胡萝卜发酵型酸奶的工艺优化及研制

蔡永敏，李正英，邹寅，史晓霞

（内蒙古农业大学职业技术学院，包头014109）

0 引言

据Copalan等研究表明，胡萝卜的水分质量分数为86%～89%[1-3]，碳水化合物质量分数为5.6%～10.6%[1-6]，脂肪质量分数约为0.3%[1-6]，蛋白质质量分数处于0.6%～1%[1,3-6]，粗纤维质量分数为1%～2.5%[1-2,5-6]。医学研究表明，每天吃一定量胡萝卜，可以降低血液胆固醇10%～20%，有助于心脏病和肿瘤疾病的预防。胡萝卜素具有重要医药作用，在人体中可提高免疫系统产生抗体的能力，还能增加自然杀伤的数量，清除体内癌细胞或被感染的细胞[7]。此外，有学者研究了胡萝卜与杏复合饮料配方，也有人对红枣胡萝卜饮料加工工艺进行研究[8-9]。目前，胡萝卜酸奶研究较少，2013年范民以全脂奶粉为原料，通过添加荔枝，采用正交试验得到荔枝酸奶最佳工艺[10]。曹旭东将山药汁加入到新鲜牛奶中发酵而成的酸奶，其中不但含有不饱和脂肪酸，而且也可起到抗菌抑菌、利于身体健康的功效[11]。本研究选用乳饮料常用菌种保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌作为发酵剂，通过试验确定发酵条件，得出胡萝卜酸奶的最佳工艺配方，目的获得口感较好、保健性能较高的新样式酸奶。

1 实验

1.1 材料

发酵剂：嗜热链球菌（Streptococcurs Thermophilus.ST）、保加利亚乳杆菌(Lactobacillus bulgaricus.LB)，由内蒙古农业大学微生物菌种保藏实验室提供。

牛肉浸膏，蛋白胨，酵母提取粉，三水合醋酸钠，磷酸氢二钾，柠檬酸二铵，无水葡萄糖，氯化钠，氢氧化钠，脱脂乳，硫酸锰，无水乙醇，硫酸镁，硫酸锰等均为分析纯。

M RS琼脂培养基，脱脂乳培养基参照文献[12]中方法进行配制。

1.2 仪器

HVE-50全自动高压灭菌锅，HPS-250生化培养箱，BCD-245D冰箱，COVER-018显微镜，12001电子天平，BCN-1360生物超净工作台，TGL-16C型台式离心机，HM-12 pH计，LRH-250-HS电热恒温培养箱，移液器。

2.3 方法

首先，通过设置发酵时间、温度及糖模拟酸度梯度试验探究保加利亚乳杆菌及嗜热链球菌生长及产酸特性最佳条件；并将保加利亚乳杆菌与嗜热链球菌按1∶1，1∶2，1∶3复配；结合不同浓度胡萝卜汁及蔗糖、果胶添加量，确定胡萝卜酸奶最佳工艺配方。

2.4 发酵剂生长性能及配比

菌种活化：将保藏的嗜热链球菌与保加利亚乳杆菌分别接种于已配好的脱脂乳培养基中，37℃培养18-24 h，连续活化3代，第三代菌种通过穿刺于固体M RS培养基中，于4℃冰箱中保存备用，其流程如图1所示。

图1 实验菌株活化和保存流程

发酵剂产酸特性：

（1）最佳接种量确定。本研究分别按体积分数为1%，3%，5%接种量，于脱脂乳培养基中，42℃培养条件下分别测定0，3，6，9，12 h酸度，记录并求取平均值[13-14]。

（2）最佳发酵温度确定。为了探究不同温度对发酵剂产酸速率影响，本试验将St和Lb以最佳接种量接种于脱脂乳培养基中，分别在37、42、45℃测定培养基酸度，记录并求取平均值。

（3）最佳复配比确定。不同配比的混合发酵剂对酸奶产酸能力有较大影响，且Lb大于St时产酸能力增强，St大于Lb时产酸能力减弱，两者存在着共生关系，因此通过本试验选择最佳良种发酵剂最佳复配比例。在最佳接种量和培养温度条件下，将Lb和St分别以1∶1，1∶3，1∶5的比例接种在42℃条件下进行发酵培养，测定其酸度，记录并求取平均值。

（4）.模拟酸度测定。发酵剂以糖作为营养物质，并将其迅速分解为乳酸，促使牛奶pH值快速下降，本研究将不同量的糖加入脱脂乳培养中，设为4个梯度，分别为80～90，90～100，100～120及大于120 g/L。然后将通过上述试验确定出发酵剂的最佳发酵温度、接种量、复配比作为本次试验确定工艺条件，确定发酵剂在不同糖浓度脱脂乳中产酸能力。

采用酸碱滴定法测定，吉尔涅尔度（°T）表示：在150m L锥形瓶中，移入10m L发酵样品，加入约20m L煮沸后冷却至40℃的蒸馏水，混匀后滴入2～4滴酚酞指示液，用浓度为0.1 m o l/L的N aOH滴定至微红色，在30 s颜色内不消逝，即为终点，所消耗浓度为0.1 m o l/L的N aOH的毫升数乘以10即为酸度（°T）。按如下公式计算酸度：

式中：V为滴定消耗N aOH的体积数（m L）。

2.5 正交实验

实验以胡萝卜汁添加量，蔗糖添加量，果胶添加量，设计3因素3水平正交试验，即采用L9（33）正交试验确定各参数，结果如表1所示。

表1 正交实验（Ⅰ）

2.6 感官评定[15]

采用加权评分法对胡萝卜酸奶的感官质量进行综合评定，检验人数为10人，检验结果取平均值。其中色泽10分，口感30分，香味20分，组织状态40分。

数据处理通过Excel和SAS9.0对数据进行整理和统计分析。

3 结果分析

3.1 不同接种量发酵剂产酸能力

酸奶在发酵过程中，酸奶中乳糖成为发酵剂赖以为生的营养物质。当微生物发酵剂渐渐适应原料奶环境，发酵剂数量则会成对数式增长，因而牛乳中乳糖就会被发酵剂所产生乳糖分解酶分解为葡萄糖和半乳糖，葡萄糖在糖酵解途径中被降解为丙酮酸，最终丙酮酸被转化为小分子乳酸。由于在酸奶环境中，乳酸的不断积累，致使pH值下降至蛋白质等电点，因而有利于凝乳，得到黏度较好的酸奶产品[16]。本研究通过接种单一发酵剂，分别探究不同浓度嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌在不同发酵时间下的产酸能力。由图2可知，嗜热链球菌接种量越高，产酸能力越强，5%嗜热链球菌产酸能力＞3%＞1%；发酵3 h后，3个不同浓度嗜热链球菌产酸能力相差不大，相互相差近5°T；发酵6 h后，5%嗜热链球菌的环境酸度达到54°T，高于3%的45°T和1%的35°T；并且，在9 h后测定酸度，可知5%嗜热链球菌环境酸度大幅上升，近为74.30°T，3%的为69.67°T，高于1%的40°T；在6～9 h，嗜热链球菌数量迅速增加，促使原料乳酸度大幅下降；但3%嗜热链球菌的环境酸度低于5%的4.63°T；12 h后，3%和5%的酸度分别达到86.31°T和87°T，相差甚微，但远高于1%的产酸能力。总体说明，接种3%嗜热链球菌不但可以达到发酵效果，也可降低酸奶的发酵成本。

图2 不同接种量嗜热链球菌产酸能力

由图3可以看出，5%保加利亚乳杆菌产酸能力明显高于1%和3%。随着发酵进行，在3 h末测得三组酸度可知5%保加利亚乳杆菌酸奶酸度已达到42°T，高于1%和3%的30.67°T和30.33°T，说明适当增加发酵剂比例有助于提高原料乳的酸度；发酵进行到6 h末，1%保加利亚乳杆菌促使环境酸度升高到41°T，3%的保加利亚乳杆菌原料乳酸度也达到了44.33，而此时5%酸奶酸度已达到71°T；9 h结束时，1%、3%、5%的酸奶酸度分别为46.00、66.4和91°T；相比可知，5%酸奶酸度高于3%酸奶，更高于1%组酸奶酸度；经过9 h发酵，3%组酸奶酸度距酸奶要求酸度较小，而5%组酸奶酸度已经超出酸奶酸度的最高要求，过高的酸度会致使酸奶难于被消费者接受；待12 h发酵结束时，三组酸奶酸度分别为60.00，78.00及117°T，可知1%发酵剂接种量难于达到发酵酸奶所需酸度；而5%组酸奶中发酵剂数量较多，产酸速率较快，如果接种单一发酵剂可缩短酸奶发酵剂周期；此时3%的酸奶环境酸度正好符合酸奶酸度标准（80～120°T），如果与产酸能力较强的嗜热链球菌复配，可快速达到酸度要求。综合可知，如果接种复合发酵剂，接种量为3%较为适宜。

图3 不同接种量保加利亚乳杆菌产酸能力

3.2 不同培养温度下发酵剂产酸能力

发酵剂在不同温度下，生长能力差异较大，在低温条件下生长活力较小；随着温度上升，发酵剂增殖速率也随之被提高；但超过一定温度，发酵剂生长能力反而被抑制。酸奶中发酵剂酸奶数量的不同，会影响酸奶的最终酸度，发酵剂数量与酸奶酸度具有一定正相关性。本研究设置3个不同发酵培养温度，分别为37，42，45℃；探究不同温度下嗜热链球菌产酸能力的影响。由图4可以看出，随着发酵时间延续，三组酸奶环境酸度在不断升高；在发酵1h后，三组酸奶酸度近为30°T；发酵2 h后，45℃酸奶的酸度＞42℃＞37℃；待发酵到3 h末，42℃发酵下酸奶环境酸度＞37℃时酸度＞45℃时酸度，并且在后续发酵时间内测定酸度显示，三组酸奶环境酸度规律仍与3 h末酸度规律相同。由此可知，42℃为嗜热链球菌最佳发酵温度。

图4 不同培养温度对嗜热链球菌产酸能力的影响

保加利亚乳杆菌通过糖酵解途径将乳糖最终转化为乳酸。在发酵过程中，发酵剂数量逐渐增加，因而酸奶环境中乳酸含量也在不断升高，致使酸度上升。由图5可知，添加保加利亚乳杆菌酸奶在前3 h内酸度变化差异不明显，但呈现出缓慢上升的趋势；4 h发酵结束时，42℃酸奶酸度显著高于前3 h酸度，并且也高于同一时间的37℃和45℃两组；5 h末，42℃酸奶酸度更是升高到66°T，其他两组酸奶酸度较低，近为37°T；6 h发酵结束后，42℃酸奶酸度上升达77°T，达到酸奶发酵酸度，此时其它两组酸度仍然较低。由此可知，42℃是此发酵剂发酵的最佳温度。

图5 不同培养温度对保加利亚乳杆菌产酸能力的影响

3.3 发酵剂最佳配比确定

试验中选用嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌进行复合，复配形成复合发酵剂。赵征在2004研究发现[53]，通过增加嗜热链球菌比例，可以提高酸奶风味；本研究选用保加利亚乳杆菌与嗜热链球菌按1∶1，1∶3，1∶5进行复配发酵，通过在酸奶中主要产酸能力探究两者的最佳复配比。由图6可知，在发酵过程中，三组酸奶环境酸度逐渐上升，三者间差异较不明显。1～2 h三组酸奶酸度增加速率较为缓慢；2～3 h，三组酸奶酸度急剧增加，3 h末1∶1与1∶3两组酸度高于1∶5酸奶组；3～4 h，1∶1酸奶组酸度上升速率小于其它两组，但在4～5 h，1∶1酸奶组酸度上升速率成为三组最高；且6 h末，1∶1组酸度达到近为75°T，高于其他两组。说明保加利亚乳杆菌产酸能力优于嗜热链球菌，因而保加利亚乳杆菌与嗜热链球菌按1∶（1～3）添加较好，不但可提高产酸能力，而且也利于缩短酸奶发酵周期，降低酸奶发酵成本。

图6 不同复配比发酵剂产酸能力

3.4 不同糖质量浓度下复合发酵剂产酸能力

葡萄糖添加到酸奶，既能提高酸奶甜度，也能为发酵剂的生长繁殖提供碳源，葡萄糖在酸奶制作过程中起到不可小觑的作用。葡萄糖在糖酵解过程中被分解丙酮酸，丙酮酸又在发酵剂产生乳酸酶作用下生成乳酸，因而随着发酵剂数量和生长能力的不断提高，乳酸含量也逐渐增加，促使酸奶酸度迅速降低，降低到蛋白质等电点，达到凝乳的效果。由图6可知，随着葡萄糖添加量增加，酸奶的酸度也在逐渐上升，并且当葡萄糖添加量在100～120 g/L范围时，酸度达到最高，即76.7°T。当糖添加量再增加时，酸奶酸度反而低于前三组，说明当糖添加量逐渐增加时，有助于提高酸奶酸度，当超过一定量，发酵剂生长能力反而被抑制，酸度也较低。由此可知，酸奶中葡萄糖添加量应为100～120 g/L时较为适宜。

图7 不同糖质量浓度对复合发酵剂产酸能力的影响

3.5 最佳配方正交实验

经过正交实验可得出保健型胡萝卜酸奶最佳工艺配方，以感官评分作为正交实验指标，其结果如表1所示。

表2 正交实验（Ⅱ）

由正交试验极值R值可知，主要影响因素为菌种比例和胡萝卜汁添加量，其次为果胶添加量，最后为蔗糖添加量，各因素对胡萝卜酸奶感官质量的影响主次顺序为：D＞A＞C＞B。由表2正交试验及感官评分可知，得出胡萝卜酸奶生产的最佳工艺配方为A2B3C1D2，即：胡萝卜汁添加量为20%，蔗糖添加量为5%，果胶添加量为0.1%，菌种比例为1∶3。

3.6 感官评定

由上述正交试验确定酸奶最佳制作工艺，制作出酸奶色泽呈现淡桔红色，即均匀的胡萝卜颜色，色泽均匀一致，光泽鲜亮；并且口感也较为细腻，酸甜可口，拥有浓郁的乳酸发酵香味，且并有淡淡胡萝卜味。经本试验最佳工艺制作的酸奶产品，无分层也无乳清析出，组织状态均匀。

表3 最佳工艺酸奶感官评定

4 结论

通过三因素正交实验确定了胡萝卜酸奶中胡萝卜、蔗糖及稳定剂最适添加量。实验结果可知，保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌接种量3%、培养温度42℃以且糖质量浓度为100～120 g/L时产酸能力较好，达到发酵要求。通过正交试验确定出胡萝卜酸奶成分最佳添加量：胡萝卜汁添加量为20%，蔗糖添加量为5%，果胶添加量为0.1%，菌种比例为1∶3。通过上述最优发酵条件、最佳成分配比制作而成胡萝卜酸奶酸甜适口、色泽均匀且无分层，产品达到规定质量安全。

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