酸湯-藍莓飲料發(fā)酵工藝優(yōu)化及品質(zhì)測定

劉國華，李永霞，祝 婷，謝小林，羅麗平，李冰晶，賀紅早

（1.貴州省生物研究所，貴陽 550009；2.貴州省植物園，貴陽 550004；3.麻江縣明洋食品有限公司，貴州凱里 556000）

0 引言

苗族白酸湯流行于中國貴州省，具有開胃健脾、增進食欲和清熱解暑等功效［1］。傳統(tǒng)白酸湯以貴州省黔東南地區(qū)盛產(chǎn)的富硒大米為主要原料［2］，長期食用可預防人體缺硒帶來的甲狀腺功能減退、免疫功能障礙等疾?。?］。目前對于白酸湯的研究主要集中在營養(yǎng)物質(zhì)，發(fā)酵過程中風味物質(zhì)的變化，發(fā)酵工藝，菌種篩選及微生物對酸湯品質(zhì)的影響等方面［4-8］。對于白酸湯原料選擇的多樣性，尤其是不同原料發(fā)酵白酸湯飲料的工藝方面尚未見相關報道。藍莓是含有豐富花色苷的漿果，其耐貯性不如傳統(tǒng)水果，但加工適應性好［9］，開發(fā)產(chǎn)品有果汁飲料、果干和果酒等，復合產(chǎn)品的開發(fā)更是不計其數(shù)，而結(jié)合地方特色產(chǎn)業(yè)綜合開發(fā)產(chǎn)品的研究較少。

因此，為豐富酸湯、藍莓2 個產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品類型，開發(fā)水果谷物發(fā)酵飲料，促進產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，本文以大米（硒米）與藍莓為原材料，通過對發(fā)酵工藝進行單因素及響應面優(yōu)化試驗，以期篩選出最佳的酸湯-藍莓飲料發(fā)酵工藝參數(shù)，為酸湯產(chǎn)品的開發(fā)提供新思路，為地方傳統(tǒng)發(fā)酵食品行業(yè)的發(fā)展提供新方法和新模式。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大米（硒米），購于黔東南州麻江縣賢昌鎮(zhèn)；藍莓，購于黔東南州凱里市碧波鎮(zhèn)瑞藍果業(yè)有限公司；發(fā)酵劑菌種，取自麻江縣明洋食品有限公司；山泉水，取自黔東南州凱里市下司鎮(zhèn)。

1.2 主要試驗儀器

LDZX-50L 型高壓蒸汽滅菌鍋（上海申安醫(yī)療器械廠）；L18-Y915S 型榨汁機（九陽股份有限公司）；DHP-9012 型電熱恒溫培養(yǎng)箱（上海一恒科學儀器有限公司）；SW-CJ-1FD 型單人超凈工作臺（上海仙象儀器儀表有限公司）；L5S 型紫外可見分光光度計（上海儀電分析儀器有限公司）；Testo205 便攜式PH 計（上海伊測電子科技有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

工藝流程如圖1 所示。

圖1 酸湯-藍莓飲料發(fā)酵工藝流程Fig.1 Fermentation process flow of sour soup - blueberry beverage

1.3.2 操作要點

（1）藍莓果漿制備：挑選成熟無病蟲的藍莓，清洗，加水打漿（藍莓與水質(zhì)量比為1：0.5）；米漿制備：挑選優(yōu)質(zhì)無蟲害的普通大米與硒米（質(zhì)量比1：1），清洗后粉碎，過80 目篩備用，使用時按比例加入山泉水，攪拌均勻。

（2）煮沸：分別把已備好的藍莓果漿及米漿進行加熱煮沸。

（3）糊化：將加熱煮沸后的藍莓果漿與米漿放在水浴鍋中進行糊化，適時攪拌。

（4）接種發(fā)酵劑：待糊化好的藍莓果漿與米漿冷卻至室溫，按一定比例添加發(fā)酵劑，裝壇。

（5）發(fā)酵：置于恒溫培養(yǎng)箱中控溫發(fā)酵。

（6）發(fā)酵終點：跟蹤測定混合果漿pH 值至3.0～3.5［10］，即發(fā)酵完成。

（7）殺菌：對發(fā)酵完成的混合果漿進行過濾，并采用巴氏殺菌處理（溫度為85 ℃，時間10 min）。

1.4 單因素試驗

選取藍莓果漿與米漿質(zhì)量比、發(fā)酵劑接種量、發(fā)酵溫度及發(fā)酵時間進行單因素試驗，根據(jù)表1設定各試驗因素與水平。根據(jù)評分結(jié)果考察上述因素對酸湯-藍莓飲料感官特性的影響。

表1 單因素試驗因素與水平Tab.1 Single factor test factors and levels

1.5 工藝優(yōu)化

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，按照Box-Behnken 中心組合試驗設計原理，設計4 因素3 水平響應面試驗，以藍莓與米漿質(zhì)量比（A）、發(fā)酵劑接種量（B）、發(fā)酵溫度（C）及發(fā)酵時間（D）為自變量，以發(fā)酵完成后的酸湯-藍莓飲料的感官評分作為響應值，對酸湯-藍莓飲料的發(fā)酵工藝進行優(yōu)化及驗證。

1.6 產(chǎn)品品質(zhì)分析

1.6.1 感官評價

根據(jù)GB/T 10220-2012《感官分析 方法學 總論》的要求進行產(chǎn)品感官評價試驗的方案設計與實施。挑選10 位從事食品生產(chǎn)的專業(yè)技術人員從色澤、氣味、澄清度及口感4 個方面對酸湯-藍莓發(fā)酵產(chǎn)品進行感官評價［11］，產(chǎn)品評分標準見表2。

表2 酸湯-藍莓產(chǎn)品感官評分標準Tab.2 Sensory rating standards for sour soup blueberry products 分

1.6.2 酸湯-藍莓飲料品質(zhì)測定

使用GB 5009.239-2016《食品安全國家標準 食品酸度測定》方法測定酸度，含量以乳酸計；使用GB 4789.3-2016《食品微生物學檢驗 大腸菌群計數(shù)》方法測定大腸菌群；使用GB 4789.4-2016《食品微生物學檢驗 沙門氏菌檢驗》方法測定致病菌。參考pH 示差法測定花色苷［12］；參考苯酚-硫酸法測定總糖［13］；參考福林酚法測定總酚［14］；參考稀釋平皿計數(shù)法測定菌落總數(shù)；參考JEFFREY 等［15］的方法測定亞硝酸鹽含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果

2.1.1 藍莓與米漿質(zhì)量比的影響

藍莓與米漿質(zhì)量比對飲料品質(zhì)的影響如圖2所示。隨著藍莓比例的增加，酸湯-藍莓復合飲料的感官評分逐漸增加。當藍莓與米漿質(zhì)量比為1：1 時，感官評分達最高，為88.5 分。然而當藍莓比例再增加時，感官評分反而下降。分析原因可能是藍莓添加量增加導致發(fā)酵體系中糖分和有機酸的含量增加，隨著發(fā)酵的進行，微生物分解糖類導致酸度進一步上升，產(chǎn)品酸度太高，使得風味口感不協(xié)調(diào)［16］。因此，選擇0.5：1，0.75：1，1：1 三個比例作為響應面優(yōu)化的水平。

圖2 米漿與藍莓質(zhì)量比及發(fā)酵劑接種量對飲料感官評分的影響Fig.2 The influence of the quality ratio of rice milk to blueberry and the inoculation amount of fermentation agent on the sensory score of beverages

2.1.2 發(fā)酵劑接種量的影響

不同發(fā)酵劑接種量對飲料品質(zhì)影響如圖2 所示。當接種量在5%～20%時，酸湯-藍莓復合飲料的感官評分呈上升趨勢。接種量在20%時評分最高，為88.6 分。當發(fā)酵劑接種量為25%時反而降低。原因可能是發(fā)酵劑的接種量較少時發(fā)酵不充分，而接種量過高時發(fā)酵速度加快，酸度過高，影響感官評分。綜合考慮，選擇發(fā)酵劑接種量15%，20%，25%進行響應面優(yōu)化試驗。

2.1.3 發(fā)酵溫度的影響

不同發(fā)酵溫度對飲料品質(zhì)的影響如圖3 所示。

圖3 發(fā)酵溫度及發(fā)酵時間對飲料感官評分的影響Fig.3 The influence of fermentation temperature and time on sensory evaluation of beverage

隨著發(fā)酵溫度的增加，感官評分逐漸提高。在28～36 ℃時，感官評分增加較緩慢；36 ℃時達到最高值，是88.4 分；當發(fā)酵溫度到40 ℃時，感官評分反而更低。原因可能是溫度過低影響菌種的生長繁殖［17］，發(fā)酵不徹底，酸度不夠，導致評分較低；而36 ℃可能是優(yōu)勢菌種的最適生長溫度，評分也最高；繼續(xù)增加發(fā)酵溫度抑制優(yōu)勢有益菌種的繁殖，部分耐高溫的有害菌生長快速，代謝產(chǎn)物影響產(chǎn)品的口感及風味。因此，選擇32，36，40 ℃進行響應面優(yōu)化試驗。

2.1.4 發(fā)酵時間的影響

不同發(fā)酵時間對飲料品質(zhì)的影響如圖3所示。發(fā)酵時間在4～10 d 時，發(fā)酵時長與酸湯-藍莓飲料的感官評分呈正相關。在發(fā)酵時間10 d 時評分最高，是88.6 分，發(fā)酵至12 d 時評分降低。所以選擇發(fā)酵時間為8，10，12 d 作為響應面優(yōu)化的水平。

2.2 響應面優(yōu)化酸湯-藍莓發(fā)酵產(chǎn)品

2.2.1 響應面試驗方案及結(jié)果

基于單因素的試驗結(jié)果，設計4 因素3 水平響應面優(yōu)化試驗，試驗因素與水平見表3。

表3 復合飲料發(fā)酵條件響應面試驗因素及水平Tab.3 Response surface test factors and levels for fermentation conditions of compound beverages

對響應面試驗結(jié)果數(shù)據(jù)進行擬合，得到4 個因素與酸湯-藍莓飲料感官評分的回歸方程：Y=87.46+0.70A+1.95B+4.00C+0.68D+0.85AB+0.75AC+0.20AD+0.13BC+0.68BD-1.07CD-9.13A2-8.16B2-4.61C2-9.16D2。

對回歸模型進行方差分析，結(jié)果見表4。P 值能夠反映出模型中每個系數(shù)的顯著性，P 值越大，對應的模型越不顯著；P 值越小，對應的模型越顯著［18］。由表4 可知，模型極顯著（P ＜0.000 1），失擬項不顯著（P ＞0.05）；模型的決定系數(shù)R2=99.67%，矯正決定系數(shù)R2Adj=99.42%，表明擬合度良好，能較好地預測結(jié)果。

表4 回歸模型方差分析Tab.4 Analysis of variance for regression model

從P 值可以看出一次項A，B，C，D 均對模型有極顯著影響；再觀察F 值變化，得到影響感官評分的各因素主次為C ＞B ＞A ＞D。從響應值P 值變化得出，各因素的二次項均對模型有極顯著影響，交互項中只有AD，BC 對模型沒有影響，說明藍莓與米漿質(zhì)量比和發(fā)酵時間之間、發(fā)酵劑接種量和發(fā)酵溫度之間交互作用不會影響酸湯-藍莓復合飲料的感官評分，其他交互項均對模型有顯著影響。

2.2.2 響應面中各因素交互作用的影響

響應面分析是利用函數(shù)化的方法將體系的響應值與影響因素聯(lián)系起來的一種分析方法［19］。響應曲面的坡度反映各因素對結(jié)果影響的程度，若坡度平緩則研究因素對結(jié)果影響程度較小，即響應值變化不明顯；若坡度越陡則影響程度越大，即響應值在該條件下非常靈敏［20］。而等高線的情況則反映出研究因素交互作用的強弱，橢圓形表示研究因素的交互作用顯著，圓形則相反，等高線中最小橢圓中心點為響應面的最高點［21］。試驗的響應曲面如圖4 所示。

隨著各因素的增加，響應值均呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，在試驗范圍內(nèi)存在穩(wěn)定點。等高線呈圓形，說明研究因素的交互作用不強，即發(fā)酵劑用量和發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間和藍莓與米漿質(zhì)量比對酸湯-藍莓飲料感官評分的影響不顯著；等高線呈橢圓形，則研究因素的交互作用較強，即發(fā)酵劑接種量和發(fā)酵時間、發(fā)酵溫度和藍莓與米漿質(zhì)量比、發(fā)酵劑接種量和藍莓與米漿質(zhì)量比、發(fā)酵時間和發(fā)酵溫度對酸湯-藍莓飲料感官評分的影響顯著，與表4 的方差分析結(jié)果相符。

2.2.3 最佳工藝參數(shù)確定與驗證

采用Design-Expert 8.0.6 軟件進行分析，綜合考慮響應面試驗結(jié)果，結(jié)合回歸模型，得到酸湯-藍莓發(fā)酵飲料的最佳工藝條件為藍莓與米漿質(zhì)量比0.78：1、發(fā)酵劑接種量23.25%、發(fā)酵溫度37.17 ℃、發(fā)酵時間10.96 d，模型預測的感官評分最高為89.3 分?？紤]工廠生產(chǎn)實際的可操作性，調(diào)整發(fā)酵工藝參數(shù)：藍莓與米漿質(zhì)量比0.80：1、發(fā)酵劑接種量23%、發(fā)酵溫度37 ℃、發(fā)酵時間11 d，取3 次試驗結(jié)果的平均值，得到酸湯-藍莓飲料的感官評分為89.1 分，相對誤差僅為0.22%，驗證響應面模型與實際情況得到良好擬合，說明結(jié)果具有可行性，可以指導生產(chǎn)。

2.3 酸湯-藍莓飲料品質(zhì)分析

以優(yōu)化條件發(fā)酵得到的酸湯-藍莓飲料為對象，相關指標測定結(jié)果如表5 所示。

含有花色苷與多酚可使酸湯-藍莓飲料呈現(xiàn)獨特的紫紅色，并具有一定抗氧化功效；少量的蛋白質(zhì)、總糖及總酸可使產(chǎn)品口味醇正協(xié)調(diào)，擁有獨特的風味及口感；亞硝酸鹽含量遠低于國標醬腌菜限量標準（20 mg/kg）；微生物指標符合國家標準。說明酸湯-藍莓發(fā)酵飲料屬于健康安全產(chǎn)品，可以進行推廣。

3 結(jié)語

本文采用響應面法對酸湯-藍莓飲料發(fā)酵工藝進行優(yōu)化，以感官評分為評價標準，得到最佳發(fā)酵工藝為藍莓與酸湯質(zhì)量比0.80：1、發(fā)酵劑接種量23%、發(fā)酵溫度37 ℃、發(fā)酵時間11 d，在此條件下得到的酸湯-藍莓飲料口感細膩、風味協(xié)調(diào)醇正、色澤呈紫紅色，感官評分達89.1 分，其常規(guī)理化指標總糖及總酸含量分別為8.65，4.35 mg/L，功能性物質(zhì)花色苷、多酚含量分別為9.18，17.17 mg/L，蛋白質(zhì)含量8.38 g/L；有害成分亞硝酸鹽含量低，微生物指標符合國家標準。產(chǎn)品的開發(fā)及生產(chǎn)可以為藍莓、酸湯產(chǎn)業(yè)發(fā)展開辟新路徑，也為其他植物基發(fā)酵食品的研發(fā)拓寬思路。