牛乳和豆乳配比對酸奶品質(zhì)特性的影響

劉念，王芳*，劉紅娜

1(北京農(nóng)學(xué)院 食品科學(xué)與工程學(xué)院, 食品質(zhì)量與安全北京實驗室, 農(nóng)產(chǎn)品有害微生物及農(nóng)殘安全檢測與控制北京市重點實驗室，北京，102206)2(西北民族大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州，730030)

酸奶是世界上最受歡迎的發(fā)酵乳制品之一。近年來，消費者對乳制品的需求增加，促進混合型酸奶的研發(fā)[1]。大豆產(chǎn)品在亞洲國家消費量較高。然而，西方國家的消費者不接受豆制品中的豆腥味和青草味[2]，同時大豆中的低聚糖可能會引起胃腸脹氣[3]，因此限制豆制品在西方國家的消費。

與牛乳類似，豆乳中含有低聚糖和氨基酸，可以維持益生菌的生長[3]。研究表明，利用益生菌發(fā)酵豆乳可以解決大豆的風(fēng)味不良和腸胃脹氣的問題[3]，但是也有研究表明發(fā)酵生產(chǎn)的大豆酸奶存在鈣含量低、風(fēng)味差、質(zhì)地粗糙等缺點[4]。另外，豆乳不能維持某些微生物的生長，例如保加利亞乳桿菌，從而導(dǎo)致產(chǎn)酸不足[5]。因此，很多研究人員利用牛乳和豆乳混合發(fā)酵來改善大豆酸奶的營養(yǎng)、風(fēng)味和質(zhì)地，開發(fā)新品種酸奶[6]。

GRANATA等[4]以保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌作為發(fā)酵劑，研究酪蛋白酸鹽、酪蛋白水解物和乳清蛋白水解物對豆乳酸奶類產(chǎn)品風(fēng)味和質(zhì)地的影響，發(fā)現(xiàn)添加酪蛋白酸鹽和酪蛋白水解物的產(chǎn)品的品質(zhì)與純牛乳酸奶的品質(zhì)類似。DRAKE等[7]以保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌作為發(fā)酵劑，制備添加大豆?jié)饪s蛋白的低脂酸奶，發(fā)現(xiàn)添加1%～2.5%大豆?jié)饪s蛋白的酸奶的品質(zhì)與純牛乳酸奶的品質(zhì)最為接近。SHAHABBASPOUR等[1]探究發(fā)酵劑(酸乳桿菌和干酪乳桿菌)和不同質(zhì)量配比的脫脂牛乳和豆乳(100∶0、75∶25、50∶50、25∶75、0∶100)對大豆飲料品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)脫脂牛乳和豆乳的質(zhì)量配比為50∶50、以干酪乳桿菌作為發(fā)酵劑時大豆飲料的品質(zhì)最好。KAZEMI等[8]將豆乳與牛乳混合，以嗜酸乳桿菌作為發(fā)酵劑，探究酸奶的理化性質(zhì)、微生物和感官特性的變化，發(fā)現(xiàn)牛乳和豆乳的體積比為5∶1混合制備的酸奶的品質(zhì)最好。以上研究表明，牛乳和豆乳的混合會對酸奶的品質(zhì)產(chǎn)生積極影響。有研究指出酸奶的品質(zhì)與發(fā)酵劑關(guān)系密切。目前生產(chǎn)酸奶最常用的發(fā)酵劑是保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌，然而關(guān)于利用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌作為發(fā)酵劑，探究不同配比的牛乳和豆乳對酸奶品質(zhì)影響的研究較為缺乏。

因此，本研究利用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌作為發(fā)酵劑，探究牛乳和豆乳配比對酸奶品質(zhì)的影響。利用持水力(water holding capactiy,WHC)評價酸奶的穩(wěn)定性，利用微觀結(jié)構(gòu)與流變學(xué)指標揭示酸奶的凝膠強度，利用感官指標評價消費者偏好和產(chǎn)品可接受性。本研究將為混合乳酸奶的開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試劑與設(shè)備

生牛乳，蛋白質(zhì)含量(3.05±0.03)%(質(zhì)量分數(shù))，脂肪含量(3.62±0.04)%(質(zhì)量分數(shù))，北京富春農(nóng)場；直投式發(fā)酵劑(經(jīng)典益生菌型，含有保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌)，安琪酵母股份有限公司；大豆，黑龍江黑土小鎮(zhèn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司；白砂糖，太古糖業(yè)有限公司；濃硫酸、硫酸銅、硫酸鉀、氫氧化鈉、鹽酸、甲基紅、溴甲酚綠、無水乙醇、石油醚、乙醚等，北京化工廠。

DH-101-2恒溫培養(yǎng)箱，中國中環(huán)有限公司；AR2000流變儀，TA儀器公司；S-3000 N冷凍掃描電子顯微鏡，日本Hitachi公司；K1100全自動凱氏定氮儀，海能科學(xué)儀器有限公司；Centrifuge5810低速離心機，德國Eppendorf公司；pH計，上海儀電科學(xué)儀器有限公司。

1.2 酸奶的制備

豆乳的制備參考MULLIN等[9]的方法，最終得到的豆乳含有(3.41±0.05)%蛋白質(zhì)和(1.82±0.06)%脂肪。混合乳酸奶的設(shè)置如下：M，m(牛乳)∶m(豆乳)=100∶0；A，m(牛乳)∶m(豆乳)=75∶25；B，m(牛乳)∶m(豆乳)=50∶50；C，m(牛乳)∶m(豆乳)=25∶75；S，m(牛乳)∶m(豆乳)=0∶100。將純?nèi)榛蛘呋旌先閿嚢杈鶆蚝螅尤?0 g/L蔗糖，在20 MPa、55 ℃條件下均質(zhì)，90 ℃加熱10 min殺菌后，迅速冷卻至43 ℃接種1 g/L發(fā)酵劑，發(fā)酵至pH=4.8，冷卻并在4 ℃貯存。在酸奶制備過程中采用pH計進行pH值的測定。

1.3 理化指標的測定

根據(jù)WANG等[10]的方法采用凱氏定氮(Kjeldahl)法和羅茲-戈特里(Rose-Gottlieb)法對貯存1 d酸奶中的蛋白質(zhì)含量和脂肪含量進行測定。

1.4 持水力的測定

采用FERRAGUT等[11]的方法測定貯存1 d酸奶的持水力。取30 g酸奶樣品在20 ℃，480×g條件下離心10 min。持水力為離心除去上清液后的樣品質(zhì)量與樣品初始質(zhì)量的比值。

1.5 流變學(xué)指標的測定

將貯存1 d的酸奶在25 ℃下平衡5 min，按順時針方向攪拌5次，取適量置于載物臺上，使用直徑40 mm 的鋁探針，間距1 mm，溫度25 ℃，在線性黏彈性區(qū)域內(nèi)，以0.5%的應(yīng)變進行頻率掃描(頻率0.1～10 Hz)。

1.6 微觀結(jié)構(gòu)的測定

采用LI等[12]方法測定貯存1 d酸奶的微觀結(jié)構(gòu)。取少量酸奶樣品至冷凍標本保持架上，放置于液氮中固定，固定后將樣品折斷，在-85 ℃下升華35 min，樣品斷面噴金，使用冷凍掃描電子顯微鏡觀察，放大倍數(shù)為3 000倍。

1.7 感官評定

在酸奶分別貯存1、3、7、14、21、28 d后取樣進行感官分析。選擇本校食品科學(xué)與工程學(xué)院50名喜愛酸奶的同學(xué)組成感官評定小組。小組成員被安排在私密的隔間里，在品嘗樣品之間提供蒸餾水。酸奶樣品(50 mL)裝在透明塑料杯中并隨機編號。感官屬性為風(fēng)味(50分)、質(zhì)地(30分)、外觀(20分)，總分為100分。參考LI等[13]方法，每種感官屬性都以10分制評分(從1分=非常不喜歡～10分=非常喜歡)，然后按比例轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的分數(shù)。樣品的總分為各成員得分總分的平均分。

1.8 數(shù)據(jù)分析

所有樣品均重復(fù)測定3次。方差分析借助SPSS 17.0完成，所得數(shù)據(jù)采用單因素方差分析(one-way ANOVA)進行分析。P<0.05為差異顯著；圖表借助Origin 8.0完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 酸奶發(fā)酵過程中pH值的變化

牛乳和豆乳配比對酸奶發(fā)酵過程中pH值的影響如圖1所示。所有樣品在發(fā)酵過程中pH值的變化趨勢基本一致：發(fā)酵開始的3 h，pH值下降緩慢，之后下降迅速。樣品間初始pH值無顯著性差異(P>0.05)；但pH值從6.5降至4.8所需時間差異顯著(P<0.05)。M和S樣品的發(fā)酵時間約為6.2 h，A、B、C樣品發(fā)酵后期pH值下降速度較快，發(fā)酵時間顯著性縮短，約為5 h，且3個樣品間無顯著性差異(P>0.05)。

2.2 蛋白質(zhì)和脂肪含量

圖2為牛乳與豆乳配比對貯存1 d的酸奶的蛋白質(zhì)和脂肪含量的影響。隨著豆乳比例的增加，酸奶中蛋白質(zhì)含量顯著性增加，脂肪含量顯著性降低(P<0.05)。

2.3 持水力

牛乳與豆乳配比對貯存1 d的酸奶的持水力的影響如表1所示。與含有豆乳的樣品相比，僅用牛乳制備的M樣品持水力最高。隨著豆乳比例的增加，A、B、C樣品的持水力顯著性降低(P<0.05)，25%牛乳和75%豆乳制備的C樣品的持水力最低。S樣品的持水力略有增加，達到A樣品的水平，但仍顯著性低于M組的持水力(P<0.05)。

表1 不同配比的牛乳與豆乳制備的酸奶貯存1 d的持水力Table 1 The water holding capacity of yogurt prepared from different ratios of cow milk and soymilk at 1 d

2.4 流變學(xué)特性

圖3為牛乳與豆乳配比對貯存1 d的酸奶的流變學(xué)特性的影響。所有樣品的儲能模量均高于損耗模量(圖3-a，圖3-b)，tanδ值在0.24～0.36(圖3-c)。在頻率掃描過程中，儲能模量和損耗模量隨剪切頻率的增加而增加，tanδ值先略有下降，然后呈現(xiàn)不同程度的增長，最后降低。C和S樣品的儲能模量和損耗模量的變化較其他樣品更加顯著。在任何剪切頻率下，酸奶的儲能模量和損耗模量的大小順序為C>S>B>A>M，tanδ值的大小順序為M>A>B>S>C。

2.5 微觀結(jié)構(gòu)

圖4為利用冷凍掃描電子顯微鏡對儲存1 d的酸奶進行微觀結(jié)構(gòu)測定的結(jié)果。所有酸奶的微觀結(jié)構(gòu)均呈現(xiàn)三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，但是在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的平滑度、乳清通道的大小以及微孔的數(shù)量上存在顯著性差異。M樣品的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)光滑規(guī)則，由酪蛋白膠束和分布均勻的乳清通道組成(圖4-a)。S樣品的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)也比較光滑平整，但是與M樣品相比，乳清通道更大，蛋白質(zhì)基質(zhì)密度更大(圖4-e)。與M和S樣品相比，A、B和C的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)更加粗糙，大量微孔分散其中(圖4-b～圖4-d)，乳清通道的大小和蛋白質(zhì)基質(zhì)的密度介于S和M樣品之間。其中，B樣品的乳清通道更大，微孔數(shù)量也更多。

2.6 感官評定

牛乳與豆乳的配比對酸奶貯存過程中感官評價的影響如圖5所示。所有樣品在貯存初期的總分均較為穩(wěn)定，之后顯著性下降。M樣品在貯存前7 d品質(zhì)最好，之后總分下降，尤其在第28天總分下降最為顯著。貯存前期，A樣品的總分與M樣品的總分無顯著性差異(P>0.05)，但在貯存28 d時A樣品的總分顯著性高于M樣品的總分(P<0.05)。m(牛乳)∶m(豆乳)=50∶50制得的B樣品在貯存前21 d總分較高，之后略有下降，但也顯著性高于相同貯存時間的其他樣品(P<0.05)。隨著豆乳比例的進一步增加，C和S樣品的總分在整個貯存期間都顯著性低于其他樣品(P<0.05)。

2.7 M組純牛乳酸奶

與奶酪的制備相比，酸奶的加工過程中沒有排乳清過程，因此產(chǎn)品中的蛋白質(zhì)和脂肪含量取決于原料中的蛋白質(zhì)和脂肪含量。牛乳中可溶性磷酸鈣、酪蛋白膠束的堿性氨基酸側(cè)鏈等都具有高緩沖能力[1,14]，因此在發(fā)酵初期，M樣品的pH值無顯著變化。隨后，發(fā)酵劑發(fā)酵乳糖產(chǎn)生大量乳酸，pH值迅速下降。隨著牛乳pH值的降低，酪蛋白膠束之間的靜電斥力降低，疏水作用增強，從而形成包裹脂肪和乳清的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。本研究中，M樣品的微觀結(jié)構(gòu)與之前報道過的酸奶的微觀結(jié)構(gòu)相似[15]。緊密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和較小的乳清通道賦予M樣品較高的持水力，這與其他研究中緊密的酪蛋白膠束網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能夠保持水分的現(xiàn)象是一致的[16]。在頻率掃描過程中，儲能模量總是高于損耗模量，表明酸奶是以彈性為主的凝膠，與以前的研究一致[17]。酸奶中蛋白質(zhì)之間鍵的數(shù)量、類型和強度是流變學(xué)特性的基礎(chǔ)。M樣品的蛋白質(zhì)含量最低，蛋白質(zhì)之間鍵少，導(dǎo)致較低的儲能模量和損耗模量以及較高的tanδ。酸奶貯存1 d時，M樣品呈現(xiàn)乳白色，具有典型的奶油味，酸甜適中，質(zhì)地均勻，因此總分較高。貯存過程中，蛋白質(zhì)的水解產(chǎn)生多種風(fēng)味化合物，如乙醛和2,3-戊二酮[13]等，使M樣品感官評分略有提高。然而，pH值的不斷降低使酪蛋白膠束發(fā)生聚集，導(dǎo)致乳清分離和酸度增加，因此貯存后期M樣品總分下降。類似的現(xiàn)象在以前的研究中也有報道[13]。

2.8 S組純豆乳酸奶

豆乳中蛋白質(zhì)含量比牛乳中蛋白質(zhì)含量高，脂肪含量比牛乳中脂肪含量低，因此S樣品的蛋白質(zhì)和脂肪含量分別高于和低于M樣品，這與LEE等[18]的報道一致。已有研究表明，豆乳的緩沖能力低于牛乳[1]，此外，豆乳中的益生元(如低聚糖)可以豐富發(fā)酵菌的培養(yǎng)基[8]，因此S樣品的發(fā)酵過程可能快于M樣品的發(fā)酵過程。然而也有報道表明，保加利亞乳桿菌不能發(fā)酵蔗糖和大豆中其他碳水化合物，因此使用100%豆乳會導(dǎo)致特定發(fā)酵菌缺乏必要的營養(yǎng)物質(zhì)，從而減慢酸奶的發(fā)酵過程。上述2種影響的共同作用導(dǎo)致S和M樣品的發(fā)酵時間無明顯差異。對豆乳進行熱處理后，蛋白質(zhì)(主要為7S和11S)組分發(fā)生變性并重新排列成可溶性復(fù)合物，發(fā)酵過程中，蛋白質(zhì)之間的靜電斥力減小，在疏水作用、氫鍵等相互作用下形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。與M樣品相似，S樣品的微觀結(jié)構(gòu)也較為均勻，這與之前研究報道指出酸誘導(dǎo)的豆乳凝塊具有均勻的結(jié)構(gòu)是一致的[19]。S樣品的蛋白質(zhì)含量高于M樣品，因此蛋白基質(zhì)密度更大，這與之前的研究相似，即添加蛋白質(zhì)的強化酸奶比不添加蛋白質(zhì)的酸奶的結(jié)構(gòu)更為致密[15]。大豆蛋白具有較高的持水力，可能貢獻于S樣品的持水力，這在含有乳清蛋白和多糖的酸奶中也有報道[16,20]。然而，微觀結(jié)構(gòu)顯示S樣品乳清通道更大，從而造成S樣品的持水力顯著性低于M樣品的持水力。由于S樣品中蛋白質(zhì)含量高，蛋白質(zhì)之間鍵更多，因此儲能模量和損耗模量較高。PARK等[21]發(fā)現(xiàn)不同配比的脫脂乳和豆乳制備的酸奶的硬度隨豆乳添加量的增加而增加。CHENG等[22]研究發(fā)現(xiàn)，豆乳酸奶的穿透力是純牛乳酸奶的3倍。這些結(jié)果與本研究中S樣品的模量值高于M樣品的模量值的結(jié)果是一致的。酸奶貯存1 d時，S和M樣品除味道外，在外觀和質(zhì)地上無顯著性差異。與M樣品的奶油味相比，S樣品具有明顯的大豆味。大豆氣味在西方國家不受歡迎，因此在一些研究中僅用豆乳制備的酸奶風(fēng)味得分低[1]。然而本研究的小組成員是常吃豆制品的中國人，因此S和M樣品的感官總分無顯著性差異。在貯存后期，S樣品酸度增加、質(zhì)地變得粗糙導(dǎo)致總分下降。

2.9 A、B、C組混合乳酸奶

在牛乳中添加豆乳可以增加蛋白質(zhì)含量、降低脂肪含量，因此豆乳比例高的酸奶中蛋白質(zhì)含量高、脂肪含量低。A、B、C樣品同時含有益生元和必要營養(yǎng)物質(zhì)(主要是乳糖)，因此A、B、C樣品的發(fā)酵過程要快于M和S樣品。SHAHABBASPOUR等[1]發(fā)現(xiàn)，用牛乳和豆乳混合制備的酸奶(質(zhì)量比75∶25或50∶50)的pH值下降和酸度增加的速度比只用牛乳或豆乳制備的酸奶要快，這與本研究結(jié)果一致。GRYGORCZYK等[23]發(fā)現(xiàn)，在脫脂乳(2%蛋白質(zhì))和豆乳(2.5%蛋白質(zhì))與葡萄糖酸內(nèi)酯的混合物中，大豆蛋白在酪蛋白膠束形成之前就已經(jīng)聚集，因此未聚集的酪蛋白膠束被包裹在大豆蛋白凝膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中。我們推測B和C樣品中豆乳比例高，少量的酪蛋白膠束會阻礙發(fā)酵過程中大豆蛋白的聚集，導(dǎo)致微孔的形成，B樣品比C樣品的酪蛋白膠束更多，因此存在更多的微孔。在A樣品中，大豆蛋白含量較低，酪蛋白膠束的聚集占據(jù)主要地位，因此微孔數(shù)量較少。與M樣品相比，A、B、C樣品的乳清通道更大，微孔數(shù)量更多。多孔的微觀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致較差的持水力[20]。A樣品的乳清通道更小，但存在微孔，因此A樣品與S樣品的持水力無顯著性差異。多孔的微觀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致B和C樣品的持水力低于S樣品的持水力。豆乳比例增加造成A、B、C樣品的儲能模量和損耗模量高于M樣品，但A、B樣品的儲能模量和損耗模量仍低于S樣品。酸奶貯存1 d時，A、B樣品的總分均高于其他組。除質(zhì)地和外觀，A和B樣品的風(fēng)味較好，包括適宜的酸味、甜味和輕微的大豆味。C樣品中豆乳比例較高，大豆味更重，因此總分低于A和B樣品。貯存過程中，B樣品的總分較高，酸度的增加造成貯存28 d 時總分下降。大豆蛋白的高持水力是貯存28 d時A樣品的總分高于M樣品的主要貢獻者。C和S樣品在貯存期間總分無顯著性差異。

3 結(jié)論

與純牛乳和純豆乳制備的酸奶相比，混合乳酸奶顯示出不同的理化性質(zhì)、流變學(xué)特性、微觀結(jié)構(gòu)和感官特性。在純牛乳和純豆乳酸奶中，酪蛋白膠束或大豆蛋白的單獨聚集賦予酸奶光滑的微觀結(jié)構(gòu)和較高的持水力。在混合乳酸奶中，酪蛋白膠束與大豆蛋白的雙重聚集導(dǎo)致酸奶結(jié)構(gòu)粗糙，產(chǎn)生大量微孔，持水力降低。然而，牛乳和豆乳的混合賦予酸奶獨特的風(fēng)味和良好的貯存品質(zhì)，隨著豆乳比例增加，混合乳酸奶的儲能模量和損耗模量增加，大豆風(fēng)味增強。整體上，m(牛乳)∶m(豆乳)=50∶50制備的酸奶在28 d貯存期內(nèi)具有良好的風(fēng)味、較高的感官分數(shù)和貯存穩(wěn)定性。