火龍果汁涼茶的制備品質(zhì)與生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化

林大成,陸明盈,鐘摟,陳美花,王劍峰,顏財(cái)發(fā)

(1.北部灣大學(xué) a.食品工程學(xué)院;b.廣西高校北部灣特色海產(chǎn)品資源開(kāi)發(fā)與高值化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西 欽州 535011;2.廣西靈山縣宇峰保健食品有限公司,廣西 靈山 535400;3.廣州工商學(xué)院 商學(xué)院,廣州 510800)

現(xiàn)代健康養(yǎng)生觀念的興起,使開(kāi)發(fā)綠色天然果汁飲料具有潛在市場(chǎng)價(jià)值.但要取代一般化學(xué)勾兌飲料仍有很大的質(zhì)量改善空間,例如果汁飲料內(nèi)容物的沉淀穩(wěn)定[1]、色素保質(zhì)[2-3]、食源性污染菌[4]及原料成本[5]等四大問(wèn)題.解決問(wèn)題的關(guān)鍵在于綠色制備與生態(tài)型保質(zhì)方法.果汁飲料常見(jiàn)內(nèi)容物的沉淀分層問(wèn)題涉及均勻乳化性與穩(wěn)定性[1].對(duì)穩(wěn)定性問(wèn)題大都關(guān)注穩(wěn)定劑的種類、濃度及添加量,并以離心沉淀率作為判斷指標(biāo)[1],而少有以生物乳化劑作為生態(tài)型保質(zhì)劑.色素保質(zhì)問(wèn)題涉及溫度與酸堿性對(duì)花青素或甜菜苷色素的含量與保留率[2-3],而少有以中藥促進(jìn)生物乳化,強(qiáng)化天然色素的保護(hù)作用.食源性污染菌問(wèn)題涉及中藥的活性成分、多酚類物質(zhì)及多糖等對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的最低抑菌濃度與抑菌圈敏感性[6],而少有結(jié)合生物保質(zhì)劑與低pH發(fā)酵的抑菌作用.原料成本問(wèn)題大都關(guān)注原料添加的配方比例與制備條件優(yōu)化,而少有關(guān)注綠色制備方式與生態(tài)型保質(zhì)劑.

火龍果汁涼茶屬創(chuàng)新產(chǎn)品,火龍果果肉富含營(yíng)養(yǎng)、甜菜色素及膳食纖維,具有抗氧化、降低膽固醇、預(yù)防便秘等功效.結(jié)合養(yǎng)生中藥與益生乳酸菌發(fā)酵,適合于深加工.本研究旨在火龍果汁飲料產(chǎn)品的保質(zhì)期限內(nèi),解決一般果汁飲料的穩(wěn)定性、色素保存、污染菌及原料成本等四大問(wèn)題,為創(chuàng)新產(chǎn)品從生產(chǎn)理論轉(zhuǎn)化成商品提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

火龍果,檸檬(市售),仙草(廣西靈山縣宇峰保健食品有限公司),中藥(山藥、枸杞、紅曲)(西安百慶生物科技有限公司);混合乳酸菌種(嗜酸乳桿菌、德氏乳桿菌保加利亞亞種、嗜熱鏈球菌)(山東菌樂(lè)生物科技有限公司),苯酚、濃硫酸、三氯乙酸、95%乙醇及葡萄糖等均為分析純(廣州柏研生物科技有限公司).

主要儀器:Evolution 201 &220紫外-可見(jiàn)光分光光度計(jì)(上海譜祥科學(xué)儀器有限公司);TG16MW臺(tái)式高速離心機(jī)(湖南赫西儀器裝備有限公司);AE300L-H臺(tái)式高速分散均質(zhì)機(jī)(深圳市良誼實(shí)驗(yàn)室儀器有限公司);KTNK-80冷凍干燥機(jī)(上海喬楓實(shí)業(yè)有限公司);DG250密封式厭養(yǎng)操作臺(tái)(上海迪發(fā)儀器儀表有限公司).

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

基于先前研究火龍果汁涼茶最佳配料組合(糖添加量140 g/L,復(fù)方中藥濃縮液添加量30 mL/L,乳酸菌種添加量100 mL/L及檸檬汁添加量70 mL/L)的結(jié)果為基礎(chǔ),再以胞外多糖產(chǎn)量(EPS)為指標(biāo),利用單因素分析與正交試驗(yàn)進(jìn)行篩選火龍果汁涼茶的最佳經(jīng)濟(jì)組合為實(shí)驗(yàn)組(EX),探討生產(chǎn)條件的優(yōu)化參數(shù).同時(shí)以僅不添加中藥為控制組(CL),僅不添加乳酸菌發(fā)酵為對(duì)照組(CK)及不添加乳酸菌與中藥的火龍果汁為空白組(BK),進(jìn)行6月加速實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)性能評(píng)估,包含乳化性、穩(wěn)定性及抑菌作用等,并測(cè)定甜菜苷色素含量與保留率.6月加速實(shí)驗(yàn)?zāi)藢?duì)實(shí)驗(yàn)各組在其相同條件下預(yù)做相同的6項(xiàng)產(chǎn)品再于每月進(jìn)行破壞性測(cè)定試驗(yàn).復(fù)方中藥濃縮液制備工藝為各組分經(jīng)清洗后50 ℃烘干磨粉的樣品,分別稱取干粉5.0 g加純水300 mL熬煮濃縮成200 mL,3種中藥濃縮液混合比例為V山藥∶V枸杞∶V紅曲=1∶1∶1.混合乳酸菌為分別取含量109CFU·L-1的3種菌混合而成,混合比例為V嗜酸乳桿菌∶V德氏乳桿菌保加利亞亞種∶V嗜熱鏈球菌=1∶1∶1.

1.3 單因素試驗(yàn)與正交試驗(yàn)

為考量產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性,單因素試驗(yàn)主要考察料液比(1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5)、pH值(3.5、4.0、4.5、5.0、5.5)、發(fā)酵溫度(31 ℃、34 ℃、37 ℃、40 ℃、43 ℃)及發(fā)酵時(shí)間(8 h、12 h、16 h、20 h、24 h)等四因素對(duì)火龍果汁涼茶中EPS產(chǎn)量的影響,其中以各因素的中間值為固定因素水平.根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果,進(jìn)行四因素三水平L9(34)的正交優(yōu)化試驗(yàn).發(fā)酵溫度選擇一般微生物生長(zhǎng)的最佳溫度37 ℃為中間值,再各取上下差值為3 ℃以求其差異具有顯著性.

1.4 胞外多糖的提取與測(cè)定

EPS提取參考文獻(xiàn)[7].首先取各試驗(yàn)樣品溶液進(jìn)行抽濾,收集濾液后加入0.4 mol/L的三氯醋酸10 mL,將錐形瓶放入冰箱4 ℃靜置3 h后,取體積分?jǐn)?shù)95%酒精以1∶2的料液體積比抽提上清液12 h后,放入冰箱4 ℃靜置24 h,以5 000 r/min離心20 min,離心后提取沉淀物,再以分子量6 000～8 000 kD透析膜進(jìn)行24 h透析,最后收集透析液于冷凍干燥器中進(jìn)行72 h干燥恒重稱量,得粗多糖干質(zhì)量.胞外多糖測(cè)定參考文獻(xiàn)[8],采用苯酚硫酸法.首先制備葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線,配制葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液(100 mg/L)后稀釋5個(gè)梯度(5,10,25,50,100 mg/L),以分光光度計(jì)在490 nm 測(cè)吸光值,在同一波長(zhǎng)下測(cè)定多糖樣品,3個(gè)平行取平均值,利用葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算多糖質(zhì)量濃度.

1.5 乳化性與穩(wěn)定性測(cè)定

采用乳化指數(shù)(E24)法,參考文獻(xiàn)[7]的方法稍加修改.配制實(shí)驗(yàn)組與控制組各樣品EPS溶液,分別以體積比2∶3加入色拉油混合,進(jìn)行震蕩2 min,靜止24 h后測(cè)量乳化層和總高度,計(jì)算乳化指數(shù),

E24=(Eh/EH)×100%,

(1)

式中,E24:乳化指數(shù)(%),Eh:乳化層高度(mm),EH:總?cè)芤焊叨?mm).

穩(wěn)定性采用離心沉淀法,參考文獻(xiàn)[9],測(cè)定離心沉淀率并同時(shí)計(jì)算穩(wěn)定性.量取各試驗(yàn)組 5 mL 火龍果汁涼茶飲料于10 mL 離心管中,在 3 000 r/min下離心10 min,棄去上清液,稱量沉淀質(zhì)量,計(jì)算離心沉淀率,

Sr=(Sm/Ss)×100%,St=100%-Sr,

(2)

式中,Sr:離心沉淀率(%),Sm:沉淀質(zhì)量,Ss:樣品質(zhì)量,St:穩(wěn)定性(%).

1.6 甜菜色素的提取測(cè)定與保留率確定

根據(jù)甜菜苷色素含量作為產(chǎn)品質(zhì)變的判定指標(biāo),甜菜苷色素含量越低表示質(zhì)變作用越大[3].火龍果汁涼茶中總甜菜色素含量的提取與測(cè)定參考文獻(xiàn)[2]方法.稱取一定量火龍果汁涼茶飲料置于離心管,超聲波震蕩20 min,以10 000 r/min離心10 min提取紅色素并稀釋一定倍數(shù),與蒸餾水組進(jìn)行對(duì)照,在535 nm波長(zhǎng)下測(cè)其吸光值,計(jì)算紅色素含量,

C=A535×MW×V×DF×(ε×L×W)-1×105mol·cm·g·L-2,

(3)

式中,C:待測(cè)樣品中甜菜苷質(zhì)量濃度(g/L),A535:樣品在535 nm處的吸光度值,MW:標(biāo)準(zhǔn)甜菜苷摩爾分子質(zhì)量,550.46 g/mol,V:樣品溶液體積(mL),DF:稀釋倍數(shù),ε:標(biāo)準(zhǔn)甜菜苷摩爾消光系數(shù),L:試管的透光路徑長(zhǎng)度(cm),W:原料的鮮質(zhì)量(g).

將不同處理的火龍果紅色素提取液在535 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光值,計(jì)算色素保留率,

R/%=(A1/A0)×100%

(4)

式中,R:火龍果色素保留率(%),A1:各處理后火龍果紅色素提取液在535 nm下的吸光值,A0:新鮮火龍果紅色素提取液在535 nm下的吸光值.

1.7 最小抑菌濃度與抑菌圈測(cè)定

采用二倍稀釋法參考文獻(xiàn)[10].首先取火龍果汁涼茶的最佳實(shí)驗(yàn)組合(EX)100 mL,EPS為(1 168±120)mg/L,以減壓濃縮機(jī)進(jìn)行10倍體積濃縮,得(1 136±180)mg/L,再進(jìn)行8個(gè)梯度的二倍稀釋法,稀釋后的質(zhì)量濃度為:(5 680±90)、(2 840±50)、(1 420±230)、(710±11)、(355±6)、(178±3)、(89±1)mg/L.同時(shí)做不加菌液的陰性對(duì)照,與不加樣品的陽(yáng)性對(duì)照.試驗(yàn)菌種包含常見(jiàn)的食品污染菌例如大腸桿菌(Escherichiacoli,E.coli,EL),金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus,SA),志賀氏菌(ShigellaCastellani,SC),及沙門(mén)氏菌(Salmonella,SM)等.

抑菌圈測(cè)定采用瓊脂打孔法參考文獻(xiàn)[11].首先以NB培養(yǎng)基進(jìn)行37 ℃,24 h震蕩培養(yǎng)四種污染菌,分別吸取適量污染菌液均勻涂抹于培養(yǎng)基.在平板上打孔4個(gè)后,其中一孔設(shè)置無(wú)菌水作陰性對(duì)照.將配制一定多糖溶液質(zhì)量濃度(11.68±0.12)mg/mL并稀釋5個(gè)梯度的多糖溶液分別加入其余3個(gè)孔穴中,靜置 3 min,放入37 ℃培養(yǎng)箱培養(yǎng)24 h,用游標(biāo)卡尺測(cè)量抑菌圈直徑,同時(shí)做對(duì)照組與控制組實(shí)驗(yàn)如同實(shí)驗(yàn)組步驟,平行3次試驗(yàn),取平均值.本抑菌試驗(yàn)對(duì)象包含上述4種食品污染菌.抑菌圈(DI)敏感度參考文獻(xiàn)[12]定義為:DI>20 mm為極敏,DI:16～20 mm為高敏,DI:11～15 mm為中敏,DI:5～10 mm為低敏,DI<5 mm為極低敏,DI:0 mm無(wú)抑菌圈為不敏感.

1.8 感官評(píng)價(jià)與產(chǎn)品品質(zhì)分析

感官評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方法參考文獻(xiàn)[13].生產(chǎn)發(fā)酵后產(chǎn)品品質(zhì)分析包含微生物與理化指標(biāo)的測(cè)定如乳酸菌數(shù)、可溶性固形物含量、pH、固形物含量、總糖、總酸等分別參照文獻(xiàn)[14-18].

1.9 生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算方法與統(tǒng)計(jì)分析

生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算方法為以最適化條件對(duì)預(yù)實(shí)驗(yàn)條件或單因素試驗(yàn)的水平條件之差值與最適化條件的百分比,并以影響EPS產(chǎn)量無(wú)顯著差異的驗(yàn)證條件為依據(jù).

每一試驗(yàn)皆做3重復(fù)試驗(yàn),方差分析利用軟件SPSS 26處理,數(shù)據(jù)分析采用Duncan多重比較在95%或99%水平的統(tǒng)計(jì)顯著差異.

2 結(jié)果與分析

2.1 EPS產(chǎn)量的單因素分析

2.1.1料液體積比對(duì)EPS產(chǎn)量的影響

火龍果汁料液體積比對(duì)EPS產(chǎn)量的影響如圖1(a)所示.隨著料液體積比的增加,EPS的產(chǎn)量呈先上升后下降并趨平緩的現(xiàn)象.一般乳酸菌EPS屬代謝副產(chǎn)物,通常于穩(wěn)定期產(chǎn)生[19-20].開(kāi)始階段料液體積比1∶1營(yíng)養(yǎng)豐富,乳酸菌的生長(zhǎng)最為旺盛,處于生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期,EPS產(chǎn)量最少.當(dāng)料液體積比1∶3時(shí)乳酸菌的生長(zhǎng)平穩(wěn),EPS產(chǎn)量最高達(dá)(1 178±20)mg/L.由于料液體積比1∶5與1∶4的EPS產(chǎn)量(1 038±18)mg/L和(1 056±19)mg/L二者并無(wú)顯著差異(p>0.5),但顯著高于料液體積比1∶2者(987±17)mg/L(P<0.5),因此從成本經(jīng)濟(jì)考量,取水平3,4 和 5為佳,以進(jìn)行正交試驗(yàn).

2.1.2pH對(duì)EPS產(chǎn)量的影響

pH對(duì)EPS產(chǎn)量的影響如圖1(b)所示,pH值大約與EPS產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān).隨著初始環(huán)境pH值的增加,EPS的產(chǎn)量呈先上升后下降的趨勢(shì).一般乳酸菌生產(chǎn)EPS的最佳pH在3.5～5.5之間[20].當(dāng)pH低于4.0時(shí),酸度低抑制乳酸菌的生長(zhǎng),但有利于EPS生產(chǎn),因此EPS產(chǎn)量相對(duì)高于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期[20].當(dāng)pH高于4.0時(shí),乳酸菌繁殖旺盛處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期,不利于乳酸菌EPS的生成,因此EPS產(chǎn)量低.當(dāng)pH為4.0時(shí),乳酸菌的生長(zhǎng)最穩(wěn)定,EPS的產(chǎn)量最高達(dá)(1 156±15)mg/L,與其他pH值的產(chǎn)量相比具有顯著差異(p<0.05),此時(shí)發(fā)酵作用最為旺盛,最適合EPS的生產(chǎn),故最適pH值為4.0.

2.1.3發(fā)酵溫度對(duì)EPS產(chǎn)量的影響

EPS產(chǎn)量隨發(fā)酵溫度升高而呈先上升后下降的趨勢(shì)(圖1(c)).當(dāng)發(fā)酵溫度達(dá)40 ℃時(shí),乳酸菌的生長(zhǎng)最為穩(wěn)定,EPS產(chǎn)量最高達(dá)(1 102±15)mg/L,而一般微生物生長(zhǎng)的最佳溫度為37 ℃.故除37 ℃外與其他溫度的產(chǎn)量相比具有顯著差異(p<0.05),因此,最佳EPS產(chǎn)量的溫度為40 ℃左右.適當(dāng)?shù)陌l(fā)酵溫度可使中藥中活性物質(zhì)釋出,以刺激乳酸菌外源性酶充分分解營(yíng)養(yǎng)基質(zhì),促進(jìn)EPS產(chǎn)量[21].

2.1.4發(fā)酵時(shí)間對(duì)EPS產(chǎn)量的影響

發(fā)酵液中 EPS 的產(chǎn)量隨著發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)而增加后呈穩(wěn)定的趨勢(shì).如圖1(d)所示,8～16 h乳酸菌處于快速生長(zhǎng)的對(duì)數(shù)期,于16～20 h后達(dá)穩(wěn)定期,20 h后 EPS產(chǎn)量也達(dá)到最高,此時(shí) EPS產(chǎn)量為(1 152±21)mg/L.因此,最適發(fā)酵時(shí)間約為 20 h,除24 h 外與其他發(fā)酵時(shí)間的產(chǎn)量相比具有顯著差異(p<0.05).充足的發(fā)酵時(shí)間可使內(nèi)源性酶充分進(jìn)行生化反應(yīng),以促進(jìn)乳酸菌發(fā)酵作用生產(chǎn)EPS[22].

2.2 EPS產(chǎn)量的正交分析

由單因素分析結(jié)果見(jiàn)表1,據(jù)此進(jìn)行四因素三水平的正交優(yōu)化試驗(yàn),結(jié)果如表2所示.各因素對(duì)EPS產(chǎn)量影響的主次順序由大到小為A(料液體積比),C(發(fā)酵溫度),B(pH),D(發(fā)酵時(shí)間),即料液體積比對(duì)EPS產(chǎn)量影響最大,其次為發(fā)酵溫度,再次為pH,發(fā)酵時(shí)間的影響最小.最優(yōu)組合為A3B1C1D2,即料液體積比1∶5,pH=4.0,發(fā)酵溫度37 ℃,發(fā)酵時(shí)間20 h.適當(dāng)?shù)牧弦后w積比供應(yīng)營(yíng)養(yǎng),可使乳酸菌生長(zhǎng)穩(wěn)定而不會(huì)過(guò)度生長(zhǎng)繁殖,以最經(jīng)濟(jì)的原料產(chǎn)生最大量的EPS.最佳的pH值可抑制乳酸菌過(guò)度繁殖使其生長(zhǎng)處于穩(wěn)定期,又可抑制雜菌生長(zhǎng).以較低的發(fā)酵溫度與適當(dāng)?shù)陌l(fā)酵時(shí)間,可降低乳酸菌發(fā)酵的能源消耗,對(duì)EPS生產(chǎn)最具經(jīng)濟(jì)效益.

表1 火龍果汁涼茶正交試驗(yàn)因素水平

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.3 結(jié)果驗(yàn)證與方差分析

由附表Ⅰ方差分析可知,在不考慮交互作用的情況下,液料體積比、pH、發(fā)酵溫度及發(fā)酵時(shí)間對(duì)火龍果汁涼茶EPS產(chǎn)量都有極顯著的影響(p<0.01),再次驗(yàn)證液料體積比對(duì)EPS產(chǎn)量的影響最大,而發(fā)酵時(shí)間影響最小.由于發(fā)酵時(shí)間的影響最小,故考慮生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性可彈性調(diào)整發(fā)酵時(shí)間范圍為16～20 h.故由正交試驗(yàn)得EPS產(chǎn)量的最佳組合為 A3B1C1D2,但因此組合不在正交表上,故進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn),得到產(chǎn)量為(1 178±14)mg/L與最大產(chǎn)量組合(A3B2C1D3)的(1 183±17)mg/L并無(wú)顯著差異(p>0.05),因此驗(yàn)證可行,即最適生產(chǎn)EPS的經(jīng)濟(jì)效益組合為液料體積比1∶5,pH4.0、溫度37 ℃及發(fā)酵時(shí)間20 h.由于發(fā)酵時(shí)間的影響最小,故再驗(yàn)證A3B1C1D1得EPS產(chǎn)量為(1 168±12)mg/L與最大產(chǎn)量組合(A3B2C1D3)的(1 183±17)mg/L亦并無(wú)顯著差異(p>0.05),因此驗(yàn)證也可行.故料液體積比可從1∶1調(diào)理為1∶5,原料成本可降低5倍;發(fā)酵溫度可從42 ℃調(diào)降至37 ℃,減少5 ℃能源;發(fā)酵時(shí)間從20 h調(diào)降為16 h,可減少4 h生產(chǎn)時(shí)間;EPS產(chǎn)量可從(983±10)mg/L提高為(1 168±12)mg/L,增加(18.8±2.4)%,故最適生產(chǎn)EPS的經(jīng)濟(jì)效益組合為液料比1∶5、pH4.0、溫度37 ℃及發(fā)酵時(shí)間16 h.總體可提高生產(chǎn)成本的經(jīng)濟(jì)性.

2.4 乳化性分析

乳化性可評(píng)估產(chǎn)品內(nèi)容物的分布均勻性,可根據(jù)乳化指數(shù)(E24)作為產(chǎn)品乳化效果的判定指標(biāo),乳化指數(shù)越大表示乳化效果越佳,即火龍果汁涼茶飲料的料液均勻分布越佳,且與胞外多糖的產(chǎn)量有關(guān)[23].在6月的加速實(shí)驗(yàn)中,乳化性分析結(jié)果如圖2顯示,最佳組合的實(shí)驗(yàn)組(EX)皆比對(duì)照組(CL)與控制組(CK)及空白組(BK)具有較良好的乳化性,各月數(shù)值(85.8±0.9)%至(86.5±0.8)%并無(wú)顯著差異;而僅不添加中藥的控制組(CL)與僅不添加乳酸菌的對(duì)照組(CK)均無(wú)法維持平穩(wěn)的乳化性,曲線逐漸呈下降趨勢(shì),因此唯有二者的協(xié)同作用產(chǎn)生足夠的胞外多糖以維持乳化穩(wěn)定; 另外中藥里的山藥富含黏性蛋白多糖,可增加乳化液黏性,有利于形成具強(qiáng)度的界面膜,可促進(jìn)與水的親和力,以維持平穩(wěn)的乳化性[23-25],故以中藥強(qiáng)化乳酸菌可提高胞外多糖產(chǎn)量,增加體系黏度以提高產(chǎn)品的乳化性而維持料液內(nèi)容物的分布均勻性[25].

2.5 穩(wěn)定性分析

一般酸性含乳飲料常見(jiàn)沉淀或分層的質(zhì)量問(wèn)題.而產(chǎn)品的穩(wěn)定性可以利用離心沉淀率作為判定的指標(biāo).沉淀率與體系的穩(wěn)定性成反比,離心沉淀率越低穩(wěn)定效果越佳.在6月的加速實(shí)驗(yàn)中,穩(wěn)定性分析結(jié)果如圖3顯示,最佳組合的實(shí)驗(yàn)組(EX)皆比對(duì)照組(CL)與控制組(CK)及空白組(BK)具有較良好的穩(wěn)定性,且各月數(shù)值(99.62±0.07)%至(99.67±0.03)%并無(wú)顯著差異;而僅不添加中藥的控制組(CL)與僅不添加乳酸菌的對(duì)照組(CK)均無(wú)法長(zhǎng)久維持良好的穩(wěn)定性,沉淀率曲線呈逐漸上升趨勢(shì),因此唯有二者的協(xié)同作用產(chǎn)生較多的胞外多糖,使具有較高的乳化性得以維持良好的穩(wěn)定效果[24].故中藥強(qiáng)化乳酸菌發(fā)酵作用可提高胞外多糖產(chǎn)量,以增強(qiáng)產(chǎn)品的穩(wěn)定性,維持產(chǎn)品內(nèi)容物不致沉淀分層.與魏然等[9]研究比較,以離心沉淀率考察乳酸菌飲料的最佳穩(wěn)定性為0.45%,該研究最佳組合的實(shí)驗(yàn)組(EX)約為0.33%～0.38%,結(jié)果稍優(yōu),推論中藥促進(jìn)乳酸菌的協(xié)同作用提高胞外多糖產(chǎn)量涉及均質(zhì)與抽濾等工藝的聯(lián)合作用.由于飲料顆粒直徑越小,沉降速度越小,飲料溶液在乳化體系中越趨穩(wěn)定[25-26].

2.6 甜菜苷色素含量與保留率分析

火龍果具有豐富的甜菜苷紅色素但對(duì)光熱缺乏穩(wěn)定性且易受氧化而褪色,因此甜菜苷含量可作為評(píng)估產(chǎn)品質(zhì)變的指標(biāo)之一.在6月的加速實(shí)驗(yàn)中,甜菜苷色素含量分析如圖4所示,最佳組合的實(shí)驗(yàn)組(EX)皆比對(duì)照組(CL)、控制組(CK)及空白組(BK)具有較高且穩(wěn)定的甜菜苷色素含量(78.8±0.5)～(80.4±0.4)mg/L,各月數(shù)值(98.01±0.63)%至(100.25±0.87)%并無(wú)顯著差異;而僅不添加中藥的控制組(CL)與僅不添加乳酸菌的對(duì)照組(CK)均無(wú)法維持平穩(wěn)的甜菜苷色素含量,曲線逐漸呈下降趨勢(shì),因此唯有二者的共同作用生產(chǎn)足夠的胞外多糖,得以維持平穩(wěn)的甜菜苷色素含量,且能使火龍果汁釋放出更多的甜菜苷色素,其保留率在6月后仍可達(dá)(98.01%±0.63)%,如圖5所示,各月數(shù)值并無(wú)顯著差異,此與文獻(xiàn)[3]在低溫低酸性環(huán)境的保留率(100±10.0)%結(jié)果相似,推測(cè)該研究與胞外多糖的乳化作用、枸杞多糖與中藥多酚類物質(zhì)的抗氧化護(hù)色效果及乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生乳酸形成酸性環(huán)境有關(guān)[2,27].故中藥強(qiáng)化乳酸菌可提高胞外多糖產(chǎn)量與總酚含量,以增強(qiáng)產(chǎn)品的甜菜苷色素含量以維持產(chǎn)品的質(zhì)量.李霞等[2]以加入抗壞血酸促進(jìn)丙二甜菜苷的轉(zhuǎn)化,而保持甜菜苷含量達(dá)成護(hù)色效果,與該研究產(chǎn)生胞外多糖的抗氧化效果相同.一般火龍果pH在3.5～5.5時(shí)色素最穩(wěn)定[28],此階段為乳酸菌胞外多糖高產(chǎn)量的穩(wěn)定期,而且胞外多糖具有乳化穩(wěn)定甜菜苷的護(hù)色作用[3].因此保持酸性、低溫、避光和隔氧可達(dá)到防止甜菜苷色素質(zhì)變的目的[29-30].

2.7 抑菌作用分析

以最佳組合的實(shí)驗(yàn)組(EX)進(jìn)行抑菌作用分析,結(jié)果見(jiàn)附表Ⅱ和Ⅲ,最小抑菌質(zhì)量濃度(MIC)(mg/L)的大小順序?yàn)榇竽c桿菌(0.355±0.006)mg/L<志賀氏菌(0.710±0.011)mg/L<沙門(mén)氏菌(1.42±0.23)mg/L<金黃色葡萄球菌(5.68±0.09)mg/L,此與HEYDARIAN等[31]的研究結(jié)果相似.顯示抑菌作用以對(duì)大腸桿菌(EL)為最強(qiáng),而對(duì)金黃色葡萄球菌(SA)為最弱.對(duì)大腸桿菌而言,該研究最小抑菌濃度為MIC:(0.355±0.006)mg/L與阿木古楞等[6]研究結(jié)果MIC:31.50 mg/L,比較結(jié)果抗性優(yōu)于后者,與孫長(zhǎng)花等[11]研究結(jié)果MIC:62.50 mg/L比較也有更優(yōu)的效果.由于金黃色葡萄球菌為革蘭氏陽(yáng)性菌,其細(xì)胞壁中肽聚糖壁較革蘭氏陰性菌的大腸桿菌為厚,不易為多糖所溶解破壞而表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗性,導(dǎo)致具有較大的MIC[31].

抑菌圈由大到小為大腸桿菌(EL),志賀氏菌(SC),沙門(mén)氏菌(SM),金黃色葡萄球菌(SA),各菌的抑菌圈與抑菌濃度呈量效關(guān)系(R2=0.983 2～0.987 8),抑菌圈隨抑菌濃度的增加而增大.從敏感度分析以(11.36±0.18)g/L為基礎(chǔ),大腸桿菌(21.2±0.6)mm屬極高敏,志賀氏菌(18.2±0.7)mm與沙門(mén)氏菌(15.7±0.8)mm屬高敏,金黃色葡萄球菌(10.4±0.5)mm 屬中敏.當(dāng)抑菌質(zhì)量濃度為(11.36±0.18)g/L時(shí),二者抑制圈分別為(21.2±0.6)mm與(10.4±0.5)mm,前者對(duì)后者大約有2倍的抑制效力,此亦與HEYDARIAN等[31]的研究結(jié)果相當(dāng).與已有研究比較[6,11],該研究結(jié)果DI(11.36±0.18)g/L:(21.2±0.6)mm,呈現(xiàn)抑菌濃度小而抑菌圈大的效果.故推論為中藥與乳酸菌的協(xié)同作用所致[21],表現(xiàn)出良好的抑菌活性,此可能與該研究含有胞外多糖的生物活性成分有關(guān),或與中藥促進(jìn)乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生外源性酶增強(qiáng)抑菌活性有關(guān),因?yàn)橹兴幹屑t曲發(fā)酵后可產(chǎn)生輔酶Q10,是細(xì)胞代謝與細(xì)胞呼吸的激活劑[27].另外乳酸菌發(fā)酵的作用更能促進(jìn)檸檬中的有機(jī)酸、火龍果中的花青素,酚類等抑菌活性物質(zhì)的釋出,皆能使抑菌效果大為增強(qiáng),故抑菌作用除胞外多糖外乃前述多種抑菌活性物質(zhì)的綜合效果.

2.8 感官評(píng)價(jià)與產(chǎn)品品質(zhì)分析

經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化產(chǎn)品發(fā)酵后的感官評(píng)分結(jié)果與原生產(chǎn)發(fā)酵條件的最佳配方組合分別為(91.8±1.2)分、(92.5±1.6)分,并無(wú)顯著差異,因此驗(yàn)證可行.最佳產(chǎn)品品質(zhì)分析結(jié)果顯示乳酸菌數(shù)量為2.2×1011CFU·L-1、pH為(4.0±0.2)、可溶性固形物含量:(16.3±0.5)%、不溶性固形物含量:(0.36±0.05)%、總糖含量:(14.2±0.8)%、總酸(以醋酸計(jì)):(1.28±0.12)mg/L.

3 結(jié) 論

最佳實(shí)驗(yàn)組(EX)對(duì)各組實(shí)驗(yàn)(CL、CK、BK)的各項(xiàng)指標(biāo):乳化性,穩(wěn)定性,甜菜苷含量及甜菜苷保留率等分別提升了1.1～1.5倍,27.6～91.6倍,1.4～4.7倍及1.1～1.5倍,而對(duì)食源性污染指標(biāo)菌的大腸桿菌具有最大的抑菌圈與最小的抑菌濃度.在生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性方面,結(jié)果顯示在果汁原料成本,發(fā)酵溫度能源及發(fā)酵時(shí)間等分別提高了80%,12%,20%的經(jīng)濟(jì)性.

附 錄

附表Ⅰ～Ⅲ見(jiàn)電子版(DOI:10.16366/j.cnki.1000-2367.2023.04.017).

附表Ⅰ 火龍果汁涼茶正交試驗(yàn)的方差分析

附表Ⅱ 最佳實(shí)驗(yàn)組對(duì)4株菌種的最小抑菌質(zhì)量濃度

附表Ⅲ 最佳實(shí)驗(yàn)組對(duì)4株菌種的抑菌圈直徑