大豆基冻干酸奶块工艺条件和产品特性研究.pdf
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1、研究论文大豆基冻干酸奶块工艺条件和产品特性研究胡泊潇,李兴飞,张钊,曹连锋,王才立,华欲飞(1.江南大学食品学院,江苏无锡2 1412 2;2.山东嘉华生物科技股份有限公司,山东聊城2 52 499)摘要:与液态酸奶相比,冻干酸奶块更加方便食用,大豆基冻干酸奶块的研发将为植物基酸奶增添新的品种。作者考察了预冻温度、混料温度对大豆基冻干酸奶块产品质构特性和乳酸菌存活率的影响,对比了牛乳基冻干酸奶块与大豆基冻干酸奶块的性质。研究表明,大豆酸奶冻干料液的共晶温度以及玻璃化转变温度分别为-9.0 4和-3 0.7 3,与牛乳酸奶料液差别不大。发现预冻温度越高,产品的质构越疏松易碎,乳酸菌存活率越低。另
2、一方面,预冻温度过低也会使乳酸菌存活率降低,同时由于水汽升华通道过于狭窄容易引起产品结构塌陷,最终确定适宜的预冻温度为-2 5。提高混料温度能够小幅提升冻干酸奶块提乳酸菌存活率,但对产品质构无明显影响。研究发现,虽然牛乳基酸奶块的乳酸菌存活率更高,但在贮藏3 0 d的产品中,大豆基冻干酸奶块中的乳杆菌及双歧杆菌的存活情况与牛乳基酸奶块接近。在不充氮包装情况下,大豆基冻干酸奶块中乳杆菌及双歧杆菌的存活率更高。关键词:酸奶;冷冻干燥;植物基;乳酸菌中图分类号:TS214.2文章编号:16 7 3-16 8 9(2 0 2 3)10-0 0 41-10DOl:10.12441/spyswjs.202
3、20214006Study on Process Conditions and Product Characteristics ofFreeze-Dried Soy-Based Yogurt BlocksHU Boxiao,LI Xingfei,ZHANG Zhao,CAO Lianfeng,WANG Cailiz,HUA Yufei!(1.School of Food Sience and Technology,Jiangnan University,Wuxi 214122,China;2.Shandong JiahuaBiotechnology Co.,Ltd.,Liaocheng 252
4、499,China)Abstract:Compared to liquid yogurt,freeze-dried yogurt blocks offer greater convenience forconsumption.The development of freeze-dried soy-based yogurt blocks introduces new productvarieties to plant-based yogurt.This study investigated the effects of pre-freezing temperature andmixing tem
5、perature on the textural characteristics and viability of lactic acid bacteria in soy-basedfreeze-dried yogurt blocks,while the properties of freeze-dried dairy-based yogurt blocks werecompared with those of freeze-dried soy-based yogurt blocks.The results revealed that the eutectictemperature and g
6、lass transition temperature of soy-based yogurt freeze-dried mixture were-9.04 Cand-30.73 C,respectively,which were comparable to those of dairy-based yogurt mixtures.It wasfound that higher pre-freezing temperatures resulted in looser and more fragile product texture alongwith lower viability of la
7、ctic acid bacteria.Conversely,excessively low temperatures of收稿日期:2 0 2 2-0 2-14修回日期:2 0 2 2-0 3-2 5基金项目:山东省重点研发计划项目(2 0 2 2 CXGC010603)。*通信作者:华欲飞(196 2 一),男,博士,教授,博士研究生导师,主要从事粮食、油脂及植物蛋白质工程研究。E-mail:食品5生物技术学报2 0 2 3 年第42 卷第10 期41HU Boxiao,et al:Study on Process Conditions and ProductRESEARCHARTICLEC
8、haracteristics of Freeze-Dried Soy-BasedYogurt Blockspre-freezingreduced bacterial viability and led to structural collapse due to the narrow water vaporsublimation channels.Ultimately,a pre-freezing temperature of-25 C was determined to be suitable.Increasing the mixing temperature could slightly i
9、ncrease the viability of lactic acid bacteria infreeze-dried yogurt blocks without significantly affecting the product texture.Although dairy-basedyogurt blocks exhibited higher bacterial viability,freeze-dried soy-based yogurt blocks showedcomparable viability of Lactobacillus and Bifidobacterium a
10、fter 30 days of storage.The viability ofLactobacillus and Bifidobacterium in freeze-dried soy-based yogurt blocks was higher withoutnitrogen-filledpackaging.Keywords:yogurt,freeze drying,plant based,lactic acid bacteria液态酸奶产品的货架期较短,通过冷冻干燥或喷雾干燥等方法制得的固体酸奶产品在一定程度上弥补了这一缺陷。固体酸奶产品包括酸奶粉和酸奶块,前者主要应用于冲饮,烘焙-3,
11、而酸奶块是指以酸奶为基料,加人一定的助剂,经冷冻干燥制成的块状食品,具有方便即食、口感酥脆等特点,目前市场认可度较高。与采用喷雾干燥生产的酸奶粉不同,酸奶块采用冷冻干燥法制备,能够最大限度地保存活性乳酸菌,并且有效保证产品的口味和营养。近年来植物基酸奶越来越受到关注,其中大豆酸奶是研究和产品开发的热点4-。然而截至目前,市场上以植物基酸奶为原料的酸奶固体产品还很少。因此以植物基原料开发冻干酸奶块,既能够填补市场空白,也能够丰富植物基产品的品类。目前关于酸奶冷冻干燥的研究较少,研究内容也较为分散。Carvalho等提出将酸奶与糖、增稠剂等辅料混合后使用氮气发泡后进行干燥7。与热风干燥产品相比,冷
12、冻干燥相产品具有堆积密度低,孔隙率高,口感松脆细腻等优点。Wang等考察了原料预处理和几种冻干赋形剂对产品质构的影响8 ,发现添加质量分数0.1%的果胶和冻干前加热处理能够有效增强产品的硬度和脆度,并可改善冻干酸奶中钙的生物可及性;Ismail等研究了助剂添加对冻干酸奶块理化特性、结构和乳酸菌存活情况的影响9,发现嗜热链球菌在该体系内的存活能力较强,乳清蛋白的添加能够使产品结构更加疏松,孔隙度更高。到目前为止,关于冻干工艺条件对酸奶块性质影响的研究报道较少。作者对比了大豆基冻干酸奶块料液与牛乳基冻干酸奶块料液的关键参数,并在此基础上选取预42JOURNAL OF FOOD SCIENCE AN
13、D BIOTECHNOLOGY Vol.42 IsSUe 10 2023冻温度、混料温度对冻干酸奶块物理性质和乳酸菌存活率的影响较大的因素进行了考察和优化,并以牛乳基冻干酸奶块体系为对照比较了乳酸菌存活情况,为植物基冻干酸奶块的开发和改进提供参考。材料与方法1.1材料东北大豆:市售产品;直投式发酵剂(含嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌、双歧杆菌、嗜酸乳杆菌):市售。1.2试剂MRS固体培养基:杭州百思生物技术有限公司产品;冰乙酸,乳酸,氢氧化钠:均为分析纯,国药集团化学试剂有限公司产品;2-甲基-3-庚酮标准物:西格玛-奥德里齐公司产品1.3仪仪器与设备AB204-N型分析天平、PHS-3CpH计:
14、梅特勒-托利多仪器有限公司产品;HHS恒温水浴锅:金坛医疗仪器厂产品;UMC5斩拌锅:德国Stephan产品;SCIENTZ-1OND型冷冻干燥机:宁波新芝生物科技股份有限公司产品;超净工作台:无锡一净设备有限公司产品;手提式不锈钢压力蒸汽灭菌锅:上海申安医疗器械厂产品;TA-XTPlus质构仪:英国SMS公司产品;SC202-2电热恒温干燥箱:江苏南通实验电器厂产品;DSC3差示扫描量热仪:瑞士梅特勒-托利多公司产品;DVB/CAR/PDMS,50/30m萃取头:美国Supelco公司产品;气质联用仪(SCIONSQ456GC-MS):美国bruker公司产品;FA25高速剪切乳化机:上海弗
15、鲁刻流体机械制造有限公司产品;磨浆系统:作者所在实验室自制。研究论文胡泊潇,等:大豆基冻干酸奶块工艺条件和产品特性研究1.4实验方法1.4.1大豆酸奶的制备方法大豆浸泡(2 5,12h)磨浆灭酶(9 5,10 min)调配(质量分数2.5%蛋白质溶液)均质(40 MPa)杀菌(95,10 m in)冷却至42 左右接种发酵(42,5 h)后熟(4,12 h)1.4.2冻干酸奶块制备方法按照质量分数3%麦芽糊精,质量分数2%甘露醇,质量分数2%预糊化淀粉,酸奶补足质量至10 0%配料,在斩拌锅中以600r/min恒温真空混料2 0 min,获得分散均匀的料液。将以上料液倒人模具中,铺料厚度为5
16、mm,转人冻干机内进行预冻和冷冻干燥,预冻阶段通过对隔板制冷与物料进行接触换热,预冻结束后抽真空,通过控制隔板程序升温向物料供热以达到使物料中水分升华的目的。1.4.3差示扫描量热(DSC)参照Rahman的方法,取经过混料所得的冻干前的原料液精确称量约10 mg放人铝制埚中封装,并按照以下程序进行测定。程序1:将精确计重的10 mg左右样品放人密封的铝盒中,从2 5以10/min的速率冷却至-3 0并保持2 min。从-3 0 到2 5以10/min的速率进行扫描。用该方法确定样品的共晶点和共熔点,通过STAReEvaluation软件对峰面积积分获得样品的结晶热和熔化热,结合水的单位相变热
17、和样品质量可计算得样品中的自由水含量。程序2:将精确计重的10 mg样品放人密封样品盒中,从2 5以10/min冷却至-40,保温2min;以10/min的速率扫描至-3 0 退火处理2 0min;以5/min扫描至-40,保温2 min;以5/min扫描至2 5,从热图中识别出玻璃化转变(台阶)。样品中自由水含量按照公式(1)进行计算。AHX=334.72式中:x为自由水质量,g;H 为样品结晶或熔化的相变热,J;334.72为水的单位结晶热或熔化热,J/g。1.4.4质构分析参照Carvalho的方法,使用TA.XT-plus物性分析仪对冻干产品进行测定。探头:P/0.25s球形探头;测前
18、速度:2 mm/s;测试速度:2 mm/s;测后速度:10 mm/s;触发力:5g;终止条件:形变70%(确保样品发生断裂)。每个样品重复测定3 次。定义峰值力为断裂力(g),并记录断裂时间(s)辅助评价。1.4.5可滴定酸度的测定参照国标GB009.239一2016食品酸度的测定中的第二法即pH计法。称取10g(精确到0.0 0 1g)混匀的样品,置于50 mL一次性塑料盒中,加入10 mL新煮沸冷却至室温的水,加入转子混匀,在搅拌的情况下用精确标定过的0.05mol/L的氢氧化钠溶液滴定至pH稳定在8.3 0 0.01处4 5s,记录所用的氢氧化钠标准溶液的体积。实验结果以酸度表示,按照公
19、式(2)进行计算。X=CxVx100(2)mx0.1式中:X为试样的酸度,T;c为氢氧化钠标准溶液的浓度,mol/L;V为试样滴定至终点时所消耗的氢氧化钠标准溶液的体积,mL;m为试样的质量,g;0.1为酸度理论定义氢氧化钠的浓度,mol/L。1.4.6乳酸菌活菌的测定在CB4789.352016中的乳酸菌计数方法的基础上,参考岳林芳川和谭允冰12 的选择性计数方法进行优化。取一定量样品精确称重(精确至0.0 0 1g),加入质量分数0.8 5%0.90%的无菌生理盐水进行10 倍稀释,不断重复该操作稀释至10 倍,选取2 3 个连续的适宜稀释度,每个稀释度取1mL匀液于无菌培养皿中,每个稀释
20、度做2 个平行,倒入10 15mL冷却至48 左右的MRS-pH6.2(针对乳酸菌总数)或MRS-pH5.4(使用醋酸进行酸化,选择性计数除嗜热链球菌以外的乳酸菌)琼脂固体培养基,转动培养基使其混合均匀,3 7 培养48 7 2 h,计算平板上的单菌落总数,结合取样质量和稀释倍数,按照CFU/g干物质计算得出样品中的乳酸菌数。1.5数据处理实验均重复3 次,采用Origin对数据进行分析和绘图,结果用“平均值标准偏差”表示,通过SPSSStatistic 25软件对数据结果进行分析(ANOVA),并(1)采用Dunkan 进行显著性分析,以不同字母角标代表具有统计学差异(P0.05)。2结果与
21、分析2.1酸奶块原料液的冻干参数图1所示为大豆基酸奶块冻干原料液的DSC测定曲线,从该曲线可以了解原料液的共晶点、共熔点及玻璃化转变温度。由图1可知,大豆基酸奶块冻干原料液的结晶峰(共晶点)为-9.0 4,熔化食品5生物技术学报2 0 2 3 年第42 卷第10 期43HU Boxiao,et al:Study on Process Conditions and ProductRESEARCHARTICLECharacteristics of Freeze-Dried Soy-BasedYogurt Blocks峰起点(共熔点)为-3.3 2,玻璃化转变温度为-30.73。根据结晶或融化峰所得
22、烩值计算得到原料液的自由水质量分数为6 2.41%,而根据原料液配方可知总水分质量分数为7 8.56%。由此可见,大豆基酸奶块冻干原料液的结合水质量分数为16.16%。(MU00)洋起点:-3.8 7 起点:-11.7 3 1峰位置:0.7 8 峰位置:-9.7 9(Mu00)起点:-3.3 2 起点:-11.0 1峰位置:1.7 2 峰位置:-9.0 424(a)共晶点和共熔点6t/min8101214(Mu)202玻璃化转变46t/min(a)共晶点和共熔点8101214起点:-3 1.55中点:-3 0.2 7 t/min(MU0)洋31.2 31.6 32.0 32.4 32.8 33
23、.2 33.6 34.0 34.4 34.8 35.2 35.6图1大豆基冻干酸奶块冻干原料液共晶点、共熔点及玻璃化转变温度DSC热图Fig.1IDSC thermogram of the eutectic point,meltingpoint,and glass transition temperature of freeze-dried soy-based yogurt block raw materialsolution作为比较,研究中以脱脂乳粉复原乳和大豆油为原料,配制与大豆基冻干酸奶块相同固形物、蛋白质和脂肪含量牛乳基酸奶块原料液,其DSC分析结果如图2 所示。从图中可知牛乳基酸奶块
24、原料液的的共晶点、共熔点以及玻璃化转变温度分别为-9.79,-3.8 7 和-3 0.2 7。另外,其总水分、自由水和结合水质量分数分别为7 7.9 7%、59.46%和18.25%。从以上结果看,牛乳基冻干酸奶块原料液与大豆基酸奶块原料液的冻干参数无明显差别,因此两体系的冻干程序可以通用。44JOURNAL OF FOOD SCIENCE AND BIOTECHNOLOGY Vol.42 IsSUe 10 202331.2 31.6 32.0 32.4 32.8 33.2 33.6 34.0 34.4 34.8 35.2 35.6玻璃化转变起点:-3 2.2 5中点:-3 0.7 2 t/m
25、in(b)玻璃化转变(b)玻璃化转变图2 牛乳基冻干酸奶块冻干原料液共晶点、共熔点及玻璃化转变温度DSC热图Fig.2JDSC thermogram of the eutectic point,meltingpoint,and glass transition temperatures of freeze-dried dairy-based yogurt block raw materialsolution原料液的共晶点和共熔点对产品的冻干曲线设计具有重要意义。物料的共晶点是指混合体系内的水完全冻结成为冰晶时的温度,共熔点是指已冻结物料在加热升温开始熔化时的温度。理论上,预冻温度只要低于物料共
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