富含低聚糖褐色酸奶的研制

馬長路，焦揚，吳蕓，逄曉陽，張書文，蘆晶，呂加平

（1.北京農業職業學院食品與生物工程系，北京102442；2.中國農業科學院農產品加工研究所，北京100193；3.河西學院農業與生物技術學院，甘肅張掖，734000；4.北京華禧軒食品有限公司，北京100018）

0 引 言

褐色酸奶是近年來興起的新產品，與傳統酸奶相比最大的區別在不添加任何色素，通過工藝，配料加工形成暖色調，并帶有獨特的焦糖味。而功能性低聚糖[1]，如低聚異麥芽糖、低聚果糖、低聚木糖等，因具有超強的雙歧桿菌增殖功能而成為一種重要的功能性食品的基料。將功能性低聚糖與酸奶有機結合，既保留了酸奶的營養價值和獨特風味，同時強化了低聚糖的功能特性，非常適合現代人群的消費需求。

電子鼻是一種20世紀90年代發展起來的一種分析、識別和檢測復雜嗅覺和揮發性成分的儀器。電子鼻主要由傳感器陣列、氣路及測試腔、數據采集設備及模式識別算法組成。目前，電子鼻被廣泛應用在食品行業，郭奇慧[2]等應用電子鼻區分不同貨架期的酸奶，研究表明，利用電子鼻的主成分分析法和判別函數分析法可以準確的區分不同貨架期的酸奶。

電子舌技術是20世紀80年代中期發展起來的一種分析、識別液體成分的智能儀器技術，它主要由傳感器陣列、信號處理和模式識別系統組成，實現了由儀器“味覺”對產品進行的客觀分析[3]。國外已經開始應用電子舌技術進行酸奶品質評價及在線生產監測[4-5]。

本試驗利用感官評價，結合電子舌的判別因子分析法、電子鼻的主成分分析法及色差儀分析，對菌種添加量、葡萄糖添加量、褐變時間、褐變溫度及復合低聚糖的最優添加量進行優化分析，以此為低聚糖褐色酸奶工藝配方的確定提供一定的理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 原料與試劑

原料與試劑：牛奶、娃哈哈純凈水（食品級），市售；葡萄糖、瓊脂（食品級），嘉吉亞太食品系統（北京）有限公司；低聚糖（食品級），北京廣達恒益科技有限公司；發酵劑YF-L904（保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌）（發酵劑），天津濱海捷成專類化工有限公司；氯化鈉、氫氧化鈉（分析純），國藥集團化學試劑有限公司；酚酞（化學試劑），北京瀛海精細化工廠；MRS瓊脂培養基（生化試劑），北京廣達恒益科技有限公司。

1.1.2 儀器

主要儀器：PEN 3.5電子鼻，德國AIRSENSE公司；AsrreeⅡ/LS16電子舌，法國Alpha MOS公司；Milli-Q Advantage A10超純水儀，美國密理博公司；立式壓力滅菌鍋，上海一恒科技有限公司；超凈工作臺，北京東聯哈爾儀制造有限公司；DELTA 320pH計，上海展儀儀器有限公司；恒溫水浴鍋，上海森信實驗儀器有限公司；電熱恒溫培養箱，上海一恒科技有限公司；BSA124S-CW分析天平，廣州市深華生物技術有限公司。

1.2 試驗設計

1.2.1 褐色酸奶發酵的工藝流程

原料乳→凈化與標準化→預熱→化料→均質→殺菌→降溫→接菌→發酵→終止發酵→冷卻→后熟

購買新鮮的原料乳，將其標準化后符合GB19301-2010《生乳食品安全國家標準》的規定，將原料乳放入60℃的水浴鍋中加熱，在其溫度達到60℃時加入0.3%的瓊脂、7%的蔗糖充分溶解15 min，將溶解完成的樣品放入121℃的滅菌鍋中，反應25 min后降溫至42℃后加入發酵劑，于42℃恒溫培養箱發酵，當發酵乳pH≤4.6時終止發酵，冷卻至20℃后放至4℃冰箱后熟20 h后完成制作。

1.2.2 褐色酸奶中菌種添加量的確定

在蔗糖添加量為7%，葡萄糖添加量為5%，褐變時間為25 min，褐變溫度為121℃確定的條件下，試驗選取菌種接種量為 0.03%、0.07%、0.11%、0.15%、0.19%接種，42℃發酵至凝乳，當酸奶發酵達到酸奶發酵終點p H≤4.6時，記錄凝乳時間后放置4℃冰箱后熟20 h。對后熟結束的酸奶進行電子舌、電子鼻分析，并測定酸奶的滴定酸度、乳酸菌總數，以確定最佳的接種量。

1.2.3 葡萄糖添加量與褐變時間和溫度的關系的確定

影響美拉德反應的主要因素有p H、溫度、糖的種類和濃度以及金屬離子。褐色酸奶的獨特風味和色澤取決于美拉德反應的程度，而反應的程度與產品的顏色直接相關，即顏色越深美拉德反應程度越高，風味越濃郁。在白砂糖添加量為7%，菌種添加量在試驗設計1.2.2中確定量的添加條件下，該試驗考察葡萄糖添加量、褐變溫度、褐變時間的關系，設計正交試驗，通過色差儀分析、感官評價來確定最優水平。葡萄糖添加量與褐變時間和溫度因素水平表如表1所示。

表1 葡萄糖添加量、褐變溫度、褐變時間正交試驗因素水平表

1.2.4 低聚糖添加量的確定

低聚糖褐色酸奶中低聚果糖、低聚木糖、低聚異麥芽糖的添加量水平均參考各低聚糖的日有效攝入量[6]設計，其他原料及工藝按上述條件完成。

（1）低聚異麥芽糖添加量的確定。

除蔗糖外，其他組分按照試驗設計1.2.2與1.2.3中確定的條件完成。將低聚果糖替代部分蔗糖添加到褐色酸奶中，本試驗所用低聚果糖的甜度是蔗糖的0.42倍，蔗糖替代量分別為4.0%，4.5%，5.0%，5.5%，6.0%，即低聚果糖添加量為9.5%、10.7%、11.9%、13.1%、14.3%，以感官評價作為試驗指標來確定最優添加量。

（2）低聚異麥芽糖添加量的確定。

除蔗糖外，其他組分按照試驗設計1.2.2與1.2.3中確定的條件完成。本試驗所用低聚異麥芽糖的甜度是蔗糖的0.42倍，將低聚異麥芽糖替代部分蔗糖添加到褐色酸奶中，蔗糖替代量分別為2.5%，3.0%，3.5%，4.0%，4.5%，即低聚異麥芽糖的添加量為6.0%、7.1%、8.3%、9.5%、11%，以感官評價作為試驗指標來確定最優添加量。

（3）低聚木糖添加量的確定。

除蔗糖外，其他組分按照試驗設計1.2.2與1.2.3中確定的條件完成。本試驗所用低聚木糖的甜度是蔗糖的0.42倍，將低聚木糖替代部分蔗糖添加到褐色酸奶中，蔗糖替代量分別為0.4%，0.6%，0.8%，1.0%，1.2%，即低聚木糖的添加量為0.95%、1.43%、1.9%、2.4%、2.9%，以感官評價作為試驗指標來確定最優添加量。

（4）復合低聚糖的正交優化實驗。

研究表明，復配時因素之間存在的協同交互作用可以使酸奶穩定效果更佳[7]，根據單因素試驗結果，選擇3因素最優添加量的10%，20%，30%分別作為正交試驗設計的1，2，3水平，以電子舌、電子鼻分析，感官評價為評定指標，通過極差分析進行復合低聚糖的優化。復合低聚糖因素水平表如表2所示。

1.3 試驗主要指標測定方法

1.3.1 美拉德反應程度的測定

表2 復合低聚糖正交試驗因素水平表

美拉德反應又稱非酶褐變反應，產物呈黃褐色，是食品香味的主要來源。本文使用色差儀來測量樣品的B值，即黃藍色值。樣品B值越高，褐色越深，代表美拉德反應越充分，香味越濃郁。

1.3.2 酸奶滴定酸度的測量[8]

酸堿滴定法（參照GB5413.34）。

1.3.3 乳酸菌數的測定[9]

平板計數法（參照GB4789.2）。

1.3.4 產品的感官評價

從實驗室教師和同學中選出對風味具有較強分辨力和較高靈敏度的10人組成評分小組，對樣品進行評定前先漱口，且從滋味氣味、口感、組織狀態、色澤4個方面逐個進行感官評定。感官評價表如表3所示。

表3 褐色酸奶感官評價標準

1.3.5 電子鼻對低聚糖褐色酸奶的測定

取發酵完成的低聚糖褐色酸奶樣品各1 mL于電子鼻檢測專用玻璃瓶中，密封后在室溫下靜置30 min后進行電子鼻的檢測。每個樣品進行3次重復測定。載氣為空氣，速度為300 mL/min。頂空獲取時間為60 s，延滯180 s，選取48 s～52 s較平穩的階段進行信息采集，用儀器自帶軟件進行主成分分析（principal component analysis，PCA）。

1.3.6 電子舌對低聚糖褐色酸奶的測定

分別取發酵完成的低聚糖褐色酸奶樣品1 mL，加入99 mL超純水稀釋，加入干凈的電子舌專用燒杯中待測。電子舌托盤上分別放有10個專用燒杯，其中1、3、5、7、9號燒杯放超純水，2、4、6、8、10號燒杯放稀釋后的樣品。檢測時，每個樣品測定7次，從中選取較為穩定的4次數據進行分析。用儀器自帶軟件進行判別因子分析（discriminant function analysis，DFA）。

表4 電子鼻傳感器性能描述

1.4 數據處理

對10人的感官評分結果進行統計，結果取平均值。本試驗采用excel2013進行數據處理。

2 結果與分析

2.1 菌種添加量對褐色酸奶的影響

表5 酸奶發酵過程指標監測結果

從表5中結果可以看出：菌種添加量在0.03%與0.07%的情況下，酸奶的凝乳時間太長且后熟結束酸奶的滴定酸度與乳酸菌數達不到《GB 19302-2010食品安全國家標準發酵乳》的要求，而菌種添加量在0.11%、0.15%、0.19%的情況下，酸奶的凝乳時間，后熟結束后的滴定酸度，乳酸菌總數相差不大。

圖1 菌種添加量電子鼻測定結果

由圖1可知，橫坐標為第一主成分貢獻率90.30%，縱坐標為第二主成分貢獻率8.93%，兩個主成分貢獻率的和為99.23%，大于90%，所以這個主成分已經基本代表了樣品的主要信息特征。圖中的圓形是由一種樣品的三個平行樣形成。圓形越大，代表平行樣品之間的差異就越大。圓形之間的覆蓋部分越多，代表樣品之間的差異越小。從圖中可以看出樣品A與B、C、D、E之間無重疊部分，說明其A與其他樣品之間對酸奶的氣味影響差異顯著（P＜0.05），樣品D、E之間完全重疊，說明兩者之間無顯著性差異。結果表明，菌種添加量的不同，酸奶氣味存在著一定程度上的差異，且菌種添加量差異越大，酸奶氣味差異性越大。

圖2 菌種添加量電子舌測定結果

由圖2可知，第一主成分貢獻率為79.909%，第二主成分貢獻率為18.022%，兩個主成分貢獻率的和為97.931%，大于90%，所以這個主成分已經基本代表了樣品的主要信息特征[10]。圖中每一個圖形代表一種樣品，其中4個點代表4個平行樣品，圖形較小說明樣品的平行性較好。由圖中可以看出樣品的圖形大小不一，但整體顯示樣品平行性良好。圖中5個樣品相互分離，說明兩兩之間存在差異，兩者之間距離越大，說明差異性越大。從圖中可以看出，B與C、D之間差異性較小，說明他們滋味相近；與A、E之間差異性較大，說明他們之間滋味相差較遠。

GB19302中規定，后熟結束的酸奶，酸奶的滴定酸度達到72°T以上，乳酸菌菌落數達到106以上，根據電子鼻、電子舌的測定結果、酸奶發酵過程監測指標及經濟效益的情況下，確定酸奶的菌種最優添加量為0.11%。

2.2 葡萄糖添加量、褐變時間、褐變溫度的關系

由表6可知，對于B值而言，影響因素重要性大小依次排序是褐變溫度＞褐變時間＞葡萄糖添加量，樣品的黃藍值（B值）代表了美拉德反應的程度，B值越大，代表美拉德反應越充分，結果顯示，最優組合是A3B3C2。但是B值太大代表褐色太深，會影響產品的感官效果。對于感官評價，影響因素重要性大小依次是褐變溫度＞葡萄糖添加量＞褐變時間，根據感官評價得分，其最優組合是A2B3C1。所以，結合感官評價，考慮到生產成本和市場效益的情況下，確定最優組合為A2B3C1，即葡萄糖添加量為5%、褐變溫度121℃、褐變時間25 min。

2.3 低聚糖添加量的確定

2.3.1 低聚果糖添加量的確定

由表7可知，隨著低聚果糖的添加量不斷增加，產品的感官評分值也在不斷增加，當其添加量為11.9%時，該產品的滋味氣味、色澤、口感及組織狀態均達到最佳水平；當其添加量大于11.9%并繼續增加時，該產品的感官評價值開始下降，且有沉淀產生，口感變差。因此，根據感官評價結果確定低聚果糖的最優添加量為11.9%，在此添加量的情況下發酵完成的褐色酸奶口感最佳，最適宜享用。

表6 葡萄糖添加量、褐變時間、褐變溫度正交試驗分析結果

表7 低聚果糖添加量的感官結果

2.3.2 低聚木糖的添加量

表8低聚木糖添加量的感官結果

由表8可知，產品的感官評價得分隨著低聚木糖添加量的增加先上升后下降，在添加量為1.43%時，產品感官品質達到最佳，此時的產品發酵乳香味濃郁，黏稠度適宜，均勻細膩，有光澤；當低聚木糖添加量大于1.43%并繼續升高時，產品感官品質開始開始下降，而且添加量越大，出現沉淀的情況越嚴重。因此，根據感官評定結果確定低聚木糖的最優添加量為1.43%，在此添加量的情況下發酵完成的褐色酸奶口感最佳，最適宜享用。

2.3.3 低聚異麥芽糖的添加量

表9 低聚異麥芽糖添加量的感官結果

由表9可知，隨著低聚異麥芽糖添加量增加到9.5%時，產品感官評價得分不斷上升，產品的發酵乳香、黏稠度、口感、色澤逐漸變好直至達到最優狀態；但當低聚異麥芽糖添加量大于9.5%時，感官評價得分出現下降，產品出現塊狀物質。低聚異麥芽糖本身有特殊的味道，口感沒有蔗糖純正，所以感官評價還要避免顯出低聚異麥芽糖本身的味道。因此，根據感官評價結果確定低聚異麥芽糖的最優添加量為9.5%，在此添加量的情況下發酵完成的褐色酸奶口感最佳，最適宜享用。

2.3.4 復合低聚糖的添加量

圖3 復合低聚糖電子鼻測定結果

由圖3可知，橫坐標第一主成分貢獻率為75.35%，縱坐標第二主成分貢獻率為14.77%，兩個主成分貢獻率的和為90.12%，大于90%，所以這個主成分已經基本代表了樣品的主要信息特征。圖中的圓形是由一種樣品的3個平行樣形成。圓形越大，代表平行樣品之間的差異就越大。圓形之間的覆蓋部分越多，代表樣品之間的差異越小。從圖中可以看出樣品3與4、5與6之間無顯著性差異，說明其兩者添加量之間對酸奶的氣味影響不顯著，其余樣品兩兩之間存在一定差異。說明不同的復合低聚糖添加量對酸奶的氣味影響是存在差異的。

由圖4可知，第一主成分貢獻率為87.142%，第二主成分貢獻率為10.777%，兩個主成分貢獻率的和為97.919%，大于90%，所以這個主成分已經基本代表了樣品的主要信息特征。圖中每一個圖形代表一種樣品，其中4個點代表4個平行樣品，圖形較小說明樣品的平行性較好。由圖中可以看出樣品的圖形大小不一，但整體顯示樣品平行性良好。圖中9個樣品相互分離，說明兩兩之間存在差異，兩者之間距離越大，說明差異性越大。樣品6、7、8分別于樣品1、2、3、4、5、9之間距離較大，說明他們之間滋味差異較大；樣品6、7，樣品1、4，樣品2、3、5、9他們分別處于同一個區域，說明他們滋味相近。

圖4 復合低聚糖電子舌測定結果

表10 復合低聚糖正交實驗結果

通過表10極差分析可知，3種低聚糖對褐色酸奶品質的影響順序為A＞B＞C，即低聚果糖＞低聚木糖＞低聚異麥芽糖。低聚果糖與低聚木糖R值相近，對產品品質影響顯著，而低聚異麥芽糖的R值較小，對產品的品質有一定影響。通過K值大小，結合電子鼻、電子舌的分析確定復合低聚糖的最優水平組合是A2B2C3，即低聚果糖的添加量為2.38%、低聚木糖添加量為0.286%、低聚異麥芽糖的添加量為2.85%時制得的低聚糖褐色酸奶發酵乳香味濃郁、酸甜適中、黏稠度適宜、產品細膩無異味，且具有均勻一致的褐色、有光澤、口感好。

3 結論

通過感官評價、電子鼻、電子舌、色差儀的測定分析，試驗對低聚糖褐色酸奶的基礎配方及工藝條件做了優化，確定低聚糖褐色酸奶的配方及工藝條件，即菌種添加量為0.11%，葡萄糖添加量為5%，低聚果糖添加量為2.380%，低聚木糖添加量為0.286%，低聚異麥芽糖添加量為2.850%，蔗糖添加量為1.484%，褐變時間為25 min，褐變溫度為121℃。該酸奶的功能特性還有待進一步分析測試。