黑牛奶加工工藝研究

王瑞，李志成，劉莎

（1.西北農(nóng)林科技大學食品科學與工程學院，陜西楊凌712100；2.陜西省神木縣食品藥品監(jiān)督管理局，陜西神木719300）

黑牛奶加工工藝研究

王瑞1，2，李志成1，*，劉莎1，2

（1.西北農(nóng)林科技大學食品科學與工程學院，陜西楊凌712100；2.陜西省神木縣食品藥品監(jiān)督管理局，陜西神木719300）

為了提高牛奶的營養(yǎng)價值和功能特性，采用對比試驗確定了黑色原料的類別、黑色素的浸提工藝及其在黑牛奶中的用量，采用正交試驗確定了黑牛奶中乳化穩(wěn)定劑的配方。結(jié)果表明：黑芝麻是黑色素的最佳來源；黑色素的提取工藝為：烘烤后的黑芝麻，以原料：水為1∶10（g/mL），在80℃下浸提3h；黑色浸提物添加量為20%（體積分數(shù)）時，黑牛奶的顏色適中，芝麻香味較好；黑牛奶中添加CMC-Na 0.1%，海藻酸鈉0.06%，黃原膠0.08%，蔗糖酯0.06%時，其穩(wěn)定性最好。

黑牛奶；黑芝麻；黑色素；浸提；加工工藝

近年來，黑色食品以其特有的營養(yǎng)價值和保健功效而日益受到人們的重視［1］。黑芝麻中黑色素具有清除自由基、延緩衰老的功能［2-3］，黑木耳、黑米中的黑色素能增強機體免疫力［4-5］，黑米能有效防治缺鐵性貧血，改善人體造血功能［6］，茶葉中的黑色素有保護肝臟的功效［7］，黑豆、黑米有一定的抗腫瘤活性［8-9］，黑豆還具有較強的抗呼吸道病毒的作用［10-11］。另外，黑色食品中的蛋白質(zhì)、微量元素、維生素與不飽和脂肪酸等也能調(diào)節(jié)人體的生理功能［12］。

黑芝麻（Sesamum indicum L.）在我國各地均有栽培，現(xiàn)有黑芝麻品種資源近1 000份［13］。我國芝麻產(chǎn)量居世界首位，主要分布于江西、福建、廣東、廣西及云南等省區(qū)［14］。黑芝麻含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，尤其富含蛋白質(zhì)、鈣、磷、鐵等微量元素及芝麻酚、油酸、棕櫚酸、硬脂酸、甾醇、卵磷脂和多種維生素，對人體具有預防貧血、活化腦細胞、降低膽固醇、預防膽結(jié)石等功效。每百克黑芝麻中含鈣564 mg、鐵50 mg、鋅20 mg。黑芝麻黑色素，簡稱芝黑素，主要包括分子量較大的芝黑素Ⅰ和分子量較小的芝黑素Ⅱ，兩者均屬于水溶性天然黑色素，它具有很強的抗氧化作用，尤其對人體損傷比較大的羥自由基（·OH）的清除能力較強。芝黑素安全無毒，可廣泛地用于醫(yī)藥、食品加工和化妝品著色［14］。黑芝麻含有豐富的礦物質(zhì)和微量元素，尤其是鈣、鐵、鋅含量非常豐富。

牛奶營養(yǎng)豐富，但鐵含量缺乏，以牛奶為主食的嬰幼兒需要額外補充鐵元素。另外，在牛奶中加入功能性物質(zhì)，有助于實現(xiàn)牛奶產(chǎn)品的功能提升及差異化。黎銘將黑米添加到牛奶中制成黑米早餐牛奶口感好，黑米味較濃［15］。本試驗以牛奶為載體，根據(jù)營養(yǎng)互補原理，在牛奶中加入黑芝麻提取物制成黑牛奶，強化牛奶的營養(yǎng)價值，實現(xiàn)牛奶產(chǎn)品的功能提升，均衡各種營養(yǎng)物質(zhì)，有助于豐富牛奶產(chǎn)品的花色品種，滿足人們的需求，也為黑芝麻的開發(fā)應用開辟了一條新的途徑，具有較高的應用價值。

1材料與方法

1.1材料

黑芝麻、黑米、黑豆：市售，無霉變、顆粒飽滿；鮮牛奶：購于西北農(nóng)林科技大學畜牧場，符合GB 19301-2010《生乳》的食品安全標準；蔗糖、蜂蜜、羧甲基纖維素鈉（CMC-Na）、海藻酸鈉、黃原膠、蔗糖脂：市售，食用級。

乙醇、鹽酸、氫氧化鈉均為分析純。

1.2儀器、設(shè)備

UV-1700雙光束紫外光分光光度計：日本島津公司；TDL-80臺式離心機：上海安亭科學儀器廠；YX-280A/YX高溫滅菌鍋：廣州泰斯科學儀器公司；S200DT超聲波清洗器：寧波新芝生物科技公司；101-1AB電熱恒溫鼓風干燥箱：天津泰斯特儀器公司。

1.3方法

1.3.1黑牛奶基礎(chǔ)配方

75%的鮮牛奶，10%～25%的黑色素浸提物，4%的蔗糖，1%的蜂蜜，0.2%～0.4%乳化穩(wěn)定劑。

1.3.2工藝流程和操作要點

1.3.2.1工藝流程

根據(jù)文獻［13-16］及預試驗確定工藝流程為：

1.3.2.2操作要點

1）選擇顆粒飽滿，空殼少的優(yōu)質(zhì)黑芝麻，用簸箕揚塵，去梗，除雜。黑豆含泥土較多，應用水洗凈。

2）黑芝麻、黑豆、黑米的浸泡條件為：室溫6 h～8 h。

3）磨漿時，物料∶水=1∶8（g/mL），先過200目篩布，再過膠體磨兩次，控制所得漿液濃度為10%。

4）浸提兩次，第一次浸提物料∶水=1∶10，第二次物料∶水=1∶5，合并浸提液，用200目篩過濾，然后濃縮。

5）將穩(wěn)定劑與蔗糖拌勻，待浸提液預熱至50℃左右，邊攪拌邊倒入浸提液中，充分攪拌混勻，再與牛奶混合。

6）黑牛奶調(diào)配好后，先預熱至50℃～60℃，再均質(zhì)兩次，趁熱灌裝。85℃下殺菌20 min，最后再分段冷卻至40℃以下。

1.3.3黑色食品原料選擇及前處理工藝確定

1.3.3.1黑色食品原料烘烤工藝的確定

取黑芝麻、黑米、黑豆各500g攤鋪厚度2mm～3mm（黑豆3 mm～6 mm），在120℃～160℃下分別烘烤2、5、10、10、15、20 min和30 min，感官檢驗黑色食品原料的烘烤情況。

1.3.3.2黑色原料前處理工藝選擇

工藝一：黑色原料→除雜、清理→烘烤→粉碎→浸泡→糊化→均質(zhì)→調(diào)配→殺菌

工藝二：黑色原料→除雜、清理→烘烤→浸泡→磨漿→過濾→精磨→調(diào)配→殺菌

工藝三：黑色原料→除雜、清理→烘烤→浸提→過濾→調(diào)配→殺菌

按基本配方制備黑牛奶，評價其品質(zhì)。

1.3.4浸提劑對黑芝麻色素提取效果的影響

根據(jù)資料［14，17］和預試驗，采用乙醇（80%）、NaOH（0.1 mol/L）、HCl（0.1 mol/L）和蒸餾水，分別對黑芝麻進行浸提，浸提條件為60℃、3 h，物料∶提取劑= 1∶10（g/mL），然后濃縮至物料質(zhì)量的2倍（即100 g黑芝麻得到的浸提液為200 g），調(diào)pH至中性后，用分光光度計測定其在277 nm下的吸光度。

1.3.5黑色素的提取工藝

以水為提取劑，物料∶水=1∶10（g/mL），在不同溫度、時間條件下浸提，并將浸提液濃縮至物料質(zhì)量的2倍。將浸提液冷卻至室溫（25℃），測定其277 nm的吸光度。

1.3.6黑牛奶中浸提液的添加量

分別添加黑色浸提液10%、15%、20%、25%，對黑牛奶色澤、香氣、滋味、組織狀態(tài)進行感官評定。每個樣品均由9人組成的品嘗小組進行品評，然后打分取其平均分，評分標準見表1。

表1　黑牛奶感官評分標準Table 1The sensory scoring standard of black milk

1.3.7黑牛奶的穩(wěn)定性試驗

考慮到黑牛奶為中性飲料，因此選擇中性穩(wěn)定劑CMC-Na、黃原膠、海藻酸鈉和蔗糖酯對黑牛奶進行穩(wěn)定性試驗［18-19］，根據(jù)參考文獻［20］和預試驗，以黑牛奶沉淀率為指標，選擇L9（34）進行乳化穩(wěn)定劑的正交試驗，因素水平表見表2。

表2　乳化穩(wěn)定劑因素水平表Table 2The factor level of emulsifier and stabilizer of black milk %

1.3.8黑牛奶穩(wěn)定性測定

取制備好的黑牛奶80g，在3000r/min離心10min，傾去上清液，稱取沉淀質(zhì)量，計算黑牛奶沉淀率［21-22］。

1.3.9數(shù)據(jù)處理

實驗均做3個平行樣，采用SPSS17.0軟件進行數(shù)據(jù)處理，結(jié)果用平均值±標準差表示，必要時按照Duncan氏新復極差法進行方差分析。

2結(jié)果與分析

2.1黑米、黑豆、黑芝麻烘烤條件的確定

適當?shù)暮婵究墒乖鲜旎?，殺死黑色食品原料表面的脂肪酶，避免在研磨過程中產(chǎn)生氧化物，消除因此對成品產(chǎn)生酸敗、變綠及不良風味等的影響［23］，使其產(chǎn)生烘烤香味，增添成品的獨特風味。但烘烤時間過長、溫度過高則會使黑色食品原料發(fā)生美拉德反應，甚至產(chǎn)生明顯的焦糊味［23］。烘烤條件對原料風味的影響見表3。

表3　烘烤條件對原料風味的影響Table 3Efeect of curing conditions on flavor of raw materials

由表3可知，攤鋪厚度一定的情況下，烘烤溫度低或時間短，原料未熟或無香味，溫度高或時間長，原料又容易焦糊。3種原料的最佳烘烤條件為：黑芝麻120℃，5 min，2 mm～3 mm；黑米160℃，30 min，2 mm～3 mm；黑豆150℃，15 min，3 mm～6 mm。

2.2黑色原料及前處理工藝選擇

工藝一將原料制粉，浪費較大。且黑芝麻由于含油量太高，在現(xiàn)有條件下，只可采用手工研磨，不易磨碎，顆粒度太大，用這種工藝對原料進行前處理，制得的牛奶成品易沉淀，體系不均勻，故不宜采用。

采用工藝二進行原料前處理，黑色原料浸提液易出現(xiàn)脂肪上浮、黑色物質(zhì)沉淀現(xiàn)象，離心除去油脂后浸提液嚴重分層，且對熱、冷、酸非常敏感，穩(wěn)定性極差，制得的牛奶成品脂肪含量相對偏高、蛋白質(zhì)含量相對偏低，且有沉淀現(xiàn)象。黑米磨漿后漿液呈紅色，故不宜采用。

工藝三對黑色原料及牛奶成品的影響見表4。

表4　工藝三對黑色原料及牛奶成品的影響Table 4Effect of the third technology on black material and black milk

由表4及試驗可知，采用工藝三進行原料前處理，黑米浸提液呈紅色，濃縮后為紫紅色，添加至奶中為紅色；黑芝麻浸提液為黑色，有濃郁的黑芝麻香味，濃縮后色澤明亮、烏黑，較為滿意，且制得的黑牛奶樣品：體系均勻細膩，黑芝麻香與奶香和諧、濃郁，所以選擇工藝三進行黑色原料前處理。

3種原料中黑米浸提液呈紫紅色、口感較差；黑豆浸提液呈黃色，且脫苦工藝較復雜；黑芝麻前處理工藝簡單，浸提液色澤純正、口味獨特，容易被人接受。所以決定單獨使用黑芝麻。

2.3浸提劑種類、浸提時間、溫度對黑色素浸提效果的影響

浸提劑對黑芝麻色素的提取效果影響較大，見圖1。

圖1　溶劑對黑芝麻色素提取效果的影響Fig.1Effect of solvent on melanin extraction from black sesame

用80%的乙醇水溶液和0.1 mol/L的NaOH提取的黑芝麻色素的吸光度高于水為浸提劑的，但差異不顯著（p＞0.05）。乙醇水溶液相對于水成本較高，堿提效果較好，且隨著pH的升高，提取效果增強［17］，但黑芝麻的堿提液在中酸性條件下有沉淀產(chǎn)生，酸提吸光度小于前三者，且差異顯著（p＜0.05）。因此，黑芝麻色素選擇水作為浸提劑最好。

浸提過后的黑芝麻烘干后，其形態(tài)與未經(jīng)處理的原料相差無幾，可用于食用、加工、提取油脂等，不但簡化了芝麻油的加工工藝，還可大大提高黑芝麻的經(jīng)濟價值。

時間和溫度對黑芝麻色素提取效果的影響分別見圖2和圖3。

圖2　時間對黑芝麻色素提取效果的影響Fig.2Effect of time on melanin extraction from black sesame

圖3　溫度對黑芝麻色素提取效果的影響Fig.3Effect of temperature on melanin extraction from black sesame

由圖2可知，浸提溫度為60℃，隨著浸提時間的延長，其吸光度逐漸增加，但浸提時間達到3 h時，其吸光度不再上升。由圖3可知，浸提時間為3 h，隨著浸提溫度的升高，黑芝麻浸提液的吸光度逐漸升高，即浸提液中黑色素越來越多；當溫度達到80℃以上時，浸提液的吸光度不再上升。因此可以確定黑芝麻色素較好的浸提條件為80℃下浸提3 h。

2.4黑色浸提液添加量的確定

黑色浸提液添加量對黑牛奶品質(zhì)的影響見表5。

表5　黑色浸提液添加量對黑牛奶品質(zhì)的影響Table 5Effect of black extract on quality of black milk

由表5可知，當黑色浸提液添加量為20%時，黑牛奶的綜合評分最高，顏色適中，奶香和黑芝麻香并重。當黑色浸提液添加量增加為25%時，牛奶呈深黑色，多數(shù)人視覺感覺不舒服。因此，牛奶中添加20%的黑芝麻浸提物制備的黑牛奶感官效果最佳。

2.5黑牛奶穩(wěn)定性試驗

黑牛奶貯存過程中脂肪會上浮，加入黑芝麻浸提液會產(chǎn)生沉淀現(xiàn)象，因此對黑牛奶進行乳化穩(wěn)定性試驗，結(jié)果見表6。

表6　黑牛奶穩(wěn)定性正交試驗結(jié)果與分析Table 6Results and analysis of orthogonal experiment in stability of black milk

由表6的極差R可知，對黑牛奶穩(wěn)定性的影響依次為：蔗糖酯＞CMC＞海藻酸鈉＞黃原膠。最佳因素水平為A3B3C2D2，即穩(wěn)定劑添加量為CMC0.10%、海藻酸鈉0.06%、黃原膠0.08%、蔗糖酯0.06%（均為質(zhì)量分數(shù)）時，黑牛奶的沉淀率最小，穩(wěn)定性最好。但該組合不在9組設(shè)計中，因此連同正交設(shè)計中的7號試驗一起做驗證試驗。結(jié)果表明最佳組合和7號試驗黑牛奶的沉淀率分別為0.30%和0.33%，說明正交試驗結(jié)果可靠。因此，黑牛奶的最佳乳化穩(wěn)定劑的配方是CMC-Na 0.1%，海藻酸鈉0.06%，黃原膠0.08%，蔗糖酯0.06%（均為質(zhì)量分數(shù)）。

黑芝麻經(jīng)浸提所得的黑芝麻色素性質(zhì)較穩(wěn)定［17］，制備的黑牛奶穩(wěn)定效果也很好，久置不沉淀、不分層，顏色純正，口感順滑，奶香濃郁，兼有濃郁的黑芝麻原香，且黑芝麻本身鐵、鋅含量豐富，有利于補充人體鐵質(zhì)和鋅質(zhì)，是一種集營養(yǎng)與保健一體的新型乳制品，為消費者提供了新的選擇。浸提黑色素后的黑芝麻烘干后并不影響其食用和榨油，而且還簡化了榨油工序，可謂一舉兩得。

3結(jié)論

1）黑芝麻營養(yǎng)豐富，黑色素浸提液色澤純正，口味獨特，是制備黑牛奶的最佳食品原料。

2）黑牛奶加工適宜的工藝流程為：黑芝麻烘烤后經(jīng)浸提、過濾、濃縮得到黑色浸提物，用黑芝麻色素浸提物制備黑牛奶效果較好。

2）黑芝麻黑色素提取工藝：黑芝麻經(jīng)120℃烘烤5 min后，按原料∶水=1∶10（g/mL），在80℃下浸提3h。

4）黑牛奶配方：75%的鮮牛奶，20%的黑色素浸提液，4%的蔗糖，1%的蜂蜜，0.3%乳化穩(wěn)定劑；其中乳化穩(wěn)定劑的配方為CMC-Na 0.1%，海藻酸鈉0.06%，黃原膠0.08%，蔗糖酯0.06%（均為質(zhì)量分數(shù)），此時的黑牛奶顏色適中，穩(wěn)定性好，奶香和芝香并重，含鐵量豐富，有利于補充人體鐵質(zhì)，改善缺鐵性貧血。黑牛奶是一種集營養(yǎng)與保健一體的新型乳制品，具有廣闊的市場前景。

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Study on the Processing Technology of the Black Milk

WANG Rui1，2，LI Zhi-cheng1，*，LIU Sha1，2
（1.College of Food Science and Engineering，Northwest A&F University，Yangling 712100，Shaanxi，China；2.Shaanxi Shenmu Food and Drug Administration，Shenmu 719300，Shaanxi，China）

In order to improve nutrition and function of milk，the kinds of black raw material，the extraction technology of melanin，and the addition of extracts from black sesame and the formulation of stabilizer and emulsifier in black milk were studied with contrast test and or orthogonal experiment.The results showed that：black sesame was the best source of melanin；the melanin extraction technology of baked black sesame was extracted for three hours at 80℃with ten times water（g/mL）；the color and sesame flavor of black milk were all better when adding 20%black sesame extracts；the stability of black milk was best when adding 0.1% carboxymethyl cellulose，0.06%sodium alginate，0.08%xanthan gum，and 0.06%sucrose esters.

black milk；black sesame；melanin；extracting；processing technology

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.15.012

2014-03-15

“十二五”國家科技支撐計劃項目（2012BAD12B07）；陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計劃項目（2011KTCL02-11）

王瑞（1984—），男（漢），碩士研究生，從事乳品加工研究。