凝固型胡萝卜乳酸菌发酵酸乳的研制

谢小花，肖陆飞，陈 静，安晓婷

胡萝卜（Daucus carota），又名红萝卜，是我国居民膳食中的主要蔬菜之一，胡萝卜价格低廉、口感脆嫩，具有特殊的风味，李时珍称之为菜蔬之王［1］.胡萝卜富含葡萄糖、淀粉、蔗糖等糖类物质，同时还含有β-胡萝卜素、核黄素、尼克酸、硫胺素等维生素和钙、铁、锌、磷、锰、钼等微量元素，营养价值很高［2］.胡萝卜还具有很高的药用价值，中医认为胡萝卜性甘平，归肺脾，具有清凉降热、润肠通便、健脾化滞、增进食欲等功效.现代医学研究证明，胡萝卜可增强免疫力，具有治疗VA缺乏症、抗衰老、抗癌防病、健胃和降血压等功能，胡萝卜中含有的芥子油和淀粉酶能促进脂肪的新陈代谢，促进脂肪的分解，防止肥胖，保持健康.美国学者则认为胡萝卜是可以促进头发生长和皮肤健康的美容菜［3-5］.

乳酸菌是一类革兰氏阳性菌的总称，无芽孢，可发酵糖类获得能量，主要产物为乳酸［6］.乳酸菌具有抑制腐败菌生长、促进肠道健康、改善肝功能、增强机体免疫功能，还具有抗肿瘤、抗衰老、降低血清胆固醇、改善乳糖不耐受症等特殊功能和作用，对促进人体健康，尤其是对保持肠胃功能具有积极作用，现已被广泛应用于食品生产中［7-10］.

酸乳是在牛乳中加入活性乳酸菌发酵制成的一种兼保健与风味为一体的新型饮料，是一种典型的保健食品.酸乳完全保留了牛奶中的营养价值，同时又提高了牛乳中各营养素的利用率.牛乳发酵后，原本含有的乳糖、蛋白质被分解成为半乳糖、乳酸、小的肽链和氨基酸等更易吸收的小分子物质，更容易被人体消化和吸收［11］.酸乳发酵所产生的乳酸可有效地提高乳中的钙、磷等矿物质在人体中的利用率.酸乳还具有刺激胃酸分泌，提高食欲，增强胃肠消化功能，防止便秘，抑制吲哚及胺类有害物质在肠道内产生积累，防止细胞老化，兼具抗刺激，抗辐射和美容等功能，长期食用酸乳可以使皮肤白嫩、富有弹性和光泽［12］.

胡萝卜原料易得、价格低廉且营养丰富，具有多种功能.利用胡萝卜为原料开发胡萝卜深加工产品，所得产品无论外观、色泽、口味、内在的营养价值还是保健功能等方面都具有无可比拟的优势，受到研究人员的广泛关注.利用乳酸菌对胡萝卜和鲜牛乳混合汁进行发酵得到胡萝卜发酵酸乳，所得产品既可保留胡萝卜本身的营养成分，又可使胡萝卜浓烈的气味得以改善，富含乳酸，风味独特，营养丰富.研究发现，胡萝卜酸乳能改善胃肠功能，治疗便秘，抗肿瘤，提高人体免疫力，抗衰老，是一种非常理想的保健饮品［5］.本文以安徽滁州市售的胡萝卜为生产原料，研究原料配比、糖的添加量、发酵pH等发酵条件对凝固型胡萝卜乳酸菌发酵酸乳成品质量的影响.以期得到凝固型胡萝卜乳酸菌发酵酸乳的最佳工艺参数，制得色泽良好、组织均匀、口感良好、营养丰富的酸乳制品，为安徽滁州地区胡萝卜的深加工开发提供新的途径.

1 材料与方法

1.1 供试材料与设备

胡萝卜（市售）；鲜奶（上海光明乳业有限公司生产，市售）；酸奶（益益乳品公司生产，市售）；柠檬酸、羧甲基纤维素钠（CMC-Na）、白砂糖、果胶酶、山梨酸钾（均为食用级）；PHB-4型pH计，上海精密科学仪器有限公司；WVT手持糖度计，成都仪器厂；电炉（220V，1KVA），江苏通州市申通电热器厂；立式压力蒸汽灭菌器，上海华线医用核子仪器有限公司；电子天平，北京赛多利斯天平有限公司；GZX-9070MBE数显鼓风干燥箱，上海博迅实业有限公司医疗设备厂；HZP-FI60型全温振荡培养箱，哈尔滨市东联电子技术开发有限公司；SL10K电子秤，上海民桥精密科学仪器有限公司；电热恒温水浴锅，江苏省金坛县岸头医疗器械厂；无菌操作台，苏州净化设备有限公司；HL-56榨汁机，上海海菱电器有限公司.

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程

胡萝卜→切块→榨汁→酶解→杀菌→过滤→冷却→加鲜奶搅拌→接种→加适量砂糖、CMC-Na→发酵→后熟→再调配→成分检测→成品.

1.2.2 操作要点

（1）原料要求.胡萝卜应该新鲜、无腐烂、霉变及病虫害、无明显机械伤；白糖应洁白无杂质；乳酸菌要求发酵能力强，发酵完全，具有稳定的发酵特性；牛乳为优质鲜牛乳，不含任何添加剂和防腐剂.

（2）酶解.按0.002%的添加量称取果胶酶，加入50mL胡萝卜汁中，在45℃条件下活化20min，并用玻璃棒进行搅拌.

（3）灭菌.柠檬酸调节胡萝卜浆液的pH值为6.5，在温度为75℃～80℃条件下水浴灭菌10～15min后，立即冷却至40℃左右进行接种.

（4）接种.本实验中的菌种是从酸奶中分离、纯化、培养而得的，其具体操作如下：

①乳酸菌培养基的配比.酸化MRS培养基［13］：蛋白胨4g，牛肉膏4g，酵母膏2g，葡萄糖20g，土温-80 1 mL，乙酸纳5g，磷酸氢二钾2g，柠檬酸三铵 2g，MnSO4·H2O 2g，FeSO4·4H2O 0.03g，水 1L，灭菌前调pH为6.2～6.6，121℃灭菌15min.

②菌种的分离与纯化［14］.从益益酸奶中取1mL酸奶，放入盛有9 mL的蒸馏水试管中，振荡20～30s使细胞充分分散，然后按常规方法稀释.分别取稀释度10-2～10-4各0.1mL，涂于平板培养基中，在42℃下培养2～3天，经过多次平板划线纯化出单个乳酸菌菌落后，将所得的菌落接种于斜面进行培养、保存以供使用.

③菌种的扩大培养与接种.在无菌操作台中，将斜面上的乳酸菌挑2～3环放入液态培养基（盛有10mL液态MRS的试管）中，42℃条件下培养2天后，将其倒入盛有100mL MRS的250mL三角瓶中，42℃条件下培养2天.然后进行接种，同时添加已配制好的高浓度蔗糖溶液，使发酵液中的蔗糖含量为5g/mL.本实验的接种量为3%.

表1 凝固型胡萝卜酸乳的感官评分标准

（5）发酵.将上述发酵液放置于温度为38～42℃恒温培养箱中进行发酵，发酵时间为6～7h.

（6）后熟.将发酵好的产品立即置于4℃以下的冰箱中存放12h，以保证产品的风味，并避免受到微生物的污染.

1.2.3 纯鲜奶与胡萝卜汁的配比选择实验

设计纯鲜奶与胡萝卜的比例（体积比）分别为2∶1、3∶1、4∶1、5∶1、6∶1，在纯鲜奶和胡萝卜汁的混合液中添加5g/100mL的白砂糖，柠檬酸调节混合液的pH值为6.5，对混合液进行发酵，以发酵产品的感官品质为标准，选择最佳鲜奶与胡萝卜的比例（体积比）.

1.2.4 砂糖添加量选择实验

在纯鲜奶与胡萝卜的比例（体积比）为5∶1的混合汁中添加适量的砂糖，使砂糖的浓度分别为 3g/100mL、4g/100mL、5g/100mL、6g/100mL、7g/100mL，柠檬酸调节混合液的pH值为6.5，对混合液进行发酵，以发酵产品的感官品质为标准，选择最佳砂糖添加量.1.2.5 pH值的选择实验

在纯鲜奶与胡萝卜的比例（体积比）为5∶1的混合汁中，添加砂糖使发酵液中砂糖的浓度为5g/100mL，柠檬酸调节混合液的pH值分别为3.86、4.41、4.93、5.34、6.53，对混合液进行发酵，以发酵产品的感官品质为标准，选择最佳发酵pH.1.2.6 成分的检测

可溶性固形物的测定采用手持糖度计测定其固形物含量；总酸的测定采用直接滴定法；pH值的测定采用pH计直接测定法.

1.2.7 产品感官评定标准

合格的凝固型胡萝卜乳酸菌发酵酸乳的感官要求为：色泽为淡粉红色；组织状态为均匀乳状液，无沉淀、杂质、悬浮大颗粒，久置无分层现象；细腻爽口，酸甜适中，具有天然胡萝卜汁和乳酸菌饮料特有的清香味，酸甜适口，无杂味.

2 结果与讨论

2.1 纯鲜奶与胡萝卜汁的配比选择

由表2可知，纯鲜奶与胡萝卜汁的体积配比对凝固型胡萝卜乳酸菌发酵酸乳的成品质量影响较大.胡萝卜汁含量过多，发酵成品或萝卜味较重，口感差，有异味且发酵效果不好，乳清析出多，总的感官质量差.胡萝卜汁添加量过少，成品色泽过浅，口味欠佳，组织不稳定且完全无胡萝卜特有的风味.从表2中可以看出，V（鲜奶）∶V（胡萝卜）为5∶1时，发酵胡萝卜乳酸菌酸乳的组织形态均一稳定，颜色为淡粉红色，风味香甜可口，具有胡萝卜的清香味，因此，选择V（鲜奶）∶V（胡萝卜）=5∶1为纯鲜奶与胡萝卜汁的最佳配比.

表2 鲜奶与胡萝卜汁的配比选择

2.2 砂糖添加量的选择

砂糖添加量对凝固型胡萝卜乳酸菌发酵酸乳成品质量的影响结果见表3.砂糖添加量直接影响原料中乳酸菌可发酵的糖的多少，砂糖含量高乳酸菌可利用的糖多，成品酸味较重且组织不均一，颜色难看.砂糖含量低，乳酸菌可利用的糖过少，大部分的糖都被发酵为乳酸，导致成品酸涩，口味欠佳.因此，砂糖添加量过多或过少均会导致发酵成品没有适宜的酸甜口味，达不到应有的感官要求.由表3可知，砂糖添加量为5g/100mL时产品风味及组织形态都较好，所以确定最佳砂糖添加量为5g/100mL.

表3 砂糖用量的选择

2.3 pH值的选择

初始pH值的选择直接导致产品的酸味，pH值的调节对产品风味的协调性有很大影响.由表4及图1可知，pH值过小，将导致发酵液酸味过重，胡萝卜与鲜奶的混合液絮凝，发酵前后pH值基本上没有变化，说明发酵没有进行.pH值为4.5～5.0时酸味较重，胡萝卜与鲜奶的混合液有一些絮凝，发酵前后pH值变化不太明显，发酵进行得不理想.pH值为5.5左右时，酸甜适中、口感较好，发酵前后pH值有一定的变化.pH值为6.5左右时，酸甜适中、口感好，发酵前后pH值有明显的变化，发酵进行得较为理想.所以选用pH为6.5为最佳发酵pH.

图1 发酵前后胡萝卜酸奶pH的变化

2.4 讨论

（1）胡萝卜原料易得，风味独特，富含β-胡萝卜素及人体所需的多种营养成分，营养价值极高.新鲜胡萝卜含水量约为90%左右，容易腐烂，造成资源的浪费.因此胡萝卜深加工产品的研制受到了研究人员的广泛关注.刘娟等［15］以红枣、胡萝卜为原料，通过正交试验研究了红枣-胡萝卜复合饮料的加工工艺，并确定红枣-胡萝卜复合饮料的最佳生产配方，制得一款口感细腻，酸甜适口，色泽红润，集营养和保健于一体且具有浓郁胡萝卜和枣的天然香气的饮品.冯中波等［16］以新鲜胡萝卜为原料，制得了一种既具有营养保健功能又适合糖尿病人食用的新型果脯.隋明等［17］研究了苹果、番茄、胡萝卜复合果蔬汁饮料的营养价值，分析了苹果、番茄、胡萝卜加工前后营养成分的变化，通过分析研究发现，将原料按合适的比例进行调配并采用适当的工艺加工，可最大限度地保留果蔬原料中的营养成分，得到口感好、风味独特、营养价值高的复合果蔬饮料.吴昌术［18］等研制了一款口感良好、色泽鲜艳、营养丰富的番茄、胡萝卜、甜橙复合果蔬汁饮料.以上胡萝卜深加工产品主要集中于饮料、果脯等产品，而可加工的胡萝卜产品很多，如胡萝卜干制品、复合果酱、复合的婴幼儿果蔬粉等，希望研究人员在这些产品的工艺上多做研究，进一步拓展胡萝卜的应用价值和市场前景.

（2）胡萝卜中果胶含量很高，榨汁时会产生溶液混浊现象，降低胡萝卜的出汁率，因此需要添加果胶酶促进果胶的水解，提高胡萝卜的出汁率，果胶酶还具有澄清的作用，可使胡萝卜汁溶液自然澄清.实验发现，添加0.02%的果胶酶即可使胡萝卜的出汁率提高近1倍，且出汁快、效率高，为了提高果胶酶的活性，添加前需先将果胶酶在45℃条件下活化20min后再加入.

（3）为了得到组织均一稳定的酸乳，在制作酸乳时需要加入稳定剂.查阅资料发现，研究人员多采用复合稳定剂，如周智明等［19］以山楂、苹果、胡萝卜为原料，通过单因素实验和正交实验研究了山楂、苹果、胡萝卜复合果蔬汁的最适生产工艺和最佳原料配比，同时研究了不同稳定剂对果汁成品稳定性的影响.实验结果表明，0.1%羧甲基纤维素钠（CMC-Na）复合0.05%的黄原胶作为稳定剂稳定效果最佳.杨国浩［20］等以胡萝卜浆、牛奶为主要原料研制了一种营养丰富、风味优良的胡萝卜酸乳制品.研究表明，在牛乳中加入20%的胡萝卜浆，8%的蔗糖，0.6%的复合稳定剂（果胶：CMC-Na=1∶1），90℃保温杀菌10min后，接入4.5%的乳酸菌，在42℃下培养4h，最后在4～10℃条件下成熟24h即可得到优质的胡萝卜酸乳.本实验本着节约、简便的原则采用CMC-Na作为稳定剂，实验结果表明，采用CMC-Na单一稳定剂也能起到很好的稳定效果，但CMC-Na不易溶解，所以在添加CMC-Na时，须先用少许冷水先溶解，再加入热水进行溶解，最后再加入胡萝卜与鲜奶的混合液中并且不断搅拌，这样稳定剂CMC-Na才能充分溶解，达到最佳使用效果［21-23］.

表4 pH值的选择

（4）本实验得到的胡萝卜乳酸菌发酵饮料生产的最佳生产工艺条件为：V（鲜奶）∶V（胡萝卜）=5∶1，砂糖用量为5g/100mL，pH值为6.5，发酵温度为38～42℃，发酵时间为7h左右，乳酸菌的接种量为3%.实验所得的最优原料配比和发酵pH均与文献有所差异，如王晓琴［24］等使用Plackett-Burman实验，最陡峭的攀爬实验和Box-Behnken实验得到了黄参胡萝卜凝固型酸奶最佳发酵工艺：当黄参的添加量为4.98%，糖添加量为7.13%，菌种添加量为4.05%，胡萝卜汁的添加量为9.72%时可制得酸甜适口、风味独特的淡粉色营养酸乳.刘燕［25］等以新鲜胡萝卜汁、脱脂奶粉、白砂糖为主要原料发酵胡萝卜酸乳，并得到了最优的发酵工艺：胡萝卜汁添加量为25%，蔗糖添加量为7%，接种量为4%，发酵温度为42℃，发酵时间4h，在此条件下可制得风味良好、色泽鲜艳、营养丰富的胡萝卜酸乳.曾宪春等［26］以冷榨胡萝卜汁为原料，以保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌为发酵菌株，通过正交试验研究了新疆地产胡萝卜汁乳酸菌发酵饮料的生产工艺.实验结果表明，胡萝卜汁乳酸菌发酵饮料的最佳配方为蔗糖添加量为7%，柠檬酸添加量为0.03%，最佳发酵温度为43℃，发酵时间24h，接种量为5%.由于本实验所用原料和所查资料中所用的原料有所不同，不同产地的胡萝卜中所含的成分差异较大，因此原料配比有一定差异.本实验采用的菌种是从酸乳中分离纯化得到的菌种，此菌种的最适pH和参考文献所用菌种的最适pH可能有较大差异.

3 结论

（1）本实验以胡萝卜与鲜奶为主要原料，经过乳酸菌发酵研制出了一款淡粉色，组织均匀、稳定，口感细腻，酸甜适中，富含β-胡萝卜素，风味香甜可口，且具有胡萝卜特有清香味的凝固型胡萝卜酸乳.

（2）由实验可知，胡萝卜汁与牛乳的配比，酿制时砂糖的添加量，发酵的pH值，菌种添加量等因素都直接影响最终发酵成品的品质，需通过实验确定最佳条件，才能制得优质凝固型胡萝卜酸乳.

（3）实验结果表明，凝固型胡萝卜乳酸菌发酵酸乳生产的最佳工艺条件为：V（鲜奶）∶V（胡萝卜）=5∶1，砂糖用量为5g/100mL，pH值为6.5，发酵温度为38～42℃，发酵时间为7h左右，乳酸菌的接种量为3%.采用此工艺生产的胡萝卜酸乳既保留了胡萝卜本身的营养成分，改善了胡萝卜固有的、使人难以接受的味道，又能弥补发酵乳维生素含量不足的缺点，使两种基料的营养互补，具有改善肠胃等重要功能，是一种理想的保健型饮品.