響應(yīng)面法優(yōu)化甘蔗芭蕉復(fù)合發(fā)酵液的制備工藝

余森艷 何澤 蘇秀芳 盧珍蘭 李志紅 王強(qiáng)

（1. 廣西民族師范學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院 廣西崇左 532200；2. 廣西民族師范學(xué)院甘蔗產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新中心 廣西崇左 532200）

被譽(yù)為“中國(guó)糖都”的廣西崇左市，是全國(guó)甘蔗種植和蔗糖生產(chǎn)的最大基地[1-2]。甘蔗汁多味甜，還富含多酚、黃酮等成分，抗氧化、抗炎癥、抗基因變異的作用較強(qiáng)[3-4]。甘蔗是我國(guó)糖業(yè)的重要組成部分，但其產(chǎn)業(yè)鏈比較單一，且制糖后營(yíng)養(yǎng)成分會(huì)有所損失，若將甘蔗直接用于食品深加工領(lǐng)域?qū)⒋笥锌蔀?。芭蕉是熱帶地區(qū)盛產(chǎn)的一種藥食兼用的水果，在我國(guó)南方大部分地區(qū)，如廣西、云南、海南等地都有栽培[5]。芭蕉含有多種維生素、糖類以及鈣、磷、鐵等微量元素，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高[6]，味道清甜爽口，且具有開(kāi)胃消食等功效。但芭蕉成熟后不耐貯藏運(yùn)輸，鮮銷能力有限，深加工目前還比較匱乏。

復(fù)合水果發(fā)酵液，是以多種鮮果為原料，經(jīng)過(guò)酵母菌、乳酸菌等微生物發(fā)酵而成的功能性發(fā)酵液[7]。通過(guò)益生菌發(fā)酵后，水果中的有益成分能保留在產(chǎn)品中，而且水果中所富含的花青素以及多種酶類，如蛋白酶、多酚氧化酶、SOD（超氧化物歧化酶）等[8]，使得發(fā)酵液具有抗氧化、抗衰老、抑菌的功效[9]。同時(shí)，多種益生菌混合發(fā)酵，協(xié)同作用，還可以賦予產(chǎn)品獨(dú)特的風(fēng)味，提升其保健功能[10]。將甘蔗與芭蕉復(fù)合制備成水果發(fā)酵液能充分利用我國(guó)廣西地區(qū)甘蔗、芭蕉資源，解決芭蕉不耐貯運(yùn)的困境，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，開(kāi)拓農(nóng)產(chǎn)品資源利用途徑，還能將甘蔗和芭蕉中特有的營(yíng)養(yǎng)成分和豐富的活性物質(zhì)通過(guò)益生菌發(fā)酵來(lái)提升其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及功能特性，為新型水果復(fù)合發(fā)酵液的研發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

甘蔗、芭蕉，崇左農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)；精幼砂糖，安琪酵母（赤峰）有限公司；檸檬酸（食品級(jí)），山東濰坊英軒實(shí)業(yè)有限公司；VC（食品級(jí)），河南萬(wàn)邦實(shí)業(yè)有限公司；酵母菌（SY 型果酒專用酵母）、乳酸菌（由嗜熱鏈球菌、保加利亞乳桿菌組合的2 菌型乳酸發(fā)酵劑），安琪酵母股份有限公司。

95%乙醇溶液、0.05 mol/L 氫氧化鈉溶液、Tris-HCl 緩沖液，飛凈生物科技有限公司；0.1 mol/L 鹽酸溶液，深圳市鋮遠(yuǎn)科技有限公司；1%酚酞溶液，廣西和為醫(yī)藥科技有限公司；DPPH，合肥巴斯夫生物科技有限公司；3,5-二硝基水楊酸、過(guò)氧化氫，成都市科隆化學(xué)品有限公司。

BD-320HEM 冰箱，青島海爾特種電冰柜有限公司；JYZ-E3C 原汁機(jī)，九陽(yáng)股份有限公司；YP5002 電子天平，上海佑科儀器儀表有限公司；C21-WT2103A 電磁爐，廣東美的生活電器制造有限公司；PAL-1 數(shù)顯折射計(jì)，廣州市愛(ài)宕科學(xué)儀器有限公司；AK002C 數(shù)顯糖度計(jì)，深圳市測(cè)友科技有限公司；UV759CRT 紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海佑科儀器儀表有限公司；LRHS-250-II 恒溫培養(yǎng)箱，上海躍進(jìn)醫(yī)療器械有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程① 甘蔗→去皮切塊→壓榨→過(guò)濾→甘蔗原汁；

② 芭蕉→去皮切塊→滅酶→護(hù)色打漿→芭蕉漿；

1.2.2 操作要點(diǎn)（1）甘蔗原汁的制備 選擇汁液較多、無(wú)霉變的甘蔗，清洗、去皮、切塊，壓榨滅菌獲得甘蔗原汁，備用。

（2）芭蕉漿的制備 選擇新鮮無(wú)腐爛，成熟度適中的芭蕉，去皮切塊后過(guò)沸水熱燙2 min 滅酶，按料液比1:3（m:m）比例加入清水，再分別加入0.05%的維生素C 和檸檬酸，混合均勻后打漿，獲得芭蕉漿備用。

（3）混合調(diào)糖 以1:1（m:m）的比例將甘蔗原汁、芭蕉漿混合均勻，再添加蔗糖調(diào)整到適宜的糖度。

（4）殺菌、冷卻 滅菌溫度為100℃，保持15 min。殺菌后立即冷卻至室溫。

（5）酵母菌發(fā)酵 向混合液中加入果酒專用酵母并攪拌均勻，然后放入恒溫培養(yǎng)箱中，調(diào)整發(fā)酵溫度進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵時(shí)間為20～28 h。

（6）乳酸菌發(fā)酵 待酵母菌發(fā)酵結(jié)束后，向發(fā)酵液中添加乳酸菌并攪拌均勻，在恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行二次發(fā)酵，調(diào)整適宜的發(fā)酵溫度，發(fā)酵時(shí)間為6～14 h。在發(fā)酵期間注意保持溫度恒定，以更好地促進(jìn)發(fā)酵液風(fēng)味物質(zhì)的形成。

1.2.3 酵母菌發(fā)酵單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)（1）初始糖度對(duì)復(fù)合發(fā)酵液品質(zhì)的影響 在酵母菌添加量為0.5%（調(diào)糖后原料質(zhì)量比，下同）、發(fā)酵溫度為30℃、發(fā)酵時(shí)間為24 h 條件下發(fā)酵，探究初始糖度分別為12%、14%、16%、18%、20%對(duì)復(fù)合發(fā)酵液品質(zhì)的影響，以確定適宜的初始糖度。

（2）酵母菌添加量對(duì)復(fù)合發(fā)酵液品質(zhì)的影響 在初始糖度為16%、發(fā)酵溫度為30℃、發(fā)酵時(shí)間為24 h 條件下發(fā)酵，探究酵母菌添加量分別為0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%對(duì)復(fù)合發(fā)酵液品質(zhì)的影響，以確定酵母菌添加量的適宜范圍。

（3）發(fā)酵溫度對(duì)復(fù)合發(fā)酵液品質(zhì)的影響 在初始糖度為16%、酵母菌添加量為0.5%、發(fā)酵時(shí)間為24 h 條件下發(fā)酵，探究發(fā)酵溫度分別為26、28、30、32、34℃對(duì)復(fù)合發(fā)酵液品質(zhì)的影響，以確定適宜的發(fā)酵溫度。

（4）發(fā)酵時(shí)間對(duì)復(fù)合發(fā)酵液品質(zhì)的影響 在酵母菌添加量為0.5%、初始糖度為16%、發(fā)酵溫度為30℃條件下發(fā)酵，探究發(fā)酵時(shí)間分別為20、22、24、26、28 h 對(duì)復(fù)合發(fā)酵液品質(zhì)的影響，以確定發(fā)酵時(shí)間的適宜范圍。

（5）酵母菌發(fā)酵復(fù)合發(fā)酵液的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 由10 名食品專業(yè)感官評(píng)價(jià)員（5 名男生和5名女生組成，具有一定的食品感官評(píng)價(jià)理論基礎(chǔ)，下同）對(duì)酵母菌發(fā)酵階段甘蔗芭蕉復(fù)合發(fā)酵液的色澤、香氣、口感、組織形態(tài)進(jìn)行感官評(píng)定。感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表1 所示，感官評(píng)價(jià)結(jié)果取平均值。

表1 酵母菌發(fā)酵階段復(fù)合發(fā)酵液的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

（6）響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì) 在單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，以感官評(píng)分（Y）為響應(yīng)值，初始糖度（A）、酵母菌添加量（B）、發(fā)酵溫度（C）、發(fā)酵時(shí)間（D）4 個(gè)因素進(jìn)行響應(yīng)面分析試驗(yàn)，得出最佳工藝組合，并確定甘蔗芭蕉復(fù)合發(fā)酵液在酵母菌發(fā)酵階段的最佳工藝條件。試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)如表2 所示。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)

1.2.4 乳酸菌發(fā)酵單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)在酵母菌發(fā)酵的基礎(chǔ)上，加入乳酸菌進(jìn)行第二次發(fā)酵。

（1）乳酸菌添加量對(duì)發(fā)酵液品質(zhì)的影響 在發(fā)酵溫度42℃、發(fā)酵時(shí)間10 h 條件下發(fā)酵，探究乳酸菌添加量分別為2%、2.5%、3%、3.5%、4%對(duì)復(fù)合發(fā)酵液品質(zhì)的影響，以確定適宜的乳酸菌添加量范圍。

（2）發(fā)酵時(shí)間對(duì)發(fā)酵液品質(zhì)的影響 在發(fā)酵溫度42℃、乳酸菌添加量3%條件下發(fā)酵，探究發(fā)酵時(shí)間分別為6、8、10、12、14 h 對(duì)復(fù)合發(fā)酵液品質(zhì)的影響，以確定發(fā)酵時(shí)間的適宜范圍。

（3）發(fā)酵溫度對(duì)發(fā)酵液品質(zhì)的影響 在乳酸菌添加量3%、發(fā)酵時(shí)間10 h 條件下發(fā)酵，探究發(fā)酵溫度分別為40、41、42、43、44℃對(duì)復(fù)合發(fā)酵液品質(zhì)的影響，以確定適宜的發(fā)酵溫度。

（4）乳酸菌發(fā)酵后復(fù)合發(fā)酵液的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 由10 名食品專業(yè)感官評(píng)價(jià)員對(duì)乳酸菌發(fā)酵階段甘蔗芭蕉復(fù)合發(fā)酵液的色澤、香氣、口感、組織形態(tài)進(jìn)行感官評(píng)定。感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表3 所示，感官評(píng)價(jià)結(jié)果取平均值。

表3 乳酸菌發(fā)酵階段復(fù)合發(fā)酵液的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

（5）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)感官評(píng)價(jià)的方法，以乳酸菌添加量（A）、發(fā)酵時(shí)間（B）、發(fā)酵溫度（C）為考察因素進(jìn)行正交優(yōu)化試驗(yàn)，以感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為評(píng)定依據(jù)，確定甘蔗芭蕉復(fù)合發(fā)酵液乳酸菌發(fā)酵階段的最佳工藝，試驗(yàn)因素水平見(jiàn)表4。

表4 正交試驗(yàn)因素水平表

1.2.5 項(xiàng)目測(cè)定以最佳配方生產(chǎn)的甘蔗芭蕉復(fù)合發(fā)酵液為樣品，測(cè)定其主要理化指標(biāo)。

（1）pH 使用酸度計(jì)測(cè)定。

（2）糖度 數(shù)顯糖度測(cè)定儀測(cè)定。

（3）可溶性固形物含量（TSS） 用數(shù)顯折射計(jì)測(cè)定。

（4）酸度 參照《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品酸度的測(cè)定》（GB 5009.239—2016）方法檢測(cè)。

（5）抗氧化能力的測(cè)定[11-12]① DPPH 自由基清除能力的測(cè)定，取0.2 mL 試樣加入到1.8 mL水中，然后再加入2 mL 0.1 mmol/L 的DPPH 的乙醇溶液，樣品搖勻后在室溫下避光反應(yīng)30 min，利用分光光度計(jì)測(cè)定517 nm 處的吸光值。發(fā)酵前樣品代替試樣作為自身對(duì)照組。重復(fù)測(cè)定3 次，結(jié)果取平均值。DPPH 清除率按照式（1）計(jì)算。

式中：Ai為2 mL DPPH 和2 mL 試樣混合后在517 nm 處的吸光值；Aj=2 mL 試樣和2 mL 乙醇混合后在517 nm 處的吸光值；A0=2 mL DPPH和2 mL 乙醇混合后在517 nm 處的吸光值。

② 羥自由基清除能力的測(cè)定，將 1 mL 9 mmol/L FeSO4、1.0 mL 9 mmol/L 水楊酸及1 mL的試樣加入到試管中，再加入1 mL 8.8 mmol/L H2O2溶液?jiǎn)?dòng)反應(yīng)，于37℃下反應(yīng)30 min，利用分光光度計(jì)測(cè)定510 nm 處的吸光值?？瞻讟悠芬哉麴s水替代試樣。發(fā)酵前樣品代替試樣作為自身對(duì)照組。重復(fù)測(cè)定3 次，結(jié)果取平均值。羥自由基清除率利用式（2）計(jì)算。

式中：Ax為試樣吸光度；A0為空白對(duì)照樣品吸光度；Ax0為水替代H2O2的本底吸光度。

③ 超氧陰離子自由基清除能力的測(cè)定，取1 mL 試樣和0.4 mL 25 mmol/L 鄰苯三酚溶液加入到4.5 mL pH 8.2 的Tris-HCl 緩沖液（50 mmol/L）中靜置反應(yīng)25 min，加入1 mL 8 mmol/L 的HCl溶液結(jié)束反應(yīng)，然后利用分光光度計(jì)測(cè)定樣品299 nm 處的吸光度值。發(fā)酵前樣品代替試樣作為自身對(duì)照組。重復(fù)測(cè)定3 次，結(jié)果取平均值。超氧陰離子自由基清除率利用式（3）計(jì)算。

式中：Ax為試樣吸光度；A0為空白對(duì)照樣品吸光度；Ax0為水替代鄰苯三酚的本底吸光度。

1.2.6 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Excel 完成數(shù)據(jù)整理，SPSS 20.0 軟件進(jìn)行方差分析及顯著性差異分析，利用Origin 2019軟件完成單因素試驗(yàn)作圖，運(yùn)用Design-Expert 8.0.6軟件完成響應(yīng)面試驗(yàn)作圖及數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 酵母菌發(fā)酵單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 初始糖度對(duì)甘蔗芭蕉復(fù)合發(fā)酵液的影響由圖1 可知，隨著初始糖度的增加，感官評(píng)分先升后降，當(dāng)初始糖度為16%時(shí)，感官評(píng)分最高，此時(shí)的發(fā)酵液酒香協(xié)調(diào)，口感柔和。初始糖度為12%時(shí)，發(fā)酵出來(lái)的發(fā)酵液酒香較淡，口感一般，且甜度低；初始糖度為20%時(shí)，所得的發(fā)酵液幾乎沒(méi)有酒香，且口感甜膩，可能是由于糖分含量太高，導(dǎo)致復(fù)合發(fā)酵液的滲透壓較大，對(duì)發(fā)酵過(guò)程中的酵母菌生長(zhǎng)造成不利影響，甚至使其凋亡[13]，發(fā)酵難以進(jìn)行。因此，選用初始糖度14%、16%、18%進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。

圖1 初始糖度對(duì)酵母菌發(fā)酵階段感官評(píng)價(jià)的影響

2.1.2 酵母菌添加量對(duì)甘蔗芭蕉復(fù)合發(fā)酵液的影響由圖2 可知，酵母菌添加量在0.4%、0.5%、0.6%時(shí)，感官評(píng)分較高，所得的發(fā)酵液香氣純正、風(fēng)味濃郁。菌種添加量為0.3%，發(fā)酵液酒香不足，口感平淡，略微甜膩，可能是果酒酵母菌數(shù)量偏少，未能充分利用發(fā)酵液的糖類物質(zhì)發(fā)酵；當(dāng)酵母菌添加量為0.7%時(shí)，所得到的發(fā)酵液香氣過(guò)于濃郁，且味道偏苦，滋味不柔和，可能是因?yàn)榻湍妇砑恿窟^(guò)多，糖分消耗迅速，酵母菌代謝速率快，產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物，使感官得分降低[14]。因此，選用酵母菌添加量0.4%、0.5%、0.6%進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。

圖2 酵母菌添加量對(duì)酵母菌發(fā)酵階段感官評(píng)價(jià)的影響

2.1.3 發(fā)酵溫度對(duì)甘蔗芭蕉復(fù)合發(fā)酵液的影響由圖3 可知，隨著發(fā)酵溫度的增加，復(fù)合發(fā)酵液的感官評(píng)分升高，隨后又下降，在發(fā)酵溫度為30℃時(shí)達(dá)到最高。溫度為26 和34℃時(shí)，感官評(píng)分相對(duì)較低，可能是因?yàn)闇囟绕?，果酒酵母生長(zhǎng)速度慢，發(fā)酵不夠完全；發(fā)酵溫度偏高時(shí)，果酒酵母代謝增強(qiáng)，衰老加快，對(duì)產(chǎn)品的風(fēng)味和口感產(chǎn)生不利影響。因此，選用發(fā)酵溫度為28、30、32℃進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。

圖3 發(fā)酵溫度對(duì)酵母菌發(fā)酵階段感官評(píng)價(jià)的影響

2.1.4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)甘蔗芭蕉復(fù)合發(fā)酵液的影響由圖4 可知，感官評(píng)分隨著發(fā)酵時(shí)間的增加而上升，在26 h 時(shí)感官評(píng)分達(dá)到最高，所得的發(fā)酵液香氣協(xié)調(diào)，風(fēng)味最佳，而發(fā)酵時(shí)間為20 h 時(shí)，感官評(píng)分較低，復(fù)合發(fā)酵液香氣不足，口感平淡。當(dāng)發(fā)酵時(shí)間超過(guò)26 h 時(shí)，甘蔗芭蕉復(fù)合發(fā)酵液的口感略帶苦澀，氣味不協(xié)調(diào)。因此，選用發(fā)酵時(shí)間22、24、26 h 進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。

圖4 發(fā)酵時(shí)間對(duì)酵母菌發(fā)酵階段感官評(píng)價(jià)的影響

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)

2.2.1 回歸模型的建立及方差分析利用Design-Expert 8.0.6 軟件對(duì)響應(yīng)面試驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)果如表5 所示。對(duì)表5 中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸擬合，得到自變量（A初始糖度、B酵母菌添加量、C發(fā)酵溫度、D發(fā)酵時(shí)間）與感官評(píng)分（Y）的二次多項(xiàng)回歸方程為：

表5 響應(yīng)面試驗(yàn)方案及結(jié)果

對(duì)表5 試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，結(jié)果見(jiàn)表6，該回歸模型p＜0.05，方程模型顯著，失擬項(xiàng)p=0.521 9＞0.05，不顯著；該回歸模型的決定系數(shù)R2=0.833 9，調(diào)整決定系數(shù)R2Adj=0.667 9，變異系數(shù)CV=1.95。試驗(yàn)結(jié)果表明，模型具有較好的適用性，試驗(yàn)的誤差較低，因此所建立的回歸方程的模型可以采用，利用該模型可以分析和預(yù)測(cè)甘蔗芭蕉復(fù)合發(fā)酵液酵母菌發(fā)酵階段的發(fā)酵工藝條件。

由表6 可知，甘蔗芭蕉復(fù)合發(fā)酵液酵母菌發(fā)酵階段的工藝參數(shù)中，影響感官評(píng)分的因素按主次順序排列：初始糖度（A）＞酵母菌添加量（B）＞發(fā)酵溫度（D）＞發(fā)酵時(shí)間（C），其中模型一次項(xiàng)A初始糖度影響極顯著，B酵母菌添加量、D發(fā)酵溫度顯著，C發(fā)酵時(shí)間不顯著；二次項(xiàng)B2、D2極顯著，A2顯著，C2不顯著；交互項(xiàng)影響均不顯著。

2.2.2 各因素交互作用的響應(yīng)面采用Design Expert 8.0.6 軟件對(duì)影響甘蔗芭蕉復(fù)合發(fā)酵液酵母菌發(fā)酵階段的4 個(gè)因素進(jìn)行交互分析，結(jié)果見(jiàn)圖5。

用Design Expert 8.0.6 響應(yīng)面分析軟件優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果，通過(guò)回歸模型優(yōu)化后的復(fù)合發(fā)酵液酵母菌發(fā)酵階段最佳工藝條件為初始糖度16%、酵母菌添加量 0.48%、發(fā)酵時(shí)間 22 h、發(fā)酵溫度30.18℃，在該條件下感官評(píng)分的預(yù)測(cè)值是90.89分。根據(jù)試驗(yàn)條件調(diào)整初始糖度為 16%、酵母菌添加量為0.5%、發(fā)酵時(shí)間為22 h、發(fā)酵溫度30℃，按此條件進(jìn)行3 次重復(fù)試驗(yàn)，所得甘蔗芭蕉復(fù)合發(fā)酵液酵母菌發(fā)酵的感官評(píng)分平均值為89.66 分，與預(yù)測(cè)值接近，表明響應(yīng)面法所獲得的模型參數(shù)是準(zhǔn)確可靠的，能有效反映出各因素對(duì)甘蔗芭蕉復(fù)合發(fā)酵液的發(fā)酵效果。

2.3 乳酸菌發(fā)酵單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.3.1 乳酸菌添加量對(duì)甘蔗芭蕉復(fù)合發(fā)酵液的影響由圖6 可知，當(dāng)乳酸菌的添加量低于3%時(shí)，復(fù)合發(fā)酵液的感官評(píng)分較低，口感偏差，原因可能是發(fā)酵菌種產(chǎn)酸不足，復(fù)合發(fā)酵液沒(méi)有得到充分發(fā)酵。當(dāng)乳酸菌添加量增加到3%時(shí)，感官評(píng)價(jià)分達(dá)到最高，此時(shí)復(fù)合發(fā)酵液香氣協(xié)調(diào)，口感最佳，滋味酸甜適中，組織狀態(tài)均勻。當(dāng)乳酸菌添加量大于3.0%時(shí)，菌種發(fā)酵產(chǎn)酸能力過(guò)強(qiáng)，口感偏酸。因此，選擇該因素進(jìn)行正交試驗(yàn)的3 個(gè)水平為2.5%、3.0%、3.5%。

2.3.2 發(fā)酵時(shí)間對(duì)甘蔗芭蕉復(fù)合發(fā)酵液的影響由圖7 可知，感官評(píng)分隨著發(fā)酵時(shí)間的增加而上升，當(dāng)發(fā)酵時(shí)間為12 h 時(shí)，感官評(píng)分達(dá)到最大值，復(fù)合發(fā)酵液的品質(zhì)較好。當(dāng)發(fā)酵時(shí)間超過(guò) 12 h時(shí)，感官評(píng)分顯著下降，原因可能是發(fā)酵時(shí)間偏長(zhǎng)，菌種大量繁殖，過(guò)多消耗了復(fù)合發(fā)酵液中的養(yǎng)分，從而使復(fù)合發(fā)酵液的味道變得酸澀、氣味不協(xié)調(diào)[15]。因此，選擇該因素進(jìn)行正交試驗(yàn)的3個(gè)水平為8、10、12 h。

圖7 發(fā)酵時(shí)間對(duì)乳酸菌發(fā)酵階段感官評(píng)價(jià)的影響

2.3.3 發(fā)酵溫度對(duì)甘蔗芭蕉復(fù)合發(fā)酵液的影響溫度是影響乳酸菌生長(zhǎng)發(fā)育及新陳代謝的主要因素。由圖8 可知，在40～42℃時(shí)，感官評(píng)分隨著發(fā)酵溫度的升高而上升，超過(guò)43℃后感官評(píng)分明顯下降，主要原因可能是溫度偏低時(shí)，乳酸菌生長(zhǎng)速度慢，新陳代謝速率低；溫度較高時(shí)，酸化速度加快，對(duì)風(fēng)味物質(zhì)的生成不利，使得復(fù)合發(fā)酵液口感酸澀。因此選擇該因素進(jìn)行正交試驗(yàn)的3 個(gè)水平為41、42、43℃。

圖8 發(fā)酵溫度對(duì)乳酸菌發(fā)酵階段感官評(píng)價(jià)的影響

2.3.4 乳酸菌發(fā)酵工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)根據(jù)乳酸菌發(fā)酵的單因素試驗(yàn)結(jié)果，以感官評(píng)分作為指標(biāo)，選擇三因素三水平L9（33）進(jìn)行正交試驗(yàn)，考察A乳酸菌添加量（%）、B發(fā)酵時(shí)間（h）、C發(fā)酵溫度（℃）3 個(gè)因素對(duì)甘蔗芭蕉復(fù)合發(fā)酵液乳酸菌發(fā)酵階段的影響。乳酸菌發(fā)酵工藝優(yōu)化正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表7 所示，方差分析結(jié)果如表8所示。

表7 乳酸菌發(fā)酵工藝優(yōu)化正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表8 方差分析結(jié)果

由表7 可知，A2B3C3為最佳工藝組合，即乳酸菌添加量為3%、發(fā)酵時(shí)間為12 h、發(fā)酵溫度為43℃。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，影響甘蔗芭蕉復(fù)合發(fā)酵液乳酸菌發(fā)酵階段感官評(píng)分的3 個(gè)因素主次順序依次為A＞C＞B。由表8 可知，乳酸菌添加量的影響極顯著，發(fā)酵溫度的影響顯著，發(fā)酵時(shí)間的影響不顯著。

2.3.5 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果分析由于正交試驗(yàn)表中沒(méi)有出現(xiàn)最佳工藝組合A2B3C3，對(duì)此進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，在最佳工藝條件為乳酸菌添加量3%、發(fā)酵時(shí)間12 h、發(fā)酵溫度43℃的情況下，進(jìn)行3 次平行試驗(yàn)并取平均值，得到甘蔗芭蕉復(fù)合發(fā)酵液的感官評(píng)分為87.67 分，與正交試驗(yàn)表7 中所有因素組合相比，感官評(píng)分較高，可將A2B3C3作為甘蔗芭蕉復(fù)合發(fā)酵液乳酸菌發(fā)酵工藝的最佳組合。

2.4 甘蔗芭蕉復(fù)合發(fā)酵液體外抗氧化活性測(cè)定結(jié)果

根據(jù)甘蔗芭蕉復(fù)合發(fā)酵的最優(yōu)制備工藝條件，對(duì)其進(jìn)行體外抗氧化能力測(cè)定，同時(shí)以未發(fā)酵時(shí)的樣品做為自身對(duì)照。結(jié)果如表9 所示，經(jīng)酵母菌和乳酸菌共同發(fā)酵之后，甘蔗芭蕉復(fù)合發(fā)酵液較未發(fā)酵之前的抗氧化能力得到了較大提升，這與侯金麗[16]研究刺梨植物乳桿菌發(fā)酵飲料時(shí)的結(jié)果類似。

表9 甘蔗芭蕉復(fù)合發(fā)酵液抗氧化能力測(cè)定結(jié)果單位：%

3 結(jié)論

以甘蔗、芭蕉為原料，兩原料以1:1（m:m）的比例混合均勻，采用酵母菌和乳酸菌協(xié)同發(fā)酵，制備甘蔗芭蕉復(fù)合發(fā)酵液。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行響應(yīng)面分析，得出酵母菌發(fā)酵的最優(yōu)工藝條件：初始糖度16%、酵母菌添加量0.5%、發(fā)酵溫度30℃、發(fā)酵時(shí)間22 h；通過(guò)正交試驗(yàn)分析得出乳酸菌發(fā)酵的最優(yōu)工藝條件：乳酸菌添加量3%，發(fā)酵時(shí)間12 h，發(fā)酵溫度43℃。在此工藝條件下制備的甘蔗芭蕉復(fù)合發(fā)酵液色澤呈淡黃色，酸甜適宜，香氣協(xié)調(diào),口感醇厚。發(fā)酵后的甘蔗芭蕉復(fù)合發(fā)酵液pH、可溶性固形物含量、總酸分別為4.2、13.5%、3.95 g/100 mL。在最優(yōu)條件下對(duì)甘蔗芭蕉復(fù)合發(fā)酵液進(jìn)行體外抗氧化活性測(cè)定，發(fā)現(xiàn)該復(fù)合發(fā)酵液具有一定的抗氧化能力，DPPH自由基清除率達(dá)到60.97%，羥自由基清除率為45.09%，超氧自由基清除率為50.7%。

本研究采用酵母菌、乳酸菌協(xié)同發(fā)酵，不僅增加了產(chǎn)品的風(fēng)味物質(zhì)，還可調(diào)節(jié)人體腸道菌群，促進(jìn)代謝和能量吸收，能較好地滿足人們對(duì)水果復(fù)合發(fā)酵液飲品在營(yíng)養(yǎng)、健康方面的追求，同時(shí)也可為廣西甘蔗、芭蕉產(chǎn)業(yè)的深加工提供參考依據(jù)。