王杰--胡萝卜汁酸奶发酵条件优化研究

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1、胡萝卜汁酸奶发酵条件优化研究王 杰摘要：采用L9（34）设计和液体发酵方法，以胡萝卜汁和纯牛奶为原料，用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌为发酵剂进行乳酸发酵，结果表明，纯牛乳60%、胡萝卜汁40%、蔗糖8%、发酵剂5%的、发酵时间4h、发酵温度40生产出了酸甜适口、有胡萝卜清香味、凝乳均匀、色泽淡红的凝固型胡萝卜酸奶。关键字；酸奶；胡萝卜汁；乳酸菌Carrot yoghourt fermentation optimization of researchWang jieAbstract: This experiment aimed at influencing the main factors: of

2、 carrot yoghourt . fermentation temperature . inoculation quantity . and adding some of carrot juice in the experiment , To study the optimum production condition of carrot yoghrout ,.As rusuit we can get 40% of carrot juice, 8% of sugar. ,and 5% of fermentation, The time of fermentation is under th

3、e condition of 4h that is most efficient to make carrot yoghrout Keywords:Yogurt；Carrot juice；Lactic acid bacteria胡萝卜1又名“小人参”，据测定:“胡萝卜含有多种营养成分，含有大量的钾、磷、钙、铁、镁、维生素C、维生素B、糖类、脂肪、胡萝卜素、花青素等物质”。在医学上，因胡萝卜含有大量胡萝卜素，这种胡萝卜素的分子结构相当于2个分子的维生素A，进入机体后，在肝脏及小肠粘膜内经过酶的作用，其中50%变成维生素A，有补肝明目的作用，可治疗夜盲症。胡萝卜素转变成维生素A，也有助于增强机体的

4、免疫功能，在预防上皮细胞癌变的过程中具有重要作用。胡萝卜中的木质素也能提高机体免疫机制，间接消灭癌细胞；胡萝卜还含有降糖物质，是糖尿病人的良好食品，其所含的某些成分，如懈皮素、山标酚能增加冠状动脉血流量，降低血脂，促进肾上腺素的合成，还有降压，强心作用，是高血压、冠心病患者的食疗佳品。乳酸菌是人体肠道内的有益菌，可维持人体肠道内菌群平衡。乳酸菌可促进蛋白质、单糖及钙、镁等营养物质的吸收，产生大量有益物质。控制人体内毒素水平，保护肝脏并增强肝脏的解毒、排毒功能，使肝脏和大脑免受这些毒素的危害，防止衰老。能减少某些致癌物质的产生，能抑制肠道内腐败菌的繁殖，并减弱腐败菌在肠道内产生的毒素，因而有防癌

5、作用。乳酸菌还可以产生一些增强免疫功能的物质，可以提高人体免疫，防止疾病。酸奶是以新鲜的牛奶为原料，经过巴氏杀菌或者高温消毒后再向牛奶中添加有益菌（发酵剂），经发酵后，再冷却灌装的一种牛奶制品。目前市场上酸奶制品多以凝固型2、搅拌型和添加各种果汁果酱等辅料的果味型为多。酸奶能促进消化液的分泌、防止癌症、贫血、抑制肠道腐败菌的生长、增强免疫、防治动脉硬化、冠心病和降低胆固醇等功能，酸奶也成为对人体具有保健作用的产品。随着社会的不断进步，人们对生活健康要求也就越来越高，有大量的专家、学者都投身于酸奶的研究，现在市场上已经出现多种多样的酸奶，在酸奶能给人们带来很多益处的同时，我们也认识到，由于各方面

6、的原因酸奶的研究还有待进一步提高。根据上述胡萝卜所含的营养高以及乳酸的诸多好处，为此，集合两者的优点开发新型酸乳特色食品，满足人们对食品的需求。本实验以胡萝卜汁和牛奶为原料，对胡萝卜汁酸奶3进行研究，首先采用单因素分析，根据单因素实验确定每个因素的最佳值，用这些单因素实验的最佳值来进行多因素优化组合实验，探究一种出最佳的配比。此外，对本实验，还设置了多个梯度以及多个重复，用以将实验误差减到最小。以胡萝卜汁为辅料来研制胡萝卜汁酸奶4，不仅能保留酸乳原有的营养价值及乳酸本身的香味，而且能在原有的酸奶中增加胡萝卜汁的营养。所以选用鲜胡萝卜汁作为添加剂生产胡萝卜汁酸奶5，具有营养价值高、具保健功能、风

7、味独特、成本低、经济效益高等特点。1 材料仪器1.1 供试菌种 保加利亚乳杆菌（Lactobacillus bavaricus），嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）由思南县胡家湾民族中学生物实验室提供。1.2 供试主要原料 市售纯牛奶，蔗糖，市售鲜胡萝卜，马铃薯，西红柿等。1.3 供试培养基 PDA培养基，改良番茄培养基6。1.4 试剂 革兰氏染色试剂7，酸碱滴定剂，0.1moL/LNaOH。1.5 主要仪器打汁机、高压灭菌锅、电子天平、封口机、超净台、尼康80i显微镜、光波炉、恒温箱等。2 方法2.1 工艺流程胡萝卜清洗去杂切块打汁稀释过滤胡萝卜汁（按比例加白

8、糖） 发酵剂高温灭菌冷却（到45）鲜牛奶（巴氏灭菌）均质接种200mL聚乙烯杯子瓶装（已杀菌）发酵（40）成熟检测成品冷藏（04）2.2 发酵剂制备将纯牛奶10mL和100mL分别装于18cm18cm试管和250mL的三角瓶中，于115 0.05MPa灭菌15min，冷却后，于无菌条件下将保加利亚乳杆菌与嗜热链球菌分别接入到试管纯牛奶中，42发酵34h牛奶凝结得一级种8。无菌条件下将保加利亚乳杆菌于嗜热链球菌一级种按1:1的比例同时接已灭菌的100mL纯牛奶三角瓶中，充分混均置于42培养34h至牛奶凝结，得到发酵剂9。发酵剂品质要求无异味、色白、凝乳状、乳酸菌活菌数达106个/mL以上为合格。

9、置于4冷藏备用。2.3 胡萝卜汁制备将新鲜胡萝卜洗净、去杂、切块后，按胡萝卜比水为2比1将其打汁，过滤后，平均分成两份，做如下处理待用。将一份胡萝卜汁置于不锈钢罐子80水浴锅中消毒15分钟。另一份置不锈钢罐子中煮沸23分钟消毒。2.4 胡萝卜酸奶发酵条件单因子试验 2.4.1胡萝卜汁与纯牛乳配比对胡萝卜酸乳品质影响的试验将2.3用不同消毒方法制备的胡萝卜汁分别与牛乳混合进行配比试验，用英文大写字母表示煮沸法处理的胡萝卜汁；用英文小写字母表示巴氏法处理的胡萝卜汁。试验设纯牛奶与胡萝卜汁比例为：A（a）：80%、20%；B（b）：70%、30%；C（c）：60%、40%；D（d）：50%、50%4

10、个处理，每处理重复3次，用200mL聚乙烯杯子做发酵容器，每杯装纯牛奶与胡萝卜汁混合液100mL，按发酵料总量加入5%的发酵剂、8%的蔗糖（在处理胡萝卜汁时，以加入胡萝卜汁中），充分混合后，用封口机封口，将其置于40恒温培养箱中发酵3h后，观察胡萝卜酸奶的形态、检验理化指标和微生物学指标。2.4.2发酵剂不同加入量对酸奶品质的试验试验设发酵剂占发酵总量比例为：A：2%、70mL；B：3%、70mL；C：4%；D：5%、70mL；E：6%、70mL5个处理，每处理重复3次，用200mL聚乙烯杯子做发酵容器，每杯装纯牛奶50mL，加入40%的胡萝卜汁，每杯装纯牛奶与胡萝卜汁混合液为70mL。按发酵

11、料总量加8%的蔗糖，充分混合后，用封口机封口，将其置于40恒温培养箱中发酵3h后，对组织状态和感官指标进行评价。2.4.3发酵时间对酸奶品质影响用200mL聚乙烯杯子做发酵容器，每杯装纯牛奶50mL，加入40%的胡萝卜汁，每杯装纯牛奶与胡萝卜汁混合液70mL。按发酵料总量加入5%的发酵剂、8%的蔗糖，充分混合后，用封口机封口，将其置于40恒温培养箱中分别发酵3h、4h、5h、6h，每处理重复3次，成品后对组织状态和感官指标进行评价。2.4.4不同加糖量对酸奶品质影响设加糖量占发酵总量比例为：A：6%、70 mL；B：7%、70 mL；C：8%、70 mL；D：9%、70 mL ；E：10%5个

12、处理，每处理重复3次，用200mL聚乙烯杯子做发酵容器，每杯装纯牛奶50mL，加入40%的胡萝卜汁，每杯装纯牛奶与胡萝卜汁混合液70mL。按发酵料总量加入5%的发酵剂，充分混合后，用封口机封口，将其置于40恒温培养箱中发酵3h后，对组织状态和感官指标进行评价。2.5发酵条件优化试验 根据单因素试验结果选择L9（34）进行正交试验10。影响胡萝卜酸奶的主要因素有胡萝卜汁量、加糖量、接种量、发酵时间等。根据单因素试验结果，取胡萝卜汁量30%、40%、50 %；发酵时间: 3h、4h、5h； 接种量: 4%、5%、6%；加糖量7%、8%、9%；选择用L9（34）正交试验设计，对胡萝卜酸奶发酵条件进行

13、优化11，以确定最佳配比组合。具体因素水平见表1表1 L9（34）因素水平表Table1 L9（34）Factors level table 胡萝卜汁（%） 接种量（%） 加糖量（%） 发酵时间（h）试验号 A B C D 1 30 4 7 32 40 5 8 43 50 6 9 52.6 品质检验参照GB5413.301997、GB 163212003标准2.6.1感官质量评价参照GB27461999酸牛乳标准，采用100分制，加权平均法对色泽（权重为0.2）、组织状态（权重为0.4）、气味滋味（权重为0.4）、三个方面进行综合评价成品品质。色泽：呈均匀一致的微黄色。组织状态：呈乳浊状，均匀

14、一致不分层，允许有少量沉淀，无气泡、无异物。滋味和气味：口感细腻、甜度适中、酸而不涩，胡萝卜汁特殊香味，具有该乳酸菌饮料应有的滋味和气味，无异味。2.6.2理化指标参照GB5413.301997乳与乳粉杂质度的测定进行。具体操作步骤：将10mL酸奶加入锥形瓶中同时加入20mL蒸馏水再滴加0.5mL 0.5%的酚酞溶液作为指示剂，再进行酸碱滴定，当出现微红色时立即停止滴定，最后用用消耗的NaOH的体积乘以10就等到其酸度 T=V(NaOH)mL10。2.6.3微生物指标参照GB4789.132003食品卫生微生物学检验进行。具体操作步骤：将发酵好的酸奶，在常温下放置一天后利用PDA培养基，在超净

15、台中进行接种，并且在37恒温下培养12h后进行革兰氏染色在荧光显微镜下用高倍油镜观察乳酸菌形态。2d后对乳酸菌进行计数。同样用TJA培养基对霉菌进行检测，操作同上培养3d后进行霉菌观察再继续培养5d,看是否有霉菌长出。乳酸菌革兰氏染色反应阳性；乳酸菌（cfumL）1106；霉菌数（cfumL）30；酵母数（cfumL）50；大肠菌群（cfu100mL）3；致病菌（沙门氏菌、志贺氏菌、金黄色葡萄球菌）不得检出。3 结果与分析 3.1 胡萝卜汁与纯牛乳配比对胡萝卜酸乳品质的影响不同消毒方法制取的胡萝卜汁与牛乳配比试验结果显示（表2），煮沸法消毒制备的胡萝卜汁比巴氏消毒法制备的胡萝卜汁发酵的胡萝卜酸

16、奶基本能凝固，在外观组织状态、口感等感官指标效果好。巴氏消毒法制备的胡萝卜汁发酵的胡萝卜酸奶基本不凝固。巴氏消毒法制备的胡萝卜汁需时间较长，由于在80条件，促进胡萝卜汁转化，形成有机酸等物质过多，不利于乳酸菌的代谢繁殖，致使牛奶凝结不好。而煮沸消毒法时间短，有机酸等物质代谢积累少，对牛奶凝结影响较小，各处理凝乳较好。试验结果还表明，不同奶汁比发酵制成的胡萝卜酸奶外观组织状态和感官品质差异较大。C处理不仅凝乳均匀，凝乳质感细嫩，而且奶味果味均有，口感好。因而在生产上，可采用煮沸法对胡萝卜汁消毒，选用牛乳与胡萝卜汁比为100：40为佳。表2 纯牛奶与不同消毒方法的胡萝卜汁配比试验结果Table2

17、the test results of pure milk and different disinfection methods of carrot juice ratio处理 牛奶:胡萝卜 组织状态 评分结果 感官品质 评分结果 A 100:20 组织均匀，凝固不好， 72 色泽微黄、口味涩、 71有少量沉淀，无气泡、 酸度一般、胡萝卜无异物。 汁气味轻。B 100:30 组织均匀，凝固一般， 色泽微黄、口感一有少量沉淀，无气泡、 76 般、酸度一般、胡 75无异物。 卜汁气味轻。C 100:40 组织均匀，凝固好， 色泽微黄、口感细有少量沉淀，无气泡、 80 腻、酸甜适中、胡 82无异物。

18、 萝卜汁气味轻。D 100:50 组织均匀，凝固一般， 色泽黄、口感细腻有少量沉淀，无气泡、 76 、酸度适中、胡萝卜 81无异物。 汁气味较浓。a 100:20 组织均匀，凝固不好， 色泽微黄、口味涩有少量沉淀，无气泡、 70 、酸度一般、胡萝卜 71无异物。 汁气味轻。b 100:30 组织均匀，凝固不好， 色泽微黄、口味涩有少量沉淀，无气泡、 70 、酸度一般、胡萝卜 73无异物。 汁气味轻。c 100:40 组织均匀，凝固一般， 色泽黄、口感一般、有少量沉淀，无气泡、 75 酸度适中、胡萝卜汁 77无异物。 气味较浓。d 100:50 组织均匀，凝固不好， 色泽黄、口味涩、酸有少量沉淀

19、，无气泡、 75 度适中、胡萝卜汁 71无异物。 气味浓。3.2发酵剂不同加入量对胡萝卜酸奶品质的影响不同发酵剂与牛乳配比试验结果显示（表3），发酵剂量为2%4%时，组织凝固较差，感官效果不好。而发酵剂量5%时，组织状态较好，但是感官指标中酸度过大。加入发酵剂量配比为5%时，凝乳质感细嫩，而且奶味胡萝卜汁味均适中，口感好。因而在生产上，可采用加入发酵剂量配比为5%为佳。表3 发酵剂不同加入量对酸奶品质影响Table 3 the influence of yogurt quality with different addition amount of culture试验号 发酵剂量 组织状态 感

20、官综合评定1 2% 组织均匀，凝固差，有少量沉淀， 75 无气泡、无异物。 2 3% 组织均匀，凝固差，有少量沉淀， 76 无气泡、无异物。 3 4% 组织均匀，凝固一般，有少量沉 75 淀，无气泡、无异物。 4 5% 组织均匀，凝固好，有少量沉淀， 83 无气泡、无异物。 5 6% 组织均匀，凝固好，有少量沉淀， 72 无气泡、无异物。 3.3发酵时间对酸奶品质影响发酵时间对酸奶品质影响是实验结果（表4），改变不同发酵时间， 对产品的外观和风味都具有较大的影响。发酵时间过短，乳凝块脆弱、无弹性，稍加晃动就有乳清析出，酸味不足； 发酵时间过长，酸味又过大。即：发酵时间为3h时，组织凝固较差，感

21、官效果也不好。发酵时间5h时，组织状态较好，但是感官指标达不到要求（酸度大）。因此，由表4可确定3h发酵时间5h，最佳发酵时间为4h。 表4发酵时间不同对酸奶品质影响Table 4 the influence of yogurt quality with different fermentation time试验号 发酵时间 组织状态 感官综合评定1 3h 组织均匀，凝固差，有少量沉淀， 76 无气泡、无异物。 2 4h 组织均匀，凝固好，有少量沉淀， 81 无气泡、无异物。 3 5h 组织均匀，凝固好，有少量沉 75 淀，无气泡、无异物。 4 6h 组织均匀，太凝固，有少量沉淀， 72 无气

22、泡、无异物。 3.4不同加糖量对酸奶品质影响不同加糖量对酸奶品质影响结果（表5），改变不同加糖量，对产品的风味、酸度有较大的影响。加糖量少，酸度不足且味涩、胡萝卜汁味较浓；加糖量较多，甜味较重，酸味也会受到很大的影响。由表5可以看出，在加糖量为8%时，组织状态及感官综合评定最好，由此可确定本实验最佳加糖量为总发酵料的8%。表5加糖量不同对酸奶品质影响Table 5 the influence quantity of yogurt quality with different amount of sugar试验号 加糖量 组织状态 感官综合评定1 6% 组织均匀，凝固差，有少量沉淀， 73 无气

23、泡、无异物。 2 7% 组织均匀，凝固一般，有少量沉 76 淀，无气泡、无异物。 3 8% 组织均匀，凝固好，有少量沉 80 淀，无气泡、无异物。 4 9% 组织均匀，凝固好，有少量沉淀， 83 无气泡、无异物。 5 10% 组织均匀，凝固好，有少量沉淀， 77 无气泡、无异物。 3.5胡萝卜汁酸奶发酵条件优化试验结果3.5.1胡萝卜汁酸奶感官质量评价分析根据单因素试验结果选择L9（34）进行正交试验，以确定最佳工艺条件：胡萝卜汁量、加糖量、发酵时间及发酵剂量的配比。采用100分制，加权平均法对成品品质的色泽（权重为0.2）、组织状态（权重为0.4）、气味滋味（权重为0.4）三个方面进行综合评

24、价。将样品随机提供给10位同学品尝评分, 取平均值。结果见表6。由表6可知胡萝卜汁酸奶的最佳工艺组合为A2B1C1D1, 即胡萝卜汁加入量为40%、蔗糖7%、接种量4%、发酵时间3h。根据表6中各因素R值的大小，可以把各因素对胡萝卜汁酸奶影响主次排出来，影响由大到小依次为ABCD，即就是因素A对胡萝卜酸奶影响最大，其次是因素B，再次是因素C，因素D对其因素最小。表6 正交实验结果Table 6 orthogonal experimental results实验号 A B C D 组织状态 色泽 气味 综合评分 1 1 1 3 2 83 84 79 81.62 2 1 1 1 80 83 79

25、82.2 3 3 1 2 3 78 84 77 78.8 4 1 2 2 1 82 80 79 80.4 5 2 2 3 3 80 79 82 80.6 6 3 2 1 2 76 82 79 78.4 7 1 3 1 3 83 80 80 81.2 8 2 3 2 2 80 79 80 79.8 9 3 3 3 1 78 80 78 78.4 K1 243.2 242.6 241.8 241K2 242.6 239.4 239 239.8K3 235.6 239.2 240.6 240.6k1 81.1 80.9 80.6 80.3k2 80.9 79.8 79.7 79.9k3 78.5 7

26、9.7 80.2 80.2R 2.6 1.2 0.9 0.43.5.2 成品理化指标结果分析正交实验成品理化指标的检测结果见表7，由表可以知道各项理化指标均符合国家标准12。表7 正交试验理化指标检测结果Table 7 orthogonal test physical and chemical index test results检测项目 国家标准 检测结果蛋白质（ g100g ） 0.70 合格总砷（以 As 计）（mgL ） 0.2 合格铅（Pb）（mgL ） 0.05 合格铜（Cu(mgL ） 5.0 合格脲酶试验 阴性 合格酸度 70 合格注：理化指标检测结果引用鲜牛奶的检测结果。3.

27、5.3成品微生物检测结果分析正交试验制得的成品胡萝卜汁酸奶微生物学指标检测结果见表8，从表8中可以看出，成品胡萝卜汁酸奶各项微生物学指标均合格，符合标准的规定。表8 正交试验微生物指标检测结果Table 8 orthogonal test microbial index test results检测项目 国家标准 检测结果 结论乳酸菌（cfu/mL） 1106 1.21106 合格霉菌（cfu/mL） 30 未检出 合格大肠杆菌 90 未检出 合格金黄色葡萄球菌 不得检出 未检出 合格志贺氏菌 不得检出 未检出 合格沙门氏菌 不得检出 未检出 合格4 结语（1） 胡萝卜汁酸奶成品兼有胡萝卜汁和

28、酸奶的营养价值和保健作用, 是美容保健的佳品。（2）实验研制的胡萝卜汁酸奶的色泽、风味、口感和营养价值都较理想。且具有丰富的营养价值和保健作用 , 因此研制该产品具有积极意义。（3） 胡萝卜汁酸奶,无需添加防腐剂, 发酵过程中无需通气。此酸奶经冰箱贮藏7d无乳清析出, 但如延长冷藏时间, 酸度会有所增加, 影响产品风味, 故最佳存放时间为7d左右。总之通过对胡萝卜汁酸奶单因素和正交优化实验条件的研究，确定了胡萝卜汁酸奶最佳制作条件为：40%的胡萝卜汁、7%的加糖量、4%的发酵剂、发酵时间为3h。采用表2中A2B1C1D1组合得到的胡萝卜汁酸奶口感细腻、酸度适中、有胡萝卜汁的特色香味、理化性质和

29、微生物指标符合国家标准。参考文献：1王淑芝,陈琛爱,王秋萍,石学明.简介胡萝卜的营养药用价值J.黑龙江医学,2002,26(9):7052康怀彬, 李道敏, 陈树兴.凝固型酸牛乳新品种的研究现状J.河南科技大学学报(版),2003,23（1）:68713林松毅.胡萝卜保健型酸奶的研制J.冷饮与速冻食品工业，2003,9（3）：1517,20.4祁正贤.胡萝卜营养保健功能及其开发前景J.青海科技，1994,1(2):3540.5李剑芳.胡萝卜汁双歧杆菌酸奶的研制J. 食品科学,1997，18(6):2730.6沈萍,陈向东.微生物实验第4版M.北京：高等教育出版社，2009.7孙翠焕,王艳华,冀宝营,刘晓辉.益生南瓜酸奶的研制J. 山东农业科学,2006(1):75778凌代文，东秀珠.乳酸细菌分类鉴定及实验方法M.北京：中国轻工业出版社，1999.9吴 定,孙德坤,解光艳,赵先斌.乳酸菌的分离、鉴定和驯化J.安徽农业技术师范学院学报, 2000,14(1): 57.10方开泰,马长兴.正交试验设计M.北京：科学出版社2001.11中国科学院生物物理所五室生物教学组.多因素正交试验法简介J.1978(4):8689.12中华人民共和国卫生部，中国国家标准化管理委员会.食品卫生微生物学检验M.北京：中国标准出版社，2004. 10