黃精功能性酸奶生產(chǎn)工藝條件的優(yōu)化

馮 哲，薛小蘭，孫 華，于功明，曲靜然，姬裕翔

（齊魯工業(yè)大學（山東省科學院）食品科學與工程學院，山東濟南 250353）

隨著生活水平的提高，人們對自身健康的重視也越來越高，食品已不再僅僅滿足于口味和營養(yǎng)，更要求其具有功能性，因此功能性食品的開發(fā)成為一大趨勢[1]。黃精為百合科植物黃精、滇黃精或多花黃精的根莖，功效良多，被列為上品的滋補藥，具有補氣益陰、健脾、潤肺、益腎之功效[2]，已被國家食品藥品監(jiān)督管理局列為藥食兩用的中藥，也被廣泛用于功能性食品的制作中?，F(xiàn)代研究表明，黃精具有降血壓、降血脂、降血糖、防止動脈粥樣硬化、延緩衰老和抗菌等作用[3]。

酸奶是一種發(fā)酵制品，由于其特有的營養(yǎng)價值和保健功能成為了乳品行業(yè)的主流產(chǎn)品。將黃精浸提液加入到酸奶的發(fā)酵中，使二者結(jié)合制成的黃精酸奶是一種功能性食品，既體現(xiàn)了黃精的保健功能，又發(fā)揮了酸奶的營養(yǎng)保健功能，也可以帶來良好的口感和風味。有關(guān)黃精酸奶的研究已做了很多研究，呂嘉櫪等人[4]將黃精浸提液與鮮乳復配后，經(jīng)過乳酸菌發(fā)酵制備出口感良好、營養(yǎng)豐富，并具有抗衰老、降血糖、降血脂、抗病原微生物等多種功能的保健酸奶。朱建平等人[5]探討了黃精酸奶對攝食高脂飼料大鼠的降脂作用，結(jié)果表明黃精酸奶具有降脂作用，且效果優(yōu)于單純食用黃精或酸奶。此外，朱建平等人[6]又進行了功能性食品黃精山楂酸奶的配方篩選，將黃精、山楂與牛奶結(jié)合，以感官評分為指標通過正交試驗研究了白砂糖、奶粉、黃精藥液、山楂藥液對酸奶成品色、香、味、組織狀態(tài)的影響，得出黃精山楂酸奶的制備具有可行性，為中醫(yī)藥開發(fā)新型功能性食品提供了新思路。通過以上文獻得出黃精酸奶工藝的確定主要通過感官評價確定，感官評價具有一定的主觀性，近年隨著質(zhì)構(gòu)儀的發(fā)展，逐漸將其運用到酸奶品質(zhì)評定中[7]。研究發(fā)現(xiàn)，普通酸奶的質(zhì)構(gòu)測定結(jié)果與感官評價之間具有一定的相關(guān)性，逐步回歸分析顯示，可以僅使用硬度、膠黏性這2個質(zhì)構(gòu)測量值代替感官評價[8]。將質(zhì)構(gòu)分析用于黃精酸奶的品質(zhì)測定還未見報道，且黃精酸奶的質(zhì)構(gòu)測量值與感官評價之間的相關(guān)性也不明確，因此試驗以黃精、奶粉為原料，結(jié)合質(zhì)構(gòu)分析和感官品評，綜合考慮黃精浸提液添加量、蔗糖添加量、發(fā)酵時間、發(fā)酵溫度，對黃精功能性酸奶的配方和發(fā)酵工藝進行優(yōu)化，為功能性酸奶的評定提供新的思路，為這一類藥膳產(chǎn)品的開發(fā)應用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黃精、蔗糖，均為市售；全脂奶粉，雙城雀巢有限公司提供；菌種（混合發(fā)酵劑）：嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌，石家莊君樂寶有限公司提供；氫氧化鈉、鄰苯二甲酸氫鉀、酚酞指示劑，均為分析純。

1.2 試驗設(shè)備

TA-XTplus/30型物性測定儀、HH-S4型智能數(shù)顯恒溫水浴鍋、SGSP-02型電熱恒溫隔水式培養(yǎng)箱、DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器、SW-CJ-2D型超凈工作臺、APV1000型均質(zhì)機、WJX-A500型高速多功能粉碎機。

1.3 試驗方法

1.3.1 黃精酸奶的工藝流程

①黃精→粉碎→制備黃精浸提液→殺菌；

②奶粉→加水攪拌→預熱靜置→加糖→預熱均質(zhì)→殺菌；

①+②→冷卻→接種→灌裝→培養(yǎng)發(fā)酵→冷藏后熟→成品。

1.3.2 操作要點

（1）奶粉的復原。將奶粉按照1∶7的配比溶于55℃的純凈水中，不斷攪拌使奶粉溶解，并保持此溫度靜置30 min，使奶粉充分溶解吸水。

（2）加糖、均質(zhì)、殺菌。按照一定比例加入蔗糖并完全溶解，將配制好的復原乳加熱到65℃后進入均質(zhì)機，于25 MPa壓力下均質(zhì)，循環(huán)2次，均質(zhì)完成后在90℃下殺菌15 min。

（3）黃精浸提液的制備。先將黃精烘干粉碎過100目篩，將黃精粉用10倍水浸泡30 min，再將其煮沸，煮沸后文火使其保持微沸30 min，將煮得的黃精浸提液過濾后，再加原黃精粉10倍的水繼續(xù)煮，方法同上，將2次過濾得到的黃精浸提液混合后真空濃縮，得到的黃精浸提液立即封口于115℃下滅菌10 min。

（4）接種、灌裝、發(fā)酵。試驗所用所有儀器事先必須經(jīng)過高壓滅菌，接種在超凈工作臺進行，接種前黃精浸提液與復原乳充分攪拌混合，將菌種接種后也需充分攪拌使菌種均勻分散在混合液中，接種完成后在無菌條件下進行灌裝，然后在42℃的恒溫培養(yǎng)箱中進行發(fā)酵。

1.4 單因素試驗考查不同因素對黃精酸奶品質(zhì)的影響

1.4.1 蔗糖添加量對酸奶品質(zhì)的影響。

以100 mL復原奶為準，在接種量0.1%，黃精浸提液0.5%，于42℃下發(fā)酵6 h，在每100 mL復原奶中分別添加蔗糖5%，6%，7%，8%，9%，按照1.3.1的工藝流程制造黃精酸奶，考查不同蔗糖添加量對黃精酸奶品質(zhì)的影響，確定蔗糖的最佳添加量。

1.4.2 黃精浸提液添加量對黃精酸奶品質(zhì)的影響

其他條件相同，在每100 mL復原奶中分別添加黃精浸提液0.3%，0.4%，0.5%，0.6%，0.7%，按照1.3.1的工藝流程制作黃精酸奶，考查不同黃精浸提液添加量對黃精酸奶品質(zhì)的影響，確定黃精浸提液的最佳添加量。

1.4.3 發(fā)酵溫度對黃精酸奶品質(zhì)的影響

根據(jù)前期試驗確定的最佳添加量，考查不同發(fā)酵溫度40，41，42，43，44℃對黃精酸奶品質(zhì)的影響，確定黃精酸奶的最適發(fā)酵溫度。

1.4.4 發(fā)酵時間對黃精酸奶品質(zhì)的影響

根據(jù)前期試驗確定的最佳添加量，考查不同發(fā)酵時間5，6，7，8，9 h對黃精酸奶品質(zhì)的影響，確定黃精酸奶的最適發(fā)酵時間。

1.5 酸奶不同指標的測定

1.5.1 感官評價

根據(jù)組織狀態(tài)（30分）、色澤（20分）、氣味（20分）、口感（30分）進行綜合評分。

黃精酸奶感官評分標準見表1。

表1 黃精酸奶感官評分標準

1.5.2 酸度的測定

根據(jù)張素敏等人[9]的方法測定酸奶的酸度。

1.5.3 黃精酸奶質(zhì)構(gòu)特性的測定

酸奶壓縮試驗可用于對酸奶的質(zhì)構(gòu)進行量化分析，試驗主要選擇黃精酸奶的稠度和硬度進行分析，根據(jù)閆序東等人[10]的方法稍作修改。采用A/BE型反擠壓圓盤探頭活塞壓縮容器中樣品達到一定高度后再回到初始位置。測試參數(shù)設(shè)置：A/BE型圓盤探頭，盤徑35 mm，測試前速度1.0 mm/s，測試速率1.0 mm/s，測試后速率10.0 mm/s，測試距離30 mm，觸變力10 g。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 蔗糖添加量對黃精酸奶品質(zhì)的影響

蔗糖添加量對黃精酸奶酸度和感官品質(zhì)的影響見圖1。

圖1 蔗糖添加量對黃精酸奶酸度和感官品質(zhì)的影響

由圖1可知，蔗糖從5%添加到9%時，酸度逐漸增加；到9%時，酸度達到了98°T。根據(jù)國標GB 2746—1999可知，酸奶的最佳發(fā)酵酸度為80～90°T時，能增進產(chǎn)品的風味，增加人們的食欲，當蔗糖添加量逐漸增加時發(fā)酵菌的生長速度會受影響，當蔗糖添加量為6%和7%時，酸度較適宜。綜合感官評分可知，當蔗糖添加量不斷增大時，感官評分呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，當蔗糖添加量為6%時，感官評分最高，因此黃精酸奶最適宜的蔗糖添加量為6%。

蔗糖添加量對黃精酸奶稠度和堅實度的影響見圖2。

圖2 蔗糖添加量對黃精酸奶稠度和堅實度的影響

由圖2可知，酸奶的稠度可以很好地表示酸奶內(nèi)部流動性，稠度越大，其流動性越差，可表現(xiàn)酸奶凝固程度的大小。黃精酸奶的稠度隨著蔗糖添加量的增加呈先增加后降低趨勢，在蔗糖添加量6%時酸奶稠度最大，凝固型最好；酸奶堅實度是反映酸奶強度的重要參數(shù)，表示酸奶表面成型受外力破壞所需的壓力，黃精酸奶堅實度隨著蔗糖添加量的增加變化不明顯，在蔗糖添加量為6%時堅實度最大，黃精酸奶的強度最高。

由圖1和圖2可知，當蔗糖添加量達到6%時，黃精酸奶的酸度、感官品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)都呈現(xiàn)較好的趨勢，則確定蔗糖的適宜添加量為6%，且黃精酸奶的稠度和堅實度測量值與感官評分具有較好的相關(guān)性。

2.1.2 黃精浸提液添加量對黃精酸奶品質(zhì)的影響

根據(jù)2.1.1的試驗結(jié)果，蔗糖添加量為6%的條件下，分別添加黃精浸提液0.3%，0.4%，0.5%，0.6%，0.7%制作黃精發(fā)酵酸奶。

黃精浸提液添加量對黃精酸奶酸度和感官品質(zhì)的影響見圖3。

圖3 黃精浸提液添加量對黃精酸奶酸度和感官品質(zhì)的影響

由圖3可知，隨著黃精浸提液添加量的不斷增加，黃精酸奶的酸度一直提高，由80.4°T增加到91.8°T，基本符合國標規(guī)定的最佳酸度要求，因此僅僅從酸奶的酸度無法確定黃精浸提液的最佳添加量；當黃精浸提液由0.3%添加到0.7%時，感官評分呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，黃精浸提液添加0.5%時，感官評分最高為90分，因此通過對黃精酸奶酸度和感官評分的分析，確定黃精浸提液的最佳添加量為0.5%。

黃精浸提液添加量對黃精酸奶質(zhì)構(gòu)品質(zhì)的影響見圖4。

由圖4可知，黃精浸提液不同添加量對黃精酸奶稠度的影響呈現(xiàn)先上升后降低的趨勢，添加0.5%黃精浸提液時稠度最大；不同添加量黃精浸提液對黃精酸奶堅實度的影響不顯著，同樣呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在添加量0.6%時堅實度達到最大，其次為添加量0.5%，結(jié)合對黃精酸奶稠度的影響，確定黃精浸提液添加量為0.5%時，黃精發(fā)酵酸奶的質(zhì)構(gòu)性最好，因此黃精酸奶質(zhì)構(gòu)分析得出黃精浸提液的適宜添加量為0.5%。

圖4 黃精浸提液添加量對黃精酸奶質(zhì)構(gòu)品質(zhì)的影響

由圖3和圖4可知，當黃精浸提液添加量為0.5%時，黃精酸奶的各項指標較好，酸度達到適宜值，口感相對良好，堅實度適宜，稠度相對較好，且黃精酸奶的稠度和堅實度測量值與感官評分具有較好的相關(guān)性。

2.1.3 發(fā)酵溫度對黃精酸奶品質(zhì)的影響

根據(jù)前面試驗的結(jié)果，在蔗糖添加量6%，黃精浸提液添加量0.5%的條件下，將黃精酸奶放置在不同發(fā)酵溫度下，分別是40，41，42，43，44℃，研究發(fā)酵溫度對黃精發(fā)酵酸奶品質(zhì)的影響。

不同發(fā)酵溫度對黃精酸奶酸度和感官品質(zhì)的影響見圖5。

圖5 不同發(fā)酵溫度對黃精酸奶酸度和感官品質(zhì)的影響

由圖5可知，隨著發(fā)酵溫度的不斷增加，黃精酸奶的發(fā)酵酸度呈現(xiàn)不斷上升的趨勢，從76.9°T增加到96.8°T，較適宜的酸度為發(fā)酵溫度41℃和42℃；通過感官評分得出，隨著發(fā)酵溫度的增加，黃精酸奶的感官評分表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢，當發(fā)酵溫度為42℃時，感官評分最高。

不同發(fā)酵溫度對黃精酸奶質(zhì)構(gòu)的影響見圖6。

由圖6可知，發(fā)酵溫度對黃精酸奶稠度的影響較顯著，發(fā)酵溫度為42℃時酸奶的稠度最大；黃精酸奶堅實度的變化受發(fā)酵溫度的影響較小，變化不明顯，當42℃發(fā)酵溫度時黃精酸奶堅實度較高，試驗發(fā)現(xiàn)黃精酸奶的稠度受時間的影響較大，而堅實度的變化不明顯；且研究數(shù)據(jù)表明黃精酸奶的稠度和堅實度測量值與感官評分具有較好的相關(guān)性。李思寧等人[11]研究表明，發(fā)酵溫度在小范圍波動時對酸奶的質(zhì)構(gòu)影響不大，波動范圍大時則有較大的影響，黃強等人[12]的研究也發(fā)現(xiàn)隨著發(fā)酵溫度的升高，凝固型酸奶的硬度有增加趨勢，這與該試驗的研究結(jié)果相同。

圖6 不同發(fā)酵溫度對黃精酸奶質(zhì)構(gòu)的影響

由以上分析可以得出，當發(fā)酵溫度為42℃時，黃精酸奶的口感及其性質(zhì)較好，因此確定適宜的發(fā)酵溫度為42℃。

2.1.4 發(fā)酵時間對酸奶品質(zhì)的影響

通過前期試驗確定的適宜條件，蔗糖添加量6%，黃精浸提液添加量0.5%，發(fā)酵溫度42℃的條件下，通過改變發(fā)酵時間，分別發(fā)酵5，6，7，8，9 h，研究不同發(fā)酵時間對黃精酸奶品質(zhì)的影響。

不同發(fā)酵時間對黃精酸奶酸度和感官品質(zhì)的影響見圖7。

圖7 不同發(fā)酵時間對黃精酸奶酸度和感官品質(zhì)的影響

由圖7可知，發(fā)酵時間的延長使黃精酸奶酸度呈現(xiàn)先上升后下降再上升的趨勢，發(fā)酵5 h時酸度只有60.4°T沒有達到要求，當發(fā)酵時間為6 h時黃精酸奶酸度為86.7°T，已達到國標要求，隨著發(fā)酵時間的增加直到發(fā)酵9 h時酸度達到了89.8°T，通過對數(shù)據(jù)分析和節(jié)約成本的要求，以發(fā)酵6 h和7 h為宜；發(fā)酵時間對黃精酸奶感官評分的影響較明顯，表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢，當發(fā)酵7 h時感官評分最高。

不同發(fā)酵時間對黃精酸奶質(zhì)構(gòu)的影響見圖8。

由圖8可知，隨著發(fā)酵時間的增加黃精酸奶的稠度先上升后下降，從5 h到7 h變化較顯著，當發(fā)酵時間為7 h時黃精酸奶稠度最高；而黃精酸奶堅實度隨著發(fā)酵時間的增加變化不明顯，呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在7 h發(fā)酵時間時堅實度的測量值最大，因此根據(jù)質(zhì)構(gòu)分析選擇發(fā)酵7 h較適宜。

圖8 不同發(fā)酵時間對黃精酸奶質(zhì)構(gòu)的影響

通過以上分析可以得出，當發(fā)酵時間為7 h時，黃精酸奶的感官品評和稠度最好，黃精酸奶更能呈現(xiàn)出較好的風味、口感和狀態(tài)，因此確定適宜的發(fā)酵時間為7 h，且黃精酸奶質(zhì)構(gòu)測量值與感官評分具有良好的相關(guān)性。

2.2 正交設(shè)計優(yōu)化黃精酸奶發(fā)酵工藝

2.2.1 正交試驗因素水平表

根據(jù)前期單因素試驗的結(jié)果，選擇蔗糖添加量、黃精浸提液添加量、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時間作為4個因素，進行四因素三水平L9（34）的正交試驗，根據(jù)每組的感官評分確定黃精酸奶制作的最佳工藝。

黃精酸奶正交試驗因素與水平設(shè)計見表2。

表2 黃精酸奶正交試驗因素與水平設(shè)計

2.2.2 黃精酸奶最佳工藝優(yōu)化結(jié)果

對各因素的K值及極差R值進行比較，由R值得出4個因素對黃精酸奶影響程度的大小為發(fā)酵時間＞發(fā)酵溫度＞黃精浸提液添加量＞蔗糖添加量。正交試驗結(jié)果表明，黃精酸奶的最優(yōu)組合為A2B3C2D3，即蔗糖添加量6%，黃精浸提液添加量0.6%，發(fā)酵溫度42℃，發(fā)酵時間7.5 h。根據(jù)此組合進行驗證試驗，在該條件制作出的黃精酸奶，感官評分達到了92分，即在此工藝條件下，制作出的黃精發(fā)酵酸奶口感較好，因此黃精發(fā)酵酸奶的最佳工藝條件為蔗糖添加量6%，黃精浸提液添加量0.6%，發(fā)酵溫度42℃，發(fā)酵時間7.5 h。

正交試驗結(jié)果見表3。

3 結(jié)論

通過單因素試驗研究蔗糖添加量、黃精浸提液添加量、發(fā)酵時間和發(fā)酵溫度對黃精酸奶質(zhì)構(gòu)和感官品評的影響，篩選出適宜的發(fā)酵參數(shù)，且得出酸奶稠度和堅實度的質(zhì)構(gòu)測量數(shù)據(jù)與感官評分具有較好的相關(guān)性。在單因素的基礎(chǔ)上通過正交試驗優(yōu)化了黃精酸奶的發(fā)酵工藝條件為蔗糖添加量6%，黃精浸提液添加量0.6%，發(fā)酵溫度42℃，發(fā)酵時間7.5 h。

表3 正交試驗結(jié)果