石榴蘆薈檸檬復(fù)合發(fā)酵飲料的研制

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。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

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。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

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 石榴蘆薈檸檬復(fù)合發(fā)酵飲料的研究

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。

1.4 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

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)

1.5 感官評(píng)測(cè)方法

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 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

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。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化

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

2.3 響應(yīng)面因素交互分析

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

3 結(jié)論

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。