響應(yīng)面法優(yōu)化復(fù)合型打瓜軟棗獼猴桃格瓦斯飲料發(fā)酵條件

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(大連民族大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,生物技術(shù)與資源利用教育部重點實驗室,遼寧大連 116600)

軟棗獼猴桃(Actinidiaarguta)富含大量的營養(yǎng)成分,主要包括:葉綠素、β胡蘿卜素、葉黃素和黃酮等[1-2]。目前已有研究表明,軟棗獼猴桃含有大量的天然多酚[3-4],如咖啡酸、槲皮素[5]等,具有抗氧化活性,可以清除自由基,防止細胞氧化損傷[6],這意味著軟棗獼猴桃既有營養(yǎng)價值又有藥用價值[7],因此深受消費者的青睞。

打瓜,又名籽瓜,外形與西瓜相似但相對略小,多籽,味淡。打瓜中富含維生素、糖分、酚類物質(zhì),以及鈣、磷、鐵等微量元素[8-9],還含有較多的不飽和脂肪酸[10],適合患心腦血管疾病和高血壓的病人食用。中醫(yī)理論指出,打瓜味甘淡、性溫,具有生津止渴、解暑清熱、利尿等性質(zhì)，常食用適量的打瓜可促進消化和新陳代謝[11]。

格瓦斯是一種用麥芽或面包經(jīng)酵母和乳酸發(fā)酵釀造的低度酒精飲料[12]。其口感清爽,并富含維生素、有機酸、糖等[13],不僅可以為人體提供所需的多種營養(yǎng)成分,還可改善人體腸胃消化吸收功能[14]。隨著社會的發(fā)展,近年來飲料的發(fā)展趨勢由碳酸飲料轉(zhuǎn)向植物功能性飲料[15]。由于軟棗獼猴桃是季節(jié)性水果,每年的收獲季只有9、10兩個月,且貯藏期較短[16],不能滿足人們常年的需求。打瓜目前主要的應(yīng)用是取打瓜籽榨油等,只取瓜籽舍棄瓜瓤瓜肉,嚴(yán)重浪費資源。為了消除軟棗獼猴桃季節(jié)性的影響,避免資源的浪費,本實驗采用響應(yīng)面法研究復(fù)合型打瓜軟棗獼猴桃格瓦斯飲料的最佳工藝,所用原材料物美價廉,成品具有一定的生理功能,且風(fēng)味獨特,是一種同時具有經(jīng)濟效益和營養(yǎng)價值的植物功能性飲料,以期提供一種最佳的生產(chǎn)工藝。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

軟棗獼猴桃 遼寧農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院獼猴桃基地;打瓜 內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市開魯縣;秋林無糖碳烤面包 哈爾濱秋林集團;安琪甜酒酒曲、糯米 市售;MRS培養(yǎng)基 北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司;果膠酶 活力5×104U/g,鄭州華峰食品科技有限公司;植物乳桿菌(Lactobacillusplantarum) 中國普通微生物菌種保藏管理中心。

AL204型電子天平 梅特勒-托利多有限公司;FKB型分層烤箱 佛山市祥興;XF-12型盤發(fā)酵箱 邢臺潤聯(lián)科技開發(fā)有限公司;FW135型中草藥粉碎機 上海楚柏實驗室設(shè)備有限公司;BJ11/YS-100型實驗室恒溫箱 武漢西化儀科技有限公司;PL203型精密電子天平 梅特勒-托利多儀器上海有限公司;Lamda-25型紫外可見分光光度計 美國PE公司;T25型勻漿機 德國IKA公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 格瓦斯飲料的制作方法

1.2.1.1 植物乳桿菌的活化與擴大培養(yǎng) 將保存的植物乳桿菌按2%接種量接入MRS培養(yǎng)基中,置于36 ℃電恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)24 h進行活化,然后轉(zhuǎn)入乳酸菌擴大培養(yǎng)基中按5%接種量接入活化的植物乳桿菌,在36 ℃下進行擴大培養(yǎng),待植物乳桿菌數(shù)量達到107CFU/mL時停止擴大培養(yǎng)。乳酸菌擴大培養(yǎng)基的配方組成為:西紅柿80 g,胡蘿卜80 g,泡好的黃豆30 g,白砂糖80 g,硫酸鎂6 g,碳酸鈣50 g,磷酸氫二鈉5 g,水669 g。

1.2.1.2 面包屑的制備 烘烤前將秋林面包切成1 cm左右的面包片擺入烤盤中,每個烤盤擺放兩層面包片,在120～130 ℃下烘烤0.5 h,當(dāng)面包片顏色略微發(fā)黃時,將面包片翻面,用相同溫度和時間烘烤,待面包片兩面都成金黃色即可。冷卻后用粉碎機將烘烤后的面包片粉碎,室溫下密封保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.1.3 浸泡液的制備 將粉碎好的面包屑放入浸泡容器中,以1∶4 (g/g)加入70～80 ℃的熱水,浸泡2～3 h,在此過程中會觀察到混合物會逐漸分層,其中下層沉淀物為面包屑,上層液體為浸泡液,將經(jīng)四層紗布過濾分離得到的浸泡液放在發(fā)酵容器中暫存,重復(fù)上述浸泡過程2～3次。浸泡容器溫度控制在37 ℃左右,經(jīng)過浸泡過程后,浸泡液會呈面包的金黃色,并且會散發(fā)出面包的糊香味。

1.2.1.4 糖化液的制備 用上述浸泡液對糯米進行24 h浸泡,然后將4～5 cm厚泡透的糯米放入蒸鍋中,蒸20 min,待糯米蒸熟后將糯米降溫至30 ℃,用30 ℃的溫水將安琪甜酒酒曲化開,邊倒入降溫后的糯米邊攪拌,再將糯米表面抹平,并將糯米飯呈棋盤式挖出9個直徑5 cm,3 cm深的酒窩以便于觀察發(fā)酵狀況,溫度控制在30～32 ℃之間,放置48 h進行糖化;糯米糖化過程結(jié)束后經(jīng)固液分離,即得到糖化液,放入5 ℃冷庫中備用。

1.2.1.5 打瓜軟棗獼猴桃混合汁的制備 軟棗獼猴桃的挑選與清洗:選取新鮮、無病蟲害和機械傷的軟棗獼猴桃,進行清洗,并晾干表面水分備用;打瓜的挑選與清洗:選取無壓痕、無蟲蝕,味清香的打瓜洗凈,去皮去籽,取瓜肉備用。

果汁的制備:各取等量處理好的打瓜和軟棗獼猴桃放入榨汁機榨汁(注意榨汁時間,以防止時間過長將獼猴桃籽打碎,影響果汁顏色,一般以1～2 min為宜,轉(zhuǎn)速為12000 r/min),所得汁液按照4∶5的質(zhì)量比加水調(diào)漿后,用四層紗布過濾掉果肉部分后,即可得到新鮮的打瓜軟棗獼猴桃汁混合汁。

1.2.1.6 打瓜軟棗獼猴桃格瓦斯飲料的制備 將糖化液和打瓜軟棗獼猴桃混合汁按一定比例調(diào)配,在100 ℃下滅菌15 min后冷卻,并接種一定量的上述含有107CFU/mL乳酸菌的乳酸菌擴大培養(yǎng)基,攪拌均勻后放入已消毒的不銹鋼桶中,蓋上蓋子并用保鮮膜封緊,放入30 ℃培養(yǎng)箱中進行前發(fā)酵一定時間,篩選出最佳時間后轉(zhuǎn)入5 ℃冷庫中進行24 h的后發(fā)酵。在發(fā)酵后的打瓜軟棗獼猴桃果汁中加入一定量的果膠酶,43 ℃下酶解5 h,用多層紗布過濾后,觀察飲料呈澄清無沉淀后進行裝瓶,在100 ℃水浴中滅菌15 min,冷卻后即可得到復(fù)合型打瓜軟棗獼猴桃格瓦斯飲料。

1.2.2 響應(yīng)面優(yōu)化工藝條件 根據(jù)預(yù)實驗結(jié)果,實驗中所選取的乳酸菌最佳發(fā)酵溫度為37 ℃,選取對格瓦斯飲料品質(zhì)影響較大的乳酸菌接種量、乳酸菌發(fā)酵時間、糖化液與軟棗獼猴桃汁比例以及果膠酶添加量為自變量,感官評分為響應(yīng)值,采用4因素3水平的Box-Behnken響應(yīng)面優(yōu)化復(fù)合型打瓜軟棗獼猴桃格瓦斯飲料的生產(chǎn)工藝,試驗方案設(shè)計見表1[17]。

表1 響應(yīng)面試驗因素及水平設(shè)計表Table 1 Response surface test factors and levels design table

1.2.3 指標(biāo)的測定

1.2.3.1 感官評定方法 從樣品的色澤、香氣、口感和質(zhì)地上對復(fù)合打瓜軟棗獼猴桃格瓦斯飲料品質(zhì)做出評定,選20名經(jīng)驗豐富的評質(zhì)人員(10男10女)對飲料的各項指標(biāo)進行打分,具體打分標(biāo)準(zhǔn)見表2,平均值作為感官評定結(jié)果。

表2 格瓦斯飲料感官評定標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Criteria for sensory evaluation of kvass beverages

1.2.3.2 微生物測定 參照GB 4789.38-2012[18]、GB 4789.3-2010[19]、GB 4789.15-2010[20]、GB 4789.31-2013[21]中規(guī)定的方法對菌落總數(shù)、大腸菌群、霉菌和致病菌進行測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Design-Expert 8.0.6軟件對數(shù)據(jù)進行處理,按照軟件設(shè)計結(jié)果共進行29組實驗,每組實驗重復(fù)3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 Box-Bohnken方案設(shè)計與結(jié)果

通過Design-Expert 8.0.6數(shù)據(jù)處理軟件,輸入數(shù)據(jù)設(shè)計響應(yīng)曲面優(yōu)化實驗,分析結(jié)果見表3。

表3 Box-Bohnken試驗設(shè)計及結(jié)果Table 3 Box-Bohnken design in terms of coded levels with response variable

各因素經(jīng)回歸擬合后,解得回歸方程為:

Y=78.78-2.14A+2.17B+0.97C+3.12D+0.53AB-0.32AC-2.68AD-0.85BC-0.70BD-1.62CD+2.74A2+1.59B2-9.62C2+1.90D2

式(1)

2.2 感官評定的優(yōu)化分析

運用Design-Expert數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)進行處理,取感官評分指標(biāo)進行響應(yīng)曲面優(yōu)化,分析結(jié)果得表4。

表4 復(fù)合型打瓜軟棗獼猴桃格瓦斯飲料的感官評分響應(yīng)曲面優(yōu)化分析結(jié)果Table 4 Optimization of response surface analysis results of complex type of seeding-watermelon kiwifruit kvass beverage

根據(jù)Box-Bohnken試驗所得的多元回歸方程作響應(yīng)面圖,在其他試驗因素固定不變的情況下,交互項對感官評分的影響可通過響應(yīng)面進行分析[22]。響應(yīng)面越平緩,表明該因素對感官評分影響越小,反之表明感官評分對因素的改變越敏感[23-24]。從圖1c可以看出,植物乳桿菌接種量和果膠酶添加量的交互作用最明顯,其他因素之間不明顯,與上文方差分析所得結(jié)果一致。

圖1 以感官評分為指標(biāo)的響應(yīng)面圖Fig.1 Response surface plots showing the interactive effects of various factors on the sensory score

2.3 驗證試驗

利用Design-Expert 8.0.6軟件優(yōu)化程序?qū)υ囼炘O(shè)計與結(jié)果數(shù)據(jù)進行優(yōu)化,通過響應(yīng)面分析可求得最佳工藝參數(shù)為:植物乳桿菌接種量2×107CFU/mL,乳酸菌發(fā)酵時間12 h,糖化液與打瓜軟棗獼猴桃汁比例0.97∶1,果膠酶添加量15 mg/100 g,此配方所得的感官評分為93.9268。在此工藝條件下,經(jīng)試驗驗證,感官評分為(94.0±0.2)分,復(fù)合型打瓜軟棗獼猴桃格瓦斯飲料的色澤、香氣、口感和質(zhì)地均較好。

2.4 微生物檢測結(jié)果

復(fù)合型打瓜軟棗獼猴桃格瓦斯飲料中微生物檢測結(jié)果見表5,其中大腸菌群含量、菌落總數(shù)、霉菌含量均合格,各種致病菌均未檢測出。

表5 微生物檢測結(jié)果Table 5 Microbial detection results

3 結(jié)論

本實驗采用飲料發(fā)酵工藝,通過響應(yīng)面優(yōu)化法獲得復(fù)合型打瓜軟棗獼猴桃格瓦斯飲料的最佳配方工藝為:植物乳桿菌接種量為2×107CFU/ml,乳酸菌發(fā)酵時間為12 h,糖化液與打瓜軟棗獼猴桃汁比例為0.97∶1,果膠酶添加量為15 mg/100 g。本產(chǎn)品的微生物檢測結(jié)果:大腸菌群含量、菌落總數(shù)、霉菌含量均合格,各種致病菌均未檢測出。制得的飲料成品顏色呈淡黃綠色,風(fēng)味純正,酸甜適中,澄清無沉淀,且具有打瓜軟棗獼猴桃汁的果香和發(fā)酵所產(chǎn)生的香味混為一體,口感新鮮而細膩,余味清爽。