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    無酒精番木瓜汁發(fā)酵飲料的制備工藝

    2023-07-04 03:47:47張帆黃瑤凌明慧蘇佳駿勞日毫閉金棟
    廣西科技大學(xué)學(xué)報 2023年2期
    關(guān)鍵詞:酵母菌

    張帆 黃瑤 凌明慧 蘇佳駿 勞日毫 閉金棟

    摘要:以番木瓜汁為原料制備番木瓜汁發(fā)酵飲料,研究無酒精發(fā)酵飲料的工藝條件。制備方法:先添加酵母菌,發(fā)酵2d,滅活酵母菌后,再添加醋酸菌和乳酸菌,繼續(xù)發(fā)酵,酵母菌、醋酸菌、乳酸菌接種體積比為1:1:1。菌種生長曲線測定結(jié)果顯示各菌株的最佳接種菌齡分別為:酵母菌為20 h(2.Oxl07 CFU/mL),醋酸菌為20 h(4.OxlOa CFU/mL),乳酸菌為12 h(I.OX108 CFU/mL)。正交實驗結(jié)果表明:番木瓜汁發(fā)酵飲料的最佳發(fā)酵工藝為:初始SSC(可溶性固形物含量)為30%,接種量為g%,發(fā)酵周期為4d。發(fā)酵液經(jīng)殺菌,置于4 0C冰箱中冷藏3d,澄清后,棄沉淀物,取上清液,所得產(chǎn)品不含酒精,pH值為3.53,SSC為14%,維生素C質(zhì)量濃度為31.98 mg/(100 9),羥基自由基清除率為90.1%;色澤呈橙紅色,具有番木瓜濃郁香氣,口感酸甜協(xié)調(diào)。關(guān)鍵詞:番木瓜;發(fā)酵飲料;接種菌齡;發(fā)酵工藝;感官評價中圖分類號:TS275.4; Q939.99

    DOI:10. 1637 5/j .cnki.cn4 5-139 5/t.2023.02.017

    0引言

    番木瓜(Carica papaya Linn.)又名木瓜,屬番木瓜科、番木瓜屬,多年生肉質(zhì)草本植物,主產(chǎn)地在熱帶和亞熱帶地區(qū),廣泛栽培于中國福建、臺灣、廣東、廣西、云南等省、自治區(qū)。番木瓜不僅可以作為水果鮮食,還可以用來加工果干、果汁、果醬和酶制劑等產(chǎn)品。番木瓜富含木瓜酵素(木瓜蛋白酶),具有良好的助消化作用,且含有豐富的糖類、多酚、番木瓜堿、有機(jī)酸等物質(zhì),具有抗氧化、降血糖及抑菌等多種功效[1-3]。

    近年來,在實驗室研究階段,利用益生菌發(fā)酵生產(chǎn)果蔬酵素或發(fā)酵飲料的研究成果較多,但市場轉(zhuǎn)化較少,還沒有實現(xiàn)市場大量推廣銷售[4-5]。酵素生產(chǎn)一般周期較長,需要幾個月時間,而發(fā)酵飲料生產(chǎn)周期較短,僅需數(shù)日。此外,發(fā)酵飲料營養(yǎng)豐富、口味獨特、助消化,符合人體對健康、美味的需求,利于市場推廣。在利用果蔬生產(chǎn)發(fā)酵飲料的研究中,絕大多數(shù)利用乳酸菌進(jìn)行發(fā)酵[4-7],少數(shù)利用酵母菌混合乳酸菌或醋酸菌進(jìn)行發(fā)酵[8-10]。在木瓜品種方面,有研究利用光皮木瓜、野木瓜、番木瓜發(fā)酵生產(chǎn)酵素或乳酸菌飲料[11-13],但利用酵母菌、醋酸菌、乳酸菌混合發(fā)酵生產(chǎn)番木瓜汁發(fā)酵飲料的研究尚未見報道。研究表明,使用多菌種混合發(fā)酵可以增加產(chǎn)品的風(fēng)味和功能【5】,多菌種復(fù)合發(fā)酵產(chǎn)物可能比單菌種發(fā)酵產(chǎn)物能更好地促進(jìn)健康[10】,但在利用酵母菌發(fā)酵果蔬飲料時,常常因為有酒味而受眾不多。為解決以上問題,本研究以番木瓜汁為原料,用酵母菌、醋酸菌、乳酸菌進(jìn)行發(fā)酵,采用先加入酵母菌發(fā)酵后滅活,再添加醋酸菌、乳酸菌的接種方法,以感官評分為指標(biāo)進(jìn)行最佳發(fā)酵條件的篩選,并進(jìn)行感官評分和相關(guān)指標(biāo)檢測,得到的飲品香氣濃郁,酸甜可口,營養(yǎng)豐富,為番木瓜的深加工和果蔬發(fā)酵飲料產(chǎn)品開發(fā)提供參考依據(jù)。

    1材料和方法

    1.1材料

    番木瓜:市售;菌種:果酒酵母(安琪酵母股份有限公司);醋酸菌(中科1.41號滬釀醋酸菌),購于滬釀曲種淘寶店;乳酸菌(植物乳桿菌),廣西某大學(xué)微生物學(xué)實驗室提供。

    1.2培養(yǎng)基

    醋酸菌培養(yǎng)基:葡萄糖10/-,酵母提取物1%,檸檬酸0. 1%,Na:HPO。-12H:0 0.5%,瓊脂2%,pH 5.8[14]。

    酵母菌PDA培養(yǎng)基:去皮馬鈴薯20%,葡萄糖10/-,瓊脂1 .8%(配制液體培養(yǎng)基時則不加瓊脂),121 0C滅菌20 min。

    乳酸菌MRS培養(yǎng)基:蛋白胨1%,牛肉膏1%,酵母粉0.5%,葡萄糖2%,乙酸鈉0.5%,檸檬酸氫二胺0.2%,吐溫-80 0.1%,磷酸氫二鉀0.2%,七水硫酸鎂0.02%,七水硫酸錳0.005%,瓊脂2%(配制液體培養(yǎng)基時則不加瓊脂),pH值為6.2-6.4,121 0C滅菌20 min。

    脫脂牛奶培養(yǎng)基‘”1:12g脫脂奶粉溶于100 mL蒸餾水中,115 0C滅菌20 min。

    1.3方法

    1.3.1 測定菌種生長曲線,確定接種菌齡

    培養(yǎng)步驟:利用斜面培養(yǎng)基進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)(溫度為30 0C,乳酸菌培養(yǎng)ld,醋酸菌和酵母菌培養(yǎng)2 d),用1 mL生理鹽水洗脫1支菌種斜面,然后接種至100 mL液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)(乳酸菌和酵母菌靜置培養(yǎng);醋酸菌以240 r/min的轉(zhuǎn)速進(jìn)行搖床培養(yǎng));酵母菌、醋酸菌培養(yǎng)44 h,每隔4h取樣測定吸光度,乳酸菌培養(yǎng)30 h,每隔2h取樣測定吸光度;制作菌種生長曲線,通過傾注培養(yǎng)法測菌數(shù),確定接種菌齡。

    測定方法:1)取1 mL菌液至離心管中,8 000r/min離心2 min。同時取樣進(jìn)行平板稀釋傾注法測定菌數(shù);2)棄去上清液,將沉淀在比色管中稀釋至5 mL,以生理鹽水為空白對照,測定OD,。。;3)根據(jù)吸光度制作酵母菌、乳酸菌和醋酸菌的生長曲線圖,并對照菌數(shù)確定接種菌齡。

    1.3.2發(fā)酵工藝流程

    木瓜經(jīng)清洗、去皮、去籽、切塊、榨汁、過濾、調(diào)糖、煮沸殺菌、冷卻、接種、發(fā)酵、巴氏消毒、冷藏、澄清、去沉淀后獲得產(chǎn)品。

    工藝要點:

    1)木瓜汁的制備:稱取定量的成熟、無發(fā)霉、無變質(zhì)的番木瓜,去皮、去籽后榨汁,用專用過濾紗網(wǎng)進(jìn)行過濾后備用。

    2)調(diào)糖:將木瓜汁按照體積比I:I加水,分裝于無菌瓶內(nèi),再將白砂糖加入木瓜汁中,混勻后通過手持糖度儀對其SSC(可溶性固形物含量)進(jìn)行測定,將其初始SSC調(diào)整至設(shè)定值。

    3)殺菌:隔水煮沸5 min后冷卻。

    4)接種發(fā)酵:將酵母菌、醋酸菌、乳酸菌菌種分別轉(zhuǎn)接到液體培養(yǎng)基中,培養(yǎng)至相應(yīng)接種菌齡。先接種酵母菌,2d后隔水煮沸5 min來滅活酵母菌,冷卻后再接入醋酸菌和乳酸菌。發(fā)酵溫度為30 0C,3種菌按體積比l:I:I接種。

    5)巴氏消毒:將發(fā)酵瓶裝產(chǎn)品放入85。C熱水中保溫10 min。

    6)冷藏、澄清去沉淀:將消毒冷卻后的發(fā)酵瓶裝產(chǎn)品放入4 0C冰箱中冷藏3d,澄清后,棄沉淀物,取上清液,即得產(chǎn)品。1.3.3單因素試驗

    初始SSC梯度分別設(shè)定為18%、22%、26%、30%、34%;發(fā)酵時間梯度分別設(shè)定為3d、4d、Sd、6d、7 d;接種量(3種菌總的接入量)梯度分別設(shè)定為2%、4%、6%、g%、12%。發(fā)酵結(jié)束測定pH值和SSC值,進(jìn)行感官評分。1.3.4正交試驗

    根據(jù)單因素結(jié)果,以發(fā)酵時間(A)、初始SSC(B)、接種量(C)為考察因素,以感官評分為評價指標(biāo),設(shè)計L。(33)正交試驗,確定最佳發(fā)酵工藝條件。因素水平表見表1。1.3.5驗證試驗

    根據(jù)正交試驗所得的最佳發(fā)酵條件結(jié)果進(jìn)行驗證試驗。進(jìn)行感官評分,測定產(chǎn)品的SSC、pH、維生素C含量、抗氧化活性,驗證最優(yōu)發(fā)酵工藝參數(shù)的可靠性。1.3.6檢測方法

    維生素C含量的測定采用二氯靛酚法‘“1。pH值的測定采用酸度計法。酒精度參照國標(biāo)測定,SSC的測定采用手持糖度儀法。抗氧化活性的測定采用鄰二氮菲_Fe2+氧化法,測定羥基自由基清除率。

    1.3.7感官評定

    評分方法如表2所示。感官評定標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

    2結(jié)果和討論

    2.1 生長曲線的測定及確定接種菌齡

    從圖1可見,酵母菌生長曲線的延滯期不明顯,6-24 h是指數(shù)期,生長速度較快,繁殖速率增加,酶系活躍,代謝旺盛,適合用來接種,培養(yǎng)到20 h對應(yīng)的吸光度值為0.907,菌數(shù)達(dá)到2.Ox107 CFU/mL,符合接種所需菌數(shù)要求,因此選擇20h作為接種菌齡。培養(yǎng)24 h后進(jìn)入穩(wěn)定期。

    乳酸菌在2-4 h為延滯期,時間較短,4-16 h則為指數(shù)期,培養(yǎng)到12 h所對應(yīng)的吸光度值為0.824,菌數(shù)測定結(jié)果為I.OxlOs CFU/mL,達(dá)到接種所需菌數(shù)要求,因此選擇12 h作為接種菌齡。16 h后菌種則進(jìn)入穩(wěn)定期。

    醋酸菌的生長曲線延滯期不明顯,0-36 h為指數(shù)期,取指數(shù)期菌液進(jìn)行平板菌數(shù)測定,20h對應(yīng)的吸光度值為0.408,菌數(shù)為4.OxlOs CFU/mL,達(dá)到接種所需菌數(shù)要求,因此選擇20 h作為接種菌齡,36h以后進(jìn)入穩(wěn)定期。

    2.2發(fā)酵條件的篩選結(jié)果

    2.2.1初始SSC

    設(shè)置不同初始SSC梯度,接種量10%,發(fā)酵6d,每2d測定產(chǎn)品pH值、殘余SSC,6d后進(jìn)行感官評分,pH值和SSC變化曲線圖如圖2和圖3所示,6d后感官評分結(jié)果如圖4所示,

    由圖2可見,添加酵母菌發(fā)酵2d時,各梯度發(fā)酵液pH值相差不大,處于4.62-4.78之間。添加乳酸菌和醋酸菌發(fā)酵4d和6d后,糖分被菌種利用,進(jìn)而發(fā)酵產(chǎn)酸,初始SSC越大的產(chǎn)品pH值越低,可見菌種可利用的糖分越多,產(chǎn)酸越多。6d后各梯度發(fā)酵液pH值降至4.24-4.40。乳酸菌、醋酸菌發(fā)酵時產(chǎn)生大量的乳酸、乙酸,還產(chǎn)生少量甲酸、丙酸等其他酸性末端產(chǎn)物,這些代謝產(chǎn)物可使pH值下降,起到抑制有害微生物的作用。發(fā)酵產(chǎn)生的代謝物如酸類、醇類和酯類及殘余的糖分共同影響了產(chǎn)品的口感和風(fēng)味。

    由圖3可見,SSC中的糖類等可發(fā)酵物質(zhì)被菌種利用,經(jīng)2d、4d、6d后均逐漸減少。發(fā)酵6d后的感官評分圖見圖4,初始SSC為18%-22%時,氣味較酸,稍刺鼻,口感較酸,稍苦澀,色澤稍暗淡,有沉淀,感官評分60分以下;初始SSC為26%時,有番木瓜氣味,口感較甜,稍酸,色澤均勻,有沉淀,感官評分為70分;初始SSC為30%~34%時,氣味香甜,有番木瓜典型氣味,口感甜,稍酸,色澤均勻,有沉淀,感官評分為85分以上。考慮到添加糖分過多會造成口感過甜,從人體健康和成本方面考慮,選擇評分較高的初始SSC為26%、30%,34%進(jìn)行正交試驗。

    2.2.2發(fā)酵時間

    設(shè)置初始SSC為30%,接種量為10%,發(fā)酵不同天數(shù)后,測定產(chǎn)品pH值、SSC,并進(jìn)行感官評分,結(jié)果見圖5和圖6。

    番木瓜汁接種酵母發(fā)酵2d后,經(jīng)85 0C燙煮殺菌,接入醋酸菌和乳酸菌繼續(xù)發(fā)酵。如圖5所示,隨著發(fā)酵時間的延長,產(chǎn)品pH值逐漸下降。發(fā)酵3d后的pH值為4.43,發(fā)酵4d后為4.25,在發(fā)酵7d后降至4.15。如圖6所示,發(fā)酵時間越長,糖分被轉(zhuǎn)化,殘余SSC呈下降趨勢,發(fā)酵4d時為21%,7d后降至12%。酵母菌含有麥芽糖酶、蔗糖酶、轉(zhuǎn)化酶、乳糖分解酶及脂肪酶等,在這一系列酶的作用下,將原料中的糖分轉(zhuǎn)化。將酵母菌殺滅后,接種乳酸菌和醋酸菌,醋酸菌有很強(qiáng)的醇脫氫酶、醛脫氫酶等氧化酶系活力,除能氧化酒精生成醋酸外,還有氧化其他醇類和糖類的能力,生成相應(yīng)的酸、酮等物質(zhì),與乳酸菌共同作用形成產(chǎn)品的風(fēng)味物質(zhì)。感官評定結(jié)果為,發(fā)酵3d的產(chǎn)品色澤均一,香氣較濃郁,口感過甜,微酸,有沉淀;發(fā)酵4d的產(chǎn)品色澤均一,香氣純正濃郁,口感酸甜協(xié)調(diào),有沉淀,得分為87分;發(fā)酵5d、6d的產(chǎn)品色澤均一,氣味較為協(xié)調(diào),口感微甜,較酸,有沉淀,得分為80分、76分;發(fā)酵7d的產(chǎn)品色澤均一,氣味稍刺鼻,口感不甜,較酸,有沉淀,質(zhì)量欠佳的原因可能是發(fā)酵時間過長,糖度過低,菌種后期產(chǎn)生的代謝物質(zhì)和死亡自溶產(chǎn)生的物質(zhì)影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此選擇發(fā)酵時間為4d、Sd、6d進(jìn)行正交試驗。

    2.2.3接種量

    番木瓜汁初始SSC為30%,測得初始pH值為4.07。設(shè)置不同的接種量,每2d測定產(chǎn)品pH值、殘余SSC,發(fā)酵4d后進(jìn)行感官評分,結(jié)果見圖7-圖9。

    不同接種量的pH值變化情況如圖7所示,隨著發(fā)酵時間延長,pH值下降。不同接種量對pH值影響不明顯,接種量增加,pH值稍有上升。發(fā)酵4d各梯度發(fā)酵液pH值為3.83-3.94。說明菌種在一定時間內(nèi)完成增殖后,均能夠發(fā)酵產(chǎn)酸使產(chǎn)品pH值降低,接種量小,增殖達(dá)到相應(yīng)的數(shù)量雖然慢一些,但不影響最終產(chǎn)酸量,可能在酸性物質(zhì)的種類上有差別。

    不同接種量的SSC變化情況如圖8所示,接種量對殘余SSC影響較大,隨著接種量增加,殘余SSC呈下降趨勢,發(fā)酵4d時,接種量為2%的產(chǎn)品,其SSC為26%,接種量為12%的產(chǎn)品,其SSC為21%。

    圖9所示為感官評分結(jié)果,隨著接種量的增加,感官評分分值逐漸上升。接種量為9%~12%的產(chǎn)品的感官評分都達(dá)到了87分,色澤呈橙黃色,氣味較為濃郁,口感酸甜適中,有沉淀。因此選擇接種量為6%、g%、12%進(jìn)行正交試驗。

    2.2.4正交試驗

    正交試驗結(jié)果和極差分析結(jié)果分別如表4、表5所示。

    從表4、表5可知,以感官評分為指標(biāo),3個因素影響的主次是A>C>B,即發(fā)酵時間>接種量>初始SSC;試驗最優(yōu)組合為AIB2C2,即初始SSC為30%、發(fā)酵時間為4d、接種量為g%,此時其感官評分得分最高。

    2.2.5驗證試驗

    根據(jù)正交試驗所得的最佳發(fā)酵條件進(jìn)行驗證試驗,分別在發(fā)酵0、2d、4d時測定各項指標(biāo),見表6。

    番木瓜汁發(fā)酵4d所得酵素產(chǎn)品色澤呈橙紅色,純正均一,具有番木瓜的典型濃郁香氣和發(fā)酵飲料酸甜可口的特征,感官評分為88分。經(jīng)測定產(chǎn)品酒精度為0、pH值為3.53、SSC為14%、維生素C質(zhì)量濃度為31.98 mg/(100 9),羥基自由基清除率為90.1%。羥基自由基是一種極具攻擊性的活性氧,與機(jī)體多種疾病的發(fā)生密切相關(guān)。本研究所得番木瓜汁發(fā)酵飲料的羥基自由基清除率數(shù)值和文獻(xiàn)[8]所得酵素相近,具有一定的抗氧化能力,原因是產(chǎn)品保留了原料的維生素C成分,富含酚類物質(zhì),且酵母菌、醋酸菌、乳酸菌等在發(fā)酵過程中會產(chǎn)生抗氧化性物質(zhì)[10]。

    3結(jié)論

    本研究以番木瓜汁為原材料,先將酵母菌接種,發(fā)酵2d,燙殺后添加乳酸菌和醋酸菌,再發(fā)酵2d,發(fā)酵液經(jīng)殺菌,放置于4 0C冰箱中冷藏3d,澄清后,棄沉淀物,取上清液,得到一種不含酒精、酸甜可口的番木瓜汁發(fā)酵飲料。番木瓜汁發(fā)酵飲料為橙紅色,顏色明艷,富含維生素C,具有一定的抗氧化能力,符合時尚健康飲品的需求趨勢,其富含酶類,香氣濃郁,可以助消化,清新口氣,值得進(jìn)一步研發(fā)和推廣。

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    Preparation technology of non-alcoholic fermented beverage of

    papaya juice

    ZHANG Fan"2, HUANG Yao*"2, LING Minghui"2, SU Jiajun"2, LAO Rihao"2, BI Jindong"2

    ( I . ?School of Biological and Chemical Engineering, Guangxi University of Science and Technology, Liuzhou? ?545006, China; 2. Guangxi Liuzhou River Snail Rice Noodles Engineering Technology Research Center

    ( Guangxi University of Science and Technology) ?, Liuzhou 545006, China)

    Abstract: The C.arica papaya Linn. used as the raw material, the technological conditions of non-? ?alcoholic fermented beverage were studied. The non-alcoholic fermented beverage was produced by? ?adding yeast for 2 d fermentation and inactivating yeast, adding acetic acid bacteria and lactic acid? bacteria. And the inoculation volume ratio of yeast, acetic acid bacteria and lactic acid bacteria was? ?I : I : 1?The growth curves of three strains were studied, the optimum inoculation age were yeast 20 h? ?(2.Ox107 CFU/mL), acetic acid bacteria 20 h (4.Ox108 CFU/mL) and lactic acid bacteria 12 h ( l.Ox

    108 CFU/mL) . The best fermentation process of papaya juice fermented beverage by orthogonal test

    is as follows: The initial SSC(soluble solid content )was 30%, the inoculation amount was g%, and the? fermentation period was 4 d. The fermentation broth was sterilized and refrigerated at 4 0C for 3 d? ?clarification. then the precipitation was discarded and the supernatant was taken. The product contained? ?no alcohol, pH 3.53, SSC 14%, vitamin C content 31.98 mg/(100 g), hydroxyl radical clearance rate? ?90. 1%. It is orange red in color, with a strong aroma of C. arica papaya Linn. and a sweet and sour taste.

    Key words: C.arica papaya Linn.; fermented beverage; inoculation age; fermentation process; sensory? ?evaluation

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