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硕士毕业论文：藜麦酸奶的加工工艺及品质研究
时间:2020-09-21 15:28 | 栏目:毕业论文 | 浏览:次
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工艺是决定一个产品品质的重要因素，在酸奶工艺中，不同物质的添加量、不同的配比对产品品质都会产生显著影响、特别是口感和营养，或者通过添加其他物质对产品的品质有很大的提升，因此，对酸奶工艺进行优化的实验很有必要。所以，本章的主要研究内容是：一、确定藜麦酸奶的配方。结合单因素和正交试验，优化藜麦酸奶的生产工艺及配方。二、稳定性研究。通过持水力、粘度两个评价指标来筛选单一合适稳定剂。再根据单一稳定剂进行复配，最终选出最佳的复配稳定剂。
1 前言
藜麦营养价值高，适应性强。我国大部分地区均广泛种植，随着时代的变迁，人们对食品的要求也不仅局限于吃饱而是要吃好，因此，健康与高营养才能满足现代人们日常生活的需求。由于杂粮等谷物越来越被人熟知，且杂粮的生产需求越来越大。而藜麦是所有杂粮中唯一一种单一植物就能满足人体基本营养需求的假谷物，不仅富含氨基酸、蛋白质还含有多酚、黄酮、皂苷等生物活性物质，而且还是低热量食物，契合当代人健康饮食理念。但由于藜麦含有皂苷导致口感并不理想，因此藜麦还用于食品中，并有潜力应用于医药和保健食品中。此外，藜麦对不同的农业生态区具有显着的适应性。这些特性使藜麦成为 21 世纪最重要的工业和粮食作物之一。在营养上，藜麦被认为是核黄素，硫胺素，叶酸，α-和 γ-生育酚的良好来源，并且与其他谷物相比，钙，磷，镁，铁，锌，钾和铜的含量更高。但是，这些谷物的许多维生素和矿物质在加工过程中会损失掉。而酸奶是近年来我国乃至全球日益畅销的乳制品，适合各个年龄段以及乳糖不耐受等人群，将其营养价值、特殊的口感和风味与藜麦的高营养、健康相结合不仅能开发利用好我国藜麦种质资源，还能满足人们对美好生活追求日益增长的需要，也促进了贫困地区经济发展，对改善全民健康、贫困地区脱贫、增长国家经济效益有重要意义。
1.1 藜麦概述
藜麦（Chenopodium quinoa Willd.）是一种草本植物，更具体地说是四倍体和盐生植物。藜麦属于双子叶植物科，藜科，藜属和藜科植物的一部分。藜麦的种植是南美安第斯山脉地区的土著，可追溯到公元前 5000 年至公元前 3000 年。在印加文明的整个历史中，藜麦被认为是神圣的食物。穗部可呈红、紫、黄，植株形状类似灰灰菜，成熟后穗部类似高粱穗。植株大小在 0.3-3 m 范围不等，因为环境及遗传因素影响会导致这一差异，茎部质地较硬，可分枝可不分。单叶互生，叶片类似于鸭掌一样，叶缘分为全缘型与锯齿缘型藜麦花两性，花絮呈伞状、穗状、圆锥状，藜麦种子较小，呈小圆药片状，直径1.5-2 mm，千粒重 1.4-3 g。藜麦是一种适合人类食用的营养全面的食品。藜麦高蛋白、氨基酸种类非常全面、还含有丰富的矿物质、膳食纤维等等。藜麦还不含麸质，适合所有人群食用。由于藜麦含有异槲皮素、皂苷等活性成，因此藜麦具有抗氧化、抗炎、降血糖、减肥等功效，还被称为“粮食之母”。藜麦属于碱性食物，其蛋白质属于优质完全蛋白，同时，藜麦富含多不饱和脂肪酸、维生素 B、维生素 C、维生素 E，使藜麦具有降低脂肪摄入、对心血管方面的病变有抵抗和预防作用、还有抗癌的功效。因此，历史以来，藜麦被称作人们最放心的食物。许多食品在评价其营养时，通常将蛋白质作为考察指标，可见蛋白质重要性，藜麦恰好是因为其突出的蛋白质含量、氨基酸组成而闻名，藜麦种子干物质中的蛋白质含量在 13.8％和 16.5％之间变化,平均为 15％。藜麦作为一种蛋白质来源，由于其蛋白质的高质量和均衡的氨基酸含量构成而受到关注-优于小麦，大麦和大豆。Ruales等通过动物喂养实验发现藜麦蛋白质的溶解性较其他杂粮来说非常高，因此更有利于人体吸收利用。其溶解范围为 47%~93.0%，与鸡蛋蛋白相似。Wright等报道甜藜麦和苦藜麦蛋白质含量分别为 14.8% 和15.7%，成熟的藜麦种子主要由 11S 型球蛋白（称为 chenopodin）组成，约占总蛋白的 37％，而 2S 白蛋白占种子蛋白的 35％，两者都是通过二硫键稳定的。考虑到藜麦蛋白的适当营养和功能特性，可以认为它是供应人类食品的良好选择。
1.2 酸奶概述
并不是市面上所有酸味的奶制品都可以称为酸奶，酸奶必须是通过添加发酵粉或者发酵剂一类的物质，在合适的温度下，发酵而成的才能称为酸奶。国家标准将酸奶分为四种（包括酸乳、风味酸乳、发酵乳、风味发酵乳）,酸奶是补充益生菌生物的最佳载体可以提供更多的健康益处，并且适合掺入功能性成分。酸奶细菌发酵引起的变化使产品在更高的可消化蛋白质方面更易于消化，并可以减少由于乳糖转化为其他易于吸收的单糖而引起的乳糖消化问题。即使酸奶是最古老的发酵乳制品之一，由于其具有“诱人”的营养特性和与生产工业化相关的日益多样化的特点，其作为“现代”发酵食品的形象在今天仍然很受欢迎。酸奶不仅保留了牛奶本身的营养，使酸奶更易消化和吸收，各种营养素的利用率得以提高，适合各个年龄阶段的人饮用。与其他食品中的碳水化合物不同的是，酸奶中的碳水化合物消化率更。牛奶中的乳糖由于接种发酵其含量会增加 15%～25%。发酵后的酸奶比牛奶保质期更长，是由于发酵过程产生了大量酸类物质，其 p H 环境等因素都使酸奶的保藏时间变得更长，变得更有风味;由于牛奶经灭菌后接种，只加入需要的菌种，并进行厌氧发酵，所以只有有益微生物的生长，阻碍了有害微生物繁殖;同时酸奶还有促进肠蠕动和胃液分泌的功能，比牛奶更高。由于发酵过程使部分乳糖分解为葡萄糖和半乳糖。并且,由于乳酸菌的发酵作用,酸奶中乳糖含量大幅度降低非常有利于乳糖不耐受人群食用。由于乳酸菌发酵的作用，使酸奶中的蛋白质比牛奶中的颗粒小，从而更易吸收。酸奶中以干基计算则含有 1%的乳酸菌菌体细胞,这种菌体细胞富含蛋白质，其氨基酸种类非常全面、含量极高。普遍的酸奶中的脂肪含量在0.5%~3%之间,每天喝一杯酸奶可为人体提供 8.5 克优质蛋白质, 相当于 2个鸡蛋,而且酸奶还能刺激胃酸分泌增加食欲。此外还有润肤、明目、固齿、健发等功效。牛奶和酸奶中都含有丰富的 B 族维生素。矿物元素中含钾和磷较多,铁和碘较少。酸奶中的维生素和矿物质都由于发酵而有所增加。一杯 250m L 酸奶中的钙就能能满足人类每日所需。而且消化吸收率也很高。专家称它是“21 世纪的食品”不仅是因为他现在发展得比较成熟，还是因为其丰富的营养。
2 藜麦酸奶原料选择与前处理工艺研究
为了得到一款营养丰富的藜麦酸奶，那么原料的选择以及原料预处理方式对后续加工有着至关重要的影响，而本文是以藜麦、奶粉和白砂糖为主要原料，通过均质、灭菌、接种、发酵等制备工艺进行研制。所以，对藜麦原料进行筛选和对加工方式进行试验对比，很有必要。 本章的主要研究内容是：一、确定藜麦原料的品种。以氨基酸含量为考察指标，确定作为原料的藜麦品种。二、确定藜麦预处理加工方式。通过感官评价进行考量，确定藜麦的前处理方式。三、优化藜麦前处理工艺。考察了料水比、水的温度和磨浆时间对藜麦浆的影响。四、对藜麦浆的理化成分以及挥发性风味组分进行分析测定。
2.1 材料与方法
藜麦因其含有的氨基酸种类全，含量多而从众多杂粮中脱颖而出，所以藜麦酸奶中所用藜麦原料从 6 个藜麦品种中筛选，通过测定其氨基酸指标来最终确定藜麦原料，预处理方式将从直接蒸熟、打粉、磨浆三种方式中筛选，通过感官评价评定最终处理方式。（1）原料的选择，将五种藜麦去杂、洗净后，分别测定藜麦的氨基酸种类及含量，选取氨基酸含量及种类最优的藜麦作为原料。（2）原料预处理方式确定，取 100g 去杂、洗净、烘干后的藜麦原料通过：1.直接蒸熟 2.炒制金黄后打粉 3.蒸熟后与水以一定比例磨浆三种方式进行处理，通过感官评价确定预处理方式。 根据王丹丹、李兴的方法测定样品中总黄酮含量。以芦丁为标准品绘制标准曲线。（1）芦丁标准曲线的绘制，根据王丹丹的方式稍作改变，首先把芦丁标准品称取 18 mg 备用，然后将其放入容量瓶中（容量瓶规格为 20ml），使用乙醇进行超声（乙醇浓度为 75%），然后定容，即为芦丁母液。然后将上述的到的芦丁母液（1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 m L）分别加入 6 个容量瓶中（容量瓶规格为 10ml），定容至刻度线，摇匀，得到不同浓度的标准溶液。按总黄酮测定方法在 420 nm 处测定系列芦丁标准溶液的吸光度值，最终的标准曲线以 OD 值为纵坐标、浓度为横坐标。（2）样品总黄酮含量测定，首先吸取 2ml 提取液，加入离心管中，然后再加入纯水 1.5ml，还需要加入浓度为 5%亚硝酸钠 150 µL，静置，为了使反应充分，时间大概等 5 分钟。吸取配好的浓度为 10% 的硝酸铝溶液 300 µL 加入上述刚反应好的离心管中，接着再等 6 分钟。6 分钟后加入 2 m L，浓度为 4%的 氢氧化钠溶液。摇匀后进行避光处理，避光静置 15 分钟，最后在 510 nm 处测其吸光度值。（结果以干基计）。蛋白质含量的测定：GB 5009.5-2016 凯氏定氮法。脂肪含量的测定：GB 5009.6-2016 索氏提取法。氨基酸的测定：GB 5009.124-2016 食品中氨基酸的测定。
2.2 结果与讨论
直接蒸熟的藜麦添加进复原乳中共同发酵，最终的藜麦酸奶没有藜麦清香，口感粗糙，颗粒分布不均发生沉淀，感官评分最差，藜麦粉通过藜麦炒熟后磨粉添加进复原乳中共同发酵的藜麦酸奶色泽偏暗黄，气味上有烘焙的烤制味，没有藜麦清香，但口感较前一种方式好，略微有沙粒感。酸奶组织状态不均匀、不光滑。感官评分一般。通过藜麦浆的方式添加进复原乳中共同发酵的酸奶，具有藜麦清香与浓郁的酸奶芳香，质地均匀，色泽乳白色，口感顺滑。感官评分最高，接受度最高。藜麦浆中的挥发性组分共鉴定出 59 种，主要分为 8 大类，（即醛类、酮类、醇类、种酯类、酸类、烷类、烯类以及其他杂环化合物这八类），其中种类数量最高的为酯类，有11 种，其次是酸类（10 种），醇类和烷类并列第三。可以说酯类和酸奶是藜麦浆风味贡献度最大的组分，从单个含量上来看，2,4-二叔丁基苯酚含量为 14.91%，为单个分为组分含量最高的物质。可能是由于藜麦浆蒸熟磨浆处理过程中杂粮中的营养成分加热时产生大量羰基和氨基等物质；醛类、酮类等挥发性羰基化合物也由于脂类物质的氧化而生成，两者之间发生了美拉德反应。以上反应过程使藜麦浆具有丰富且特殊的风味，加入酸奶后，使酸奶感官接受度增加，风味独特，营养物质更易吸收。1、确定了作为原料的藜麦品种。其中，静乐白藜麦的氨基酸含量丰富种类齐全，明显优于其他四个品种，因此选择静乐白藜麦作为原料。2、确定了原料前处理方式。以感官评价和原料利用率为考察指标，确定了原料前处理方式为磨浆。3、原料加工工艺的确定。制作藜麦浆的料液比为 1:5（g/m L）、过滤网选择 100 目筛的规格，磨浆时间为 3min，磨浆温度为 60℃。4、藜麦浆成分分析。通过对杂粮藜麦浆进行理化成分分析得，藜麦浆中蛋白质含量为 0.153 g/100g，脂肪含量为 0.1 g/100g，氨基酸含量为 0.097 g/100g，黄酮含量为 7.4x10-5 g/100g。另外，通过气相色谱质朴联用仪检测出藜麦浆共有59 种主要的挥发性风味物质(包含 2 种烯类、2 种酮类、7 种醇类、11 种酯类、10 种酸类、6 种醛类、7 种烷类、以及其他杂环化合物等)，其中含量最高的组分为 2,4-二叔丁基苯酚。
3 藜麦酸奶工艺优化
3.1 材料和仪器
3.2 实验方法
3.3 结果与分析
3.4 本章小结
4 藜麦酸奶品质分析
4.1 材料与仪器
4.2 实验方法
4.2 实验方法
4.3 结果与讨论
4.4 本章小结
5 藜麦酸奶保藏期动态变化研究
5.1 材料与设备
5.2 实验方法
5.3 结果与分析
5.4 本章小结
6 结论与创新点以及展望
6.1 结论
为了研制一款营养价值高、风味独特的酸奶，本研究以藜麦与复原乳进行复配共同发酵，从对原料进行筛选、到工艺优化、品质的对比分析、和保藏期研究，最终得出藜麦酸奶最佳加工工艺配方与保藏建议，主要研究结果如下：藜麦酸奶原料选择与前处理工艺研究。1、以氨基酸种类及含量确定了原料品种，其结果为：原料选用氨基酸含量为12.43 g/100g 的静乐白藜麦。2、以感官评价和原料利用率为考察指标，确定了原料加工工艺；3、在上述基础上，确定了藜麦浆的料水比、过滤参数、磨浆温度、时间。其结果为：确定了藜麦的料水比为 1:5、过滤孔径选择 100 目的规格、磨浆时间为 3 min、磨浆温度 60 ℃。4、测定分析藜麦浆中理化成分及挥发性风味成分,其结果为:藜麦浆蛋白质含量为 0.153 g/100g、脂肪含量为 0.1 g/100g、氨基酸含量为 0.097 g/100g、黄酮含量为 7.4x10-5 mg/ml。通过气质联用分离鉴定方法，共鉴定出挥发性风味物质 59 种，排行前三的为酯类、酸类、（醇类和烷类并列第三）。还有少量酮类及其他杂环类化合物。 藜麦酸奶工艺优化及稳定性研究。1、确定藜麦酸奶的加工工艺。通过单因素和正交试验，以感官评价为指标，最终确定了藜麦酸奶优化配方为发酵时间 7 h，发酵温度 40 ℃，白砂糖添加量 8 %，藜麦浆添加量 20 %，菌粉接种量为0.3%。此最佳条件下藜麦酸奶的酸度为 84.7°T，感官评分为 89.5 分。2、稳定性研究。由单一稳定剂及复配稳定剂对酸奶品质的影响结果得，以持水力和粘度为评价指标时藜麦酸奶最佳稳定剂复配配方为卡拉胶 0.05 %、明胶 0.07 %、黄原胶 0.01 %。从感官评价、营养功能成分、风味物质和微生物指标等方面对藜麦酸奶的品质进行了分析，结果如下：藜麦酸奶产品感官评价均为 80 分以上，颜色乳白偏微黄，由浓郁的酸奶香味以及藜麦清香，组织状态良好，物分层及沉淀、无乳清析出，此外，藜麦酸奶还含功能性成分黄酮，含量为 1.45x10-5 g/100g。通过分析检测得出：藜麦酸奶蛋白质含量为 3.18 g/100g；较其他四种市售酸奶相比，处于较高水平，同时藜麦酸奶的脂肪含量最低，为 1.13 g/100g；氨基酸含量最高，为 3.17 g/100g。藜麦酸奶中乳酸菌总数为 3.27×106 CFU/ml。大肠杆菌数<10 CFU/m L，大肠杆菌<60 MPN/L。表明酸奶中的微生物指标均未超标，符合国标中的要求。藜麦酸奶与市售酸奶的理化成分分析对比。对藜麦酸奶进行分析测定，藜麦酸奶的脂肪含量是所测样品中含量最低的，为 1.13 g/100g；蛋白质为 3.18 g/100g,比平均水平高出 0.294 g/100g,通过氨基酸分析测定，鉴定出藜麦酸奶中氨基酸总含量为 3.17 g/100g，其中含量最高的氨基酸是谷氨酸，为 0.029 g/100g。其中异亮氨酸、亮氨酸等必须氨基酸含量明显高于其他五种酸奶。藜麦酸奶与市售酸奶挥发性风味组分与市售四种酸奶相比，藜麦酸奶主要在酸类风味物质上明显比其他酸奶更为丰富。单个组分含量最高物质是己二酸二辛酯（含量为71.71%）。在藜麦酸奶中还检出二十碳五烯酸甲酯、己二酸二辛酯、邻苯二甲酸二异辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、4H-Pyran-4-one, 2,3-dihydro-3,5-dihydroxy-6-methyl-、1,6-己内酰胺、Phthalic acid, allyl ethyl ester、Phthalic acid, isobutyl 4-methylpent-2-yl ester、十六烷基二甲基叔胺等挥发性组分其他酸奶中未检出，此类挥发性组分赋予了藜麦酸奶独特风味。藜麦酸奶保藏期动态变化研究。（1）在 p H、粘度、持水力方面、随着时间的变化均呈现下降趋势，其中持水力表现出受保藏条件的影响最不明显；（2）微生物方面，大肠杆菌、酵母菌冷藏条件下处于平稳，无明显变化，室温条件下略有增加，但不超过国家标准。两种条件下的乳酸菌都逐渐减少，冷藏条件下，第 15 天时乳酸菌总数低于国家标准，室温条件下第五天低于国家标准。（3）酸奶在冷藏条件下更利于营养、品质的保持和抑制有害微生物生长速度等作用，综上所述建议此酸奶在室温条件下 5 天内饮用完，冷藏条件下 15 天内饮用完。本研究研发的藜麦酸奶口感好、风味独特、营养价值高。丰富了藜麦酸奶的种类，为杂粮的开发利用提供了一条加工途径，并对杂粮的深加工及综合利用提供了相应的数据参考。
6.2 创新点
（1）首次系统的研究了以藜麦作为原料进行发酵的酸奶，丰富了杂粮产品市场与功能性酸奶产品市场，为酸奶研究方面提供数据与方法参考。（2）利用复配稳定剂的添加，解决了杂粮酸奶分层的问题。提高了酸奶的稳定性。
6.3 展望
藜麦卓越的营养价值和潜在的健康益处，使其近年来受到了广泛关注，使其成为补充或替代普通谷物的理想选择此外，藜麦还用于食品中，并有潜力应用于医药和保健食品中。因此，杂粮的开发潜力还有待挖掘。本论文通过对杂粮进行预处理之后与复原乳共同接种发酵处理，得到一款营养美味、含活性功能成分的藜麦酸奶，丰富了杂粮奶制品种类，丰富了杂粮与酸奶的产品市场，为杂粮精深加工提供数据参考和技术支持，但目前我国藜麦产业及杂粮产业还存在很多不足之处，后续研究可以参考以下方面：（1）杂粮产品少，多为线上销售，实体店很少见； （2）稳定剂虽然解决了酸奶组织状态等问题，但并未深入探究质构等问题（3）藜麦与酸奶复配，添加量最优时却不是藜麦添加量最高的时候，没有深入研究是否能做一款全营养酸奶，使功能性成分含量更高。（4）藜麦的功能性物质是否能与某物质搭配使其发酵后营养翻倍。（5）可以通过不同发酵剂，来探索藜麦加入酸奶后的发酵机制。 （6）是否还有更优质的藜麦原料用来进行生产。
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