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      響應(yīng)面法優(yōu)化胡蘿卜乳酸飲料的生產(chǎn)工藝及對DPPH的清除作用

      2018-06-20 07:43:30劉治心張婉瀅李湘利劉靜
      中國乳品工業(yè) 2018年5期
      關(guān)鍵詞:酸度胡蘿卜乳酸菌

      劉治心,張婉瀅,李湘利,劉靜

      (濟(jì)寧學(xué)院生命科學(xué)與工程系,山東曲阜273155)

      0 引言

      乳酸飲料主要以牛奶、果蔬等為原料,利用乳酸發(fā)酵作用制備的富含活性乳酸菌及代謝物的飲料[1-2],具有調(diào)節(jié)人體微生態(tài)平衡、延緩衰老、降低膽固醇和提高機體免疫力等功效[3]。含有功效成分的果蔬原料進(jìn)行乳酸發(fā)酵可進(jìn)一步提高營養(yǎng)價值,具有廣闊市場前景[4]。現(xiàn)有研究表明[5],自由基可引起癌癥、動脈粥樣硬化和老年癡呆等100余種疾病,是導(dǎo)致衰老的主要因素。具有自由基清除能力的天然抗氧化劑與合成抗氧化劑已成為相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點[6-7]。

      胡蘿卜(Daucus carota L.),又稱紅蘿卜或甘荀,富含碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪等營養(yǎng)成分及β-胡蘿卜素、鈣、鐵、鋅等元素[8],具有防癌抗癌、降壓降脂、抗衰老、清除自由基、降低腫瘤發(fā)生率、增加免疫力等功效,是一種對人體健康極為有益的果蔬原料[9]。為開發(fā)乳酸飲料的適宜果蔬種類,制備一種具有較強DPPH自由基清除作用的果蔬飲料,本研究以胡蘿卜、牛奶為主要原料,應(yīng)用乳酸菌進(jìn)行發(fā)酵,以期獲得一種口味極佳、風(fēng)味獨特、具有較強抗氧化作用的新型胡蘿卜乳酸飲料。

      1 實驗

      1.1 材料與試劑

      胡蘿卜,牛奶,白砂糖,果膠酶(酶活性>32 000 U/g),乳酸菌(保加利亞乳桿菌:嗜熱鏈球菌=1∶1),羧甲基纖維素鈉(CMC)、黃原膠、海藻酸鈉等,食品添加劑級;DPPH·,Sigm a分裝;其他試劑,均為國產(chǎn)分析純。

      1.2 儀器與設(shè)備

      JM-50膠體磨,TD 6低速離心機,DH 6000II恒溫培養(yǎng)箱,SCBX-1000蔬菜保險柜,723PC可見分光光度計,F(xiàn)A 2004N電子天平,30-6 S高壓均質(zhì)機。

      1.3 方法

      1.3.1 胡蘿卜乳酸飲料的制備

      胡蘿卜經(jīng)清洗去污,沸水熱燙4~6 m in,冷卻后按一定料液比榨汁。用質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.01%檸檬酸和質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%的Vc(按胡蘿卜質(zhì)量計)護(hù)色,用0.04%的果膠酶在45℃酶解90 m in。在胡蘿卜汁中加入牛奶、白砂糖和穩(wěn)定劑,加熱至50~60℃于15~20 M Pa均質(zhì),在90~95℃殺菌5 m in,冷卻至45℃后接種乳酸菌發(fā)酵、0~4℃冷藏即得胡蘿卜乳酸飲料[10]。

      1.3.2 單因素實驗

      考察胡蘿卜與水的比例(料液比)、加奶量、加糖量、接種量、發(fā)酵溫度及發(fā)酵時間對胡蘿卜乳酸飲料發(fā)酵酸度、感官評分和DPPH清除率的影響。乳酸發(fā)酵基本條件為料液比1∶3,加奶量15%,加糖量6%,接種量0.015%,發(fā)酵溫度42℃,發(fā)酵時間8 h。其中,料水比設(shè)定為1∶1,1∶2,1∶3,1∶4,1∶5;加奶量設(shè)定為10.0%,12.5%,15.0%,17.5%,20.0%;加糖量設(shè)定為4%,5%,6%,7%,8%;接種量設(shè)定為0.005%,0.010%,0.015%,0.020%,0.025%;發(fā)酵溫度設(shè)定為38,40,42,44,46℃;發(fā)酵時間設(shè)定為4,6,8,10,12 h。

      1.3.3 響應(yīng)面優(yōu)化實驗

      在單因素實驗基礎(chǔ)上,選取加糖量(X1)、發(fā)酵溫度(X2)、接種量(X3)、發(fā)酵時間(X4)四個對胡蘿卜乳酸飲料影響較大的因素為自變量,以感官評分為響應(yīng)值,根據(jù)Box-Behnken實驗設(shè)計原理[11],采用Design-Expert V 8.0.6軟件對所得結(jié)果進(jìn)行分析,獲得最佳制備工藝條件。實驗因素與水平如表1所示。

      表1 響應(yīng)面分析法的因素與水平

      1.3.4 穩(wěn)定性實驗

      以CM C(羧甲基纖維素)-黃原膠、CM C-海藻酸鈉、黃原膠-海藻酸鈉為穩(wěn)定劑,穩(wěn)定劑添加量為0.3%,于所得最佳條件下制備乳酸飲料,冷藏靜置30 d后測定飲料穩(wěn)定性[12]。

      1.3.5酸度的測定

      采用GB5413.34-2010測定,用吉爾涅爾度(°T)表示[13]。

      1.3.6感官評價方法

      由10人組成感官評定小組,對乳酸飲料顏色、香味、組織狀態(tài)和口感進(jìn)行評定[14],標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

      1.3.7 DPPH清除率的測定

      參照李湘利等[15]的方法略調(diào)整。用無水乙醇配制濃度為0.2 mm o l/L的DPPH溶液,移取2 m L乳酸飲料(經(jīng)3 000 r/m in離心10 m in得上清液)于10 m L試管中,加入DPPH溶液2m L,室溫反應(yīng)30m in,于517 nm測吸光值(A1),測定同體積飲料和無水乙醇混勻后的吸光值(A2)及無水乙醇和DPPH混勻后的吸光值

      表2 胡蘿卜乳酸飲料的感官評分標(biāo)準(zhǔn)

      1.3.8 穩(wěn)定性的測定

      離心管洗凈并稱其質(zhì)量(M1),取10 m L飲料于離心管中,在3 000 r/m in離心20 m in,棄去上清液后倒置10 m in,稱取沉淀物和離心管的質(zhì)量(M2),計算沉淀率[12],即

      1.3.9成品指標(biāo)的測定

      蛋白質(zhì)測定采用凱氏定氮法,總糖測定采用直接滴定法,可溶性固形物測定采用手持折光儀法[16];微生物指標(biāo)測定參照文獻(xiàn)[17]的方法。

      1.3.10數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法

      采用軟件IBM SPSS Statistics 22.0進(jìn)行單因素結(jié)果分析,應(yīng)用軟件Design Expert 8.0.7建立數(shù)學(xué)模型和響應(yīng)面分析。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 料水比的確定

      由表3可以看出,料水比為1∶3時,所得乳酸飲料的顏色、香味、組織狀態(tài)及口感均較好,感官評分為87分,高于其他處理(P<0.01)。因此,確定料水比1∶3進(jìn)行單因素實驗和響應(yīng)面實驗研究。

      2.2 單因素實驗結(jié)果

      由圖1可知,隨加奶量(圖1a)增加和發(fā)酵時間(圖1e)延長,感官評分和DPPH清除率先增大后減小,酸度逐漸上升;隨加糖量(圖1b)增加,酸度略有下降,感官評分和DPPH清除率呈先升后降的趨勢;隨接種量(圖1c)增大和發(fā)酵溫度(圖1d)升高,酸度、感官評分和DPPH清除率均呈先增大后減小的變化趨勢。考慮到技術(shù)與經(jīng)濟(jì)因素,選擇加奶量15%、加糖量6%、接種量0.010%、發(fā)酵溫度42℃、發(fā)酵時間7 h為較優(yōu)工藝參數(shù),為突出胡蘿卜乳酸飲料特性,固定加奶量15%進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化實驗。

      2.3 響應(yīng)面優(yōu)化實驗結(jié)果

      以X1(加糖量)、X2(發(fā)酵溫度)、X3(接種量)、X4(發(fā)酵時間)為變量,以乳酸飲料感官評分為響應(yīng)值,根據(jù)BoX-Behnken中心組合實驗原理設(shè)計響應(yīng)面實驗,結(jié)果如表4所示。

      表3 料水比對飲料感官品質(zhì)的影響

      圖1 各單因素對酸度、感官評分及DPPH清除率的影響

      表4 響應(yīng)面分析方案及實驗結(jié)果

      2.3.1回歸模型的建立與分析

      利用軟件Design-Expert 8.0.6對表4的結(jié)果進(jìn)行回歸分析,得到乳酸飲料感官評分(Y)與各因素之間的回歸方程:Y=-989.48+12.84X1+43.18X2+4397.00X3+26.89X4+0.038X1X2-5.00X1X3+0.42X1X4-75.00X2X3-0.18X2X4-40.00X3X4-1.32X12-0.49X22-50933.33X32-1.57X42。

      對所得實驗?zāi)P瓦M(jìn)行方差分析,結(jié)果如表5所示。

      表5 響應(yīng)面回歸模型方差分析

      由表5可知,失擬項不顯著(P=0.2652>0.05),而模型極顯著(P<0.0001),模型確定系數(shù)R2=0.9100,調(diào)整確定系數(shù)R2Adj=0.8200,這表明實驗?zāi)P湍茌^好的反應(yīng)各因素與響應(yīng)值間的變化關(guān)系,可預(yù)測乳酸飲料的實際得分。方差分析還表明,X2,X12,X22,X32,X42對感官評分影響極顯著(P<0.01),X3和X4影響顯著(P<0.05),其他項不顯著(P>0.05),各因素對感官評分的影響順序是X2>X4>X3>X1,即發(fā)酵溫度>發(fā)酵時間>接種量>加糖量。在α=0.05水平上剔除不顯著項,得到簡化方程:Y=–989.48+43.18X2+4397.00X3+26.89X4–1.32X12–0.49X22–50933.33X32–1.57X42。

      2.3.2 響應(yīng)面分析

      由圖2可知,響應(yīng)面的開口向下,而且當(dāng)固定一個變量時,感官評分都會隨著另一個變量的增大呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢,響應(yīng)曲面圖越陡,說明所對應(yīng)的實驗因素對響應(yīng)值的影響也越顯著[18-19],這與方差分析的實驗結(jié)果一致。各因素在所選范圍內(nèi)均有最佳響應(yīng)值,這說明實驗因素所選范圍是合理的。

      2.3.3 最佳組合的確定與驗證

      圖2 各因素交互作用對感官評分影響的響應(yīng)面

      利用Design-Expert 8.0.6軟件對實驗結(jié)果分析,得到胡蘿卜乳酸飲料的最佳工藝條件:加糖量6.55%,發(fā)酵溫度42.66℃,接種量0.01%,發(fā)酵溫度6.95 h,感官評分預(yù)測值為86.0142??紤]到實際可操作性,將配方調(diào)整為加糖量6.5%,發(fā)酵溫度42.5℃,接種量0.010%,發(fā)酵溫度7 h。為驗證模型可靠性,于最佳條件下進(jìn)行三次驗證性實驗,所得飲料的酸度為36.78°T、感官評分為88.79分,DPPH清除率為95.97%。

      2.4 穩(wěn)定性實驗結(jié)果

      由表6可知,當(dāng)CMC∶黃原膠=1∶2時,乳酸飲料的沉淀率最小,穩(wěn)定性最高,優(yōu)于CMC∶海藻酸鈉、黃原膠∶海藻酸鈉的各處理(P<0.01),故選擇CM C與黃原膠比例1∶2的復(fù)合穩(wěn)定劑。為改善產(chǎn)品風(fēng)味,添加0.06%的檸檬酸進(jìn)行調(diào)配,于最適條件下制備胡蘿卜乳酸飲料,其酸度為37.85°T,感官評分95.05分,DPPH清除率96.32%。

      2.5 產(chǎn)品品質(zhì)指標(biāo)

      2.5.1 感官指標(biāo)

      色澤呈淺橘黃色,質(zhì)地均勻、無分層和雜質(zhì)、流動性好,有濃厚的胡蘿卜香和輕微乳香、香氣協(xié)調(diào),口感細(xì)膩,滋味純正,酸甜適口。

      2.5.2 理化指標(biāo)

      蛋白質(zhì)0.7%,總糖7.0%,可溶性固形物12.8%,酸度37.85°T。

      表6 復(fù)合穩(wěn)定劑添加比例對胡蘿卜乳酸飲料穩(wěn)定性的影響

      2.5.3 微生物指標(biāo)

      乳酸菌≥106CFU/m L,大腸菌群≤1 CFU/m L,致病菌符合GB29921-2013[20]限量要求。

      3 結(jié)論

      以胡蘿卜和牛奶為原料,制備了一種具有較強DPPH清除效果的胡蘿卜乳酸飲料,所得最佳工藝參數(shù)為料水比(胡蘿卜∶水)為1∶3,胡蘿卜汁添加量85%,牛奶添加量15%,加糖量6.5%,乳酸菌接種量0.010%,發(fā)酵溫度42.5℃,發(fā)酵時間7 h;最佳穩(wěn)定劑組合是CMC∶黃原膠1∶2,添加量0.3%;檸檬酸添加量0.06%。所得乳酸飲料色澤呈淺橘黃色,具有濃厚胡蘿卜香和輕微乳香,口感細(xì)膩、甜酸適口、滋味純正。該飲料對DPPH自由基的清除率為96.32%,蛋白質(zhì)含量為0.7%,總糖7.0%,可溶性固形物12.8%,酸度37.85°T。

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