铁皮石斛凝固型酸奶工艺优化研究

于金辉，高 晗，崔胜文，贺亿杰

（1.河南科技学院，河南 新乡453003；2.漯河食品职业学院，河南 漯河462300）

酸奶是由鲜牛奶或乳粉发酵而成的，富含蛋白质、钙和维生素等营养物质。酸奶是一种集营养与保健为一体的乳制品，其中含有的益生菌和其代谢产物对人体的肠道有益，能抑制肠道内有害微生物的繁殖，具有预防疾病和促进消化等作用[1]。酸奶不仅营养价值丰富，而且能够满足乳糖不耐症人群对酸奶的需求。近年来，功能性酸奶日益被追捧，越来越多研究人员和生产厂家关注功能性酸奶的开发和生产，如黑木耳多糖酸奶[1]、红枣酸奶[2]、枸杞酸奶[3]等。

石斛（Dendrobium officinale）为兰科石斛属多种植物的茎供用。中国药典（2005年版）中主要以金钗石斛（Dendrobium nobile）、铁皮石斛（D.candidum，亦称“耳环石斛”）、马鞭石斛（D.fimbriatum）3种为主，此外又环草石斛（D.loddigesii）、黄草石斛（D.chrysanthum）等约21种近似种可用[4]。其中铁皮石斛（干品习称“铁皮枫斗”或“耳环石斛”）以其成活率低、生长缓慢、功能成分含量高等特点被视为珍稀药材。铁皮石斛具有独特的药用价值，其主要有效成分是多糖，多糖含量高达20%～30%，其所含的石斛多糖、生物碱、氨基酸、微量元素等成分可增强机体免疫力[5]、缓解白内障、抗氧化、抑制肿瘤、改善糖尿病、防止萎缩性胃炎；中医一致认为铁皮石斛有养阴益胃、生津止渴等功能[6]。随着健康产业的发展，越来越多的消费者开始关注自身健康，因此以铁皮石斛为原料的功能性产品应势而生。试验以铁皮石斛水提物和奶粉为原料，经乳酸菌等肠道益生菌发酵制得凝固型酸奶，为铁皮石斛作为药食同源植物原料在功能食品的应用上提供一种新途径。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

铁皮石斛、奶粉、蔗糖，均为市售；保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌，山东君乐生物技术有限公司提供。

1.2 仪器与设备

HZT-A+300型电子天平，福州华志科学仪器有限公司产品；HH型水浴锅，金坛市中大仪器厂产品；BCD-220WMGL型冰箱，海尔智家股份有限公司产品；电磁炉，广东美的盛会电器制造有限公司产品；XF-86型酸奶机，广州市艾拓机电制造有限公司产品。

1.3 试验方法

根据预试验结果，选出影响铁皮石斛凝固型酸奶品质的4个最主要因素，即铁皮石斛提取物添加量、蔗糖添加量、菌接种量和发酵时间进行单因素试验、正交试验和模糊数学综合感官评价。

1.3.1 铁皮石斛水提物的提取方法

铁皮石斛水提物的制备按照Luo Q L等人[7]的方法并稍作改动。将铁皮石斛的干燥茎（1 kg）研成粉末，并在室温下用85%乙醇提取1 d，将其过滤以除去脂溶性成分，再将获得的乙醇萃取残留物干燥，并用热水（81℃）萃取2次，每次88 min；合并所有水提取物并过滤，并将混合物储存在4℃的冰箱中，以备下一步研究。

1.3.2 工艺流程

原料提取→过滤→调配（添加奶粉、蔗糖）→搅拌均匀→杀菌（温度95℃，时间10 min）→经水浴冷却（温度42℃）→接菌→分装→酸奶发酵→冷藏（温度2～4℃）→成品。

1.3.3 感官评价

由专业人员（10人）组成评定小组，对铁皮石斛凝固型酸奶进行感官评价，建立一个模糊数学综合感官评价的方法进行评价[8-9]。

铁皮石斛凝固型酸奶感官品质评价标准见表1。

评价因素集M的确立：选择铁皮石斛酸奶的色泽（m1）、组织状态（m2）、口感（m3）、风味（m4）构成模糊数学综合感官评价的因素集，得到成品的评价因素集M={m1，m2，m3，m4}。

评价等级集N的确立：评价等级集N为对上述因素集M中每个因素的评价，经过感官评定组的讨论，确定成品的评价为优（n1）、良（n2）、中（n3）、差（n4），即酸奶的评价等级集为N={n1，n2，n3，n4}。

评价权重集A的确立：评价权重实际上就是各因素的重要程度。4个指标的感官得分与总分数的比值即为权重。由表1可知，酸奶各因素的权重分别为色泽0.20，组织状态0.30，口感0.30，风味0.20，即得权重集A={0.20，0.30，0.30，0.20}。

1.3.4 单因素试验设计

（1）铁皮石斛水提物添加量。铁皮石斛凝固型酸奶制作中分别加入铁皮石斛水提物添加量（5%，10%，15%，20%，25%，30%），蔗糖添加量8%，菌接种量1%，发酵时间8 h，考查其对感官品质的影响。

表1 铁皮石斛凝固型酸奶感官品质评价标准

（2）蔗糖添加量。铁皮石斛凝固型酸奶制作中分别加入蔗糖添加量（4%，6%，8%，10%，12%，14%），铁皮石斛水提物添加量15%，菌种接种量1%，发酵时间8 h时，考查其对感官品质的影响。

（3）菌接种量。铁皮石斛凝固型酸奶制作中菌种接种量分别是（0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%，3.0%)，铁皮石斛水提物添加量15%，蔗糖添加量8%，发酵时间8 h时，考查其对感官品质的影响。

（4）发酵时间。铁皮石斛凝固型酸奶制作中发酵时间分别为（5，6，7，8，9，10 h），铁皮石斛水提物添加量15%，蔗糖添加量8%，菌种接种量1%时，考查其对感官品质的影响。

1.3.5 正交试验设计

在上述单因素试验的基础上，选取铁皮石斛水提物添加量、蔗糖添加量、菌接种量和发酵时间为考查因素，采用L9（34）的正交试验对铁皮石斛凝固型酸奶进行工艺优化。

正交试验因素与水平设计见表2。

表2 正交试验因素与水平设计

1.4 数据处理

感官评价的评分标准满分为100分，试验结果是各自评分总分的平均值（10人）。

2 结果与分析

2.1 单因素试验研究

2.1.1 最佳铁皮石斛水提物添加量的确定

铁皮石斛水提物添加量对凝固型酸奶品质的影响见表3。

表3 铁皮石斛水提物添加量对凝固型酸奶品质的影响

由表3可知，铁皮石斛水提物添加量过低时，成品酸奶颜色较浅，风味不明显；铁皮石斛水提物添加量过高时，铁皮石斛凝固型酸奶颜色较深，组织状态较差；当铁皮石斛水提物添加量为20%时，成品酸奶具有良好的色泽，均匀的质地和明显的酸奶及铁皮石斛的风味，得分最高为92分。故选取铁皮石斛水提物添加量20%。

2.1.2 最佳蔗糖添加量的确定

蔗糖添加量对凝固型酸奶品质的影响见表4。

表4 蔗糖添加量对凝固型酸奶品质的影响

由表4可知，过低的蔗糖添加量，会导致成品风味过酸，组织状态和口感都较差；当蔗糖添加量为8%时，成品奶口感较佳，具有均匀的质地，得分最高为93分；当蔗糖添加量过高时，成品酸奶口感过甜，组织状态和风味下降。故取蔗糖添加量8%。

2.1.3 最佳接种量的确定

接种量对凝固型酸奶品质的影响见表5。

菌种在酸奶发酵过程中起着至关重要的影响，菌种的多少会直接影响酸奶成品的品质高低和凝固状态。而且某种程度上，菌种的接种量与发酵时间成反比，菌种的接种量过低，会使得发酵时间增长，资源浪费；菌种的接种量较高，会影响酸奶凝乳状态变差容易导致乳清析出。由表5可知，当接种量为0.5%时，成品酸奶的风味及组织状态较差；当添加量为1.5%时，成品酸奶的风味和组织状态较好，石斛风味较浓，得分最高；接种量大于1.5%后，再继续增加接种量，得分反而下降。故选取接种量1.5%。

表5 接种量对凝固型酸奶品质的影响

2.1.4 最佳发酵时间的确定

发酵时间对凝固型酸奶品质的影响见表6。

表6 发酵时间对凝固型酸奶品质的影响

发酵时间的长短对酸奶的凝固状态影响较为突出，酸奶的发酵时间过长会导致后酸化，不仅降低酸奶的口感，还会降低乳酸菌的活性。试验在发酵温度为42℃时，研究了5～10 h发酵时间对酸奶成品品质的影响。由表6可知，发酵时间为4 h时，成品酸奶有较差的凝固性；当发酵时间为7 h时，成品酸奶有较好的凝固性、均匀的质地、浓郁的风味，得分最高；但当发酵时间大于7 h时，感官得分逐渐降低。故选取发酵时间7 h。

2.2 铁皮石斛凝固型酸奶工艺优化研究

正交试验结果与分析见表7。

由表7可知，各因素对成品酸奶的影响依次为A>C>B=D，即铁皮石斛水提物添加量>接种量>蔗糖添加量=发酵时间；根据正交试验的结果分析最佳组合为A2B2C3D3，即铁皮石斛水提物添加量20%，蔗糖添加量8%，接种量2%，发酵时间8 h为铁皮石斛凝固型酸奶的最佳工艺配方。

2.3 模糊数学综合感官结果分析

模糊数学综合评价结果见表8。

由表8可知，1～9号酸奶样品的模糊矩阵：

表7 正交试验结果与分析

表8 模糊数学综合评价结果

根据模糊变换的原理，将权重A与模糊关系矩阵Rj相乘得到综合评价结果Yj。

Y1=(0.52 0.19 0.13 0.16)，为1号酸奶样品的综合评价结果。结果表明，在铁皮石斛水提物添加量15%，蔗糖添加量6%，接种量1%，发酵时间6 h的条件下获得的酸奶，52%的人认为它很出色，19%的人认为它很好，13%的人认为它是中等，16%的人认为它很差。采用相同的运算方法来获得通过其他8组试验制备的酸奶样品的综合评估结果：Y2=（0.55 0.16 0.16 0.13），Y3=（0.59 0.17 0.22 0.02），Y4=（0.60 0.19 0.21 0），Y5=（0.69 0.18 0.13 0），Y6=（0.51 0.16 0.20 0.13），Y7=（0.45 0.14 0.15 0.26），Y8=（0.46 0.16 0.23 0.15），Y9=（0.38 0.16 0.23 0.23）。

从上述综合评价的结果可以看出，认为通过5号测试产生的样品最优异的人数为69%。优良率是87%，没有人认为是差。因此，确定具有最佳综合评估结果的5号测试的工艺参数。其中，在铁皮石斛水提物添加量20%，蔗糖添加量8%，接种量2%，发酵时间6 h的条件下获得的酸奶工艺参数最佳。

3 结论

以感官评分为评价铁皮石斛凝固型酸奶的指标，对铁皮石斛凝固型酸奶的配方和工艺进行正交试验优化，最佳工配方和工艺参数为铁皮石斛水提物添加量20%，蔗糖添加量8%，接种量2%，在42℃条件下发酵8 h后于4℃冰箱冷藏12 h。试验为铁皮石斛凝固型酸奶制备提供一种新的工艺方法。