胡蘿卜發酵型酸奶的工藝優化及研制

蔡永敏，李正英，鄒寅，史曉霞

（內蒙古農業大學職業技術學院，包頭014109）

0 引言

據Copalan等研究表明，胡蘿卜的水分質量分數為86%～89%[1-3]，碳水化合物質量分數為5.6%～10.6%[1-6]，脂肪質量分數約為0.3%[1-6]，蛋白質質量分數處于0.6%～1%[1,3-6]，粗纖維質量分數為1%～2.5%[1-2,5-6]。醫學研究表明，每天吃一定量胡蘿卜，可以降低血液膽固醇10%～20%，有助于心臟病和腫瘤疾病的預防。胡蘿卜素具有重要醫藥作用，在人體中可提高免疫系統產生抗體的能力，還能增加自然殺傷的數量，清除體內癌細胞或被感染的細胞[7]。此外，有學者研究了胡蘿卜與杏復合飲料配方，也有人對紅棗胡蘿卜飲料加工工藝進行研究[8-9]。目前，胡蘿卜酸奶研究較少，2013年范民以全脂奶粉為原料，通過添加荔枝，采用正交試驗得到荔枝酸奶最佳工藝[10]。曹旭東將山藥汁加入到新鮮牛奶中發酵而成的酸奶，其中不但含有不飽和脂肪酸，而且也可起到抗菌抑菌、利于身體健康的功效[11]。本研究選用乳飲料常用菌種保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌作為發酵劑，通過試驗確定發酵條件，得出胡蘿卜酸奶的最佳工藝配方，目的獲得口感較好、保健性能較高的新樣式酸奶。

1 實驗

1.1 材料

發酵劑：嗜熱鏈球菌（Streptococcurs Thermophilus.ST）、保加利亞乳桿菌(Lactobacillus bulgaricus.LB)，由內蒙古農業大學微生物菌種保藏實驗室提供。

牛肉浸膏，蛋白胨，酵母提取粉，三水合醋酸鈉，磷酸氫二鉀，檸檬酸二銨，無水葡萄糖，氯化鈉，氫氧化鈉，脫脂乳，硫酸錳，無水乙醇，硫酸鎂，硫酸錳等均為分析純。

M RS瓊脂培養基，脫脂乳培養基參照文獻[12]中方法進行配制。

1.2 儀器

HVE-50全自動高壓滅菌鍋，HPS-250生化培養箱，BCD-245D冰箱，COVER-018顯微鏡，12001電子天平，BCN-1360生物超凈工作臺，TGL-16C型臺式離心機，HM-12 pH計，LRH-250-HS電熱恒溫培養箱，移液器。

2.3 方法

首先，通過設置發酵時間、溫度及糖模擬酸度梯度試驗探究保加利亞乳桿菌及嗜熱鏈球菌生長及產酸特性最佳條件；并將保加利亞乳桿菌與嗜熱鏈球菌按1∶1，1∶2，1∶3復配；結合不同濃度胡蘿卜汁及蔗糖、果膠添加量，確定胡蘿卜酸奶最佳工藝配方。

2.4 發酵劑生長性能及配比

菌種活化：將保藏的嗜熱鏈球菌與保加利亞乳桿菌分別接種于已配好的脫脂乳培養基中，37℃培養18-24 h，連續活化3代，第三代菌種通過穿刺于固體M RS培養基中，于4℃冰箱中保存備用，其流程如圖1所示。

圖1 實驗菌株活化和保存流程

發酵劑產酸特性：

（1）最佳接種量確定。本研究分別按體積分數為1%，3%，5%接種量，于脫脂乳培養基中，42℃培養條件下分別測定0，3，6，9，12 h酸度，記錄并求取平均值[13-14]。

（2）最佳發酵溫度確定。為了探究不同溫度對發酵劑產酸速率影響，本試驗將St和Lb以最佳接種量接種于脫脂乳培養基中，分別在37、42、45℃測定培養基酸度，記錄并求取平均值。

（3）最佳復配比確定。不同配比的混合發酵劑對酸奶產酸能力有較大影響，且Lb大于St時產酸能力增強，St大于Lb時產酸能力減弱，兩者存在著共生關系，因此通過本試驗選擇最佳良種發酵劑最佳復配比例。在最佳接種量和培養溫度條件下，將Lb和St分別以1∶1，1∶3，1∶5的比例接種在42℃條件下進行發酵培養，測定其酸度，記錄并求取平均值。

（4）.模擬酸度測定。發酵劑以糖作為營養物質，并將其迅速分解為乳酸，促使牛奶pH值快速下降，本研究將不同量的糖加入脫脂乳培養中，設為4個梯度，分別為80～90，90～100，100～120及大于120 g/L。然后將通過上述試驗確定出發酵劑的最佳發酵溫度、接種量、復配比作為本次試驗確定工藝條件，確定發酵劑在不同糖濃度脫脂乳中產酸能力。

采用酸堿滴定法測定，吉爾涅爾度（°T）表示：在150m L錐形瓶中，移入10m L發酵樣品，加入約20m L煮沸后冷卻至40℃的蒸餾水，混勻后滴入2～4滴酚酞指示液，用濃度為0.1 m o l/L的N aOH滴定至微紅色，在30 s顏色內不消逝，即為終點，所消耗濃度為0.1 m o l/L的N aOH的毫升數乘以10即為酸度（°T）。按如下公式計算酸度：

式中：V為滴定消耗N aOH的體積數（m L）。

2.5 正交實驗

實驗以胡蘿卜汁添加量，蔗糖添加量，果膠添加量，設計3因素3水平正交試驗，即采用L9（33）正交試驗確定各參數，結果如表1所示。

表1 正交實驗（Ⅰ）

2.6 感官評定[15]

采用加權評分法對胡蘿卜酸奶的感官質量進行綜合評定，檢驗人數為10人，檢驗結果取平均值。其中色澤10分，口感30分，香味20分，組織狀態40分。

數據處理通過Excel和SAS9.0對數據進行整理和統計分析。

3 結果分析

3.1 不同接種量發酵劑產酸能力

酸奶在發酵過程中，酸奶中乳糖成為發酵劑賴以為生的營養物質。當微生物發酵劑漸漸適應原料奶環境，發酵劑數量則會成對數式增長，因而牛乳中乳糖就會被發酵劑所產生乳糖分解酶分解為葡萄糖和半乳糖，葡萄糖在糖酵解途徑中被降解為丙酮酸，最終丙酮酸被轉化為小分子乳酸。由于在酸奶環境中，乳酸的不斷積累，致使pH值下降至蛋白質等電點，因而有利于凝乳，得到黏度較好的酸奶產品[16]。本研究通過接種單一發酵劑，分別探究不同濃度嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌在不同發酵時間下的產酸能力。由圖2可知，嗜熱鏈球菌接種量越高，產酸能力越強，5%嗜熱鏈球菌產酸能力＞3%＞1%；發酵3 h后，3個不同濃度嗜熱鏈球菌產酸能力相差不大，相互相差近5°T；發酵6 h后，5%嗜熱鏈球菌的環境酸度達到54°T，高于3%的45°T和1%的35°T；并且，在9 h后測定酸度，可知5%嗜熱鏈球菌環境酸度大幅上升，近為74.30°T，3%的為69.67°T，高于1%的40°T；在6～9 h，嗜熱鏈球菌數量迅速增加，促使原料乳酸度大幅下降；但3%嗜熱鏈球菌的環境酸度低于5%的4.63°T；12 h后，3%和5%的酸度分別達到86.31°T和87°T，相差甚微，但遠高于1%的產酸能力。總體說明，接種3%嗜熱鏈球菌不但可以達到發酵效果，也可降低酸奶的發酵成本。

圖2 不同接種量嗜熱鏈球菌產酸能力

由圖3可以看出，5%保加利亞乳桿菌產酸能力明顯高于1%和3%。隨著發酵進行，在3 h末測得三組酸度可知5%保加利亞乳桿菌酸奶酸度已達到42°T，高于1%和3%的30.67°T和30.33°T，說明適當增加發酵劑比例有助于提高原料乳的酸度；發酵進行到6 h末，1%保加利亞乳桿菌促使環境酸度升高到41°T，3%的保加利亞乳桿菌原料乳酸度也達到了44.33，而此時5%酸奶酸度已達到71°T；9 h結束時，1%、3%、5%的酸奶酸度分別為46.00、66.4和91°T；相比可知，5%酸奶酸度高于3%酸奶，更高于1%組酸奶酸度；經過9 h發酵，3%組酸奶酸度距酸奶要求酸度較小，而5%組酸奶酸度已經超出酸奶酸度的最高要求，過高的酸度會致使酸奶難于被消費者接受；待12 h發酵結束時，三組酸奶酸度分別為60.00，78.00及117°T，可知1%發酵劑接種量難于達到發酵酸奶所需酸度；而5%組酸奶中發酵劑數量較多，產酸速率較快，如果接種單一發酵劑可縮短酸奶發酵劑周期；此時3%的酸奶環境酸度正好符合酸奶酸度標準（80～120°T），如果與產酸能力較強的嗜熱鏈球菌復配，可快速達到酸度要求。綜合可知，如果接種復合發酵劑，接種量為3%較為適宜。

圖3 不同接種量保加利亞乳桿菌產酸能力

3.2 不同培養溫度下發酵劑產酸能力

發酵劑在不同溫度下，生長能力差異較大，在低溫條件下生長活力較小；隨著溫度上升，發酵劑增殖速率也隨之被提高；但超過一定溫度，發酵劑生長能力反而被抑制。酸奶中發酵劑酸奶數量的不同，會影響酸奶的最終酸度，發酵劑數量與酸奶酸度具有一定正相關性。本研究設置3個不同發酵培養溫度，分別為37，42，45℃；探究不同溫度下嗜熱鏈球菌產酸能力的影響。由圖4可以看出，隨著發酵時間延續，三組酸奶環境酸度在不斷升高；在發酵1h后，三組酸奶酸度近為30°T；發酵2 h后，45℃酸奶的酸度＞42℃＞37℃；待發酵到3 h末，42℃發酵下酸奶環境酸度＞37℃時酸度＞45℃時酸度，并且在后續發酵時間內測定酸度顯示，三組酸奶環境酸度規律仍與3 h末酸度規律相同。由此可知，42℃為嗜熱鏈球菌最佳發酵溫度。

圖4 不同培養溫度對嗜熱鏈球菌產酸能力的影響

保加利亞乳桿菌通過糖酵解途徑將乳糖最終轉化為乳酸。在發酵過程中，發酵劑數量逐漸增加，因而酸奶環境中乳酸含量也在不斷升高，致使酸度上升。由圖5可知，添加保加利亞乳桿菌酸奶在前3 h內酸度變化差異不明顯，但呈現出緩慢上升的趨勢；4 h發酵結束時，42℃酸奶酸度顯著高于前3 h酸度，并且也高于同一時間的37℃和45℃兩組；5 h末，42℃酸奶酸度更是升高到66°T，其他兩組酸奶酸度較低，近為37°T；6 h發酵結束后，42℃酸奶酸度上升達77°T，達到酸奶發酵酸度，此時其它兩組酸度仍然較低。由此可知，42℃是此發酵劑發酵的最佳溫度。

圖5 不同培養溫度對保加利亞乳桿菌產酸能力的影響

3.3 發酵劑最佳配比確定

試驗中選用嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌進行復合，復配形成復合發酵劑。趙征在2004研究發現[53]，通過增加嗜熱鏈球菌比例，可以提高酸奶風味；本研究選用保加利亞乳桿菌與嗜熱鏈球菌按1∶1，1∶3，1∶5進行復配發酵，通過在酸奶中主要產酸能力探究兩者的最佳復配比。由圖6可知，在發酵過程中，三組酸奶環境酸度逐漸上升，三者間差異較不明顯。1～2 h三組酸奶酸度增加速率較為緩慢；2～3 h，三組酸奶酸度急劇增加，3 h末1∶1與1∶3兩組酸度高于1∶5酸奶組；3～4 h，1∶1酸奶組酸度上升速率小于其它兩組，但在4～5 h，1∶1酸奶組酸度上升速率成為三組最高；且6 h末，1∶1組酸度達到近為75°T，高于其他兩組。說明保加利亞乳桿菌產酸能力優于嗜熱鏈球菌，因而保加利亞乳桿菌與嗜熱鏈球菌按1∶（1～3）添加較好，不但可提高產酸能力，而且也利于縮短酸奶發酵周期，降低酸奶發酵成本。

圖6 不同復配比發酵劑產酸能力

3.4 不同糖質量濃度下復合發酵劑產酸能力

葡萄糖添加到酸奶，既能提高酸奶甜度，也能為發酵劑的生長繁殖提供碳源，葡萄糖在酸奶制作過程中起到不可小覷的作用。葡萄糖在糖酵解過程中被分解丙酮酸，丙酮酸又在發酵劑產生乳酸酶作用下生成乳酸，因而隨著發酵劑數量和生長能力的不斷提高，乳酸含量也逐漸增加，促使酸奶酸度迅速降低，降低到蛋白質等電點，達到凝乳的效果。由圖6可知，隨著葡萄糖添加量增加，酸奶的酸度也在逐漸上升，并且當葡萄糖添加量在100～120 g/L范圍時，酸度達到最高，即76.7°T。當糖添加量再增加時，酸奶酸度反而低于前三組，說明當糖添加量逐漸增加時，有助于提高酸奶酸度，當超過一定量，發酵劑生長能力反而被抑制，酸度也較低。由此可知，酸奶中葡萄糖添加量應為100～120 g/L時較為適宜。

圖7 不同糖質量濃度對復合發酵劑產酸能力的影響

3.5 最佳配方正交實驗

經過正交實驗可得出保健型胡蘿卜酸奶最佳工藝配方，以感官評分作為正交實驗指標，其結果如表1所示。

表2 正交實驗（Ⅱ）

由正交試驗極值R值可知，主要影響因素為菌種比例和胡蘿卜汁添加量，其次為果膠添加量，最后為蔗糖添加量，各因素對胡蘿卜酸奶感官質量的影響主次順序為：D＞A＞C＞B。由表2正交試驗及感官評分可知，得出胡蘿卜酸奶生產的最佳工藝配方為A2B3C1D2，即：胡蘿卜汁添加量為20%，蔗糖添加量為5%，果膠添加量為0.1%，菌種比例為1∶3。

3.6 感官評定

由上述正交試驗確定酸奶最佳制作工藝，制作出酸奶色澤呈現淡桔紅色，即均勻的胡蘿卜顏色，色澤均勻一致，光澤鮮亮；并且口感也較為細膩，酸甜可口，擁有濃郁的乳酸發酵香味，且并有淡淡胡蘿卜味。經本試驗最佳工藝制作的酸奶產品，無分層也無乳清析出，組織狀態均勻。

表3 最佳工藝酸奶感官評定

4 結論

通過三因素正交實驗確定了胡蘿卜酸奶中胡蘿卜、蔗糖及穩定劑最適添加量。實驗結果可知，保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌接種量3%、培養溫度42℃以且糖質量濃度為100～120 g/L時產酸能力較好，達到發酵要求。通過正交試驗確定出胡蘿卜酸奶成分最佳添加量：胡蘿卜汁添加量為20%，蔗糖添加量為5%，果膠添加量為0.1%，菌種比例為1∶3。通過上述最優發酵條件、最佳成分配比制作而成胡蘿卜酸奶酸甜適口、色澤均勻且無分層，產品達到規定質量安全。

參考文獻：

[1]GOPALAN C，RAMASASTRY B V，BALASUBRAMAN IAN SC.Diet and nutritional status of adolescent tribal population in nine States of India[J].Asia Pacific Journal Clinical Nutrition,2006,15(1):64-71．

[2]HOLLAND B，UNWI N ID，BUSSD H．Vegetables，herbs and spices:Fifth supplement to McCance and Widdowson’s the composition of foods[J].Royal Society of Chemistry，1999，12（1）：163．

[3]嚴怡紅.胡蘿卜營養價值與功能食品加工[J].食品研究與開發，2003,24(6):120-122．

[4]趙志皋.食品營養學[M].北京:中國輕工業出版社，1991:60-62．

[5]阮婉貞.胡蘿卜的營養成分及保健功能[J].中國食物與營養，2007(60):51－53．

[6]王光亞.食物成分表[M].上海:上海科技出版社，1991:8-30.

[7]AGARWA L S.Tomatolycopene and low density lipprotein oxidation[J].A Human Dietary Intervention Study Lipids，1998,33(10):981．

[8]劉娟,田呈瑞.紅棗-胡蘿卜復合飲料的加工工藝研究[J].安徽農業科學，2009,37(25):12 163-12165．

[9]吳治海,蒲彪.胡蘿卜、杏復合飲料研制及其穩定性[J].食品工業，2006,(2):8-9．

[10]范民.凝固型荔枝酸奶的加工工藝研究[J].安徽農業科學，2013,41(25):10433-10434.

[11]曹旭,郭明亮,曹義明,等．營養保健型山葫酸奶的研制及其護色方法的研究[J].黑龍江科學，2013,(10):29-32.

[12]殷文政，孟和畢力格，李少英等.食品微生物學實驗指導書[M].內蒙古農業大學印刷中心.

[13]叢玉婷,高學軍.DVS乳酸菌種在我國的應用及其開發研制[J].中國乳品工業，2004,34(10):27-29.

[14]孟和畢力格,李少英,雙杰.酸奶制品中乳酸菌分離鑒定與發酵性能的研究[J].中國乳業，2005,13(7):13-16.

[15]SALWA.A.AlY,carrot yoghurt:sensory.chemical microbiological property and consumer acceptance[J].Pakistan Journal of Nutrition,2004,3(6):322-330.

[16]任玲玲,李開雄,鄧艷.瑞士乳桿菌和嗜熱鏈球菌產酸特性的研究[J].中國食物與營養，2007,(11):34-35.