黑米发酵乳酪工艺及其成品分析

韦剑思 ，韦剑欢，蒲海燕，李梅，陈秀霞*，曹靖

1. 广西大学（南宁 530500）；2. 广西工商职业技术学院（南宁 530500）；3. 广西百菲乳业股份有限公司（钦州 535000）

2019年，广西省出台关于推进奶业振兴打造南方奶业强区的实施意见推进奶业振兴打造特色乳制品；意见提到提高水牛奶产量，打造特色乳制品！实施意见要求优化乳制品产品结构，在生产液态奶产品的同时，重点支持开发以水牛奶为原料的奶酪、功能性乳制品等高端产品。目前，广西已有奶企利用本地水牛奶的品质优势，打造广西特有的水牛奶干酪产业。水牛奶含有丰富的乳蛋白和乳脂肪，营养价值优于普通牛奶。“水牛奶是广西的一大特色，但可惜整体的规模及体量比较小”。广西水牛研究所所长黄加祥介绍，目前广西自产牛奶量约10万 t/年，其中水牛奶约3万 t，仅占比三成。因此，对水牛奶的开发利用迫在眉睫，水牛乳制成乳酪产品是目前研究的热点之一，为了开发更多营养丰富的奶酪产品，研究拟采用黑米作为水牛乳制成乳酪的添加原料之一，开发新型口味的乳酪产品。

黑米也是广西种植较多的品种，黑米具有滋阴补肾、健脾暖肝、补益脾胃、益气活血、养肝明目等疗效[1]，况且必需氨基酸精氨酸和组氨酸的含量也高于白米，对儿童有益处[2-3]。黑米色素是重要的生物活性物质，是清除自由基和抗氧化的良好佳品[4-8]。

黑米由于其本身营养物质的不同，不易煮熟且熟化后口感较差，黏弹性不足，粗糙感明显[9]，人们对这种的接受程度不高，难以达到满意的要求，因此，需要将黑米与其他产品混合开发口味更丰富的品种，以弥补黑米本身的缺陷成为必然的趋势。通过一定的加工手段，可以激发黑米某些营养物质的释放[10]，例如在微生物的发酵作用下，黑米的膳食多酚物质被释放，从而提高产品的营养品质。对黑米进一步深加工的研究和利用多种多样，目前，市场上供应的大多是以纯配制法生产的黑米汁饮料，由于在加工过程中过多地依赖于添加剂，使饮料的质量、风味及营养难以提高。与此相比，利用微生物发酵技术生产的黑米发酵而制成的乳产品，不论在色、香、味还是在营养、保健方面都是比较理想的产品。因此，研究黑米发酵乳产品是近几年国内外食品研究工业引人瞩目的课题之一。但我国尤其在广西，利用黑米进行加工的水牛发酵乳几乎成为市场空白，高附加值产品较少，进一步开发黑米发酵水牛乳新产品，特别是黑米固体水牛发酵奶，即类似奶酪制品的研制具备市场潜力，类奶酪制品具备液体奶制品更高的营养价值、携带方便、储存期更久的优点，因此，研制黑米水牛发酵奶奶酪制品将是顺应市场发展需求的选择，符合人们追求健康、营养、味道好的乳产品的需求。

研究目的在于针对已有的技术现状，进一步开发多样性的特色产品，为黑米的深加工提供技术支持，同时优化和改善水牛乳的营养结构，加快产业生产，提高产品产量、质量，通过感官评价来选择适合的工艺参数，为黑米乳酪的工业化生产提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

百菲酪水牛奶（广西百菲乳业有限公司）；发酵剂（双歧杆菌：昆山百生优生物科技有限公司）。姜粉、凝乳酶、低聚异麦芽糖、蔗糖、白砂糖等，均为市售。

1.2 仪器与设备

JG-04高速万能粉碎机（上海市精益工贸有限公司）；XMTD-204数显式电热恒温水浴锅（天津欧诺仪器仪表有限公司）；YP1201N电子天平（上海精密科学仪器有限公司）；FJX-11德玛仕发酵箱[玛仕（北京）自控设备有限公司]；PHF-3C酸度计（上海雷磁科技有限公司）；LC-LX-H165A高速离心机（上海力辰仪器科技有限公司）。

电磁炉、锅，市售。

1.3 方法

1.3.1 黑米发酵水牛乳酪加工流程[11-13]

黑米→粉碎→添加适量纯净水混合煮熟成米糊→冷却至室温→添加水牛乳、1%～3%低聚异麦芽糖粉→添加发酵剂→保温发酵（40±2 ℃）→升温、添加姜粉及凝乳酶→凝乳→切割→加热收缩→排乳清→热烫→冷却→压榨成型→真空包装→成品

1.3.2 工艺要点[14-15]

1.3.2.1 黑米糊制备

称取适量的黑米进行粉碎，将粉碎后的黑米与水按1∶5～1∶6的质量比混合煮制，注意在煮米糊过程中要不断搅拌，注意不要让米糊烧焦，约5～10 min停火，冷却至室温待用。

1.3.2.2 原料乳制备

市售水牛奶按比例准备好放置水浴锅加热，将按比例称好的蔗糖（添加量为水牛乳质量的8%～10%，作为甜味剂使用）和CaCl2分别加入牛奶中，搅拌至溶解。

1.3.2.3 混合、均质、杀菌

将冷却后的黑米糊按1∶2.1～1∶2.5的质量比与水牛奶混合，搅拌均匀，并按事先预设的原料配比添加1%～3%低聚异麦芽糖，将上述混合液进行均质，然后在一定压力下均质一次，再经过杀菌；得到灭菌后的混合液待用，所述均质条件是在19～21 MPa压力下均质一次，再经过98～100 ℃杀菌3～5 min；得到灭菌后的黑米水牛乳混合液，待用。

1.3.2.4 发酵

杀菌后的混合液添加0.15%～0.2%的发酵剂，在38～ 42 ℃条件下保温发酵1.5 h，使发酵体系具备一定的酸度，pH在4.6～6.5停止发酵。

1.3.2.5 凝乳

黑米与水牛乳混合发酵后，对发酵后的体系用水浴锅进行升温，升温过程中不断搅拌，将发酵后的体系升温至预先设定值，添加凝乳酶或者生姜粉或者两者的混合物。

1.4 计算

1.4.1 成品持水力测定方法

用规格是50 mL的离心管，称量离心管的质量，记为A，向管中加入约25 g黑米发酵乳酪成品，管和样品质量记为A1，在4 ℃、4 000 r/min条件下离心10 min，静置5 min后，倒掉上清液称其质量，记为A2。

成品水牛发酵乳酪成品的持水力测定参照文献[16，18]计算方法，如式（1）所示。

1.4.2 成品乳酪出品率计算方法

参照文献[18-19]的计算方法。称取一定量成品，根据成品获得率计算乳酪出品率，同时计算出制作过程损失率。实测出品率按式（2）计算，制作损失率按式（3）计算。

1.4.3 成品其他理化指数

按国家标准进行检测，送检第三方检测。

1.5 工艺优化试验说明[20]

1.5.1 影响因素：黑米添加量

设计5个梯度黑米添加量：2%，4%，6%，8%和12%。

1.5.2 影响因素：凝乳酶添加量

设计3个梯度凝乳酶添加量：在冲浆前凝乳酶活化，分别称取1%，2%和3%的凝乳酶，添加适量的蒸馏水，置于38 ℃下活化至少30 min后使用。

1.5.3 影响因素：凝乳温度

设计4个温度梯度凝乳温度：发酵后的黑米水牛奶体系升温分成4份，分别升温至40，50，60，70和80 ℃待冲浆使用。

1.5.4 影响因素：姜粉添加量

设计4个梯度姜粉添加量：在冲浆前凝乳酶活化，分别称取0.5%，0.8%，1%和1.5%的姜粉添加到黑米水牛乳发酵体系中。

1.5.5 影响因素：pH

设计不同pH条件下对凝乳的影响。

在其他变量不变的条件下，按照正交因素表（表1）进行试验。

表1 正交试验因素表

1.5.6 感官评价

感官评价参考文献[17，21]的相关方法，对黑米发酵奶酪的滋味、气味、组织状态、质地、色泽进行评价。以有感官品尝经验的10人组成感官评定小组，对产品的色泽、滋味气味及成品的组织形态、质地5个方面进行评价，以参评人员所给分数的平均值作为最终评分[22]。感官评定标准见表2。

表2 黑米发酵乳酪的感官评分标准

2 结果与讨论

2.1 正交试验对结果的影响分析

2.1.1 黑米添加量对成品感官评价的影响

由图1可以看出成品感官评价得分随着黑米添加量的增加而逐渐增加，当添加量6%～8%时黑米水牛乳特征明显，颜色合适，呈紫色或者玫瑰紫色。添加过多颜色过深，成品糙味加重，口感不够细腻滑爽，黑米下层聚集沉淀加深，上层表面较粗糙的颗粒感增多，感官品评价较低；添加过少黑米香味不足，不能体现产品特色。在添加量6%～8%时感官评分最高，口感品质最佳，乳酪质地均匀，颜色呈淡紫色，增加食欲。

图1 黑米添加量对成品感官评价的影响

2.1.2 温度对成品感官评价的影响。

在40～80 ℃范围内进行冲浆后再添加适量凝乳酶静止凝乳。由图2感官品评趋势线可以看出：在40～55 ℃范围内评分都在88分以上，在实际感官评价中，温度范围在40～50 ℃时凝乳完全，结实无裂痕，质地均匀，60～70 ℃凝乳较好，呈半凝固状态，质地均匀，有裂痕；80 ℃凝乳呈流动状态，从凝乳酶的活性角度来说，温度过高或过低都会影响酶活性，虽然添加了生姜粉，生姜粉中具有生姜蛋白也具备凝乳能力，但是由于生姜粉在此次研究中更多是作为调味剂的作用加入，而非作为凝乳剂作用加入，其加入量少，影响较少，综合认为，最佳温度选择在40～55 ℃之间。

图2 温度对成品感官评价的影响

2.1.3 凝乳酶添加量对成品感官评价的影响

凝乳酶添加量在1%～3%范围内对缩短凝乳时间无明显影响，都能完全凝乳。从图3品评结果来看，1%～2%添加量时分数较高，1%～2%的凝乳酶添加量成品柔软、细腻、有弹性、滋味良好，但凝乳酶添加到3%的时候，初品评差别不大，但放置一个星期后再品尝成品略带苦味，弹性较差，这有可能是由于放至后成熟，蛋白质进一步降解，小分子苦味肽增多，因此选择1%～2%的凝乳酶添加量。

图3 凝乳酶添加量对成品感官评价的影响

2.1.4 姜粉添加量对感官品评的影响[23-24]

采用姜粉相对来说操作需要多几个步骤：将姜粉用热水或混合有机溶剂溶解后过滤，滤掉姜粉渣，提取滤液使用，否则，口感不佳，有姜粉渣味，口感粗糙。

由图4可以看出，添加量在0.5%时姜香味不明显，超过1.5%以后辛辣味比较重，阻碍了奶香味及黑米香味的发挥，0.8%～1%区间评分较高，口感体验最佳。

图4 姜粉添加量对成品感官评价的影响

2.1.5 pH的影响

试验选取pH 5.5～6时，凝乳时间较短，从混合到表面凝乳大概需要1 h，而pH范围低于5.5或者高于6时，凝乳时间相对延长5～10 min以上。

2.2 小结

通过以上因素对成品感官品评得分情况分析，最佳的工艺参数选择：黑米添加量6%～8%、凝乳温度40～55 ℃、凝乳酶添加量1%～2%、姜粉添加量0.8%～ 1%。

以下是最佳工艺参数制备的成品指数分析及检测结果。

2.2.1 持水力

物料与水结合的紧密程度可用持水力来进行判断。采用离心机脱水，试验共做了12个平行样品，持水力大说明产品稳定指数较好，相反，则说明凝乳效果较差。

从表3可看出，产品的持水力相对来说处于中等偏上范围，由于凝乳后期有一定的排乳清步骤和排水步骤，在持水力方面产品表现较好，能凝结成软质块状固体。

表3 持水力测定数据表

2.2.2 成品理化指标

加入黑米对成品产生一定影响，使得乳酪整体的营养价值更加丰富和多样，包括提升碳水化合物含量以及膳食纤维含量，用纯乳制备膳食纤维含量为0，加了黑米后增加膳食纤维含量，对丰富营养起到促进作用。

表4 成品理化数据

2.2.3 感官品评及外观指数

外观呈淡紫色，颜色均匀，表面无裂痕，质地均匀，口感细腻柔滑，软硬适中，呈现淡淡的酸甜味及辛辣味。阶段性终成品见图5。

图5 阶段性终成品图片

2.2.4 出品率

按照最终产品所得质量与加入物质总量的比率去计算，共计做了8个平行样品，最终测定乳酪得率为28.9%～35.1%，乳酪得率相对来说较好，但平行样之间的差别较大，可能是操作误差引起的，产品的稳定性有待继续研究，出品率在结果中也称乳酪得率，见表5。

表5 乳酪得率数据表

2.3 工艺创新点

研究采用的工艺添加了生姜成分，生姜中含有大量的生姜蛋白酶粗提物、姜油树脂和姜精油[25]，试验结果表明在冲浆温度为50～55 ℃时，姜粉与凝乳酶结合具有良好的凝乳作用，所以可以与奶制品中的蛋白成分形成络合物而凝结。

研究黑米作为主料，由于黑米黏性较低，与水牛乳混合增加了凝乳的难度，但此次研发采用的工艺做了双重保障，主要体现在：一方面加了发酵剂，微生物发酵本身使蛋白物质分解，产生亲水基团的氨基酸及肽，促进产品空间结构的稳定性，第二方面添加了凝乳酶，保证了凝乳的进行，第三方面是添加了生姜的成分，生姜中含有生姜蛋白酶，可以作用于乳制品中的蛋白质（水解αS1-、β-和κ-酪蛋白）[22]，进一步促进凝乳，同时使奶制品有淡淡辛辣香味，刺激味蕾，促进食欲，在项目后期会进行单独利用姜粉提取物作为凝乳剂的试验研究，争取在凝乳方面取得更大的突破。

研究黑米作为主料，由于黑米黏性较低，密度相对牛乳较大，黑米与水牛乳混合静止过久会产生分层现象，故在发酵阶段之前需要将黑米与水牛乳进行高压均质处理，均质处理的目的在于防止分层，且在发酵步骤注意搅拌，这是针对黑米水牛乳发酵特有的制备方法，同时，改善水牛乳的营养结构，使其具备一定量的维生素及膳食纤维。

3 结论

研究表明：原料中黑米添加量、研磨细度、均质程度、凝乳温度、姜粉添加量、凝乳酶添加量、pH均会对研究成品黑米发酵水牛乳酪的品质产生影响；工艺中姜粉也作为调味剂，使成品具有淡淡的姜香味和辛辣味，酸酪乳成品具有细腻绵软、酪香浓郁、回味悠长、稳定性好等有益效果。通过感官品评，得出最佳工艺参数：黑米与水按1∶5～1∶6制成黑米糊后，黑米糊与原料水牛乳按1∶2.1～1∶2.5比例混合，以此混合液质量为基准，添加低聚异麦芽糖1%～3%、发酵菌种0.15%～0.2%、凝乳酶1%～2%、姜粉0.8%～1%，凝乳温度40～55 ℃。在此条件下所制的黑米水牛乳酪颜色呈紫色，质地均匀，口感嫩滑，有黑米和生姜独特的香味，口感协调，有良好的余味。

此次研究仅作为阶段性成果，产品后续的凝乳特性及营养特点有待进一步研究，供乳酪产品开发提供参考依据。从试验过程和结果来看，目前研究还存在部分条件未完全成熟，乳酪的流变学性质有待进一步研究，姜粉完全作为凝乳剂所产生的辛辣味，需要找到更适合的掩蔽剂，产品口味需要进一步开发，姜粉的工艺对凝乳的影响有待进一步研究，用姜粉作为凝乳剂的黑米乳酪产品的保质期方面有待进一步研究，