牦牛乳與豆乳比例、益生菌和濃縮果汁種類對發酵飲料品質的影響

張玉雙,代安娜,2,丁功濤,2,羅麗,王寶民,劉紅娜,2*,丁波*

1(西北民族大學 生命科學與工程學院,甘肅 蘭州,730030) 2(生物醫學研究中心中國-馬來西亞國家聯合實驗室(西北民族大學),甘肅 蘭州,730030) 3(甘南牦牛乳研究院,甘肅 蘭州,730000)4(甘肅綠能農業科技股份有限公司,甘肅 武威,733000)

牦牛乳富含脂肪(5.5%～7.5%)、蛋白質(4.0%～5.9%)和乳糖(4.0%～5.9%)[1],但產量少,受季節性限制,每個泌乳期每頭牦牛產乳150～500 kg,僅為傳統奶牛產奶量的1/10[2],極大限制了牦牛乳產業的發展。

我國大豆產量豐富,大豆含有30%～45%的蛋白質及人體所需必需氨基酸[3],豐富的不飽和脂肪酸、膳食纖維、礦物質和維生素等,具有降血脂、降膽固醇、預防心血管疾病等功效[4-5]。但豆乳的豆腥味及棉子糖、水蘇糖等脹氣因子[6]難以被消費者接受。通過益生菌發酵可改善豆乳的風味和口感,有助于改善腸道微生物平衡,同時能降低豆乳低聚糖含量,提高游離異黃酮水平[7]。嗜酸乳桿菌和副干酪乳桿菌具有抗菌、抗癌、降低膽固醇和緩解乳糖不耐癥等健康益處[8-9],因此研究選用嗜酸乳桿菌和副干酪乳桿菌為益生菌菌株。

目前國內外的研究主要集中在益生菌發酵飲料的工藝優化以及產品研發方面[10-11]，研究表明菌株選擇是獲得足夠酸化率的一個重要因素。且使用菌株混合培養可以減少發酵時間和令人不愉快的味道，然而，關于益生菌與發酵劑混合在不同的牦牛乳和豆乳組合中的情況未見報道。本文以牦牛乳和豆乳為原料,分別選取嗜酸乳桿菌和副干酪乳桿菌為益生菌,添加濃縮果汁制備新型發酵飲料,旨在確定發酵結束時牦牛乳與豆乳的比例和益生菌種類對發酵飲料理化、微生物和感官特性的綜合影響,并分析4 ℃冷藏期間濃縮果汁對發酵飲料活菌數和感官屬性的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

牦牛乳,甘肅華羚;黃豆,黑龍江陽光種業有限公司;濃縮果汁(草莓、梨、桃、藍莓；固形物含量分別為52、65、60、42°Brix),福建綠泉食品有限公司；商品混合發酵劑YF-L922 (保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌)、益生菌(嗜酸乳桿菌LA-5、副干酪乳桿菌LC-01),科漢森(中國)；乳酸、乙酸標準品，上海北諾生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

JA2003N型電子天平、TG16-WS型高速離心機、DHG—9241A型恒溫培養箱,上海一恒科學儀器有限公司;PHS-3C型pH計,北京科偉儀器有限公司;LC-20A Prominence液相色譜儀,日本島津公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 豆乳的制備[12]

選用粒籽飽滿、光滑圓整的黃豆,豆水比1∶3(g∶mL)于20 ℃浸泡10 h。用大豆干重7倍水磨漿,過濾備用。

1.3.2 發酵飲料的制備

分別以100∶0、75∶25、50∶50、25∶75、0∶100的質量比混合脫脂牦牛乳與豆乳,85 ℃殺菌30 min,冷卻至40 ℃用發酵劑YF-L922分別與益生菌LA-5、LC-01組合接種混合脫脂牦牛乳與豆乳(發酵劑、益生菌各接種0.01%)。(40±0.2)℃恒溫發酵,pH至4.6±0.02時發酵結束,將產品冷卻至4 ℃。選取益生菌活菌數最高及感官品質最佳的產品,分別添加草莓、梨、桃、藍莓濃縮果汁(添加量均為12%)、糖(添加量6%),添加完成后將所得4種產品進行21 d冷藏。

1.3.3 pH和滴定酸度的測定

pH值采用pH計測定。可滴定酸度參照GB 5009.239—2016 《食品安全國家標準 食品酸度的測定》的方法進行測定。

1.3.4 乳酸、乙酸含量的測定

精確稱取乳酸、乙酸標準品,用水稀釋并定容至100 mL制成混合標準儲備液,4 ℃保存。將混合標準儲備液用水逐級稀釋成20、40、60、80、100 mg/L系列混合標準工作溶液,0.45 μm膜過濾[13]。將5.0 g樣品用0.05 mol/L H2SO4稀釋至20 mL,均質,3 000 r/min離心15 min,取上清液經0.45 μm膜過濾后分析。條件：色譜柱C18(4.6 mm×150 mm,5 μm);流速1 mL/min;柱溫30 ℃;進樣量10 μL;波長254 nm;檢測器：紫外檢測器(UV-detector);流動相0.05 mol/L H2SO4。

1.3.5 活菌數測定

采用MRS培養基稀釋平板活菌計數法測定。

1.3.6 感官評定

選取發酵飲料第0和第21天貯藏期,由7名訓練有素的評審員進行感官分析。取20 mL樣品于白色塑料杯中,溫度4 ℃。采用評分法進行比較。感官參數為風味、口感和外觀。以5分制評分,0=不可飲用,1=不可接受,2=可接受,3=滿意,4=優秀。每個感官參數加權計算,風味權重6,口感權重3.5,外觀權重2[14]。

1.3.7 數據分析

每組試驗重復3次,數據統計采用SPSS 17.0軟件進行ANOVA單因素方差分析,并采用Duncan法檢驗數據的差異顯著性(P<0.05,差異顯著),制圖軟件采用Origin 2017。

2 結果與分析

2.1 不同處理對發酵飲料pH、滴定酸度及乳酸、乙酸含量的影響

pH值和滴定酸度是評價發酵飲料品質的重要指標[15]。由表1可知,牦牛乳與豆乳比例對產品的最終滴定酸度有顯著影響(P<0.05),牦牛乳比例越高,滴定酸度越大。

表1 不同處理對發酵飲料pH、滴定酸度及乳酸和乙酸含量的影響Table 1 Effect of different treatments on pH, titerable acid, content of lactic acid and acetic acid

圖1 發酵過程中不同處理pH值及酸度變化Fig.1 Changes in pH and acidity of different treatments during fermentation

牦牛乳和豆乳的質量比為75∶25和50∶50處理組的pH平均下降速率和酸度上升速率最大(P<0.05),發酵時間最短(圖1)。發酵初始時,100∶0處理組的pH降低速率及酸度增加速率較慢,可能是因為牦牛乳酸化后產生的大量無機鹽離子與H+結合增強了產品的緩沖能力[16]。0∶100處理組pH下降速率和酸度增加速率明顯減慢,是因為豆乳較高含量的固形物使形成酸凝膠的速度減慢,與LEE等[17]研究結果一致。因此牦牛乳中加入豆乳能在一定程度上豐富發酵飲料的營養,但豆乳比例過高會導致發酵底物中干物質比例減少,微生物可利用的底物缺乏。

乳酸和乙酸的含量可以賦予發酵飲料清爽口感[18]。發酵飲料的最終酸度、乳酸和乙酸含量隨豆乳比例的增加而下降。這可能與豆乳中含有低聚糖、棉子糖和水蘇糖等,pH下降顯著,乳酸菌的生長受到抑制有關[19]。100∶0和75∶25牦牛乳處理中乳酸和乙酸含量較高,是因為牦牛乳中的一些嗜酸菌在較低pH下仍能繼續代謝產生有機酸通過丙酮酸代謝產生乙酸[19]。如表1所示,以副干酪乳桿菌為益生菌,100∶0、75∶25、50∶50處理組發酵飲料的平均酸度增加速率明顯大于嗜酸乳桿菌發酵飲料(P<0.05);當牦牛乳添加量<50%時,含嗜酸乳桿菌處理的平均酸度增加速率更大,說明副干酪乳桿菌的生長更依賴于牦牛乳中的營養物質。

2.2 不同處理對發酵飲料活菌數的影響

益生菌活菌數對發酵飲料的感官品質有較大影響[20]。由表2可知,產品發酵結束后,不同處理的副干酪乳桿菌活菌數均顯著高于嗜酸乳桿菌活菌數(P<0.05),這是因為副干酪乳桿菌所具有的良好蛋白酶活性,有助于菌體生長和存活[21]。m(牦牛乳)∶m(豆乳)為75∶25和50∶50時,益生菌活菌數較高,這可能是因為牦牛乳中富含低聚糖、游離氨基酸和多肽等益生菌所需的營養物質[22]。過量的豆乳25∶75、0∶100處理組活菌數較低,可能是由于發酵過程中缺乏益生菌發酵的乳糖或其他生長因子。以嗜酸乳桿菌為益生菌的100∶0處理組活菌數最低(P<0.05),這可能是因為牦牛乳含量過高,導致保加利亞乳桿菌抑制益生菌的過度酸化形成H2O2和細菌素[23]。在益生菌為副干酪乳桿菌 50∶50處理中,益生菌活菌數最高(P<0.05),說明均衡的牦牛乳、豆乳比例對維持發酵飲料中的益生菌活菌數有促進作用。

表2 發酵結束后的活菌數Table 2 Number of probiotics after fermentation

2.3 不同處理對發酵飲料感官品質的影響

感官屬性是評價發酵飲料感官品質的重要指標之一[20]。由表3可知,以嗜酸乳桿菌為益生菌的100∶0處理組風味得分最高(P<0.05),以嗜酸乳桿菌為益生菌的100∶0及75∶25處理組外觀得分最高(P<0.05),而益生菌為嗜酸乳桿菌的0∶100處理組感官評分最低(P<0.05)。豆乳添加量對發酵飲料的感官屬性有顯著影響(P<0.05)。豆乳含量過高時,發酵飲料的感官評分較低,這是因為豆乳中缺乏乙醛、雙乙酰等重要的乳制品風味物質[24];且豆乳中存在芳香化合物2-異丙基-3-甲氧基吡嗪,會產生令人不愉快的豆腥味[25]。嗜酸乳桿菌在牦牛乳比例較高(100∶0、75∶25)時感官可接受性更好,這可能是嗜酸乳桿菌在牦牛乳中產生乙醛和雙乙酰的能力更強導致的[24]。除對照組外,75∶25、50∶50處理組的樣品感官評分最高(P<0.05)。由表2可知,以副干酪乳桿菌為益生菌的50∶50處理組活菌數最高(P<0.05)。綜合發酵飲料的活菌數和感官評定結果,最終以益生菌為副干酪乳桿菌的50∶50處理組為最佳處理,加入4種濃縮果汁(草莓、梨、桃、藍莓)貯存21 d。

表3 發酵結束后的感官評定結果Table 3 Sensory evaluation results after fermentation

2.4 濃縮果汁對發酵飲料pH、滴定酸度的影響

如圖2所示,冷藏期間發酵飲料pH由4.60降至4.30附近,滴定酸度由48 °T升至51 °T,可能是因為冷藏過程中乳酸菌持續發酵導致發酵飲料酸度上升[21-23]。冷藏21 d后,添加桃濃縮汁處理組的pH最高,最終酸度最低;添加藍莓濃縮汁的處理組pH最低,最終酸度最高。綜上所述,發酵飲料中添加的濃縮果汁類型對產品發酵效果存在影響。

a-pH;b-可滴定酸度S-草莓濃縮汁,P1-梨濃縮汁,P2-桃濃縮汁,B-藍莓濃縮汁;T-以50∶50牦牛乳與豆乳比為發酵基質,接種發酵劑YF-L922、益生菌LC-01的處理組(下同)圖2 冷藏期間不同處理方式的pH值及酸度變化規律Fig.2 Changes in pH and acidity of different treatments during refrigeration

2.5 濃縮果汁對發酵飲料活菌數的影響

如表4所示,添加不同濃縮果汁的發酵飲料在0～14 d冷藏期,活菌數均有所增加,冷藏至14 d后,活菌數下降。這與目前報道的發酵產品冷藏期間中活菌數的變化規律類似[24,26],冷藏期內有機酸的積累抑制了益生菌增長。由表4可知,添加藍莓濃縮汁的產品中活菌數最低,這是因為藍莓濃縮汁的低pH導致副干酪乳桿菌活性下降[27]。研究發現,添加梨濃縮汁的處理組活菌數最高(P<0.05),牦牛乳中的乳果糖和半乳糖、濃縮果汁中的菊糖和低聚果糖以及豆乳中的碳水化合物等益生元化合物對副干酪乳桿菌的生長具有協同作用,有助于刺激活菌數增加[28-29]。與梨、桃濃縮汁相比,添加草莓濃縮汁的處理組副干酪乳桿菌活菌數較低,可能與草莓中生物活性化合物對革蘭氏陽性和陰性菌株的抑制作用有關[30]。

表4 冷藏期間的活菌數Table 4 Probiotics counts during refrigeration

2.6 濃縮果汁種類對發酵飲料感官品質的影響

由表5可知,在冷藏的第0和21天,添加梨濃縮汁的處理組風味和口感評分最高(P<0.05);添加草莓濃縮汁的處理組外觀評分更高更令人滿意,但風味和口感的感官評分較低。根據產品的感官屬性,添加梨濃縮汁的處理組感官總分最高,可能是因為梨濃縮汁特有的清香味掩蓋了豆乳中的豆腥味;而添加藍莓濃縮汁的處理組總分最低(P<0.05),可能由于藍莓濃縮汁酸度太高,影響了發酵飲料的風味和口感[29]。濃縮果汁對產品的風味和營養均有一定影響[29]。綜合發酵飲料冷藏期間的益生菌活菌數和感官結果,添加梨濃縮汁的處理組益生菌活菌數較高且感官評分較高,因此選取梨濃縮汁添加至發酵飲料中。

表5 冷藏期間的感官評定結果Table 5 Sensory evaluation results during refrigeration

3 結論

益生菌的種類、牦牛乳與豆乳的比例以及添加濃縮果汁的類型對發酵飲料感官品質及益生菌活菌數有顯著影響(P<0.05)。以副干酪乳桿菌為益生菌,m(牦牛乳)∶m(豆乳)50∶50的處理組活菌數最高,感官品質最優。選取此處理組的發酵飲料分別添加草莓、梨、桃和藍莓濃縮汁,添加梨濃縮汁處理并冷藏的處理方式下益生菌活菌數最高且感官品質最優(P<0.05)。綜上所述,從益生菌活菌數、感官屬性等多方面考慮,以副干酪乳桿菌為益生菌、牦牛乳豆乳質量比為50∶50的處理方式進行發酵,發酵結束后添加梨濃縮汁冷藏處理的發酵飲料可作為一種發酵飲料。