石榴风味酸奶的研制

孟玉昆,高冬腊,吴 斌,何永盛,张春疆,张胜福,刘 莹,王伟华,*

(1.塔里木大学生命科学学院,新疆阿拉尔 843300;2.新疆农业科学院农产品贮藏加工所,新疆乌鲁木齐 830001;3.精益和泰质量检测股份有限公司,广东广州 510700;4.阿拉尔新农乳业有限责任公司,新疆阿拉尔 843300)

随着我国小康社会的逐渐建成,当今社会人们对酸奶的口感、风味、营养价值等有了新的要求,因此具有保健功能的酸奶成了大众“爱不释口”的饭后甜点和日常饮品[1-4]。国内的一些相关研究,通过对功能性酸奶市场前景分析,结合现代营养学、中医学、微生态学和现代乳品加工技术,研究了复合功能性酸奶的功能特性[5-7]。钱志伟等[8]以山药浆、香蕉粉为配料研制的山药香蕉风味酸奶,具备了山药、香蕉的抗氧化、降血糖等药用价值;黄丽等[9]以百香果、胡萝卜为主要原料研制的复合型酸奶兼具了胡萝卜和百香果改善人体肠胃吸收率、防癌降低胆固醇的保健作用;陈红惠等[10]以玫瑰和银耳为主料研制的风味酸奶具有美容养颜的功效;林少华等[11]研制的草莓风味酸奶预拌干混粉为酸奶粉的生产提供了新的方法,极大地促进了酸奶粉在风味功能性酸奶中的应用。国外学者对复合功能性酸奶进行了研究,得出功能性酸奶具有营养价值高、降低胆固醇、预防动脉硬化等结论[12-15]。

巴旦木和石榴是新疆的特色干果和水果的代表之一,巴旦木含有丰富的维持人体正常代谢所需要的蛋白质、膳食纤维、不饱和脂肪酸等营养物质,不含胆固醇[16-17]。巴旦木入药可以辅助治疗多种疾病,同时也是良好的健身滋补品[18-19]。大籽甜石榴在新疆喀什(叶城县)、和田地区广泛种植,其营养价值极高,具有补充矿物质、减少胆固醇和油脂的累积、预防和抵抗动脉粥样硬化以及降低高血压发病率的功能[20-21],同时还具有抗氧化[22-24]、降低糖尿病患病风险[25-26]、抑制某些癌症发生的效果[27]。巴旦木和石榴虽然是新疆水果和干果的特色代表,且种植面积较大,但是除鲜食外,在其他深加工产品开发方面应用较少,资源和价值没有充分体现出来。因此,本研究以新疆喀什地区的石榴和巴旦木为主要辅料,考察石榴汁添加量、巴旦木乳添加量、蔗糖添加量、发酵剂接种量、发酵时间等单因素对石榴风味酸奶品质的影响,并在此基础上找出影响最大的因素进行响应面分析,以感官评分为指标,最终获得巴旦木、石榴风味酸奶的最佳配方。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

红石榴、巴旦木(新鲜、无病虫害) 购自塔里木超市;巴氏灭菌乳、635复合稳定剂 阿拉尔新农乳业有限责任公司;蔗糖(白砂糖) 购自塔里木超市;嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌混合菌粉 阿拉尔新农乳业有限责任公司微生物试验室保存;MRS培养基、MC培养基、结晶紫中性红胆盐琼脂 北京陆桥技术股份有限公司。

DL-336榨汁机 广州联动公司;ZL-150高速多功能粉碎机 泰州金诚公司;JTM-50立式胶体磨 温州龙湾华威机械公司;SRH60-70高压均质机 上海申鹿公司;BPG-9240A精密鼓风干燥箱 上海一恒公司;YC-12远红外线食品烘炉 上海烨昌公司;BPH-9042精密恒温培养箱 上海一恒科公司;LRH-250生化培养箱 上海重逢公司;YXQ-LS-100SII高压灭菌锅 上海楚柏公司;6006-3335FOSS消化炉 福斯华(北京)公司;Kjeltec8400自动凯氏定氮仪 福斯华(北京)公司;SuperVario-N盖勃离心机 南京铭奥公司;ME1002E电子天平 梅特勒-托利多公司。

1.2 实验方法

1.2.1 石榴汁的制备工艺及操作要点

1.2.1.1 工艺流程 新鲜优质红石榴→清水洗涤→剥皮→去籽→榨汁→加酸护色→过滤→加热灭酶→酶解澄清→冷藏备用

1.2.1.2 操作要点 原料选取及预处理:选择成熟度良好、果实丰满、新鲜度好、无病虫害、无破损的优质石榴,经漂洗、剥皮、去籽等预处理。

护色:为了避免石榴汁在加工过程中发生氧化变色,通常加入0.1%柠檬酸作为护色剂,以减少石榴颜色的变化和多酚类化合物的损失,使石榴保持原有的色泽、食用价值和营养价值。

过滤:先用两层纱布对石榴汁进行粗滤,除去果渣,再用四层纱布进行细滤。

灭酶:将过滤好的石榴汁清液迅速加热至90 ℃,恒温10 min进行灭酶处理后立即冷却至室温。避免多酚氧化酶及其他生物酶与空气作用而引起的色泽、风味的变化及营养物质的流失。

澄清:加0.1%果胶酶于石榴汁中,在53 ℃温度下处理4 h,使石榴汁的汁液澄清,色泽亮丽,体系稳定。取澄清完全的上清液备用。

1.2.2 巴旦木乳的制作流程及操作关键点

1.2.2.1 工艺流程 原味巴旦木→剥壳→浸泡去皮→热风干燥→焙烤出味→粉碎→打浆→过胶体磨→冷藏备用

1.2.2.2 操作要点 烘干:去皮后于70 ℃热风干燥箱中烘烤10 min,使表面水分蒸发。

焙烤出味:将烘干后的巴旦木在100 ℃的电热烤箱中烘烤15 min,使表面出现淡黄色,同时具有浓郁的巴旦木味。

粉碎:将烤好的巴旦木先进行手工粗碎,再用粉碎机打成细小粉末状,注意粉碎时间控制在2 min以内,防止摩擦产热而出油。

打浆:选用加水量为原料量的3倍,用打浆机进行打浆,采用二次打浆法,水温为60 ℃。

过胶体磨:打浆后的巴旦木乳在60 ℃下过胶体磨,过完胶体磨的巴旦木乳颜色更白,口感更细腻柔顺,风味更浓郁良好。

杀菌:在90 ℃灭菌10 min,得成品冷藏备用。

1.2.3 发酵剂制备 选择低温(0～4 ℃)保存的发酵性能优良的保加利亚乳杆菌和嗜热乳链球菌混合菌粉(混合比为1∶1)2%接入灭菌鲜乳中,在42 ℃温度下恒温培养4～5 h,当凝乳酸度达到70～75 °T时,停止培养迅速冷却后置于4 ℃冰箱中保存。总共活化3次后,使发酵剂达到正常代谢活力,制得母发酵剂混合菌粉冷藏备用。

1.2.4 酸奶发酵工艺

1.2.4.1 工艺流程 巴氏杀菌乳预热→配料→搅拌溶解→均质→灭菌→冷却接发酵剂→发酵→冷藏后熟→石榴风味酸奶

1.2.4.2 操作要点 巴氏杀菌乳:无凝块、无沉淀、无正常视力可见异物;具有乳固有的奶香味,无异味;色泽均匀亮丽呈乳白色;蛋白质含量不低于2.9%,脂肪含量不低于3.1%,酸度在12～18 °T。

配料:将称量好的糖、635复合稳定剂、巴旦木乳、石榴汁等加入已经预热至65～70 ℃的牛乳中连续搅拌20 min,使其充分混匀溶解无悬浮或沉淀颗粒形成。

均质:将物料放入高压均质机进行均质,参数设定:温度65 ℃,压力56 MPa,次数1次。

杀菌:均质后的物料密封后迅速升温至95～100 ℃,保温5～10 min进行杀菌处理。

冷却接发酵剂:杀菌后的物料用冰浴迅速冷却至42～43 ℃后,在无菌操作台加入一定已经扩培好的混合菌粉,贴好标签,拧紧瓶盖,使发酵剂溶解混匀。

恒温发酵:拧松瓶盖,均匀放于42 ℃的恒温培养箱中发酵一定时间至凝乳形成,取出后立即冷却至14～20 ℃,终止发酵。

后熟:冷却后将产品放入冰箱,在温度为0～4 ℃条件下,放置16 h。

1.2.5 单因素实验

1.2.5.1 石榴汁添加量对石榴风味酸奶品质的影响 在发酵温度42 ℃、发酵时间4 h,添加7%蔗糖、0.27%复合稳定剂、4%巴旦木乳,接种量3%条件下,考察石榴汁添加量分别为1%、3%、5%、7%、9%对酸奶品质的影响,进行感官评定。

1.2.5.2 巴旦木乳添加量对石榴风味酸奶品质的影响 在发酵温度42 ℃、发酵时间4 h,添加7%蔗糖、0.27%复合稳定剂、5%石榴汁,接种量3%条件下,考察巴旦木乳添加量分别为2%、3%、4%、5%、6%对酸奶品质的影响,进行感官评定。

1.2.5.3 蔗糖添加量对石榴风味酸奶品质的影响 在发酵温度42 ℃、发酵时间4 h,添加0.27%复合稳定剂、5%石榴汁、4%巴旦木乳,接种量3%条件下,考察蔗糖添加量分别为5%、6%、7%、8%、9%对酸奶品质的影响,进行感官评定。

1.2.5.4 发酵时间对石榴风味酸奶品质的影响 在发酵温度42 ℃,添加7%的蔗糖、0.27%复合稳定剂、5%石榴汁、4%巴旦木乳,接种量3%条件下,考察发酵时间分别为2、3、4、5、6 h对酸奶品质的影响,进行感官评定。

1.2.5.5 发酵剂接种量对石榴风味酸奶品质的影响 在发酵温度42 ℃、发酵时间4 h,添加7%蔗糖、0.27%复合稳定剂、5%石榴汁、4%巴旦木乳的条件下,考察发酵剂接种量分别为1%、2%、3%、4%、5%对酸奶品质的影响,进行感官评定。

1.2.6 响应曲面试验设计 以Box-Behnken设计方法为依据,在单因素实验的基础上,巴旦木乳的添加量为4%,对影响石榴风味酸奶品质的四个主要因素:石榴汁(A)、蔗糖量(B)、发酵剂接种量(C)、发酵时间(D),分别以-1、0、1进行水平编码,以试验所得对石榴风味酸奶的感官评分值为因变量值(Y),如表1所示[28]。

表1 响应面设计因素及水平编码Table 1 Factors and levels coding of response surface design

1.2.7 感官评分标准 选10名感官评定人员,其中2名中学生、4名大学生、2名上班族、2名中老年人,男女比例为1∶1。主要从石榴风味酸奶的组织状态、色泽、口感和风味等四个指标进行感官评分[29]。具体评分标准见表2。

表2 石榴风味酸奶感官评分标准(分)Table 2 Sensory scoring criteria of pomegranate flavor yogurt(score)

1.2.8 微生物及理化指标检测 对影响酸奶营养价值和安全性的主要指标进行检测,酸度根据GB 5009.239-2016中的第一法酚酞指示剂法测定,测定结果以吉尔涅尔度(°T)表示。蛋白质采用GB 5009.5-2016中的自动凯氏定氮仪法测定。脂肪依据GB 5009.6-2016中的第四法盖勃氏法测定。总固体根据GB 5413.39-2010恒重测定。大肠菌群数根据GB 4789.3-2016中的第二法大肠菌群平板计数法检测。乳酸菌数根据GB 4789.35-2016采用稀释平板菌落计数法检测。

1.3 数据处理

单因素实验数据采用SPSS 17.0软件进行统计分析,响应面分析结果用Design Expert V8.0.6进行分析,所有试验均安排3次重复。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果与分析

2.1.1 石榴汁添加量对酸奶感官评分的影响 由图1可知,当其他因素一定时,随着石榴汁添加量的逐渐增加,感官评分先增大后减小,当石榴汁添加量为5%时,石榴风味酸奶的感官评分最高。石榴汁添加量太少则无石榴风味,添加量大会影响酸奶的体系稳定,导致酸奶酸度过高,凝乳效果不好,因此确定石榴汁的添加量5%为最佳水平。

图1 石榴汁添加量对酸奶感官评分的影响Fig.1 Effect of pomegranate juice additionon sensory score of yogurt

2.1.2 巴旦木乳添加量对酸奶感官评分的影响 由图2可知,在其他因素一定的条件下,当巴旦木乳添加量增大时,石榴风味酸奶的感官评分逐渐增大;当巴旦木乳添加量增加到4%时,感官评分最高;当巴旦木添加量再增大时,感官评分逐渐减小。巴旦木含有丰富的脂肪、蛋白质、碳水化合物等营养物质,可以增加酸奶总固形物的含量,提高酸奶的体系稳定性、口感、风味以及营养价值。巴旦木乳添加量过少则影响酸奶的组织状态,过多则会掩盖石榴的风味,因此确定最佳的巴旦木乳添加量为4%。从图2可以看出,巴旦木乳添加量从2%增加到4%,石榴风味酸奶的感官评分从77.9分增加到84.2分,当巴旦木乳添加量增加到6%时,感官评分降低到79.4分,感官评分变化范围在7分以内。因此在响应面分析时,巴旦木乳添加量不作为关键性因素进行试验。

图2 巴旦木乳添加量对酸奶感官评分的影响Fig.2 Effect of almond milk addition on sensory sore of yogurt

2.1.3 蔗糖添加量对酸奶感官评分的影响 由图3可知,在其他各因素一定的条件下,随着蔗糖添加量的增加,石榴风味酸奶的感官评分先增大后减小,当蔗糖添加量增加到7%时,感官评分最大。当蔗糖添加量超过7%时,不仅会抑制乳酸菌的发酵,延长发酵时间,并且会抑制石榴的风味,降低酸奶的酸度,使制成的石榴风味的酸奶风味较差,口感过甜。因此确定优化时蔗糖的最佳水平为7%。

图3 蔗糖添加量对酸奶感官评分的影响Fig.3 Effect of sucrose addition on sensory score of yogurt

2.1.4 发酵时间对酸奶感官评分的影响 由图4可知,在其他各因素一定的条件下,随着发酵时间的增加,石榴风味酸奶的感官评分先增大后减小,当发酵时间为4 h时,感官评分最高。发酵时间过长不仅会影响酸奶的口感,使酸奶过酸,同时由于乳酸菌的最适pH为4～6,酸奶过酸抑制了乳酸菌的生长,酸奶容易受杂菌污染而影响酸奶的品质。故确定石榴风味酸奶的最佳发酵时间为4 h。

图4 发酵时间对酸奶感官评分的影响Fig.4 Effect of fermentation time on sensory score of yogurt

2.1.5 发酵剂接种量对酸奶感官评分的影响 由图5可知,在其他因素一定的条件下,随着发酵剂接种量增大,石榴风味酸奶的感官评分先增大后减小;当发酵剂接种量增加到3%时,感官评分最高。因为发酵剂接种量过小,酸奶发酵时间长,酸奶组织软嫩,风味差;接种量过大,则凝乳时间短,酸度高,乳清析出过多,风味差。故将接种量3%确定为最佳水平。

图5 发酵剂接种量对酸奶感官评分的影响Fig.5 Effect of inoculation amount ofstarter on sensory score of yogurt

2.2 响应面分析

2.2.1 响应面分析试验结果 在单因素实验确定的各因素最佳水平的基础上,利用RSM中的Box-Behnken设计原理,以影响石榴汁风味的主要因素石榴汁添加量(A)、蔗糖添加量(B)、发酵剂接种量(C)、发酵时间(D)为自变量,以感官评分为因变量,设计4个因素每个因素3个水平的试验,来确定各因素对石榴风味酸奶感官评分的综合影响。试验设计方案和结果见表3。

表3 响应面设计试验方案和结果Table 3 Response surface design test scheme and results

2.2.2 模型建立及方差分析 通过响应面分析软件中的Box-Behnken设计方法对试验结果采用多元回归拟合分析,可以得出石榴风味酸奶加工工艺的响应面二次多项回归模拟方程为:

Y=87.94-4.58A+3.49B-1.49C-1.60D-0.25AB+1.45AC-1.65AD+0.32BC-2.35BD+0.30CD-7.37A2-11.00B2-9.15C2-7.82D2。

表4 响应面设计结果方差分析Table 4 Analysis of variance of response surface design results

2.2.3 交叉项响应曲面图分析 如图6所示,响应曲面走势稍微陡峭,等高线呈圆形状,说明石榴汁添加量和蔗糖添加量之间的交互作用不显著。在巴旦木乳添加量4%、发酵剂接种量3%、发酵时间4 h的条件下,固定蔗糖添加量时,感官评分随石榴汁添加量的增加,整个曲面的变化趋势较小,在石榴汁添加量5%附近达到最佳值;固定石榴汁添加量时,感官评分随蔗糖添加量的增加,整个曲面的变化趋势较小,在蔗糖添加量7%附近达到最佳值。

图6 石榴汁和蔗糖对石榴风味酸奶感官评分的影响Fig.6 Effect of pomegranate juice and sucroseon sensory score of pomegranate flavor yogurt

如图7所示,响应曲面走势稍微陡峭,等高线呈圆形状,说明石榴汁添加量和发酵剂接种量之间的交互作用不显著。在巴旦木乳添加量4%、蔗糖添加量7%、发酵时间4 h条件下,固定发酵剂接种量时,感官评分随石榴汁添加量的增加,曲面呈缓慢升高和降低趋势,在石榴汁添加量5%附近达到最佳值;固定石榴汁添加量时,感官评分随发酵剂接种量的增加,曲面呈缓慢升高和降低趋势,在发酵剂接种量3%附近达到最佳值。

图7 石榴汁和发酵剂接种量对石榴风味酸奶感官评分的影响Fig.7 Effect of pomegranate juice and inoculation amountof starter on sensory score of pomegranate flavor yogurt

如图8所示,响应曲面走势稍微陡峭,等高线呈圆形状,说明石榴汁添加量和发酵时间之间的交互作用不显著。在巴旦木乳添加量4%、蔗糖添加量7%、发酵剂接种量3%条件下,固定发酵时间时,感官评分随石榴汁添加量的增加,曲面呈缓慢升高和降低趋势,在石榴汁添加量5%附近达到最佳值;固定石榴汁添加量时,感官评分随发酵时间的递增,曲面呈缓慢升高和降低趋势,在发酵时间4 h附近达到最佳值。

图8 石榴汁和发酵时间对石榴风味酸奶感官评分的影响Fig.8 Effect of pomegranate juice and fermentation timeon sensory score of pomegranate flavor yogurt

如图9所示,响应曲面走势陡峭,等高线呈椭圆状,说明蔗糖添加量和发酵时间之间的交互作用显著。在巴旦木乳添加量4%、石榴汁添加量5%、发酵剂接种量3%条件下,固定发酵时间时,感官评分随蔗糖添加量的增加,曲面呈缓慢升高和快速降低趋势,在蔗糖添加量7%附近达到最佳值;固定蔗糖添加量时,感官评分随发酵时间的递增,曲面呈快速升高和降低趋势,在发酵时间4 h附近达到最佳值。

图9 蔗糖和发酵时间对石榴风味酸奶感官评分的影响Fig.9 Effect of sucrose and fermentation timeon sensory score of pomegranate flavor yogurt

如图10所示,响应曲面走势稍微陡峭,等高线呈圆形状,说明蔗糖添加量和发酵剂接种量之间的交互作用不显著。在巴旦木乳添加量4%、石榴汁添加量5%、发酵时间为4 h条件下,固定蔗糖添加量时,感官评分随发酵剂接种量的增加,曲面呈缓慢升高和降低趋势,在发酵剂接种量3%附近达到最佳值;固定发酵剂接种量时,感官评分随蔗糖添加量的增加,曲面呈缓慢升高和降低趋势,在蔗糖添加量7%附近达到最佳值。

图10 蔗糖和发酵剂接种量对石榴风味酸奶感官评分的影响Fig.10 Effect of sucrose and inoculation amountof starter on sensory score of pomegranate flavor yogurt

如图11所示,响应曲面走势稍微陡峭,等高线呈圆形状,说明发酵剂接种量和发酵时间之间的交互作用不显著。在巴旦木乳添加量4%、石榴汁添加量5%、蔗糖添加量为7%条件下,固定发酵时间时,感官评分随发酵剂接种量的增加,曲面呈缓慢升高和降低趋势,在发酵剂接种量3%附近达到最佳值;固定发酵剂接种量时,感官评分随发酵时间的递增,曲面呈缓慢升高和降低趋势,在发酵时间4 h附近达到最佳值。

图11 发酵剂接种量和发酵时间对石榴风味酸奶感官评分的影响Fig.11 Effect of inoculation amount of starter andfermentation time on sensory score of pomegranate flavor yogurt

2.2.4 最佳工艺参数及验证试验 由各响应曲面图可知,在各因素水平范围内,随着因素水平的不断增大,石榴风味酸奶的感官评分均先增大后减小,且曲面有一个最高点,即感官评分有一个理论最大值。根据回归模拟方程及方差分析可以求得各因素的最佳工艺值分别是A=4.37%;B=7.17%;C=2.90%;D=3.90 h。即石榴风味酸奶的最佳生产工艺条件为:石榴汁添加量4.37%,蔗糖添加量7.17%,发酵剂接种量2.90%,发酵时间3.90 h,在此工艺条件下石榴风味酸奶的感官评分预测值为(89.11±0.72)分。为了满足实际的生产操作工艺,将响应面分析所得的最优工艺条件适当调整为石榴汁添加量4.4%,蔗糖添加量7.2%,发酵剂接种量3%,发酵时间为4 h。以此工艺条件做5组平行试验,得到的感官评分值为(90.70±0.41)分。

2.3 微生物及理化指标检测结果分析

在最优生产工艺条件下生产的石榴风味酸奶的各项关键性微生物、理化指标的检测结果如表5所示。根据表5可知,石榴风味酸奶的各项关键性指标:脂肪、蛋白质、总固体、酸度等均符合GB 19302-2010中对风味酸奶的营养指标要求,同时乳酸菌活菌数远大于国标中风味酸奶乳酸菌数的最低限量值,大肠菌群未检出。

表5 石榴风味酸奶微生和物理化指标检测结果Table 5 Test results of microbial physicaland chemical indexes of pomegranate flavored yogurt

本试验通过对影响石榴风味酸奶品质的单因素实验的基础上,利用响应面分析优化了石榴风味酸奶的发酵工艺参数,在巴旦木为4%、发酵温度为42 ℃的条件下,确定了最佳工艺条件为:石榴汁添加量4.4%,蔗糖添加量7.2%,发酵剂接种量3%,发酵时间为4 h。在此工艺条件下生产的石榴风味酸奶表面平滑,无乳清析出;色泽均匀,为浅粉色;组织结构细腻均匀,无分层、气泡,凝乳状态良好,口感润滑;酸甜比适中,具有良好的酸奶风味和石榴汁清香,无其他不良气味,品质优良。

利用Box-Behnken建立二次多项式模型(P<0.001),拟合度好。各因素对石榴风味酸奶感官评分的影响:石榴汁添加量>蔗糖添加量>发酵时间>发酵剂接种量,蔗糖添加量与发酵时间之间的交互作用对石榴风味酸奶的感官评分影响显著。

根据国家标准,对影响酸奶酸奶的各项关键性微生物、理化指标进行检测,蛋白质2.6 g/100 g、脂肪2.7 g/100 g、总固体17.7 g/100 g、酸度73.4 °T、乳酸菌数≥7.4×108CFU/g、大肠菌群未检出,各指标均符合国家标准。