米糠大豆酸奶发酵条件的优化

王劲松,徐 艳,朱德艳,易庆平,陈清婵,魏晓晖

(1.荆楚理工学院,湖北荆门 448000;2.湖北金龙泉生物科技有限公司,湖北荆门 448000)

米糠中含有丰富的营养物质,如纤维素、半纤维素、维生素、脂肪及矿物质,其中蛋白质含量在14%～17%之间,被联合国粮食及农业组织(FAO)列为未被充分利用的资源[1]。我国拥有年产2000万吨米糠资源。目前,我国对米糠的综合利用还仅限于加工饲料和米糠油生产等,对米糠的利用率仅为15%左右。

大豆蛋白质含量极为丰富,占大豆总质量的35.1%[2]。余尚学用黄豆浆为溶剂提取米糠中的蛋白和其它天然产物营养成分[3-4]。目前国内外研究米糠酸奶主要集中在利用米糠或米糠处理液与奶粉一起发酵生产酸奶,而没有植物型米糠酸奶相关报道[5-12]。

本研究将稳定化米糠、黄豆浆以一定比例混合,用保加利亚乳杆菌(L.bulgaricus)和嗜热链球菌(Str.themophilus)混合菌作为发酵剂,在适当条件下研制开发植物型米糠大豆酸奶,促进米糠营养素的溶出,增加酸奶的花色品种,提高米糠和大豆的经济效用,满足人们追求饮品营养、保健、安全的要求,其研究和开发具有一定的现实意义[13]。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

米糠 食品级,湖北金龙泉生物科技有限公司;大豆 食品级,湖北金龙泉生物科技有限公司;白糖 食品级,云南省元江县金珂集团糖业有限公司;纤维素酶(酶活力10万U/g) 食品级,和氏璧生物科技有限公司;海藻酸钠 分析纯,河南思远生物科技有限公司;琼脂粉 食品级,澄迈县老城大富琼脂厂;酚酞试剂 分析纯,天津市福晨化学试剂厂;氢氧化钠溶液(0.1 mol/L) 分析纯,天津市福晨化学试剂厂;保加利亚杆菌+嗜热链球菌(1∶1) 食品级,北京川秀国际贸易有限公司。

721型榨汁机、C21-SC001电磁炉 九阳股份有限公司;5000 mL胶磨机 上海垒固有限公司;JY-1002型电子天平 上海上天精密仪器有限公司;lB-10T/18T/32T型恒温水浴锅 上海亚荣生化仪器厂;50 mL碱式滴定管 南通市卫宁实验器材有限公司;WY-1B07温度计 宁波市鄞州伟业温度计厂;TS-100C恒温摇床 常州朗越仪器制造有限公司;D-519HAN冰柜 青岛海尔股份有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程

1.2.2 操作要点 稳定化米糠制备:新鲜米糠通过挤压膨化机膨化后,用超微粉碎机粉碎达200目,使脂肪氧化酶完全失活,杀死大量微生物,且不破坏米糠的营养成分[14]。

黄豆浆溶液制备:取质量比1∶96清洗后的黄豆和纯净水[4],将黄豆放入纯净水中浸泡至重量增加一倍后磨浆,加热至95 ℃并保持10 min,用120目的筛网过滤,冷却至 40 ℃,备用[4,15]。

胶磨:取质量比为1∶2的米糠和黄豆浆溶液混合胶磨。

过滤:首先用沸水将纱布浸泡15 min,达到消毒效果,然后将纱布叠成4层进行过滤。

米糠酶解:上述滤液中添加占米糠干基重的2%纤维素酶,在温度为55 ℃条件下水浴酶解米糠1.2 h[5],使米糠中不溶性纤维降解为可溶性片断,得到米糠酶解液。

调配:向米糠酶解液中加入一定含量的稳定剂(海藻酸钠+琼脂)和8%的白砂糖,充分混合均匀[16-17]。

杀菌:采用95 ℃水浴高温杀菌15 min,然后冷却至40 ℃进行接种。

配比菌种:将产酸产香能力强、适应性好的保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌分别驯化,按1∶1混合成发酵剂后接种[18]。

活化:将米糠酶解液在50 ℃恒温水浴15 min,然后加入菌种进行搅拌,放置30 min。

发酵:接种后的料液装入酸奶瓶中,置于温度为45 ℃恒温摇床发酵4 h。然后取出置于 4 ℃的冰柜内放置8 h以上即可进行感官评定。

1.2.3 单因素实验

1.2.3.1 米糠黄豆浆质量比对米糠大豆酸奶品质的影响 加入米糠黄豆浆的质量比分别为1/5、1/4、1/3、1/2、1/1,其余条件为:保加利亚杆菌+嗜热链球菌(1∶1)接种量为0.1%,纤维素酶添加量(占米糠干基重)为2%,发酵时间为4 h,发酵温度为45 ℃,蔗糖添加量为8%。

1.2.3.2 发酵温度对米糠大豆酸奶品质的影响 经过灭菌、酶解、接种后发酵温度分别按照30、35、40、45、50 ℃,其余条件为:米糠黄豆浆的质量比为1/2,保加利亚杆菌+嗜热链球菌(1∶1)接种量为0.1%,纤维素酶添加量(占米糠干基重)为2%,发酵温度为45 ℃,蔗糖添加量为8%,发酵时间为4 h。

1.2.3.3 发酵时间对米糠大豆酸奶品质的影响 经过灭菌、酶解、接种后发酵时间分别为3、4、5、6、7 h,其余条件为:米糠黄豆浆质量比为1∶2,保加利亚杆菌+嗜热链球菌(1∶1)接种量为0.1%,纤维素酶添加量(占米糠干基重)为2%,发酵温度为45 ℃,蔗糖添加量为8%。

1.2.3.4 稳定剂含量对米糠大豆酸奶品质的影响 经过灭菌、酶解、接种后加入稳定剂分别按照酶解液质量比的0.03%+0.03%,0.08%+0.08%,0.13%+0.13%,0.18%+0.18%,0.23%+0.23%的含量分别加入再进行杀菌,接种发酵,其余条件为:保加利亚杆菌+嗜热链球菌(1∶1)接种量为0.1%,纤维素酶添加量为2%,蔗糖添加量为8%,发酵时间为4 h。

1.2.4 正交实验 在单因素实验的基础上,以乳酸含量和感官评分为指标,对以上因子进行正交实验,因素水平表见表1。

表1 正交实验因素水平表Table 1 Orthogonal test factor level table

1.2.5 感官评定标准 评分法采用百分制,产品详细感官评分标准见表2[19-20]。组织10名男女比例1∶1的品评员在饭后2～3 h对产品的色泽、风味、滋味、组织状态进行评分,最后取平均值作为最终感官评分结果。

表2 感官评分标准Table 2 Sensory scoring criteria

1.2.6 理化指标测定 乳酸含量的测定:参照王永华《食品分析》乳酸含量的测定[21];总酸度测定:按GB 5413.34-2010《乳和乳制品酸度的测定》;微生物指标的测定:按GB 4789.18-2010《食品微生物检验乳与乳制品检验》中规定的方法测定。

1.3 数据统计分析

数据处理采用软件Excel 2007进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 米糠黄豆浆质量比对米糠大豆酸奶感官品质和乳酸含量的影响

从图1可知,在一定范围内随米糠添加量的增大,酸奶的酸度会有一定的上升,这主要由于其中能被乳酸菌利用的有效成分含量增加,促进乳酸菌迅速增长,因此酸奶的酸度有上升的趋势;当米糠与黄豆浆质量比大于1/2时,酸奶的酸度开始下降,这主要因为随米糠的增大,乳中固形物质含量也随之增加,发酵基质中水分活度明显降低,从而影响菌体的生长和产酸能力[22]。综合米糠添加量对成品酸奶的感官品质的影响,确定米糠与黄豆浆质量比为1/2时比较适宜。

图1 米糠黄豆浆质量比对米糠大豆酸奶感官品质和乳酸含量的影响Fig.1 The effect of the ratio of rice bran to soybean milk on the sensory quality and the content of lactic acid of yogurt with rice bran and soybean

2.2 发酵温度对米糠大豆酸奶感官品质和乳酸含量的影响

由图2可知,在一定发酵温度范围内,温度越高,乳酸含量越高,但感官评分先升高,当温度超过45 ℃后开始下降。这是因为温度过高会掩盖酸奶中米糠大豆的香味,同时发酵温度过高会导致酸化过快,不利于风味物质形成,影响口感;温度过低,发酵不完全,酸度不够。综上所述,选择发酵温度为45 ℃比较合理。

图2 发酵温度对米糠大豆酸奶感官品质和乳酸含量的影响Fig.2 The effect of fermentation temperature on the sensory quality and the content of lactic acid of yogurt with rice bran and soybean

2.3 发酵时间对米糠大豆酸奶感官品质和乳酸含量的影响

由图3可知,乳酸含量和感官评分均先升高后降低,在发酵时间为5 h时,感官评定分和乳酸含量达到最高值。因为发酵时间越长,乳酸菌产生越多,发酵越充分,感官评分越高;如果发酵时间大于5 h,会影响酸奶的风味,导致感官评分下降,故选取5 h为最适宜发酵时间。

图3 发酵时间对米糠大豆酸奶感官品质和乳酸含量的影响Fig.3 The effect of fermentation time on the sensory quality and the content of lactic acid of yogurt with rice bran and soybean

2.4 稳定剂含量对米糠大豆酸奶感官品质和乳酸含量的影响

由图4可知,海藻酸钠加琼脂粉添加量为0.18%+0.18%时,感官评定分数最高,为85.93,且乳酸含量也最高,为46.39。乳酸先升高后降低的原因可能是:稳定剂在一定范围内越多,对整个酸奶的凝乳状态越好,感官评分越高;到达最高点后开始下降的原因:稳定剂过多不仅影响风味,还会对人体产生一定的伤害[23]。从单因素实验结果来看,海藻酸钠加琼脂粉为0.18%+0.18%最为适合。

图4 稳定剂含量对米糠大豆酸奶感官品质和乳酸含量的影响Fig.4 The effect of stabilizer content on the sensory quality and the content of lactic acid of yogurt with rice bran and soybean

2.5 正交实验

比较表3的极差大小可知,各因素影响发酵酸奶品质的主次顺序为:B>A>D>C，即米糠酸奶发酵时间>发酵温度>料液比>稳定剂含量。对此次正交实验结果进行直观分析,得到优化组合为A2B3C2D3。根据表3可以看出发酵时间为本实验的显著性因素,说明在实验过程中此因素对实验起主导因素,同时考虑到发酵温度、质量比越低,乳酸菌在发酵过程中不易形成生长优势,酸奶易污染杂菌;稳定剂含量越少,酸奶的凝乳状态越差,感官评分越低。因此,米糠大豆酸奶制品主发酵期的优化工艺条件是:米糠与黄豆浆质量比为1/2,稳定剂为0.13%的海藻酸钠与0.13%的琼脂,发酵温度为45 ℃,发酵时间为5 h。

表3 正交实验结果Table 3 Orthogonal test results

2.6 验证实验

根据正交实验结果,按照最佳发酵条件组合A2B3C2D3,即米糠与黄豆浆质量比为1/2,稳定剂为0.13%的海藻酸钠与0.13%的琼脂,发酵温度为45 ℃,发酵时间为5 h;进行三次重复性实验,结果感官评分为93.83,乳酸含量为58.28 μg/mL。可见,最佳发酵工艺条件生产的米糠大豆酸奶具有良好的感官性状品质和较高的乳酸含量。

2.7 发酵乳产品质量指标

2.7.1 感官指标 均匀乳白色,有香郁米糠豆奶味,无异味,凝乳细腻爽滑,组织形态呈固态,无明显乳清析出。

2.7.2 理化及微生物指标 表4可知,按照最佳工艺实验确定的配方和工艺过程,研发的米糠大豆酸奶各项理化指标符合GB19302-2010《食品安全国家标准发酵乳》要求。

表4 米糠大豆酸奶理化及微生物指标检测结果Table 4 Physicochemical and microbiological indexes test results of yogurt with rice bran and soybean

3 结论

本实验以米糠和大豆为原料,研究了米糠大豆酸奶在不同因素条件下的生产工艺,通过单因素和正交实验,得出米糠大豆酸奶的最佳生产工艺:米糠与黄豆浆质量比为1/2,稳定剂为0.13%的海藻酸钠与0.13%的琼脂,发酵温度为45 ℃,发酵时间为5 h,在此条件下,发酵效果最好,得到的酸奶为乳白色,色泽均匀一致,有香郁米糠豆奶味,无异味,凝乳细腻爽滑,呈固态,表面无明显乳清析出,并且含有较高的乳酸(58.28 μg/mL)和丰富的蛋白质(3.67 g/100 g),其蛋白质含量远远超过国家标准2.3 g/100 g,是一种高植物蛋白酸奶。该产品含有米糠及其他重要天然营养成分,这样的研制不仅可以发挥米糠、大豆和酸奶的多种营养保健作用,也为米糠的开发利用提供了新的途径,从而提高了米糠的经济效用值。

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