菠蘿胡柚復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料的研制

張百剛，苑賢偉，蔡聰慧，來(lái)娜娜，蘇鳳賢，*

(1.蘭州理工大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅蘭州730050;2.河西學(xué)院農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，甘肅張掖734000)

菠蘿含豐富的糖、蛋白質(zhì)、VC、β-胡蘿卜素、蛋白酶等多種營(yíng)養(yǎng)保健成分，具有增加食欲，治療咽炎，胃炎和消化不良等疾病的功效［1］。胡柚(Citrus paradisi cv.Huyou)為蕓香科植物柚與甜橙的雜交品種，含多種維生素、胡蘿卜素及人體必需的16 種氨基酸。此外，還富有鐵、磷、鉀、鈣等人體必須的微量元素［2］。本研究以菠蘿和胡柚為主要原料，在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面分析法對(duì)生產(chǎn)菠蘿胡柚復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料條件進(jìn)行優(yōu)化，為復(fù)合發(fā)酵飲料的生產(chǎn)提供技術(shù)參考和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

菠蘿、胡柚、蜂蜜、酸奶 均為市售;抗壞血酸、檸檬酸、明膠、β-CD、白砂糖 均為市售食用級(jí)。

榨汁機(jī) 九陽(yáng)股份有限公司;AE200 電子分析天平 南京庚辰公司;NDJ-8S 旋轉(zhuǎn)粘度計(jì) 上海羽通儀器儀表廠;手持糖量計(jì) 西安明克斯儀器公司;光學(xué)顯微鏡 武漢榮成科技有限公司;電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 杭州匯爾儀器公司;MJX-160 恒溫培養(yǎng)箱 上海百典儀器設(shè)備有限公司。

1.2 工藝流程

a:白砂糖、蜂蜜、明膠

b:菠蘿→鹽水浸泡→打漿→四層紗布過(guò)濾→滅酶→菠蘿汁

c:胡柚→剝皮、除囊、去籽→打漿→四層紗布過(guò)濾→滅酶→脫苦→胡柚汁

a+b+c 混合調(diào)配→調(diào)酸→脫氣→滅菌→冷卻→接種→均質(zhì)→灌裝→發(fā)酵→后熟→成品→檢驗(yàn)

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 單因素實(shí)驗(yàn)

1.3.1.1 原料配比對(duì)菠蘿胡柚復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料的影響 在預(yù)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，且加糖量16%、酸奶添加量4%、發(fā)酵時(shí)間4h 都不變的條件下，將菠蘿與胡柚的配比按2∶1、3∶1、4∶1、5∶1 和6∶1 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，考察原料配比對(duì)復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料的影響。

1.3.1.2 加糖量對(duì)菠蘿胡柚復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料的影響研究 在預(yù)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，復(fù)合果汁加糖量分別為12%、14%、16%、18%、20%，其余條件不變，研究加糖量對(duì)復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料的影響。

1.3.1.3 酸奶添加量對(duì)菠蘿胡柚復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料的影響研究 在預(yù)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，加奶量分別為2%、3%、4%、5%、6%，其余條件不變，研究酸奶添加量對(duì)復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料的影響。

1.3.1.4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)菠蘿胡柚復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料的影響研究 在預(yù)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，發(fā)酵時(shí)間分別為2、3、4、5、6h，研究發(fā)酵時(shí)間對(duì)復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料的影響。

1.3.2 二次正交實(shí)驗(yàn) 在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，以原料配比、加糖量、酸奶添加量、發(fā)酵時(shí)間四個(gè)因素為響應(yīng)因子，以感官得分作為響應(yīng)值(Y)，運(yùn)用SAS 9.2軟件進(jìn)行四因素響應(yīng)面設(shè)計(jì)，根據(jù)程序庫(kù)選擇的因素水平設(shè)置見(jiàn)表1。

表1 二次正交實(shí)驗(yàn)因素編碼表Table 1 coded levels of variables of the Quadratic orthogonal test

1.4 測(cè)定指標(biāo)

可溶性固形物含量(SSC)測(cè)定采用折光計(jì)法［3］;VC測(cè)定用2，6-二氯靛酚滴定法［4］;總酸(可滴定酸)測(cè)定用滴定法［5］;粘度用粘度計(jì)測(cè)定;菌落總數(shù)、大腸菌群、致病菌按GB/T 4789.18-2003 檢驗(yàn)，乳酸菌按GB/T 4789.35-2003 檢驗(yàn)［6］。具體感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 菠蘿胡柚復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Standard of sensory scoring of composite lactic acid fermented beverage of pineapple and Hu You

1.5 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SAS 9.2 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行處理，文中單因素圖形采用origin 8.0 軟件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 菠蘿汁胡柚汁配比對(duì)菠蘿胡柚復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料的影響

由圖1 可知，五組處理的SSC 呈現(xiàn)先略下降之后又稍大幅度上升的趨勢(shì);總酸呈持續(xù)上升;原料配比4∶1 時(shí)粘度最低，之后保持上升趨勢(shì);VC含量則隨著原料配比的增加而迅速上升，這是因?yàn)樵趦煞N原料中，菠蘿果實(shí)的VC含量比胡柚更加豐富，因此隨著原料配比的增加，復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料的VC含量增加。由此可知，原料配比的變化對(duì)復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料的感官影響較大，當(dāng)菠蘿與胡柚配比為4∶1 時(shí)感官得分最高。

圖1 菠蘿汁胡柚汁配比對(duì)復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料的影響Fig.1 Effect of the ratio of pineapple juice and HuYo juice on composite lactic acid fermented beverage

2.2 酸奶添加量對(duì)菠蘿胡柚復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料的影響

由圖2 可知，復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料的總酸和粘度與酸奶添加量之間呈線性正相關(guān);而SSC 和VC與酸奶添加量之間呈負(fù)相關(guān)。出現(xiàn)這種現(xiàn)象是因?yàn)閺?fù)合乳酸發(fā)酵飲料內(nèi)含有保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌，它們?cè)谶m宜的培養(yǎng)條件下發(fā)酵產(chǎn)生乳酸，菌數(shù)增加，粘度隨之增加。隨著酸奶添加量的增加復(fù)合飲料口感逐漸變得細(xì)膩，組織狀態(tài)均勻，富有菠蘿胡柚特有果香味，之后，開(kāi)始出現(xiàn)分層，組織狀態(tài)變得粗糙，奶香味濃重而果香味不足，使得感官評(píng)分出現(xiàn)降低的趨勢(shì)，當(dāng)酸奶添加量為4%時(shí)，復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料組織狀態(tài)和口感最佳。

2.3 加糖量對(duì)菠蘿胡柚復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料的影響

圖2 酸奶添加量對(duì)復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料的影響Fig.2 Effect of the additional amount of yogurt on composite lactic acid fermented beverage

由圖3 可知，復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料的SSC 和粘度與加糖量呈線性正相關(guān)，而VC與加糖量呈負(fù)相關(guān)，總酸含量則隨著加糖量的增加呈現(xiàn)開(kāi)口向下的拋物線形狀。定量的糖使復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料的粘度也隨之增加，而其中的保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌利用糖做為碳源進(jìn)行乳酸發(fā)酵，所以總酸含量增加，之后，隨著加糖量的進(jìn)一步增加，發(fā)酵飲料中的SSC 和粘度均增加，溶氧量降低，同時(shí)過(guò)量的糖造成高滲狀態(tài)菌體活力降低生長(zhǎng)受限，利用糖源轉(zhuǎn)化成乳酸的能力下降，因此，復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料中的總酸含量下降。當(dāng)添加量達(dá)到16%時(shí)，酸甜比例協(xié)調(diào)，富有菠蘿胡柚特有的果香味，口感清爽;之后，加糖量再增大，復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料的甜味過(guò)于突出，酸甜比例不協(xié)調(diào)，復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料的口感受到影響。

2.4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)菠蘿胡柚復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料的影響

由圖4 可知，隨發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料中的總酸含量和粘度呈線性增加，而VC和SSC成相反變化趨勢(shì)。隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料的組織狀態(tài)開(kāi)始變得細(xì)膩均勻，果汁分布良好，色澤鮮艷，口感清爽，富有乳酸發(fā)酵飲料故有的奶香和果香，之后，發(fā)酵時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料的酸味明顯增加，開(kāi)始出現(xiàn)分層現(xiàn)象，口感偏酸，酸甜比例不協(xié)調(diào)。因此，選擇發(fā)酵時(shí)間為4h。

圖3 加糖量對(duì)復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料的影響Fig.3 Effect of the amount of sugaron composite lactic acid fermented beverage

圖4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料的影響Fig.4 Effect of different fermentation time on composite lactic acid fermented beverage

2.5 菠蘿胡柚復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料制作工藝參數(shù)優(yōu)化

按照四因素響應(yīng)面設(shè)計(jì)方案，安排16 組處理組合，分別測(cè)定不同處理的相應(yīng)指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用SAS9.2 軟件進(jìn)行處理，結(jié)果見(jiàn)表3。

2.5.1 回歸模型的建立 以原料配比x1、加糖量x2、發(fā)酵時(shí)間x3及酸奶添加量x4為自變量，感官評(píng)分為因變量Y，建立菠蘿胡柚復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料工藝參數(shù)0.625x1x3- 1.654623x1x4- 1.864746x22- 0.375x2x3-的回歸模型:Y =87.11168 +2.875219x1+0.642976x2+1.770281x3+3.64299x4-2.298884x12+0.125x1x2+1.270432x2x4-1.864746x32-3.962417x3x4-1.80748x42

表3 Hybrid 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及響應(yīng)值表Table 3 Process variables and levels in Hybrid design arrangement and experimental results

表4 二次響應(yīng)面回歸模型方差分析Table 4 Analysis of variance(ANOVA)of the regression model of quadratic response

對(duì)正交結(jié)果進(jìn)行方差分析，結(jié)果見(jiàn)表4。

去除不顯著項(xiàng)，簡(jiǎn)化回歸模型，得到優(yōu)化后的回歸方程為:

從回歸模型方差分析可看出，以原料配比x1、發(fā)酵時(shí)間x3及酸奶添加量x4的一次項(xiàng)，原料配比、加糖量及發(fā)酵時(shí)間的二次項(xiàng)，原料配比和酸奶添加量的交互項(xiàng)以及發(fā)酵時(shí)間和酸奶添加量的交互項(xiàng)對(duì)復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料的感官評(píng)價(jià)影響顯著。所有參數(shù)的一次項(xiàng)以及原料配比和加糖量的交互項(xiàng)，原料配比和發(fā)酵時(shí)間的交互項(xiàng)與復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料的感官評(píng)價(jià)呈正相關(guān);而所有參數(shù)的二次項(xiàng)以及其它幾個(gè)交互項(xiàng)與復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料的感官評(píng)價(jià)呈負(fù)相關(guān)。

多元回歸分析表明，回歸方程的擬合系數(shù)為R2=99.98%，調(diào)整R2=99.64%，說(shuō)明模型對(duì)實(shí)際情況擬合程度較好;對(duì)多元回歸方程的誤差項(xiàng)進(jìn)行分析，說(shuō)明建立的四元二次回歸方程在整個(gè)回歸空間內(nèi)的擬合度較好，可用于本研究生產(chǎn)條件的模擬估算。

2.5.2 兩因素效應(yīng)對(duì)菠蘿胡柚乳酸發(fā)酵飲料感官評(píng)價(jià)的影響 分別固定變量加糖量(x2)和發(fā)酵時(shí)間(x3)以及原料配比(x1)和加糖量(x2)兩兩在零點(diǎn)，依次得到其它兩個(gè)變量的響應(yīng)面，由圖5、圖6 響應(yīng)面圖看出，這兩個(gè)交互項(xiàng)的交互作用顯著，這與回歸模型系數(shù)顯著性檢驗(yàn)結(jié)果一致，驗(yàn)證了回歸模型方差分析的正確性。

圖5 Y=(x1，x4)的響應(yīng)面圖Fig.5 Response surface of Y=(x1，x4)

圖6 Y=(x3，x4)的響應(yīng)面圖Fig.6 Response surface of Y=(x3，x4)

圖5 表明，在加糖量16%和發(fā)酵時(shí)間4h 條件下，原料配比和酸奶添加量的交互作用顯著。當(dāng)原料配比較高的水平下，隨著酸奶添加量的增長(zhǎng)，感官評(píng)分先升高后下降，變化趨勢(shì)不顯著;當(dāng)原料配比處于較低水平時(shí)，隨著酸奶添加量的增加，復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料的感官評(píng)分顯著上升后略有下降;當(dāng)固定酸奶添加量不變時(shí)，在其處于較低水平時(shí)隨著原料配比水平加大，感官評(píng)分顯著上升變化較大，之后略有下降;而酸奶添加量水平較高時(shí)隨著原料配比水平的加大，復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料感官評(píng)分出現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，只不過(guò)這種變化幅度較小。

圖6 表明，固定原料配比為4∶1，加糖量16%條件不變的情況下，發(fā)酵時(shí)間和酸奶添加量的交互作用對(duì)復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料感官評(píng)分影響顯著。當(dāng)發(fā)酵時(shí)間不變時(shí)，且處于較低水平時(shí)，隨著酸奶添加量的增長(zhǎng)，感官評(píng)分呈線性增加，當(dāng)其處于較高水平時(shí)，隨著酸奶添加量水平升高，感官評(píng)分先略有增加后顯著降低。當(dāng)固定酸奶添加量水平不變且處于較低水平時(shí)，隨著發(fā)酵時(shí)間的降低復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料感官評(píng)分先略有回升然后顯著降低，當(dāng)其處于較高水平時(shí)，隨著發(fā)酵時(shí)間水平的降低，感官評(píng)分先顯著上升后略有降低。圖5 和圖6 表明，原料配比、加糖量、發(fā)酵時(shí)間和酸奶添加量的二次響應(yīng)面出現(xiàn)鞍面，無(wú)極值的存在，因此不能直接從二次響應(yīng)面上找出最佳參數(shù)，需進(jìn)一步作嶺脊分析。

通過(guò)嶺脊尋優(yōu)可知，當(dāng)編碼半徑為1.0 時(shí)響應(yīng)面值最大，復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料感官評(píng)分取得最高值89.9892，此時(shí)，原料配比編碼水平為0.09214，加糖量編碼水平為- 0.12046，發(fā)酵時(shí)間編碼水平為-0.51863，酸奶添加量編碼水平為1.18239，對(duì)應(yīng)其最佳參數(shù)為:原料配比為4.09 ∶1，酸奶添加量為5.18%，發(fā)酵時(shí)間為3.5h，加糖量為15.88%。在此條件下進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，所得飲料的感官評(píng)分值為92，與預(yù)測(cè)值一致。

3 結(jié)論

3.1 通過(guò)對(duì)菠蘿胡柚復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料制作工藝參數(shù)的研究，得出如下結(jié)論:確定原料配比最佳參數(shù)水平為4∶1。綜合考慮，最后確定復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料的最適加量酸奶為4%、糖為16%，發(fā)酵時(shí)間為4h。正交實(shí)驗(yàn)方差分析可看出，以原料配比、發(fā)酵時(shí)間及酸奶添加量的一次項(xiàng)，原料配比、加糖量及發(fā)酵時(shí)間的二次項(xiàng)，原料配比和酸奶添加量的交互項(xiàng)以及發(fā)酵時(shí)間和酸奶添加量的交互項(xiàng)對(duì)復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料的感官評(píng)價(jià)影響顯著。多元回歸分析表明，回歸方程的擬合系數(shù)為R2=99.98%，說(shuō)明模型對(duì)實(shí)際情況擬合程度較好，可用于對(duì)生產(chǎn)條件的模擬估算。

3.2 通過(guò)對(duì)兩因子效應(yīng)響應(yīng)面分析可知，該二次響應(yīng)面出現(xiàn)鞍面，無(wú)極值的存在，因此不能直接從二次響應(yīng)面上找出最佳參數(shù)，需進(jìn)一步作嶺脊分析。通過(guò)嶺脊尋優(yōu)可知，復(fù)合乳酸發(fā)酵飲料最佳工藝參數(shù)為:菠蘿胡柚原料配比為4.09 ∶1，酸奶添加量為5.18%，發(fā)酵時(shí)間為3.5h，加糖量為15.88%。在此條件下，進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，所得飲料的感官評(píng)分值為92。

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