马铃薯酸奶研制及贮藏期间的品质变化

郭晶晶 李 斌

(华中农业大学食品科技学院，湖北 武汉 430070)

马铃薯俗称土豆、洋芋，是中国餐桌上常见的食品[1]。马铃薯含丰富的赖氨酸与色氨酸，及钾、锌、铁等矿物元素。马铃薯所含的纤维素细嫩，对胃肠黏膜无刺激作用，有解痛或减少胃酸分泌的作用，常食马铃薯已成为防治胃癌的辅助疗法。近年来，随着马铃薯主粮化的提出，马铃薯粉、马铃薯热干面、马铃薯馒头等研究层出不穷。同时，也有不少学者研究马铃薯的深加工，制作马铃薯休闲食品，如烘烤、膨化或是做果脯；还有饮料类如酒、罐头等。王慧君[2]将马铃薯用酶先液化后糖化处理，再接种酵母制作蒸馏酒；王迎[3]从护色、脱水、杀菌等工艺参数研究了马铃薯咸菜；曾文杰[4]利用马铃薯发酵制取柠檬酸，尝试取代传统的玉米发酵。

酸奶中添加水果很常见，添加燕麦等粗粮也不少，但市面上还未出现将马铃薯添加到酸奶中的产品，本试验拟以马铃薯、奶粉为原料，通过对发酵时间、温度、菌粉添加量及搅拌速度、时间、马铃薯浆添加量进行研究，优化发酵和搅拌工艺。并对制作出的马铃薯酸奶在贮藏期的理化性质进行探讨，以期为马铃薯深加工研究提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

马铃薯：湖北省云梦县产；

全脂奶粉：瑞士雀巢有限公司；

金海芳白砂糖：武汉海芳工贸发展有限公司；

酸奶发酵专用菌粉：法国丹尼斯克(DANISCO)有限公司；

氢氧化钠、盐酸：分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

1.1.2 仪器与设备

分析天平：BSA124S-CW型，德国Sartorius公司；

pH计：PHS-3C型，上海精密科学仪器有限公司；

电子天平：PTT-A600型，美国康州HZ电子科技有限公司；

恒温培养箱：DNP-9162型，上海精宏实验设备有限公司；

磁力加热搅拌器：78-1型，金坛市医疗仪器厂；

高速冷冻离心机：CR21G型，日本日立高新公司；

质构仪：TA.XT.plus.型，英国Stable Micro System公司；

流变仪：AR2000ex型，美国TA公司。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程

(1)马铃薯→清洗去皮→切片→蒸10 min→打浆5 min→马铃薯浆

(2)全脂奶粉+6%白糖溶解→均质→巴氏杀菌→冷却后接种菌粉→发酵→添加马铃薯浆并搅拌→4 ℃冷藏后熟→成品

1.2.2 发酵单因素试验

(1)菌粉添加量对发酵的影响：选取接种量0.010%，0.015%，0.020%，0.025%，0.030%，控制发酵温度41 ℃，发酵时间4 h，以pH值为评价指标。

(2)发酵时间对发酵的影响：选取发酵时间3.5，4.0，4.5，5.0，5.5 h，控制发酵温度41 ℃，菌种添加量0.02%，以pH值为评价指标。

(3)温度对发酵的影响：选取发酵温度39，40，41，42，43 ℃，控制发酵时间4 h，菌种添加量0.02%，以pH值为评价指标。

1.2.3 发酵工艺优化 选取菌粉添加量、发酵时间、发酵温度为试验因素，采用L9(33)正交试验设计，以pH值为评价指标，确定酸奶的最佳发酵工艺[5]。

1.2.4 搅拌工艺单因素试验

(1)搅拌速度对搅拌工艺的影响：选取搅拌速度60，70，80，90，100 r/min，控制搅拌时间30 min，马铃薯浆添加量25%，以持水力为评价指标。

(2)搅拌时间对搅拌工艺的影响：选取搅拌时间15，20，25，30，35 min，控制搅拌速度90 r/min，马铃薯浆添加量25%，以持水力为评价指标。

(3)马铃薯浆添加量对搅拌工艺的影响：选取马铃薯浆添加量15%，20%，25%，30%，35%，控制搅拌速度90 r/min，搅拌时间30 min，以持水力为评价指标。

1.2.5 搅拌工艺优化 根据单因素试验所筛选的最佳搅拌速度、搅拌时间和马铃薯浆添加量，应用三因素三水平的Box-Behnken设计[6]，以持水力为响应值，采用响应面法进行分析。

1.3 指标测定

1.3.1 pH值和酸度的测定 从冰箱中取出样品并恢复至室温，搅拌均匀后，直接用pH计测定样品的pH值并记录数据；样品的酸度测定参考GB 5413.34—2010。

1.3.2 持水力的测定 根据文献[7]进行测定，酸奶的持水力按式(1)计算：

(1)

式中：

X——持水力，%；

W0——离心前样品质量，g；

W1——离心后样品质量，g。

1.3.3 水分的测定 按GB 5009.3—2016执行。

1.3.4 酸奶质构分析 根据文献[8]进行测定。检测指标有：硬度、稠度、内聚性、黏度。

1.3.5 酸奶流变学分析 根据文献[9]进行测定，每组样品平行测定3次。

1.3.6 数据处理与统计分析 用Excel 2003软件进行数据分析，Origin 8.0作图并进行显著性分析，显著水平P=0.05。

2 结果与分析

2.1 马铃薯酸奶制作工艺

2.1.1 发酵工艺参数的确定 由图1(a)可知，随着发酵时间的延长，酸奶的pH值逐渐降低，这是乳酸菌利用乳糖发酵产生乳酸的结果。由于一般酸奶在pH为4.5左右品质较好，过酸同样会影响酸奶的风味，所以选择发酵时间为3.5～4.5 h进行正交试验。由图1(b)可知，随着菌粉添加量的增加，酸奶的pH值逐渐降低，因为菌粉越多，即乳酸菌越多，分解更多乳糖产酸导致。同理选择菌粉添加量为0.015%～0.025%进行正交试验。由图1(c)可知，随着温度的升高，酸奶的pH值先下降后上升，当发酵温度为41 ℃时，pH值最小，之后温度上升，pH值反而升高，因为41 ℃附近是乳酸菌较适宜的生长温度，超过之后，不利于生长，乳糖消耗减小，乳酸产量减小，因而pH值升高，所以选择发酵温度为40～42 ℃进行下一步正交试验。

2.1.2 发酵工艺参数优化 根据单因素试验结果设计正交试验因素水平表[10]，见表1，试验结果见表2。

由表1、2可知，根据马铃薯酸奶发酵工艺条件优化正交试验，进行极差分析，影响产品pH值的主次因素依次为发酵时间>发酵温度>菌粉添加量。正交设计表的9个试验组中，由于pH在4.5左右最优，则第5组试验结果最优，组合为A2B2C3。但分析表中的k值，则得到理论最佳组合为A2B3C2，由于9组试验组中无此组合，按此组合进行验证实验，得到产品的pH为4.502，因此最佳发酵工艺参数为菌粉添加量0.02%，发酵时间4 h，发酵温度41 ℃。

2.1.3 搅拌工艺参数的确定 由图2(a)可知，随着搅拌速度的加快，持水力有一定程度的升高，但超过80 r/min后，持水力基本持平，搅拌速度较低时，只破坏酸奶的凝胶结构，酸奶被分割成碎块状，因此持水力较低；但搅拌速度上升后，同样的时间里能搅拌得更加均匀，之后的冷藏又能形成比较均一的体系，持水力就有所上升。选择80～100 r/min进行下一步响应面试验。由图2(b)可知，随着搅拌时间的延长，持水力有小幅度的上升，但整体变化不大。选择20～30 min进行响应面试验。由图2(c)可知，添加马铃薯浆越多，持水力逐渐下降，因为马铃薯浆含一定量的水分，相当于往酸奶中添加了液体，不利于酸奶凝胶网络成型，因此导致持水力有一定程度的下降。综合实际情况，选择添加量20%～30%进行下一步试验。

图1 发酵工艺对马铃薯酸奶pH值的影响Figure 1 Effect of fermentation on pH value of potato yogurt

表1 正交试验因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment

表2 发酵工艺的正交试验结果Table 2 Results of orthogonal experiment for fermentation technology

图2 搅拌工艺对马铃薯酸奶持水力的影响Figure 2 Effect of mixing process on water holding of potato yogurt

2.1.4 搅拌工艺参数优化 综合分析单因素试验，确定搅拌速度、搅拌时间和马铃薯浆添加量3个因素为自变量，持水力为响应值，根据Box-Behnken设计试验[11](表3)，试验结果见表4。

使用Design Expert 8.0.6分析软件对试验数据进行拟合，得到二次多项回归方程：

Y=47.12+0.64A+1.86B+0.76C-0.26AB-1.08AC+0.29BC-0.91A2-3.13B2-0.96C2。

(2)

表3 响应面试验因素水平表Table 3 Factors and levels of response surface experiment

表4 Box-Behnken试验设计及结果Table 4 Box-Behnken design matrix and experimental results

表5 回归模型的方差分析Table 5 Analysis results of regression and variance

从图3可知，在所选的范围内存在极值点[12]。持水力随着搅拌速度、搅拌时间和马铃薯浆添加量的变化呈先增大后下降趋势，且3个响应面均呈开口向下的凸型曲面。根据数学模型分析，预测出最佳搅拌工艺条件为马铃薯浆添加量25.5%、搅拌速度92.31 r/min，搅拌时间25 min。此条件下预测到的持水力为47.227 7%。为验证该预测，并结合实际情况，将最佳搅拌工艺参数调整为：马铃薯浆添加量25.5%、搅拌速度90 r/min，搅拌时间25 min，经多次平行实验测得持水力为47.36%，与预测值接近，说明模型准确性较高，能较好地预测马铃薯酸奶搅拌工艺条件。

2.2 马铃薯酸奶在贮藏期间的品质变化

2.2.1 基本理化品质变化 由图4可知，马铃薯酸奶的持水力与空白组相差不大，1～7 d两者持水力都有一定程度的下降，但幅度不大。贮藏后期，空白组持水力下降十分明显，比样品组下降更多，马铃薯酸奶的贮藏稳定性较好[13]。

由图5可知，马铃薯酸奶的水分含量比空白组高，分析是加入了马铃薯浆的缘故，两者在第14天时水分含量有较明显的下降，但整体变化不大。

由图6、7可知，马铃薯的添加对酸奶的pH值有一定程度的影响，pH值更高，但仍在可接受的范围内：pH<4.5，两者都存在后酸化现象，随着冷藏时间延长，pH值逐渐降低，酸度逐渐升高。贮藏后期，虽然两者下降较多，但空白组的pH值比样品组更低，分析可能会对口感和滋味有一定程度影响。

2.2.2 质构的变化 由图8可知，马铃薯酸奶的硬度、稠度、内聚性、黏度相应数值均比空白组低，马铃薯的添加对酸奶品质有一定影响，但从贮藏时间来看，马铃薯酸奶质构特性指标的变化幅度很小，稳定性比空白组要好[14-16]。

图3 搅拌工艺对马铃薯酸奶持水力的交互影响效应Figure 3 Interaction effect of stirring process on water holding capacity of potato yogurt

图4 马铃薯酸奶贮藏期间持水力变化Figure 4 The water holding capacity of potato yogurt during storage

图5 马铃薯酸奶贮藏期间水分含量变化Figure 5 The water cotent change of potato yogurt during storage

2.2.3 流变变化 由图9可知，随着剪切速率的加快，表观黏度逐渐降低，最后趋近于0。马铃薯酸奶的黏度比空白组低，随着贮藏时间的增加，2组黏度都先下降后小幅上升，根据图中散点可以看出，样品组的散点较集中，可以反映出马铃薯酸奶的流变特性更稳定[17-18]。

图6 马铃薯酸奶贮藏期间pH值变化Figure 6 pH value change of potato yogurt during storage

图7 马铃薯酸奶贮藏期间酸度变化Figure 7 Acidity change of potato yogurt during storage

图8 马铃薯酸奶贮藏期间质构品质变化Figure 8 Changes in texture of potato yogurt during storage

3 结论

本试验确定了马铃薯酸奶的制作工艺，试验结果表明，马铃薯酸奶的最佳发酵工艺为菌粉添加量0.02%、发酵温度41 ℃、发酵时间4.5 h；最佳搅拌工艺为马铃薯浆添加量25.5%、搅拌速度90 r/min、搅拌时间25 min。通过对马铃薯酸奶在贮藏期间的理化品质进行研究，发现马铃薯酸奶具有良好的贮藏稳定性，值得开发，为马铃薯的食用开辟了新途径。在实际生产过程中，环境条件与试验误差不同，发酵、搅拌工艺的影响因素也更为复杂，后续可考虑将工艺参数进行细化，如控制搅拌时的温度，转子的不同型号等；还可从不同分子水平如微生物水平进行探讨。

图9 马铃薯酸奶贮藏期间流变变化Figure 9 Rheological changes of potato yogurt during storage