利用柿子干粉和香蕉粉开发含碘发酵乳饮料:技术可行性研究

时间:2026年5月29日
来源:Frontiers in Sustainable Food Systems

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碘缺乏仍然是哈萨克斯坦及许多地区的重要公共卫生问题,因此亟需开发可及性的功能性食品。本研究探索了将传统乳品发酵与水果脱水相结合,以制备一种稳定、适度强化碘的饮料(通过天然水果添加实现)的可行性。在实验室条件下,研究人员采用发酵作为保藏技术制备阿依兰(Ayran

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碘缺乏仍然是哈萨克斯坦及许多地区的重要公共卫生问题,因此亟需开发可及性的功能性食品。本研究探索了将传统乳品发酵与水果脱水相结合,以制备一种稳定、适度强化碘的饮料(通过天然水果添加实现)的可行性。在实验室条件下,研究人员采用发酵作为保藏技术制备阿依兰(Ayran)样品,随后添加柿子干粉和香蕉粉进行强化;上述果粉通过低温干燥(65 °C ± 2 °C,20 h)制得,以保证货架稳定性,添加浓度分别为每100 g阿依兰中加入2.5、5.0和7.5 g。工艺流程包括牛乳巴氏杀菌(90 °C–95 °C,5–10 min)以及在嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)和保加利亚乳杆菌亚种(subsp. bulgaricus)作用下进行的受控发酵(42 °C ± 1 °C,6–8 h),整体按照设计内生安全(safety-by-design)理念构建。样品评价涵盖感官性质(5点评分喜好量表,n = 10名经训练评定员)、理化参数(酸度、蛋白质、脂肪、固形物)、矿物质组成(原子吸收光谱法和电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS))、氨基酸谱(高效液相色谱法(HPLC))及营养价值。结果表明,添加柿子和香蕉可改善感官特性,平衡酸度(可滴定酸度由92 ± 2 °T降至78–80 °T),并显著提升矿物质组成:钾增加36–46%(增至198–212 mg/100 g),镁增加28–36%(增至18–19 mg/100 g),碘增加29–38%(由4.5升至5.8–6.2 μg/100 g),每100 g食用量约可提供推荐每日摄入量的4%。果粉还提供了多种氨基酸,包括支链氨基酸和组氨酸,从而对乳蛋白形成补充。基于口味平衡和稠度表现,最佳配方确定为每100 g中添加5 g果粉。通过提升本地乳品生产价值并利用干制水果减少采后损失,该研究提出了一个技术上可行的加工框架。定量可持续性评价(如生命周期分析)仍有待未来研究开展。
该论文发表于《Frontiers in Sustainable Food Systems》,聚焦于以传统发酵乳饮料阿依兰(Ayran)为载体,开发兼具营养强化与加工可持续性的天然含碘功能食品。研究背景在于,碘缺乏仍是哈萨克斯坦及其他部分地区持续存在的公共卫生问题。尽管食盐加碘已广泛实施,但受土壤碘含量不足、饮食结构限制以及储藏和烹调过程中的碘损失影响,单一依赖食盐加碘并不能完全满足人群干预需求。因此,开发多载体、多路径的膳食补碘策略具有现实意义。另一方面,发酵乳制品具有良好的营养基础、较高的消费者接受度和成熟的工业基础,但阿依兰本身酸味较强,限制了其在部分消费群体中的推广。与此同时,柿子和香蕉不仅可提供矿物质、果胶和氨基酸,而且通过干燥制粉后还可延长季节性水果的利用周期、降低采后损失。基于此,研究人员提出将乳发酵与水果脱水两种加工技术整合,构建一种天然、清洁标签(clean-label)的适度含碘发酵乳饮料。

从研究目标看,论文意在填补三个方面空白:其一,缺乏将阿依兰、柿子和香蕉三者整合于单一产品中的研究;其二,缺乏基于感官与营养双重标准对果粉添加量进行系统优化的研究;其三,缺乏此类产品氨基酸组成的系统表征。因此,研究人员在实验室条件下制备阿依兰基底,并分别添加不同水平的柿子干粉或香蕉粉,系统考察其感官、理化、矿物质及氨基酸特征,以确定最佳配方并评价工艺可行性。研究结论显示,每100 g添加5 g果粉的配方在口味平衡、稠度、矿物质提升和工艺适配性方面表现最佳;果粉添加可显著提升钾、镁和碘水平,同时改善感官接受度,但其碘营养贡献属于“适度强化”,更适合作为多元化补碘策略的一部分,而非主要碘来源。这一发现对于以天然原料实现多营养素协同强化、推进地方乳制品增值加工具有重要意义。

研究人员采用的主要技术方法包括:以哈萨克斯坦Semey当地奶牛场生牛乳为原料,按传统工艺制备阿依兰,使用嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌亚种进行受控发酵;将当地市场采购的柿子和香蕉经65 °C ± 2 °C、20 h低温干燥后粉碎过筛制成果粉,并测定水分活度(aw)以评价货架稳定性;按2.5、5.0、7.5 g/100 g添加量进行产品配方设计;通过10人训练感官小组实施5点评分法;通过可滴定酸度、凯氏定氮、Gerber法、灰分与差减法测定理化指标;采用原子吸收光谱法和电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定矿物质;采用高效液相色谱法(HPLC)分析氨基酸组成,并以单因素方差分析检验差异显著性。

在研究结果部分,论文首先报告了“3.1 Organoleptic characteristics”。该部分通过感官评价表明,果粉添加显著改善了阿依兰的适口性。未添加果粉的对照样品酸味突出,总体得分为4.2/5;添加量为2.5 g/100 g时,仅产生较轻微果香;添加量为5 g/100 g时,甜酸平衡最为理想,柿子组和香蕉组总分分别达到4.9和4.8/5;而7.5 g/100 g时则因过甜和黏稠度过高导致接受度下降。颜色方面,香蕉组呈浅奶油黄色,柿子组呈浅橙米色;随着添加量升高,样品黏度增加,其中柿子组更为明显。由此可见,果粉能够在改善风味的同时改变色泽和流变感知,而中等添加量最利于形成综合感官平衡。

“3.2 Physicochemical parameters and nutritional value”部分显示,最佳强化样品在基本营养组成上维持了发酵乳饮料的常规特征,但果粉带来了可测量的成分变化。与对照相比,蛋白质由2.8%轻微降至2.6%,脂肪由3.2%降至3.0%,研究人员将其归因于果粉引入后的相对稀释效应;碳水化合物则由3.5%升至5.8%–6.2%,反映出水果天然糖分的贡献。能量值相应提高约16%–20%。尤为重要的是,可滴定酸度由92 ± 2 °T显著下降至78–80 °T,说明果粉不仅改善感官上的酸感,也在化学层面降低了体系酸度。这一结果支持果粉添加对阿依兰风味驯化和消费接受度提升的作用。

“3.3 Mineral composition”部分是全文的核心结果之一。研究人员通过矿物质测定发现,果粉强化显著优化了产品矿物质谱。钾含量由145 mg/100 g提高至198 mg/100 g(柿子组)和212 mg/100 g(香蕉组),增幅为36%–46%;镁由14 mg/100 g增至18–19 mg/100 g,增幅为28%–36%;碘由4.5 μg/100 g升至6.2 μg/100 g(柿子组)和5.8 μg/100 g(香蕉组),增幅为29%–38%,且差异具有统计学意义。钙含量保持在117–120 mg/100 g的较高水平,铁和锌则呈温和上升。作者特别指出,虽然碘的相对增长显著,但绝对供给量约仅占成年人推荐摄入量的4%,因此该产品应定位为补碘膳食组合中的辅助来源,而非替代强化食品。这一判断使论文在功能声称上保持了谨慎和科学性。

“3.4 Amino acid profile of fruit powders”部分补充了果粉本身的氨基酸构成信息。结果表明,香蕉粉总氨基酸含量为0.875 g/100 g,高于柿子粉的0.648 g/100 g。香蕉粉中天冬氨酸、谷氨酸、组氨酸以及亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸等支链氨基酸(BCAAs)含量较为突出;柿子粉则含有较高的谷氨酸、天冬氨酸、苏氨酸和亮氨酸。研究人员据此指出,尽管果粉提供的氨基酸绝对量不高,但其可与乳蛋白形成互补,增加饮料氨基酸谱的多样性,并在一定程度上提升蛋白营养价值。尤其是香蕉粉中较高的组氨酸含量,为该配方提供了额外的营养学特点。

在讨论部分,作者围绕感官与理化效应、矿物质强化意义、氨基酸互补价值、与既有研究比较、加工与可持续性启示以及研究局限进行了系统总结。关于感官和理化变化,作者认为中等添加量能够减弱原味阿依兰强烈酸感,这既与乳酸被一定程度稀释有关,也与水果中有机酸盐的缓冲作用有关。柿子组黏度上升更为明显,则与其较高果胶含量相关,果胶可能通过与水分及酪蛋白胶束相互作用增强凝胶网络结构。关于矿物质强化,作者强调钾、镁和碘的同步提升构成了该饮料的功能特征,其中香蕉组在补钾方面尤为突出,而柿子组在补碘方面略优。关于氨基酸与蛋白品质,作者指出水果来源的支链氨基酸和组氨酸可作为乳蛋白的补充成分。关于与现有研究比较,论文认为该产品的常量营养组成和酸度变化与其他水果强化发酵乳制品总体一致,而其创新性主要体现在使用天然水果实现适度碘强化,并首次提供了相关果粉氨基酸数据。关于加工和可持续性,作者认为发酵与干燥均为可及、可放大的技术路线;果粉低水分活度(aw < 0.60)与阿依兰低pH共同形成抑菌屏障,体现了设计内生安全理念,同时有助于减少水果采后损失并支持全年生产。不过,作者也明确指出,能耗、用水量、碳足迹等定量可持续性指标尚未测定,生命周期评价(LCA)仍需未来研究完成。

研究结论部分可译述为:本研究通过在传统阿依兰中添加柿子干粉和香蕉粉,成功构建了一种适度含碘的发酵乳饮料,并验证了该方案在技术上的可行性。每100 g阿依兰添加5 g果粉可获得最佳感官品质,表现为较好的甜酸平衡和较高接受度。果粉添加实现了适度矿物质强化,其中钾、镁和碘含量均显著提高;同时,果粉还提供了支链氨基酸和组氨酸等互补性氨基酸。将传统乳酸发酵与水果脱水结合,构成了一种可利用季节性水果、具有清洁标签特征且有望减少采后损失的增值加工框架。该产品不能替代加碘盐,但可作为多元化补碘策略中的补充选择。论文的科学意义在于证明了整果粉可作为发酵乳制品中的多营养素强化剂,同时提供矿物质、膳食纤维和氨基酸,而不仅限于单一营养强化。作者同时指出,在商业化应用前,仍需开展可持续性定量评估、冷藏货架期研究、生物利用度评价以及病原挑战试验,并通过中试验证其经济可行性。

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