功能性低温鼠李糖乳杆菌发酵酸奶工艺研究

doi:10.16736/j.cnki.cn41-1434/ts.2022.16.024工艺技术Process Technology 功能性低温鼠李糖乳杆菌发酵酸奶工艺研究Study on Fermentation Technology of Functional Low Temperature Lactobacillus rhamnosus Yoghurt◎ 刘 冰1，赵宁宁1，冉军舰2，周姣姣1，路 源1（1.新乡工程学院食品工程学院，河南 新乡 453700；2.河南科技学院食品学院，河南 新乡 453003）(1.College of Food Engineering, Xinxiang Institute of Engineering, Xinxiang 453700, China;LIU Bing1, ZHAO Ningning1, RAN Junjian2, ZHOU Jiaojiao1, LU Yuan12.School of Food Science, Henan Institute of Science and Technology, Xinxiang 453003, China)摘 要：目的：探讨鼠李糖乳杆菌发酵酸奶工艺。方法：以鲜奶为原料，添加菊粉、木糖醇、发酵剂（嗜热链球菌∶保加利亚乳杆菌∶鼠李糖乳杆菌，比例1∶1∶1）共同发酵制作酸奶，以感官评分为评价指标，通过单因素以及正交试验优化工艺条件。结果：鼠李糖乳杆菌发酵酸奶的最佳工艺条件为菊粉添加量3%，木糖醇添加量7%，发酵剂接种量0.5%，发酵温度43 ℃，发酵时间6 h，感官得分为94.41分。结论：本试验为功能性酸奶生产提供了基础数据，扩宽了低温酸奶的发展方向。关键词：菊粉；鼠李糖乳杆菌；酸奶；发酵；生产工艺Abstract： Objective: To investigate the process of fermented yogurt with Lactobacillus rhamnosus. Method: In this experiment, fresh milk was used as raw material, inulin, xylitol, and fermentation agent(Streptococcus thermophilus∶Lactobacillus bulgaricus∶lactobacillus rhamnosus=1∶1∶1) were added to produce yogurt. Sensory score was used as evaluation index, and the technological conditions were optimized by single factor test and orthogonal test. Result: The results showed that the optimal conditions were as follows: inulin 3%, xylitol 7%, starter inoculum 0.5%, fermentation temperature yogurt production and broaden the development direction of low-temperature yogurt.中图分类号：TS255.33 ℃, fermentation time 6 h, sensory score 94.41 points. Conclusion: The results of this experiment provide basic data for functional Keywords： inulin; Lactobacillus rhamnosus; yogurt; fermentation; production process随着生活水平的提升，防患于未然、未病先防成为了人们的追求。在全世界各地区人群中都有着不同程度的乳糖酶缺乏，而且种族差异较明显[1]。我国汉族人群乳糖不耐症发生率为75%～95%，少数民族则为76.0%～95.5%[2]。而对于奶制品来说，酸奶的风味独特、营养价值较为全面且易被人体吸收[3]。酸奶行业也在全球得到了迅速成长，整体消费量逐年增长[4]。酸奶可分为普通酸奶、风味酸奶和功能酸奶。风味酸奶和功能酸奶的原辅料类别多样，与现代先进的工艺加工技术相结合，使得酸奶产品在营养丰富全面的同基金项目：2021年河南省本科高校省级大学生创新创业训练计划项目“维畅健康计划”（S202113506019X）；河南省自然科学基金面上项目“嗜酸乳杆菌提高苹果多酚生物利用度关键酶系分子机制”（222300420439）；河南省科技攻关计划项目“转化苹果多酚乳酸菌选育及高活性发酵剂制备关键技术研究”（212102110348）。作者简介：刘冰（1990—），女，硕士，助教，研究方向为农产品加工及贮藏和饮食营养。108/现代食品XIANDAISHIPINCopyright©博看网. All Rights Reserved. 󰀡 时，口味更多样化[5]。国内的一些相关研究[6]，如钱志伟等[7]、黄丽等[8]、陈红惠等[9]以及林少华等[10]以玫瑰和银耳为主料研制出来的风味酸奶具有美容养颜的功效，为酸奶粉的生产提供了新的方法，促进了酸奶粉在风味功能性酸奶中的应用。国外对功能性酸奶也是很有研究[11]。鼠李糖乳杆菌是一种无毒、无副作用的益生菌，它可以增加产品中的活菌数，且它发酵产生的成品保质期较长。其功能特性主要有调节肠道微生物和提高身体免疫力，符合当代人们健康养生保健的需求。鼠李糖乳杆菌是近年来研究和应用最为广泛的益生菌，属异型发酵的无芽孢短杆菌，在显微镜下观察到的鼠李糖乳杆菌常以单链状或成链状存在，具有调节机体免疫、改善脂质代谢等功能[12-16]Process󰀡Technology工艺技术菌锅，上海申安医疗器械厂；DZKW-4电子恒温水浴锅，北京中兴伟业仪器有限公司。1.3 试验方法1.3.1 菌种活化在100 mL纯奶中分别接种0.5%的鼠李糖乳杆菌乳杆菌、保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌，37 ℃培养 24 h，活化3次，备用。1.3.2 酸奶生产工艺流程酸奶生产工艺流程见图1。原料乳→添加菊粉、木糖醇→均质→巴氏杀菌→冷却 ↓ 成品←产品冷却←冷却并无菌灌装←菌种添加发酵图1 搅拌型酸奶生产工艺流程图。其发酵时产生的1.3.3 单因素试验（1）不同菊粉添加量对酸奶感官评分的影响。固定木糖醇添加量为6%，发酵温度为42 ℃，发酵时长为7 h，发酵剂添加量为0.5%，本试验分别添加1%、2%、3%、4%和5%的菊粉，进行均质、发酵等步骤，待成品出来后，按照感官评价标准表对酸奶进行感官评定，从而得到最佳的菊粉添加量。（2）不同木糖醇添加量对酸奶感官评分的影响。固定菊粉添加量为2%，发酵温度为42 ℃，发酵时长为7 h，发酵剂添加量为0.5%，本试验分别添加5%、6%、7%、8%和9%的木糖醇，进行均质、发酵等步骤，待成品出来后，按照感官评价标准表对酸奶进行感官评定，从而得到最佳的木糖醇添加量。（3）不同发酵温度对酸奶感官评分的影响。固定菊粉添加量为2%，木糖醇添加量为6%，发酵时长为7 h，发酵剂添加量为0.5%，本试验分别考察发酵温度为37 ℃、40 ℃、41 ℃、42 ℃和43 ℃时，其对酸奶感官评分的影响，从而得到最适的发酵温度。（4）不同发酵时间对酸奶感官评分的影响。固定菊粉添加量为2%，木糖醇添加量为6%，发酵温度为42 ℃，发酵剂添加量为0.5%，本试验分别考察4 h、5 h、6 h、7 h和8 h的发酵时间对酸奶感官评分的影响，从而得到最适的发酵时间。1.3.4 正交试验根据单因素试验结果，对影响酸奶发酵的4个主要因素，即菊粉添加量、木糖醇添加量、发酵温度以及发酵时间进行正交优化，采用L9(34)正交试验设计，通过感官评分选出最佳组合，试验因子水平表如表1所示。细菌素无毒、无污染，同时还可以抑制或杀死食品中的部分菌和病原菌，使保质时间更长，是一种天然的食品防腐剂。菊粉中低聚果糖的甜度只有蔗糖的0.3～0.6倍，热量较低。菊粉是双歧杆菌的增殖因子，添加菊粉的发酵乳中的双歧杆菌是不添加菊粉发酵乳的8～10倍。菊粉在改善食品质构性状、提高营养价值及加工性能等方面更具有优越性不利于高血糖等特殊人群的健康[18][17]。普通市售酸奶为了达到适宜的酸度和甜度，都会添加一定量的蔗糖，。然而，蔗糖可以[19]用木糖醇及其他糖醇类代替。木糖醇热量较低，虽然作为天然的甜味剂，具有蔗糖相近的甜度防龋齿、改善糖尿病等特殊的生理功能，但具有[20-21]。1 材料与方法1.1 材料波兰进口纯牛奶，淘宝妙亚乳品自营店；菊粉，临沂市罗庄区吕小双生鲜商行；木糖醇，河南维润生物科技有限公司；嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌菌种，河南科技学院新科学院食品科学与工程学院食品加工实验室保存；鼠李糖乳杆菌，河南科技学院食品学院微生物实验室保存。1.2 仪器与设备APV2000实验型高压均质机，上海顺仪科技有限公司；FA1004型电子天平，上海舜宇恒平科技仪器有限公司；DNP-9082型电热恒温恒湿培养箱，上海市精宏实验设备有限公司；BCD-271TMBA海尔冰箱，海尔集团有限公司；LDZM-50KBS型立式压力蒸汽灭XIANDAISHIPIN现代食品/109Copyright©博看网. All Rights Reserved. 工艺技术Process Technology 水平123A菊粉 添加量/%123B木糖醇 添加量/%678表1 正交试验因素水平表C发酵 温度/℃414243D发酵 时间/h678于木糖醇每天摄入量不能过多，上限是50 g，所以选择6%、7%和8%是较为适合的木糖醇添加量。10090感官评定/分80706050401.3.5 感官评定感官评定表如表2所示。表2 感官评定表评价指标色泽鲜亮乳香味菊粉香味稠厚感顺滑感质地均匀乳清状态分值 /分非常强2015101515151020151015151510评分标准/分强161381313138一般121061010106较轻8747774很轻4333322345菊粉添加量/%图2 不同菊粉添加量对产品感官评分的影响图1210090感官评定/分8070605040305678木糖醇添加量/%91.3.6 数据分析采用Excel 2007和SPSS Statistics 20.0软件进行数据分析，每组试验平行测定3次，数据以平均值±标 准差表示，P＜0.05表示差异显著。图3 不同木糖醇添加量对产品感官评分的影响图2.1.3 不同发酵温度对产品感官评分的影响由图4可知，当发酵温度低于42 ℃时，感官评分会随温度的增加而升高。当发酵温度为42 ℃时，感官评分最高，为90分，随着温度的升高，感官评分呈下降趋势。发酵温度为37 ℃和40 ℃时，酸奶口感偏酸，感官评分较低，发酵温度为41 ℃、42 ℃和43 ℃时，酸奶口感适中，酸甜可口，感官评分分数较高。100感官评分/分9080706050374041发酵温度/℃42432 结果与分析2.1 单因素试验2.1.1　不同菊粉添加量对产品感官评分的影响由图2可知，当菊粉添加量低于2%时，产品感官评分随着菊粉添加量的增加而升高。当菊粉添加量为2%时，产品感官评分最高，为91分，随着菊粉添加量的继续增加，感官评分呈下降趋势。当菊粉添加量为4%、5%时，酸奶口感偏苦，菊粉味道较重，感官评分较低，影响酸奶整体口感，而菊粉添加量为1%、2%和3%时，酸奶口感适中，菊粉味道较轻，感官评分数较高。2.1.2 不同木糖醇添加量对产品感官评分的影响由图3可知，当木糖醇添加量低于7%时，感官评分会随用量的增加而增大。当木糖醇的添加量达到7%时，感官评分最高，为91分，随着木糖醇添加量的继续增加，感官评分呈下降趋势。木糖醇添加量为5%、6%时，酸奶口感偏酸，酸味后感较重，感官评分较低，影响酸奶整体口感，而木糖醇添加量为7%、8%和9%时，酸奶口感适中，酸味较轻，感官评分数较高。由图3可知，木糖醇添加量为6%、7%和8%时，分数较高，且由110/现代食品XIANDAISHIPIN图4 不同发酵温度对产品感官评分的影响图2.1.4　不同发酵时间对产品感官评分的影响由图5可知，当发酵时间低于7 h时，产品感官评分随着发酵时间的增加而升高。当发酵时间为7 h时，感官评分最高，为90分，随着发酵时间的增加，感官评分呈下降趋势。当发酵时间为4 h、5 h时，酸奶口感偏酸，影响酸奶整体口感，感官评分较低，而发酵时间为6 h、7 h和8 h时，酸奶口感适中，感官评分数较高。Copyright©博看网. All Rights Reserved. 󰀡10090感官评分/分8070605040678发酵时间/h图5 不同发酵时间对产品感官评分的影响图45Process󰀡Technology工艺技术由表3可知，发酵温度对发酵乳感官评定影响 最大，发酵时间影响最小。在发酵时间相同得分的情况下，为了节约成本，正交试验得到的最佳组合为A3B2C3D1，即菊粉添加量3%、木糖醇添加量7%、发酵温度43 ℃、发酵时长6 h的组合对于产品感官评定结果最佳。在此工艺条件下重复进行5次试验，感官评分为（94.41±0.25）分，标准误差较小，说明该组合为最佳工艺条件。由表4可知，菊粉添加量、木糖醇添加量和发酵温度对鼠李糖发酵酸奶感官评定有显著性影响，发酵时间对鼠李糖乳杆菌发酵酸奶的品质没有显著性影响。表4 鼠李糖乳杆菌发酵酸奶的正交试验方差分析表方差来源A菊粉 添加量B木糖醇 添加量C发酵温度D发酵时间误差平方和自由度157.561.22210.3.563.562222F值43.3146.1859.311.00F临界值显著性19.0019.0019.0019.00***2.2 正交试验鼠李糖发酵乳正交试验结果如表3所示。表3 酸奶生产工艺参数正交试验结果表试验号A菊粉/%1234567k1k2k3R最优水平因素主次11122233374.66783.00084.0009.333A3B木糖醇C发酵 D发酵 感官评温度/℃时间/h分/分/%06687417748428821871742694840784278574088684168174.66779.33381.00084.66778.33381.00082.33387.00079.66710.00011.6671.333B2C3D1C＞B＞A＞D注：*表示差异显著（P＜0.05）。2.3 鼠李糖乳杆菌发酵酸奶的产品指标测定功能性鼠李糖乳杆菌发酵酸奶的理化指标测定结果如表5所示，结果显示该方法发酵的酸奶酸甜适中，美味可口，各项指标均符合国家发酵乳标准 GB 19302—2010。表5 鼠李糖乳杆菌发酵乳各指标测定结果表项目鼠李糖发酵乳国家标准脂肪/（g/100 g）蛋白质/（g/100 g）酸度/（°T）钠/（mg/100 g）钙/（mg/100 g）乳酸菌含量/CFU·g-13.5≥2.53.2≥2.372≥7039/120/1×1081×107注：/为国家标准中未对钠和钙含量进行说明。3 结能性低温鼠李糖乳杆菌发酵酸奶的产品工艺条件为菊粉添加量3%、木糖醇添加量7%、发酵温度43 ℃、发酵时间6 h，产品感官评定得分为94.41分，理化指标均符合国家标准。随着人们生活水平的提高，保健食品受到消费者的青睐，而鼠李糖乳杆菌功能酸奶集牛奶与菊粉的保健功能于一体，具有很好的食用价值。参考文献[1]ROBERTO B C，VINCENZA P，ANTONIO A，et al. 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