李 慧,韓 卓,葉 玲,李士漢,陶澳賢,朱文倩
(蚌埠學(xué)院 食品與生物工程學(xué)院,安徽 蚌埠 233030)
蘆薈隸屬于百合科、蘆薈屬的草本植物。蘆薈種類較多,富含較多化學(xué)成分,其中有效成分高達(dá)72 種,主要包括氨基酸、維生素、礦物質(zhì)、蘆薈素、蘆薈大黃素苷、多糖、有機(jī)酸、礦物質(zhì)和微量元素等[1]。檸檬是蕓香科、柑橘屬的植物。檸檬的利用價(jià)值高,其具有多種營(yíng)養(yǎng)成分,以及維 C、維 B、礦物質(zhì)、類黃酮及多種微量元素;不僅可以為食品添加香氣,還可以應(yīng)用于醫(yī)學(xué),治療腸胃疾病、緊張、高血壓、貧血等疾病[2]。
石榴是石榴科、石榴屬植物,果實(shí)鮮艷、營(yíng)養(yǎng)豐富。石榴含豐富的維 B1、維 B2和維 C 及煙酸、鉀和植物雌激素,對(duì)人體健康十分有利[3-4]。以石榴汁調(diào)制的各種飲料,具有幫助消化、抗胃酸過多、軟化血管、止瀉、生津、解毒、降溫等多種功能。經(jīng)常飲用可預(yù)防冠心病、高血壓,可健胃提神、增強(qiáng)食欲[5]。隨著國(guó)民健康意識(shí)的增強(qiáng),對(duì)于飲料的要求不僅局限于單一果蔬汁,更傾向于復(fù)合果蔬汁和混合菌種發(fā)酵飲料。
以石榴、蘆薈和檸檬為發(fā)酵原料,以混合發(fā)酵劑 (乳酸菌和酵母菌) 進(jìn)行發(fā)酵,分析質(zhì)量比、糖的添加量、初始 pH 值、菌種接種量及發(fā)酵時(shí)間對(duì)感官評(píng)分的影響,采用響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化酵素發(fā)酵條件,為實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)提供一定的理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)分析。
懷遠(yuǎn)石榴、庫(kù)拉索蘆薈、檸檬,購(gòu)自市場(chǎng);乳酸菌、酵母菌 (果酒),安琪酵母有限公司提供;食用碳酸鈉、異維 C 鈉,德興市明緣化工材料有限責(zé)任公司提供;纖維素酶酶 (酶活力 10 萬(wàn) U/g)、果膠酶(酶活力 10 萬(wàn) U/g),和氏璧生物科技有限公司提供。
榨汁機(jī),九陽(yáng)股份有限公司產(chǎn)品;電子分析天平,上海??惦娮觾x器廠生產(chǎn)產(chǎn)品;紫外 - 分光光度計(jì),上海菁華科技儀器有限公司生產(chǎn)產(chǎn)品;糖度計(jì),廣州銘睿電子科技公司產(chǎn)品;1 000 μL 移液槍、20 μL 移液槍,力辰科技股份有限公司產(chǎn)品;數(shù)顯恒溫水浴鍋,上海力辰邦西儀器科技有限公司產(chǎn)品。
1.3.1 工藝流程石榴、庫(kù)拉索蘆薈、檸檬→清洗削皮→榨汁→加水加糖→巴氏滅菌→酶解→復(fù)合發(fā)酵→成品。
1.3.2 操作要點(diǎn)
(1) 石榴汁的制備。選用全熟、無腐爛及無蟲害的石榴 (懷遠(yuǎn)),剝皮、分離石榴籽。用水洗凈、瀝水,然后用榨汁機(jī)壓榨,添加 0.1 g/100 mL 的異維 C 鈉進(jìn)行護(hù)色[6-7]。
(2) 蘆薈和檸檬汁的制備。挑選新鮮的蘆薈和檸檬,用無菌水洗凈并晾干;去除蘆薈的外皮,將蘆薈果肉切成 1 cm 左右的塊狀,放在無菌水浸泡0.5 h 去毒;將檸檬帶皮切成 1 cm 的塊狀備用,整個(gè)過程都在無菌臺(tái)內(nèi)進(jìn)行操作。將切成塊狀的蘆薈和檸檬分別用榨汁機(jī)打碎成汁。
(3) 調(diào)配。利用均質(zhì)機(jī)進(jìn)行果蔬汁、白砂糖和無菌水的混勻,用碳酸鈉調(diào)節(jié) pH 值適宜微生物生長(zhǎng)。
(4) 滅菌?;旌瞎湃?65 ℃水浴鍋中進(jìn)行30 min 巴氏滅菌。
(5) 復(fù)合酶解。在滅菌后的蘆薈檸檬果汁中按質(zhì)量分?jǐn)?shù)添加纖維素酶 (0.4%) 和果膠酶 (0.2%),使果汁中的有效成分分解成容易被人體吸收的小分子,然后在 50 ℃的環(huán)境中酶解 180 min[8]。
(6) 活 化 菌 種 。 根 據(jù) 接 種 量, 按 質(zhì) 量 比 乳 酸菌∶酵母菌 = 2∶3 稱取菌種于燒杯中,加入適量的無菌水和糖,在 37 ℃下活化 60 min[9-10]。
(7) 接種。在無菌室中按試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)果汁進(jìn)行接種。
(8) 發(fā)酵。按照試驗(yàn)設(shè)計(jì),在 37 ℃的保溫箱內(nèi)發(fā)酵一段時(shí)間。
1.3.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)
以石榴蘆薈檸檬復(fù)合發(fā)酵飲料的感官評(píng)價(jià)作為考 查 指 標(biāo) , 設(shè) 置 石 榴 蘆 薈 檸 檬 質(zhì) 量 比 (4 ∶11 ∶2,6∶9∶4,6∶7∶4,4∶9∶4,4∶7∶6)、白砂糖添加量 (20%,25%,30%,35%,40%)、初始pH 值 (3.2, 3.4, 3.6, 3.8, 4.0)、 菌 種 接 種 量(0.5% , 1.0% , 1.5% , 2.0% , 2.5%)、 發(fā) 酵 溫 度(35,37,39,41,43 ℃)、發(fā)酵時(shí)間 (2,3,4,5,6 d) 為單因素變量,考查其對(duì)石榴蘆薈檸檬復(fù)合發(fā)酵飲料感官評(píng)分的影響。
使用 Box-benhnken 設(shè)計(jì)優(yōu)化試驗(yàn),結(jié)合單因素試驗(yàn)結(jié)果,進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)面試驗(yàn)。用A、B、C表示白砂糖添加量、初始 pH 值、發(fā)酵時(shí)間 3 個(gè)因素,用 -1,0,1 代表變量的 3 個(gè)水平,以感官評(píng)分為指標(biāo),確定石榴蘆薈檸檬復(fù)合發(fā)酵飲料最佳發(fā)酵工藝。
發(fā)酵條件響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表 1。
表1 發(fā)酵條件響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)
參考 QB/T 5323—2018 和 NY 82.2—1988,從石榴蘆薈檸檬復(fù)合發(fā)酵飲料的外觀、滋味、香味、組織狀態(tài)等 4 個(gè)方面制定評(píng)定感官評(píng)分的標(biāo)準(zhǔn)[11];同時(shí),由 20 個(gè)人組成評(píng)定小組,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)飲料進(jìn)行品嘗打分,感官評(píng)分取平均值。
石榴蘆薈檸檬復(fù)合發(fā)酵飲料感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表 2。
表2 石榴蘆薈檸檬復(fù)合發(fā)酵飲料感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)
2.1.1 石榴蘆薈檸 檬質(zhì)量比對(duì)飲料感官評(píng)分的影響質(zhì)量比對(duì)飲料感官評(píng)分的影響見圖 1。
圖1 質(zhì)量比對(duì)飲料感官評(píng)分的影響
由圖 1 可知,隨著石榴蘆薈檸檬質(zhì)量比的減少,感官評(píng)分出現(xiàn)了先增加后減少的趨勢(shì),其中蘆薈果肉本身味道較淡,石榴味道起主要調(diào)味作用。當(dāng)石榴∶蘆薈∶檸檬質(zhì)量比為 6∶7∶4 時(shí),飲料感官評(píng)分最高;隨后,由于檸檬添加量過多及發(fā)酵過程中乳酸菌產(chǎn)酸,飲料總體偏酸,影響口感。因此,石榴蘆薈檸檬復(fù)合飲料的最佳質(zhì)量比為 6∶7∶4。
2.1.2 白砂糖添加 量對(duì)飲料感 官評(píng)分的影響
白砂糖添加量對(duì)飲料感官評(píng)分的影響見圖 2。
圖2 白砂糖添加量對(duì)飲料感官評(píng)分的影響
由圖 2 可知,當(dāng)白砂糖添加量為 20%~25%時(shí),飲料感官評(píng)分表現(xiàn)出上升的趨勢(shì),當(dāng)白砂糖添加量到達(dá) 25%時(shí),感官評(píng)分達(dá)到最大值,但之后白砂糖添加量的增加使其呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。這可能是白砂糖為發(fā)酵體系中微生物的生長(zhǎng)發(fā)育提供充足的能源,但過多的糖將會(huì)抑制微生物的生長(zhǎng),最終導(dǎo)致產(chǎn)酶活力受到抑制[12-13]。因此,石榴蘆薈檸檬復(fù)合飲料的最佳白砂糖添加量為 25%。
2.1.3 菌種接種量對(duì)飲料感官評(píng)分的影響
菌種接種量對(duì)飲料感官評(píng)分的影響見圖 3。
圖3 菌種接種量對(duì)飲料感官評(píng)分的影響
由圖 3 可知,當(dāng)菌種接種量為 1%時(shí),感官評(píng)分最高。后期隨著接種量的添加,感官評(píng)分呈下降趨勢(shì)。這可能是因?yàn)榫N的接種量可以直接影響其在發(fā)酵體系中的生長(zhǎng),合適的菌種量可以保證溶氧充分,破壞植物細(xì)胞結(jié)構(gòu),同時(shí)由于酵母菌是優(yōu)勢(shì)菌種,減少雜菌的干擾,適當(dāng)?shù)木N使發(fā)酵液充分發(fā)酵[14],使感官評(píng)分提高;但當(dāng)菌種量過多時(shí),發(fā)酵體系中的微生物含量增加,維持其生長(zhǎng)消耗的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也增加,過量的菌種易產(chǎn)生較多的代謝廢物,影響酵素口感[12]。因此,石榴蘆薈檸檬復(fù)合飲料最佳接種量為 1.0%。
2.1.4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)飲料感官評(píng)分的影響
發(fā)酵時(shí)間對(duì)飲料感官評(píng)分的影響見圖 4。
由圖 4 可知,隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),感官評(píng)分總體呈先上升后下降的趨勢(shì),發(fā)酵 15 h 時(shí),感官評(píng)分達(dá)到最大值。這可能是因?yàn)榘l(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),其中乳酸菌和酵母生長(zhǎng)迅速,使飲料酸澀,酒精味過重,影響飲料口感。因此,石榴蘆薈檸檬復(fù)合酵素最佳發(fā)酵時(shí)間為 15 h。
圖4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)飲料感官評(píng)分的影響
2.1.5 初始 pH 值對(duì)飲料感官評(píng)分的影響
初始 pH 值對(duì)飲料感官評(píng)分的影響見圖 5。
圖 5 初始 pH 值對(duì)飲料感官評(píng)分的影響
由圖 5 可知,當(dāng)初始 pH 值上升到 3.6 后,隨著pH 值的升高,感官評(píng)分有所下降。這可能是因?yàn)閜H 值會(huì)影響菌種的生長(zhǎng)速率和產(chǎn)物形成,在一定程度內(nèi),隨著 pH 值的增加,發(fā)酵速度增加,當(dāng) pH 值超過發(fā)酵體系的最適范圍時(shí),則抑制菌種的生長(zhǎng)。因此,石榴蘆薈檸檬復(fù)合飲料最佳初始 pH 值為 3.6。
以 Box-benhnken 原理為基礎(chǔ),結(jié)合單因素試驗(yàn)確定的發(fā)酵工藝條件水平范圍,以感官評(píng)分為測(cè)評(píng)指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)。
Box-behnken 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表 3。
由表 3 可知,當(dāng)白砂糖添加量 25%,發(fā)酵時(shí)間15 h,初始 pH 值 3.6 時(shí),石榴蘆薈檸檬復(fù)合飲料口感最佳,評(píng)分最高。為了對(duì)其進(jìn)行更深入的研究和條件優(yōu)化,利用軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,并作出相應(yīng)響應(yīng)面圖。多元回歸擬合分析得到枸杞多糖酸奶感官評(píng)分與各因素變量的二次方程模型為:
表3 Box-behnken 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果
方差分析結(jié)果見表 4。
由表 4 可知,該模型p<0.05,差異顯著,失擬項(xiàng)p>0.05, 且R2=0.963 2,R2Adj=0.915 8, 不 顯 著 ,表明該模型預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值相似,擬合性好,可用于優(yōu)化酸奶發(fā)酵工藝?;貧w方程中A、C的p值小于0.05,表示顯著;二次項(xiàng)A2,B2,C2的p值均小于0.05,表示顯著。
表4 方差分析結(jié)果
白砂糖添加量與初始 pH 值的 3D 等高線和響應(yīng)面圖見圖 6。
由圖 6 可知,當(dāng)初始 pH 值不變時(shí),感官評(píng)分隨著白砂糖添加量的增加而呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì);當(dāng)感官評(píng)分不變時(shí),感官評(píng)分變化趨勢(shì)與保持初始pH 值不變時(shí)相同。表明白砂糖添加量和初始 pH 值對(duì)復(fù)合飲料感官評(píng)分存在較大的影響。
白砂糖添加量與發(fā)酵時(shí)間的 3D 等高線和響應(yīng)面圖見圖 7。
由圖 7 可知,當(dāng)白砂糖添加量不變時(shí),感官評(píng)分隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)而表現(xiàn)出先升高后下降的趨勢(shì);當(dāng)發(fā)酵時(shí)間不變時(shí),感官評(píng)分的變化趨勢(shì)與保持白砂糖添加量不變時(shí)相同,但變化的幅度趨于平緩,則白砂糖添加量和發(fā)酵時(shí)間的交互作用對(duì)復(fù)合飲料感官評(píng)分存在較大的影響。
圖 6 白砂糖添加量與初始 pH值的 3D 等高線和響應(yīng)面圖
圖 7 白砂糖添加量與發(fā)酵時(shí)間的 3D 等高線和響應(yīng)面圖
發(fā)酵溫度與發(fā)酵時(shí)間的 3D 等高線和響應(yīng)面圖見圖 8。
由圖 8 可知,當(dāng)初始 pH 值不變時(shí),感官評(píng)分隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)而表現(xiàn)出先升高后下降的趨勢(shì);當(dāng)發(fā)酵時(shí)間不變時(shí),感官評(píng)分變化趨勢(shì)與保持初始pH 值不變時(shí)相同。
圖 8 發(fā)酵溫度與發(fā)酵時(shí)間的 3D 等高線和響應(yīng)面圖
在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用響應(yīng)面軟件對(duì)石榴蘆薈檸檬復(fù)合飲料的工藝進(jìn)行優(yōu)化,在分析各個(gè)因素的顯著性和交互作用后,得出石榴蘆薈檸檬復(fù)合飲料的最佳工藝條件為石榴∶蘆薈∶檸檬 = 6∶7∶4,菌種接種量 1%,白砂糖添加量 25%,發(fā)酵時(shí)間 15 h,發(fā)酵溫度 37 ℃,初始 pH 值 3.6,在此工藝條件下得到的石榴蘆薈檸檬復(fù)合飲料的感官評(píng)分為 94 分。