低温长时间发酵搅拌型酸乳的工艺及其品质影响研究

◎ 杨仁琴，徐广新，周 炜，刘 阳，印伯星

（1.扬州市扬大康源乳业有限公司，江苏 扬州 225004；2.江苏省乳业生物工程技术研究中心，江苏 扬州 225001）

乳制品因为营养丰富，正日益成为人们最受欢迎的食物之一。酸乳生产史可以追溯到上千年前，有记录记载，生活在土耳其高原的古代游牧民族，早在公元前3 000年前已经制作并饮用酸乳。搅拌型酸乳不但保留了牛乳的全部营养成分，而且经过乳酸菌的发酵，又通过果酱和食品用香精的调配，使其口味呈现出多样化的特点，使其营养成分更趋完善和保健功能更加突显，成为更加适合人们饮用的营养健康食品，越来越受到人们的喜爱[1-4]。

在搅拌型酸乳的发酵制备工艺中，低温长时间发酵可以改善常规短时间发酵带来的产品缺陷，提高产品质量，能够避免常规短时发酵导致的乳清析出、风味不佳的质量问题，所获得的酸乳凝乳状态好、后酸化弱[5]，此外，低温发酵还有利于积累产香物质，提升感官品质，并提高产品中活性乳酸菌的含量。李静等[6]研究发现，在25 ℃条件下制备的低温发酵酸乳凝乳状态较好、后酸化较弱，且产香物质的积累优于高温发酵产品。朱海军[7]通过对不同温度下乳酸菌生长状况分析，发现温度越低乳酸菌死亡速度越慢，最终产品中存留的乳酸菌活菌数越多。低温发酵工艺被越来越多中小乳品企业应用。

商业直投冻干发酵剂因其使用方便、发酵性能稳定，而受到乳品企业的青睐，并逐步取代了继代式菌种。本文以5种商业直投式发酵剂为研究对象，基于城市区域型乳品企业生产特点和搅拌型酸乳的品质要求，通过发酵剂低温长时间发酵搅拌型酸乳工艺研究，为城市区域型乳品企业加工酸乳过程中商业直投式发酵剂应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

生鲜牛乳，扬州大学实验农牧场；s-031A复配增稠剂，上海昊岳实业有限公司；蔗糖，市售；发酵剂Y436A、Y170E、Y41、Y450BB及Y480F，意大利萨科公司；氢氧化钠、盐酸、邻苯二氢酸钾、酚酞，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

NDJ-1旋转粘度计（上海精科天平公司）；JA21002天平（上海精科天平公司）；HH-6数显恒温水浴锅（国华电器有限公司）；其他仪器及工具均为实验室常规仪器。

1.3 酸乳的制备

按照图1工艺流程制备酸乳，其中牛乳脂肪含量为3.1%、蛋白质含量为2.7%，蔗糖添加量9.0%，s-031A添加量0.25%，30 ℃发酵，接种量为10 U·t-1。为了更好的安排生产，发酵时间控制为18 h。

图1 酸乳制备工艺流程图

1.4 酸乳品质指标的测定

（1）酸度的测定。参照《食品安全国家标准 食品酸度的测定》（GB 5009.239—2016）。

（2）粘度的测定。将酸乳倒入洁净烧杯中，用粘度计进行测定。用NDJ-1转子粘度计，选用2号转子，转速调制在12 r·min-1，样品温度为4 ℃，读数时间为30 s。

（3）持水率的测定。取10 g酸乳放入离心管，记录离心管质量W1，加入酸乳后的质量W2，离心速度为4 000 r·min-1，离心10 min，静置10 min，取出上清液，此时质量W3，代入公式（1）计算试样中的酸乳持水率：

1.5 搅拌型酸乳感官品质评价方法

评定小组由6个从事乳制品行业的专业人员组成，闻其气味，品尝滋味[8]。搅拌型酸乳感官品质评定主要是对酸乳的色泽、奶香味、发酵香味、甜酸度、乳清析出、黏稠度和幼滑度方面进行评定。

搅拌型品质感官评定指标评分标准见表1，综合评价得分是评价小组根据表1的评定标准进行打分后，取平均分（保留整数）作为最终项目得分。

表1 搅拌型酸乳品质感官评定指标评分标准表

1.6 试验方法

1.6.1 低温长时间发酵酸乳的商业直投式发酵剂选择用Y436A、Y170E、Y41、Y450BB及Y480F 5种发酵剂按照图1工艺流程制备酸乳，其对酸乳粘度、持水率及感官等品质的影响，选择适宜低温长时间发酵的乳酸菌发酵剂。

1.6.2 单因素试验

由1.6.1步骤选择的发酵剂，以发酵乳的酸度、粘度、持水率及感官品质评分为指标，分别选择接种量、发酵温度及蛋白质含量3个因素进行单因素试验，研究接种量不同（5 U·t-1、10 U·t-1、15 U·t-1和20 U·t-1），发酵温度不同（28 ℃、30 ℃、32 ℃和35℃），牛奶蛋白质含量不同（2.3%、2.7%、3.1%、3.5%和3.9%）对低温发酵搅拌型酸乳酸度、持水率、粘度、感官等品质的影响。

1.6.3 低温长时间发酵搅拌型酸乳的最佳制备工艺确定

根据单因素试验结果，选取合适的试验因素水平进行正交试验。本试验以接种量、发酵温度及牛奶蛋白质含量为研究因素，按照L9(34)正交表进行正交试验，以综合感官指标为评价得分为指标，通过极差分析分析试验数据，从而确定低温长时间发酵的最佳工艺。

1.7 数据分析

试验数据均采用±SD表示，进行统计分析，差异显著性（P＜0.05）分析使用t检验。

2 结果与分析

2.1 低温长时间直投式发酵剂选择试验结果

不同发酵剂低温长时间发酵的酸乳酸度、粘度、持水率及感官评分试验结果如图2、图3所示。

图2 不同商业直投式发酵剂对酸乳酸度的影响图

图3 不同商业直投式发酵剂对酸乳粘度和持水率的影响图

不同商业直投式发酵剂的产酸量不同，产酸速度Y170E＞Y480F＞Y436AY＞Y450BB＞Y41；不同商业直投式发酵剂发酵的酸乳粘度和持水率存在差别，粘度高的其持水率也相对较高。其中，发酵剂Y436A发酵的酸乳粘度和持水率较高，均显著高于其他4种发酵剂（P＜0.05）。5种发酵剂发酵的酸乳感官评分均大于80分，其中Y436A的感官评分为98分。试验数据表明，Y436A（由保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌组成）作为低温长时间发酵搅拌型酸乳的发酵剂，影响口感的一个主要因素是酸甜比，即酸度的高低。酸度是发酵剂中乳酸菌对牛乳中乳糖等糖类的代谢产生乳酸的结果，发酵产酸速度的快慢主要取决于发酵剂本身，这是由于各种发酵剂中的菌株种类和菌株之间的比例不同，另外，其还与发酵液中的接种量、营养环境、发酵温度等条件相关。

2.2 单因素试验结果与分析

通过试验研究发酵剂Y436A的接种量、发酵温度及蛋白质含量等发酵条件对低温长时间发酵搅拌型酸乳品质的影响，进而确定低温长时间发酵酸乳的正交因素水平。

2.2.1 接种量对低温发酵搅拌型酸乳的品质影响

不同接种量的样品酸度、粘度、持水率及感官评分品质指标检测数据如图4、图5所示。

图4 不同接种量对低温发酵搅拌型酸乳酸度及感官评价的影响图

图5 不同接种量对低温发酵搅拌型酸乳粘度和持水率的影响图

试验数据表明，随着接种量的增加，酸乳酸度也在不断增加，酸乳的粘度也随之增加，当接种量增加至20 U·t-1时，粘度开始下降，较接种量为15 U·t-1时粘度下降19%；持水率也呈现相同的趋势。感官评分得分较高的接种量为10 U·t-1、15 U·t-1，分别为90分和88分。因此，接种量选用5 U·t-1、10 U·t-1、15 U·t-1作为正交的因素水平。酸乳接种量的多少既影响产酸速度，又会对产品粘度产生影响，最终影响感官评分。由于采用低温长时间发酵，产酸速率过快容易影响风味物质的产生，也影响产品的口感。牛乳中蛋白质颗粒有一定的亲水性，其亲水性受酸乳发酵过程中的酸度影响，当酸度合适时，蛋白质亲水性高，则酸乳中的结合水多，自由水的含量相对减少，不易引起乳清析出[9]。当酸乳中接种量过低或过高时，在规定时间内，酸乳中酸度会出现过高或过低现象，这都会引起酸乳中自由水增加，结合水减少，导致酸乳中乳清容易析出，持水率下降。另外，蛋白质颗粒粒径的大小与牛奶体系pH值的下降速度有关，pH值的下降速度越慢，聚集沉淀的蛋白质颗粒粒径就越小，致使蛋白质颗粒的表面积与蛋白质颗粒质量之比越小，酸乳粘度就越大。

2.2.2 发酵温度对低温发酵搅拌型酸乳的品质影响

不同发酵温度对酸乳样品的酸度、粘度、持水率及感官评分品质影响如图6、图7所示。

图6 不同接种量对低温发酵搅拌型酸乳感官的影响图

图7 不同温度对低温发酵搅拌型酸乳粘度和持水率的影响图

试验数据表明，随着发酵温度的升高，产品的酸度、持水率、粘度、感官评价都在升高，但当发酵温度由32 ℃升至35 ℃时，产品的持水率、粘度、感官评价出现下降趋势，这是因为28 ℃发酵时，酸度偏低，酸度过低使牛乳中酪蛋白凝聚变成网状结构不稳定，导致产品持水率、粘度、口感评价检测数据相对较低；随着温度升高，酸度增加，乳中酪蛋白凝聚变成网状结构，并趋于稳定，分子之间自由水减少，产品持水率、粘度、感官评价检测数据也在升高，但发酵温度升到35 ℃时，酸乳发酵酸度偏高，使酸乳中自由水较多，导致酸乳的品质指标持水率、粘度、口感评价增加到一定程度又出现下降趋势。究其原因，在酸乳发酵过程中，保加利亚乳杆菌产酸能力比乳酸链球菌强，且耐酸能力相对较高。低温长时间（发酵18 h）发酵酸乳选用的发酵剂中乳酸链球菌所占的比例比保加利亚乳杆菌大。因此，发酵温度选用30 ℃、32 ℃和35 ℃作为正交的因素水平。

2.2.3 蛋白质含量对低温发酵搅拌型酸乳的品质影响

不同牛奶蛋白质含量对酸乳样品的酸度、粘度、持水率及感官评分影响，试验结果如图8、图9所示。

图8 不同蛋白质含量对低温发酵搅拌型酸乳酸度及感官评价的影响图

图9 不同蛋白质含量对低温发酵搅拌型酸乳粘度和持水率的影响图

牛奶中蛋白质含量对酸乳的酸度有着较大的影响，蛋白质含量越多，酸乳的酸度、粘度及持水率越高，在蛋白质含量为3.9%时，酸乳的持水率最高。当蛋白质含量在2.7%时，酸乳的感官评分最高，为88分；随着蛋白质含量的进一步增加，感官评分评分逐渐下降。蛋白质的增加有利于酸乳的水和作用，增加了酸乳的黏稠度。但当乳固体含量增加到一定量后，酸乳的粘度并无显著提高，相反酸乳质地变得较租糙，缺乏滑润的口感[10]。因此，选择蛋白质含量为2.3%、2.7%、3.1%作为正交的因素水平。

2.3 低温长时间发酵搅拌型酸乳的最佳制备工艺确定

在分别以接种量、发酵温度、蛋白质含量进行单因素试验后，确定长时间低温发酵搅拌型酸乳生产工艺的主要因素水平范围，见表2。以感官评分为评价指标，按照L9(34)正交表进行正交试验，正交试验数据处理见表3。

表2 低温长时间发酵酸乳工艺参数确定试验的因素水平表

由表3可知，3个因素对低温长时间发酵搅拌型酸乳品质的影响从主到次的顺序为蛋白质含量＞发酵温度＞接种量。发酵18 h，在试验条件下最佳工艺参数为A2B2C2，即Y436A发酵剂在接种量为10 U·t-1，发酵温度32 ℃，牛乳中蛋白质含量为2.7%时，制备的长时间低温发酵搅拌型酸乳色泽均匀一致、呈乳白色、有酸乳特有的芳香，酸甜适中、粘度适中、状态细腻、口感良好。

表3 低温发酵搅拌型酸乳正交试验结果表

3 结论

对Y436A、Y170E、Y41、Y450BB及Y480F 5种商业直投式发酵剂发酵条件进行优化研究，结果表明，在5种商业直投式发酵剂中，Y436A在30 ℃下发酵18 h制备的酸乳酸度、粘度和持水率较高，适合作为低温长时间发酵搅拌型酸乳的发酵剂。通过单因素试验及正交试验得到商业直投式发酵剂Y436A低温长时间（18 h）发酵搅拌型酸乳发酵条件为：接种量为10 U·t-1，牛奶蛋白质含量为2.7%，发酵温度为32 ℃，此条件下制备的酸乳色泽均匀一致，有酸乳特有的芳香，酸甜适中、状态细腻且粘度适中、口感良好。为城市区域型乳品企业加工酸乳过程中商业直投式发酵剂应用提供参考。