不同廠家發(fā)酵劑對酸奶發(fā)酵及貨架期品質穩(wěn)定性的影響

夏兵兵，何宗民，蒙六妹，盧智鋒，唐上進，柯 妍，劉文朵

(深圳市 晨光乳業(yè)有限公司，廣東 深圳 518000)

0 引 言

酸奶是一種利用特定的乳酸菌經發(fā)酵培養(yǎng)生產的凝乳制品，通過發(fā)酵糖類產生乳酸及一些芳香物質，可直接提高發(fā)酵產品的營養(yǎng)價值和適口性［1－2］.酸奶因其營養(yǎng)價值較高，風味獨特及具有保健作用而發(fā)展很快［3］，酸奶中的蛋白質易被消化，尤其是其中的鈣質最易被吸收［4－5］.高品質的酸奶應具有飽滿的乳酸香氣，口感飽滿且柔軟順滑，酸甜適口的特點［5］.貨架期內產品的穩(wěn)定性是體現(xiàn)產品高品質的一個關鍵要素.

發(fā)酵酸奶未經殺菌或滅菌處理都應含有大于106的活菌存在，所以在貨架期內，產品處于一個動態(tài)變化的過程，菌種特性及產品的存儲條件都對酸奶品質有著較大的影響.如何控制產品貨架期內的后酸化程度(酸度變化情況)并保證貨架期內的產品品質的穩(wěn)定性，是滿足消費者對高品質酸奶需求的關鍵環(huán)節(jié).本研究通過對比不同廠家發(fā)酵劑對酸奶發(fā)酵及貨架期內酸奶的品質穩(wěn)定性進行探討.

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材 料.

實驗所用材料包括:生牛乳(深圳市晨光乳業(yè)有限公司);白砂糖，食品級;復合穩(wěn)定劑(江蘇泰萊豪蓓特食品有限公司，含單硬脂酸甘油酯、瓜爾膠、結冷膠等);直投式發(fā)酵劑A(丹尼斯克公司，含嗜熱鏈球菌、保加利亞乳桿菌);直投式發(fā)酵劑B(科漢森公司，含嗜熱鏈球菌、保加利亞乳桿菌);其他分析試劑均為分析純.

1.1.2 儀 器.

實驗所用儀器包括:BS-224S 電子天平(德國賽多利斯公司);SW-CJ-IF 型無菌超凈工作臺(蘇州凈化設備有限公司);Binder BF115 恒溫培養(yǎng)箱(德祥公司);PHS-25 型酸度計(上海偉業(yè)儀器廠);BCD-133EZL冰箱(海爾集團);APV 高壓均質機，ST-20 全自動巴氏殺菌和UHT 一體機(上海順義實驗設備有限公司);IKa-T25 多功能攪拌機(德國賽多利斯公司).

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程.

酸奶生產的實驗工藝流程為:原輔料檢驗合格→調配→檢驗→預熱→均質→殺菌→降溫→接種→分裝發(fā)酵→檢測→終止發(fā)酵→冷卻→檢測達標→產品.

1.2.2 操作要點.

1)預處理.對原輔料進行檢驗，合格后，經過合理調配，使原料乳中脂肪和無脂干物質之間的比例關系符合制品的要求.

2)預熱.預熱，一方面可以殺菌，而且由于適當加熱，可以使一部分乳清蛋白凝固，提高酪蛋白的熱穩(wěn)定性，以防止滅菌時凝固，并賦予成品以適當?shù)酿ざ?另一方面，還可以鈍化酶并降低均質后乳脂肪球的直徑，防止均質后的產品中脂肪上浮，從而增加產品的穩(wěn)定性.預熱溫度控制在70 ℃左右.

3)均質.均質主要是使原料充分混合均勻，阻止奶油上浮，提高酸乳的穩(wěn)定性和稠度，并保證乳脂肪均勻分布，從而獲得質地細膩、口感良好的產品.均質壓力控制在20 MPa.

4)殺菌.殺菌的目的在于殺滅原料乳中的雜菌確保乳酸菌的正常生長和繁殖，鈍化原料乳中的天然抑制物，從而使乳清蛋白變性，以達到改善組織、提高黏稠度和防止成品乳清析出的目的.殺菌溫度控制在95 ℃，保溫5 min 進行殺菌.

5)降溫.降溫主要是為接種的需要.經過熱處理的牛乳需要降到一個適宜的接種溫度，此溫度應控制在42 ℃～45 ℃.

6)接種.接種是造成酸乳受微生物污染的主要環(huán)節(jié)之一，應嚴格注意操作衛(wèi)生，防止細菌、酵母、霉菌、噬菌體及其他有害微生物的污染.接種時充分攪拌，使發(fā)酵劑與原料乳混合均勻.

7)分裝發(fā)酵.將接種好的半成品分裝于預先殺過菌的容器中，并置于恒溫培養(yǎng)室進行恒溫發(fā)酵.發(fā)酵溫度控制在42 ℃左右，從而為微生物代謝提供最適的溫度環(huán)境，發(fā)酵時間6 h 左右(根據(jù)具體情況)，且期間不攪拌.

8)發(fā)酵終點判定.觀察發(fā)酵乳表面的狀態(tài)，只要表面呈均勻的凝固樣，且有少量乳清析出，即可初步判斷接近發(fā)酵終點，再測定酸度達到要求指標后，或pH 值為4.6 左右即可停止發(fā)酵.

9)冷卻.冷卻的目的是抑制乳酸菌的生長，降低酶的活性，防止產酸過度，使酸奶逐漸凝固以及降低和穩(wěn)定脂肪上浮和乳清析出的速度.將發(fā)酵乳迅速降溫至10℃以下，便于抑制菌種活性，使發(fā)酵速度迅速減緩.

10)冷藏.采用相應灌裝機進行灌裝后的成品置于0 ℃～5 ℃冷藏12 ～24 h，進行后熟，以產生良好的風味.

1.3 感官評定方法

感官評定采取邀請10 位專業(yè)人士作為品評專家，從色澤、口感、滋味與組織狀態(tài)指標對產品進行綜合評價，取綜合評分的加權平均值作為感官評定結果，其標準見表1.

表1 感官評價標準

1.4 測定方法

酸度測定采用酸堿滴定法.糖度測定采用糖度計測定法.

1.5 實驗設計

1.5.1 對比不同廠家菌種對酸奶品質的影響.

將凈化和標準化后的原料奶加熱到50 ℃～55 ℃，加入稱量好的白砂糖，攪拌使其溶解，升溫到80 ℃～85 ℃加入穩(wěn)定劑高速攪拌使其完全溶解后，降溫到75 ℃、200 ba 進行均質，再加熱到95 ℃、保持300 s 殺菌，然后快速冷卻到42 ℃～45 ℃，將其分成3 份，各300 mL，分別接入0.1‰直投式發(fā)酵劑A、0.1‰直投式發(fā)酵劑B、0.1‰直投式復合發(fā)酵劑(即0.05‰直投式發(fā)酵劑A 和0.05‰直投式發(fā)酵劑B)，分別記為1 號、2 號、3 號，于42 ℃恒溫發(fā)酵.

酸度達到70 °T，終止發(fā)酵，迅速置于0 ℃～4℃冰箱進行后熟，并跟進保質期內酸度和感官指標的變化.

1.5.2 對比不同接種量對酸奶品質的影響.

A、B 復合菌種接種量(按1∶ 1).將凈化和標準化后的原料奶加熱到50 ℃～55 ℃，加入稱量好的白砂糖，攪拌使其溶解，升溫到80 ℃～85 ℃加入穩(wěn)定劑高速攪拌使其完全溶解后，降溫到75 ℃、200 ba 進行均質，再加熱到95 ℃、保持300 s 殺菌，然后快速冷卻到42 ℃～45 ℃，將其分成3 份，各300 mL，分別接入0.02‰復合菌種(即0.01‰直投式發(fā)酵劑A 和0.01‰直投式發(fā)酵劑B)、0.05‰復合菌種(即0.025‰直投式發(fā)酵劑A 和0.025‰直投式發(fā)酵劑B)、0.1‰復合菌種(即0.05‰直投式發(fā)酵劑A 和0.05‰直投式發(fā)酵劑B)，分別記為1 號、2號、3 號，于42 ℃恒溫發(fā)酵.

酸度達到70 °T，終止發(fā)酵，迅速置于0 ℃～4℃冰箱進行后熟，并跟進保質期內酸度和感官指標的變化.

1.5.3 對比不同發(fā)酵溫度對酸奶品質的影響.

將凈化和標準化后的原料奶加熱到50 ℃～55 ℃，加入稱量好的白砂糖，攪拌使其溶解，升溫到80 ℃～85 ℃加入穩(wěn)定劑高速攪拌使其完全溶解后，降溫到75 ℃、200 ba 進行均質，再加熱到95 ℃、保持300 s 殺菌，然后快速冷卻到42 ℃～45 ℃，將其分成3 份，各300 mL，各分別接入0.05‰復合菌種(即0.025‰直投式發(fā)酵劑A 和0.025‰直投式發(fā)酵劑B)，分別置于37 ℃、40 ℃、42 ℃、45 ℃恒溫發(fā)酵(分別記為1 號、2 號、3 號、4 號).酸度達到70 °T，終止發(fā)酵，迅速置于0 ℃～4 ℃冰箱進行后熟，并跟進保質期內酸度和感官指標的變化.

1.5.4 對比穩(wěn)定劑不同用量對酸奶品質的影響.

將凈化和標準化后的原料奶取3 份(分別記為1 號、2 號、3 號)，分別加熱到50 ℃～55 ℃，并各自加入稱量好的白砂糖，攪拌使其溶解，升溫到80 ℃～85 ℃分別加入穩(wěn)定劑(穩(wěn)定劑用量分別為1‰、3‰、5‰)高速攪拌使其完全溶解后，降溫到75 ℃、200 ba 進行均質，再加熱到95 ℃、保持300 s 殺菌，然后快速冷卻到42 ℃～45 ℃，分別接入0.05‰復合菌種(即0.025‰直投式發(fā)酵劑A 和0.025‰直投式發(fā)酵劑B)，分別置于42 ℃恒溫發(fā)酵.

酸度達到70 °T，終止發(fā)酵，迅速置于0 ℃～4℃冰箱進行后熟，并跟進保質期內酸度和感官指標的變化.

1.5.5 響應曲面法優(yōu)化發(fā)酵工藝.

采用響應曲面法中心復合設計，以接種量(min)、發(fā)酵溫度(℃)和穩(wěn)定劑添加量(min)為自變量，感官評定為指標，設計了3 因素3 水平共計17 個試驗點的實驗方案，因子編碼及水平設計見表2，實驗方案及結果見表2.

表2 響應面分析因素與水平

1.6 數(shù)據(jù)分析方法

本實驗中所有數(shù)據(jù)采用Design Expert 軟件中Box-Benhnken(BBD)中心組合實驗和響應面分析法進行實驗設計和數(shù)據(jù)分析.

2 結果與分析

2.1 不同廠家菌種對酸奶品質的影響

不同廠家菌種對酸奶發(fā)酵過程及貨架期內酸度指標的影響，具體如圖1 所示.

圖1 不同廠家菌種對酸奶發(fā)酵過程及貨架期酸度指標的影響

從圖1 可以看出，不同廠家菌種對酸奶發(fā)酵過程的影響不是很大，其生長曲線基本上一致，但在貨架期內A 菌種發(fā)酵產品的后酸化程度明顯高于B菌種發(fā)酵產品與A、B 復合菌種發(fā)酵的產品.為了確保酸奶在貨架期內的品質，有效控制發(fā)酵產品的后酸化程度，可以選擇B 菌種發(fā)酵或A、B 復合菌種進行發(fā)酵.

同時，從實驗過程中的數(shù)據(jù)可以得知，A、B 復合菌種發(fā)酵過程較A 菌種發(fā)酵過程和B 菌種發(fā)酵過程稍慢(產酸程度)，其原因可能是由于兩個廠家菌種與菌種之間在發(fā)酵前期(進入對數(shù)生長期前)存在競爭抑制作用所致.

圖2 不同廠家菌種發(fā)酵酸奶貨架期內的感官評分

從圖2 可以看出，不同廠家菌種的發(fā)酵酸奶在貨架期內的口味測試評定結果存在較大的差距.A菌種發(fā)酵產品在貨架期內的口味測試評定(綜合評分)變化最為明顯，在18 d 時，口味測試結果顯示已經超出了可以接受的理想值范圍，而B 菌種發(fā)酵產品和A、B 復合菌種發(fā)酵產品在貨架期內的口味測試評定(綜合評分)結果變化不明顯，都在可以接受的理想值范圍之內，且A、B 復合菌種發(fā)酵產品感官指標評分高于B 菌種發(fā)酵產品和A 菌種發(fā)酵產品.

綜合圖1 和圖2 可以得到，貨架期內A、B 復合菌種發(fā)酵產品感官指標評分高于B 菌種發(fā)酵產品和A 菌種發(fā)酵產品.所以選擇A、B 復合菌種作為發(fā)酵菌種較為理想.

2.2 不同接種量對酸奶品質的影響

通過對比不同接種量對酸奶發(fā)酵過程及貨架期內酸度指標的影響，見圖3.

圖3 不同接種量對酸奶發(fā)酵過程及貨架期內酸度指標的影響

從圖3 可以看出，不同接種量對酸奶發(fā)酵過程及貨架期內酸度指標的影響較大，接種量越大，發(fā)酵過程越快，貨架期內的后酸化程度相對越高.

對不同接種量的酸奶進行口味測試評定，其綜合評分如圖4.

圖4 不同接種量的發(fā)酵酸奶貨架期內的感官評分

從圖4 可以看出，不同接種量的發(fā)酵酸奶貨架期內感官評分差異較大.接種量0.02‰和接種量0.1‰的發(fā)酵酸奶在貨架期內綜合感官評分降低幅度比較明顯，接種量0.05‰的發(fā)酵酸奶在貨架期內綜合感官評分降幅較為緩和，說明產品貨架期的穩(wěn)定性較好.分析原因，接種量0.1‰的發(fā)酵酸奶在貨架期內降幅明顯可能是因為接種量過大，造成發(fā)酵過程和貨架期產酸較快，影響產品品質;接種量0.02‰的發(fā)酵酸奶在貨架期內降幅明顯是可能因為發(fā)酵過程產酸相對較慢，需耗時相對較長才能達到理想的效果.平行實驗中，同步終止發(fā)酵時候產品的組織狀態(tài)質構尚未達到理想效果以及貨架期內甜度相對較高所影響.

綜合圖3 和圖4 可以得到，接種量0.05‰的發(fā)酵酸奶在發(fā)酵過程和貨架期內產品的穩(wěn)定性和綜合感官評分較為理想.

2.3 不同發(fā)酵溫度對酸奶品質的影響

通過對比不同發(fā)酵溫度對酸奶發(fā)酵過程及貨架期內酸度指標的影響，見圖5.

健全的規(guī)章制度是確保工程項目順利開展的有效措施，也是新能源管理的前提和基礎。企業(yè)只有建立、健全新能源管理責任制，才能明確各個環(huán)節(jié)的工作流程，只有將責任落實到個人身上，才能保證工作效率的提高，避免出現(xiàn)工作漏洞和暗中操作。除此之外，還應簡化服務流程，加快新能源的服務進程，提高新能源接入系統(tǒng)的速度和質量，堅持循序漸進的原則和分層接入的管理辦法，確保新能源的安全使用和資源的優(yōu)化配置。

圖5 不同發(fā)酵溫度對酸奶發(fā)酵過程及貨架期內酸度指標的影響

從圖5 可以看出，發(fā)酵溫度對酸奶發(fā)酵過程及貨架期內酸度指標的影響較大，主要對前期發(fā)酵過程影響較大，在37 ℃～45 ℃之間，隨著溫度的升高，產酸速率隨之增大.37 ℃發(fā)酵較慢(產酸較慢)，40 ℃～45 ℃發(fā)酵前期(對數(shù)生長期前)產酸程度差別不是很大，在對數(shù)生長期產酸速率隨溫度增加逐漸增大;貨架期內產品酸度都有不同程度的增加.

在不同發(fā)酵溫度對酸奶進行口味測試評定，其綜合評分如圖6 所示.

圖6 不同發(fā)酵溫度對發(fā)酵酸奶貨架期內的感官評分

從圖6 可以看出，不同發(fā)酵溫度對發(fā)酵酸奶貨架期內的感官評分影響較大，37 ℃時發(fā)酵產品貨架期內感官評分不是很理想，分析原因可能由于發(fā)酵溫度較低造成發(fā)酵過程產酸速率相對較低，需耗時相對較長才能達到理想的效果.平行實驗中，同步終止發(fā)酵時產品的組織狀態(tài)和質構尚未達到理想效果，造成貨架期內產品析水以及產品甜度相對較高.40 ℃～45 ℃時，發(fā)酵產品貨架期內都能達到理想的效果，其中42 ℃時，發(fā)酵產品感官評分值最高.

綜合圖5 和圖6 可以得出，發(fā)酵溫度控制在42℃較為理想.

2.4 穩(wěn)定劑的不同用量對酸奶品質的影響

對比穩(wěn)定劑的不同用量對酸奶發(fā)酵過程及貨架期內酸度指標的影響，見圖7.

圖7 穩(wěn)定劑的不同用量對酸奶發(fā)酵過程及貨架期內酸度指標的影響

從圖7 可以看出，穩(wěn)定劑的不同用量對酸奶發(fā)酵過程及貨架期內酸奶的酸度指標的影響不明顯.

對穩(wěn)定劑的不同用量對酸奶進行口味測試評定，其綜合評分見圖8.

圖8 穩(wěn)定劑的不同用量發(fā)酵酸奶貨架期內的感官評分

從圖8 可以看出，穩(wěn)定劑的不同用量對酸奶感官評分及貨架期內感官評分影響較為明顯，穩(wěn)定劑用量為3‰時產品貨架期內的感官評分最高.而穩(wěn)定劑用量為1‰和為5‰時產品貨架期內的感官評分不是很理想.當穩(wěn)定劑用量為1‰時，產品的組織狀態(tài)和質構較軟，造成產品持水性不好，在貨架期內出現(xiàn)析水現(xiàn)象;當穩(wěn)定劑用量5‰時，產品的組織狀態(tài)和質構較硬，口感不細膩、滑口.

綜合圖7 和圖8 可以得到，穩(wěn)定劑的用量3‰時較為理想.

2.5 響應曲面法優(yōu)化發(fā)酵工藝

綜合評分的響應分析方案及實驗結果見表3.

表3 響應面分析方案及實驗結果

以發(fā)酵酸奶的感官評定為響應值，利用Design Expert 軟件對表2 數(shù)據(jù)進行回歸分析，得回歸模型為，

對該模型做回歸分析，結果如表4.

表4 回歸分析結果

由表4 可知，上述回歸方程描述各因子與響應值之間的關系時，其因變量和全體自變量之間的關系顯著(R2=0.9907)，方程Pr ＞F，且＜0.01，所以該方程是極顯著的.若P ＜0.05，影響是顯著的;若P＜0.01，影響是極顯著的，則表4 中，A 項、C 項、AB項、A∧2 項、B∧2 項和C∧2 項的影響是極顯著的，AC 項的影響是顯著的.方差分析結果顯示模型的校正擬合度為R2=0.9788，預測擬合度為0.8800，說明該模型能解釋88.0%響應值的變化來源于所選變量，即不同接種量、發(fā)酵溫度和穩(wěn)定劑不同用量，因而該模型擬合程度比較好，實驗誤差小.因此，該回歸方程可以較好地描述各因素與響應值之間的真實關系.回歸方程的各項方差分析結果表明，一次項和二次項都有顯著性因素，且各實驗因子對響應值的影響不是簡單的線性關系.所以，可以利用該回歸方程來確定發(fā)酵酸奶感官評定的工藝條件.根據(jù)回歸方程做出不同因子的響應面分析圖如見圖9 ～11 所示.

圖9 Y=f(A，B)的響應面圖和等高線圖

圖10 Y=f(A，C)的響應面圖和等高線圖

圖11 Y=f(B，C)的響應面圖和等高線圖

從響應面分析圖可形象地看出最佳參數(shù)及各參數(shù)之問的相互作用.當特征值均為正值時，響應面分析圖為山谷形曲面，有極小值存在;當特征值為負值時，為山丘曲面，有極大值存在;當特征值有正有負時，為馬鞍形曲面，無極值存在.因此，從圖9 ～11 可以看出，對發(fā)酵酸奶的感官評定，隨著任意2 個編碼值的增加呈先升高后降低的趨勢，說明各交互因子均有有一個最佳編碼組合使Y(對酸奶的感官評定)達到最高.為了進一步確證最佳點的取值，對回歸方程取一階偏導等于零并解方程組得:A =0.7572、B =－0.9969、C=－0.04286.代入變換公式即得復合菌種接種量(1∶ 1)為0.03‰、發(fā)酵溫度為45 ℃、穩(wěn)定劑用量為2.52‰.即在此條件下，由回歸方程預測在此條件下發(fā)酵酸奶的感官評分的最大值為9.2.

2.6 驗證實驗

將實驗獲得的最佳發(fā)酵酸奶的感官評分條件(即在復合菌種接種量(1∶ 1)為0.03‰、發(fā)酵溫度為45 ℃、穩(wěn)定劑用量為2.52‰)用于中試，貨架期內酸度指標及感官評分結果見表5.

表5 酸奶在貨架期內酸度指標及感官評分情況

驗證實驗的結果如表5，可以看出，由回歸方程預測在復合菌種接種量(1∶ 1)為0.03‰、發(fā)酵溫度為45 ℃、穩(wěn)定劑用量為2.52‰條件下發(fā)酵酸奶的感官評分可以最大值9.2 分，在保質期18 d 內，感官評分都在可接受的范圍之內(較好)，說明相應分析的回歸模型較理想，并對產品進行各項指標分析，結果見表6.

2.7 產品指標

2.7.1 感官指標.

口感細膩爽滑，酸甜適中，色澤潔白，均勻一致，無乳清析出現(xiàn)象，風味協(xié)調，具有發(fā)酵酸奶特有的風味.

2.7.2 理化指標及微生物指標.

成品理化指標及微生物指標見表6.

表6 產品質量指標

3 結 論

通過對比不同廠家菌種對酸奶發(fā)酵過程及貨架期內酸度指標的影響，以及對發(fā)酵酸奶貨架期內的感官評分指標對比，可知:復合不同廠家菌種進行發(fā)酵酸奶的感官評分指標明顯優(yōu)于單一廠家菌種發(fā)酵酸奶的感官評分指標，選擇復合廠家菌種作為酸奶發(fā)酵劑，比例按1∶ 1.

單因素實驗結果表明，不同復合菌種接種量(1∶ 1)、不同發(fā)酵溫度、穩(wěn)定劑不同用量對發(fā)酵酸奶貨架期內的感官評分影響較為明顯.

應用Box-Benhnken(BBD)中心組合實驗和響應面分析法，設計了3 因素3 水平共計17 個實驗點的實驗方案，即以復合菌種接種量(1∶ 1)、發(fā)酵溫度、穩(wěn)定劑用量為自變量、來考察發(fā)酵酸奶感官評分指標的影響，確定了發(fā)酵酸奶感官評分指標的最佳條件.結果表明:在復合菌種接種量(1 ∶ 1)為0.03‰、發(fā)酵溫度為45 ℃、穩(wěn)定劑用量為2.52‰條件下發(fā)酵酸奶的感官評分可達到最大值9.2 分.通過驗證試驗，結果表明在該條件下，發(fā)酵酸奶貨架期內的酸度指標和感官評分的穩(wěn)定性都相對較好，都在可以接受的理想范圍之內.

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