三叶超微粉酸奶制备工艺及品质特性

董 琪,张 晶,程龙楠,李 娜,3,刘 露,2,吴文睿,2*

(1.亳州学院 生物与食品工程系,安徽 亳州 236800;2.养生型配制酒亳州市重点实验室,安徽 亳州 236800;3.药食同源功能食品亳州市重点实验室,安徽 亳州 236800)

桑叶是一种药食两用的原料(卫法监发[2002]51号文中既是食品又是药品的物品名单已列入)[1],在国家药典中也明确规定其药食两用特性,被国际食品卫生组织列入“人类21世纪十大保健食品之一”[2]。桑叶现在已被开发多种功能食品,如桑叶茶、桑叶饮料及桑叶提取物[3-4]、桑叶焙烤食品[5]、桑叶粮食制品[6]、桑叶酿造酒及酿造醋[7-8]等,此外桑叶中还富含氨基酸、碳水化合物、矿物质等[9],桑叶中含有的DNJ矿物质能够起到润肠通便、开脾健脾的作用。

杜仲具有补中益气、强筋、治腰膝酸痛与小便余沥的作用[10]。2020年版《中国药典》中,杜仲皮和杜仲叶均入药,具有补肝肾、强筋骨之效,用于治疗肝气不足、腰脊酸痛、筋骨无力、头晕目眩等[11]。杜仲叶比较容易获得,且其营养成分和药用成分与杜仲皮相近,可以用杜仲叶代替杜仲皮[12]。杜仲叶中黄酮类化合物种类丰富,含量也较高,具有很高的研究价值[13]。有研究显示生物类黄酮在抗氧化,抑制脂质过氧化反应,预防心血管疾病,防癌、抗癌方面效果明显[14-16]。杜仲叶在2002年就被列入保健食品物品名单,于2019年作为药食两用物质进行试点生产经营[17]。杜仲叶具有抗氧化、降压、预防骨质疏松[18]、增强免疫力、抗肿瘤和降低血糖等功效[19-22]。杜仲叶无毒副作用,是开发健康食品的优质原料,可用来开发功能性食品[23]。目前开发的杜仲叶食品主要有杜仲叶茶[24]、复合饮料[25]、杜仲茶酸奶[26]、杜仲鲜叶乳酸饮料[27]、杜仲叶超微粉馒头[28]等。

荷叶,药食同源植物,味苦、性平,归肝、脾、胃经,有清暑化湿、升发清阳、凉血止血的功效[11],具有降脂减肥的功效,在中医古籍中早有记载[29]。荷叶中含有丰富的生物活性成分,包括生物碱类、黄酮类[30]、萜类、木质素、有机酸、挥发油等成分[29],具有调节血脂[31]、减肥[32]、抑制脂肪肝的功效[33]。荷叶开发功能食品多集中在减肥降脂产品[34],包括荷叶茶、荷叶复合饮料、荷叶粥、荷叶酒、荷叶酸奶等[35-37]。

酸奶富含多种营养成分,具有保健作用,因其营养价值高,口感酸甜,备受消费者的青睐。目前对酸奶的研究主要有植物基酸奶的制备及其营养特性研究、酸奶中益生菌的保健功效研究、功能成分在酸奶中的应用、酸奶功能特性研究等[38]。超微粉碎技术作为比较先进的食品加工技术,能最大限度地保持加工产品的色泽、营养及生物活性成分[39]。超微粉具有很多优良特性,如溶解性、分散性与化学活性等[40],改善产品口感[41]有利于人体对食品营养的吸收。将桑叶、杜仲叶和荷叶进行超微粉碎,以全粉的形式加入到酸奶的制作中,最大限度地保持了原有的营养成分、药理成分和原料的天然本色,强化其营养保健功效,并赋予酸奶天然色泽和特有的风味。目前已经有桑叶、杜仲叶、荷叶超微粉制作的馒头、饮料等[42]。以超微粉的形式加入牛奶中发酵成的酸奶还有猴头菇超微粉酸奶、滁菊超微粉酸奶、超微绿茶粉木糖醇酸奶等[43],既能保持酸奶和原料的营养成分及其保健作用,同时又具有了原料的色泽和风味。

酸奶是钙的良好来源,具有降血脂、助消化等多种功能,桑叶、杜仲叶和荷叶又各具有预防骨质疏松、抗氧化、润肠通便、减肥降脂等功效,因此将三者与酸奶结合制成的三叶超微粉酸奶具有极高的市场前景。本课题以桑叶、杜仲叶、荷叶、乳粉为原料,对三叶进行超微粉碎加入到乳粉中进行发酵制备酸奶。通过单因素实验和正交试验设计,以感官评价、质构分析、酸度为指标,优化三叶超微粉酸奶的最佳工艺参数,并对产品总黄酮含量、抗氧化性能、黏度、稠度、乳酸菌数进行测定,评价产品品质,为新型风味酸奶和桑叶、杜仲叶及荷叶的产品开发提供一定的参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

干荷叶、干桑叶、干杜仲叶(均购于亳州康美大市场);脱脂奶粉(伊利脱脂高钙奶粉);蔗糖:云山半零卡糖(云山半有限公司);发酵菌种:川秀乳酸菌酸奶发酵粉(北京川秀科技有限公司);芦丁标准品(≥98%,合肥博美科技生物有限公司);ABTS(2,2-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)、DPPH(1,1-二苯基-2-三硝基苯肼)(分析纯,飞净生物有限公司);Tris-Hcl(三羟甲基氨基甲烷盐酸盐)(分析纯,安永博科技有限公司);氢氧化钠、过二硫酸钾、乙醇、无水氯化铝、醋酸钠(分析纯,国药集团化学试剂有限公司);酚酞(分析纯,天津市致远化学试剂有限公司);邻苯三酚(分析纯,合肥巴斯夫生物有限公司);抗坏血酸(分析纯,天津市光复科技有限公司)。

仪器设备:XDW-15B型中药低温超微粉碎机(济南达微机械有限公司);Universal TA型质构仪(上海腾拔仪器科技有限公司);LDZX-50KBS立式压力蒸汽灭菌器(苏州市三昊仪器设备有限公司);HH-3A型恒温水浴锅(常州国宇仪器制造有限公司);SPX-150BX型培养箱(天津市泰斯特仪器有限公司);DHG-907013型电热恒温鼓风干燥箱(上海琅玗实验设备有限公司);JA2003型电子分析天平(上海衡平仪器仪表有限公司);UV-6100型紫外可见光分光光度计(上海元析仪器有限公司)。

1.2 实验方法

(1)酸奶制备工艺流程。

(2)单因素实验。在固定蔗糖的添加量为8%,菌种接种剂量为0.3%,杜仲叶粉为0.02%,桑叶粉为0.02%的条件下,以感官评价和质构分析为评价指标,考察荷叶粉的添加量分别为0.04%、0.08%、0.12%、0.16%、0.20%时对酸奶品质的影响。

选取以上单因素获得最佳的荷叶粉添加量,在固定蔗糖的添加量为8%,接种剂量为0.3%,桑叶粉加入量0.02%的条件下,以感官评价和质构分析为评价指标,考察杜仲叶粉的添加量分别为0.04%、0.08%、0.12%、0.16%、0.20%时对酸奶品质的影响。

选取以上单因素获得最佳的荷叶粉、杜仲叶粉添加量,在固定蔗糖的添加量为8%,菌种接种剂量为0.3%条件下,以感官评价和质构分析为评价指标,考察桑叶粉的添加量分别为0.04%、0.08%、0.12%、0.16%、0.20%时对酸奶品质的影响。

选取以上单因素获得最佳的荷叶粉、杜仲叶粉与桑叶粉添加量,固定蔗糖的添加量为8%,以感官评价和质构分析为评价指标,考察接种量分别为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%时对酸奶品质的影响。

(3)正交试验设计。结合单因素实验结果选取荷叶粉添加量、杜仲叶粉添加量、桑叶添加量、菌种添加量进行四因素三水平正交试验设计。以感官评分(80%)为主,结合质构分析(10%)和酸度(10%)这3个方面来优化“三叶”酸奶的制备工艺,并与市售酸奶作对比。正交试验因素和水平设计如表1所示。

表1 正交试验各因素水平表[L9(34)]

(4)感官评价。由培训的专业品评人员10人对酸奶进行测评,并对产品质量做出感官评估。满分为100分,其中,外观(15分)、风味(30分)、质地(25分)、口感(30分),去除最高和最低分取其平均值。酸奶感官评价标准如表2所示。

表2 酸奶感官评分标准

(5)质构分析。对酸奶的品质进行分析时,以感官评价为主,质构仪能够对样品特性进行数据化的表达[44],因此结合质构特性对酸奶进行综合评价更能反映酸奶的品质特性。用质构仪对三叶超微粉酸奶的坚实度、稠度、黏度等展开具体的质构分析。选用反挤压装置(P/BE)探头,触发点负载为10 g,探头进入距离为30 mm,测前、测中、测后速度均为1 mm/s。

当酸奶单次下压,探针继续下压时会穿透试样表面进入酸奶内部,这时会有一个显著的大峰,峰代表了凝固酸奶的凝胶强度;出现此峰值时的位移代表表皮脆性,可表征凝固型酸奶表皮易破裂程度;曲线正面积代表样品的稠度,数值越大,样品就越稠;负面积是探头返回时,凝固型酸奶在其破碎后对探头返回运动的抵抗作用,可以表征酸奶内部紧致度;数值越大,样品的阻力越大,黏度也是样品黏稠度的一个标准。

(6)酸奶总黄酮含量测定。芦丁标准曲线的制作:参考杜庆鑫[45]方法稍作修改。称取10.0 mg芦丁标准品,并配置成100 μg/mL的芦丁标准溶液。吸取溶液1.0 mL,移入10 mL刻度比色管中,分别添加pH值为3.6的醋酸-醋酸钠缓冲液3 mL,10%AlCl3溶液3 mL,用60%的乙醇溶液定容至10 mL,快速摇匀,室温放置30 min。在396 nm处测得吸光值,制作标准曲线,得回归线方程为y=0.010 5x-0.006 2,R2=0.999 3,表明线性关系良好。

酸奶中总黄酮含量测定:取酸奶溶液1 mL,加60%乙醇10 mL,超声1 h,60 ℃,9 000 r/min离心15 min,获得上清液。方法同芦丁标准品测定,根据标准曲线回归线方程,代入得出酸奶的总黄酮含量。

(7)酸奶抗氧化活性测定。样品处理:将三叶酸奶于离心机中以3 500 r/min离心20 min后取上清液备用。

ABTS自由基的清除测定方法。按已有方法[46]稍作修改,将5 mmol/L过二硫酸钾和14 mmol/L ABTS溶液各取2 mL混合,避光保存过夜形成ABTS+·母液,用无水乙醇将母液进行稀释,使稀释液的吸光度在734 nm下维持在0.700±0.020。取0.5 mL上清液,加入4.0 mL ABTS+·溶液,混匀,避光放置20 min,在734 nm下测得的吸光度为Ax;取0.5 mL乙醇作为空白对照,混匀相同的方法测得的吸光度为A0;以维生素C作为阳性对照。按照式(1)计算ABTS自由基的清除率S。

DPPH自由基清除率测定方法。参考韩永佳[47]的方法稍作改动,使用无水乙醇配制0.2 mg/mL的DPPH·溶液,放置冰箱冷藏保存。取样品上清液1 mL,加入1.5 mL DPPH·溶液,用无水乙醇定容至10 mL,避光静置30 min,在517 nm处的吸光度为Ax;将无水乙醇作为空白对照,混匀相同的方法,测得的吸光度为A0;将维生素C作为阳性对照,按照式(1)计算DPPH自由基的清除率S。

超氧阴离子清除率的测定方法。按照陈龙等[48]的方法略做改动,取0.05 mol/L的Tris-Hcl缓冲液(pH 8.2)4.5 mL,置于25 ℃水浴20 min,分别加入1 mL的上清样品液和0.4 mL的0.025 mmol/L邻苯三酚溶液,混匀后在水浴锅中25 ℃下加热5 min后,再加入1 mL的8 mmol/L盐酸溶液,在299 nm处测得吸光度值Ax,空白对照为A0,将维生素C作为阳性对照,按照式(1)计算超氧阴离子的清除率S。

(1)

(8)酸度测定。参考国家标准GB5009.239-2016[49]。

(9)乳酸菌数测定。参考国家标准GB19302-2010[50]。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

(1)荷叶粉添加量对酸奶品质的影响。荷叶粉添加量对三叶酸奶稠度和感官品质的影响如图1所示。由图1可见,三叶超微粉酸奶的稠度随着荷叶粉添加量的增加先升高后降低。原因可能是随荷叶粉添加量的不断增加,抑制了酸奶中乳酸菌的繁殖,从而降低了酸奶的稠度。当荷叶粉添加量为0.08%时,稠度最高,表明此时的凝固形式为最佳;根据酸奶的感官评分可以看出,随着荷叶粉添加量的增加,感官评分是先增高后逐渐降低,主要原因是随荷叶粉添加量的不断增加,酸奶的色泽与口感不佳,乳清析出较多。当荷叶粉添加量为0.08%时,此时感官评分最高,因此结合酸奶的稠度与感官评分,得出三叶超微粉酸奶的最佳荷叶粉添加量为0.08%。

图1 荷叶粉添加量对酸奶稠度和感官品质的影响

(2)杜仲叶粉添加量对酸奶品质的影响。杜仲叶粉添加量对三叶酸奶稠度和感官品质的影响如图2所示。由图2可见,当杜仲叶粉添加量为0.04%时,三叶酸奶的稠度最高,表明此时它的凝固最佳;根据酸奶的感官评分,随着杜仲叶粉添加量的增加,感官评分逐渐降低,主要原因是随着杜仲叶粉添加量的不断增加,导致酸奶的色泽较深,口感不好,杜仲叶的风味太突出,同时乳清析出多。当杜仲叶粉加入量为0.04%时,此时感官评分最高,因此结合酸奶的稠度与感官评分,得出三叶酸奶的最佳杜仲叶粉添加量为0.04%。

图2 杜仲叶粉添加量对酸奶稠度和感官品质的影响 图3 桑叶粉添加量对酸奶稠度和感官品质的影响

(3)桑叶粉添加量对酸奶品质的影响。桑叶粉添加量对三叶酸奶稠度和感官评价的影响如图3所示。由图3可见,三叶酸奶的稠度随着桑叶粉添加量的增加呈现先下降后增高的趋势,当桑叶粉添加量为0.04%时,三叶酸奶的稠度最高。随着桑叶粉添加剂量的增加,感官评分呈现下降趋势,主要原因是随着桑叶粉添加量的持续上升,酸奶的色泽灰暗,桑叶气味过于浓郁,酸乳风味被掩盖,且有一定的涩味,影响口感。当桑叶粉添加量为0.04%时,此时感官评分最高。因此结合酸奶的稠度与感官评分,得出三叶酸奶的最佳桑叶粉添加量为0.04%。

(4)菌种添加量对酸奶品质的影响。菌种添加量对三叶酸奶稠度和感官品质的影响如图4所示,菌种添加量对三叶酸奶黏度和酸度的影响如图5所示。由图4、5可见,酸奶的稠度随着菌种添加量的增加先增高后降低,在菌种添加量为0.4%的条件下,最大稠度为322.77 g/sec;随着菌种量的不断添加,感官评价逐步升高后降低,菌种添加量为0.4%的条件下感官评价最好;酸奶的酸度值随着菌种的添加量不断增加而持续上升,当菌种的添加量为0.4%时,酸奶的酸度达到了102°T,当接种量为0.5%时,酸度过高,口感过酸,且黏度和稠度值均在逐渐下降,因此综合考虑,三叶酸奶的最佳菌种添加量为0.4%。

图4 菌种添加量对酸奶稠度和感官品质的影响 图5 菌种添加量对酸奶黏度和酸度的影响

2.2 正交试验结果分析

三叶酸奶最佳工艺优化。正交试验酸度和稠度评分结果如表3所示。由表3可知,影响三叶酸奶品质的4个因素程度从大至小依次为:荷叶粉添加量、桑叶粉添加量、杜仲叶粉添加量、菌种添加量,最佳的工艺条件为A1B2C2D2,即荷叶粉添加量0.06%、桑叶粉添加量0.04%、杜仲叶粉添加量0.04%、菌种添加量0.4%,与正交设计实验2一致。根据此最佳配比,以感官评价、酸度、质构来对三叶酸奶进行综合评分为94.8分时,酸奶的口感较好。在此最优条件下进行了验证实验,此时的感官评价为93分,酸度为102.4°T,稠度值为348.0 g/sec,综合评分为94分,结果与最优组合一致。

表3 正交试验酸度和稠度评分结果

表4 正交试验结果

2.3 三叶酸奶品质分析结果

在优化最佳配比即荷叶粉添加量0.06%、桑叶粉添加量0.04%、杜仲叶粉添加量0.04%、菌种添加量0.4%条件下,制备的三叶酸奶品质参数如下:

(1)酸度。测得三叶酸奶的酸度为102°T,符合国家所规定发酵乳的酸度值≥70.0°T。

(2)乳酸菌数。测得三叶酸奶的乳酸菌数为2.8×106CFU/mL。符合国家所规定的乳酸菌数≥1.0×106CFU/mL。

(3)黏度与稠度。坚实度、稠度随着酸奶的单因素添加量而发生改变。最佳工艺配比为质构黏度92.41 g/sec,稠度347.93 g/sec。

(4)总黄酮含量。测得三叶酸奶的总黄酮含量为15.7 μg/mL。

表5 三叶酸奶抗氧化活性

3 结论

荷叶具有消暑利湿,散瘀止痛的作用;桑叶有消炎、利尿、清散风热等功效;杜仲叶具有镇静、镇痛、提高人体免疫力的作用。桑叶、荷叶和杜仲叶三者又同时具有降脂降糖、促进胃肠道蠕动以清除体内代谢废物的功效。本文以桑叶、杜仲叶、荷叶为原料,对其进行超微粉碎,将超微粉末加入复原乳中制备具有保健功能的三叶超微粉酸奶。