富含低聚糖褐色酸奶的研制

马长路，焦扬，吴芸，逄晓阳，张书文，芦晶，吕加平

（1.北京农业职业学院食品与生物工程系，北京102442；2.中国农业科学院农产品加工研究所，北京100193；3.河西学院农业与生物技术学院，甘肃张掖，734000；4.北京华禧轩食品有限公司，北京100018）

0 引 言

褐色酸奶是近年来兴起的新产品，与传统酸奶相比最大的区别在不添加任何色素，通过工艺，配料加工形成暖色调，并带有独特的焦糖味。而功能性低聚糖[1]，如低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚木糖等，因具有超强的双歧杆菌增殖功能而成为一种重要的功能性食品的基料。将功能性低聚糖与酸奶有机结合，既保留了酸奶的营养价值和独特风味，同时强化了低聚糖的功能特性，非常适合现代人群的消费需求。

电子鼻是一种20世纪90年代发展起来的一种分析、识别和检测复杂嗅觉和挥发性成分的仪器。电子鼻主要由传感器阵列、气路及测试腔、数据采集设备及模式识别算法组成。目前，电子鼻被广泛应用在食品行业，郭奇慧[2]等应用电子鼻区分不同货架期的酸奶，研究表明，利用电子鼻的主成分分析法和判别函数分析法可以准确的区分不同货架期的酸奶。

电子舌技术是20世纪80年代中期发展起来的一种分析、识别液体成分的智能仪器技术，它主要由传感器阵列、信号处理和模式识别系统组成，实现了由仪器“味觉”对产品进行的客观分析[3]。国外已经开始应用电子舌技术进行酸奶品质评价及在线生产监测[4-5]。

本试验利用感官评价，结合电子舌的判别因子分析法、电子鼻的主成分分析法及色差仪分析，对菌种添加量、葡萄糖添加量、褐变时间、褐变温度及复合低聚糖的最优添加量进行优化分析，以此为低聚糖褐色酸奶工艺配方的确定提供一定的理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 原料与试剂

原料与试剂：牛奶、娃哈哈纯净水（食品级），市售；葡萄糖、琼脂（食品级），嘉吉亚太食品系统（北京）有限公司；低聚糖（食品级），北京广达恒益科技有限公司；发酵剂YF-L904（保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌）（发酵剂），天津滨海捷成专类化工有限公司；氯化钠、氢氧化钠（分析纯），国药集团化学试剂有限公司；酚酞（化学试剂），北京瀛海精细化工厂；MRS琼脂培养基（生化试剂），北京广达恒益科技有限公司。

1.1.2 仪器

主要仪器：PEN 3.5电子鼻，德国AIRSENSE公司；AsrreeⅡ/LS16电子舌，法国Alpha MOS公司；Milli-Q Advantage A10超纯水仪，美国密理博公司；立式压力灭菌锅，上海一恒科技有限公司；超净工作台，北京东联哈尔仪制造有限公司；DELTA 320pH计，上海展仪仪器有限公司；恒温水浴锅，上海森信实验仪器有限公司；电热恒温培养箱，上海一恒科技有限公司；BSA124S-CW分析天平，广州市深华生物技术有限公司。

1.2 试验设计

1.2.1 褐色酸奶发酵的工艺流程

原料乳→净化与标准化→预热→化料→均质→杀菌→降温→接菌→发酵→终止发酵→冷却→后熟

购买新鲜的原料乳，将其标准化后符合GB19301-2010《生乳食品安全国家标准》的规定，将原料乳放入60℃的水浴锅中加热，在其温度达到60℃时加入0.3%的琼脂、7%的蔗糖充分溶解15 min，将溶解完成的样品放入121℃的灭菌锅中，反应25 min后降温至42℃后加入发酵剂，于42℃恒温培养箱发酵，当发酵乳pH≤4.6时终止发酵，冷却至20℃后放至4℃冰箱后熟20 h后完成制作。

1.2.2 褐色酸奶中菌种添加量的确定

在蔗糖添加量为7%，葡萄糖添加量为5%，褐变时间为25 min，褐变温度为121℃确定的条件下，试验选取菌种接种量为 0.03%、0.07%、0.11%、0.15%、0.19%接种，42℃发酵至凝乳，当酸奶发酵达到酸奶发酵终点p H≤4.6时，记录凝乳时间后放置4℃冰箱后熟20 h。对后熟结束的酸奶进行电子舌、电子鼻分析，并测定酸奶的滴定酸度、乳酸菌总数，以确定最佳的接种量。

1.2.3 葡萄糖添加量与褐变时间和温度的关系的确定

影响美拉德反应的主要因素有p H、温度、糖的种类和浓度以及金属离子。褐色酸奶的独特风味和色泽取决于美拉德反应的程度，而反应的程度与产品的颜色直接相关，即颜色越深美拉德反应程度越高，风味越浓郁。在白砂糖添加量为7%，菌种添加量在试验设计1.2.2中确定量的添加条件下，该试验考察葡萄糖添加量、褐变温度、褐变时间的关系，设计正交试验，通过色差仪分析、感官评价来确定最优水平。葡萄糖添加量与褐变时间和温度因素水平表如表1所示。

表1 葡萄糖添加量、褐变温度、褐变时间正交试验因素水平表

1.2.4 低聚糖添加量的确定

低聚糖褐色酸奶中低聚果糖、低聚木糖、低聚异麦芽糖的添加量水平均参考各低聚糖的日有效摄入量[6]设计，其他原料及工艺按上述条件完成。

（1）低聚异麦芽糖添加量的确定。

除蔗糖外，其他组分按照试验设计1.2.2与1.2.3中确定的条件完成。将低聚果糖替代部分蔗糖添加到褐色酸奶中，本试验所用低聚果糖的甜度是蔗糖的0.42倍，蔗糖替代量分别为4.0%，4.5%，5.0%，5.5%，6.0%，即低聚果糖添加量为9.5%、10.7%、11.9%、13.1%、14.3%，以感官评价作为试验指标来确定最优添加量。

（2）低聚异麦芽糖添加量的确定。

除蔗糖外，其他组分按照试验设计1.2.2与1.2.3中确定的条件完成。本试验所用低聚异麦芽糖的甜度是蔗糖的0.42倍，将低聚异麦芽糖替代部分蔗糖添加到褐色酸奶中，蔗糖替代量分别为2.5%，3.0%，3.5%，4.0%，4.5%，即低聚异麦芽糖的添加量为6.0%、7.1%、8.3%、9.5%、11%，以感官评价作为试验指标来确定最优添加量。

（3）低聚木糖添加量的确定。

除蔗糖外，其他组分按照试验设计1.2.2与1.2.3中确定的条件完成。本试验所用低聚木糖的甜度是蔗糖的0.42倍，将低聚木糖替代部分蔗糖添加到褐色酸奶中，蔗糖替代量分别为0.4%，0.6%，0.8%，1.0%，1.2%，即低聚木糖的添加量为0.95%、1.43%、1.9%、2.4%、2.9%，以感官评价作为试验指标来确定最优添加量。

（4）复合低聚糖的正交优化实验。

研究表明，复配时因素之间存在的协同交互作用可以使酸奶稳定效果更佳[7]，根据单因素试验结果，选择3因素最优添加量的10%，20%，30%分别作为正交试验设计的1，2，3水平，以电子舌、电子鼻分析，感官评价为评定指标，通过极差分析进行复合低聚糖的优化。复合低聚糖因素水平表如表2所示。

1.3 试验主要指标测定方法

1.3.1 美拉德反应程度的测定

表2 复合低聚糖正交试验因素水平表

美拉德反应又称非酶褐变反应，产物呈黄褐色，是食品香味的主要来源。本文使用色差仪来测量样品的B值，即黄蓝色值。样品B值越高，褐色越深，代表美拉德反应越充分，香味越浓郁。

1.3.2 酸奶滴定酸度的测量[8]

酸碱滴定法（参照GB5413.34）。

1.3.3 乳酸菌数的测定[9]

平板计数法（参照GB4789.2）。

1.3.4 产品的感官评价

从实验室教师和同学中选出对风味具有较强分辨力和较高灵敏度的10人组成评分小组，对样品进行评定前先漱口，且从滋味气味、口感、组织状态、色泽4个方面逐个进行感官评定。感官评价表如表3所示。

表3 褐色酸奶感官评价标准

1.3.5 电子鼻对低聚糖褐色酸奶的测定

取发酵完成的低聚糖褐色酸奶样品各1 mL于电子鼻检测专用玻璃瓶中，密封后在室温下静置30 min后进行电子鼻的检测。每个样品进行3次重复测定。载气为空气，速度为300 mL/min。顶空获取时间为60 s，延滞180 s，选取48 s～52 s较平稳的阶段进行信息采集，用仪器自带软件进行主成分分析（principal component analysis，PCA）。

1.3.6 电子舌对低聚糖褐色酸奶的测定

分别取发酵完成的低聚糖褐色酸奶样品1 mL，加入99 mL超纯水稀释，加入干净的电子舌专用烧杯中待测。电子舌托盘上分别放有10个专用烧杯，其中1、3、5、7、9号烧杯放超纯水，2、4、6、8、10号烧杯放稀释后的样品。检测时，每个样品测定7次，从中选取较为稳定的4次数据进行分析。用仪器自带软件进行判别因子分析（discriminant function analysis，DFA）。

表4 电子鼻传感器性能描述

1.4 数据处理

对10人的感官评分结果进行统计，结果取平均值。本试验采用excel2013进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 菌种添加量对褐色酸奶的影响

表5 酸奶发酵过程指标监测结果

从表5中结果可以看出：菌种添加量在0.03%与0.07%的情况下，酸奶的凝乳时间太长且后熟结束酸奶的滴定酸度与乳酸菌数达不到《GB 19302-2010食品安全国家标准发酵乳》的要求，而菌种添加量在0.11%、0.15%、0.19%的情况下，酸奶的凝乳时间，后熟结束后的滴定酸度，乳酸菌总数相差不大。

图1 菌种添加量电子鼻测定结果

由图1可知，横坐标为第一主成分贡献率90.30%，纵坐标为第二主成分贡献率8.93%，两个主成分贡献率的和为99.23%，大于90%，所以这个主成分已经基本代表了样品的主要信息特征。图中的圆形是由一种样品的三个平行样形成。圆形越大，代表平行样品之间的差异就越大。圆形之间的覆盖部分越多，代表样品之间的差异越小。从图中可以看出样品A与B、C、D、E之间无重叠部分，说明其A与其他样品之间对酸奶的气味影响差异显著（P＜0.05），样品D、E之间完全重叠，说明两者之间无显著性差异。结果表明，菌种添加量的不同，酸奶气味存在着一定程度上的差异，且菌种添加量差异越大，酸奶气味差异性越大。

图2 菌种添加量电子舌测定结果

由图2可知，第一主成分贡献率为79.909%，第二主成分贡献率为18.022%，两个主成分贡献率的和为97.931%，大于90%，所以这个主成分已经基本代表了样品的主要信息特征[10]。图中每一个图形代表一种样品，其中4个点代表4个平行样品，图形较小说明样品的平行性较好。由图中可以看出样品的图形大小不一，但整体显示样品平行性良好。图中5个样品相互分离，说明两两之间存在差异，两者之间距离越大，说明差异性越大。从图中可以看出，B与C、D之间差异性较小，说明他们滋味相近；与A、E之间差异性较大，说明他们之间滋味相差较远。

GB19302中规定，后熟结束的酸奶，酸奶的滴定酸度达到72°T以上，乳酸菌菌落数达到106以上，根据电子鼻、电子舌的测定结果、酸奶发酵过程监测指标及经济效益的情况下，确定酸奶的菌种最优添加量为0.11%。

2.2 葡萄糖添加量、褐变时间、褐变温度的关系

由表6可知，对于B值而言，影响因素重要性大小依次排序是褐变温度＞褐变时间＞葡萄糖添加量，样品的黄蓝值（B值）代表了美拉德反应的程度，B值越大，代表美拉德反应越充分，结果显示，最优组合是A3B3C2。但是B值太大代表褐色太深，会影响产品的感官效果。对于感官评价，影响因素重要性大小依次是褐变温度＞葡萄糖添加量＞褐变时间，根据感官评价得分，其最优组合是A2B3C1。所以，结合感官评价，考虑到生产成本和市场效益的情况下，确定最优组合为A2B3C1，即葡萄糖添加量为5%、褐变温度121℃、褐变时间25 min。

2.3 低聚糖添加量的确定

2.3.1 低聚果糖添加量的确定

由表7可知，随着低聚果糖的添加量不断增加，产品的感官评分值也在不断增加，当其添加量为11.9%时，该产品的滋味气味、色泽、口感及组织状态均达到最佳水平；当其添加量大于11.9%并继续增加时，该产品的感官评价值开始下降，且有沉淀产生，口感变差。因此，根据感官评价结果确定低聚果糖的最优添加量为11.9%，在此添加量的情况下发酵完成的褐色酸奶口感最佳，最适宜享用。

表6 葡萄糖添加量、褐变时间、褐变温度正交试验分析结果

表7 低聚果糖添加量的感官结果

2.3.2 低聚木糖的添加量

表8低聚木糖添加量的感官结果

由表8可知，产品的感官评价得分随着低聚木糖添加量的增加先上升后下降，在添加量为1.43%时，产品感官品质达到最佳，此时的产品发酵乳香味浓郁，黏稠度适宜，均匀细腻，有光泽；当低聚木糖添加量大于1.43%并继续升高时，产品感官品质开始开始下降，而且添加量越大，出现沉淀的情况越严重。因此，根据感官评定结果确定低聚木糖的最优添加量为1.43%，在此添加量的情况下发酵完成的褐色酸奶口感最佳，最适宜享用。

2.3.3 低聚异麦芽糖的添加量

表9 低聚异麦芽糖添加量的感官结果

由表9可知，随着低聚异麦芽糖添加量增加到9.5%时，产品感官评价得分不断上升，产品的发酵乳香、黏稠度、口感、色泽逐渐变好直至达到最优状态；但当低聚异麦芽糖添加量大于9.5%时，感官评价得分出现下降，产品出现块状物质。低聚异麦芽糖本身有特殊的味道，口感没有蔗糖纯正，所以感官评价还要避免显出低聚异麦芽糖本身的味道。因此，根据感官评价结果确定低聚异麦芽糖的最优添加量为9.5%，在此添加量的情况下发酵完成的褐色酸奶口感最佳，最适宜享用。

2.3.4 复合低聚糖的添加量

图3 复合低聚糖电子鼻测定结果

由图3可知，横坐标第一主成分贡献率为75.35%，纵坐标第二主成分贡献率为14.77%，两个主成分贡献率的和为90.12%，大于90%，所以这个主成分已经基本代表了样品的主要信息特征。图中的圆形是由一种样品的3个平行样形成。圆形越大，代表平行样品之间的差异就越大。圆形之间的覆盖部分越多，代表样品之间的差异越小。从图中可以看出样品3与4、5与6之间无显著性差异，说明其两者添加量之间对酸奶的气味影响不显著，其余样品两两之间存在一定差异。说明不同的复合低聚糖添加量对酸奶的气味影响是存在差异的。

由图4可知，第一主成分贡献率为87.142%，第二主成分贡献率为10.777%，两个主成分贡献率的和为97.919%，大于90%，所以这个主成分已经基本代表了样品的主要信息特征。图中每一个图形代表一种样品，其中4个点代表4个平行样品，图形较小说明样品的平行性较好。由图中可以看出样品的图形大小不一，但整体显示样品平行性良好。图中9个样品相互分离，说明两两之间存在差异，两者之间距离越大，说明差异性越大。样品6、7、8分别于样品1、2、3、4、5、9之间距离较大，说明他们之间滋味差异较大；样品6、7，样品1、4，样品2、3、5、9他们分别处于同一个区域，说明他们滋味相近。

图4 复合低聚糖电子舌测定结果

表10 复合低聚糖正交实验结果

通过表10极差分析可知，3种低聚糖对褐色酸奶品质的影响顺序为A＞B＞C，即低聚果糖＞低聚木糖＞低聚异麦芽糖。低聚果糖与低聚木糖R值相近，对产品品质影响显著，而低聚异麦芽糖的R值较小，对产品的品质有一定影响。通过K值大小，结合电子鼻、电子舌的分析确定复合低聚糖的最优水平组合是A2B2C3，即低聚果糖的添加量为2.38%、低聚木糖添加量为0.286%、低聚异麦芽糖的添加量为2.85%时制得的低聚糖褐色酸奶发酵乳香味浓郁、酸甜适中、黏稠度适宜、产品细腻无异味，且具有均匀一致的褐色、有光泽、口感好。

3 结论

通过感官评价、电子鼻、电子舌、色差仪的测定分析，试验对低聚糖褐色酸奶的基础配方及工艺条件做了优化，确定低聚糖褐色酸奶的配方及工艺条件，即菌种添加量为0.11%，葡萄糖添加量为5%，低聚果糖添加量为2.380%，低聚木糖添加量为0.286%，低聚异麦芽糖添加量为2.850%，蔗糖添加量为1.484%，褐变时间为25 min，褐变温度为121℃。该酸奶的功能特性还有待进一步分析测试。