山药酸奶的工艺研究.doc

1 前言酸奶是新鲜牛奶经过巴氏杀菌或其他方式杀菌，冷却到一定温度后接种乳酸菌，再经过发酵而制成的具有特殊风味的一种乳制品。与普通牛奶相比，酸牛奶既保留了牛奶中的营养成分，又含有大量微生物，是集营养与保健功能于一体的饮品。随着人们生活水平日益提高, 酸牛奶的需求量越来越大。二十世纪八十年代初期,我国开始商品化生产酸牛奶, 虽然起步较晚, 至今只有二十几年的历史, 但发展速度远远超过其他任何食品。山药，又名山芋、玉延、野山豆、修胞、蛇芋、白药子、淮山药等，为薯蓣科植物薯蓣的块茎, 是多年生缠绕草本, 有光山药和毛山药之分，有野生、家种、山地产和平地产等，习惯称为“淮山药”。山药在我国已有三千多年的栽培历史，自古以来人们把它视为物美价廉的补中益气的佳蔬，山药除作蔬菜食用外, 还兼作营养价值很高的食物和药物。1.1酸奶的历史酸奶是一种营养丰富、易于消化的饮料。源于保加利亚。很久以前，以游牧为主的色雷斯人常常背着灌满羊奶的皮囊随畜群在大草原上游荡。由于气温、体温的作用及其它原因，皮囊中的奶常变馊而呈渣状，少量这样的奶倒入煮过的奶中，煮过的奶很快亦变酸。这即是最早的酸奶。色雷斯人很喜欢喝这种奶，于是不断寻求更简便、效果更佳的制作酸奶的方法。 20世纪初，俄国科学家缅奇尼科夫在研究人类长寿问题时，到保加利亚去作调查，发现每千名死者中有4名是百岁以上去世的，这些高龄人生前都爱喝酸奶。他断定喝酸奶是使人长寿的一个重要原因。后经研究，又发现了一种能有效地消灭大肠内的腐败细菌的杆菌，并命名为“保加利亚乳酸杆菌”。缅奇尼科夫酸奶的研究成果使西班牙商人卡拉索受到启发，开始了酸奶生产。最初他把酸奶当作药品在药房销售，但生意并不理想。第二次世界大战爆发后,卡拉索在美国建立了一家酸奶厂，并大作广告，不久便使酸奶风靡世界。1.2酸奶的功效1.2.1酸奶能提供更多能量因为发酵过的牛奶更要容易被人体充分吸收，提供超过鲜奶的能量，对于休闲中的体力恢复可以说是一个方便快捷的能量补给品。1.2.2酸奶能整肠止泻和消食化滞因为乳酸具有明显的抑菌整肠作用，抑制肠内产气菌、条件致病菌等有害菌种的生长繁殖，维护肠道菌群生态平衡，形成生物屏障，抑制有害菌对肠道的入侵，达到整肠止泻的目的；同时，酸奶含有多种酶，能够促进胃液分泌、提高食欲、加强消化吸收。因此，多喝酸奶就能够有效帮助防止肠胃疾病的发生。1.2.3酸奶能够提高人体免疫功能酸奶中富含各种营养元素，乳酸菌能将乳糖和蛋白质分解，钙、铁、锌等呈离子状态，更易被人体吸收，乳酸菌可以产生一些增强免疫功能的物质，能够有效的帮助休闲中的人们提高抗病能力。提高人体免疫功能，乳酸菌可以产生一些增强免疫功能的物质，可以提高人体免疫力，防止疾病。1.2.4酸奶能够防止便秘，养颜美容，延缓衰老因为酸奶中的乳酸对肠道黏膜有一定的刺激作用，产生大量的短链脂肪酸促进肠道蠕动，菌体大量生长能改变渗透压，从而有效清洁胃肠，清除体内垃圾，防止便秘，同时，抑制腐生菌在肠道的生长，抑制了腐败所产生的毒素，减少其对机体组织的损坏，达到养颜美容，防癌抗癌，延年益寿的效果。1.2.5酸奶还是钙的良好来源虽然说酸奶的营养成分取决于原料奶的来源和成分，但是一般说，酸奶比原料奶的成分都有所提高，一方面因为原料质量的要求高，另一方面因为有些酸奶制作中加入少量奶粉。所以一般来讲，饮用一杯15O克的酸奶，可以满足10岁以下儿童所需钙量的1/3、成人所需钙量的1/5。 1.2.6酸奶是益生菌的丰富源泉益生菌是指有益于人类的生命和健康的一类肠道生理细菌，如双歧杆菌、嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌等乳酸菌。目前市面上各种酸奶制品品种繁多，有凝固型的、搅拌型的，还有加入不同的果汁、酸甜可口、适应各人不同口味的果汁型酸奶。不管是何种酸奶，其共同的特点都是含有乳酸菌。这些乳酸菌在人体的肠道内繁殖时会分泌对人体健康有益的物质。乳酸菌肠道清道夫，它能在肠内定居，使肠道菌的构成发生有益变化，促进体内消化酶的分泌和肠道蠕动，清除肠道垃圾、抑制腐败菌的繁殖。 1.3山药的营养成分以及药用价值山药被人们誉为营养滋补品, 是因为它具有较多的防病保健功能。祖国医学早就将山药入药治病, 且有药中上品的美誉。根据分析, 每100g 鲜山药中含蛋白质1.5g, 碳水化合物14g、粗纤维0.9g、胡萝卜素0.02mg、维生素B1、B20.02mg、尼克酸0.3mg、维生素C4mg、钙41mg、磷42mg、铁0.3mg、镁15mg、钾290mg、钠15mg、氯37mg；并含有皂甙、粘液质、胆碱、糖蛋白和自由氨基酸、多酚氧化酶、烟酸、抗坏血酸。其粘液质中还含有甘露聚糖与植酸以及多种矿物质, 尤其磷的含量比甘薯多1倍, 比土豆多2倍, 在薯类作物中可称为冠军。山药性平味甘无毒, 食之补而不腻、不热不燥、具有健脾、补肺、益精；长志安神、补中益气、助五脏、强筋骨、止泄痢、化痰诞等多种功效。本经记载: “山药,主伤中、补虚, 除寒热邪气, 补中益气力, 长肌肉, 久服耳目聪明”；本草纲目记载: “山药, 益肾气, 健脾胃, 止泄痢, 化痰涎, 润皮毛”。1.4山药的功效1.4.1预防心血管疾病及肥胖山药能供给人体大量的多糖蛋白质混合物的粘蛋白, 可预防心血管系统疾病的脂肪沉积, 保持血管的弹性，以防止动脉粥样硬化的过早发生；减少皮下组织的脂肪沉积, 避免肥胖症。1.4.2提高机体免疫力山药中的粘液多糖可刺激和调节人体免疫系统, 对环磷酰所导致的细胞免疫抑制有对抗作用, 能使被抑制的细胞免疫功能部分或全部恢复正常；山药中富含的各种蛋白质、氨基酸以及钙、铁、维生素C 等可促进抗体的形成, 增强机体免疫力。1.4.3抗肿瘤山药块茎中富含的果胶是一种诱生干扰素物质, 能增加T淋巴细胞的活性, 提高网状内皮系统的吞噬能力,抑制肿瘤细胞增殖。因此, 山药可作为抗肿瘤和放、化疗病人的辅助药物, 现已列入抗癌中草药大辞典。1.4.4增强机体消化吸收功能山药中的消化酶能促进蛋白质和淀粉的分解, 增强机体的消化吸收功能, 所以, 山药是那些患有虚弱、精神倦怠、食欲不振、消化不良、虚劳咳嗽、糖尿病等多种亏虚型患者的营养品。1.4.5延缓衰老山药块茎所含的多种维生素,尤其是含有抗不育的维生素E和-胡萝卜素(维生素A 原),现在大量研究证明，它们是氧自由基的清除剂，能延缓衰老, 同时又是食品添加剂的营养增补剂。1.5开发山药酸奶的意义随着社会的发展，人们的生活节奏不断加快，传统的酸奶产品不能够完全适应现代生活的要求；另外，随着人民生活水平的提高，人们祈求身体健康的欲望更为强烈，而生产营养保健、方便快捷的山药系列酸奶，具有极大的市场潜力。 山药酸奶将山药的滋补作用和酸乳的营养作用通过现代生物技术有机结合起来，充分发挥其补肺，补中益气，清热解烦以及对人体脾胃的调理作用。山药常用薯块作种薯，搭架栽培，春季栽种，秋天收获，在我国大部分地区都有种植，分山地生、平地生，也有野生的，资源十分丰富，其切片晒干或烘干后能入药，还可酿酒，一般煮熟或蒸熟后鲜食，加工山药系列饮料，为开发我国丰富的山药资源提供了新的途径。在目前所见的乳酸菌发酵食品中，以酸奶、酸豆奶和乳酸菌发酵番茄汁、胡萝卜汁等较为常见，为增加乳酸菌发酵食品的种类并改善人们的膳食结构，开发山药酸奶具有重要意义。笔者将牛奶与经过处理的山药通过乳酸发酵，找出适宜的发酵工艺条件，并确定各种用料的添加比例，研制出一种集山药与酸奶于一体的新型保健饮品山药酸奶。2 材料和方法2.1材料新鲜山药和白砂糖购自山西农业大学农贸市场，新鲜牛奶购自山西农业大学动物科技学院牧站，发酵菌种：嗜热链球菌与保加利亚乳杆菌均由山西农业大学食品科学与工程学院畜产实验室提供。2.2设备试管（若干）；移液管（10mL,5mL,2mL,1mL）；三角瓶（250mL）；烧杯；电子称；雷磁PHS-25数显pH计；SW-CJ-2FD双人单面净化工作台；HPP-9272电热恒温培养箱；高压蒸汽灭菌锅；JJ-2(2003-61)组织捣碎匀浆机。 2.3山药浆制备工艺鲜山药去杂清洗去皮切片45mm护色（抗坏血酸的添加量为0.25，5min）打浆备用。挑选成熟、无霉烂山药，将其稍浸泡并洗去表面泥沙等杂质。用不锈钢去皮刀将山药表皮去净，切成45mm厚薄片，并立即放入已配制好的0.25%的抗坏血酸溶液中，保持5min，然后将山药与水以1:1.5的比例，于高速组织捣碎机中打成稀糊状待用。2.4山药酸奶制作的工艺流程鲜奶净化标准化调配（糖液、山药浆）预热均质杀菌冷却接种（加入生产发酵剂）保温发酵冷却冷藏成品检验评定。2.5操作要点2.5.1原料本工艺采用纯牛乳为原料,从乳牛饲养户购买合格的鲜牛乳,经脱脂、过滤、灭菌、冷却后冷藏备用(5)。料奶要求新鲜无杂菌、无抗生素残留，理化指标达到GB/T6914-86要求，净化过滤。2.5.2标准化分级为了使生产出的酸奶具有良好的风味，需要对其原料进行调整，并加入1%3%无抗奶粉以补充蛋白质含量。2.5.3调配将砂糖预先制成糖液，并混合至牛奶、山药浆中，加热至65均质，均质压力为2030MPa。2.5.4冷却为了保证酸奶制品风味纯正，组织形态良好，在接种发酵前要对混合料进行彻底杀菌处理，杀菌温度95,保持5min，冷却至43。2.5.5发酵将制备好活力旺盛的生产发酵剂，在无菌条件下以流态的组织质量，按2%3%接种量加入冷却至43混合乳液中，充分混合均匀灌装后放置于恒温培养箱中发酵至PH降至4.7或酸度达到6570T终止发酵。2.5.6冷藏用风冷或水冷方式迅速降温，此方法比直接进入冰箱降温的方法对酸奶质量更有利。冷藏期间既可促进酸奶香味物质的形成，防止酸度快速上升，又可保持光洁细腻的组织形态。2.5.7护色山药去皮后，应立即投入护色液中，防止其与氧气接触。破碎打浆后的山药浆应尽快进行糊化，用热处理来破坏PPO的活性（PPO最适温度35，35活性减弱），增强护色剂的护色效果，有效防止放置中出现的褐变，保证成品的感官质量。2.6 试验的设计方法本试验通过单因素试验结合正交试验的方法，确定最优组合。通过单因素试验依次确定山药浆与牛奶的比例，蔗糖的添加量以及接种量。确定大致范围以后通过正交试验的方法确定最优组合。2.7 产品质量评定本实验采用感官评定法，正交试验的感官评分标准为特色风味（30分）、凝乳状态（40分）和口感（30分），共计100分。评分标准见表1表1 感官评分表评分项目评分标准分值特色风味酸甜适口，具有浓郁的酸奶风味和爽口的山药味2528分（30分）酸甜适口，具有酸牛奶风味，山药味不明显2224分酸甜不适口，过酸或过甜1921分凝乳状态无乳清析出3438分（40分）较少乳清析出2933分较多乳清析出2528分口感口感细腻、柔和2528分（30分）口感教细腻，但不柔和2224分口感较粗糙1921分表2 正交因素水平表因素水平A接种量/%B山药：牛奶C加糖量/%D发酵温度/14.01:164024.51:284235.01:410442.8理化指标的测定方法2.8.1酸度测定酸度测定：执行GB/T 5009.46用已经过标定的NaOH 滴定总酸,再换算为乳酸量。以酚酞为指示剂，用浓度为0.1mol/L的NaOH标准溶液滴定至微红色，以30秒不退色为终点，记下消耗NaOH标准溶液的毫升数值为A，计算出酸度。2.8.2pH值测定用雷磁pHS-25数显pH计测得pH值。2.8.3大肠菌群的测定大肠杆菌检验：执行GB4789.3和GB4789.18。2.8.4乳酸菌数测定乳酸菌检验：执行GB/T4789.352.8.5致病菌的检测 致病菌检验：执行GB4789.4、GB4789.5、GB4789.10.GB4789.113 结果与分析3.1护色剂的选择由于山药自身含有酚类物质和多酚氧化酶等酶类，在去皮、打浆、糊化过程中会发生剧烈的褐变，影响其外观、风味及营养价值。其褐变机制为酶促氧化褐变。为防止其褐变，保持山药原有的白色，需进行护色处理。根据褐变机制，对比抗坏血酸，柠檬酸及EDTA 和食盐的混合液的护色效果。表3 不同护色剂护色效果比较实验号护色时间护色剂浓度护色效果1234空白5min5min5min空白0.25%抗坏血酸0.2%柠檬酸0.1%EDTA+0.1%食盐立即褐变较好稍有褐变较好由表3可看出，第2组和第4组护色效果较好。本试验之所以选用抗坏血酸，是因为抗坏血酸不仅对多酚氧化酶的辅基铜离子有螯合作用，它还可以作为醌的还原剂，甚至可以被多酚氧化酶直接氧化，起到竞争性抑制作用，防止褐变。试验证明，当抗坏血酸的添加量为0.25时，护色效果最佳。3.2单因素实验3.2.1山药浆与鲜牛奶配比实验表4 山药浆与牛奶配比实验序号1234山药浆：鲜牛奶（v/v）1:81:41:21:1特色风味（满分30分）18202516凝乳状态（满分40分）35343833口感（满分30分）19232518总分（满分100分）72778867按照传统的生产工艺进行实验（山药与水重量比为2:1），用山药浆代替部分鲜牛奶制作酸奶，对山药浆与鲜牛奶的配比进行单因素实验，结果表明，山药浆加入量的增加对凝乳状态没有明显影响，而酸奶的特色风味和口感均有一定变化。山药浆加入量过大会使酸奶的特色风味和口感变差。山药浆与鲜牛奶为1:2时，成品特色风味较明显，总体评分较高，见表4。3.2.2蔗糖量对酸奶的影响实验表5 蔗糖量对酸奶的影响序号1234蔗糖（%）46810特色风味（满分30分）22242622凝乳状态（满分40分）28303428口感（满分30分）18232619总分（满分100分）68778669蔗糖添加量实验将山药浆与鲜牛奶确定为1:2，按照与3.2.1相同的工艺，在一定范围内改变蔗糖的用量制作酸奶。蔗糖添加量在8%左右，酸奶从特色风味、凝乳状态和口感各方面均可被接受。但蔗糖添加过少，特色风味、口感和凝乳状态均不能达到最佳；蔗糖过多，会使成品甜度过高，影响特色山药风味的体现，也会抑制乳酸菌的生长，使凝乳状态不够理想；蔗糖添加量约为8%时的质量较好，见表5。 3.2.3乳酸菌接种量不同对山药酸奶的影响实验表6 乳酸菌接种量不同对山药酸奶的影响序号12345接种量（%）34567特色风味（30分）2424262525凝乳状态（40分）3334363534口感（30分）2226252621总分（满分100分）7984878680乳酸菌接种量实验将山药浆和鲜牛奶的比例确定为1:2，蔗糖添加量8%，进行接种量的单因素实验。乳酸菌接种量在2%时，山药酸乳的特色风味不够明显，凝乳状态不佳，口感较差；接种量为3%，山药酸乳的特色风味明显，凝乳效果较好，口感也接近普通酸乳，总体情况一般；乳酸菌接种量达到4%时，所得的产品感官品质总体优良，特色风味突出，凝乳状态达到甚至优于普通酸乳，口感也与普通酸乳没有明显差别。乳酸菌接种量较高时，尽管发酵速度较快，但成品的感官质量较差。所以，可将最佳接种量初选在4%左右，见表6。3.3 最优配方设计及结果分析通过以上单因素的实验，已经基本确定了各单因素的大致范围。就山药浆与牛奶的体积比、蔗糖添加量、接种量和发酵温度（由于实验室仪器数量所限，所以未进行发酵温度的单因素实验，根据经验选择40、42、44三个温度进行最佳工艺参数的优化实验）这四个因素联合考虑选择最佳工艺配方，每个因素选择三个水平，综合考虑山药酸奶的口感、风味特色以及凝乳状态等因素，本实验采用L9(34)正交试验对山药酸奶的配方进行了筛选，以感官评分为指标，确定最佳工艺条件。正交试验的结果见表7。表7 正交试验L9(34)及结果试验号ABCD感官评分111117821222913133366421237152231666231264731327083213689332167K1235219210211K2201225229225K3205197202205k178.373.070.070.3k267.075.076.375.0k368.365.767.368.3R11.39.39.06.7较优水平A1B2C2D2因素主次ABCD由表7可知，根据正交表中极差R分析,在试验工艺条件范围内，各因素对产品质量影响的主次关系为ABCD，即接种量对产品质量影响最大，山药添加量和加糖量对产品的质量影响较小。由正交表K值分析得出山药酸奶最佳工艺条件为A1B2C2D2，即乳酸菌的接种量在4%，山药浆与鲜牛奶的比例为1:2，加糖量在8%左右，发酵温度定为42，与感官评分最高的处理值A1B2C2D2一致。此工艺下所制得产品呈瓷白色，凝乳结实、组织表面光滑、无乳清析出，酸甜可口，具有发酵特有的乳酸香，入口能充分品尝出山药风味。3.4山药酸奶质量指标3.4.1感官指标色泽：呈瓷白色；风味：保持纯正的酸奶发酵香味和山药特有的滋味；组织形态：凝乳结实、组织表面光滑、无乳清析出。3.4.2理化指标pH值: 4.04.3；乳酸: 0.77%0.9%；3.4.3微生物指标 乳酸菌数1107个/mL，大肠菌群数90 个/100mL，致病菌未检出。4 结论4.1 山药浆的制备需要加入护色剂，当抗坏血酸的添加量为0.25时，护色效果最佳。4.2 山药酸奶是以生鲜牛奶和山药为主要原料制成的。其最佳工艺条件为乳酸菌的接种量在4%，山药浆与鲜牛奶的比例为1:2，加糖量在8%左右，发酵培养温度定为42。4.3 山药酸奶是新鲜动物原料与根茎植物原料的有机结合体，除完全保留了牛奶中的营养之外，还增加了山药特殊的营养保健功能的成分，再经过乳酸菌的作用，营养保健功能更全面，系优良的凝固型酸奶饮品，具有广阔的市场前景。5 最优成品展示:参考文献1赵建英，刘书亮.香蕉牛乳发酵工艺的研究.食品科技.2005.8：65672徐春新.型营养保健仙人掌酸奶的研制.淮阴师范学院学报（自然科学版）2004.5：1061633郭安民，吴宏.山药酸奶的研制.乳品加工.2006.10：5456 4刘绍军，高海生，杜连启，李汉臣.鲜甘薯浸提液酸奶的工艺研究.食品工业科技.2006.7：1121145马钢.酸奶制品制作技术的探讨.食品工业科技.1997.2：67706宋照军，张洁，孙恒艳.发酵山药酸奶工艺的研究.食品工业.2003.1：22237谢宪章.山药饮料的研制.食品工业.1996.7：22238田辉，马力，任艳丽.山药保健冰淇淋的研制.现代食品科技.2006.6：1871889衷平海.营养山药乳冰淇淋的研制J.食品科技.1996.6：303110王蕊.山药的营养保健功能与贮藏加工技术.江苏食品与发酵.2006.3：343611郭达伟.山药产品的开发研究J.食品科技.2001.3：181912魏淑珍，王敏，王倩，芦站根，孙金旭.酸奶生产菌种的选育.中国乳品工业.2006.5：232413韩方建，翟先果，郭修光.山药生产中存在问题及对策.安徽农学通报.2006.12：10210314赵国华，李志孝，陈宗道等.山药多糖的免疫调节作用J.营养学报.2002.24：18718815 Wen-Chi Hou,Jih-ShiouLiu.Dioscorin.the Major TuberStorage Proten of Yam ( Dioscorea bat at as Decne) withCarbonic Anhydrase and Trypsin Inhibitor Activities J. JAgric Food Chem.1999.47：21682172.16 Mitsuo Miyazawa, Hideo Shimamura.Antimutagenic Activityof(+)-B-Eudesmol and Paeonol from Dioscorea japonicaJ.J Agric Food Chem.1996.44：16471650 致谢在完成毕业论文期间，我得到了指导老师杨华老师的悉心指导和关心照顾，让我领会了基本的思考方式，掌握了通用的研究方法，使所学知识应用于试验中，细心解答我们的提问，帮助我们解决试验中遇到的困难和不解。在此，感谢导师给予的指导和帮助，愿您们合家欢乐、一生平安。时光如水，日月如梭，本科四年的学习即将结束。它短暂而充实，轻松而又惬意，犹如人生旅途划过的一颗璀璨靓丽的流星。有太多的事历历在目，宛如昨日, 记忆犹新。有太多的人音容笑貌，跃然纸上，挥之不去。 谢谢食安032班的同学们，跟你们一起生活了四年，我感觉很满足。和你们就学术、理想、生活及人生等许多问题畅所欲言，互相学习，共同进步。尽管有笑有泪，有苦有乐，都将会是我一生中永不褪色的回忆。别离之际，谨向这些朝夕相伴的诸位同学致意。 同时，也将祝福送给每一位帮助过我的人，包括每一位辛勤工作的老师，每一位曾经对我帮助和指导的同学和网络上不知名的学友，等等，谢谢你们。 最后，衷心感谢在百忙之中抽出时间审阅本论文的专家教授。