科技创新论文之——五谷酸奶研发与制作.doc

科技创新论文

题 目： 五谷酸奶研发与制作
系 别： 生命科学系
作 者：
学 号：
合作者：
指导教师：

14

目录

摘要 3
1.前言 4
2. 材料与方法 5
2.1 试验材料 5
2.1.1原料 5
2.1.2试验试剂 5
2.1.3 试验设备与仪器 5
2.2 试验操作方法 5
2.2.1黑芝麻汁的制备 5
2.2.2黑豆汁的制备 5
2.2.3玉米汁的制备 5
2.2.4五谷酸奶的工艺流程 6
2.2.5五谷酸奶配方确定 6
2.2.6五谷酸奶的感官评定 7
2.2.7优化五谷酸奶的配方 7
2.2.7.1五谷酸奶的发酵时间的确定 7
2.2.7.2五谷酸奶接种量的确定 8
2.2.7.3五谷酸奶白砂糖添加量的确定 8
2.2.7.4五谷酸奶发酵温度的确定 8
2.2.8优化五谷酸奶理化指标的测定方法 8
2.2.9优化五谷酸奶储藏酸度的变化 8
3. 结果与分析 8
3.1五谷酸奶的配方确定 9
3.2优化五谷酸奶配方 10
3.2.1五谷酸奶发酵时间的确定 10
3.2.2五谷酸奶接种量的确定 10
3.2.3五谷酸奶白砂糖添加量的确定 11
3.2.4五谷酸奶发酵温度的确定 11
3.3五谷酸奶的最佳配方验证实验 12
3.3.1五谷酸奶理化指标的结果 12
3.3.2优化后五谷酸奶的储藏酸度的变化分析 12
4. 结论 13
参考文献 14
附录 15

五谷酸奶研发与制作

摘要:本实验以黑芝麻、黑豆、玉米为主要原料，研制新型五谷酸奶。利用L9( 3)3正交试验法和感官评定法，确定五谷酸奶的配方；并从接种量、发酵时间、发酵温度和白砂糖用量等方面进一步优化五谷酸奶配方。结果得到五谷酸奶最佳配方为：黑芝麻汁添加量为10％，黑豆汁添加量为13.3％,玉米汁添加量为13.3％，奶粉7.9％，接种量3％，发酵时间为7h，温度为42℃，白砂糖用量5％。最后验证实验表明，利用优化配方制作的五谷酸奶是呈灰白色，组织细腻，风味俱佳，不含防腐剂和不添加色素的营养健康食品。
关键词:黑芝麻；黑豆；玉米；复合酸奶；工艺

The development and production of grain yogurt
Dongping Wang Yali Chen Yuqiao Tang
(Department of Life Sciences,HengYang Normal University,Guidance teacher：Xiaohua Chen)

Abstract:In this study, the black sesame, black bean and corn were made the new grain yogurt. The optimize formula of the grain yogurt was obtained by the methods of L9( 3)3 orthogonal test and sensory evaluation and the tests of fermentation time, fermentation temperature and contents of inoculation and sugar. The results showed that the optimize formula of the grain yogurt was 10% black sesame juice , 13.3% black bean juice , 13.3% corn juice, 7.9% milk powder , the content of inoculation was 3%, fermentation time was 7 hours, fermentation temperature was 42℃, the addition of white granulated sugar was 5%. The finished product in this conditions was good color, texture and flavor. This product was nutrition healthy food without any additive.
Keywords: Black sesame; Black bean; corn; Composite yogurt; Process

1. 前言

黑芝麻为胡麻科(pedaliaceae)之一，是人类最早知道的油料种籽。我国和印度的产量占全世界的40％，是最大的生产国[1]。黑芝麻富含多种人体必需氨基酸、卵磷脂和不饱和脂肪酸等营养物质。黑豆属于“黑五类”中的豆类食品。 黑豆不仅与黑芝麻一样富含蛋白质、人体必需的氨基酸、维生素、矿物质等[2],而且其所含的脂肪酸能防止血清中的胆固醇增加和沉积, 对防止高血压和心血管病有重要作用；黑豆还有补阴利水、祛火活血、消肿解毒、乌发美容抗衰老等作用,同时对糖尿病、贫血、妇科病均有一定的疗效[ 3]。玉米,是世界三大粮食作物之一,玉米中含有较多的蛋白质，并含有谷固醇、卵磷脂、维生素E等高级营养素,此外,玉米还中含一种抗癌因子——谷胱甘肽可防止致癌物质在体内形成。
发酵酸奶不仅保留牛乳中丰富的营养物质而且其中的活性微生物可以调节人体肠胃功能,帮助消化,不仅利于营养物质的吸收, 而且对乳糖不耐症及便秘、肠炎、食欲不振及贫血等疾病具有一定的功效。
随着酸奶的普及以及消费者营养健康意识的不断提高，酸奶由单一特殊风味的饮料向功能性饮料发展。五谷酸奶充分利用动植物蛋白营养平衡互补的原理，一方面添加五谷原料，降低成本，减少了牛乳的添加量，弥补牛乳不足的现状。另一方面五谷原料中各蛋白质优势互补并结合营养丰富的动物蛋白（牛乳）既提升了营养质量[4]，又满足了现在膳食的营养均衡，具有良好的社会效益和经济效益。由于在发酵中黑豆的豆腥味可以很好的除去与掩盖[5]及黑芝麻的食品种类少[6]；我国的玉米产量居世界首列,而在玉米产区,人们不把玉米当主食,使玉米资源相对增加。在我国,玉米的深加工大多仅限于淀粉行业,这样不仅浪费资源,而且经济效益低,因此如何开发五谷酸奶加快原料转化，带动产业化发展，同时满足人们对食品营养、美味、健康的需求，开发符合人们趋向自然保健食品是当前农产品深加工的重要方向。在酸奶中添加玉米、黑芝麻、黑豆这三种有代表性的五谷，使酸奶融入更多营养元素，开发出五谷酸奶，至目前为止还未见相关报道。为此，本研究在其他复合型酸奶加工的基础上，研发出新型五谷酸奶，得出最佳生产工艺，以期为乳品企业开发相关产品提供技术支撑，对于我国玉米、黑豆、黑芝麻的生产均有重要意义。
2. 材料与方法
2.1 试验材料
2.1.1原料
衡阳本地黑芝麻、黑豆 、玉米、雀巢全脂奶粉、白砂糖：市售
菌株：保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌：丹尼斯克
2.1.2试验试剂
氢氧化钠、酚酞、G-250考马斯亮蓝、氯化钠、浓磷酸、牛血清清蛋白（BSA）、95%乙醇、硫酸铜、次甲基蓝、酒石酸钾钠、乙酸锌、冰乙酸、亚铁氰化钾、盐酸、葡萄糖等均为分析纯。
2.1.3 试验设备与仪器
JB-CJ-LFD：净化工作台，苏州佳宝进化工程设备有限公司；SPX-250B-G：光照培养箱，上海博讯实业有限公司；HH-S: 恒温水浴锅,江苏国胜实验仪器厂；AN 168：电子天平,上海民桥精密科学仪器；C21-SK20101：电磁炉,广东美的生活电器制造公司；722S可见分光光度计；碱式滴定管；均质机；打浆机。
2.2 试验操作方法
2.2.1黑芝麻汁的制备
选择优质的黑芝麻,放入锅中120℃干炒15min，冷水浸泡4h，洗净后打浆机磨浆，磨浆时的加水量为黑芝麻重量的1倍, 磨浆用4层纱布一次过滤，再用200目筛子二次过滤，放入80℃恒温水浴锅中灭菌20min制得。
2.2.2黑豆汁的制备
选择饱满健壮的黑豆,120℃水煮40min，剥皮,用0.5%的NaHCO3沸溶液浸泡30min, 漂洗，磨浆（磨浆时加水量为黑豆重量的2倍),将磨好的豆浆首先用4层纱布过滤然后用200目筛子二次过滤，放入80℃恒温水浴锅中灭菌20min制得。
2.2.3玉米汁的制备
选择优质的玉米,剥粒，100℃水煮25min，冷水浸泡4h，洗净后磨浆，磨浆时的加水量为玉米质量的2倍，将磨好的玉米浆首先用4层纱布过滤然后用200目筛子二次过滤，放入80℃恒温水浴锅中灭菌20min制得。

2.2.4五谷酸奶的工艺流程

奶粉、白砂糖加水调配→均质→灭菌→冷却→接种→ 发酵
黑芝麻→烘烤→浸泡→磨浆→过滤→灭菌→黑芝麻汁
黑豆→水煮→脱皮→浸泡→磨浆→过滤→灭菌→黑豆汁 → 调配
玉米→剥粒→浸泡→水煮→磨浆→过滤→灭菌→玉米汁
成品←冷却← 后期发酵← 装瓶
2.2.5五谷酸奶配方确定
按照预试验得到牛奶汁（奶粉：水为1:7）。牛奶汁:黑芝麻汁为7:3；牛奶汁:黑豆汁为6:4；牛奶汁:玉米汁为6:4。根据因子水平利用L9( 3)3正交实验，以感官指标作为评定标准，确定配方。因素水平设计如表1所示，L9( 3)3正交实验如表2所示：
表1 因子水平
因子水平
黑芝麻汁（A）/ml
黑豆汁(B)/ml
玉米汁(C)/ml
I
75
125
125
II
100
100
100
III
125
75
75

表2 正交试验表
序号
A
B
C
1
I
I
I
2
I
II
II
3
I
III
III
4
II
I
II
5
II
II
III
6
II
III
I
7
III
I
III
8
III
II
I
9
III
III
II

2.2.6五谷酸奶的感官评定
将牛奶汁与五谷原料汁按照表2正交试验表发酵得到五谷酸奶后进行感官评定，产品的感官评定：采用文献[7]报道的方法进行考察，选择有品尝酸奶经验的10名感官评定人员（男女各半），对五谷酸奶的表观、气味、风味、质地四方面进行综合评定，满分100分，评分标准如表3。

表3五谷酸奶感官评定标准
评定指标
评分标准 (满分100分)
分值
表 观 (20分）
无乳清析出、凝乳紧密、稳定、均匀一致
16-20分

有少许乳清析出、凝乳较疏松、不均匀
11-15分

有明显乳清析出、凝乳粗糙或柔软不紧密
0-10分

气 味（30分）
无酸臭味、焦糊味、具有浓郁的奶香味
24-30分

酸臭味、焦糊味较淡、奶香味适中
15-23分

酸臭味、焦糊味较浓、无奶香味
0-14分

风 味（30分）
具有浓郁的谷香味、酸度、甜度适中、无涩味
24-30分

谷香味适中、酸味、甜味过浓、涩味较淡
15-23分

谷香味太淡或太浓、无酸味或酸味过淡
0-14分

质 地 (20分）
硬度、稠度、油腻性适中、无砂粒感
16-20分

偏软或偏硬、较油、有轻微砂粒感
11-15分

过稠或过稀、非常油腻、有较严重的砂粒感
0-10分

2.2.7优化五谷酸奶的配方
经过正交试验的筛选后，在保持其他因素不变的条件下分别改变发酵时间、接种量、温度和白砂糖添加量制备五谷酸奶，通过感官评定对五谷酸奶配方进行优化。
2.2.7.1 五谷酸奶发酵时间的确定
选择黑芝麻汁,黑豆汁,玉米汁添量分别为10％，13.3％，13.3％，接种量为3％,发酵温度42℃,白砂糖的添加量为5％的条件下,分别在不同的时间下发酵制备五谷酸奶,通过感官评定来确定最佳发酵时间。
2.2.7.2五谷酸奶接种量的确定
选择黑芝麻汁,黑豆汁,玉米汁添量分别为10％，13.3％，13.3％,蔗糖添加量5％,发酵温度42℃,发酵时间7h的条件下,分别添加不同比例的发酵剂来制备五谷酸奶,通过感官评定来确定最佳接种量。
2.2.7.3 五谷酸奶白砂糖添加量的确定
选择黑芝麻汁,黑豆汁,玉米汁添量分别为10％，13.3％，13.3％,接种量为3％,发酵温度42℃,发酵时间7h的条件下,分别添加不同比例的白砂糖来制备五谷酸奶,通过感官评定来确定最佳白砂糖添加量。
2.2.7.4五谷酸奶发酵温度的确定
选择黑芝麻汁,黑豆汁,玉米汁添量分别为10％，13.3％，13.3％,接种量为3％,白砂糖添加量为5％,发酵时间7h的条件下,分别在不同温度下来制备五谷酸奶,通过感官评定来确定最佳发酵温度。
2.2.8理化指标的测定方法
酸度测定：取5ml酸奶放入三角瓶中，用40ml蒸馏水稀释后加1％酚酞指示剂2到3滴，用0.1mol/L NaOH滴定（滴定所消耗的NaOH溶液毫升数×20即为所测酸奶的酸度（oT））。
总糖测定：采用直接滴定法，样品经除去蛋白质后，在加热条件下，直接滴定已标定过的费林氏液，费林氏液被还原析出氧化亚铜后，过量的还原糖立即将次甲基蓝还原，使蓝色褪色。根据样品消耗体积，计算还原糖量。
还原糖含量（%）: =（C×v1 × V）∕（m× v2 ×1000）×100
蛋白质：考马斯亮蓝法
PH的测定：用pH值范围为3.8～5.4和5.4～7.0的精密试纸测定。
2.2.9 优化后五谷酸奶储藏酸度的变化
按照优化后的配方发酵五谷酸奶，将成品置于0-4℃的冰箱中储藏，在第一天，第三天，第七天，第十四天时分别测定其酸度值。得出五谷酸奶的酸度变化，从而为研究五谷酸奶的储藏期提供有力的实验依据。
3. 结果与分析
3.1 五谷酸奶配方确定
根据评定小组的评定得分结果和酸度测定值，统计整理出十组感官评定得分的值及其酸度值，分别见表4和表5。

表4 L9(3)3因子水平正交试验结果
序号 A(黑芝麻汁) B（黑豆汁） C(玉米汁) 感官评定综合评分
1 I I I 66.0
2 I II II 70.1
3 I III III 66.8
4 II I II 74.8
5 II II III 67.5
6 II III I 65.9
7 III I III 66.0
8 III II I 64.6
9 III III II 64.2
K1 67.6 68.9 65.5
K2 69.4 67.9 69.7
K3 64.9 65.6 66.8
R 5.5 3.3 4.2

表5 L9(3)3因子水平正交试验结果
序号 A(黑芝麻汁) B（黑豆汁） C(玉米汁) 酸度的平均值/0T
1 I I I 79.3
2 I II II 88.5
3 I III III 89.0
4 II I II 85.8
5 II II III 81.8
6 II III I 82.5
7 III I III 85.6
8 III II I 84.3
9 III III II 83.3
K1 85.6 83.5 82.0
K2 83.3 84.8 85.8
K3 84.4 84.9 85.4
R 2.3 1.4 3.8
由表4采用感官评定法得到的极差R值可知：影响质量的主次因素依次为A （黑芝麻汁的添加量）→C（黑豆汁的添加量）→B（玉米汁的添加量）。对表5中五谷酸奶的酸度值进行分析综合得出五谷原料汁的配比组合为 AIBIICII，即正交试验中序号2的配比最佳，这与表4中的结果不相符，表4中评分最高为序号4即A IIBICII, 故把AIIBICII与AIBIICII作进行重复试验比较，最终得出最佳组合为AIBIICII, 即黑芝麻汁为75mL、黑豆汁为100mL、玉米汁为100mL。
3.2 优化五谷酸奶配方
3.2.1五谷酸奶发酵时间的确定
不同发酵时间的感官评定结果如表6所示。由表可知五谷酸奶发酵时间低于或等于5h会导致凝乳疏松，酸味偏淡等不良影响；而发酵时间超过或等于10h同样也会导致一些不良的风味产生，如酸味较重，有涩味等；当发酵7h时组织状态，风味都适中，所以选定最佳发酵时间为7h。
表6 不同发酵时间对酸奶感官品质的影响

发酵时间/h 感官品质
5 凝固状态较稀，酸味淡
7 凝固状态好，混合状态好，酸甜适中
10 凝固状态较稠，酸味较重，有涩感
3.2.2五谷酸奶发酵接种量的确定
在酸奶的制作中发酵剂的量一般不宜过高，只有在适宜的接种量下发酵才能保证酸奶的口感及营养物质最佳。由五谷酸奶的发酵接种量的感官评定结果（如表7所示）得到最佳发酵接种量为3％。这时的五谷酸奶质地均匀，色泽均一，口感细腻，粘稠度偏高。
表7 不同接种量酸奶的感官评定
接种量/(mL.L-1 ) 感官品质
10 混合不均一，组织状态较稀，口感粗糙
20 质地均匀，色泽不均一，口感不好
30 质地均匀，混合状态好，口感细腻，粘稠度适中
40 质地均匀，色泽均一，口感细腻，粘稠度偏高
50 混合状态较稠，有乳清析出

3.2.3五谷酸奶白砂糖添加量的确定
选择黑芝麻汁,黑豆汁,玉米汁添量分别为10％，13.3％，13.3％,接种量为3％,发酵温度42℃ ,发酵时间7h的条件下,分别添加不同比例的白砂糖来制备五谷酸奶,通过感官评定来确定最佳白砂糖添加量。结果如表8所示。根据试验结果可知，白砂糖糖最佳添加量为5％。加糖一方面缓和酸度，另一方面改

善风味提高口感。而且糖的加人会在乳中形成较高的渗透压，以抑制细菌的繁殖因此就抑制细菌的生长繁殖而言，糖浓度越高越好，但加糖量过高易产生糖沉淀及发酵不完全等不良感官现象[8]。本试验中白砂糖添加量为5％可获得最佳口感。
表8 不同白砂糖添加量酸奶的感官评定
白砂糖添加量 /(mL·L-1) 感官品质
30 奶味浓，甜味太淡，偏酸
40 玉米、黑豆、黑芝麻味淡，口味一般
50 玉米、黑豆、黑芝麻味混合好，酸甜适中.口味好
60 偏甜，奶味较淡，口感不好

3.2.4五谷酸奶发酵温度的确定
选择黑芝麻汁,黑豆汁,玉米汁添量分别为10％，13.3％，13.3％,接种量为3％,白砂糖添加量为5％,发酵时间7h的条件下,分别在不同温度下来制备五谷酸奶,通过感官评定来确定最佳发酵温度。结果如表8所示。乳酸菌发酵的最适温度范围比较窄，培养温度通常为 40-45℃，发酵6～7 h即可达到制品的预定酸度，37～40℃时则需发酵8~10 h[ 9-10] 。试验结果表明最佳的发酵温度是 42℃，黑芝麻、黑豆和玉米混合最好，产品呈现灰白色，凝固状态好，酸甜味适中，口感好。

表9 发酵温度对酸奶感官品质的影响
发酵温度/oC 感官品质
38 凝固状态稀，酸味淡
40 凝固状态一般，味道混合不好
42 凝固状态好，玉米、黑豆、黑芝麻味混合好，酸甜适中
44 凝固状态偏稠，酸味重
46 质地较软，乳清析出较多

3.3 五谷酸奶的最佳配方验证实验
3.3.1五谷酸奶理化指标结果
经试验测定，优化后五谷酸奶各理化指标结果如表10所示
表10 五谷酸奶理化指标结果
理化指标
含量
总酸
89oT
总糖
9.30g/100g
蛋白质
2.50g/100g
PH值
4.1-4.4

3.3.2优化后五谷酸奶的储藏酸度的变化分析
在贮藏过程中五谷酸奶酸度(表11)随着贮藏时间的增加,呈现不断升高的现象, 这与乳酸菌类不断发酵有关。在冷藏的条件下,有关文献[11]指出普通酸奶的酸度在12d时就达到112oT，而五谷酸奶在7d时的酸度也未超过90oT，第14d达到106oT根据GB2746 - 85，酸乳制品的酸度值应为70.0~ 110.0oT(GB19302 - 2003中酸乳的标准酸度值为 > 70.0oT)[ 12]，因此在酸度指标上， 五谷酸奶相对普通酸奶有更长的储藏期。
表11 贮藏过程中五谷酸奶酸度(oT)的变化
贮藏时间（d）
0
3
7
14
酸度(oT)
78
82
85
106

4. 结论
通过试验确定了五谷酸奶的生产最佳配方及其最佳生产工艺， 结果表明，以嗜热性链球菌和保加利亚杆菌(1:1)混合为发酵剂菌种，黑芝麻汁添加量为10％，黑豆汁添加量为13.3％，玉米汁添加量为13.3％，接种量为3％，白砂糖添加量为5％，发酵温度为42℃，发酵时间为7h，此条件下生产出色泽均一，组织状态细腻，无分层现象，粘稠适度，兼有玉米特有的香味及黑芝麻的清香味，风味俱佳，储藏期相对较长的营养健康的五谷酸奶。
参考文献

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附录（五谷酸奶产品展示）