黑米發酵乳酪工藝及其成品分析

韋劍思 ，韋劍歡，蒲海燕，李梅，陳秀霞*，曹靖

1. 廣西大學（南寧 530500）；2. 廣西工商職業技術學院（南寧 530500）；3. 廣西百菲乳業股份有限公司（欽州 535000）

2019年，廣西省出臺關于推進奶業振興打造南方奶業強區的實施意見推進奶業振興打造特色乳制品；意見提到提高水牛奶產量，打造特色乳制品！實施意見要求優化乳制品產品結構，在生產液態奶產品的同時，重點支持開發以水牛奶為原料的奶酪、功能性乳制品等高端產品。目前，廣西已有奶企利用本地水牛奶的品質優勢，打造廣西特有的水牛奶干酪產業。水牛奶含有豐富的乳蛋白和乳脂肪，營養價值優于普通牛奶。“水牛奶是廣西的一大特色，但可惜整體的規模及體量比較小”。廣西水牛研究所所長黃加祥介紹，目前廣西自產牛奶量約10萬 t/年，其中水牛奶約3萬 t，僅占比三成。因此，對水牛奶的開發利用迫在眉睫，水牛乳制成乳酪產品是目前研究的熱點之一，為了開發更多營養豐富的奶酪產品，研究擬采用黑米作為水牛乳制成乳酪的添加原料之一，開發新型口味的乳酪產品。

黑米也是廣西種植較多的品種，黑米具有滋陰補腎、健脾暖肝、補益脾胃、益氣活血、養肝明目等療效[1]，況且必需氨基酸精氨酸和組氨酸的含量也高于白米，對兒童有益處[2-3]。黑米色素是重要的生物活性物質，是清除自由基和抗氧化的良好佳品[4-8]。

黑米由于其本身營養物質的不同，不易煮熟且熟化后口感較差，黏彈性不足，粗糙感明顯[9]，人們對這種的接受程度不高，難以達到滿意的要求，因此，需要將黑米與其他產品混合開發口味更豐富的品種，以彌補黑米本身的缺陷成為必然的趨勢。通過一定的加工手段，可以激發黑米某些營養物質的釋放[10]，例如在微生物的發酵作用下，黑米的膳食多酚物質被釋放，從而提高產品的營養品質。對黑米進一步深加工的研究和利用多種多樣，目前，市場上供應的大多是以純配制法生產的黑米汁飲料，由于在加工過程中過多地依賴于添加劑，使飲料的質量、風味及營養難以提高。與此相比，利用微生物發酵技術生產的黑米發酵而制成的乳產品，不論在色、香、味還是在營養、保健方面都是比較理想的產品。因此，研究黑米發酵乳產品是近幾年國內外食品研究工業引人矚目的課題之一。但我國尤其在廣西，利用黑米進行加工的水牛發酵乳幾乎成為市場空白，高附加值產品較少，進一步開發黑米發酵水牛乳新產品，特別是黑米固體水牛發酵奶，即類似奶酪制品的研制具備市場潛力，類奶酪制品具備液體奶制品更高的營養價值、攜帶方便、儲存期更久的優點，因此，研制黑米水牛發酵奶奶酪制品將是順應市場發展需求的選擇，符合人們追求健康、營養、味道好的乳產品的需求。

研究目的在于針對已有的技術現狀，進一步開發多樣性的特色產品，為黑米的深加工提供技術支持，同時優化和改善水牛乳的營養結構，加快產業生產，提高產品產量、質量，通過感官評價來選擇適合的工藝參數，為黑米乳酪的工業化生產提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

百菲酪水牛奶（廣西百菲乳業有限公司）；發酵劑（雙歧桿菌：昆山百生優生物科技有限公司）。姜粉、凝乳酶、低聚異麥芽糖、蔗糖、白砂糖等，均為市售。

1.2 儀器與設備

JG-04高速萬能粉碎機（上海市精益工貿有限公司）；XMTD-204數顯式電熱恒溫水浴鍋（天津歐諾儀器儀表有限公司）；YP1201N電子天平（上海精密科學儀器有限公司）；FJX-11德瑪仕發酵箱[瑪仕（北京）自控設備有限公司]；PHF-3C酸度計（上海雷磁科技有限公司）；LC-LX-H165A高速離心機（上海力辰儀器科技有限公司）。

電磁爐、鍋，市售。

1.3 方法

1.3.1 黑米發酵水牛乳酪加工流程[11-13]

黑米→粉碎→添加適量純凈水混合煮熟成米糊→冷卻至室溫→添加水牛乳、1%～3%低聚異麥芽糖粉→添加發酵劑→保溫發酵（40±2 ℃）→升溫、添加姜粉及凝乳酶→凝乳→切割→加熱收縮→排乳清→熱燙→冷卻→壓榨成型→真空包裝→成品

1.3.2 工藝要點[14-15]

1.3.2.1 黑米糊制備

稱取適量的黑米進行粉碎，將粉碎后的黑米與水按1∶5～1∶6的質量比混合煮制，注意在煮米糊過程中要不斷攪拌，注意不要讓米糊燒焦，約5～10 min停火，冷卻至室溫待用。

1.3.2.2 原料乳制備

市售水牛奶按比例準備好放置水浴鍋加熱，將按比例稱好的蔗糖（添加量為水牛乳質量的8%～10%，作為甜味劑使用）和CaCl2分別加入牛奶中，攪拌至溶解。

1.3.2.3 混合、均質、殺菌

將冷卻后的黑米糊按1∶2.1～1∶2.5的質量比與水牛奶混合，攪拌均勻，并按事先預設的原料配比添加1%～3%低聚異麥芽糖，將上述混合液進行均質，然后在一定壓力下均質一次，再經過殺菌；得到滅菌后的混合液待用，所述均質條件是在19～21 MPa壓力下均質一次，再經過98～100 ℃殺菌3～5 min；得到滅菌后的黑米水牛乳混合液，待用。

1.3.2.4 發酵

殺菌后的混合液添加0.15%～0.2%的發酵劑，在38～ 42 ℃條件下保溫發酵1.5 h，使發酵體系具備一定的酸度，pH在4.6～6.5停止發酵。

1.3.2.5 凝乳

黑米與水牛乳混合發酵后，對發酵后的體系用水浴鍋進行升溫，升溫過程中不斷攪拌，將發酵后的體系升溫至預先設定值，添加凝乳酶或者生姜粉或者兩者的混合物。

1.4 計算

1.4.1 成品持水力測定方法

用規格是50 mL的離心管，稱量離心管的質量，記為A，向管中加入約25 g黑米發酵乳酪成品，管和樣品質量記為A1，在4 ℃、4 000 r/min條件下離心10 min，靜置5 min后，倒掉上清液稱其質量，記為A2。

成品水牛發酵乳酪成品的持水力測定參照文獻[16，18]計算方法，如式（1）所示。

1.4.2 成品乳酪出品率計算方法

參照文獻[18-19]的計算方法。稱取一定量成品，根據成品獲得率計算乳酪出品率，同時計算出制作過程損失率。實測出品率按式（2）計算，制作損失率按式（3）計算。

1.4.3 成品其他理化指數

按國家標準進行檢測，送檢第三方檢測。

1.5 工藝優化試驗說明[20]

1.5.1 影響因素：黑米添加量

設計5個梯度黑米添加量：2%，4%，6%，8%和12%。

1.5.2 影響因素：凝乳酶添加量

設計3個梯度凝乳酶添加量：在沖漿前凝乳酶活化，分別稱取1%，2%和3%的凝乳酶，添加適量的蒸餾水，置于38 ℃下活化至少30 min后使用。

1.5.3 影響因素：凝乳溫度

設計4個溫度梯度凝乳溫度：發酵后的黑米水牛奶體系升溫分成4份，分別升溫至40，50，60，70和80 ℃待沖漿使用。

1.5.4 影響因素：姜粉添加量

設計4個梯度姜粉添加量：在沖漿前凝乳酶活化，分別稱取0.5%，0.8%，1%和1.5%的姜粉添加到黑米水牛乳發酵體系中。

1.5.5 影響因素：pH

設計不同pH條件下對凝乳的影響。

在其他變量不變的條件下，按照正交因素表（表1）進行試驗。

表1 正交試驗因素表

1.5.6 感官評價

感官評價參考文獻[17，21]的相關方法，對黑米發酵奶酪的滋味、氣味、組織狀態、質地、色澤進行評價。以有感官品嘗經驗的10人組成感官評定小組，對產品的色澤、滋味氣味及成品的組織形態、質地5個方面進行評價，以參評人員所給分數的平均值作為最終評分[22]。感官評定標準見表2。

表2 黑米發酵乳酪的感官評分標準

2 結果與討論

2.1 正交試驗對結果的影響分析

2.1.1 黑米添加量對成品感官評價的影響

由圖1可以看出成品感官評價得分隨著黑米添加量的增加而逐漸增加，當添加量6%～8%時黑米水牛乳特征明顯，顏色合適，呈紫色或者玫瑰紫色。添加過多顏色過深，成品糙味加重，口感不夠細膩滑爽，黑米下層聚集沉淀加深，上層表面較粗糙的顆粒感增多，感官品評價較低；添加過少黑米香味不足，不能體現產品特色。在添加量6%～8%時感官評分最高，口感品質最佳，乳酪質地均勻，顏色呈淡紫色，增加食欲。

圖1 黑米添加量對成品感官評價的影響

2.1.2 溫度對成品感官評價的影響。

在40～80 ℃范圍內進行沖漿后再添加適量凝乳酶靜止凝乳。由圖2感官品評趨勢線可以看出：在40～55 ℃范圍內評分都在88分以上，在實際感官評價中，溫度范圍在40～50 ℃時凝乳完全，結實無裂痕，質地均勻，60～70 ℃凝乳較好，呈半凝固狀態，質地均勻，有裂痕；80 ℃凝乳呈流動狀態，從凝乳酶的活性角度來說，溫度過高或過低都會影響酶活性，雖然添加了生姜粉，生姜粉中具有生姜蛋白也具備凝乳能力，但是由于生姜粉在此次研究中更多是作為調味劑的作用加入，而非作為凝乳劑作用加入，其加入量少，影響較少，綜合認為，最佳溫度選擇在40～55 ℃之間。

圖2 溫度對成品感官評價的影響

2.1.3 凝乳酶添加量對成品感官評價的影響

凝乳酶添加量在1%～3%范圍內對縮短凝乳時間無明顯影響，都能完全凝乳。從圖3品評結果來看，1%～2%添加量時分數較高，1%～2%的凝乳酶添加量成品柔軟、細膩、有彈性、滋味良好，但凝乳酶添加到3%的時候，初品評差別不大，但放置一個星期后再品嘗成品略帶苦味，彈性較差，這有可能是由于放至后成熟，蛋白質進一步降解，小分子苦味肽增多，因此選擇1%～2%的凝乳酶添加量。

圖3 凝乳酶添加量對成品感官評價的影響

2.1.4 姜粉添加量對感官品評的影響[23-24]

采用姜粉相對來說操作需要多幾個步驟：將姜粉用熱水或混合有機溶劑溶解后過濾，濾掉姜粉渣，提取濾液使用，否則，口感不佳，有姜粉渣味，口感粗糙。

由圖4可以看出，添加量在0.5%時姜香味不明顯，超過1.5%以后辛辣味比較重，阻礙了奶香味及黑米香味的發揮，0.8%～1%區間評分較高，口感體驗最佳。

圖4 姜粉添加量對成品感官評價的影響

2.1.5 pH的影響

試驗選取pH 5.5～6時，凝乳時間較短，從混合到表面凝乳大概需要1 h，而pH范圍低于5.5或者高于6時，凝乳時間相對延長5～10 min以上。

2.2 小結

通過以上因素對成品感官品評得分情況分析，最佳的工藝參數選擇：黑米添加量6%～8%、凝乳溫度40～55 ℃、凝乳酶添加量1%～2%、姜粉添加量0.8%～ 1%。

以下是最佳工藝參數制備的成品指數分析及檢測結果。

2.2.1 持水力

物料與水結合的緊密程度可用持水力來進行判斷。采用離心機脫水，試驗共做了12個平行樣品，持水力大說明產品穩定指數較好，相反，則說明凝乳效果較差。

從表3可看出，產品的持水力相對來說處于中等偏上范圍，由于凝乳后期有一定的排乳清步驟和排水步驟，在持水力方面產品表現較好，能凝結成軟質塊狀固體。

表3 持水力測定數據表

2.2.2 成品理化指標

加入黑米對成品產生一定影響，使得乳酪整體的營養價值更加豐富和多樣，包括提升碳水化合物含量以及膳食纖維含量，用純乳制備膳食纖維含量為0，加了黑米后增加膳食纖維含量，對豐富營養起到促進作用。

表4 成品理化數據

2.2.3 感官品評及外觀指數

外觀呈淡紫色，顏色均勻，表面無裂痕，質地均勻，口感細膩柔滑，軟硬適中，呈現淡淡的酸甜味及辛辣味。階段性終成品見圖5。

圖5 階段性終成品圖片

2.2.4 出品率

按照最終產品所得質量與加入物質總量的比率去計算，共計做了8個平行樣品，最終測定乳酪得率為28.9%～35.1%，乳酪得率相對來說較好，但平行樣之間的差別較大，可能是操作誤差引起的，產品的穩定性有待繼續研究，出品率在結果中也稱乳酪得率，見表5。

表5 乳酪得率數據表

2.3 工藝創新點

研究采用的工藝添加了生姜成分，生姜中含有大量的生姜蛋白酶粗提物、姜油樹脂和姜精油[25]，試驗結果表明在沖漿溫度為50～55 ℃時，姜粉與凝乳酶結合具有良好的凝乳作用，所以可以與奶制品中的蛋白成分形成絡合物而凝結。

研究黑米作為主料，由于黑米黏性較低，與水牛乳混合增加了凝乳的難度，但此次研發采用的工藝做了雙重保障，主要體現在：一方面加了發酵劑，微生物發酵本身使蛋白物質分解，產生親水基團的氨基酸及肽，促進產品空間結構的穩定性，第二方面添加了凝乳酶，保證了凝乳的進行，第三方面是添加了生姜的成分，生姜中含有生姜蛋白酶，可以作用于乳制品中的蛋白質（水解αS1-、β-和κ-酪蛋白）[22]，進一步促進凝乳，同時使奶制品有淡淡辛辣香味，刺激味蕾，促進食欲，在項目后期會進行單獨利用姜粉提取物作為凝乳劑的試驗研究，爭取在凝乳方面取得更大的突破。

研究黑米作為主料，由于黑米黏性較低，密度相對牛乳較大，黑米與水牛乳混合靜止過久會產生分層現象，故在發酵階段之前需要將黑米與水牛乳進行高壓均質處理，均質處理的目的在于防止分層，且在發酵步驟注意攪拌，這是針對黑米水牛乳發酵特有的制備方法，同時，改善水牛乳的營養結構，使其具備一定量的維生素及膳食纖維。

3 結論

研究表明：原料中黑米添加量、研磨細度、均質程度、凝乳溫度、姜粉添加量、凝乳酶添加量、pH均會對研究成品黑米發酵水牛乳酪的品質產生影響；工藝中姜粉也作為調味劑，使成品具有淡淡的姜香味和辛辣味，酸酪乳成品具有細膩綿軟、酪香濃郁、回味悠長、穩定性好等有益效果。通過感官品評，得出最佳工藝參數：黑米與水按1∶5～1∶6制成黑米糊后，黑米糊與原料水牛乳按1∶2.1～1∶2.5比例混合，以此混合液質量為基準，添加低聚異麥芽糖1%～3%、發酵菌種0.15%～0.2%、凝乳酶1%～2%、姜粉0.8%～1%，凝乳溫度40～55 ℃。在此條件下所制的黑米水牛乳酪顏色呈紫色，質地均勻，口感嫩滑，有黑米和生姜獨特的香味，口感協調，有良好的余味。

此次研究僅作為階段性成果，產品后續的凝乳特性及營養特點有待進一步研究，供乳酪產品開發提供參考依據。從試驗過程和結果來看，目前研究還存在部分條件未完全成熟，乳酪的流變學性質有待進一步研究，姜粉完全作為凝乳劑所產生的辛辣味，需要找到更適合的掩蔽劑，產品口味需要進一步開發，姜粉的工藝對凝乳的影響有待進一步研究，用姜粉作為凝乳劑的黑米乳酪產品的保質期方面有待進一步研究，