莖瘤芥胡蘿卜混合汁乳酸菌飲料穩(wěn)定性研究

徐安書，張洪禮，何軍

（1.重慶工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院，重慶 408000；2.重慶涪陵娃哈哈飲料有限公司，重慶 408000）

莖瘤芥胡蘿卜混合汁乳酸菌飲料穩(wěn)定性研究

徐安書1，張洪禮1，何軍2

（1.重慶工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院，重慶 408000；2.重慶涪陵娃哈哈飲料有限公司，重慶 408000）

摘 要：開發(fā)研制涪陵地產(chǎn)莖瘤芥胡蘿卜混合汁復(fù)合乳酸菌發(fā)酵飲料，用分光光度計測定發(fā)酵飲料穩(wěn)定系數(shù)作為測定指標，使用單一穩(wěn)定劑和復(fù)合穩(wěn)定劑對飲料的穩(wěn)定效果的影響，采用四因素三水平正交實驗，研究穩(wěn)定劑，均質(zhì)壓力和均質(zhì)溫度，殺菌時間對飲料的穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明莖瘤芥胡蘿卜混合汁復(fù)合乳酸菌飲料穩(wěn)定劑最佳添加量為：耐酸羧甲基纖維素鈉（CMC-Na）0.3%，黃原膠0.01%，單硬脂酸甘油酯0.03%，海藻酸鈉0.05%；均質(zhì)壓力20 MPa，均質(zhì)溫度30℃～40℃；殺菌溫度100℃，殺菌時間20 min。

關(guān)鍵詞：莖瘤芥；胡蘿卜；乳酸菌飲料；穩(wěn)定性

莖瘤芥（Brassica juncea var.tumida Tsen et Lee）為十字花科（Cruciferae）芥屬（Brassica）芥菜種的一個變種，是榨菜加工的原料作物。榨菜加工僅用莖瘤芥的瘤狀莖作原料，而數(shù)量巨大的莖瘤芥的葉（除了少量的制成橄欖菜以外）成為廢物，導(dǎo)致環(huán)境污染和生物資源的巨大浪費[1]。莖瘤芥葉柔軟多汁，具有一定硬度，葉片較薄，葉莖肉厚且含有豐富的維生素、膳食纖維、無機鹽等營養(yǎng)物質(zhì)[2]。胡蘿卜含有多種營養(yǎng)素，其中β-胡蘿卜素的含量較高，另外含硫胺素、核黃素、尼克酸、鋅、錳、鉀、鈉、鈣、鐵等微量元素[3]。單純的蔬菜汁存在野蒿味重和風味欠佳等缺點，影響了蔬菜汁的商品價值[4]。通過添加復(fù)合乳酸菌發(fā)酵后的乳酸菌飲料綜合蔬菜原料的營養(yǎng)、保健成分與乳酸菌的獨特的保健功能，制成一種既營養(yǎng)又能提高莖瘤芥附加值的一種營養(yǎng)保健食品，相信消費者一定會喜愛。然而，本試驗研究在莖瘤芥葉胡蘿卜混合汁復(fù)合乳酸菌發(fā)酵飲料的研制中發(fā)現(xiàn)不添加穩(wěn)定劑飲料放置一段時間后分層很明顯，嚴重影響產(chǎn)品的保質(zhì)期及外觀[5]，因此本研究繼前面研究的基礎(chǔ)上進一步作穩(wěn)定性研究，研究了單一穩(wěn)定劑和復(fù)合穩(wěn)定劑的用量、均質(zhì)壓力、均質(zhì)溫度、殺菌條件對莖瘤芥胡蘿卜混合汁乳酸菌飲料穩(wěn)定性的影響,優(yōu)化得到穩(wěn)定性較強的工藝參數(shù),為該類型產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)與研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

菌種：嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus）簡寫 St，植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）簡寫 Lp、嗜酸乳桿菌（Lactobacillus acidophilus）簡寫 La：購買于中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院；MRS培養(yǎng)基：市售；莖瘤芥：涪陵地產(chǎn)；胡蘿卜、食用級蔗糖和葡萄糖、脫脂奶粉：市售；氫氧化鈉，碳酸鈉，pH緩沖液（鄰苯二甲酸氫鉀）、黃原膠：涪陵娃哈哈飲料有限公司提供；羧甲基纖維素鈉、單硬脂酸甘油酯：成都市科龍化工試劑廠；海藻酸鈉：天津市大茂化學試劑廠；穩(wěn)定劑均為食品級；檸檬酸、VC、氯化鈉：均由重慶工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院生物化學工程系實驗室提供。

PX-300B型生化培養(yǎng)箱：上海躍進醫(yī)療器械廠；梅特勒AR2140電子天平：奧豪斯國際貿(mào)易（上海）有限公司；B203LED生物顯微鏡：重慶奧特、BCD-2 22KSA低溫冰箱：青島海爾股份有限公司；SW-CJ-1FD潔凈工作臺：蘇凈集團蘇州安泰空氣技術(shù)有限公司；LDZX-50KB立式壓力蒸汽滅菌鍋：上海申安醫(yī)療器械廠；pHS-25數(shù)字式pH計：上海日島科學儀器有限公司；GYB60-6S高壓均質(zhì)機：上海東華高壓均質(zhì)機廠；飛利浦HR1871榨汁機、HH-1數(shù)顯恒溫水浴鍋：常州澳華儀器有限公司；S22PC分光光度計：上海棱光技術(shù)有限公司。

1.2 方法

1.2.1 母發(fā)酵劑的制備

蔬菜汁制備（莖瘤芥葉胡蘿卜混合汁配比6∶4）+4%蔗糖+4%脫脂乳→攪拌溶解→高溫殺菌（100℃10 min）→迅速冷卻至40℃→接種（2%經(jīng)馴化后嗜熱鏈球菌：植物乳桿菌：嗜酸乳桿菌按1∶1∶1比例混合種子液）→恒溫培養(yǎng)（40℃）→測定其乳酸菌數(shù)達到要求→存放冰箱備用

1.2.2 莖瘤芥胡蘿卜混合汁復(fù)合乳酸菌飲料工藝流程

1.2.3 莖瘤芥胡蘿卜混合汁乳酸菌飲料穩(wěn)定劑的選擇篩選

在乳酸菌飲料中分別添加單一穩(wěn)定劑，觀察自然沉淀天數(shù)并測定其穩(wěn)定系數(shù)，其添加量見表1，初步篩選出4種穩(wěn)定劑。4種穩(wěn)定劑選用正交L9（34）試驗進行篩選。以測定穩(wěn)定系數(shù)為檢測指標，見表2。

表1 單一穩(wěn)定劑添加量Table 1 The amount of stabilizer

表2 L9（34）不同穩(wěn)定劑正交試驗Table 2L9（34）Orthogonal test of different stabilizers

1.2.4 殺菌條件及存放時間對莖瘤芥混合汁乳酸菌飲料穩(wěn)定性的影響

設(shè)定相同殺菌溫度100℃，經(jīng)過不同殺菌時間10、20、30 min的殺菌飲料在 37℃下放置 10 d，1個月、3個月、6個月測定其穩(wěn)定系數(shù)。

1.2.5 穩(wěn)定性測試方法[6]

樣品2 000 r/min離心10 min，取中間液稀釋100倍后，用分光光度計在750 nm測定吸光度值A(chǔ)2，與離心前的吸光度值A(chǔ)1比值，即為穩(wěn)定系數(shù)R（R=A2/A1）。同時對選用的幾種穩(wěn)定劑做單一實驗的同時，觀察其自然穩(wěn)定性（沉淀天數(shù)）和感官流動性。

2 結(jié)果與討論

2.1 穩(wěn)定劑對穩(wěn)定性的影響

2.1.1 單一穩(wěn)定劑對莖瘤芥胡蘿卜混合汁復(fù)合乳酸菌飲料穩(wěn)定性的影響

將黃原膠、羧甲基纖維素鈉、單硬脂酸甘油酯、海藻酸鈉按不同用量分別加入到乳酸菌飲料中，分別測定其穩(wěn)定系數(shù)，實驗結(jié)果見圖1～圖4。

圖1可知，乳酸菌飲料不加穩(wěn)定劑時，穩(wěn)定系數(shù)為29.73%，單獨用CMC-Na添加到飲料當中，當添加量增加至0.5%時，穩(wěn)定性有所提高，隨著添加量的繼續(xù)提高，穩(wěn)定性反而下降；因此單獨添加CMC-Na對莖瘤芥胡蘿卜混合汁乳酸菌飲料穩(wěn)定性沒有顯著影響。

圖1 CMC-Na添加量對莖瘤芥胡蘿卜混合汁乳酸菌飲料穩(wěn)定性影響Fig.1 The CMC-Na addition on Tumorous Stem Mustard carrot juice lactic acid bacteria beverage stability influence

圖2 黃原膠添加量對莖瘤芥胡蘿卜混合汁乳酸菌飲料穩(wěn)定性影響Fig.2 Xanthan gum on Tumorous Stem Mustard carrot juice lactic acid bacteria beverage stability influence

圖2可知，隨著黃原膠的添加量增加，其穩(wěn)定系數(shù)逐漸升高，當添加量＞0.01%時，隨著用量增大，其穩(wěn)定系數(shù)顯著升高，待樣品冷卻到37℃并搖勻后24 h觀察其自然沉降時間＞5 d。

圖3 單硬酯酸甘油酯添加量對莖瘤芥胡蘿卜混合汁乳酸菌飲料穩(wěn)定性影響Fig.3 Glyceryl monostearate on Tumorous Stem Mustard carrot juice lactic acid bacteria beverage stability influence

圖3可知，單硬脂酸甘油酯隨其用量的增加穩(wěn)定系數(shù)沒有太大變化，因此單硬脂酸甘油酯對莖瘤芥胡蘿卜混合汁乳酸菌飲料穩(wěn)定性沒有顯著影響。

圖4 海藻酸鈉添加量對莖瘤芥胡蘿卜混合汁乳酸菌飲料穩(wěn)定性影響Fig.4 Sodium alginate on Tumorous Stem Mustard carrot juice lactic acid bacteria beverage stability influence

圖4可知，海藻酸鈉的添加對乳酸菌飲料穩(wěn)定性的影響如同單硬酯，隨著用量的增加，其穩(wěn)定性低于60%，而且穩(wěn)定系數(shù)很不穩(wěn)定。

由以上實驗結(jié)果可知，這4種穩(wěn)定劑的單一穩(wěn)定效果除黃原膠外，其余3種均比較差，穩(wěn)定系數(shù)都比較低，在放置不到12 h后分層都比較明顯。單一品種的穩(wěn)定劑往往效果不理想。因此，我們選擇了幾種穩(wěn)定劑復(fù)合使用[7]，由于穩(wěn)定劑之間存在著協(xié)同增效作用，多種穩(wěn)定劑協(xié)同作用產(chǎn)生單一穩(wěn)定劑所沒有的穩(wěn)定特性[8]。

2.1.2 四種復(fù)合穩(wěn)定劑對莖瘤芥胡蘿卜混合汁復(fù)合乳酸菌飲料穩(wěn)定性影響

四種復(fù)合穩(wěn)定劑穩(wěn)定效果的正交試驗設(shè)計，選擇L9（34）正交表進行正交試驗，結(jié)果見表3。

表3 復(fù)合穩(wěn)定劑穩(wěn)定性效果正交試驗表Table 3 Effect of composite stabilizers stability of orthogonal test table

由表3得知，1、6、9號樣品在試驗過程中穩(wěn)定系數(shù)較高，其穩(wěn)定劑種類和用量配方為A1B1C1D1、A2B3C1D2和A3B3C2D1，根據(jù)方差分析可知，最佳配方為A3B1C1D1，從極差分析中可見，影響試驗的4個因素的大小順序是D＞C＞B＞A。為了得到最佳穩(wěn)定劑種類和用量配方，將此4個配方作重復(fù)實驗，實驗結(jié)果見表4。

表4 復(fù)合穩(wěn)定劑穩(wěn)定效果重復(fù)實驗Table 4 Effect of repeated tests of composite stabilizers

由表4得知，通過重復(fù)試驗，正交試驗得出的優(yōu)化配方穩(wěn)定系數(shù)最高，感官品質(zhì)最好，因此選擇K號樣品為最佳穩(wěn)定劑種類和用量，即A3B1C1D1，即0.3%羧甲基纖維素鈉、0.01%黃原膠、0.03%單硬脂酸甘油酯和0.05%海藻酸鈉。

2.2 工藝對穩(wěn)定性的影響

2.2.1 均質(zhì)壓力對穩(wěn)定性的影響

根據(jù)斯托克斯定律，沉降速度與顆粒直徑的平方成正比，粒子直徑愈大，沉降越快，反之越慢。均質(zhì)可以有效減小產(chǎn)品的平均粒徑，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性，而均質(zhì)效果主要取決于均質(zhì)壓力與均質(zhì)溫度，酸性乳飲料的均質(zhì)通常是在酸化后進行[9]。

本實驗在添加復(fù)合穩(wěn)定劑后進行均質(zhì)，均質(zhì)溫度30 ℃，測定其均質(zhì)壓力 10、15、20、25、30 MPa時的穩(wěn)定系數(shù)，結(jié)果見表5。

這次改革，國務(wù)院正部級機構(gòu)減少4個，其中組成部門減少2個，副部級機構(gòu)增減相抵數(shù)量不變。改革后，除國務(wù)院辦公廳外，國務(wù)院設(shè)置組成部門25個。

表5 均質(zhì)壓力對莖瘤芥胡蘿卜混合汁乳酸菌飲料穩(wěn)定性的影響實驗表Table 5 The pressure of homogenization on tumorous Stem mustard carrot juice lactic acid bacteria beverage stability test table

從表5可知，均質(zhì)壓力對乳酸菌飲料穩(wěn)定性有較大影響，不均質(zhì)穩(wěn)定系數(shù)40.00%，20 MPa壓力下均質(zhì)，穩(wěn)定系數(shù)89.93%，均質(zhì)壓力自10 MPa增加到20 MPa，隨著均質(zhì)壓力的增加，穩(wěn)定系數(shù)逐漸增大，但增加到30 MPa以上，隨著壓力增大，穩(wěn)定系數(shù)和感官反而降低。這是因為均質(zhì)壓力過低，蛋白質(zhì)粒子過大，容易沉降影響穩(wěn)定性，均質(zhì)壓力過高，蛋白質(zhì)粒子過小，其吸附作用增強而凝聚，亦會降低穩(wěn)定性[10]。綜合表5，莖瘤芥胡蘿卜混合汁復(fù)合乳酸菌飲料合適的均質(zhì)壓力在15 MPa～25 MPa之間。

2.2.2 均質(zhì)溫度對莖瘤芥胡蘿卜混合汁乳酸菌飲料穩(wěn)定性的影響

均質(zhì)效果不僅與均質(zhì)壓力有關(guān)，與均質(zhì)溫度也有直接關(guān)系，過高溫度下均質(zhì)，可能引起蛋白質(zhì)變性，過低溫度下均質(zhì)穩(wěn)定劑溶解不充分，乳化能力下降都會影響產(chǎn)品穩(wěn)定性[11]。乳制品加工的均質(zhì)溫度一般在60℃～70℃，低于55℃或溫度過高都會影響均質(zhì)的效果[12]。由于莖瘤芥胡蘿卜混合汁乳酸菌飲料含有活性乳酸菌，均質(zhì)溫度必須在活性乳酸菌耐受溫度范圍內(nèi)，即低于52℃條件下均質(zhì)，否則均質(zhì)過程會殺死大量活性乳酸菌，會降低其營養(yǎng)價值。

本實驗在均質(zhì)壓力20 MPa，測定均質(zhì)溫度對穩(wěn)定系數(shù)的影響，結(jié)果見表6。

表6 均質(zhì)溫度對莖瘤芥混合果蔬汁乳酸菌飲料穩(wěn)定性的影響實驗表Table 6 Temperature of homogenization on tumorous Stem mustard mixed fruit and vegetable juice lactic acid bacteria beverage stability test table

由表6可知，在20℃～40℃之間，隨著均質(zhì)溫度的增加，穩(wěn)定系數(shù)有所增加，在均質(zhì)溫度40℃～60℃之間，隨著均質(zhì)溫度升高，穩(wěn)定系數(shù)反而降低，而且飲料顏色變暗，綜合考慮莖瘤芥胡蘿卜混合汁乳酸菌飲料均質(zhì)溫度在30℃～40℃之間最適宜。

2.3 殺菌條件及存放時間對莖瘤芥胡蘿卜混合汁復(fù)合乳酸菌飲料穩(wěn)定性的影響

表7 殺菌條件及存放時間對莖瘤芥混合果蔬汁乳酸菌飲料穩(wěn)定性的影響Table 7 The sterilization condition and storage time on tumorous stem mustard mixed fruit and vegetable juice lactic acid bacteria beverage stability influence

由表7可知，殺菌條件對乳酸菌飲料穩(wěn)定性有直接影響，隨著殺菌時間延長，乳酸菌飲料穩(wěn)定性系數(shù)有所提高，隨著存放時間的延長，飲料穩(wěn)定系數(shù)有所下降，其中第2組殺菌后乳酸菌飲料穩(wěn)定性最好。第3個月以后飲料的穩(wěn)定性趨于穩(wěn)定。綜合考慮殺菌條件和存放時間對乳酸菌飲料穩(wěn)定性的影響，殺菌溫度100℃，殺菌時間20 min為莖瘤芥胡蘿卜番茄混合汁乳酸菌飲料最佳殺菌工藝參數(shù)。

3 結(jié)論

1）穩(wěn)定劑對莖瘤芥胡蘿卜混合汁乳酸菌飲料穩(wěn)定性影響較明顯，以測定穩(wěn)定系數(shù)為指標，由圖1～圖4可知，單一用某一種穩(wěn)定劑其穩(wěn)定效果不理想，加入后有的很快沉淀，穩(wěn)定系數(shù)低，如CMC-Na、單硬脂酸甘油酯。通過正交實驗，確定四種復(fù)合穩(wěn)定劑的添加配方，正交實驗結(jié)果：乳酸菌飲料穩(wěn)定劑最佳添加量為0.3%羧甲基纖維素鈉、黃原膠0.01%、單硬脂酸甘油酯0.03%和海藻酸鈉0.05%。

2）均質(zhì)壓力對莖瘤芥胡蘿卜混合汁復(fù)合乳酸菌飲料穩(wěn)定性影響較為顯著，而均質(zhì)溫度影響相對較小。為使莖瘤芥胡蘿卜混合汁復(fù)合乳酸菌飲料保持良好的穩(wěn)定性，適宜的均質(zhì)壓力20 Mpa，均質(zhì)溫度30℃～40℃之間。

3）殺菌條件對莖瘤芥胡蘿卜混合汁復(fù)合乳酸菌飲料穩(wěn)定性有直接影響，殺菌溫度100℃，殺菌時間20 min為莖瘤芥胡蘿卜混合汁復(fù)合乳酸菌飲料最佳殺菌工藝參數(shù)。

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Study on Stability of Mixed Juice Lacticillus Drink of Tumorous Stem Mustard and Carrot

XU An-shu1，ZHANG Hong-li1，HE Jun2
（1.Biochemistry Engineering Department，Chongqing Industry&Trade Polytechnic，Chongqing 408000，China；2.Fuling Wahaha Beverage Company Limited，Chongqing 408000，China）

Abstract：The development of Fuling real estate tumorous stem mustard carrot juice compound lactic acid bacteria fermented beverage， measured asindicesoffermented beverage stability coefficientby spectrophotometer， affect the stability effect of single and compound stabilizer for beverage，using four factors and three levels orthogonal experiment， study the stabilizer， homogenization pressure and homogenization temperature，the effect of stability beverage sterilization time.The results showed that the tumorous stem mustard carrot juice compound lactic acid bacteria beverage stabilizer contained acid and sodium carboxymethyl cellulose （CMC-Na）0.3%，xanthan gum 0.01%，glycerol monostearate 0.03%，sodium alginate 0.05%；homogenization pressure 20 MPa，homogeneous temperature 30℃～40℃；sterilization temperature is 100℃，sterilization time 20 min.

Key words：tumorous stem mustard；carrot；lactic acid bacteria beverage；stability

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2013.13.017

涪陵榨菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)集成應(yīng)用與創(chuàng)新服務(wù)體系建設(shè)（莖瘤芥原汁乳酸發(fā)酵飲品的研制（涪科委發(fā)[2011]30號）

徐安書（1964—），女（漢），副教授，學士，研究方向：微生物及微生物發(fā)酵技術(shù)，食品加工。

2013-03-08