甘蔗乳酸菌飲料制備工藝的優(yōu)化

楊建波，黃嬌麗，陳信賢，韋海輪

（百色學(xué)院農(nóng)業(yè)與食品工程學(xué)院，廣西百色533000）

甘蔗（Saccharum officinarum）是一種熱帶亞熱帶多年生的藥食兩用的禾本科作物，莖液中含有大量的水分、糖分及人體所需的氨基酸、維生素等其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，是國(guó)內(nèi)外食用糖生產(chǎn)的主要原料和酵母、糠醛等副產(chǎn)品的生產(chǎn)原料[1-2]。中國(guó)傳統(tǒng)中醫(yī)認(rèn)為，甘蔗有清熱潤(rùn)燥、生津下氣、補(bǔ)肺益胃的特殊效果。在眾多的水果之中含鐵量較高，有“補(bǔ)血果”之稱[3]。此外，甘蔗汁含有抗氧化成分，具有較高的養(yǎng)生價(jià)值[4]。

近年來(lái)，我國(guó)果汁飲料消費(fèi)量逐年遞增，市場(chǎng)前景廣闊[2]。其中乳酸發(fā)酵型果蔬汁飲料因其高吸收、高營(yíng)養(yǎng)以及風(fēng)味獨(dú)特等優(yōu)點(diǎn)，受到廣大消費(fèi)者的青睞，具有很大的開(kāi)發(fā)價(jià)值[5]。以植物性乳酸菌發(fā)酵而制成飲料“蔬菜的戰(zhàn)士”，在日本市場(chǎng)上受到消費(fèi)者的喜愛(ài)[6]。張玉慧[7]研究得出最佳原料配比為藍(lán)莓果汁濃度30%、葡萄糖8%、脫脂乳3%，宜在接種4.9%的復(fù)合菌種（干酪乳桿菌 ∶植物乳桿菌=1∶2）后于36℃下發(fā)酵23 h。邢賀欽[8]優(yōu)化工藝并通過(guò)添加5%的混合菌劑（保加利亞乳桿菌 ∶嗜熱鏈球菌=1∶1）后于37℃下發(fā)酵12 h的方法制得南瓜-苦瓜-胡蘿卜-洋蔥復(fù)合蔬菜汁發(fā)酵飲料。馮平平[9]通過(guò)單因素和正交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，將無(wú)花果汁、山藥汁、棗汁按50∶40∶9體積比混合并接種3%的混合菌種（保加利亞乳桿菌∶嗜熱鏈球菌=1∶1）后于40℃下發(fā)酵24 h，再以等量水、糖9%、檸檬酸0.3%進(jìn)行調(diào)配，可制得最優(yōu)的產(chǎn)品。

在上述發(fā)酵型飲料生產(chǎn)中，一般采用嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌作為發(fā)酵菌種，二者共生且相互作用，通過(guò)產(chǎn)酸、胞外多糖、風(fēng)味物質(zhì)來(lái)影響發(fā)酵產(chǎn)品的質(zhì)地和風(fēng)味[10-13]。此外，研究表明，乳酸菌具有營(yíng)養(yǎng)、凈化調(diào)節(jié)腸道、拮抗病原菌和促進(jìn)益生菌、降膽固醇、降血壓、增強(qiáng)機(jī)體免疫等多種功能[14]。

甘蔗是廣西的第一大戰(zhàn)略經(jīng)濟(jì)作物和支柱產(chǎn)業(yè)，種植面積廣，產(chǎn)量大，占全國(guó)總產(chǎn)糖量的65%左右，影響著我國(guó)的食用糖產(chǎn)業(yè)，是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民增收的主要經(jīng)濟(jì)來(lái)源[1-2，15]。為了推動(dòng)甘蔗深加工產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、豐富市面飲料的種類并減少發(fā)酵飲料制備對(duì)白砂糖的消耗，以糖料蔗蔗汁為原料，利用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌的混合菌發(fā)酵蔗汁制備乳酸菌型蔗汁飲料，通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)研究接種量、發(fā)酵時(shí)間、發(fā)酵溫度3個(gè)因素對(duì)蔗汁發(fā)酵效果的影響，根據(jù)感官評(píng)價(jià)對(duì)發(fā)酵工藝進(jìn)行優(yōu)化，為蔗汁飲料開(kāi)發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 材料

甘蔗：百色市四塘鎮(zhèn)；菌種（嗜熱鏈球菌與保加利亞乳桿菌為1∶1，食品級(jí)）：北京川秀科技有限公司。

1.1.2 試劑

葡萄糖（分析純）、乙醇（分析純）：天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司；氫氧化鈉（分析純）：上海國(guó)藥集團(tuán)；鹽酸（分析純）：廉江市愛(ài)廉化學(xué)試劑公司；3，5-二硝基水楊酸（分析純）：上海展云化工有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

LCZ-80甘蔗榨汁機(jī)：浙江應(yīng)曉工貿(mào)有限公司；BIC-300人工氣候箱：上海博迅實(shí)業(yè)有限公司；HXHX-3電熱鼓風(fēng)干燥箱：蘇州恒新烘箱電爐制造設(shè)備公司；pHS-3C酸度計(jì)：上海雷磁儀器廠；PAL-1糖度計(jì)：維欣儀奧科技公司；WYT型手持糖度計(jì)：上海易測(cè)儀器設(shè)備有限公司；UV2700紫外分光光度計(jì)：廈門儀宸科技有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

新鮮甘蔗→清洗→去皮→榨汁→過(guò)濾→滅菌→接種→發(fā)酵→冷藏

1.3.2 操作要點(diǎn)

原料選擇：選用健康、新鮮的糖料蔗蔗莖。

榨汁：將甘蔗洗凈后削皮、榨汁，經(jīng)無(wú)菌紗布過(guò)濾后裝罐。

滅菌：采用巴氏殺菌法進(jìn)行蔗汁滅菌，最大限度地保留蔗汁的營(yíng)養(yǎng)成分和清香味。

接種：按照一定的比例（菌種質(zhì)量/蔗汁體積）將發(fā)酵菌種直投式接種到滅菌后降溫至28℃的蔗汁。

1.3.3 單因素試驗(yàn)

根據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)果，在接種量0.6%，發(fā)酵溫度40℃，發(fā)酵時(shí)間11 h的工藝條件的基礎(chǔ)上對(duì)接種量、發(fā)酵溫度及發(fā)酵時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行單因素試驗(yàn)，接種量為0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%，發(fā)酵溫度為 36、38、40、42、44 ℃，發(fā)酵時(shí)長(zhǎng)為 6、8、10、12、14 h。通過(guò)對(duì)制備好的飲料的感官評(píng)分和pH值測(cè)定來(lái)評(píng)價(jià)各因素對(duì)飲料品質(zhì)的影響。

1.3.4 正交試驗(yàn)

基于單因素試驗(yàn)的感官評(píng)價(jià)得分，找出每個(gè)因素的較優(yōu)水平，進(jìn)而采用L9（34）正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)，因素水平如表1所示。

表1 甘蔗乳酸菌飲料發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗(yàn)的因素及水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment for fermentation conditions optimization of sugarcane lactobacillus beverage

1.3.5 感官評(píng)價(jià)

待蔗汁發(fā)酵完成后，由30個(gè)人按照既定感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)組織狀態(tài)、香味、色澤和滋味進(jìn)行綜合性評(píng)分，進(jìn)而據(jù)此分析較優(yōu)的工藝條件。感官評(píng)分表見(jiàn)表2。

表2 甘蔗乳酸菌飲料的感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standard of sugarcane lactobacillus beverage

1.3.6 指標(biāo)測(cè)定

總酸含量采用GB/T 12456-2008《食品中總酸的測(cè)定》中的酸堿滴定法進(jìn)行測(cè)定；總糖含量采用GB/T 15038-2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》中的直接滴定法進(jìn)行測(cè)定；pH值用pH計(jì)進(jìn)行測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

數(shù)據(jù)處理、極差分析以及圖表制作均通過(guò)Microsoft Office Excel 2007軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 接種量對(duì)pH值和感官評(píng)價(jià)的影響

接種量對(duì)甘蔗乳酸菌飲料pH值和感官評(píng)價(jià)的影響見(jiàn)圖1。

圖1 接種量對(duì)甘蔗乳酸菌飲料pH值和感官評(píng)價(jià)的影響Fig.1 Effect of inoculum on pH and sensory evaluation of sugarcane lactobacillus beverage

如圖1所示，在0.1%～0.9%的接種量范圍內(nèi)，隨著接種量的增加，蔗汁中的乳酸菌產(chǎn)酸量隨著菌種接種量的增加而增多，而蔗汁發(fā)酵液的感官評(píng)價(jià)得分先升高后下降，并在接種量為0.5%時(shí)的蔗汁發(fā)酵飲料的感官評(píng)價(jià)最好，平均得分為79.0分。由此看來(lái)，在發(fā)酵溫度40℃、發(fā)酵時(shí)長(zhǎng)8 h的條件下，菌種的接種量在0.5%左右較為適宜。

2.1.2 發(fā)酵溫度對(duì)pH值和感官評(píng)價(jià)的影響

發(fā)酵溫度對(duì)甘蔗乳酸菌飲料pH值和感官評(píng)價(jià)的影響見(jiàn)圖2。

圖2 發(fā)酵溫度對(duì)甘蔗乳酸菌飲料pH值和感官評(píng)價(jià)的影響Fig.2 Effect of fermentation temperature on pH and sensory evaluation of sugarcane lactobacillus beverage

由圖2可知，發(fā)酵溫度在36℃～44℃范圍內(nèi)，隨著發(fā)酵溫度的提高，蔗汁中乳酸菌的產(chǎn)酸量隨著發(fā)酵溫度的升高而增多，于40℃以上的溫度下發(fā)酵的蔗汁的pH值下降更快，而感官評(píng)價(jià)得分呈先升高后下降的變化，且在接種量0.5%和發(fā)酵時(shí)間8 h的條件下，40℃發(fā)酵的蔗汁飲料的感官評(píng)價(jià)最好，平均得分為78.2分?？梢?jiàn)，在接種量0.5%和發(fā)酵時(shí)間8 h的條件下，發(fā)酵溫度40℃較為適宜。

2.1.3 發(fā)酵時(shí)間對(duì)pH值和感官評(píng)價(jià)的影響

發(fā)酵時(shí)間對(duì)甘蔗乳酸菌飲料pH值和感官評(píng)價(jià)的影響見(jiàn)圖3。

圖3 發(fā)酵時(shí)間對(duì)甘蔗乳酸菌飲料pH值和感官評(píng)價(jià)的影響Fig.3 Effect of fermentation time on pH and sensory evaluation of sugarcane lactobacillus beverage

由圖3可知，在6 h～14 h的發(fā)酵時(shí)間里，蔗汁中乳酸菌的產(chǎn)酸量隨著發(fā)酵時(shí)間的增加而增加，其中，蔗汁在發(fā)酵8 h～10 h之間的pH值快速降低，而感官評(píng)價(jià)得分則在6 h～14 h的發(fā)酵時(shí)間里先升高而后下降，并在發(fā)酵時(shí)間為10 h時(shí)蔗汁發(fā)酵飲料口感最好，感官評(píng)價(jià)平均得分為81.9分。可見(jiàn)，在接種量0.5%和發(fā)酵溫度40℃的條件下，發(fā)酵10 h較為適宜。

2.2 正交試驗(yàn)

甘蔗乳酸菌飲料發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果與分析見(jiàn)表3。

如表3中正交試驗(yàn)分析結(jié)果所示，極差RA＞RB＞RC，即3個(gè)因素對(duì)蔗汁發(fā)酵飲料感官評(píng)價(jià)結(jié)果的影響大小排序?yàn)椋航臃N量＞發(fā)酵時(shí)間＞發(fā)酵溫度。由表3中k值可知，當(dāng)接種量為0.6%、發(fā)酵時(shí)間為11 h、發(fā)酵溫度為41℃時(shí)的感官評(píng)價(jià)最高，即得到的最優(yōu)發(fā)酵工藝為A3B3C3。然而發(fā)酵溫度在39℃～41℃之間時(shí)，極差R值與試驗(yàn)誤差（空白列）相當(dāng)，可見(jiàn)其對(duì)乳酸菌型蔗汁發(fā)酵飲料的感官評(píng)價(jià)影響不大，所以正交試驗(yàn)中感官評(píng)分最高的工藝條件A3B3C2比A3B3C3更容易實(shí)現(xiàn)也更經(jīng)濟(jì)。進(jìn)一步將兩組發(fā)酵工藝進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn)，根據(jù)10個(gè)人的感官評(píng)價(jià)結(jié)果，最終確定最優(yōu)的發(fā)酵工藝為A3B3C2，即接種量0.6%，發(fā)酵溫度40℃，發(fā)酵時(shí)間11 h。

表3 甘蔗乳酸菌飲料發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 3 Results and analysis of orthogonal experiment for fermentation conditions optimization of sugarcane lactobacillus beverage

2.3 理化指標(biāo)

采用最優(yōu)工藝制得的發(fā)酵產(chǎn)品部分理化性質(zhì)如表4所示。其可溶性固形物達(dá)15.0%，總酸和總糖含量分別為30.2 mg/mL和41.3 mg/mL，pH值為4.09，為酸甜口味。

表4 最優(yōu)發(fā)酵條件下的甘蔗乳酸菌飲料的理化特性Table 4 Physical and chemical properties of sugarcane lactobacillus beverage under optimal fermentation conditions

3 結(jié)論

本研究以甘蔗為原料，利用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌的混合菌發(fā)酵蔗汁制成乳酸菌型飲料，以pH值和感官評(píng)分作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)確定了乳酸菌型蔗汁發(fā)酵飲料的最優(yōu)發(fā)酵工藝為菌種接種量0.6%，發(fā)酵時(shí)間11 h，發(fā)酵溫度40℃。采用最優(yōu)工藝所制得的乳酸菌型蔗汁發(fā)酵飲料的pH值為4.09，總酸含量為30.2 mg/mL，總糖含量為41.3 mg/mL。此研究所用原料豐富，制備工藝簡(jiǎn)單，為進(jìn)一步豐富蔗汁發(fā)酵飲品的種類提供工藝參考。