凝固型紫薯酸奶工藝研究

李 祎，林智毳，包怡紅，2*

(1.東北林業大學林學院，黑龍江哈爾濱 150040;2.林下經濟資源研發與利用協同創新中心，黑龍江哈爾濱 150040)

紫薯，富含纖維素、植物蛋白、淀粉、果膠、游離氨基酸、維生素及多種礦物質［1］。同時，紫薯中富含以花色苷為主的天然紫色素，具有強抗氧化性、抗腫瘤、預防和治療心血管疾病、抑菌等功能。此外，紫薯中還含有相當豐富的礦質元素，其中硒含量比其他紅薯高出20倍，硒元素易被人體吸收，能有效地增強機體免疫力，清除體內產生癌癥的自由基，預防癌癥的發生［2］。

酸乳具有獨特的風味，適口性強，富含營養物質如蛋白質、脂肪、礦物質、維生素，而且通過發酵產生多種保健成分，具有調節腸道菌群平衡、降低膽固醇、改善便秘、預防衰老、美容等生理功能，同時還具有調節胃腸功能，改善乳糖不耐癥，促進鈣、磷吸收的作用，在增強體質與營養健康方面起到食療兼收的作用［3-4］。近年來，人們利用不同的植物與牛乳相結合，將植物性食品和動物性食品有效結合，在各種營養成分得到互補的同時，集植物營養和乳酸菌功效于一體，增強酸乳的保健功能［5-6］，也見凝固型紫薯酸乳抗氧化活性方面的報道［3］，但市場上仍未見有關紫薯酸奶的產品。因此，筆者以純牛奶、紫薯為原料，利用響應面設計優化凝固型紫薯酸乳發酵工藝，并對其參數及其影響因素進行試驗驗證，優化得出紫薯酸奶的最佳工藝參數，為市場開發凝固型紫薯酸乳產品提供理論依據，增加功能性酸奶種類，豐富酸奶市場。

1 材料與方法

1.1 材料 紫薯:市售;牛奶:市售的蒙牛純牛奶;發酵劑:保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌。儀器與設備:電磁爐，攪拌機，電熱恒溫培養箱，pH計，粉碎機，電熱恒溫鼓風干燥箱，電子秤，超凈工作臺，篩子。

1.2 工藝流程 牛奶→調配(加入蔗糖、紫薯粉)→均漿→預熱→滅菌(95℃，30 min)→冷卻(42℃)→接種→發酵(41℃，8 h)→后熟(0～4 ℃，24 h)→成品。

1.3 工藝要點

1.3.1 紫薯粉制備的工藝流程及工藝要點。紫薯→去皮→護色→切片→蒸制→冷卻→干燥→粉碎→過篩→紫薯粉(備用)。原料的選擇:選擇無霉爛、無發芽、無機械損傷的紫薯，去皮，切片，護色;紫薯熟制:將切片后的紫薯置于蒸鍋中蒸制或沸水中煮制，使紫薯軟化;干燥、粉碎:將蒸熟軟化的紫薯置于電熱恒溫干燥箱中，干燥至恒重，用粉碎機將紫薯粉碎，并過100目篩。

1.3.2 發酵原料乳的制備。選用市售純牛奶，加入相當于牛乳量的7%的蔗糖和2%的紫薯粉，用攪拌機攪拌均勻，于95℃條件下滅菌30 min，隨后冷卻到43℃左右。

1.3.3 培養基的制備。將脫脂乳粉用50℃左右的溫開水配制成10%的脫脂乳培養基，將其倒入三角瓶中，密封后于高壓蒸汽滅菌鍋內于115℃條件下滅菌20 min，保存備用。

1.3.4 發酵劑的制備。將保加利亞乳桿菌與嗜熱鏈球菌的混合菌種，以3%接種量接種于脫脂乳培養基中，在43℃下，發酵4 h后得發酵劑。

1.3.5 接種與發酵。將制得的發酵劑以10%的接種量接種于待發酵的原料乳中，在41℃下發酵，發酵后pH達到3.9左右。

1.3.6 冷藏。將發酵凝固的紫薯酸乳置于0～4℃條件下，進行24 h后熟，使酸乳風味物質進一步形成。

1.4 感官評定方法及評分標準 根據紫薯酸奶的組織狀態、色澤、口感及風味對其進行感官評定，評定小組由10人組成，根據表1的評定標準進行評定打分，取其平均值作為最終評價記錄。

表1 產品感官評定標準

1.5 理化指標的測定 蛋白質的測定參考GB 5009.5-2010;脂肪的測定參照GB 5413.3-2010;總酸的測定參照GB/T12456-2008;可溶性固形物含量的測定采用直接干燥法［7］。

1.6 微生物指標的測定 大腸菌群的測定參照GB4789.3-2010 進行［8］。

2 結果與分析

2.1 紫薯制粉工藝的研究 為了更好地保持紫薯的色澤與風味，將無霉爛、無發芽、無機械損傷的紫薯，進行去皮、切片，立即放入0.1%異抗壞血酸鈉溶液中進行護色處理后進行2種工藝——蒸制、煮制的研究。然后對2種工藝處理后制得的紫薯粉進行各項指標的優化比較，選擇出最佳制粉工藝，研究結果如表2所示。

表2顯示，煮制制粉熟化時間短，但是因為煮制時紫薯部分營養流失于水中，色素也因為高溫而損失，使得紫薯的風味和色澤有所損失，對后加工的發酵乳色澤和風味產生影響;而蒸制制粉可一定程度地避免風味和色澤的損失，與煮制制粉相比，其可保持紫薯的獨有風味和色澤，營養素損失少，對發酵乳風味和色澤影響小，所以蒸制制粉為制粉的最佳工藝。

2.2 酸乳品質研究的單因素試驗

2.2.1 紫薯粉添加量對酸乳品質的影響。將制得的紫薯粉分別以純牛奶量的1%、2%、3%、4%、5%添加到純牛奶中，加糖量為7%，接種量為10%，在41℃下發酵8 h，于0～4℃后熟24 h，對其進行感官評價，結果如圖1所示。

由圖1可以看出，隨著紫薯粉添加量的增加，酸乳的感官評價值先升高再下降。這是由于紫薯粉添加量過少，發酵后酸乳味濃郁，沒有紫薯特有的風味和色澤;而紫薯粉添加量過多，其特有的風味掩蓋乳香，發酵乳呈深紫色，且有分層現象。綜合而言，選擇紫薯粉添加量在2%左右為宜。

表2 紫薯制粉工藝研究比較依據

圖1 紫薯粉添加量對酸乳品質的影響

2.2.2 蔗糖添加量對酸乳品質的影響。將蔗糖分別以純牛奶量的5%、6%、7%、8%、9%添加到純牛奶中，紫薯粉添加量為2%，接種量為10%，在41℃下發酵8 h，于0～4℃后熟24 h，對其進行感官評價，結果如圖2所示。

由圖2可知，蔗糖的添加量直接影響著酸乳的適口性。加糖量過少，固形物含量少，發酵效果不好，酸乳過酸，組織狀態不穩定;加糖量過多，抑制菌種增殖，延長發酵時間，規定時間內凝乳狀態不好，且酸乳口味過甜，掩蓋發酵酸乳獨特的風味，無發酵乳香味。綜合而言，蔗糖的添加量控制在7%左右為宜。

2.2.3 接種量對酸乳品質的影響。將生產發酵劑分別以純牛奶量的6%、8%、10%、12%、14%添加到純牛奶中，紫薯粉添加量為2%，蔗糖添加量為7%，在41℃下發酵8 h，于0～4℃后熟24 h，對其進行感官評價，結果如圖3所示。

圖2 蔗糖添加量對酸乳品質的影響

由圖3可看出，隨著接種量的增加，酸乳的感官評價值先升高再降低。由于接種量影響著酸乳的組織狀態及穩定性，接種量過少，組織狀態不均勻，酸乳不易凝固，且產酸量少，酸乳口味偏甜，無酸乳特有的風味及口感;接種量過多，在相同的發酵時間內菌種繁殖過多，穩定性不好且易分層，產生發酵過度的現象，酸乳風味差，產酸過度，無發酵乳香味，并且提高了生產成本。綜合而言，接種量控制在10%左右為宜。

圖3 接種量對酸乳品質的影響

2.2.4 發酵溫度對酸乳品質的影響。紫薯粉添加量為2%，蔗糖添加量為7%，接種量為 10%，分別在 37、39、41、43、45℃下發酵8 h，于0～4℃后熟24 h，對其進行感官評價。以發酵溫度為橫坐標，感官評價值為縱坐標，得到圖4。

由圖4可看出，發酵溫度對酸乳品質的影響與紫薯粉添加量和蔗糖添加量對酸乳品質的影響相比較小，但從圖4中可看出在發酵時間為8 h的前提下，發酵溫度在41℃時其感官評價值最高，低于43℃時酸乳的感官評價值變化較小，高于此溫度時發酵效果不好，感官評價值較低。故發酵溫度控制在41℃左右為宜。

圖4 發酵溫度對酸乳品質的影響

2.3 最佳工藝配方的確定 根據單因素試驗結果，選擇紫薯粉添加量、蔗糖添加量、接種量和發酵溫度作為考察因素，以制得的成品的感官評定值為響應值Y，采用響應面法優化工藝參數。響應面試驗因素水平表及試驗結果如表3、表4所示。

表3 響應面試驗因素水平設計

利用Design-Expert8.06軟件對表4中的數據進行多元回歸擬合，X1、X2、X3、X4為變量的編碼值，得到紫薯感官評分 Y的二次多元回歸方程:Y=-514.074 31+38.650 00X1+16.620 83X2+8.958 33X3+22.263 89X4-0.250 00X1X2+0.125 00X1X3-0.333 33X1X4+0.375 00X2X3+0.125 00X2X4-3.515 71E-015X3X4-5.725 00-1.868 75-0.556 25-0.275 00。

表4 紫薯酸奶發酵工藝參數優化設計及結果

通過方差分析，結果表明多項式模型的精密度較好，可利用性較高，而且變異系數在很低的水平(表5)。因此，該試驗值是精確可靠的，此模型能應用于設計的試驗。

響應面圖和等值線圖直觀地反映響應值試驗變量各水平以及變量之間的相互關系。等高線圖的形狀，圓形或橢圓形表示各變量之間的顯著性與否，每條曲線代表2個變量的交互作用，另一個變量設于0水平。

表5 試驗結果分析

圖5顯示紫薯添加量和蔗糖添加量對紫薯酸乳發酵的影響，當紫薯添加量為1% ～3%時，感官評分先增加后減小，原因是紫薯添加量太少，酸乳無紫薯風味;而紫薯添加量增加，使得口感較為粗糙。在與紫薯添加量交互作用中，隨著蔗糖添加量的增加，感官評分先增加后減小。

圖5 紫薯添加量和蔗糖添加量對紫薯酸乳發酵的影響

圖6顯示了紫薯添加量和接種量對紫薯酸乳發酵的影響，當紫薯添加量為1% ～3%時，感官評分逐漸增加隨后稍有降低;當接種量為8% ～12%時，隨著接種量增加，感官評分也略微增加，但增加較為平緩。

圖6 紫薯添加量和接種量對紫薯酸乳發酵的影響

圖7顯示了紫薯添加量和發酵溫度對紫薯酸乳發酵的影響，當紫薯添加量為1% ～3%時，感官評分先增加后減少;當發酵溫度為37～43℃時，感官評分先增加后減少。發酵溫度的高低影響著菌的活力，溫度高或低，使得菌種的活力不強。

圖8顯示接種量和發酵溫度對紫薯酸乳發酵的影響，隨著發酵溫度升高，感官評分先增加后減少;隨著接種量增加，感官評分增加。

通過對回歸模型的分析并綜合運用響應面圖，得到紫薯酸乳發酵最優條件:紫薯粉添加量2.16%，蔗糖添加量6.72%，接種量10.56%，發酵溫度40.70℃，在此條件下得到的感官評分為83.895 1分。

圖7 紫薯添加量和發酵溫度對紫薯酸乳發酵的影響

圖8 接種量和發酵溫度對紫薯酸乳發酵品質的影響

2.4 驗證試驗

2.4.1 發酵溫度的驗證。為了保證試驗的嚴謹性，用優化的試驗結果對發酵溫度進行了驗證試驗。設定發酵時間分別為 4、6、8、10、12 h，以紫薯添加量為 2.2%，蔗糖添加量為6.7%，接種量為10%，發酵溫度為41℃進行了驗證試驗。

由圖9可看出，隨著發酵時間的延長，酸乳的pH不斷下降，感官評價值在發酵時間為8 h時最高。由此可以得出結論，在經響應面試驗優化后得到的試驗條件下，發酵時間為8 h時酸乳品質最好，這一結果驗證了響應模型的準確性。

圖9 不同發酵時間對酸乳品質和pH的影響

2.4.2 響應面優化結果的驗證。為了驗證模型結果的精確性，在紫薯添加量為2.2%，蔗糖添加量為6.7%，接種量為10%，發酵溫度為41℃進行了驗證試驗，在此條件下，感官評分平均值為84分(n=10)，這與預測模型是一致的，證實了響應模型能準確地反映最優情況。

2.5 產品質量指標

2.5.1 感官指標。該試驗所得產品呈淺紫色，色澤均勻誘人，凝乳狀態穩定，質地均勻，組織細膩，表面柔滑，無乳清析出，黏稠性好，口感細膩柔和，酸甜可口，具有濃郁的酸乳風味和獨特的紫薯香味。

2.5.2 理化指標。根據GB5009-2010測定，紫薯酸乳各項指標均符合標準。蛋白質≥4.5%，脂肪≥3.1%，酸度80～110°T，固形物含量≥20%。

2.5.3 衛生指標。經測定，大腸菌群≤1 000 CFU/L;致病菌未檢出。

3 結論

試驗得出，紫薯經蒸制、干燥后粉碎并過100目篩以粉狀添加時，產品品質較好。通過響應面法篩選最優工藝，確定紫薯酸乳發酵最優條件:紫薯粉添加量為純牛乳的2.2%，蔗糖添加量為6.7%，接種量為10%，發酵溫度為41℃。在此條件下發酵8 h，得到的酸乳產品呈淡紫色，色澤均勻，組織細膩柔和，味道酸甜可口，風味純正，具有濃郁的紫薯香味和酸乳風味。

［1］楊巍，黃潔瓊，陳英，等.紫薯的營養價值與產品開發［J］.農產品加工·學刊，2011(8):41-43.

［2］溫桃勇，劉小強.紫色甘薯營養成分和藥用價值研究進展［J］.安徽農業科學，2009，37(5):1954-1956.

［3］吳蘭芳，蔣愛民，郭善廣，等.凝固型紫薯酸乳發酵工藝及抗氧化活性研究［J］.食品與機械，2013(5):198-203.

［4］李超敏，豆康寧，張臻.薏仁算入的制備工藝［J］.飲料工業，2013，26(9):9-12.

［5］李剛，王樹寧，曾維麗.凝固型枸杞酸奶的研制［J］.食品科學，2005，26(9):272-275.

［6］杜斌，程燕鋒，李嘉輝，等.凝固型香蕉酸奶的制備研究［J］.食品與機械，2008，24(8):109-111.

［7］尹凱丹，張奇志.食品理化分析［M］.北京:化學工業出版社，2010:105.

［8］中華人民共和國衛生部.GB4789.3-2010.食品安全國家標準食品微生物學檢驗大腸菌群計數［S］.北京:中國標準出版社，2010.