，2011，39（11）:53-55

［19］孔青，代志强，周伟，等.红豆酸奶的研制［J］.中国酿造，2009（2）: 179-181

［20］王秀梅，李群英，袁玉超，等.果汁饮料稳定剂在果浆饮料中的应用研究［J］.中国食品添加剂，2011（3）:211-214

［21］吕贞龙，印伯星，张在金.乳化稳定剂对苹果汁牛奶稳定性的研究［J］.现代食品科技，2008，24（12）:1274-1296

［22］白雪飞，余斌.含乳果汁稳定性失衡机理的探究［J］.食品科技，2010，17（2）:39-43

［23］赵荣钟，周雪松，赵谋明.黑芝麻大豆复合饮料的研制［J］.现代食品科技，2011，27（6）:661-664

Study on the Processing Technology of the Black Milk

WANG Rui1，2，LI Zhi-cheng1，*，LIU Sha1，2
（1.College of Food Science and Engineering，Northwest A&F University，Yangling 712100，Shaanxi，China；2.Shaanxi Shenmu Food and Drug Administration，Shenmu 719300，Shaanxi，China）

In order to improve nutrition and function of milk，the kinds of black raw material，the extraction technology of melanin，and the addition of extracts from black sesame and the formulation of stabilizer and emulsifier in black milk were studied with contrast test and or orthogonal experiment.The results showed that：black sesame was the best source of melanin；the melanin extraction technology of baked black sesame was extracted for three hours at 80℃with ten times water（g/mL）；the color and sesame flavor of black milk were all better when adding 20%black sesame extracts；the stability of black milk was best when adding 0.1% carboxymethyl cellulose，0.06%sodium alginate，0.08%xanthan gum，and 0.06%sucrose esters.

black milk；black sesame；melanin；extracting；processing technology

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.15.012

2014-03-15

“十二五”国家科技支撑计划项目（2012BAD12B07）；陕西省科技统筹创新工程计划项目（2011KTCL02-11）

王瑞（1984—），男（汉），硕士研究生，从事乳品加工研究。