黄精功能性酸奶生产工艺条件的优化

冯 哲，薛小兰，孙 华，于功明，曲静然，姬裕翔

（齐鲁工业大学（山东省科学院）食品科学与工程学院，山东济南 250353）

随着生活水平的提高，人们对自身健康的重视也越来越高，食品已不再仅仅满足于口味和营养，更要求其具有功能性，因此功能性食品的开发成为一大趋势[1]。黄精为百合科植物黄精、滇黄精或多花黄精的根茎，功效良多，被列为上品的滋补药，具有补气益阴、健脾、润肺、益肾之功效[2]，已被国家食品药品监督管理局列为药食两用的中药，也被广泛用于功能性食品的制作中。现代研究表明，黄精具有降血压、降血脂、降血糖、防止动脉粥样硬化、延缓衰老和抗菌等作用[3]。

酸奶是一种发酵制品，由于其特有的营养价值和保健功能成为了乳品行业的主流产品。将黄精浸提液加入到酸奶的发酵中，使二者结合制成的黄精酸奶是一种功能性食品，既体现了黄精的保健功能，又发挥了酸奶的营养保健功能，也可以带来良好的口感和风味。有关黄精酸奶的研究已做了很多研究，吕嘉枥等人[4]将黄精浸提液与鲜乳复配后，经过乳酸菌发酵制备出口感良好、营养丰富，并具有抗衰老、降血糖、降血脂、抗病原微生物等多种功能的保健酸奶。朱建平等人[5]探讨了黄精酸奶对摄食高脂饲料大鼠的降脂作用，结果表明黄精酸奶具有降脂作用，且效果优于单纯食用黄精或酸奶。此外，朱建平等人[6]又进行了功能性食品黄精山楂酸奶的配方筛选，将黄精、山楂与牛奶结合，以感官评分为指标通过正交试验研究了白砂糖、奶粉、黄精药液、山楂药液对酸奶成品色、香、味、组织状态的影响，得出黄精山楂酸奶的制备具有可行性，为中医药开发新型功能性食品提供了新思路。通过以上文献得出黄精酸奶工艺的确定主要通过感官评价确定，感官评价具有一定的主观性，近年随着质构仪的发展，逐渐将其运用到酸奶品质评定中[7]。研究发现，普通酸奶的质构测定结果与感官评价之间具有一定的相关性，逐步回归分析显示，可以仅使用硬度、胶黏性这2个质构测量值代替感官评价[8]。将质构分析用于黄精酸奶的品质测定还未见报道，且黄精酸奶的质构测量值与感官评价之间的相关性也不明确，因此试验以黄精、奶粉为原料，结合质构分析和感官品评，综合考虑黄精浸提液添加量、蔗糖添加量、发酵时间、发酵温度，对黄精功能性酸奶的配方和发酵工艺进行优化，为功能性酸奶的评定提供新的思路，为这一类药膳产品的开发应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

黄精、蔗糖，均为市售；全脂奶粉，双城雀巢有限公司提供；菌种（混合发酵剂）：嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌，石家庄君乐宝有限公司提供；氢氧化钠、邻苯二甲酸氢钾、酚酞指示剂，均为分析纯。

1.2 试验设备

TA-XTplus/30型物性测定仪、HH-S4型智能数显恒温水浴锅、SGSP-02型电热恒温隔水式培养箱、DF-101S型集热式恒温加热磁力搅拌器、SW-CJ-2D型超净工作台、APV1000型均质机、WJX-A500型高速多功能粉碎机。

1.3 试验方法

1.3.1 黄精酸奶的工艺流程

①黄精→粉碎→制备黄精浸提液→杀菌；

②奶粉→加水搅拌→预热静置→加糖→预热均质→杀菌；

①+②→冷却→接种→灌装→培养发酵→冷藏后熟→成品。

1.3.2 操作要点

（1）奶粉的复原。将奶粉按照1∶7的配比溶于55℃的纯净水中，不断搅拌使奶粉溶解，并保持此温度静置30 min，使奶粉充分溶解吸水。

（2）加糖、均质、杀菌。按照一定比例加入蔗糖并完全溶解，将配制好的复原乳加热到65℃后进入均质机，于25 MPa压力下均质，循环2次，均质完成后在90℃下杀菌15 min。

（3）黄精浸提液的制备。先将黄精烘干粉碎过100目筛，将黄精粉用10倍水浸泡30 min，再将其煮沸，煮沸后文火使其保持微沸30 min，将煮得的黄精浸提液过滤后，再加原黄精粉10倍的水继续煮，方法同上，将2次过滤得到的黄精浸提液混合后真空浓缩，得到的黄精浸提液立即封口于115℃下灭菌10 min。

（4）接种、灌装、发酵。试验所用所有仪器事先必须经过高压灭菌，接种在超净工作台进行，接种前黄精浸提液与复原乳充分搅拌混合，将菌种接种后也需充分搅拌使菌种均匀分散在混合液中，接种完成后在无菌条件下进行灌装，然后在42℃的恒温培养箱中进行发酵。

1.4 单因素试验考查不同因素对黄精酸奶品质的影响

1.4.1 蔗糖添加量对酸奶品质的影响。

以100 mL复原奶为准，在接种量0.1%，黄精浸提液0.5%，于42℃下发酵6 h，在每100 mL复原奶中分别添加蔗糖5%，6%，7%，8%，9%，按照1.3.1的工艺流程制造黄精酸奶，考查不同蔗糖添加量对黄精酸奶品质的影响，确定蔗糖的最佳添加量。

1.4.2 黄精浸提液添加量对黄精酸奶品质的影响

其他条件相同，在每100 mL复原奶中分别添加黄精浸提液0.3%，0.4%，0.5%，0.6%，0.7%，按照1.3.1的工艺流程制作黄精酸奶，考查不同黄精浸提液添加量对黄精酸奶品质的影响，确定黄精浸提液的最佳添加量。

1.4.3 发酵温度对黄精酸奶品质的影响

根据前期试验确定的最佳添加量，考查不同发酵温度40，41，42，43，44℃对黄精酸奶品质的影响，确定黄精酸奶的最适发酵温度。

1.4.4 发酵时间对黄精酸奶品质的影响

根据前期试验确定的最佳添加量，考查不同发酵时间5，6，7，8，9 h对黄精酸奶品质的影响，确定黄精酸奶的最适发酵时间。

1.5 酸奶不同指标的测定

1.5.1 感官评价

根据组织状态（30分）、色泽（20分）、气味（20分）、口感（30分）进行综合评分。

黄精酸奶感官评分标准见表1。

表1 黄精酸奶感官评分标准

1.5.2 酸度的测定

根据张素敏等人[9]的方法测定酸奶的酸度。

1.5.3 黄精酸奶质构特性的测定

酸奶压缩试验可用于对酸奶的质构进行量化分析，试验主要选择黄精酸奶的稠度和硬度进行分析，根据闫序东等人[10]的方法稍作修改。采用A/BE型反挤压圆盘探头活塞压缩容器中样品达到一定高度后再回到初始位置。测试参数设置：A/BE型圆盘探头，盘径35 mm，测试前速度1.0 mm/s，测试速率1.0 mm/s，测试后速率10.0 mm/s，测试距离30 mm，触变力10 g。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 蔗糖添加量对黄精酸奶品质的影响

蔗糖添加量对黄精酸奶酸度和感官品质的影响见图1。

图1 蔗糖添加量对黄精酸奶酸度和感官品质的影响

由图1可知，蔗糖从5%添加到9%时，酸度逐渐增加；到9%时，酸度达到了98°T。根据国标GB 2746—1999可知，酸奶的最佳发酵酸度为80～90°T时，能增进产品的风味，增加人们的食欲，当蔗糖添加量逐渐增加时发酵菌的生长速度会受影响，当蔗糖添加量为6%和7%时，酸度较适宜。综合感官评分可知，当蔗糖添加量不断增大时，感官评分呈现先上升后下降的趋势，当蔗糖添加量为6%时，感官评分最高，因此黄精酸奶最适宜的蔗糖添加量为6%。

蔗糖添加量对黄精酸奶稠度和坚实度的影响见图2。

图2 蔗糖添加量对黄精酸奶稠度和坚实度的影响

由图2可知，酸奶的稠度可以很好地表示酸奶内部流动性，稠度越大，其流动性越差，可表现酸奶凝固程度的大小。黄精酸奶的稠度随着蔗糖添加量的增加呈先增加后降低趋势，在蔗糖添加量6%时酸奶稠度最大，凝固型最好；酸奶坚实度是反映酸奶强度的重要参数，表示酸奶表面成型受外力破坏所需的压力，黄精酸奶坚实度随着蔗糖添加量的增加变化不明显，在蔗糖添加量为6%时坚实度最大，黄精酸奶的强度最高。

由图1和图2可知，当蔗糖添加量达到6%时，黄精酸奶的酸度、感官品质和质构都呈现较好的趋势，则确定蔗糖的适宜添加量为6%，且黄精酸奶的稠度和坚实度测量值与感官评分具有较好的相关性。

2.1.2 黄精浸提液添加量对黄精酸奶品质的影响

根据2.1.1的试验结果，蔗糖添加量为6%的条件下，分别添加黄精浸提液0.3%，0.4%，0.5%，0.6%，0.7%制作黄精发酵酸奶。

黄精浸提液添加量对黄精酸奶酸度和感官品质的影响见图3。

图3 黄精浸提液添加量对黄精酸奶酸度和感官品质的影响

由图3可知，随着黄精浸提液添加量的不断增加，黄精酸奶的酸度一直提高，由80.4°T增加到91.8°T，基本符合国标规定的最佳酸度要求，因此仅仅从酸奶的酸度无法确定黄精浸提液的最佳添加量；当黄精浸提液由0.3%添加到0.7%时，感官评分呈现先上升后下降的趋势，黄精浸提液添加0.5%时，感官评分最高为90分，因此通过对黄精酸奶酸度和感官评分的分析，确定黄精浸提液的最佳添加量为0.5%。

黄精浸提液添加量对黄精酸奶质构品质的影响见图4。

由图4可知，黄精浸提液不同添加量对黄精酸奶稠度的影响呈现先上升后降低的趋势，添加0.5%黄精浸提液时稠度最大；不同添加量黄精浸提液对黄精酸奶坚实度的影响不显著，同样呈现先上升后下降的趋势，在添加量0.6%时坚实度达到最大，其次为添加量0.5%，结合对黄精酸奶稠度的影响，确定黄精浸提液添加量为0.5%时，黄精发酵酸奶的质构性最好，因此黄精酸奶质构分析得出黄精浸提液的适宜添加量为0.5%。

图4 黄精浸提液添加量对黄精酸奶质构品质的影响

由图3和图4可知，当黄精浸提液添加量为0.5%时，黄精酸奶的各项指标较好，酸度达到适宜值，口感相对良好，坚实度适宜，稠度相对较好，且黄精酸奶的稠度和坚实度测量值与感官评分具有较好的相关性。

2.1.3 发酵温度对黄精酸奶品质的影响

根据前面试验的结果，在蔗糖添加量6%，黄精浸提液添加量0.5%的条件下，将黄精酸奶放置在不同发酵温度下，分别是40，41，42，43，44℃，研究发酵温度对黄精发酵酸奶品质的影响。

不同发酵温度对黄精酸奶酸度和感官品质的影响见图5。

图5 不同发酵温度对黄精酸奶酸度和感官品质的影响

由图5可知，随着发酵温度的不断增加，黄精酸奶的发酵酸度呈现不断上升的趋势，从76.9°T增加到96.8°T，较适宜的酸度为发酵温度41℃和42℃；通过感官评分得出，随着发酵温度的增加，黄精酸奶的感官评分表现为先上升后下降的趋势，当发酵温度为42℃时，感官评分最高。

不同发酵温度对黄精酸奶质构的影响见图6。

由图6可知，发酵温度对黄精酸奶稠度的影响较显著，发酵温度为42℃时酸奶的稠度最大；黄精酸奶坚实度的变化受发酵温度的影响较小，变化不明显，当42℃发酵温度时黄精酸奶坚实度较高，试验发现黄精酸奶的稠度受时间的影响较大，而坚实度的变化不明显；且研究数据表明黄精酸奶的稠度和坚实度测量值与感官评分具有较好的相关性。李思宁等人[11]研究表明，发酵温度在小范围波动时对酸奶的质构影响不大，波动范围大时则有较大的影响，黄强等人[12]的研究也发现随着发酵温度的升高，凝固型酸奶的硬度有增加趋势，这与该试验的研究结果相同。

图6 不同发酵温度对黄精酸奶质构的影响

由以上分析可以得出，当发酵温度为42℃时，黄精酸奶的口感及其性质较好，因此确定适宜的发酵温度为42℃。

2.1.4 发酵时间对酸奶品质的影响

通过前期试验确定的适宜条件，蔗糖添加量6%，黄精浸提液添加量0.5%，发酵温度42℃的条件下，通过改变发酵时间，分别发酵5，6，7，8，9 h，研究不同发酵时间对黄精酸奶品质的影响。

不同发酵时间对黄精酸奶酸度和感官品质的影响见图7。

图7 不同发酵时间对黄精酸奶酸度和感官品质的影响

由图7可知，发酵时间的延长使黄精酸奶酸度呈现先上升后下降再上升的趋势，发酵5 h时酸度只有60.4°T没有达到要求，当发酵时间为6 h时黄精酸奶酸度为86.7°T，已达到国标要求，随着发酵时间的增加直到发酵9 h时酸度达到了89.8°T，通过对数据分析和节约成本的要求，以发酵6 h和7 h为宜；发酵时间对黄精酸奶感官评分的影响较明显，表现为先上升后下降的趋势，当发酵7 h时感官评分最高。

不同发酵时间对黄精酸奶质构的影响见图8。

由图8可知，随着发酵时间的增加黄精酸奶的稠度先上升后下降，从5 h到7 h变化较显著，当发酵时间为7 h时黄精酸奶稠度最高；而黄精酸奶坚实度随着发酵时间的增加变化不明显，呈现先上升后下降的趋势，在7 h发酵时间时坚实度的测量值最大，因此根据质构分析选择发酵7 h较适宜。

图8 不同发酵时间对黄精酸奶质构的影响

通过以上分析可以得出，当发酵时间为7 h时，黄精酸奶的感官品评和稠度最好，黄精酸奶更能呈现出较好的风味、口感和状态，因此确定适宜的发酵时间为7 h，且黄精酸奶质构测量值与感官评分具有良好的相关性。

2.2 正交设计优化黄精酸奶发酵工艺

2.2.1 正交试验因素水平表

根据前期单因素试验的结果，选择蔗糖添加量、黄精浸提液添加量、发酵温度和发酵时间作为4个因素，进行四因素三水平L9（34）的正交试验，根据每组的感官评分确定黄精酸奶制作的最佳工艺。

黄精酸奶正交试验因素与水平设计见表2。

表2 黄精酸奶正交试验因素与水平设计

2.2.2 黄精酸奶最佳工艺优化结果

对各因素的K值及极差R值进行比较，由R值得出4个因素对黄精酸奶影响程度的大小为发酵时间＞发酵温度＞黄精浸提液添加量＞蔗糖添加量。正交试验结果表明，黄精酸奶的最优组合为A2B3C2D3，即蔗糖添加量6%，黄精浸提液添加量0.6%，发酵温度42℃，发酵时间7.5 h。根据此组合进行验证试验，在该条件制作出的黄精酸奶，感官评分达到了92分，即在此工艺条件下，制作出的黄精发酵酸奶口感较好，因此黄精发酵酸奶的最佳工艺条件为蔗糖添加量6%，黄精浸提液添加量0.6%，发酵温度42℃，发酵时间7.5 h。

正交试验结果见表3。

3 结论

通过单因素试验研究蔗糖添加量、黄精浸提液添加量、发酵时间和发酵温度对黄精酸奶质构和感官品评的影响，筛选出适宜的发酵参数，且得出酸奶稠度和坚实度的质构测量数据与感官评分具有较好的相关性。在单因素的基础上通过正交试验优化了黄精酸奶的发酵工艺条件为蔗糖添加量6%，黄精浸提液添加量0.6%，发酵温度42℃，发酵时间7.5 h。

表3 正交试验结果