低糖復(fù)合發(fā)酵乳工藝優(yōu)化研究

劉 洋

（長春職業(yè)技術(shù)學(xué)院 教務(wù)處，吉林 長春 130033）

中醫(yī)傳統(tǒng)就有“五色養(yǎng)五臟，黑色入腎經(jīng)”的說法，因此“藥、食兼用”的黑色農(nóng)產(chǎn)品一直以來深受追捧。黑米是一種藥、食兼用的大米，長期食用可延年益壽，自古以來就有“藥米”、“貢米”、“壽米”的美譽[1]。黑米中蛋白質(zhì)、氨基酸、脂肪、微量元素及維生素B1等含量均高于普通稻米[2]，黑米種皮中的黃酮花色苷類物質(zhì)是主要的生物活性物質(zhì)，具有降低血脂、抗氧化、抗衰老、抗疲勞、抑制動脈粥樣硬化等多種生理功效[3-5]。黑豆有豆中之王的美稱，黑豆含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、維生素、尼克酸、胡蘿卜素、微量元素和粗纖維，其中蛋白質(zhì)含量達(dá)48%，高于其他豆類[6]，黑豆中的異黃酮、花青素及豐富的維生素等成分，具有抗氧化、調(diào)節(jié)激素水平、防癌抗癌、抗肥胖、降血脂等功效[7-10]。黑木耳是一種食藥用真菌植物，子實體含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、糖類、各種微量元素和維生素，同時還含有一些功能成分，如卵磷脂、甘露聚糖、木糖等，被譽為“素中之葷”[11-12]，是我國傳統(tǒng)的保健佳品。黑色素和多糖是黑木耳的主要活性成分，黑色素具有抗氧化、抗病毒、抗衰老和增強人體免疫力等保健功能[13]，黑木耳多糖具有降血脂、抗血栓、抗衰老、抗腫瘤、抗凝血、增強免疫等作用[14-15]。

木糖醇作為功能性甜味劑，具有低糖、低脂、低熱量的特點，能促進(jìn)肝糖元合成，且不會引起血糖值升高，并促進(jìn)人體對鈣、鐵的吸收，改善新陳代謝，對糖尿病患者起著營養(yǎng)劑和輔助治療劑的作用[16]。因此，本研究以黑米、黑豆和黑木耳三種黑色農(nóng)產(chǎn)品為原料與牛乳混合發(fā)酵，將發(fā)酵乳的營養(yǎng)成分與藥食同源黑色農(nóng)產(chǎn)品特有的藥理成分互補，以木糖醇代替蔗糖，制成豆香、米香、奶香交融，兼具黑木耳清香的風(fēng)味獨特的益生菌發(fā)酵乳，既能滿足消費者對發(fā)酵乳制品的營養(yǎng)保健需求，又能解決懼“糖”消費者的健康需求，對于開發(fā)糖尿病人食用的功能性食品具有重要學(xué)術(shù)價值和生產(chǎn)實踐指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黑米、黑豆、黑木耳：市售；鮮牛乳（成分指標(biāo)蛋白質(zhì)3 g/100 mL、脂肪3.7 g/100 mL、碳水化合物4.8 g/100 mL、Na 0.62g/100mL、Ca1g/100mL）：內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司；保加利亞乳桿菌（Lactobacillus bulgaricus）、嗜熱鏈球菌（Streptococcusthermophiles）：安琪酵母股份有限公司；木糖醇（8%）：河南樂泰食品有限公司；α-淀粉酶（4 000 U/g）：北京雙旋微生物培養(yǎng)基制品廠；糖化酶（100 000 U/g）：張家港市金源生化有限公司；羧甲基纖維素鈉（分析純）、瓊脂（生化試劑）：廣州合誠實業(yè)有限公司；Na2CO3、檸檬酸（均為分析純）：沈陽久野化工原料有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

CRS 300實驗室乳化機：上海新浪輕工機械設(shè)備有限公司；BJ-500A型高速多功能粉碎機：上海拜杰實業(yè)有限公司；50型膠體磨：廣州正碩機械設(shè)備科技有限公司；ScienTZ-04均質(zhì)機：寧波新藝生物有限公司；75型酸奶發(fā)酵柜：天津特斯達(dá)食品機械科技有限公司；GNP 9080恒溫培養(yǎng)箱：常州菲普實驗儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 低糖復(fù)合發(fā)酵乳的加工工藝流程及操作要點[17-18]

黑米液制備：篩選籽粒飽滿的黑米，置于160 ℃烤箱，烘烤時間8 min，使其散發(fā)出濃郁的米香味，將烘烤后的黑米加水調(diào)整料水比為1∶5（g∶mL），然后在60～65 ℃浸泡3 h后磨漿，80 ℃糊化30 min，用飽和Na2CO3溶液調(diào)節(jié)糊化液pH值為6.5～7.0，加入0.35%α-淀粉酶95 ℃液化1 h，采用滴定方法以碘液檢驗還原糖含量為16%～19%，后煮沸5～10 min滅酶，冷卻，用10%檸檬酸溶液調(diào)節(jié)pH值為4.0～4.5，加入0.30%糖化酶在65 ℃進(jìn)行糖化4 h，用無水乙醇檢驗至無白色沉淀后，測其還原糖含量為75%～80%，經(jīng)85 ℃、10 min熱處理滅酶，過80～100目篩制得黑米液，最后用飽和Na2CO3調(diào)節(jié)其pH值為6.4～6.8，備用。

黑豆液的制備：篩選豆粒飽滿的黑豆清洗兩遍，用烤爐調(diào)至溫度180 ℃烘烤10 min，待表皮開裂，7～8成熟，無豆腥味時取出攤涼。加水調(diào)整料水比為1∶5（g∶mL），在20～25 ℃浸泡10 h后進(jìn)行磨漿，磨好的豆?jié){進(jìn)行濕熱100 ℃、30 min 處理，去除豆皮產(chǎn)生的澀味，冷卻后120目過濾，即得黑豆液。

黑木耳液的制備：篩選朵實均勻的黑木耳為原料，用適量水浸泡至充分吸水膨脹后，摘除根部，用水清洗干凈后瀝干，放入溫度45～60 ℃烘箱烘干，烘干后放入粉碎機中粉碎，過60目篩，將黑木耳粉原料按料水比1∶5（g∶mL），置于75 ℃恒溫水浴中超聲浸提（120 W、100 kHz）90 min，過80～100目篩制得黑木耳液。

混合液：將上述制得的黑米液、黑豆液、黑木耳液按一定比例混合，備用。

均質(zhì)、殺菌：將制備好的黑米黑豆黑木耳混合液：鮮牛乳按一定比例混合后，加入2%～10%木糖醇，0.3%羧甲基纖維素鈉和瓊脂（1∶1）復(fù)配型穩(wěn)定劑，攪拌均勻后用均質(zhì)機均質(zhì)（壓力25 MPa，溫度50～65 ℃），在90～95 ℃殺菌5～10 min，再冷卻至42 ℃。

接種發(fā)酵：加入混合發(fā)酵劑保加利亞乳桿菌∶嗜熱鏈球菌=1∶2，發(fā)酵劑添加量為2.5%～4.5%，攪拌均勻，將混合液置于42 ℃恒溫條件下，發(fā)酵4 h，待凝乳酸度達(dá)到70°T以上即為發(fā)酵完成。將發(fā)酵完成的發(fā)酵乳置于4 ℃冰箱中冷藏24 h進(jìn)行后熟，即得成品。

1.3.2 低糖復(fù)合發(fā)酵乳發(fā)酵工藝優(yōu)化單因素及正交試驗

參照上述低糖復(fù)合發(fā)酵乳制備工藝，設(shè)計黑米黑豆黑木耳質(zhì)量比分別為1∶1∶1、2∶1∶2、2∶2∶3、3∶2∶1、3∶3∶1；黑米黑豆黑木耳混合液∶牛乳體積比分別為9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5；接種量分別為2.5%、3.0%、3.5%、4.0%、4.5%；木糖醇添加量分別為2%、4%、6%、8%、10%，考察黑米黑豆黑木耳質(zhì)量比、黑米黑豆黑木耳混合液與牛乳體積比、接種量、木糖醇添加量對低糖復(fù)合發(fā)酵乳品質(zhì)的影響。

利用單因素優(yōu)化的結(jié)果，依據(jù)低糖復(fù)合發(fā)酵乳的發(fā)酵條件及菌種的生長特性，以黑米∶黑豆∶黑木耳質(zhì)量比（A）、混合液∶牛乳體積比（B）、接種量（C）、木糖醇添加量（D）為考察因素，進(jìn)行L9（34）的正交試驗設(shè)計，通過對發(fā)酵乳酸度及感官評分為考察指標(biāo)，確定低糖復(fù)合發(fā)酵乳的最佳發(fā)酵工藝條件，正交試驗因素與水平見表1。

表1 低糖復(fù)合發(fā)酵乳發(fā)酵工藝優(yōu)化正交試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal tests for fermentation process optimization of low sugar compound fermented milk

1.3.3 復(fù)合發(fā)酵乳理化及微生物指標(biāo)測定

黑米液還原糖的測定參考GB 5009.7—2008《食品中還原糖的測定》；酸度的測定采用GB 5413.34—2010《乳和乳制品酸度的測定》中的中和滴定法；pH值測定采用pH計；蛋白質(zhì)的測定采用GB 5009.5—2010《食品中蛋白質(zhì)的測定》中的凱氏定氮法；脂肪的測定采用GB 5413.3—2010《嬰幼兒食品和乳品中脂肪的測定》中的索氏抽提法；乳酸菌活菌數(shù)的測定采用GB 4789.35—2010《食品微生物學(xué)檢驗乳酸菌檢驗》中的平板計數(shù)法。

1.3.4 黑米黑豆黑木耳低糖復(fù)合發(fā)酵發(fā)酵乳感官評價方法[19-20]

選擇20名感官評定專業(yè)人員組成評定小組，分別從低糖復(fù)合發(fā)酵乳的組織狀態(tài)（30分）、口感（30分）、風(fēng)味（20分）、色澤（20分）四個方面對產(chǎn)品進(jìn)行感官評定，滿分為100分，具體評價標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 低糖復(fù)合發(fā)酵乳感官評價標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standards of low sugar compound fermented milk

1.3.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

所有試驗檢測指標(biāo)均重復(fù)測定3次，數(shù)據(jù)表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差，使用SPSS 20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析；使用方差分析鄧肯法對數(shù)據(jù)的顯著性差異進(jìn)行分析，當(dāng)P＜0.05時，認(rèn)為各均值之間差異顯著；使用皮爾遜法對數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 黑米黑豆烘烤條件

高溫烘烤可以使黑米黑豆產(chǎn)生濃郁的米香及豆香，去除豆腥味，使得復(fù)合發(fā)酵乳具有濃郁的烘焙香味，有利于黑米糊化及黑米淀粉的降解，溫度適宜黑米、黑豆表皮無脫落，表皮中的黑色素成分對發(fā)酵乳的功能性提升起顯著作用。

表3 烘烤條件對黑米感官評價的影響Table 3 Effects of baking conditions on sensory evaluation of black rice

由表3可見，黑米烘烤溫度太低，產(chǎn)生的香味較淡；烘焙溫度太高，容易產(chǎn)生焦糊的味道且易于造成表皮脫落，因此黑米最佳烘烤溫度為160 ℃，烘烤時間為8 min，此時黑米香氣濃郁，無表皮脫落現(xiàn)象。

表4 烘烤條件對黑豆感官評價的影響Table 4 Effects of baking conditions on sensory evaluation of black beans

由表4可知，黑豆烘烤溫度太低，香味不濃郁，且豆腥味較明顯；烘烤溫度太高，焦味明顯，表皮脫落嚴(yán)重，因此黑豆最佳的烘烤溫度為180 ℃，烘烤時間為10 min，此時黑豆香味濃郁，無焦味，無豆腥味，幾乎無表皮脫落現(xiàn)象。

2.2 低糖復(fù)合發(fā)酵乳發(fā)酵工藝優(yōu)化單因素試驗

2.2.1 黑米黑豆黑木耳質(zhì)量比對發(fā)酵乳品質(zhì)的影響

在黑米黑豆黑木耳混合液∶牛乳體積比為6∶4，木糖醇添加量為8%，混合菌種接種量為4.0%時，考察黑米黑豆黑木耳質(zhì)量比對發(fā)酵乳品質(zhì)的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 黑米黑豆黑木耳質(zhì)量比對低糖復(fù)合發(fā)酵乳酸度及感官評分的影響Fig.1 Effects of mass ratio of black rice,black beans and black fungus on acidity and sensory score of low sugar compound fermentation milk

由圖1可知，隨著黑米液比重增加發(fā)酵乳酸度值及感官評分均呈現(xiàn)升高趨勢，因為黑米在經(jīng)過酶解處理后產(chǎn)生寡糖作為乳酸菌發(fā)酵底物被充分利用，乳酸菌加速增長，因此發(fā)酵乳的酸度有上升的趨勢；減少黑木耳液比重反而使發(fā)酵乳的風(fēng)味突出，原因在于高含量的黑木耳的清香味道掩蓋了部分米香及豆香味；當(dāng)黑米黑豆黑木耳質(zhì)量比為3∶2∶1時，發(fā)酵乳米香、豆香、黑木耳清香與牛乳香氣交融，口感爽滑細(xì)膩，組織狀態(tài)好，發(fā)酵乳感官評分達(dá)最高（89±1.5）分，酸度值為（84±1.3）°T。當(dāng)黑豆液比重逐漸升高至黑米、黑豆量相等時，即黑米黑豆黑木耳質(zhì)量比為3∶2∶1時，發(fā)酵乳液中有細(xì)微顆粒沉淀，乳液中固形物質(zhì)含量也隨之增加，導(dǎo)致水分活度明顯降低，菌體產(chǎn)酸能力下降，因此，最適的黑米黑豆黑木耳質(zhì)量比為3∶2∶1。

2.2.2 黑米黑豆黑木耳混合液與牛乳體積比對發(fā)酵乳品質(zhì)的影響

在黑米黑豆黑木耳質(zhì)量比為3∶2∶1，木糖醇添加量為8%，混合菌種接種量為4.0%時，考察黑米黑豆黑木耳混合液與牛乳體積比對發(fā)酵乳品質(zhì)的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 混合液與牛乳體積比對發(fā)酵乳酸度及感官評分的影響Fig.2 Effects of volume ratio of mixed liquid and milk on acidity and sensory score of low sugar compound fermentation milk

由圖2可知，隨著黑米黑豆黑木耳混合液與牛乳體積比降低，發(fā)酵乳酸度值保持下降趨勢，感官評分先升高后下降，原因在于黑米經(jīng)液化糖化后把溶解狀態(tài)的淀粉、糊精轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵性寡聚糖，有利于乳酸菌發(fā)酵，酸度值較高；通過添加適當(dāng)牛乳以緩解沉降或稀釋速度，發(fā)酵乳的膠凝能力增強，發(fā)酵乳的黏稠度提高，乳清析出現(xiàn)象逐漸減少，發(fā)酵乳感官評分逐漸升高，當(dāng)黑米黑豆黑木耳混合液與牛乳體積比為6∶4（V/V）時，發(fā)酵乳口感細(xì)膩爽滑，組織狀態(tài)均勻一致，無乳清析出，凝固狀態(tài)良好，酸度適宜，發(fā)酵乳感官評分達(dá)最高（92±1.5）分；當(dāng)黑米黑豆黑木耳混合液與牛乳體積比為5∶5 時，發(fā)酵乳組織狀態(tài)均勻度較差，有粉感及砂質(zhì)感，感官評分下降。因此，最適的黑米黑豆黑木耳混合液與牛乳體積比為6∶4（V/V）。

2.2.3 接種量對發(fā)酵乳品質(zhì)的影響

黑米黑豆黑木耳質(zhì)量比為3∶2∶1，黑米黑豆黑木耳混合液與牛乳體積比為6∶4，木糖醇添加量為8%，考察混合菌種接種量對發(fā)酵乳品質(zhì)的影響，結(jié)果見圖3。

由圖3可知，隨著混合菌種接種量的增加，發(fā)酵乳的酸度呈現(xiàn)升高的趨勢，感官評分呈現(xiàn)先升高后下降趨勢，原因在于接種量太少會導(dǎo)致發(fā)酵不完全，乳酸產(chǎn)量不夠，酸味較淡，風(fēng)味一般，發(fā)酵乳易于分層，凝乳較差；當(dāng)接種量達(dá)到4.0%時，發(fā)酵乳酸甜適口，口感適宜，凝乳狀態(tài)好，質(zhì)地均勻，風(fēng)味獨特，此時感官評分達(dá)到最高（91±1.4）分，酸度值為（78±1.3）°T；接種量太大乳酸產(chǎn)量過多，使得酸度過大，反而易造成凝乳中蛋白質(zhì)脫水收縮現(xiàn)象，使乳清析出較多，發(fā)酵乳的口感和風(fēng)味略差。因此，最適的混合菌種接種量為4.0%。

圖3 接種量對低糖復(fù)合發(fā)酵乳酸度及感官評分的影響Fig.3 Effects of inoculum on acidity and sensory score of low sugar compound fermentation milk

2.2.4 木糖醇添加量對發(fā)酵乳品質(zhì)的影響

黑米黑豆黑木耳質(zhì)量比為3∶2∶1，黑米黑豆黑木耳混合液與牛乳體積比為6∶4，混合菌種接種量為4.0%，考察木糖醇添加量對發(fā)酵乳品質(zhì)的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 木糖醇添加量對低糖復(fù)合發(fā)酵乳酸度及感官評分的影響Fig.4 Effect of xylitol addition on acidity and sensory score of low sugar compound fermentation milk

由圖4可知，隨著木糖醇添加量的增加，發(fā)酵乳的酸度及感官評分均呈現(xiàn)先升高后下降趨勢，因為一定濃度的糖分能加速乳酸菌生長，提高酸乳的風(fēng)味和口感；當(dāng)木糖醇含量達(dá)6%時發(fā)酵乳酸度突出，甜度略差，失去發(fā)酵酸乳特有的風(fēng)味；隨著木糖醇含量增加反而抑制乳酸菌產(chǎn)量導(dǎo)致酸度下降，當(dāng)木糖醇含量為8%時，此時發(fā)酵乳酸甜適口，組織狀態(tài)良好，此時感官評分最高達(dá)（91±1.5）分；木糖醇含量過高達(dá)10%時發(fā)酵乳略甜，酸度不足，口感欠佳。因此，最適的木糖醇添加量為8%。

2.3 低糖復(fù)合發(fā)酵乳發(fā)酵工藝條件優(yōu)化正交試驗

以黑米黑豆黑木耳質(zhì)量比（A）、黑米黑豆黑木耳混合液與牛乳體積比（B）、混合菌種接種量（C）、木糖醇添加量（D）為研究對象，以發(fā)酵乳的感官評分為考察指標(biāo)，按照正交設(shè)計L9（34）進(jìn)行正交試驗，對低糖復(fù)合發(fā)酵乳發(fā)酵工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，正交試驗結(jié)果與分析見表5。

表5 低糖復(fù)合發(fā)酵乳發(fā)酵工藝優(yōu)化正交試驗結(jié)果與分析Table 5 Results and analysis of orthogonal tests for optimization of fermentation process of low sugar compound fermented milk

由表5可知，影響低糖復(fù)合發(fā)酵乳感官評分的因素主次順序為：A＞B＞C＞D，即黑米黑豆黑木耳質(zhì)量比＞黑米黑豆黑木耳混合液牛乳體積比＞接種量＞木糖醇添加量。黑米黑豆黑木耳質(zhì)量比對復(fù)合發(fā)酵乳的感官評分影響顯著（P＜0.05）。最優(yōu)組合為A2B2C2D2，即黑米黑豆黑木耳質(zhì)量比為3∶2∶1，黑米黑豆黑木耳混合液與牛乳體積比為6∶4，接種量為4.0%，木糖醇添加量為8%。在此優(yōu)化工藝條件下進(jìn)行3次平行驗證試驗，低糖復(fù)合發(fā)酵乳感官評分為94.2分。

2.4 低糖復(fù)合發(fā)酵乳理化及微生物指標(biāo)檢測結(jié)果

參照GB 19302—2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)發(fā)酵乳》，對經(jīng)優(yōu)化工藝制備的低糖復(fù)合發(fā)酵乳的理化指進(jìn)行檢測，低糖復(fù)合發(fā)酵乳成品感官評分為94.2分，其脂肪含量為3.6%；蛋白質(zhì)含量為5.9%；酸度為79°T；還原糖含量為5.2%；全乳固體為16.1%；乳酸菌數(shù)為1.91×106CFU/g；大腸桿菌、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌等致病菌未檢出。

3 結(jié)論

通過試驗研究確定黑米黑豆黑木耳低糖復(fù)合發(fā)酵乳的最佳工藝條件為黑米黑豆黑木耳質(zhì)量比3∶2∶1，黑米黑豆黑木耳混合液與牛乳體積比6∶4，接種量4.0%，木糖醇添加量8%。在此優(yōu)化工藝條件下，低糖復(fù)合發(fā)酵乳的感官評分為94.2分，脂肪含量為3.6%，蛋白質(zhì)含量為5.9%，酸度為79°T，含糖量為5.2%，全乳固體為16.1%，乳酸菌數(shù)為1.91×106CFU/g，未檢出致病菌，該產(chǎn)品具有發(fā)酵乳原有的風(fēng)味及營養(yǎng)價值，兼具米香、豆香、奶香及黑木耳的清香味道，減少發(fā)酵乳中的脂肪及含糖量，增加蛋白質(zhì)含量，可滿足對食品低脂肪、低糖、低熱量、高蛋白的現(xiàn)代市場需求，提升了黑色農(nóng)產(chǎn)品的附加值，有著極大的保健食品開發(fā)市場潛力。