穩定劑對攪拌型酸奶品質特性的影響

張開屏,劉嘉琪，張慧敏,田建軍

（1.內蒙）古商貿職業學院食品工程系，呼和浩特010070；2.內蒙古農業大學食品科學與工程學院，呼和浩特010018

0 引 言

酸奶是以鮮乳或還原乳為主要原料，將乳離心凈化后向其中添加蔗糖、穩定劑等輔料再經殺菌、冷卻、乳酸菌發酵、罐裝得到的一種發酵奶制品。1919年，艾薩克·卡拉索（Isaac Carasso）開始了生產含有微生物的酸奶[1]，其銷量在歐美國家近100年一直處于領先地位，美國酸奶的產量從1990年的982.6億磅增加到2015年的約4742.1億磅[1-2]。

酸奶不但保留了牛奶的所有營養價值，相比牛奶而言它更容易被人體所消化和吸收，因為發酵過程會使其中的糖和蛋白質被分解成為小的分子，并且脂肪酸也會因為發酵的作用而增加，這些變化都會使得酸奶變得更容易消化和吸收[3]。同時酸奶發酵的乳酸菌具有抗氧化[4]、降膽固醇[5]、調節腸道菌群平衡[6]、抑菌[7-9]等很多健康功效而深受消費者喜愛。

為了避免酸奶在生產、銷售過程中析出乳清、凝乳不結實等物理缺陷，在生產酸奶時，乳品企業通常在酸奶加工過程中適量的加入穩定劑，而穩定劑的不同組合對產品的穩定性影響比較明顯[10-13]。

本試驗采用單因和曲面優化試驗，通過測定酸奶p H、酸度、黏度、持水力等指標，分析了果膠、羧甲基纖維素鈉（CMC-Na）、瓜爾豆膠對酸奶品質特性的影響，確定3種穩定劑的最佳配比，從而為不同穩定劑單體進行復配提供了參考與依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 輔料

乳品菌種發酵劑YF-L812(丹麥科漢森有限公司)；脫脂乳粉（澳大利亞 Devondale）；果膠(低酯100±5CAS：9000-69-5)；CMC-Na（ABC-490卡帕型）；瓜爾豆膠（丹尼斯克中國有限公司）；白砂糖(市售)。

1.1.2 儀器與設備

FW 3D型高速攪拌器；恒溫培養箱；鐵架臺；滴定管；p HS-25型酸度計；R 180型數顯黏度計；TDL-40B型冷凍離心機；電子分析天平。

1.2 方法

1.2.1 攪拌型酸奶工藝[14]

脫脂乳粉83g/kg→溶解（50℃）→加適量穩定劑和60g/kg蔗糖（65℃溶解完全）→ 均質(15～20 mPa)→ 殺菌（95℃，5 min）→ 冷卻（42℃）→ 接種→ 發酵（42℃/4～6 h）→ 冷卻（10℃）→ 攪拌（50 r/min）→4℃儲存。

1.2.2 理化指標測定

在20℃室溫條件下，酸度、黏度和持水力參照文獻進行測定[15-16]。

1.2.3 單因素試驗

根據攪拌型酸奶制備工藝，設定脫脂乳粉添加量8.3%、白砂糖添加質量分數6%、95℃/5 min殺菌、發酵劑添加質量分數2%、42℃恒溫發酵到酸度達到70°T、冰水冷卻攪拌到10℃、移入4℃冰箱冷藏過夜進行測定為固定條件。分別研究果膠、CMC-Na和瓜爾豆膠(質量分數)對其感官、p H、酸度、黏度、和持水力的影響。

1.2.4 響應面分析

采用Design-Expert8.0.6軟件中Box-Behnken數據包，以黏度值為響應值，進行3因素3水平共17組試驗點響應面試驗[17]。用所得數據擬合多元方程，并通過方差分析、回歸模型擬合度檢驗、響應面分析，以確定最優的穩定加配比，因素與水平（見表1）。

1.2.5 數據處理

試驗數據取三次平均值，圖表采用excel 2016進行繪制，Design-Export 8.0.6軟件設計響應面試驗并分析。

表1 響應面分析因素與水平

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 穩定劑對酸奶發酵酸度的影響

為了分析添加穩定劑是否會對酸奶發酵劑中乳酸菌的生長產生脅迫作用，分析了添加穩定劑后對酸奶酸度變化的影響。試驗結果表明在酸奶發酵過程中各組分的酸度呈上升趨勢，3種不同濃度穩定劑對攪拌型酸奶酸度的影響結果如表2所示。

表2 3種不同濃度穩定劑對攪拌型酸奶酸度的影響(n=3)

由表2可以看出，在開始發酵的1 h，酸度最高的為22.95oT最低為16.24oT，可見在發酵剛開始的1 h，穩定劑CMC和瓜爾豆膠的添加對乳酸菌的生長均表現出了明顯的抑制作用（P＜0.01），果膠的添加量大到0.2%時有明顯抑制作用。到2 h時對照組的酸度最高為34.17oT，且與其它組差異顯著（P＜0.01）。3～6 h 3種添加劑抑制乳酸菌產酸的能力逐漸變弱，3、4、5 h，添加0.25%瓜爾豆膠的酸度最高，分別為46.54、56.48、62.34oT。

綜合以上分析可見，發酵剛開始的2 h，果膠、CMC-Na、瓜爾豆膠3種穩定劑對乳酸菌的產酸速度有明顯的抑制作用（P＜0.01），隨著發酵時間的延長，從發酵的第3 h開始抑制作用越來越弱，整個發酵過程這3種穩定劑對酸奶生產的速度不會產生明顯影響。

2.1.2 穩定劑對酸奶黏度的影響

3種不同濃度穩定劑對攪拌型酸奶黏度影響的試驗結果如表3所示。

由表3可以看出，在黏度值的6個觀察時間點，添加量為0.15%瓜爾豆膠組和對照組黏度值始終無顯著差異（P＜0.01），CMC組和果膠組與對照組相比差異顯著（P＜0.01）。發酵6 h接近終點酸度時，添加0.25%CMC-Na的試驗組黏度最高為24.42 mPa·s、其次分別為添加0.2%和0.15%的CMC組、添加0.25%、0.2%的果膠組、添加0.15的果膠組和添加0.25%、0.2%的瓜爾豆膠組，對照組和添加0.15%瓜爾豆膠組的黏度最低、分別為12.48 mPa·s和 12.40 mPa·s。石玉琴研究發現只有當瓜爾豆膠添加量達到5 g/L時，對酸奶的黏度會有顯著影響[10]。

表3 3種不同濃度添加劑對攪拌型酸奶黏度的影響(mpa.s)

由以上分析可知，在發酵的過程中所有試驗組的黏度均表現為上升趨勢，但黏度變化的快慢差異顯著（P＜0.01）。分別在黏度觀察的6個時間點,對照組的黏度均為最低，CMC試驗組的黏度均為最高，其次為果膠。CMC組內黏度與添加量正相關且差異顯著（P＜0.01）。其中0.15%、0.20%、0.25%三個CMC添加量組分,發酵6 h的黏度分別是對照組在同一時間段黏度的156%、167%和196%。結合感官試驗，黏度的適合范圍應為15±1.0。

2.1.3 穩定劑對酸奶持水力的影響

3種不同濃度穩定劑對攪拌型酸奶持水力影響試驗如表4所示。

表4 3種不同濃度添加劑對攪拌型酸奶持水力的影響（%，n=3）

由表4可以看出，對照組4℃貯藏期，第4 d持水性達到最高,其值為41.34%，到第8 d時酸奶的持水性下降為38.69%，且與第4 d差異顯著（P＜0.05）。添加果膠的X1試驗組在貯藏期組內持水性呈現先上升后下降趨勢，第8 d持水性達到最高（53.10%）16 d時有所下降，但整個試驗觀察期酸奶的持水性均高于對照組（P＜0.05），可見當添加0.15%的果膠時，酸奶在16 d的整個貯藏期持水性已有明顯的提高。添加CMC的X2組，當添加量達到0.25%時，試驗組持水性均高于對照組（P＜0.05）。添加瓜爾豆膠的X3組，第16 d酸奶的持水性高于第1 d的持水性但差異不顯著（P＞0.05）。果膠和CMC的濃度越高持水性越強。0.15%

綜上所述，添加0.15%、0.20%、0.25% 3種不同濃度的果膠均能有效提高酸奶的持水力，濃度越高效果越好。只有當添加CMC-Na的濃度達到0.25%左右時可使酸奶持水力達到最好的效果。添加0.15%、0.20%、0.25%3種不同濃度的瓜爾豆膠對持水力影響不明顯。

2.2 Box-Behnken試驗結果

2.2.1 Box-Behnken試驗設計及結果

選取果膠、CMC-Na和瓜爾豆膠3個因素，高中低3水平,以黏度為評價指標，根據Box-Behnken設計進行17組試驗，試驗結果如表5所示。

2.2.2 模型方程的建立與顯著性檢驗

利用Design-Expert 8.0.6軟件對表3試驗數據進行二次多元回歸擬合，得到酸奶黏度（Y）與果膠（X1）、CMC-Na（X2）和瓜爾豆膠（X3）三個因素的二次多元回歸模型為：Y=15.8-58.1X1+25.8X2-81.9X3-74X1X2+585X1X3+57X2X3。方程的決定系數R2=0.9762，說明該回歸方程的擬合度很好，可通過此方程對試驗結果進行分析，響應面試驗方差分析結果見表6。

由表6看出，該模型P＜0.01(極顯著)，模型決定系數R2=0.976，校正決定系數=0.9463。以上分析表明模型擬合度很好，建立的可解釋94.63%的響應值的變化，模型預測值與實測值間具有高度相關性[18]，可利用此模型對酸奶黏度進行分析預測。

由果表可6知的：因顯素著一性檢次項X 1、X 2、X 3對黏度影響極顯著（P＜0.01）；交互項X1X3對黏度影響顯著（P＜0.01），二次項對黏度影響不顯著；這說明試驗因素與響應值之間不是簡單的線性關系。

2.2.3 響應面試驗交互作用分析

響應面所構成的三維空間曲面圖可以直觀反映出各個因素與響應值的交互作用，提供了一種形象的觀測響應值和試驗參數水平關系的方法[19]。等高線的形狀可以反映兩因素之間交互作用的顯著程度，等高線呈圓形表示兩因素交互作用不顯著，而等高線呈橢圓形則表示兩因素交互作用顯著[20]。結果見圖1。黏度隨穩定劑的增大而增大。對比各圖，各因素對響應面的陡峭程度影響為：CMC-Na＞果膠＞瓜爾豆膠，從圖1（b）可知果膠與瓜爾豆膠間的立體投影-等高線為橢圓形，因素的交互作用影響顯著，這與方差分析結果一致，說明相應面優化設計較好的反應了3種穩定劑對黏度的影響。

表5 響應面試驗設計及結果

表6 響應面二次模型的方差分析

圖1 各因素交互作用對黏度影響的響應面

3 結 論

穩定劑對酸奶品質特性的影響試驗發現，在開始發酵的1 h時發酵酸度最高的為22.95oT，最低為16.24oT，到2 h時對照組的發酵酸度最高為34.17oT，與其它組差異顯著（P＜0.01），可見果膠、CMC-Na、瓜爾豆膠3種穩定劑對乳酸菌在發酵開始的前2 h對產酸速度有明顯的抑制作用，隨著發酵時間的延長，從發酵的第3 h開始抑制作用越來越弱，整個發酵過程這3種穩定劑對酸奶生產的速度不會產生明顯影響。在發酵的過程中所有試驗組的黏度均表現為上升趨勢，但黏度變化的快慢差異顯著（P＜0.01）。在黏度觀察的6個時間點,對照組的黏度均為最低，CMC對黏度的影響最大，其次為果膠。添加0.15%、0.20%、0.25%3種不同濃度的果膠均能有效提高酸奶的持水力，濃度越高效果越好。只有當添加CMC-Na的濃度達到0.25%左右時可使酸奶持水力達到最好的效果。添加0.15%、0.20%、0.25%3種不同濃度的瓜爾豆膠對持水力影響不明顯。酸奶黏度（Y）與果膠（X1）、CM C-Na（X2）和瓜爾豆膠（X3）三個因素的二次多元回歸模型為：Y=15.8-58.1X1+25.8X2-81.9X3-74X1X2+5型85極X顯1X著3+5，7用X此2X模3。型響預應測面穩分定析劑結添果加表量明與，回黏歸度方的程關模系可行。