Kefir粒發(fā)酵過(guò)程中牛乳體系的 品質(zhì)變化研究

俞佳麗,李延華,*,王偉軍,余靈恩,曾素文,周忠青

(1.浙江工商大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,浙江杭州 310018;2.浙江一鳴食品股份有限公司,浙江溫州 325000)

Kefir是一種古老而又新型的發(fā)酵乳,起源于高加索山北坡,由特殊的發(fā)酵劑-Kefir粒發(fā)酵得到的,是一種具有酸味、起泡性的酒精發(fā)酵功能乳制品,有“發(fā)酵乳中的香檳”的美稱[1]。其獨(dú)特的發(fā)酵劑Kefir粒是一種高度扭曲的、呈不規(guī)則形狀的、具有一定的彈性和酸味的菌種,一般呈白色或淺黃色,是一個(gè)較為復(fù)雜的細(xì)菌和酵母的微生物共生體系[2]。Kefir粒具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)力和抗污染能力,非常適合于家庭制作或工業(yè)化生產(chǎn)[3-4]。

目前Kefir發(fā)酵乳在歐美和日本市場(chǎng)上十分流行,其原因除了顯著的保健功能外,還在于其獨(dú)特的風(fēng)味品質(zhì)[5-6]。近年來(lái),高潔等[7]通過(guò)重組培養(yǎng)構(gòu)建新的Kefir菌相,簡(jiǎn)化了發(fā)酵體系的菌種復(fù)雜程度,同時(shí)維持新菌相優(yōu)良的發(fā)酵性能。劉蒙佳等[8]利用Kefir粒制備了口感細(xì)膩、酸度適中、風(fēng)味柔和的Kefir板栗發(fā)酵乳。楊曉娟等[9]研制了一種活菌含量高、發(fā)酵活力強(qiáng)、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的Kefir豆酸奶直投式發(fā)酵劑,同時(shí)制備了一款美味的Kefir豆酸奶。但是,Kefir粒復(fù)雜的菌相體系導(dǎo)致目前無(wú)法用人工合成方法合成菌粒,同時(shí)Kefir粒發(fā)酵品質(zhì)受發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間等外界環(huán)境影響較大,而其在牛乳中擴(kuò)增速度慢,在傳代過(guò)程中菌群比例不穩(wěn)定,發(fā)酵產(chǎn)物不均勻等缺點(diǎn)也給Kefir發(fā)酵乳的工業(yè)化生產(chǎn)帶了一定影響[9-11]。

本研究利用Kefir粒作發(fā)酵劑,測(cè)定接種量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間對(duì)菌粒發(fā)酵的影響,研究發(fā)酵過(guò)程中的理化指標(biāo)變化,優(yōu)化得到較好的發(fā)酵條件,為Kefir發(fā)酵乳的工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

全脂乳粉 新西蘭恒天然超特級(jí)全脂奶粉;Kefir粒 本實(shí)驗(yàn)室0 ℃保藏;氫氧化鈉 分析純,上海凌峰化學(xué)試劑有限公司;酚酞(指示劑) A Fisher Scientific Worldwide Company。

AR-G2型旋轉(zhuǎn)流變儀 美國(guó)TA儀器公司;PEN3型便攜式電子鼻 北京盈盛恒泰科技有限公司;PL2002型電子天平 博特勒-托利多儀器(上海)有限公司;LR H-250A型生化培養(yǎng)箱 廣東省醫(yī)療器械廠;BL-75A型立式壓力蒸汽滅菌器筒 上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;GZX-9240型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;SW-CJ-1FD型單人單面凈化工作臺(tái) 蘇州凈化設(shè)備有限公司;0.0750 mm標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩 浙江上虞市華豐五金儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 Kefir粒的活化 將在冰箱中凍藏的Kefir菌粒取出,置于室溫環(huán)境下融解,待到冰融化后按1∶10 (g/mL)比例接種于已冷卻的巴氏殺菌奶(全脂乳粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%)中,在25 ℃環(huán)境下培養(yǎng)24 h,用已滅菌的標(biāo)準(zhǔn)篩過(guò)濾,再用無(wú)菌水反復(fù)沖洗至表面的發(fā)酵乳附著物基本脫落。將菌粒再度放入滅菌乳中,25 ℃培養(yǎng)24 h,過(guò)濾清洗。以上步驟重復(fù)多次,直至顆粒增大且形成了新的顆粒為止[12],洗凈備用,備用菌粒需在1 h內(nèi)用完[13]。

1.2.2 發(fā)酵乳的制備 將菌粒按照0.30%、0.35%、0.40%(w/w)的比例接種到滅菌乳中,將不同接種量的樣品分別放于20、25、30和37 ℃培養(yǎng)環(huán)境中發(fā)酵48 h,每4 h測(cè)定品質(zhì)變化。

1.2.3 酸度測(cè)定 用吉爾尼爾度(°T)來(lái)表征酸奶的酸度變化,每隔4 h對(duì)發(fā)酵過(guò)程中的發(fā)酵液進(jìn)行酸度測(cè)定[14]。

從培養(yǎng)箱中將樣品取出,用標(biāo)準(zhǔn)篩將Kefir粒濾出并用燒杯收集過(guò)濾之后的牛乳,用移液管移取10 mL的牛乳到250 mL的錐形瓶中,再移取20 mL蒸餾水,滴3～5滴10 g/L的酚酞,用濃度為0.1 mol/L的NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定,記錄數(shù)據(jù)。以上操作重復(fù)三次,并記錄。

1.2.4 風(fēng)味物質(zhì)的測(cè)定 發(fā)酵牛乳產(chǎn)生的風(fēng)味物質(zhì)及其含量會(huì)隨發(fā)酵溫度和發(fā)酵時(shí)間的不同而改變。本研究通過(guò)電子鼻來(lái)測(cè)定不同條件下的風(fēng)味物質(zhì)成分變化[15]。實(shí)驗(yàn)中10個(gè)金屬氧化物傳感器所能采集到的風(fēng)味物質(zhì)種類功能見(jiàn)表1。

表1 傳感器性能描述Table 1 Properties of the sensors of the electronic nose

用無(wú)菌標(biāo)準(zhǔn)篩過(guò)濾Kefir發(fā)酵液,移取5 mL過(guò)濾后的樣品至樣品瓶中,用保鮮膜封口并用繩子扎緊瓶口,于40 ℃水浴鍋中恒溫30 min,快速冷卻至室溫。將冷卻后的樣品置于25 ℃的環(huán)境中平衡30 min,以便產(chǎn)生足夠的頂空揮發(fā)氣體用于測(cè)量。平衡完成之后,測(cè)定數(shù)據(jù),重復(fù)三次。電子鼻的實(shí)驗(yàn)參數(shù)為:清洗時(shí)間80 s,測(cè)試時(shí)間50 s,進(jìn)氣速率400 mL/min。

1.2.5 流變特性的測(cè)定

1.2.5.1 樣品準(zhǔn)備 取發(fā)酵乳樣品,過(guò)濾,置于4 ℃冰箱中后熟0.5 h。提前0.5 h打開(kāi)空壓機(jī),至壓力達(dá)到30 MPa,打開(kāi)水循環(huán),取下軸承保護(hù)鎖,打開(kāi)旋轉(zhuǎn)流變儀,進(jìn)樣測(cè)定,記錄數(shù)據(jù)。每個(gè)樣重復(fù)三次,并記錄數(shù)據(jù)。

1.2.5.2 頻率掃描 取Kefir乳樣品恒溫25 ℃,在振蕩模式下對(duì)樣品進(jìn)行頻率掃描,選用直徑為60 mm的探頭,將角頻率設(shè)置為0.1～100 rad/s,每個(gè)數(shù)量級(jí)測(cè)10個(gè)點(diǎn),測(cè)定樣品儲(chǔ)能模量G′(Pa),損耗模量G″(Pa)以及復(fù)合黏度η*[16]。

1.2.5.3 穩(wěn)態(tài)測(cè)定 在恒溫25 ℃條件下,檢測(cè)樣品剪切應(yīng)力和黏度隨剪切速率變化的測(cè)值[17]。選用60 mm的夾具平板作為測(cè)試探頭,設(shè)置參數(shù)為:剪切速率0.1～100 s-1,每個(gè)數(shù)量級(jí)取10個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn),以剪切速率的對(duì)數(shù)為橫坐標(biāo),黏度的對(duì)數(shù)為縱坐標(biāo)作圖[18-19]。同時(shí),設(shè)置升速剪切時(shí)間為10 s,并且每次重復(fù)必須重新更換樣品進(jìn)行檢測(cè)。

1.2.5.4 流動(dòng)常數(shù)的確定 Kefir發(fā)酵乳的流動(dòng)行為可通過(guò)冪律模型(Power Law model)σ=K(γ)n-1來(lái)描述,其中σ代表剪切應(yīng)力(Pa),γ代表剪切速率(s-1),K代表黏度系數(shù)(Pa·sn),n代表流動(dòng)系數(shù)。利用AR-G2旋轉(zhuǎn)流變儀和Origin軟件對(duì)不同發(fā)酵溫度下的Kefir發(fā)酵乳的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,得到K,n和R2[20],

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,采用Duncan模型進(jìn)行顯著性分析,顯著性水平為α=0.05,作圖采用Origin 8軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 接種量對(duì)Kefir粒產(chǎn)酸速率和產(chǎn)酸量的影響

圖1給出四個(gè)發(fā)酵溫度下接種量對(duì)Kefir粒產(chǎn)酸速率和產(chǎn)酸量的影響結(jié)果,同時(shí),將發(fā)酵液的酸度達(dá)到70～100 °T時(shí)的狀態(tài)認(rèn)定為發(fā)酵完成[21]。圖1顯示,20 ℃發(fā)酵48 h后發(fā)酵仍沒(méi)有完成,而25 ℃發(fā)酵44～48 h則到達(dá)發(fā)酵終點(diǎn),30 ℃在36 h時(shí)即達(dá)到發(fā)酵終點(diǎn),37 ℃在24 h左右達(dá)到發(fā)酵終點(diǎn),且根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,隨著發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)(>24 h),酸度變化不顯著,并伴隨乳清析出,因此只研究37 ℃發(fā)酵24 h內(nèi)的樣品。

圖1 接種量對(duì)Kefir乳酸度變化的影響Fig.1 Effect of inoculums quantity on acidity change of fermented Keifr milk注:(a)發(fā)酵溫度為20 ℃;(b)發(fā)酵溫度為25 ℃;(c)發(fā)酵溫度為30 ℃;(d)發(fā)酵溫度為37 ℃。

由圖1(a)可知,在發(fā)酵前36 h內(nèi),接種量對(duì)Kefir粒的產(chǎn)酸速率和產(chǎn)酸量影響不大,樣品的酸度增大速率與增加量差別較小,36 h后,接種量對(duì)Kefir的產(chǎn)酸速率和產(chǎn)酸量產(chǎn)生較大影響。在前36 h內(nèi),3個(gè)接種量的樣品酸度呈緩慢增長(zhǎng),在36 h后酸度增加迅速。接種量為0.40%的樣品產(chǎn)酸量穩(wěn)定增長(zhǎng),在48 h時(shí)酸度達(dá)到最大為59 °T;接種量為0.30%和0.35%的樣品在發(fā)酵36 h后產(chǎn)酸速率高于接種量為0.40%的樣品組,但42 h后速率又低于該組,致使發(fā)酵48 h后的樣品酸度低于該組,僅為53和54 °T。

圖1(b)中,接種量在前12 h內(nèi)對(duì)Kefir的產(chǎn)酸速率幾乎沒(méi)有影響,但在12 h后,其影響較為明顯。接種量為0.40%的樣品組產(chǎn)酸速率最高,發(fā)酵48 h后的產(chǎn)酸量最大,酸度達(dá)到79 °T;接種量為0.35%的樣品組產(chǎn)酸速率在前40 h低于接種量為0.30%的樣品組,但之后速率升高,發(fā)酵48 h后的產(chǎn)酸量達(dá)到78 °T;接種量為0.30%的樣品組的產(chǎn)酸速率先升高后降低發(fā)酵48 h后的產(chǎn)酸量最低為77 °T。

圖1(c)中接種量為0.40%和0.35%的樣品組產(chǎn)酸速率大致相同,產(chǎn)酸量分別為86和87 °T;而接種量為0.30%的樣品組產(chǎn)酸速率在前4～32 h產(chǎn)酸速率較高,但32 h后產(chǎn)酸速率降低,產(chǎn)酸量達(dá)到87 °T。這可能是因?yàn)榻臃N量0.30%和0.35%的樣品組中Kefir粒和牛乳的接種比例降低,有利于Kefir發(fā)酵劑中某些微生物類群量減少,從而的活菌數(shù)提高微生物活力[21]。

圖1(d)為37 ℃條件的發(fā)酵樣品,由圖可知接種量為0.30%的樣品產(chǎn)酸速率較快,但在20 h后接種量0.40%和0.35%的樣品產(chǎn)酸速率和產(chǎn)酸量有所趕超,在24 h后,接種量0.40%的樣品達(dá)到最大產(chǎn)酸量730T,接種量為0.35%和0.30%的產(chǎn)酸量分別達(dá)到70和65 °T。

綜上所述,接種量對(duì)Kefir粒的發(fā)酵效果不是單一作用,是復(fù)雜的:在較低溫度條件下,接種量的影響不明顯,隨著溫度的升高,接種量的影響逐漸加大。相同溫度下,一定范圍內(nèi)接種量較大的樣品組,Kefir粒的產(chǎn)酸效果較好,生成的乳酸較多;接種量較低,菌種增長(zhǎng)緩慢,在前4 h內(nèi)糖類利用率不高,產(chǎn)生乳酸能力相對(duì)較弱。因此綜合考慮,本研究選用0.40%的接種量進(jìn)行發(fā)酵時(shí)間和發(fā)酵溫度的研究實(shí)驗(yàn)。

2.2 發(fā)酵溫度對(duì)Kefir發(fā)酵乳風(fēng)味品質(zhì)的影響

隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),牛乳本身含有的乳糖等糖類物質(zhì)被利用,乙醇含量逐漸增加,烷烴芳香物質(zhì)大量增加,說(shuō)明隨著發(fā)酵時(shí)間的增加,Kefir發(fā)酵乳的風(fēng)味成分會(huì)產(chǎn)生變化,有大量烷烴芳香物質(zhì)和乙醇形成,形成Kefir乳的主要風(fēng)味物質(zhì)[22]。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果,選取其中測(cè)定烷烴類芳香物質(zhì)和乙醇的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。以四個(gè)溫度條件下Kefir發(fā)酵乳的發(fā)酵過(guò)程為例,分析發(fā)酵時(shí)間、發(fā)酵溫度對(duì)Kefir發(fā)酵乳風(fēng)味品質(zhì)的影響,結(jié)果見(jiàn)表2和表3。

表2 發(fā)酵過(guò)程中Kefir乳中烷烴類芳香物質(zhì)含量的變化Table 2 Changes of arom-aliph content in Kefir milk during fermentation

表3 發(fā)酵過(guò)程中Kefir乳中乙醇含量的變化Table 3 Changes of ethanol content in Kefir milk during fermentation

由表2可知:20 ℃條件下,Kefir發(fā)酵乳中烷烴類芳香物質(zhì)的產(chǎn)生在16 h后開(kāi)始大量生成,幾乎每8 h便會(huì)產(chǎn)生顯著變化(p<0.05),36 h發(fā)酵后產(chǎn)生了大量的烷烴芳香物質(zhì);25 ℃條件下,烷烴類芳香物質(zhì)大約從28 h起顯著增加(p<0.05),說(shuō)明Kefir粒在自發(fā)酵28 h后才大量利用牛乳中的糖類物質(zhì),烷烴類芳香物質(zhì)在32 h左右含量達(dá)到最高,之后降低,這可能是因?yàn)樵?2 h左右,菌相中乳酸菌達(dá)到生長(zhǎng)穩(wěn)定期,成為主要菌群,分解乳糖,之后隨時(shí)間延長(zhǎng),菌體逐漸衰亡自溶,其他菌種成為優(yōu)勢(shì)菌并在一定程度上分解利用烷烴類芳香物質(zhì)[9];30 ℃條件下,烷烴類芳香物質(zhì)在發(fā)酵8 h后即產(chǎn)生顯著變化(p<0.05),其余時(shí)間略有波動(dòng),總體呈現(xiàn)增加趨勢(shì);37 ℃發(fā)酵條件下,樣品也在8 h后即大量產(chǎn)生烷烴類芳香物質(zhì)(p<0.05),隨總體呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。

比較相同發(fā)酵時(shí)間不同發(fā)酵溫度條件下生成的烷烴類芳香物質(zhì)的含量差異可知,與其他溫度條件相比,30 ℃條件下的Kefir發(fā)酵乳中的烷烴類芳香物質(zhì)總體上含量較高,具有顯著性差異(p<0.05),且糖類利用效果較好,同時(shí)也說(shuō)明溫度越高,乳酸菌生長(zhǎng)繁殖越快,分解糖類產(chǎn)生烷烴類芳香物質(zhì)的時(shí)間越早,越有利于工業(yè)化生產(chǎn)。

由表3可知,20 ℃條件下,乙醇含量在36 h左右增加顯著(p<0.05),44 h后達(dá)到最高,之后略有降低,但降低不明顯;25 ℃條件下,乙醇在28～36 h左右大量產(chǎn)生,每隔4 h便會(huì)發(fā)生顯著增加(p<0.05),之后略有降低;30 ℃條件下,8 h后就有乙醇大量生成,中間略有降低,但總體呈現(xiàn)增加的趨勢(shì),且增加趨勢(shì)較為明顯(p<0.05);37 ℃條件下,8 h后乙醇含量顯著增加,但之后含量差異不顯著(p>0.05)。

比較相同發(fā)酵時(shí)間不同發(fā)酵溫度條件下的Kefir發(fā)酵乳中乙醇含量可知,溫度越高,乙醇含量產(chǎn)生時(shí)間越短,這可能是因?yàn)镵efir粒中酵母菌生長(zhǎng)繁殖越快,利用糖類分解產(chǎn)生乙醇的效果越好,同時(shí)也說(shuō)明溫度越高,酵母菌生長(zhǎng)繁殖越快,生成乙醇的時(shí)間越短[23]。30 ℃溫度條件下,發(fā)酵48 h后利用糖類生成的烷烴類芳香物質(zhì)和乙醇較多,風(fēng)味較好,其次為25 ℃條件下發(fā)酵的樣品。這說(shuō)明溫度過(guò)低,乳酸菌生長(zhǎng)緩慢,不利于乳糖分解產(chǎn)生烷烴類芳香物質(zhì);溫度過(guò)高,則乳酸菌生長(zhǎng)過(guò)快,易析出乳清和酵母菌的衰老及菌體自溶現(xiàn)象,容易產(chǎn)生苦味,影響口感[12]。

2.3 發(fā)酵溫度對(duì)Kefir發(fā)酵乳流變特性的影響

2.3.1 溫度對(duì)Kefir發(fā)酵乳儲(chǔ)能模量、損耗模量和復(fù)合黏度的影響 樣品的儲(chǔ)能模量(G′)是指在頻率掃描的振動(dòng)測(cè)試中每一個(gè)變形周期內(nèi)的模量,常用來(lái)代表酸奶的彈性,又稱彈性模量;損耗模量(G″)是指在頻率掃描的變形中酸奶所損失的能量,常用來(lái)表征酸奶的黏性,又稱黏性模量[24]。結(jié)合儲(chǔ)能模量和損耗模量的變化分析不同條件下Kefir發(fā)酵乳的彈性特征和黏性特征變化,Kefir發(fā)酵乳體系的復(fù)合黏度變化結(jié)果見(jiàn)圖2。圖2中角頻率從0～15.92 rad/s時(shí),相同溫度條件下的Kefir乳儲(chǔ)能模量G′和損耗模量G″都隨角頻率增大而增大,增加趨勢(shì)一致,但增大程度不同。不同樣品的tanδ始終小于1,G′>G″且相同溫度下G′最大值約為G″最大值的三倍,彈性占主導(dǎo)地位,表現(xiàn)出凝膠性質(zhì),說(shuō)明Kefir發(fā)酵乳的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較弱[25]。比較不同溫度條件下的儲(chǔ)能模量和損耗模量可知,隨著溫度上升,樣品的黏彈性都有一定程度的增加,且溫度越高,發(fā)酵相同時(shí)間的Kefir乳的黏彈性越高,因此可說(shuō)明,發(fā)酵溫度越高,發(fā)酵乳的體系結(jié)構(gòu)強(qiáng)度越大,凝膠特性越明顯,越有利于凝固型發(fā)酵乳的形成。

圖2 不同發(fā)酵溫度條件下的Kefir乳的頻率掃描Fig.2 Frequency sweeping of fermented Kefir milk under different fermentation temperatures

由圖3角頻率和復(fù)合黏度的對(duì)數(shù)曲線關(guān)系中可以看出:相同溫度條件下,復(fù)合黏度η*隨角頻率的增加而減小。37 ℃樣品在任意角頻率下的復(fù)合黏度始終高于其余樣品,其次是30 ℃,再次是25 ℃,最后是20 ℃,說(shuō)明溫度越高,明串珠菌生長(zhǎng)代謝作用越好[23],產(chǎn)黏效果越好,黏度越大。

圖3 不同發(fā)酵溫度下樣品的復(fù)合黏度隨角頻率的變化Fig.3 Changes in the composite viscosity with frequency of the sample under different fermentation temperatures

2.3.2 發(fā)酵溫度對(duì)Kefir發(fā)酵乳穩(wěn)態(tài)流動(dòng)的影響 根據(jù)圖1中發(fā)酵終點(diǎn)的結(jié)果顯示,研究37 ℃發(fā)酵24 h的樣品以及其他三個(gè)溫度發(fā)酵48 h的樣品的流變性質(zhì),結(jié)果如圖4。由圖4可知,不同發(fā)酵溫度條件下Kefir發(fā)酵乳的表觀黏度隨剪切速率的變化趨勢(shì)相似,表觀黏度值隨剪切速率的增大呈現(xiàn)下降趨勢(shì)表明Kefir發(fā)酵乳中存在剪切變稀的現(xiàn)象[26]。剪切速率較小時(shí),30 ℃發(fā)酵得到的Kefir發(fā)酵乳的表觀黏度較大,剪切速率大于1 s-1時(shí),37 ℃發(fā)酵得到的Kefir乳的表觀黏度較大。剪切速率為0.1 s-1時(shí),37 ℃發(fā)酵Kefir乳的表觀黏度最大,達(dá)到96.19(Pa·s);隨著剪切速率增大,20 ℃發(fā)酵Kefir乳的表觀黏度下降程度最大,說(shuō)明20 ℃發(fā)酵的Kefir乳的凝乳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對(duì)而言較為不穩(wěn)定,更易剪切變稀[27]。37、30和25 ℃發(fā)酵的Kefir乳在剪切速率達(dá)到25.12 s-1后,表觀黏度大小相近,說(shuō)明發(fā)酵溫度對(duì)Kefir發(fā)酵乳的表觀黏度有不同程度的影響[28]。

圖4 不同發(fā)酵溫度對(duì)Kefir乳穩(wěn)態(tài)流動(dòng)的影響Fig.4 Influence of different fermentation temperature on steady flow of Kefir

2.3.3 發(fā)酵溫度對(duì)Kefir發(fā)酵乳流動(dòng)常數(shù)的影響 Kefir粒對(duì)發(fā)酵乳黏度的影響主要是由胞外多糖和脂肪決定的[13],由乳酸菌和明串珠菌生長(zhǎng)繁殖所引起。Kefir粒在四個(gè)溫度下發(fā)酵得到的樣品流動(dòng)常數(shù)結(jié)果見(jiàn)圖5,從圖5(a)可知:相同溫度下,在16 h的發(fā)酵時(shí)間內(nèi),Kefir發(fā)酵乳的黏度系數(shù)不隨時(shí)間變化而變化,在16 h后,黏度系數(shù)隨著時(shí)間延長(zhǎng)而增大。不同溫度條件下,在發(fā)酵前期(0～16 h),發(fā)酵相同時(shí)間的Kefir發(fā)酵乳黏度系數(shù)相近,當(dāng)發(fā)酵16 h后,37 ℃發(fā)酵和30 ℃發(fā)酵的Kefir乳黏度系數(shù)總體上隨發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)而增大;在發(fā)酵16～36 h過(guò)程中,25和20 ℃的Kefir發(fā)酵乳的黏度系數(shù)并不隨時(shí)間變化而變化,說(shuō)明此階段,Kefir粒中的明串珠菌主要進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖活動(dòng),不進(jìn)行新陳代謝[23];發(fā)酵36 h后,25 ℃的Kefir發(fā)酵乳的黏度系數(shù)開(kāi)始增加,20 ℃的發(fā)酵乳的黏度系數(shù)在40 h后開(kāi)始增加。因此,37和30 ℃條件下Kefir粒的新陳代謝較快,產(chǎn)生黏性物質(zhì)速率較快。25 ℃發(fā)酵40 h后得到的Kefir乳黏度下降,發(fā)酵44 h后又上升,這可能是因?yàn)槊鞔榫任⑸锂a(chǎn)生的黏性物質(zhì)被破壞,從而導(dǎo)致Kefir發(fā)酵乳的黏性下降[29]。從圖5(b)可知,20 ℃發(fā)酵44和48 h的發(fā)酵乳的流動(dòng)系數(shù)n都小于1,該體系為非牛頓流體[18]。圖5(c)中可看出擬合方程的R2在1.0左右,證明方程的擬合性較好,而20 ℃發(fā)酵44 h后的Kefir發(fā)酵乳的R2急劇減小,遠(yuǎn)小于1.0,說(shuō)明20 ℃發(fā)酵44 h后的樣品不適用于此冪律模型[30-31],也證明20 ℃發(fā)酵產(chǎn)生的Kefir乳體系不穩(wěn)定。25和30 ℃的樣品比較可知,發(fā)酵48 h后30 ℃得到的Kefir發(fā)酵乳更為黏稠,凝固性更好,更穩(wěn)定。

圖5 溫度對(duì)Kefir發(fā)酵乳的黏度系數(shù)、 流動(dòng)系數(shù)和R2的影響Fig.5 Influence of fermented temperature on the parameters of viscosity coefficient,flow coefficient and the R2

3 結(jié)論

3.1 接種量

接種量對(duì)Kefir粒在牛乳中的發(fā)酵效果具有一定的影響,接種量越大,發(fā)酵過(guò)程所需時(shí)間越短,但是接種量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致大量乳清析出;接種量太小,則會(huì)導(dǎo)致凝乳時(shí)間過(guò)長(zhǎng),酸度不足。本研究比較相同溫度下0.30%、0.35%和0.40%三個(gè)接種量的產(chǎn)酸速率和產(chǎn)酸量,發(fā)現(xiàn)只有0.40%的接種量可以在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到75～100 °T的酸度,較快完成發(fā)酵,因此選取0.40%的接種量作為工業(yè)化生產(chǎn)的參考依據(jù)。

3.2 發(fā)酵條件對(duì)Kefir發(fā)酵乳風(fēng)味物質(zhì)的影響

Kefir粒的發(fā)酵過(guò)程中,菌體會(huì)利用牛乳本身的乳糖等代謝產(chǎn)生乙醇、烷烴類芳香物質(zhì)等風(fēng)味成分,形成Kefir發(fā)酵乳的獨(dú)特風(fēng)味,比較四個(gè)溫度條件下發(fā)酵得到的主要風(fēng)味成分烷烴類芳香物質(zhì)和乙醇含量發(fā)現(xiàn),與初始狀態(tài)相比,含量顯著增加(p<0.05)。同時(shí)溫度過(guò)低,菌體生長(zhǎng)緩慢,無(wú)法正常生長(zhǎng)代謝;溫度略微升高,乳酸菌和酵母菌生長(zhǎng)繁殖越快,利用牛乳中糖類物質(zhì)越多,產(chǎn)生這兩種風(fēng)味物質(zhì)的時(shí)間越短;但是溫度過(guò)高,導(dǎo)致酵母菌在發(fā)酵過(guò)程中菌體自溶,乙醇增加量不大(p>0.05),影響發(fā)酵乳的風(fēng)味。

3.3 發(fā)酵條件對(duì)Kefir發(fā)酵乳流變性質(zhì)的影響

溫度影響凝乳的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),其凝固性會(huì)因溫度不同而不同。Kefir發(fā)酵乳的流變特性研究表明,不同發(fā)酵溫度條件下的樣品隨著角頻率的增大,儲(chǔ)能模量和損耗模量都有不同程度的增加,tanδ始終小于1,G′始終大于G″,彈性特征較為突出,結(jié)構(gòu)剛性更強(qiáng)。溫度越高,黏彈性越高,發(fā)酵乳體系越穩(wěn)定。Kefir發(fā)酵乳是一個(gè)剪切變稀的體系,在較高溫度發(fā)酵所得的發(fā)酵乳的表觀黏度比較大,且在30 ℃以上發(fā)酵時(shí),產(chǎn)黏性的明串珠菌快速生長(zhǎng)代謝,引起黏度上升,黏度系數(shù)增大;而30 ℃條件以下發(fā)酵時(shí)則明串珠菌生長(zhǎng)緩慢,黏度上升較慢,黏度系數(shù)變化緩慢。但實(shí)際生產(chǎn)中,37 ℃發(fā)酵的Kefir乳較容易有乳清析出,25 ℃發(fā)酵的Kefir乳的風(fēng)味物質(zhì)不及30 ℃的突出,20 ℃發(fā)酵的Kefir乳體系不穩(wěn)定,凝膠性差。因此,選用0.40%的Kefir粒接種量在30 ℃條件下發(fā)酵48 h可得風(fēng)味獨(dú)特、凝固性好的Kefir發(fā)酵乳。