銀杏果黑米乳復(fù)合飲料的發(fā)酵工藝及超聲波強化穩(wěn)定性研究

李超

（徐州工程學(xué)院食品工程學(xué)院，江蘇徐州221018）

銀杏果黑米乳復(fù)合飲料的發(fā)酵工藝及超聲波強化穩(wěn)定性研究

李超

（徐州工程學(xué)院食品工程學(xué)院，江蘇徐州221018）

以銀杏果、黑米和脫脂乳粉為主要原料，對其發(fā)酵工藝和超聲波強化穩(wěn)定性工藝進行優(yōu)化。結(jié)果表明：乳酸菌用量、發(fā)酵溫度和發(fā)酵時間對得分影響都極顯著，銀杏果黑米乳復(fù)合飲料的最佳發(fā)酵工藝參數(shù)為乳酸菌用量6%、發(fā)酵溫度52℃和發(fā)酵時間1 h，此時得分90.7分；占空比對離心沉淀率影響影響明顯、超聲溫度影響極顯著、超聲時間影響不明顯，超聲波強化穩(wěn)定性工藝參數(shù)為占空比0.6 s/s、超聲溫度66.3℃和超聲時間10.2 min，此時離心沉淀率為0.2427%；將銀杏果、黑米和脫脂乳粉制成的復(fù)合發(fā)酵飲料自然清香、酸甜適中、復(fù)合風(fēng)味明顯。

銀杏果；黑米；脫脂乳粉；發(fā)酵工藝；穩(wěn)定性工藝

0 引言

銀杏果，又名白果，富含蛋白質(zhì)、淀粉、多糖、礦物質(zhì)、粗纖維和多種維生素等成分[1-4]。其具有抗氧化、降血脂、調(diào)節(jié)免疫等功效[5-9]。黑米中含有蛋白質(zhì)、碳水化合物、維生素、無機鹽、色素、黃酮和多酚等成分[10-12]。其具有抗氧化、抗炎、抗腫瘤、調(diào)節(jié)免疫等功效[13-16]。本文選用銀杏果、黑米和脫脂乳粉為主要原料，首先其發(fā)酵工藝條件進行優(yōu)化，然后針對該飲料在加工貯藏過程中易出現(xiàn)分層及穩(wěn)定性降低等現(xiàn)象，采用超聲波輔助化學(xué)穩(wěn)定劑提高其穩(wěn)定性，為該飲料實際生產(chǎn)提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

銀杏果、黑米和脫脂乳粉，市售；卡拉膠，黃原膠，CMC-Na，單甘脂和果膠，川秀乳酸菌（保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌），中溫a-淀粉酶(活力4 000 U/g)。

1.2 儀器與設(shè)備

KBS-250型數(shù)控超聲細胞粉碎機，TGL-16G型臺式離心機，pHS-3C型酸度計，JYZ-A511型榨汁機，WY-IT型手持折光儀，HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

原料→預(yù)處理→制汁→調(diào)配→發(fā)酵→添加穩(wěn)定劑→過濾→均質(zhì)→超聲波處理→脫氣→灌裝→殺菌→產(chǎn)品

1.3.2 操作要點

（1）銀杏果汁的制備。

銀杏果→去殼→清洗→浸泡（1∶10，室溫，2 h）→蒸煮→打漿（1∶5，室溫，10 min）→糊化→酶處理→滅酶（100℃，5 min）→紗布過濾→備用

（2）黑米汁的制備。

黑米→清洗→浸泡（1∶10，室溫，2 h）→蒸煮→打漿（1∶5，室溫，10 min）→糊化→酶處理→滅酶（100℃，5 min）→紗布過濾→備用

（3）乳汁的制備。

脫脂乳粉→沖泡（1∶10，80℃水）→過濾→乳汁

（4）調(diào)配。銀杏果汁添加量150 mL、黑米汁添加量150 mL、乳汁添加量150 mL、水添加量150 mL和白砂糖添加量36 g攪拌混合。

（5）過濾。200目濾網(wǎng)過濾。

（6）均質(zhì)。25 MPa，55℃，2次。

（7）脫氣。60℃，50 kPa，15 min。

（8）殺菌。93℃，25 min。

1.3.3 指標測定

pH值按照GB/T 10786-2006測定[17]；可溶性固形物按照GB/T 12143-2008測定[18]；細菌總數(shù)按照GB/T 4789.2-2010測定[19]；大腸桿菌數(shù)按照GB/T 4789.3-2010測定[20]。

離心沉淀率測定：準確稱取待測樣，4 000 r/min離心30 min，取沉淀物，85℃烘干1 h，得沉淀物。離心沉淀率=沉淀物質(zhì)量/待測樣質(zhì)量×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵工藝

2.1.1 單因素試驗

2.1.1.1 乳酸菌用量的確定

在發(fā)酵溫度48℃和發(fā)酵時間1 h的條件下，考查乳酸菌用量的影響，結(jié)果如表1所示。由表1可以看出，隨著乳酸菌用量的加大，發(fā)酵速度加快，發(fā)酵出來的飲料富有銀杏、黑米和乳的自然香味，發(fā)酵特征顯現(xiàn)，得分增加；在乳酸菌用量6%時，感官得分達到最大值89.6；當乳酸菌用量超過6%，酸味過重，甚至有異味產(chǎn)生。故綜合考慮選擇乳酸菌用量6%。

2.1.1.2 發(fā)酵溫度的確定

在乳酸菌用量6%和發(fā)酵時間1 h的條件下，考查發(fā)酵溫度的影響，結(jié)果如表2所示。溫度過低不利于乳酸菌菌體的生長，產(chǎn)酸也低；溫度過高會造成菌體老化過快。合理的溫度是乳酸菌發(fā)酵的一個重要保證。由表2可以看出，在52℃時，效果較好，故選擇發(fā)酵溫度52℃。

2.1.1.3 發(fā)酵時間的確定

在乳酸菌用量6%和發(fā)酵溫度52℃的條件下，考查發(fā)酵時間的影響，結(jié)果如表3所示。由表3可以看出，當發(fā)酵1 h時，酸甜適中，發(fā)酵風(fēng)味明顯，味道協(xié)調(diào)；當發(fā)酵時間少于1 h時，酸味偏淡；當發(fā)酵時間超過1 h時，酸味過重，甚至有異味產(chǎn)生，經(jīng)濟效益上也不合理。故綜合考慮選擇發(fā)酵時間1 h。

表1 乳酸菌用量的影響

表2 發(fā)酵溫度的影響

表3 發(fā)酵時間的影響

2.1.2 正交實驗

優(yōu)良的配方對于飲料的色澤、香氣和滋味是至關(guān)重要，本研究采用L9(3)4尋找最佳工藝參數(shù)，感官評分標準如表4所示；因素水平如表5所示；正交實驗結(jié)果如表6所示；方差分析結(jié)果如表7所示。

表4 感官評分標準

表5 因素水平表

表6 正交試驗結(jié)果

表7 方差分析結(jié)果

由表7可以看出：影響產(chǎn)品品質(zhì)的因素主次順序為B＞A＞C，最優(yōu)方案為A2B2C2，即乳酸菌用量6%、發(fā)酵溫度52℃和發(fā)酵時間1 h。重復(fù)驗證3次，平均得分為90.7分。

2.2 超聲波強化穩(wěn)定性工藝

2.2.1 單因素試驗

2.2.1.1 化學(xué)穩(wěn)定劑種類的確定

在占空比為0.6 s/s、超聲功率150 W、超聲溫度40℃和超聲時間5 min的條件下，考查化學(xué)穩(wěn)定劑種類的影響，結(jié)果如圖1所示。由圖1可以看出，5種化學(xué)穩(wěn)定劑種類中果膠對應(yīng)的離心沉淀率最小，故選擇化學(xué)穩(wěn)定劑種類果膠。

2.2.1.2 占空比的確定

在化學(xué)穩(wěn)定劑種類果膠、超聲功率150 W、超聲溫度40℃和超聲時間5 min的條件下，考查占空比的影響，結(jié)果見圖2。由圖2可知，隨著占空比增加，離心沉淀率先降低后增加；但當占空比達到0.6 s/s時，離心沉淀率達到最小值0.6336%。故選擇占空比0.6 s/s。

2.2.1.3 超聲功率的確定在化學(xué)穩(wěn)定劑種類果膠、占空比為0.6 s/s、超聲溫度40℃和超聲時間5 min的條件下，考查超聲功率的影響，結(jié)果見圖3。由圖3可知，隨著超聲功率增加，其空化效應(yīng)增強，對飲料中不溶物的沖擊也增強，不溶物更多地被打碎，溶解性增加；但當超聲功率進一步增加時，其加速了果膠分子和飲料中不溶物碰撞的機會，兩者接觸形成較大分子量復(fù)合物的機會增加，當這個程度超過由于不溶物被打碎而使溶解性增加的程度時，離心沉淀率就會增加；當超聲功率達到150 W時，離心沉淀率達到最小值0.6336%。同時考慮到KBS-250型數(shù)控超聲細胞粉碎機每次調(diào)節(jié)的最小刻度，故固定超聲功率150 W。

圖1 穩(wěn)定劑種類的影響

圖2 占空比的影響

圖3 超聲功率的影響

圖4 超聲溫度的影響

2.2.1.4 超聲溫度的確定

在化學(xué)穩(wěn)定劑種類果膠、占空比為0.6 s/s、超聲功率150 W和超聲時間5 min的條件下，考查超聲溫度的影響，結(jié)果如圖4所示。由圖4可以看出，隨著超聲溫度增加，離心沉淀率先降低后增加；但當超聲溫度達到70℃時，離心沉淀率達到最小值0.3789%。故選擇超聲溫度70℃。

2.2.1.5 超聲時間的確定

圖5 超聲時間的影響

在化學(xué)穩(wěn)定劑種類果膠、占空比為0.6 s/s、超聲功率150 W和超聲溫度70℃的條件下，考查超聲時間的影響，結(jié)果見圖5。由圖5可知，隨著超聲時間增加，離心沉淀率先降低后增加；但當超聲時間達到10 min時，離心沉淀率達到最小值0.2751%。故選擇超聲時間10 min。

2.2.2 Box-Behnken試驗

2.2.2.1 模型的建立

選取影響顯著的三個因素，進行Box-Behnken試驗設(shè)計，因素水平如表8所示。

表8 因素水平

設(shè)該模型的二次多項方程為y=α0+α1x1+α2x2+α3x3+α12x1x2+α13x1x3+α23x2x3+α11x12+α22x22+α33x32，式中：y為預(yù)測離心沉淀率；x1，x2，x3為自變量代碼值；α0為常數(shù)項；α1，α2，α3為線性系數(shù)；α12，α13，α23為交互項系數(shù)；α11，α22，α33為二次項系數(shù)。

運用Design expert V7.0.0軟件對表9實驗結(jié)果進行回歸擬合，得回歸方程為離心沉淀率=14.35-14.13x1-0.29x2-0.076x3+4.45x1x2-4.75x1x3-3.2x2x3+11.68x12+2.15x22+3.84x32。

表9 實驗結(jié)果

表10 方差分析結(jié)果

對該方程進行方差分析，結(jié)果如表10所示。由表10可以看出，模型具有高度顯著性(P＜0.0001)，R2Adj= 0.9806和信噪比27.514，遠大于4，可知回歸方程擬合度和可信度均很高。

2.2.2.2 響應(yīng)曲面分析與驗證實驗

根據(jù)回歸方程，作響應(yīng)面和等高線圖見圖6。結(jié)合表10中P值可知：模型的一次項x1顯著，x2極顯著，x3不顯著；交互項都不顯著；二次項都極顯著。對回歸方程逐步回歸，刪除不顯著項，再求一階偏導(dǎo)，并令其為0，得最佳工藝參數(shù)占空比0.6 s/s、超聲溫度66.3℃和超聲時間10.2 min，此時理論離心沉淀率0.2391%。重復(fù)驗證3次，實際離心沉淀率0.2427%。

2.3 產(chǎn)品質(zhì)量指標

（1）感官指標。灰白色，色澤均勻；富有銀杏、黑米和乳特有的自然清香氣味；酸甜適中，復(fù)合風(fēng)味明顯、有層次感。

圖6 占空比、超聲溫度及其相互作用的響應(yīng)面和等高線

圖7 占空比、超聲時間及其相互作用的響應(yīng)面和等高線

（2）理化指標。pH值4.2～4.5，可溶性固形物8.2%～8.6%。

（3）衛(wèi)生指標。細菌總數(shù)≤100 CFU/mL，大腸桿菌數(shù)≤3 MPN/100mL。

圖8 超聲溫度、超聲時間及其相互作用的響應(yīng)面和等高線

3 結(jié)論

銀杏果黑米乳復(fù)合飲料的最佳發(fā)酵工藝參數(shù)為乳酸菌用量6%、發(fā)酵溫度52℃和發(fā)酵時間1 h，此時得分90.7分；超聲波強化穩(wěn)定性工藝參數(shù)為占空比0.6 s/s、超聲溫度66.3℃和超聲時間10.2 min，此時離心沉淀率為0.2427%；將銀杏果、黑米和脫脂乳粉制成的復(fù)合發(fā)酵飲料自然清香、酸甜適中、復(fù)合風(fēng)味明顯。

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Optimization of fermentation process and ultrasonic-assisted stability process of compound beverage of ginkgo fruit，black rice and skimmed milk powder

LI Chao
(College of Food Engineering,Xuzhou Institute of Technology,Xuzhou 221018,China)

The fermentation process and ultrasonic-assisted stability process of the compound beverage made from ginkgo fruit,black rice and skimmed milk powder was studied in the paper.The results showed that the dosage of lactic acid bacteria,fermentation temperature and fermentation time were very significant,and the best fermentation conditions of compound beverage of ginkgo fruit,black rice and skimmed milk powder were obtained as follows:dosage of lactic acid bacteria 6%,fermentation temperature 52℃and fermentation time 1 h.Under the optimized conditions,it can be included that the sensory score was 90.7.The duty ratio was significant,ultrasonic treatment time very sig?nificant and ultrasonic treatment time insignificant.The optimum conditions of the ultrasonic-assisted stability process were obtained as fol?lows:duty ratio 0.6 s/s,ultrasonic treatment temperature 66.3℃,ultrasonic treatment time 10.2 min.Under the optimized conditions,it can be coucluded that the best centrifugal sedimentation rate was 0.2427%.The compound fermentation beverage prepared in the optimal condi?tions exhibited a taste of natural fragrance,moderate sweet and sour,and obvious complex flavor.

Ginkgo fruit;black rice;skim milk powder;fermentation process;stability process

TS252.54

A

1001-2230（2017）05-0059-06

2016-08-15

國家星火計劃項目(2014GA690103);國家科技富民強縣專項行動計劃項目(BN2012102);江蘇省蘇北科技發(fā)展計劃項目(BN2015018);江蘇省高校自然科學(xué)研究項目(13KJD550006)。

李超(1978－)，男，副教授，研究方向為天然產(chǎn)物化學(xué)和食品加工。