淘米水-獼猴桃汁復配發(fā)酵飲料的工藝配方優(yōu)化*

劉曉媛，付文軍，楊喜雅，汪雅馨

（信陽農(nóng)林學院食品學院，河南 信陽 464000）

我國米粉生產(chǎn)多采用濕磨法，該法會產(chǎn)生大量加工副產(chǎn)物，即淘米水[1]，直接排放會對環(huán)境造成污染。淘米水內(nèi)富含可溶性糖、礦物質、蛋白質和維生素等，若合理利用，可有效節(jié)約資源。目前國內(nèi)應用最為廣泛的淘米水回收方式是微生物發(fā)酵[2]，淘米水經(jīng)發(fā)酵處理，其有機酸和多酚類含量會顯著增加[3]。獼猴桃作為信陽特色農(nóng)產(chǎn)品資源之一，富含類胡蘿卜素、多酚、黃酮等生物活性成分[4-5]，但成熟度較高的獼猴桃極難儲運，因此成熟之際，常被用于制作果汁和釀造果酒[6]，而以果蔬汁為基質發(fā)酵制備的飲料，大多存在口感單一、蛋白質含量低等問題。為此，將淘米水與獼猴桃汁復配，再接種植物乳桿菌發(fā)酵制備兼具米香的淘米水-獼猴桃汁復合發(fā)酵飲料，既合理利用了米粉加工副產(chǎn)物，也為獼猴桃的精深加工提供更多可能。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

淘米水，潢川裕豐糧業(yè)有限公司；獼猴桃，信陽市售；植物乳桿菌，西安米先爾生物科技有限公司；黃原膠、果膠、阿拉伯膠，江蘇銳康萊科技有限公司；白砂糖，新疆農(nóng)墾現(xiàn)代糖業(yè)有限公司；糖化酶，河南萬邦化工科技有限公司；硫酸鉀、硼酸、氫氧化鈉，均為分析純。

1.2 工藝流程及操作要點

1.2.1 工藝流程

工藝流程如圖1。

圖1 淘米水-獼猴桃汁復配發(fā)酵飲料工藝流程

1.2.2 操作要點

糖化：向淘米水中添加質量分數(shù)為0.05%的糖化酶，80 ℃恒溫糖化4 h；淘米水與獼猴桃汁復配：淘米水與獼猴桃汁按一定質量比混勻，過濾備用；接種發(fā)酵：以淘米水與獼猴桃汁混合物的質量為基準，1.5%的植物乳桿菌，30 ℃密封發(fā)酵24 h；穩(wěn)定劑調(diào)配：向發(fā)酵完畢的淘米水-獼猴桃汁混合汁中添加質量分數(shù)為0.15%的黃原膠；均質：發(fā)酵液過膠體磨均質即可。

1.3 實驗方法

1.3.1 單因素實驗

固定淘米水-獼猴桃汁復配比例為1∶6，植物乳桿菌添加量為1.5%，發(fā)酵24 h，添加蔗糖4%，檸檬酸0.07%，以可溶性固形物含量和感官評分為評判指標，探討淘米水-獼猴桃汁復配比例（1∶2、1∶4、1∶6、1∶8、1∶10），植物乳桿菌接種量（0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%），發(fā)酵時間（6 h、12 h、24 h、36 h、48 h），蔗糖添加量（2%、3%、4%、5%、6%），檸檬酸添加量（0.03%、0.05%、0.07%、0.09%、0.10%）等因素對淘米水-獼猴桃汁復配發(fā)酵飲料口感和風味的影響。

1.3.2 均方差實驗

相對更高的牌照價值，商業(yè)銀行理財子公司的準入門檻也相應被抬高。根據(jù)《管理辦法》，理財子公司的最低注冊資本為10億元人民幣。同時，還要求股東入股資金為自有資金，不得以債務資金和委托資金等非自有資金入股，避免虛假注資、循環(huán)注資。此外，股東在銀行理財子公司章程中承諾5年內(nèi)不轉讓所持有的股權，不將所持有的股權進行質押或設立信托。

采用單因素分析法，得到了各因素的最佳配比。為了得到各因素對產(chǎn)品質量的影響，并簡化實驗次數(shù)，以感官評分為指標，采用均方差分析法，探究每個因素對產(chǎn)品質量的影響，各個因素的感官評分均方差Dev計算見公式：

式中：Dev為均方差；C 為各因素感官評分平均值；Ci為各因素感官評分值；n 為每組實驗次數(shù)。

1.3.3 正交優(yōu)化實驗

在單因素實驗基礎上，選擇植物乳桿菌接種量（A）、發(fā)酵時間（B）、淘米水-獼猴桃汁復配比例（C）三個因素作為正交實驗因素，進行正交實驗，以成品的感官評分、pH 作為評價指標，確定淘米水發(fā)酵的最佳條件，正交因素水平見表1。

表1 正交實驗的因素水平表

1.4 理化指標測定

1.4.1 pH、總酸、揮發(fā)酸測定采用pH 計參照GB/T 15038—2006 葡萄酒、果酒通用分析方法測定總酸和揮發(fā)酸。

1.4.2 可溶性固形物

參考余穩(wěn)穩(wěn)等[7]的方法測定可溶性固形物。

1.4.3 蛋白質

參照GB/T 5009.5-2016 凱氏定氮法進行檢測。

1.5 感官評價

評定小組由10 名發(fā)酵專業(yè)學生（5 男，5 女）組成，感官分析前對評定小組進行標準香氣物質培訓，感官分析實驗采用隨機分組，要求品評員依照規(guī)定評分標準從酸甜度、香味、口感、色澤及滋味對樣品進行評測，詳細評分標準見表2。

表2 感官評價標準

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010 和IBM SPSS Statistics 20.0 進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，并用Origin 2019 b進行繪圖。

2 結果分析

2.1 淘米水與獼猴桃汁復配比例對淘米水-獼猴桃汁復配發(fā)酵飲料品質的影響

從圖2 可知，隨著淘米水-獼猴桃汁復配汁中獼猴桃果汁占比的增加，感官評分整體呈先升高后降低的趨勢，可溶性固形物含量逐漸下降。在淘米水-獼猴桃汁復配比例為1∶6 時，所得發(fā)酵汁的感官評分最高為81 分，該條件下制備的發(fā)酵汁米香味與獼猴桃味較協(xié)調(diào)。在兩者復配比例低于1∶6 時，整個復配汁中獼猴桃果汁占比較低，蛋白質含量較高，不適宜植物乳桿菌生長，故此時所得發(fā)酵汁整體可溶性固形物含量較高，獼猴桃風味略淡，感官評分較低。但隨著淘米水-獼猴桃汁復配汁中獼猴桃添加量的增加，發(fā)酵汁內(nèi)植物乳桿菌生長狀況良好，復合汁被充分發(fā)酵[8]，此時內(nèi)部可溶性固形物減少，混合汁酸度增加，甜酸比失調(diào)，感官評分下降。綜上所述，淘米水-獼猴桃汁復配比例為1∶6 時，所制備的發(fā)酵飲料品質較好。

圖2 不同淘米水-獼猴桃汁復配比例對飲料品質的影響

2.2 植物乳桿菌接種量對淘米水-獼猴桃汁復配發(fā)酵飲料品質的影響

圖3 為接種不同量植物乳桿菌發(fā)酵制備的淘米水-獼猴桃汁復配發(fā)酵飲料感官評分及可溶性固形物含量變化。隨著植物乳桿菌添加量的增加，發(fā)酵汁內(nèi)的可溶性固形物含量與感官評分均呈下降趨勢。當植物乳桿菌接種量＜1.5%時，所制備的淘米水-獼猴桃汁復配發(fā)酵飲料感官評分整體偏低；此時發(fā)酵液中植物乳桿菌含量較少，發(fā)酵不完全，對應淘米水-獼猴桃汁復配發(fā)酵飲料的可溶性固形物含量較高，酸度較低；而當植物乳桿菌接種量＞1.5%時，植物乳桿菌數(shù)量增加，同一發(fā)酵周期內(nèi)，發(fā)酵進程加快，所得飲料整體的酸度增加[9]，感官評分持續(xù)下降。綜上所述，植物乳桿菌的接種量在1.5%左右時，制備的淘米水-獼猴桃汁復配發(fā)酵飲料品質較好。

圖3 植物乳桿菌接種量對飲料品質的影響

2.3 發(fā)酵時間對淘米水-獼猴桃汁復配發(fā)酵飲料品質的影響

固定淘米水-獼猴桃汁復配比例和植物乳桿菌接種量，改變發(fā)酵時間所制備的淘米水-獼猴桃汁復配發(fā)酵飲料感官評分與可溶性固形物含量變化如圖4 所示。由于淘米水-獼猴桃復配汁可為植物乳桿菌的生長提供豐富的營養(yǎng)物質，隨著發(fā)酵時間的延長，所得發(fā)酵液內(nèi)可溶性固形物含量持續(xù)下降，感官評分則呈先增后減趨勢。植物乳桿菌在整個發(fā)酵周期內(nèi)，不斷地利用碳水化合物合成乳酸等酸性物質[10]，致使發(fā)酵液隨著發(fā)酵時間的延長，酸度不斷增加，發(fā)酵至24 h 時，整個發(fā)酵液的酸度適宜，感官評分較高，但當發(fā)酵時間延長至48 h，由于植物乳桿菌的過度繁殖，導致整個發(fā)酵液酸甜比失衡，感官評分由原來的78 分變?yōu)?2 分，急劇下降。因此，發(fā)酵時間維持在24 h 所得發(fā)酵液的口感風味較為適宜。

圖4 發(fā)酵時間對飲料品質的影響

2.4 蔗糖添加量對淘米水-獼猴桃汁復配發(fā)酵飲料品質的影響

由圖5 可知，隨著蔗糖添加量的增加，可溶性固形物含量總體呈上升趨勢，感官評分則先升高后降低。植物乳桿菌屬于同型發(fā)酵乳酸菌，可直接利用蔗糖[11]，因此，隨著蔗糖添加量的增加，植物乳桿菌直接利用蔗糖便可生長代謝，導致淘米水和獼猴桃汁的碳水化合物等營養(yǎng)物質未被合理利用，從而使整個發(fā)酵周期內(nèi)發(fā)酵液的可溶性固形物含量持續(xù)增加。并且隨著植物乳桿菌的生長，整個發(fā)酵液的風味發(fā)生較大改變，當蔗糖添加量為4%時，整個發(fā)酵液的酸甜比較為適宜，感官評分較高；當蔗糖添加量低于或高于4%時，所得發(fā)酵液的酸度均較高，口感較差。綜上所述，蔗糖添加量應在4%左右較為適宜。

圖5 不同蔗糖添加量對飲料品質的影響

2.5 檸檬酸添加量對淘米水-獼猴桃汁復配發(fā)酵飲料品質的影響

隨著檸檬酸添加量的增加，淘米水-獼猴桃汁復配發(fā)酵飲料可溶性固形物及感官評分的變化如圖6 所示，檸檬酸的口感較為清爽，常被用于果蔬汁的酸味調(diào)節(jié)[12]。淘米水與獼猴桃的復合汁經(jīng)植物乳桿菌發(fā)酵后會積累大量的乳酸，乳酸相較于檸檬酸而言，酸味偏澀且溫和，因此在制備發(fā)酵果蔬汁時，為保持其清爽的口感，可適量添加檸檬酸。隨著檸檬酸添加量的增加，發(fā)酵液的感官評分和可溶性固形物呈先增后降趨勢，檸檬酸添加量為0.07%時感官評分達到最佳。當檸檬酸添加量＞0.07%時，隨著發(fā)酵液內(nèi)檸檬酸與乳酸等酸性物質的增加，酸甜比失衡，甚至出現(xiàn)苦澀味。綜合考慮，發(fā)酵液內(nèi)檸檬酸的添加量0.07%時較為適宜。

圖6 檸檬酸添加量對飲料品質的影響

2.6 單因素均方差分析

為了選出對淘米水-獼猴桃汁復配發(fā)酵飲料品質影響較大的因素，以感官評分為指標，采用均方差分析法，最終篩選均方差較高前3 位，即選擇植物乳桿菌接種量、發(fā)酵時間、淘米水-獼猴桃汁復配比例進行后續(xù)優(yōu)化實驗，單因素均方差分析結果見表3。

表3 各因素的均方差

2.7 正交優(yōu)化實驗及驗證實驗

選取植物乳桿菌接種量、發(fā)酵時間、淘米水-獼猴桃汁復配比例三組因素，以感官評分和pH 為評價指標優(yōu)化淘米水-獼猴桃汁復配發(fā)酵飲料制備工藝，正交實驗結果見表4。就感官評分而言，三因素影響排序為A>C>B，該指標所得最優(yōu)工藝條件為A2B2C2，即植物乳桿菌接種量為1.5%，發(fā)酵24 h，淘米水-獼猴桃汁復配比列為1∶6。就pH 而言，三因素影響排序為A>C>B，該評價指標所得最優(yōu)工藝條件為A2B1C3，即植物乳桿菌接種量為1.5%，發(fā)酵20 h，淘米水-獼猴桃汁復配比列為1∶8。

但由于兩組指標所得最優(yōu)組結果沖突，需采用綜合平衡法再次分析。對于因素A，兩組指標均取A2；對于因素B，其對pH 影響大小排第三位，取B1；對感官評分影響排第三位，取B2。B 取B1時，pH 比取B2時增加了3.79%，B 取B2時，感官評分比取B1時增加了4.62%，綜合考慮B 取B2。同理C 取C2。最終得出最優(yōu)試驗方案為A2B2C2，即植物乳桿菌接種量為1.5%，發(fā)酵24 h，淘米水-獼猴桃汁復配比列為1∶6。又因表4 中感官評分最高組A2B2C3與正交最優(yōu)化組A2B2C2沖突，故進行正交驗證實驗，結果見表5。最終確定淘米水-獼猴桃汁復配發(fā)酵飲料的最佳工藝條件為A2B2C2，即植物乳桿菌接種量為1.5%，發(fā)酵24 h，淘米水-獼猴桃汁復配比例為1∶6。

表5 正交實驗驗證實驗結果

表6 淘米水-獼猴桃汁復配發(fā)酵飲料品質指標

2.8 理化指標測定

經(jīng)單因素及正交優(yōu)化實驗得到淘米水-獼猴桃汁復配發(fā)酵飲料最優(yōu)制備工藝所發(fā)酵的復合果汁可溶性固形物含量為10%，高于國標規(guī)定的最低值6%；pH 為3.64，整體酸度較為柔和，屬于口感適宜的弱酸性食品（pH＜4.5），蛋白質含量為2.2%。

3 結果

以淘米水和獼猴桃汁為原料，將兩者按一定比例復配，接種植物乳桿菌發(fā)酵制備淘米水-獼猴桃汁復配發(fā)酵飲料，并借助單因素和正交優(yōu)化實驗，以感官評分和可溶性固形物為指標，優(yōu)化其發(fā)酵工藝，最終確定淘米水-獼猴桃汁復配發(fā)酵飲料的最佳發(fā)酵工藝為淘米水-獼猴桃汁復配比例1∶6，并以復配汁質量為基準確定植物乳桿菌接種量為1.5%，發(fā)酵24 h，蔗糖添加量為4%，檸檬酸添加量為0.07%，該工藝條件所制備的淘米水-獼猴桃發(fā)酵汁可溶性固形物為10%，蛋白質為2.2%，均符合國標要求，且最終成品色澤均勻，風味協(xié)調(diào)，具備明顯的米香和獼猴桃果香。