豆渣膳食纤维保健酸奶的研制

马 敏，马 超，张 明，张博华，孙梦雪，范 祺，吴茂玉

（中华全国供销合作总社济南果品研究院，山东济南 250014）

我国豆渣年产量高，但利用率低，浪费严重。豆渣中膳食纤维含量高达65 g/100 g[1]，可减少肠道吸收糖类、脂类，润滑肠道，促进排便，能有效预防肥胖、糖尿病、冠心病、直肠癌、结肠癌等疾病[2-3]。现代人饮食中过多摄入脂肪和糖，缺乏膳食纤维、维生素和矿物质，导致肥胖、慢性肠胃病、高血糖患者日渐增多[4]。近年来，国内外已经将膳食纤维作为原辅材料广泛应用，但关于豆渣膳食纤维应用方面的研究较少。

酸奶富含蛋白质、维生素、钙、乳酸菌等，营养丰富，可改善肠道菌群，降低β-葡萄糖苷酶及其他致癌物的水平，保护泌尿生殖系统，调节免疫反应，减轻乳糖不耐症[5]。将膳食纤维添加到酸奶中，一方面可以提高乳制品的营养价值，另一方面可以满足人类对膳食纤维的需求。目前，国内已有豆渣膳食纤维保健酸奶制备的研究，但膳食纤维的提取普遍采用化学法，化学法提取率较高，存在一定的安全隐患，且提取的产品风味和色泽较差，影响了酸奶的感官品质[6-7]。而采用复合酶解法提取豆渣膳食纤维，产品色泽好，且对消费者身体健康有利。

本文采用复合酶法提取豆渣膳食纤维，通过因素控制法，探究木瓜蛋白酶添加量、α-淀粉酶添加量及酶解时间对豆渣膳食纤维（DF）和水溶性膳食纤维（SDF）得率的影响；研究豆渣膳食纤维、蔗糖、乳酸菌添加量对酸奶感官品质的影响，利用正交试验确定豆渣膳食纤维保健酸奶的最优配方，为复合型酸奶的研制提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜豆渣，市售；木瓜蛋白酶（酶活力≥6 000 U/g）、α-淀粉酶（酶活力≥2 000 U/g），国药集团化学试剂有限公司；石油醚，分析纯，上海德榜化工有限公司；95%乙醇，分析纯，龙口市鑫丰化学试剂有限公司；氢氧化钠，分析纯，天津市大陆化学试剂厂；盐酸，分析纯，天津市化学试剂厂；鲜牛奶，内蒙古伊利实业集团股份有限公司；优比特乳酸菌粉，青岛优比特生物技术公司；果胶，食品级。

1.2 仪器与设备

HS-3C 型数显pH 计，杭州奥立龙仪器有限责任公司；TG16G 台式高速离心机，湖南湘仪离心机仪器有限公司；FA2004 电子分析天平，北京普华量宇科技有限公司；HPX-9082MBE 恒温培养箱，上海博讯实业有限责任公司；HH-4 型数显恒温水浴锅，江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司；GZX-9240MBE 恒温鼓风干燥箱，上海博讯实业有限责任公司；MP10010 电子天平，上海舜宇恒平科学仪器有限公司；海尔BCD-160TMPQ 电冰箱，青岛海尔集团；立式压力蒸汽灭菌器，上海申安医疗器械厂。

1.3 试验方法

1.3.1 豆渣膳食纤维的提取

参考杨梦曦等[8]的方法并加以改动。将新鲜豆渣（粒径＜177 μm）采用索氏提取法进行脱脂，去除残留豆渣中留的脂肪，50 ℃烘干备用。准确称取2.00 g 豆渣粉于烧杯中，按照料液比1∶10（mL/mL）加入20 mL 蒸馏水，混匀，水浴加热至60 ℃，加入木瓜蛋白酶、α-淀粉酶、用盐酸和氢氧化钠调节pH 值至6.5，酶解90 min。95 ℃灭酶10 min，冷却离心后取上清液转移至250 mL 烧杯中，加入4 倍体积95%乙醇，静置90 min，过滤得沉淀，即为DF；用85 ℃热水洗涤沉淀至pH7，过滤，沉淀干燥至恒质量，即为IDF。豆渣DF 和SDF 的得率，按公式（1）（2）计算[9]。

式中，m0为豆渣粉质量，g；m1为DF 质量，g；m2为IDF 质量，g。

1.3.2 复合酶法提取膳食纤维的单因素试验

（1）木瓜蛋白酶添加量对豆渣DF 和SDF 提取率的影响

称取2.00 g 脱脂干豆渣粉，α-淀粉酶添加量为3%，木瓜蛋白酶添加量分别设置为3%、6%、9%、12%、15%，调整溶液pH 为6.0，60 ℃下酶解90 min，其它条件不变，测定DF 和SDF的得率，平行测定3 次。

（2）α-淀粉酶添加量对豆渣DF 和SDF提取率的影响

称取2.00 g 脱脂干豆渣粉，木瓜蛋白酶添加量为6%，α-淀粉酶添加量分别设置为1%、2%、3%、4%、5%，调整溶液pH 为6.0，60 ℃酶解90 min，其它条件不变，测定DF 和SDF的得率，平行测定3 次。

（3）酶解时间对豆渣DF 和SDF提取率的影响

称取2.00 g 脱脂干豆渣粉，α-淀粉酶添加量为2%，木瓜蛋白酶添加量为6%，调整溶液pH 为6.0，60 ℃下酶解，酶解时间分别设置为30、60、90、120、150、180、210 min，其它条件不变，测定DF 和SDF的得率，平行测定3 次。

1.3.3 豆渣膳食纤维保健酸奶的制作

参考王丽爽等[9]的方法并加以改动。将生牛乳预热至55～60 ℃保温10 min，再加入大豆DF、蔗糖和0.5%稳定剂（果胶），混匀均质，90～95 ℃处理8～10 min，快速冷却至40 ℃，加入乳酸菌粉，密封发酵3.5 h，取出冷却，4 ℃下冷藏24 h 后熟。

1.3.4 酸奶配方的单因素试验设计

膳食纤维添加量设置为0.6%、1.2%、1.8%、2.4%、3.0%，蔗糖添加量设置为1%、3%、5%、7%、9%，乳酸菌粉添加量设置为1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%，其他条件一致，以感官评分为评价指标进行单因素试验。

1.3.5 酸奶配方的正交试验设计

结合单因素试验结果，以豆渣DF、蔗糖、乳酸菌粉添加量作为L9(33)正交试验的三因素，优化豆渣膳食纤维保健酸奶生产工艺。试验设计见表1。

表1 正交试验因素水平表Table 1 Factors and level design of orthogonal test

1.3.6 酸奶的感官评定标准

选定10 个有经验的评定人员进行感官评价，参考表2 中的各项评定标准对酸奶进行打分，然后取平均值。

表2 酸奶感官评定标准Table 2 Sensory evaluation standard of yogurt

2 结果与分析

2.1 复合酶法提取膳食纤维单因素试验结果与分析

2.1.1 木瓜蛋白酶添加量对豆渣DF 及SDF 得率的影响

由图1 可知，当木瓜蛋白酶添加量为3%～6%时，豆渣DF 和SDF 得率逐渐增加，添加量为6%时，豆渣DF、SDF 得率均最高，分别为74.2%、17.6%；当木瓜蛋白酶用量超过6%时，豆渣DF 和SDF 得率均逐渐降低。分析原因可能是随着木瓜蛋白酶用量的逐渐增加，酶解反应加快，豆渣DF 和SDF 得率不断增加；当木瓜蛋白酶用量超过6%时，豆渣DF 和SDF 得率逐渐降低，因为酶量的增加使单位酶作用底物减少，豆渣DF 和SDF 得率增加缓慢[10-11]。因此，木瓜蛋白酶最佳添加量为6%。

图1 木瓜蛋白酶添加量对DF 及SDF 得率的影响Fig.1 Effect of papain addition on the yield of DF and SDF

2.1.2α-淀粉酶添加量对DF 及SDF 得率的影响

由图2 可以看出，当α-淀粉酶添加量在1%～2%时，豆渣DF 和SDF 得率不断升高；当α-淀粉酶添加量大于2%时，豆渣DF 得率和SDF 得率不断降低。原因可能是α-淀粉酶能够酶解豆渣中的淀粉，当淀粉酶添加量增加，酶分子与淀粉的结合程度增大[12]，酶解反应较完全，所以豆渣DF 和SDF 得率增加；淀粉酶添加量大于2%时，淀粉酶浓度已经达到饱和，酶活性不断降低[13]，豆渣SDF 得率逐渐下降。因此，α-淀粉酶最佳添加量为2%。

图2 α-淀粉酶添加量对DF 及SDF 得率的影响Fig.2 Effect of α-amylase addition on the yield of DF and SDF

2.1.3 酶解时间对DF 及SDF 得率的影响

由图3 可以看出，酶解时间从30 min 增加至90 min时，豆渣DF 和SDF 得率逐渐增加；当酶解时间超过90 min 时，豆渣DF 得率缓慢下降，SDF 得率变化平稳，其原因可能是在提取初期，底物浓度高，酶充分与底物反应，所以得率逐渐增加；随着时间的增加[14]，膳食纤维中大分子组分连接键断裂，不溶性成分转变成可溶性成分，豆渣SDF 得率增加[15]。但酶解时间过长，导致部分酶在提取过程中失活，产物的反馈抑制效应逐渐增强，反应速度逐渐降低，SDF 得率增加变缓[16]。因此，从经济角度考虑，选择酶解时间90 min。

2.2 豆渣膳食纤维酸奶配方及工艺的确定

2.2.1 豆渣DF 添加量对酸奶品质的影响

由表3 可以看出，当豆渣DF 添加量为1.8%时，酸奶滋味、色泽及组织状态都比较好，口感细腻，感官评分最高。随着豆渣DF 添加量增加，出现凝乳不均匀，组织状态粗糙，色泽加深的现象，酸奶的感官评分逐渐降低。原因是豆渣DF 加入量过多，酸化速度加快，黏度增加，使酸奶质地粗糙，口感和风味下降[17]，感官评分降低。所以，选定豆渣DF 的添加量为1.8%。

表3 豆渣DF 添加量对酸奶品质的影响Table 3 Effect of DF content of soybean dreg on quality of yoghurt

2.2.2 蔗糖添加量对酸奶品质的影响

由表4 可以看出，当蔗糖添加量小于5%时，酸奶口感偏酸，适口性较差，感官评分较低；蔗糖添加量为5%时，酸甜适中，口感好，组织状态较稳定；当蔗糖添加量超过5%时，口感偏甜、感官评分较低。原因是蔗糖添加量不断增加，酸奶黏度、稠度提高，利于酸奶的凝固。但当蔗糖添加过量，乳酸菌生长能力被抑制，酸度较低，使酸奶酸味减淡，甜度过量[18]。因此，最佳蔗糖添加量为5%。

表4 蔗糖添加量对酸奶品质的影响Table 4 Effect of sucrose content on quality of yoghurt

2.2.3 乳酸菌粉量对酸奶品质的影响

由表5（见下页）可以看出，当乳酸菌粉量小于2.5%时，酸奶发酵不完全，凝乳状态欠佳，出现分层，有乳清析出等缺陷；当乳酸菌粉量为3%时，酸奶的凝乳状态较好，分层较少，酸奶的口感最好，酸甜适中，感官评分最高。分析原因为随着乳酸菌含量增加，持水力增大，品质不断改善。乳酸菌量继续增加，产酸量增大，酸奶口感过酸，品质下降[19]。所以，乳酸菌粉最佳添加量为3.0%。

表5 乳酸菌粉添加量对酸奶品质的影响Table 5 Effect of lactic acid bacteria powder content on yogurt quality

2.3 酸奶配方的正交试验

以酸奶的感官评分为指标，由表6 中的极差大小可知，各因素对酸奶感官品质影响的大小顺序为A＞C＞B，即豆渣DF 添加量对酸奶的感官品质影响最大，主要影响酸奶的色泽和口感；其次是乳酸菌添加量，主要影响酸奶的凝乳状态；蔗糖添加量影响最小，主要影响酸奶的口感。刘杨柳等[20]研究发现玉米皮膳食纤维添加量对酸奶感官影响最显著，这与本试验类似。根据k值确定酸奶的最佳配方为A2B3C3。进行验证试验，该条件下得到的酸奶感官评分为93 分，均优于其他试验组。因此豆渣膳食纤维保健酸奶最佳制作条件为豆渣膳食纤维添加量1.8%，发酵剂接种量3.5%，蔗糖添加量7%。

表6 酸奶配方正交试验结果分析表Table 6 Orthogonal test analysis of yogurt formula

2.4 酸奶发酵条件的优化

2.4.1 发酵时间对酸奶品质的影响

由图4 可知，发酵时间为3.5 h 时，酸奶的发酵效果最好，感官评分最高，此时酸甜比例最佳。发酵时间过短，酸奶发酵不稳定，组织结构较柔嫩，甜度不够，风味较差；发酵时间过长，则发酵过度，乳清析出严重，酸度不够，风味也较差。因此，发酵时间为3.5h 时，酸奶发酵质量最优。

图4 发酵时间对酸奶感官品质的影响Fig.4 Effect of fermentation time on sensory quality of yogurt

2.4.2 发酵温度对酸奶品质的影响

图5 显示了发酵温度对酸奶感官品质的影响，由图5 可知，发酵温度为40 ℃时，酸奶的感官品质最佳。发酵温度过低，酸奶发酵不完全，组织结构不稳定，有乳清析出，且酸度过低，滋味较差；发酵温度过高，乳清析出过量，酸度过大，滋味口感略差。发酵温度为40 ℃时，感官品质评分最高。

图5 发酵温度对酸奶感官品质的影响Fig.5 Effect of fermentation temperature on sensory quality of yogurt

3 结论

豆渣膳食纤维保健酸奶的最佳工艺制作条件为豆渣膳食纤维添加量1.8%，乳酸菌量3.5%，蔗糖添加量7%，发酵时间3.5 h，发酵温度40 ℃。此条件制作出的豆渣膳食纤维保健酸奶凝乳均匀，色泽柔和均一，口感和风味较好，符合消费者的口味，具有良好的市场发展前景。