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浅析优化柠檬芒果酸奶发酵工艺状况

2020-05-16 830 上传者：管理员

摘要：为了探索柠檬芒果酸奶发酵的最佳工艺，本课题通过单因素试验，采用Design-Expert7.0响应面分析软件优化柠檬芒果酸奶发酵的最佳配方。结果表明，酸奶的最佳工艺条件为:柠檬汁添加量2%，芒果汁添加量5%，白砂糖添加量6%，发酵温度43℃，乳酸菌接种量4%，发酵时间6h。因此，在此工艺条件下，所得酸奶质地均匀、口感细腻、凝结状态良好，且有柠檬芒果独特的风味。

关键词：
响应面分析
柠檬
芒果
酸奶发酵
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柠檬是一种富含柠檬酸、黄酮类及维生素等营养和药用价值极高的药食同源类水果，具有止渴生津、祛暑清热、止痛杀菌等功能[1]。研究发现柠檬具有预防心血管疾病的功能，其提取物具有较强的抗血小板聚集活性[2,3]。作为全国柠檬第二大产区的重庆万州区，在“十三五”规划中，建立柠檬基地5万亩，年产优质柠檬达3.3万吨[4,5]。目前虽已开发了柠檬果酒、柠檬蜜茶、柠檬蜜饯等系列产品，但为更进一步提升柠檬产业的附加值，本研究拟通过单因素实验和响应面分析优化柠檬酸奶发酵的最佳配方，旨在提高柠檬加工利用价值，响应国家“精准扶贫”的相关政策[6]。

本研究通过单因素试验，采用Design-Expert7.0响应面分析软件优化柠檬芒果酸奶发酵的最佳配方。

1、材料与方法

1.1材料与仪器

1.1.1材料

天友纯牛奶，天友老酸奶，卡士酸，、汉口酸奶，乳酸菌酸奶发酵粉（川秀），柠檬，芒果，白砂糖，卡拉胶市售食品级。

1.1.2仪器

酸奶发酵瓶，封口膜，酸奶机，冰箱，pH计，温度计，电子天平。

1.2实验方法

1.2.1工艺流程

柠檬→清洗、去皮→榨汁→过滤→柠檬汁。

柠檬汁+牛奶+白砂糖→均质→杀菌(90℃，15min)→冷却(40～45℃)→接种→发酵→芒果果肉+冷藏后熟(1～7℃，12h)→成品。

1.2.2操作要点

1)柠檬汁的制备：选择没有腐坏，大小均匀的柠檬，清洗，柠檬去皮后榨汁，过滤，按比例配制一定浓度的柠檬汁，柠檬汁加热到60℃。

2)鲜牛奶的预热：预热温度为60～70℃。

3)装瓶：按比例加入柠檬汁、白砂糖及适量（0.1%～0.3%）卡拉胶，搅拌30min，使牛奶与辅料等充分混合和溶解，然后装入250mL的酸奶发酵瓶中，装瓶量80%。

4)灭菌、冷却：将装有牛奶的发酵瓶90℃水浴中灭菌5min，灭菌后冷却至40～45℃。

5)接种并发酵：将保加利亚乳杆菌与嗜热链球菌混合发酵剂接种到冷却至40～45℃的牛奶中，并充分搅匀。把接种后的发酵瓶置于42℃恒温酸奶机中发酵6h。

6)冷藏后熟：酸奶在发酵形成凝块后，将恒温酸奶机调至4℃低温下冷藏12h，后熟，以获得酸奶的特有风味和口感。

7)芒果果肉的制备：挑选完好无损坏的芒果，用小刀将芒果去皮，果肉切块，加入冷藏后熟的酸奶中。

8)品味：品尝柠檬芒果酸奶，判断其感官品质是否达到要求，若达不到要求，分析其原因。酸奶质量的评定以感官评价为标准，通常有色泽、凝块状态、表层光洁度、酸度及香味、无异味等各项指标。

1.3单因素实验

取100mL纯牛奶进行酸奶发酵，将各因素发酵条件如下设置，每个实验组重复3次，对发酵条件进行探索。

1)柠檬汁添加量：柠檬汁添加量直接影响酸奶的风味、组织状态等。100mL纯牛奶，白砂糖添加量6%，乳酸菌接种量4%，分别加入体积百分比为1%、2%、3%、4%的柠檬汁，在43℃下发酵6h。发酵结束后进行感官评分，确定柠檬汁的最佳用量。

2)发酵温度：100mL纯牛奶，柠檬汁添加量2%，白砂糖添加量6%，乳酸菌接种量4%，分别设置发酵温度为37℃、40℃、43℃、46℃，发酵6h。发酵结束后进行感官评分，确定发酵的最佳温度。

3)乳酸菌接种量：100mL纯牛奶，柠檬汁添加量2%，白砂糖添加量6%，分别加入体积百分比为2%、4%、6%、8%的乳酸菌混合剂，在43℃下发酵6h。发酵结束后进行感官评分，确定乳酸菌的最佳用量。

4)白砂糖添加量：100mL纯牛奶，柠檬汁添加量2%，乳酸菌接种量4%，分别加入体积百分比为4%、6%、8%、10%的白砂糖，在43℃下发酵6h。发酵结束后进行感官评分，确定白砂糖的最佳用量。

1.4发酵条件优化

综合单因素实验结果，根据Box-Benhnken的中心组合实验设计原理，采用响应面法在四因素三水平上对柠檬芒果酸奶发酵条件进行优化。

1.5感官评价

由10名感官评价人员组成感官评价小组，从产品色泽、乳清析出量、组织状态、风味、口感5个方面对酸奶进行评价，将10人对每组产品的每项打分进行统计，算出平均值，得出产品的总分。

1.6理化指标测定方法

微生物检测主要按GB/T4789.35-2016《食品微生物检验》中规定方法进行检测。

2、结果

2.1单因素实验各个因素对柠檬芒果酸奶发酵的影响

2.1.1柠檬汁添加量对柠檬芒果酸奶发酵的影响

柠檬汁是柠檬芒果酸奶的特征成分，柠檬汁的添加量直接影响到酸奶成品的风味，也会影响到菌种的生长和繁殖，选取不同比例的柠檬汁进行添加，通过感官评定方法确定其最佳添加比例。当柠檬汁添加量为2%时，酸奶的口感细腻，感官评价得分最高。随着柠檬汁添加量的增加，酸奶分层现象较严重，产品均一性不好，没有酸奶特有的滑嫩感。故柠檬汁添加量选取为2%。

2.1.2发酵温度对柠檬芒果酸奶发酵的影响

通过感官评价可知，一定温度范围内温度增加，柠檬芒果酸奶发酵效果越好，当发酵温度为43℃左右时，柠檬芒果酸奶发酵最好，感官评价得分最高。乳酸菌活性受温度的影响，当超过一定温度时，活性降低。故柠檬芒果酸奶发酵最适温度为43℃。

2.1.3乳酸菌接种量对柠檬芒果酸奶发酵的影响

乳酸菌接种量的多少是影响酸奶最终品质的主要因素，可以在保证酸奶质量的前提下，降低生产成本。通过感官评价可知，乳酸菌接种量太少，柠檬芒果酸奶口感欠佳；乳酸菌接种量太多，柠檬芒果酸奶有乳清析出，口味偏酸。当乳酸菌接种量为4%左右时，柠檬芒果酸奶风味柔和，口感最佳，感官评价得分最高。故菌种添加量选取为4%。

2.1.4白砂糖添加量对柠檬芒果酸奶发酵的影响

白砂糖是制作酸奶时常用的甜味剂,可以使酸奶口感更加柔和细腻、爽口润滑[7]。白砂糖添加量对酸奶的口感有着直接的影响。通过感官评价可知，白砂糖添加量较低时，酸奶酸味较重、口感不协调；白砂糖添加量过高，将使酸奶的甜味增加，掩盖酸奶的乳香风味。当白砂糖添加量达到6%时，酸奶酸甜可口，风味纯正。因此选择白砂糖添加量6%为宜。

2.2响应面实验结果

在单因素实验结果基础上，以X1、X2、X3、X4为自变量，以感官评价为响应值，进行响应面分析实验，实验结果如表1所示。

表1响应面分析方案及实验结果

表1中实验析因点为自变量取值在X1、X2、X3、X4所构成的三维顶点，零点为区域的中心点，零点实验重复3次，用以估计实验误差。

四个因素经过拟合得到的回归方程为：感官评价=94.00+0.17*A+0.75*B-6.67*C-1.58*D+2.00*A*B-0.50*A*C+0.000*A*D+1.25*B*C+1.00*B*D-0.25*C*D-3.33*A^2-4.21*B^2-12.08*C^2-4.21*D^2

图1直观地给出了各个因素交互作用响应面的3D和等值线分析图。从响应面的最高点和等值线可以得出柠檬芒果酸奶的最佳发酵条件为：柠檬汁添加量2%，白砂糖添加量6%，发酵温度43℃，乳酸菌接种量4%，发酵时间6h。

图1感官评价的响应面和等高线分析图

2.3产品质量指标

2.3.1感官指标

质地均匀、口感细腻、凝结状态良好，且有乳香味和柠檬芒果独特的风味。

2.3.2微生物指标

乳酸菌数≥1×106CFU/mL，霉菌、酵母菌、致病菌未检出，符合GB/T4789.35-2016相关要求。

3、结论

为了探索柠檬芒果酸奶发酵的最佳工艺，通过单因素试验，采用Design-Expert7.0响应面分析软件优化柠檬芒果酸奶发酵的最佳配方。结果显示，柠檬芒果酸奶的最佳工艺条件为：柠檬汁添加量2%，芒果添加量5%，白砂糖添加量6%，发酵温度43℃，乳酸菌接种量4%，发酵时间6h。柠檬芒果酸奶的口感和安全性与市售酸奶差别不大，但使用添加剂较少而且能够保存较长时间，可能与添加柠檬汁有关，需要进一步研究和探索。

参考文献：

[1]马兆成,朱春华.柠檬与生活[M].北京:中国农业出版社,2015.

[3]陈岑.活血化瘀中药和食物抗血小板聚集活性评价及作用机制初探[D].重庆:重庆大学,2015.

[4]重庆市万州区人民政府.万州区农业农村发展第十三个五年规划(2016~2020年)[Z].重庆:重庆市万州区人民政府,2016.

[5]万元丽,李炯光,左正强.万州区柑橘产业现状与发展对策研究[J].南方农机,2018,49(5):65-66.

[6]王婷婷,贾娟.响应面法优化艾草酸奶的发酵工艺[J].安徽农业科学,2019,47(17):151-154.

[7]成妮妮,陈广艳.木糖醇石榴汁酸奶发酵工艺研究[J].食品研究与开发,2017,38(2):121-125.

杜慧慧,李雪梅,杨亦枝,肖美玲,邓运佳.响应面优化柠檬芒果酸奶发酵工艺[J].南方农机,2020,51(09):25-26.

基金:重庆三峡学院学生绿色资助项目——《柠檬芒果酸奶发酵工艺的研发》(2015310434).