发酵稀奶油又称酸奶油,是以品质优良的稀奶油为原料,加入乳酸菌发酵制成的一类乳制品,其色泽光亮、质地均匀、风味独特[1],富含人体所需的不饱和脂肪酸,具有独特的酸味和浓郁的奶油风味[2],被广泛应用于蘸酱、蛋糕和饼干等烘焙食品中[3]。发酵稀奶油常以新鲜稀奶油为原料,对于奶源不足的企业和地区而言,这一原料制约了酸奶油行业的发展。
黄油是以乳或稀奶油为原料加工制成的脂肪含量≥80%的产品,具有储存期长,成本低,便于运输和贮藏的特点[4],优质黄油质地细腻,含有丰富的游离脂肪酸,具有温和的非氧化味[5]和浓郁的乳脂香气[6],可用于复原搅打稀奶油等多种乳制品[7]。因此,可利用黄油复原稀奶油来生产酸奶油产品。但黄油易氧化酸败产生油哈味、肥皂味、腥味等不良风味,影响产品质量[8]。此外黄油生产过程中的搅拌工艺会破坏乳脂球膜结构和稳定性,导致复原稀奶油出现脂肪上浮、絮凝、聚结等不良现象[9]。因此,需要添加乳化剂(单甘酯、吐温-80等)和稳定剂(果胶、刺槐豆胶等)以重构天然的乳脂体系[10]。目前的研究主要集中在黄油基搅打稀奶油的品质和稳定性,使用发酵奶油制备发酵黄油等方面。ZHOU等[11]发现,添加大豆卵磷脂可显著提高复原奶油的稳定性,降低其表观黏度。LI等[12]通过添加乳化剂,缩短了复原奶油的搅打时间,改善了搅打性能和稳定性。此外,使用发酵剂发酵奶油会改变发酵黄油的营养成分和质地,并影响其理化特性和感官评分[13]。然而,使用黄油复原稀奶油生产酸奶油的研究报道较少,并且缺乏乳脂基和黄油基原料对酸奶油品质的影响研究。
因此,本研究分别以新鲜稀奶油和黄油为原料制备酸奶油产品,通过系统分析营养成分、活菌数、质构特性、流变学特性、微观结构和感官评分等关键指标,结合市售酸奶油质量特征,阐明2种酸奶油的品质差异。本研究旨在为生产酸奶油产品提供了一种新思路,为酸奶油产品的品质提升提供理论依据和数据支撑。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
生牛乳(蛋白质3.2 g/100 g,脂肪 3.5 g/100 g)、稀奶油(蛋白质 1.8 g/100 g,脂肪40 g/100 g),光明乳业股份有限公司;无盐黄油(蛋白质 0.6 g/100 g,脂肪 82.9 g/100 g),新西兰恒天然集团;直投式冻干发酵剂CHOOZIT MM 100[乳酸乳球菌乳亚种(Lactococcus lactis subsp. lactis)、乳脂乳球菌(Lactococcus cremoris)和乳酸乳球菌乳亚种(双乙酰型)(Lactococcus lactis subsp. lactis biovar.diacetylactis)]、复配乳化稳定剂,丹尼斯克生物科技(上海)有限公司;MRS培养基、尼罗红,德国默克公司;琼脂粉、NaOH标准溶液、酚酞指示剂,国药集团化学试剂有限公司;固绿FCF染液,生工生物工程(上海)股份有限公司;市售酸奶油产品,兰特黎斯(江苏)乳业有限公司。
SD20型pH计,梅特勒托利多科技(中国)有限公司;5810R型低温高速冷冻离心机,德国Eppendorf公司;ColorFlex EZ色差仪,美国HunterLab公司;TA-XT plus质构分析仪,英国Stable Micro Systems公司;DHR-20流变仪,美国TA公司;Leica STELLARIS 5高分辨激光共聚焦显微镜,德国徕卡仪器有限公司。
1.2 实验方法
1.2.1 酸奶油的制备
乳脂基酸奶油的制作过程如下:首先,将生牛乳和稀奶油分别预热至60～65 ℃,充分混合并标准化脂肪含量为20%(质量分数),600 r/min搅拌5 min。然后在5～7 MPa条件下均质,90 ℃灭菌5 min,冷却至28～30 ℃后接种,并在30 ℃发酵至pH值=4.60±0.05后进行破乳。最后,将酸奶油放置在4 ℃冰箱中成熟12 h以上,得到最终产品。
黄油基酸奶油参考宋志鑫[14]的方法进行制备,并稍作修改。将黄油在70 ℃下加热至完全融化,生牛乳预热至60～65 ℃后分别加入质量分数0.1%的复配乳化稳定剂、质量分数0.5%的酪蛋白酸钠以及质量分数0.3%的大豆卵磷脂。油相和水相混合后高速剪切5 min,并进行二次均质(一段均质12 MPa,二段均质5 MPa),90 ℃灭菌5 min,放入4 ℃下老化24 h后加入发酵剂,经发酵成熟后得到最终产品。将实验室自制乳脂基酸奶油和黄油基酸奶油分别编号为F20和B20,市售酸奶油产品编号为S20。
1.2.2 营养成分的测定
脂肪含量参考GB 5009.6—2025《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》中碱水解法进行测定;蛋白质含量参考GB 5009.5—2025《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》中凯氏定氮法进行测定;水分含量参考GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》中直接干燥法测定;总灰分含量参考GB 5009.4—2016《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》测定;总碳水化合物的含量参考GB 28050—2011《食品安全国家标准 预包装食品营养标签通则》中差减法计算。
1.2.3 pH值和酸度的测定
酸奶油的pH值通过SD20型pH计进行测定。可滴定酸度按照GB 5009.239—2016《食品安全国家标准 食品酸度的测定》中酚酞指示剂法进行测定。
1.2.4 活菌数的测定
根据GB 4789.35—2023《食品安全国家标准 食品微生物学检验 乳酸菌检验》测定乳酸菌活菌数。使用9 g/L的NaCl溶液对样品进行10倍梯度稀释,选取3个连续的适宜稀释度,采用倾注法进行平板计数,并在30 ℃培养48 h。最终选取菌落数为30～300的平板,计算出每毫升样品中的乳酸菌活菌数,最终结果以lg CFU/mL表示。
1.2.5 色度分析
参考董闯等[15]的方法,取30 g样品置于比色皿中,使用标准白板和黑板进行校准,对样品的L*、a*、b*值进行测定。
1.2.6 持水力的测定
参考LI等[16]的方法进行测定,并稍做调整。准确称取20 g酸奶油于50 mL离心管内,在4 ℃下5 000×g离心10 min,除去上清液。持水力(water holding capacity, WHC)的计算如公式(1)所示:
(1)
式中:m,空离心管的质量,g;m1,离心前样品与离心管的质量,g;m2,离心后沉淀与离心管的质量,g。
1.2.7 质地特性分析
使用配备P/25探头的TA-XT质构仪测定。主要参数如下:采用二次下压模式,测前速度5.0 mm/s,测试速度1.0 mm/s,测后速度 5.0 mm/s,下压距离10 mm,触发力5.0 g[17]。通过硬度、黏附性、咀嚼性、内聚性、胶着性等指标评价酸奶油的质地特性。
1.2.8 流变学特性分析
使用流变仪的板-板系统评估。参考SEO[18]的方法,选用40 mm平板,间隙1 mm,在0.1～100 1/s范围内进行剪切扫描,得到表观黏度η的动态变化曲线;在0.1～10 Hz,0.5%应变(位于线性黏弹性区间内)的条件下进行频率扫描,得到储能模量G′、损耗模量G″以及损耗角正切值tanδ的变化曲线,其中G′反映样品的弹性行为,G″反映样品的黏性行为。
1.2.9 激光共聚焦显微镜(confocal laser scanning microscopy, CLSM)分析
根据ONG等[19]的方法进行测定,使用尼罗红和固绿FCF染液分别对脂肪和蛋白质进行特异性染色。取2 g酸奶油样品于离心管内,加入1 mg/mL的尼罗红和1 mg/mL的固绿FCF染液各20 μL,充分混合。4 ℃避光保存1 h进行染色,然后使用共聚焦显微镜在63×油镜下进行观察。尼罗红和固绿染液激发波长分别为488、633 nm,发射波长分别为555～620 nm和660～710 nm。
1.2.10 感官评价
参考陈潜等[20]的方法,并稍做修改。感官评价小组成员由10名具有乳制品制作和品尝经验的人员组成(4男,6女),所有人员均同意参与本次测试。分别称取适量的酸奶油样品于一次性带盖品尝杯中,在室温放置30 min后随机提供给小组成员。最后,采用9分喜好度评分法,对样品的色泽、质地、气味、滋味和整体可接受度进行感官评价。具体评分标准如表1所示。
表1 酸奶油的感官评分标准
Table 1 Sensory scoring criteria for sour cream
项目描述分值及标准色泽反映产品表面所呈现出的明亮程度和光泽效果0～3颜色暗淡,无光泽;4～6颜色偏黄,有一定光泽;7～9颜色鲜亮,有光泽质地反映产品的质地(硬度、黏度)和粗糙程度0～3质地过软或过硬,有颗粒感;4～6质地较软或较硬;7～9软硬适中,细腻顺滑气味嗅闻产品感知到的整体气味强弱程度,是多种气味的综合表现0～3无乳香味,产品酸败变质;4～6香气较弱;7～9香气浓郁丰富滋味品尝产品感知到的整体滋味强弱程度,是多种滋味的综合表现0～3具有较强的苦涩味和异味或过酸;4～6酸味较低或较高,具有苦涩味;7～9酸味适中,滋味丰富无异味整体可接受度反映产品气味、滋味、色泽和质地等多个方面的整体表现0～3非常不喜欢,不可接受;4～6既不喜欢也不讨厌;7～9非常喜欢,可以接受
1.3 数据处理
所有实验组至少进行3次重复,实验数据均使用SPSS Statistics(30.0.0)软件进行统计学分析,结果表示为“平均值±标准差”。采用ANOVA进行单因素方差分析和Duncan多重比较检验显著性,P<0.05表示差异显著,最后使用Origin 2022绘制折线图和雷达图,而柱形图则是由GraphPad Prism 10.4.1绘制,每个独立的字母代表具有显著性差异。
2 结果与分析
2.1 酸奶油的营养成分分析
如表2所示,3种酸奶油的脂肪含量标准化至约20%(质量分数),其蛋白质、碳水化合物和非脂乳固体等营养成分因原料来源不同而呈现显著差异。具体而言,B20的蛋白质含量最高(3.15 g/100 g),而F20(2.65 g/100 g)和S20(2.32 g/100 g)的蛋白质含量较为接近。F20与S20的灰分含量无显著差异(P>0.05)。此外,F20的总固形物和碳水化合物含量均显著高于B20和S20组(P<0.05)。非脂乳固体是评价乳制品质量和营养价值的重要指标,主要包括蛋白质、乳糖、矿物质和维生素等[21]。乳中非脂乳固体含量高低主要由受乳蛋白和乳糖含量影响。F20中非脂乳固体含量最高(6.83 g/100 g),S20最低(5.89 g/100 g)。研究结果表明,黄油复原增加了酸奶油的蛋白质含量,但减少了总固形物和碳水化合物的含量。然而,F20的蛋白质、碳水化合物、总固形物和非脂乳固体含量均显著高于市售酸奶油产品,含有丰富的营养物质。
表2 酸奶油营养成分的测定 单位:g/100 g
Table 2 Determination of nutritional composition in sour cream
营养成分F20B20S20蛋白质2.65±0.06b3.15±0.03a2.32±0.03c脂肪20.10±0.03a19.33±0.06b20.15±0.04a总固形物26.93±0.24a25.87±0.15b26.04±0.15b灰分0.54±0.01b0.59±0.01a0.55±0.01b总碳水化合物3.64±0.15a2.81±0.14b3.03±0.12b非脂乳固体6.83±0.21a6.55±0.11a5.89±0.14b
注：同行不同字母表示差异显著(P<0.05)。
2.2 酸奶油的pH值、酸度和活菌数分析
pH值和滴定酸度是决定酸奶油凝乳和储存的重要质量参数。如图1所示,3种酸奶油的pH值均在4.5以下,其中S20组pH值最低,仅为4.32。酸度在70～110 °T,处于消费者的可接受范围之内[22]。在发酵过程中乳酸菌代谢产生的乳酸降低了pH值,而酸度的增加通常是因为有机酸积累导致的。与未发酵奶油相比,发酵过程中pH值的降低和酸度的增加会抑制腐败和病原微生物的生长。这使酸奶油具有更高的安全性和储存稳定性,并延长食品的保质期[23]。
a-pH值;b-酸度;c-活菌数
图1 酸奶油的pH值、酸度和活菌数分析
Fig.1 Determination of pH value, titratable acidity, and viable counts of sour cream
注:图中不同小写字母表示组间存在显著性差异(P<0.05)(下同)。
3种酸奶油的乳酸菌活菌数均超过了益生菌产品的最低计数标准(6.00 lg CFU/mL),显示出潜在的益生功效,包括平衡肠道菌群、改善乳糖不耐症和降低肠道炎症的风险[24]。与市售酸奶油相比,F20和B20具有更高的活菌数,分别为(8.65±0.02)lg CFU/mL 和(8.66±0.20)lg CFU/mL,而S20的活菌数最低为(7.51±0.14)lg CFU/mL。F20与B20组间无显著差异(P>0.05),表明黄油复原奶油可以作为乳酸菌的优良载体。这一现象可归因于乳脂肪球膜的积极作用。据报道,乳脂肪球表面的黏蛋白、磷脂和糖基磷脂酰肌醇等物质对微生物具有亲和力,有利于微生物附着与定植[25]。还便于乳酸菌利用甘油三酯作为直接营养来源。此外,乳酸菌具有产脂肪酶的活性,这些酶通过水解甘油三酯来释放游离脂肪酸,能够进一步刺激乳酸菌的生长[13]。LUO等[26]研究发现,乳酸菌的增殖可以提高酸奶的硬度、黏附性、持水力、抗氧化活性和有机酸的产生,从而使最终产品具有更浓郁的风味和更高的整体可接受性。
2.3 酸奶油的色度分析
如图2所示,原料差异对酸奶油的a*值和b*值有显著影响,但对L*值影响不显著。3种酸奶油的L*值均大于90。乳制品中较高的L*值主要源于酪蛋白胶束和脂肪球较强的光散射能力[27]。F20和S20具有微弱的蓝色,B20显示出红色的色泽。但酸奶油整体仍表现出乳白色或乳黄色的色泽。此外,B20的黄度值最高,S20最低。可能是因为B20中缺乏足够的乳脂球膜来包裹脂肪球,使得大量的脂肪球暴露在体系中,增加了体系的黄度。以上结果表明,以黄油为原料会降低酸奶油的亮度,并显著提高其a*值和b*值,使其呈现出更明显的乳黄色;而F20的a*值和b*值均显著优于S20。
a-L*值;b-a*值;c-b*值
图2 酸奶油的色度分析
Fig.2 Colorimetric analysis of sour cream
2.4 酸奶油的质地特性和持水力分析
使用质构仪以二次下压模式测定酸奶油的硬度、黏附性、内聚性和咀嚼性等参数。质地对于酸奶油等乳制品的整体可接受度至关重要。其硬度受发酵剂组成、总固形物含量、蛋白质含量和类型,以及各成分间相互作用等多种因素影响[28]。图3-a显示,与乳脂基酸奶油相比,B20硬度显著提高。原因可能是黄油中的脂肪球在加工过程中被破坏,形成更多的球状结晶,低温成熟过程促进脂肪晶体的聚集,形成坚固稳定的晶体网络,并增加了产品硬度[29]。3种样品的黏附性、咀嚼性和胶着性表现出相同的趋势(图3-b～图3-d)。黏附性用于表示食品的黏度,而咀嚼性和胶着性则与硬度呈正相关。此外,3种样品在内聚性和回复性方面呈现相反趋势(图3-e～图3-f),S20最高,F20次之,B20最低。酸奶油的弹性无显著差异。与S20相比,F20的硬度、黏附性、咀嚼性和胶着性显著增加。可能与F20中蛋白质、碳水化合物和总固形物含量的增加有关。另有研究指出,蛋白质与脂肪球间的亲水键和疏水键会改变凝胶结构,进而影响杏仁酸奶的质地和WHC[30]。总的来说,酸奶油的质地特性受到蛋白质、脂肪和总固形物及其在基质中相互作用的影响。黄油基酸奶油的黏度更大,质地更硬。而F20酸奶油软硬适中,表现出良好的质地特性。
a-硬度;b-咀嚼性;c-胶着性;d-黏附性;e-内聚性;f-回复性;g-弹性;h-WHC
图3 酸奶油的质构特性和WHC分析
Fig.3 Texture properties and WHC analysis of sour cream
WHC反映蛋白质凝胶网络的保水能力,是评价酸奶油品质的重要指标。当凝胶网络受到挤压、振动以及温度等因素影响时,水会从蛋白质网络中流出,引起乳清析出,严重影响产品品质[31]。如图3-h所示,3种酸奶油的WHC均维持在73.83%～74.60%,未观察到显著差异(P>0.05)。可能是因为F20和S20致密的蛋白质网络结构可固定大量游离水,且乳清蛋白经热处理变性后,暴露出的疏水基团和巯基与κ-酪蛋白通过二硫键连接,形成可以容纳更多水分的三维结构[32]。对于B20,其较高的硬度和黏度可降低凝胶压缩导致的水分释放[16],且在加工过程中添加的乳化剂和稳定剂与水分子间形成氢键抑制乳清析出,进一步提升了产品的保水性能。SEO[18]的研究表明,半乳甘露聚糖增强了酸奶油的持水能力,减少乳清析出。此外,总蛋白含量的增加能够促进水分结合能力,从而提高WHC[33]。以上结果表明,乳脂基与黄油基酸奶油的WHC无显著差异,且WHC受凝胶网络结构、蛋白质含量和添加稳定剂等多种因素影响。
2.5 酸奶油的流变学特性分析
流变测量已被广泛用于表征乳制品的质地特性和流动特性。在相同条件下测得的酸奶油表观黏度可以反映样品的内部结构和稳定性。在0.1～10 Hz的频率范围内分析酸奶油的动态流变学特性,以观察其黏弹性行为。储能(弹性)模量G′反映材料的弹性特性,损耗(黏性)模量G″反映材料的黏性特性。高G′值意味着蛋白质之间的相互作用和网络中交联的强度更强,而tanδ是衡量凝胶中蛋白质-蛋白质键柔韧性的指标[34]。tanδ随频率的升高(或降低)表明样品在外加应力的作用下对黏性(或弹性)响应的比例更高。如图4-a所示,3种样品的G′和G″都随着频率的增加呈上升趋势。此外,在不同频率下,样品的G′值始终大于G″值,tanδ始终小于1,表明酸奶油具有特征性的弹性行为,表现出类固体特性。其中,B20具有最高的G′和G″值,其次是F20与S20。表明黄油复原酸奶油中形成了更强的蛋白质-蛋白质相互作用,导致产品的硬度和黏度增加。
a-频率扫描;b-剪切扫描
图4 酸奶油的流变学特性分析
Fig.4 Rheological properties analysis of sour cream
静态流变学特性表明(图4-b),表观黏度随剪切速率的增加而降低,最终在较高的剪切速率下保持稳定。所有样品均表现出典型剪切变稀的流动行为,属于非牛顿流体中的假塑性流体。在低剪切速率下,B20的表观黏度最高,与黏附性的结果一致。这可能与固体脂肪含量、脂肪酸组成和脂肪晶体网络结构等因素有关[13]。不仅如此,原料在均质后会出现脂肪球聚集,产品的黏度增加。然而,由于脂肪球间的相互作用是非共价的,随着剪切速率的增加,体系内的网络结构被打破,使黏度降低[35]。F20与S20的流动曲线呈相似的趋势,但B20的表观黏度显著高于其他组。这可能是因为黄油中缺乏天然的乳脂球膜,导致脂肪球之间更易发生聚集,从而增加产品的黏度。
2.6 酸奶油的微观结构分析
如图5所示,经固绿和尼罗红染液染色后,样品中的蛋白质和脂肪分别显示为绿色和红色,而凝胶网络中的间隙表示为黑色。所有样品均呈现出多孔凝胶网络结构,存在广泛的蛋白质聚集和脂肪球颗粒,但3种酸奶油表现出的凝胶网络结构各不相同。F20和S20的结构更紧凑,孔隙更小,具有更致密、更均匀的结构。原因可能是乳中的蛋白质和脂肪通过高压均质被分解成较小的颗粒,均匀分散在凝胶体系中,有利于形成致密的蛋白质凝胶网络结构[36],增强体系的持水能力,改善其流变学特性。在这3个样品中,B20的黑色区域最大,形成较大的孔隙和粗糙的质地,增加了产品的硬度。因为黄油在生产过程中排除了酪乳,使得复原稀奶油中缺乏足够的乳脂球膜。在高压均质后,脂肪球表面积呈指数级增长,需要更多的乳脂球膜。未被乳脂球膜包裹的脂肪球间更易发生聚集,影响凝胶的网络结构。同时,聚集的脂肪球和蛋白质颗粒间合并成更大的团聚物[37]。
a-F20;b-B20;c-S20
图5 酸奶油的微观结构
Fig.5 Microstructure of sour cream
以上结果表明,乳脂基酸奶油具有更致密、更稳定的凝胶网络结构和更细腻的质地,而黄油基酸奶油中有大量的蛋白质-脂肪团聚物,整体表现出粗糙、有颗粒感的质地。此外,这些团聚物还会影响其质构特性和流变学特性。
2.7 酸奶油的感官评价
感官评价是衡量酸奶油最终品质的关键指标。感官小组成员对酸奶油样品的色泽、质地、气味、滋味和整体可接受度等方面进行感官评分。结果如图6所示,F20的整体感官评分最高,B20的评分最低。在色泽方面,F20与S20无显著差异,而B20的颜色较暗淡。在质地方面,B20的质地更硬,组织状态粗糙,有颗粒感。这与质构和流变特性分析的结果一致。此外,黄油基酸奶油气味和滋味的感官评分最低,这可能与其产生的鸡蛋硫味和氧化味(哈喇味)有关。这是由于缺乏乳脂球膜保护的脂肪球在体系中发生聚集,导致对氧化应激的敏感性增加。黄油基酸奶油中的脂肪球易受到环境因素(氧气、温度和微生物等)的影响发生氧化而产生不良风味。例如不饱和脂肪酸在氧气的作用下,产生丙二醛、丙醛等次级氧化产物,在较高浓度下产生异味[38]。此外,微生物在发酵过程中产生脂肪酶,加快脂肪分解,导致异味的产生。从而大大降低了黄油基酸奶油的整体可接受度。总的来说,乳脂基酸奶油具有更优的感官特性。
图6 酸奶油的感官评价
Fig.6 Sensory evaluation of sour cream
3 结论
本研究基于理化性质分析,并结合微观结构和感官评价,系统分析了不同乳脂原料对酸奶油品质的影响。研究发现,乳脂肪球的物理状态和界面特性是决定酸奶油质地特性、微观结构和感官品质的本质因素。在发酵过程中,黄油基酸奶油中脂肪球发生聚集,形成坚硬粗糙的质地和更低的感官评分。相反,乳脂基酸奶油表现出柔软的质地、较低的黏度以及致密稳定的凝胶网络结构。此外,乳脂基酸奶油还具有丰富的营养成分、细腻的质地和浓郁的风味。与市售产品相比,实验室自制酸奶油改善了产品的质地、风味和整体可接受度。综上,新鲜乳脂是制备高品质酸奶油的优质原料,其中F20的品质最佳。本研究为推动黄油基酸奶油的品质优化提供重要的理论依据和实践指导,为开发风味浓郁的高品质酸奶油产品奠定了理论基础。
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