小米牛乳发酵工艺优化研究

小米牛乳发酵工艺优化研究

谷物又名谷物，是世界上最古老的谷物之一。谷子脱壳称小米(foxtailmillet),小米起源于我国黄河流域,主产区在我国华北及东北地区,产量占全世界产量20%左右。小米营养丰富、齐全,包括碳水化合物、蛋白质和氨基酸、脂肪酸、维生素、矿物质等,各种营养成分比例适宜,消化率很高,因此是食品加工优良的原料牛乳是人们公认的营养价值较为全面的食品,含有丰富的钙和胡萝卜素,补充了小米的不足。牛乳经过乳酸发酵后,大部分乳糖被分解转化为乳酸和其他有机酸,从而更容易被人体吸收利用。经常食用发酵乳制品可提高机体对磷、钙、铁的吸收,防止婴儿佝偻病,防止老人骨质疏松症研究以小米和牛乳为原料,将湿磨的小米浆与牛乳混合发酵,通过单因素实验和L1材料和方法1.1主要原材料小米、白砂糖、牛乳市售;嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌由黑龙江八一农垦大学食品学院实验室提供。1.2均质机及氨基酸测试HR-120分析天平、DNP-9052电热恒温培养箱、无菌操作工作台、DTG-H高压均质机、LDZX-40立式自动电热压力蒸汽杀菌器、JM-250胶体磨、TDL-40G离心机、K12全自动定氮仪、S433D全自动氨基酸分析仪、6810石墨炉原子吸收分光光度计等。1.3工艺1.4主要实验方法1.4.1小米浆的制备除杂后小米1kg加3kg水常温浸泡2h,小米与水质量比调整为1∶5进行湿磨成浆,煮沸16min,3000rpm离心弃沉淀,即得小米浆。1.4.2小米乳液的制备、均质和消毒小米浆加入不同比例的标准化牛乳和白砂糖,在20MPa下进行均质,即得小米乳。小米乳在132℃维持4s进行高温瞬时灭菌。1.4.3菌种复壮与活化将嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌菌种分别接种于灭菌的脱脂乳培养基中,传代培养三次进行菌种复壮与活化,然后将两个菌种的第三代培养物2%接种量分别接种于新鲜的脱脂乳培养基中,37℃培养8h后,两种菌脱脂乳培养液按体积1∶1混合作为后续小米乳发酵实验的发酵剂。1.4.4小米乳添加量的确定通过单因素实验确定白砂糖的最佳添加量,以及小米浆与牛乳配比、接种量、发酵时间和发酵温度的正交实验范围值。具体实验步骤如下:(1)白砂糖添加量对感官评分的影响实验将体积比为1∶1的小米浆与牛乳混合,分别添加小米乳质量4%、6%、8%、10%、12%、14%、16%的白砂糖,均质和灭菌后,接种2%发酵剂,在37℃发酵12h,通过感官评价确定白砂糖最佳添加量。(2)小米浆与牛乳配比对感官评分的影响实验将小米浆与牛乳按4∶1、3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3、1∶4的体积比混合,添加8%白砂糖,均质和灭菌后,接种2%发酵剂,在37℃发酵12h,通过感官评价确定小米乳与牛乳的正交实验范围值。(3)接种量对感官评分的影响实验将体积比为1∶2的小米浆与牛乳混合,添加8%白砂糖,均质和灭菌后,分别接种1%、2%、4%、6%、8%、10%、12%的发酵剂,在37℃发酵12h,通过感官评价确定接种量的正交实验范围值。(4)发酵时间对感官评分的影响实验将体积比为1∶2的小米浆与牛乳混合,添加8%白砂糖,均质和灭菌后,接种4%的发酵剂,在37℃下,分别发酵5、6、7、8、9、10、11h,通过感官评价确定发酵时间的正交实验范围值。(5)发酵温度对感官评分的影响实验将体积比为1∶2的小米浆与牛乳混合,添加8%白砂糖,均质和灭菌后,接种4%的发酵剂,分别在32、34、36、38、40、42、44℃下发酵10h,通过感官评价确定发酵温度的正交实验范围值。根据以上单因素实验结果,通过L1.4.5发酵小米牛奶的感官评价挑选12名有经验的学生(8名)和教师(4名)在感官评价实验室进行产品的感官指标评价实验。感官评价指标和评分标准如表1所示。1.4.6脂肪和微量元素的检测蛋白质含量的检测采用凯氏定氮法必需氨基酸含量的检测采用自动氨基酸分析仪脂肪含量的检测采用索氏提取法维生素含量采用试剂盒检测微量元素Ca和Se的检测采用原子吸收法2结果与分析2.1单因素试验的结果2.1.1不同添加量时各官评分的比较由图2可知,随着白砂糖添加量的增加,发酵小米乳感官评价得分先高后低,添加量为8%时,评分值最高。这说明,白砂糖添加量为8%时,产品可以得到酸甜适宜的口感,同时不至于过甜而掩盖小米乳特有的发酵风味2.1.2乳配比对小米乳品质的影响采用SAS8.2统计系统进行分析,F=17472.4,P<0.0001,说明不同的小米浆与牛乳配比对小米乳感官评分有显著的影响,由图3可知,随着牛乳量的增加,评分值不断升高,当两者配比为2∶1、1∶1、1∶2时,评分值变化不大,差异不显著,而两者配比中小米浆的添加量降低到一定程度,评分值也随之降低。因此,选择小米浆与牛乳的配比2∶1、1∶1、1∶2为正交实验的范围值进一步优化。2.1.3接种量对感官评分的影响采用SAS8.2统计系统进行分析,F=2754.35,P<0.0001,说明不同的接种量对小米乳感官评分有显著的影响,由图4可知,随着接种量增加,评分值不断升高,当接种量为2%、4%、6%时,评分值变化缓慢,差异不显著,而接种量继续增加,评分值也随之降低。因此,选择接种量2%、4%、6%为正交实验的范围值进一步优化。2.1.4发酵时间对感官评分的影响采用SAS8.2统计系统进行分析,F=1597.69,P<0.0001,说明不同的发酵时间对小米乳感官评分有显著的影响,由图5可知,随着发酵时间的增加,评分值不断升高,当发酵时间为8、9、10h时,评分值变化缓慢,差异不显著,而当发酵时间继续增加,评分值随之降低。因此,选择发酵时间8、9、10h为正交实验的范围值进一步优化。2.1.5发酵温度对感官评分的影响采用SAS8.2统计系统进行分析,F=22023.6,P<0.0001,说明不同的发酵温度对小米乳感官评分有显著的影响,由图6可知,随着发酵温度的增加,评分值不断升高,当发酵温度为38、40、42℃时,评分值变化缓慢,差异不显著,而当发酵温度继续增加,评分值随之降低。因此,选择发酵温度38、40、42℃为正交实验的范围值进一步优化。2.2条件影响程度计算在单因素实验结果的基础上,采用正交实验进一步优化小米乳发酵条件和产品配方,实验编码表如表2所示,实验安排及实验结果如表3所示。根据表3中极差R值的大小,进行因素影响程度的比较,发现A、B、C、D四因素对实验的影响顺序为:A>B>C>D,即小米浆与牛乳配比>温度>时间>接种量。对表3的实验结果进行方差分析,结果如表4所示。经方差分析可知:A因素(小米浆与牛乳配比)对小米乳饮料的感官评定值的影响极显著,B因素(温度)对评定值的影响显著,而C因素和D因素对实验无显著影响。由表2和3结果可知,最佳的工艺优化组合为A2.3发酵小米乳营养成分测定发酵小米乳主要营养成分含量检测结果,以及与小米、牛乳和酸奶营养成分对比情况如表5所示。将表5中发酵小米乳与牛乳和酸奶的主要营养成分含量数据对比可知,发酵小米乳的主要营养成分几乎均高于牛乳和酸奶,其中由于小米中维生素A、维生素B研究发酵小米乳必需氨基酸含量检测结果,以及与小米、牛乳和酸奶中必需氨基酸含量对比情况如表6所示。由表6中可知,发酵小米乳必需氨基酸含量均高于酸奶中必需氨基酸含量,并且除苯丙氨酸、异亮氨酸和赖氨酸含量稍低于牛乳以外,其余5种必需氨基酸均高于牛乳。由于牛乳中赖氨酸含量高于小米,将两者混合发酵制成的发酵小米乳在一定程度上弥补了小米本身赖氨酸含量不足的缺陷3米浆与牛乳配比对发酵小米乳营养成分的影响通过单因素和正交实验确定了发酵小米乳产品的最佳发酵条件和产品配方。其最佳发酵条件为温度42℃、时间8h、接种量2%;产品最佳配方为小米浆与牛乳配比为1∶2,白砂糖添加量8%。