發酵溫度波動對酸奶感官、質構和風味特性的影響

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(西南民族大學生命科學與技術學院,四川成都 610041)

酸奶是以生牛(羊)乳或乳粉為原料,經殺菌、接種保加利亞乳桿菌(德氏乳桿菌保加利亞亞種)和嗜熱鏈球菌發酵制成的產品。酸奶不僅具有豐富的營養、獨特的風味和口感,還因其消除了一些人的“乳糖不耐癥”以及良好的保健功能等諸多優點而受到消費者的青睞[1]。溫度是酸奶發酵中的重要工藝參數,影響牛乳的酸化過程和酪蛋白在形成凝膠結構過程中的變化,對酸奶的風味、質地有很大的影響[2-3]。目前對酸奶發酵溫度的研究,多在單一溫度對酸奶發酵性能和食用品質影響的研究。而在酸奶實際生產過程中,因為控溫不精確或發酵罐溫度調節故障可能會引起發酵溫度波動。杜云建等[4]研究了變溫發酵對酸奶中風味物質變化的影響,發現41 ℃(1 h)-50 ℃(1 h)-45 ℃(1 h)變溫發酵條件下制作的酸奶的丁二酮和乙醛含量最高。丁藝雪等[5]根據乳酸菌和雙歧桿菌的最適發酵溫度存在差異的特點,進行變溫發酵實驗,生產雙歧桿菌大豆酸奶,結果表明在40 ℃下發酵4 h,然后降溫到37 ℃發酵2.5 h,主發酵完成后在4 ℃條件下后發酵24 h,最終產品雙歧桿菌活菌數達107CFU/mL。關于發酵溫度波動對酸奶感官、質構及風味品質的影響還尚未見報道。本實驗應用物性測試儀、固相微萃取-氣相色譜-質譜(SPME-GC-MS)聯用技術及模糊數學中的隸屬函數理論,通過質構、感官和風味等指標,探究溫度波動對酸奶發酵和品質的影響,以期為實際生產中酸奶發酵溫度的控制提供一定的科學依據。

1　材料與方法

1.1　材料與儀器

鮮牛乳新希望乳業股份有限公司;蔗糖太古糖業;復合發酵劑(保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌、雙歧桿菌)北京川秀科技有限公司;氯化鈉、氫氧化鈉均為分析純,成都萇征化玻有限公司。

Trace DSQ型GC-MS聯用儀(配Triplus自動進樣器)美國Thermo公司;50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取頭美國Supelco公司;TA.XT Plus 質構儀英國Stable MicroSystem公司;HH-6型恒溫水浴鍋國華電器有限公司;PL303分析天平梅特勒托利多國際股份有限公司;PHS-3C酸度計上海佑科儀器有限公司。

1.2　實驗方法

1.2.1酸奶發酵在新鮮牛奶中加入7%蔗糖,攪拌均勻。將調配好的奶預熱到60 ℃,采用20 MPa壓力均質2次,加熱至90 ℃保持15 min殺菌,并快速冷卻至42 ℃左右。接種1‰的復合發酵劑,分裝至玻璃瓶中,按照表1的發酵溫度在培養箱中發酵培養至發酵終點(前兩個溫度階段分別保持2 h,最后溫度階段發酵至凝乳)。取出放在4 ℃條件下后熟24 h,測定各項指標。發酵溫度設置見表1。

表1　發酵溫度設置Table 1　Setting of fermentation temperature

1.2.2指標測定

1.2.2.1凝乳時間酸奶瓶傾斜30 °,以酸奶無流動時刻作為酸奶凝乳時間[6]。

1.2.2.2滴定酸度的測定參考GB5413.34-2010滴定法測定發酵乳的酸度[7]。取經24 h后熟的發酵乳樣品5.0 g,加入5 mL蒸餾水,混合均勻,加入2滴0.5%的酚酞指示劑,用0.1 mol/L NaOH滴定至淡粉色,1 min內不褪色,同時以空白作為對照,根據所消耗NaOH標準溶液的量計算出滴定酸度(°T)。

1.2.2.3pH測定使用pH計測定酸奶的pH,測定前校正儀器。

1.2.2.4質構分析參照文獻[8-9]方法測定酸奶的硬度、內聚性及膠黏性。

測定參數:探頭:A/BE探頭,探頭壓盤直徑為:35 mm;測前速率和測試速率為:1.0 mm/s;測后速率為:10.0 mm/s;穿透測試深度為:30.0 mm;觸發器類型(感應力):Auto-10.0 g。

1.2.2.5感官評價參照文獻[10-11]的方法,采用模糊數學方法并做適當調整,對酸奶的感官進行評價。

評價因素集X={X1,X2,X3,X4},即評價酸奶時4個方面的評價指標。X={組織狀態,色澤,口感,香氣}。

評語集V={V1,V2,V3},即表示優、良、差3個等級,對應的分值是90,80,60。V={優,良,差}={90,80,60}。

權重集W={W1,W2,W3,W4},即4個方面的評價指標在綜合評判中所占的權重。W={0.3,0.15,0.3,0.25}。

表2　酸奶感官評價標準Table 2　Sensory score card for yogurt

1.2.2.6揮發性風味物質分析采用GC-MS分析酸奶中的風味物質,參照文獻[12]的方法,并做適當調整。準確稱取酸奶樣品5.0 g于20 mL頂空瓶內,然后加入2 g氯化鈉,用壓蓋器壓蓋密封。設置萃取溫度為60 ℃,萃取風味物質30 min,進樣口處解吸3 min。GC條件:HP-5MS色譜柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);載氣為氦氣,流速為1.0 mL/min,采用不分流模式;進樣口溫度240 ℃;升溫程序:起始溫度40 ℃保持3 min,以5 ℃/min升溫至140 ℃保持10 min,再以5 ℃/min升溫至210 ℃保持12 min,最后以10 ℃/min升溫至240 ℃。MS條件:電子電離源;電子能量為70 eV;離子源溫度250 ℃;質量掃描范圍35～400 amu,發射電流100 μA,檢測電壓1.4 kV。用計算機自動檢索(NIST 08)對未知的化合物進行定性分析,并且使用Xcalibur軟件系統進行手動對照檢索,最終報道正反匹配因子均大于800的結果。各組分的相對含量計算采用面積歸一化法,即以各組分的峰面積占總峰面積的百分比表示。

表3　后熟后酸奶的酸度和pHTable 3　Acidity and pH of yogurt

注：同列數據肩標不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05);表4、表6同。

1.3　數據處理

2　結果與分析

2.1　溫度波動對酸奶凝乳時間的影響

溫度波動對酸奶凝乳時間的影響見圖1。由圖1可知,實驗組1(41 ℃-42 ℃-43 ℃)凝乳時間為5 h,與對照組(42 ℃)沒有顯著差異(p>0.05)。實驗組2(36 ℃-38 ℃-42 ℃)凝乳時間為6.1 h,為所有實驗組中發酵時間最長的,其前4 h在36 ℃和38 ℃下發酵,菌種繁殖較慢,凝乳狀況不佳;實驗組3(42 ℃-38 ℃-36 ℃)凝乳時間為5.5 h,在溫度波動條件設置上與實驗組2的差異在于其先在42 ℃下發酵,其凝乳時間較實驗組2縮短(p<0.05)。實驗組4(42 ℃-46 ℃-48 ℃)和實驗組5(48 ℃-46 ℃-42 ℃)的凝乳時間均為4.5 h,說明在高于42 ℃的適當溫度下,發酵速度會加快。

圖1　溫度波動對凝乳時間的影響Fig.1　Effect of temperature fluctuation on yogurt curds time注:不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)。

2.2　溫度波動對酸奶滴定酸度和pH的影響

酸奶的酸度和pH測定結果見表3,各處理間的酸度及pH均無顯著差異(p>0.05)。所有實驗組酸度值均達到國家標準(°T>70),pH達到了4.6以下。酸奶的后熟過程能夠改善酸奶的滋味,使風味形成更充分,酸奶的口感更加柔和。有研究表明,酸度在90～110 °T,口感風味較好,更易被消費者接受[13]。

2.3　溫度波動對酸奶質構特性的影響

酸奶的質構分析與感官評價存在一定的相關性,是對酸奶品質的客觀評價。不同溫度波動條件對酸奶質構的影響分析結果見表4。實驗組1與對照組質構各指標差異均不顯著(p>0.05),表明溫度波動幅度較小時對酸奶質構的影響較小。實驗組2和3的硬度、內聚性、膠黏性均低于對照組,且膠黏性均與對照組差異顯著(p<0.05),實驗組3的硬度、膠黏性與對照組差異顯著(p<0.05)。在低于42 ℃的較低溫條件下發酵,時間較長,pH下降較緩慢,使酪蛋白粒子相互鏈接形成的三維網狀結構較松散,因此酸奶凝膠呈現硬度、內聚性、膠黏性下降[14]。實驗組4和5的酸奶,硬度均顯著高于對照組(p<0.05),膠黏性均顯著低于對照組(p<0.05)。黃強等[15]的研究也發現隨著發酵溫度的升高,凝固型酸奶的硬度有增大的趨勢。不同溫度波動條件下酸奶的膠黏性均低于對照組。

表4　溫度波動對質構特性的影響Table 4　Effect of temperature fluctuation on yogurt texture

2.4　溫度波動對感官品質的影響

2.4.1感官評價結果酸奶感官評價結果見表5。

2.4.2模糊數學處理過程以一個實驗組評價結果為例,組織狀態指標,5人選優,5人選良,0人選差,除以總人數10人,可得R組織狀態=(0.5,0.5,0)。同理可得R色澤=(1,0,0),R口味=(0.3,0.7,0),R香氣=(0.9,0.1,0)。

表5　酸奶感官評價結果Table 5　Sensory evaluation results of yogurt

根據模糊變換的原理,按照公式B=W·R,可得B對照1=(0.615,0.385,0)。再將綜合評價結果的各量乘以其對應的分值(優為90分、良為80分、差為60分),加和,得到樣品的最終得分Y對照1=86.15。同理得到其他實驗組的模糊綜合評價分值,結果匯總見表6。

表6　溫度波動對感官品質的影響Table 6　Effect of temperature fluctuation on yogurt sensory

表7　溫度波動對風味成分的影響Table 7　Effect of temperature fluctuation on yogurt flavour compounds

續表

注：“-”表示未檢出。

酸奶的感官綜合評分如表6所示,實驗組1、2、4、5的綜合感官評分與對照組差異不顯著(p>0.05)。實驗組3感官評分最高,且顯著高于其他組(p<0.05);實驗組4綜合評分最低。由各實驗組的感官評分結果看出,當溫度在42 ℃以下且遞減波動時,酸奶感官較好;當溫度在42 ℃以上且遞增波動時,酸奶感官較差。當發酵溫度較低時,pH下降較慢,沉淀的蛋白質顆粒小,可能得到細膩的組織結構;但是當發酵速度過慢時,也可能會導致香味不足、形成凝塊過軟;當發酵溫度較高時,產酸過快,聚集形成的蛋白質顆粒較大,得到的酸奶組織狀態較粗糙[16]。組織狀態和風味都是構成酸奶品質的重要因素,影響人們的感官體驗,影響最終評價結果。

2.5　溫度波動對風味成分的影響

發酵乳中的風味成分主要來源有原料乳、加工過程產生及微生物代謝產生[17]。從表7可得,對照組共檢出32種化合物,實驗組1檢出24種,實驗組2檢出20種,實驗組3檢出23種,實驗組4檢出18種,實驗組5檢出25種。酸奶中檢出的主要風味成分是酸類、醛類和酮類,而酯類和醇類檢出很少。酸類的貢獻主要在滋味上,氣味上表現不明顯。實驗各組的酸類的峰面積分別為1.61×108、1.98×108、2.24×108、1.99×108、5.26×108、2.05×108,所有實驗組的酸類檢出種類均多于對照組。實驗各組的醛類峰面積分別為3.14×108、2.41×108、1.86×108、2.09×108、2.19×108、2.58×108,酮類峰面積分別為9.81×108、13.41×108、11.82×108、14.90×108、13.17×108、16.41×108。其中,酮類是待測酸奶中含量最高的揮發性風味物質,且在溫度波動組酸奶中明顯增多。由保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌混合菌種發酵的酸乳,屬于醛香型酸乳,乙醛主要由保加利亞乳桿菌產生[18]。實驗組1與對照組乙醛峰面積相近,可能是當溫度僅在(42±1) ℃波動時,對乙醛生成的影響較小。實驗組2和實驗組3,乙醛峰面積均小于對照組;而實驗組4和實驗組5,乙醛峰面積均大于對照組。杜云健等[4]在研究變溫發酵酸奶時也得出,當平均發酵溫度偏高時,乙醛的含量增大。所有溫度波動實驗組醛類的總峰面積均小于對照組。酮類物質來自于不飽和脂肪酸的氧化、氨基酸降解、熱降解及微生物的代謝[19]。酮類中的雙乙酰和3-羥基-2-丁酮也被認為是影響酸奶風味的重要物質,雙乙酰稀釋至1 mg/L時呈奶油香味[18]。雙乙酰主要是由后發酵過程中的某些香味細菌產生,應將前發酵結束后的酸奶迅速放置在適合香味細菌生長的低溫環境中,對于后發酵過程的控制會很大程度的影響最終產品的雙乙酰含量[20-21]。實驗組1、4、5的雙乙酰的峰面積大于對照組,2組低于對照組,3組與對照組相當。3-羥基-2-丁酮呈奶油香味、有刺激味,它是由雙乙酰在雙乙酰還原酶作用下形成或者是由α-乙酰乳酸在α-乙酰乳酸脫羧酶作用下形成[22-23]。3-羥基-2-丁酮的香味遠弱于雙乙酰[24]。與對照組相比,其余各實驗組3-羥基-2-丁酮峰面積均增大,且酮類總峰面積也均高于對照組。相較于對照組,實驗組中檢出的揮發性風味物質種類變少,但各物質含量明顯增多。

3　結論

溫度波動對酸奶發酵特性和品質有影響。實驗組1(41 ℃-42 ℃-43 ℃)酸奶凝乳時間、質構和感官指標與對照組(42 ℃)無顯著差異(p>0.05);實驗組2(36 ℃-38 ℃-42 ℃)比對照組凝乳時間長(p<0.05),硬度、內聚性及感官無顯著差異(p>0.05),膠黏性減小(p<0.05);實驗組3(42 ℃-38 ℃-36 ℃)與對照組凝乳時間、內聚性無顯著差異(p>0.05),硬度和膠黏性比對照組低(p<0.05),感官評分顯著高于對照(p<0.05);實驗組4(42 ℃-46 ℃-48 ℃)和實驗組5(48 ℃-46 ℃-42 ℃)與對照組相比,凝乳時間、內聚性及感官無顯著差異(p>0.05),硬度顯著增大(p<0.05),膠黏性顯著減小(p<0.05)。所有處理間的酸度及pH無顯著差異(p>0.05)。相較于對照組,溫度波動實驗組酸奶中檢出的揮發性風味物質種類變少,但各物質含量明顯增多。相較于對照組,溫度波動組酸奶中的酮類物質增多,而烴類物質明顯減少。發酵溫度在小范圍波動,對酸奶的凝乳時間、質構、感官影響不大;發酵溫度波動幅度大時,對酸奶的凝乳時間、質構、感官、風味均有影響。在實際生產中,對酸奶發酵溫度的控制可以不必非常精確,允許小范圍波動。

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