復(fù)合牛蒡果蔬酵素飲料配方優(yōu)化研究

◎ 王乃馨，丁 朋，丁 利，張 朋，李 超，李 文，苗敬芝，曹澤虹

（1.徐州工程學(xué)院食品（生物）工程學(xué)院江蘇省食品資源開(kāi)發(fā)與質(zhì)量安全重點(diǎn)建設(shè)試驗(yàn)室，江蘇 徐州 221018；2.天益食品（徐州）有限公司，江蘇 徐州 221000）

牛蒡(Arctium lappaL.)是菊科兩年生草本植物，分布廣泛[1]。其直立莖是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)植物，在我國(guó)江蘇徐州等地區(qū)建立有種植基地，經(jīng)濟(jì)效益可觀。牛蒡營(yíng)養(yǎng)豐富，除含人體所必需的17種氨基酸，還具有大量的胡蘿卜素、菊糖、纖維素、蛋白質(zhì)、鈣、磷、鐵等維生素及礦物質(zhì)[2-3]，是一種優(yōu)良的藥食兩用植物，其保健價(jià)值正在慢慢被人們所認(rèn)識(shí)和接受。酵素是一種以植物性材料為主、通過(guò)發(fā)酵制作成的功能性食品，原料來(lái)源豐富，菌菇、蔬菜、海藻、水果等均可使用。發(fā)酵過(guò)程添加紅糖或白糖、特定發(fā)酵菌種，控溫或者自然溫度條件進(jìn)行發(fā)酵。通過(guò)微生物的作用，酵素產(chǎn)品具有豐富的酶、次生代謝產(chǎn)物、小分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等易吸收、高活性物質(zhì)[4-5]，具有一定的抗氧化性、抗炎、凈化血液等作用[6-9]。因此，食用型酵素作為一種新型保健產(chǎn)品在日本以及我國(guó)臺(tái)灣等地區(qū)已經(jīng)被大眾所認(rèn)同，形成相對(duì)較成熟的供應(yīng)鏈及市場(chǎng)。我國(guó)部分企業(yè)也開(kāi)始關(guān)注該類(lèi)產(chǎn)品的功效和產(chǎn)值，已經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)研究和產(chǎn)業(yè)建設(shè)[10-11]。以牛蒡?yàn)橹饕希浞掷闷渌幨硟捎锰匦裕ㄟ^(guò)開(kāi)發(fā)相關(guān)高保健、高營(yíng)養(yǎng)的酵素產(chǎn)品，改變食用途徑和產(chǎn)品形態(tài)，使人們能夠更方便、高效吸收有效成分。同時(shí)，解決牛蒡自然生長(zhǎng)過(guò)程中根莖老嫩不一、長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)牛蒡存在的根莖纖維化、未及時(shí)采收的老根、易老硬、口感差的問(wèn)題。因此，開(kāi)發(fā)牛蒡酵素等產(chǎn)品對(duì)這一經(jīng)濟(jì)植物的深加工、提升當(dāng)?shù)剞r(nóng)產(chǎn)品附加值具有重要意義。酵素中的淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等酶活性、小分子物質(zhì)的含量、抗氧化性、在發(fā)酵過(guò)程中活力會(huì)因菌種差異、發(fā)酵時(shí)間、溫度、加工方式等發(fā)生變化，對(duì)酵素品質(zhì)有明顯影響，因此工藝流程研究具有重要應(yīng)用價(jià)值和一定的理論意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

牛蒡、蘋(píng)果、胡蘿卜、枸杞、橘子、火龍果、芹菜、卷心菜、梨、西蘭花、鮮山楂，均購(gòu)自當(dāng)?shù)剞r(nóng)貿(mào)市場(chǎng)，白糖購(gòu)自當(dāng)?shù)爻校会劸平湍浮⒚浊梗鶠樵囼?yàn)室自留菌種；酵母浸出物、胰蛋白胨、氯化鈉、瓊脂粉、葡萄糖，購(gòu)自天津福晨化學(xué)試劑廠；三羥甲基氨基甲烷、乙二胺四乙酸二鈉鹽、鄰苯三酚、鹽酸等，均購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

5417R型離心機(jī)，德國(guó)Eppendorf；恒溫?fù)u床、恒溫培養(yǎng)箱，上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司；SX-500高壓滅菌鍋，日本TPMY公司；WFJ-756PC紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司；阿貝折射儀，上海光學(xué)儀器五廠；PHS-3酸度計(jì)，上海世義精密儀器有限公司；GZX-DH 600-II電熱恒溫干燥箱，上海博訊實(shí)業(yè)有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

工藝流程，如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

1.3.2 操作要點(diǎn)

將牛蒡、蘋(píng)果、梨、山楂、火龍果、枸杞、橘子、卷心菜、芹菜、西蘭花和蘿卜等各種新鮮材料洗凈，按一定比例稱(chēng)重混合，在紫外燈下滅菌30 min，其中牛蒡、蘋(píng)果、梨、火龍果、橘子需去皮，所有原料切成10 mm×10 mm×10 mm左右小塊裝入發(fā)酵罐中，按原料重量比例補(bǔ)白糖10%，無(wú)菌水與原料按體積重量比5∶1添加，混合均勻作為原料發(fā)酵液。按該發(fā)酵液體積添加菌種，添加量分別為酵母菌2%，米曲酶3%，混合均勻后28 ℃條件下控溫發(fā)酵培養(yǎng)，并在發(fā)酵期間跟蹤檢測(cè)SOD酶活力、總酸及可溶性固形物含量。發(fā)酵結(jié)束后先用濾布濾去果蔬渣，進(jìn)行風(fēng)味調(diào)配后，再用0.22 μm濾膜除菌，灌裝后密封，冷藏條件下保存。

1.3.3 原料配方試驗(yàn)

牛蒡果蔬酵素飲料原料中，牛蒡占總原料用量固定20.00%，蘋(píng)果、梨、山楂、火龍果、枸杞、橘子、卷心菜、芹菜、西蘭花及蘿卜等其他材料占80.00%。由于不同果蔬成分差異較大，可能對(duì)發(fā)酵產(chǎn)品有明顯影響，因此需設(shè)計(jì)配方試驗(yàn)找到最優(yōu)配比。設(shè)定x1（山楂）、x2（枸杞）、x3（蘋(píng)果）和x4（其他原輔料），以上4個(gè)參數(shù)之和為1（或約定于1）。每隔1天檢測(cè)發(fā)酵液中SOD酶活力、可溶性固形物含量及總酸含量，以數(shù)據(jù)最高配方為最優(yōu)。配方均勻設(shè)計(jì)表，見(jiàn)表1。

表1 原料配方試驗(yàn)因素水平表

1.3.4 飲料配方試驗(yàn)

以感官評(píng)分為響應(yīng)值，研究酵素原液添加量、蜂蜜添加量、白糖添加量3個(gè)因素對(duì)酵素飲料感官的影響，剩余體積用無(wú)菌水補(bǔ)足。采用Design-Expert8.0軟件進(jìn)行Box-Behnken響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)[12]。具體因素水平，見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)因素水平表

1.3.5 檢測(cè)指標(biāo)

①SOD值測(cè)定方法。依據(jù)GB/T5009.171-2003測(cè)定SOD酶活力。②可溶性固形物含量測(cè)定方法。采用阿貝折射儀測(cè)定發(fā)酵液中可溶性固形物含量。③總酸含量測(cè)定方法。根據(jù)GB/T 12456-2008測(cè)定樣品總酸含量，以乙酸計(jì)。

1.3.6 感官鑒評(píng)標(biāo)準(zhǔn)

選定12人進(jìn)行產(chǎn)品感官鑒評(píng)，根據(jù)評(píng)分準(zhǔn)則表打分，各項(xiàng)評(píng)分結(jié)果求和后計(jì)算平均值，作為響應(yīng)值錄入軟件進(jìn)行計(jì)算，獲得模型，得到最佳調(diào)配方案。評(píng)分準(zhǔn)則見(jiàn)表3。

表3 酵素飲料感官評(píng)價(jià)的評(píng)分準(zhǔn)則表

2 結(jié)果與分析

2.1 原料配比試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 SOD酶活力變化

通過(guò)分析圖1發(fā)現(xiàn)，不同原料組成的SOD酶活力在發(fā)酵液中始終存在差異，可能是由于原料中成分的影響。雖然差異從一開(kāi)始就存在，但這種影響并沒(méi)有一直維持下去。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，SOD活力表現(xiàn)較好的前3個(gè)配方為為1號(hào)、7號(hào)、3號(hào)，其中1號(hào)為最高，可達(dá)43.80 U/mL。

圖1 不同配比對(duì)SOD酶活力影響圖

2.1.2 可溶性固形物含量變化

分析圖2可以發(fā)現(xiàn)，隨著發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)，發(fā)酵液中可溶性固形物含量呈現(xiàn)由高到低再升高的趨勢(shì)，這可能和原料在水中浸泡出可溶性物質(zhì)被生物降解后再轉(zhuǎn)化產(chǎn)生小分子物質(zhì)有關(guān)。發(fā)酵時(shí)間結(jié)束后可溶性固形物含量較高的配方為7號(hào)、1號(hào)、5號(hào)，其中含量最高為配方7號(hào)，可達(dá)7.00%。

圖2 不同配比對(duì)可溶性固形物含量變化影響圖

2.1.3 總酸含量變化

通過(guò)分析圖3可知，發(fā)酵過(guò)程中，各配方發(fā)酵液隨發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)總酸含量均逐漸升高，在第8～10 d時(shí)到達(dá)峰值后趨于穩(wěn)定并略有降低。發(fā)酵液總酸含量最高的配方為1號(hào)、4號(hào)、6號(hào)，其中總酸含量最高為1號(hào)，可達(dá)4.05 g/mL。

圖3 不同配比對(duì)總酸含量變化影響圖

綜上考慮各實(shí)驗(yàn)結(jié)果，1號(hào)配方在SOD活力、總糖和總酸3個(gè)指標(biāo)上都有較為出色的數(shù)據(jù)支撐，因而最終確定除牛蒡外的酵素原料中，山楂占60.30%、枸杞13.40%、蘋(píng)果4.90%、其他水果蔬菜21.40%。

2.2 飲料配方試驗(yàn)結(jié)果

按照Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的因素水平表進(jìn)行試驗(yàn)，選取12人遵循評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)依次品嘗打分，平均評(píng)分結(jié)果見(jiàn)表4，響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果方差分析表見(jiàn)表5。

表4 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)感官鑒評(píng)得分表

表5 回歸方程各項(xiàng)方差表

從表5可知，酵素原料配方條件優(yōu)化試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭校?.01＜P值（0.036 9）＜0.05達(dá)到顯著，失擬項(xiàng)P值（0.854 8）＞0.05達(dá)到不顯著，說(shuō)明了酵素原料配方條件優(yōu)化試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蛯?shí)際情況擬合度比較好，模型合理，能對(duì)酵素原料配方進(jìn)行預(yù)測(cè)。其中一次項(xiàng)B（白糖添加量）對(duì)飲料風(fēng)味影響達(dá)到極其顯著，其余各項(xiàng)均不顯著，圖4各個(gè)因素交互作用等高線(xiàn)曲線(xiàn)也顯示出了這一點(diǎn)。通過(guò)分析表5數(shù)據(jù)，可以得出迎合多數(shù)人口感要求的酵素飲料配方的二次回歸擬合方程如下：

R1=33.612 5+52.256A+4.376 5B+1.332 5C-0.056AB+0.35AC+0.45BC-0.099 7A2-0.146 7B2- 2.226 75C2（其中，A為酵素添加量，B為白糖添加量，C為蜂蜜添加量，R1為感官評(píng)分）。

最終得到酵素飲料配方：酵素添加量13.65%，白糖添加量15%，蜂蜜添加量2.95%。此時(shí)感官鑒評(píng)的得分最高達(dá)到90.442 9分。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，此配方做出的飲料，感官鑒評(píng)酸甜可口、風(fēng)味獨(dú)特，色香味俱全。

圖4 （a） 白糖添加量（B）和酵素添加量（A）對(duì)感官評(píng)分影響圖

圖4 （b） 蜂蜜添加量（C）和酵素添加量（A）對(duì)感官評(píng)分影響圖

圖4 （c） 蜂蜜添加量（C）和白糖添加量（B）圖對(duì)感官評(píng)分影響圖

3 結(jié)語(yǔ)

試驗(yàn)對(duì)牛蒡酵素飲料的原料配比和飲料配方進(jìn)行了優(yōu)化。原料配方試驗(yàn)中，針對(duì)SOD酶活力、固定物含量和總酸含量進(jìn)行檢測(cè)，最終得到發(fā)酵原料最佳配比為牛蒡20.00%、山楂48.24%、枸杞10.72%、蘋(píng)果3.92%、其他水果蔬菜17.12 %。飲料配方試驗(yàn)主要考察酵素原液、白糖和蜂蜜添加量這3個(gè)因素，最終獲得飲料最佳配方為酵素添加量13.65%，白糖添加量15%，蜂蜜添加量2.95%，可得到酸甜可口、風(fēng)味獨(dú)特的保健型酵素飲料。色澤明亮，口味獨(dú)特，溶液澄清。從原料配方實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠發(fā)現(xiàn)，不同種類(lèi)、不同比例的原料組成對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響是存在的。目前，國(guó)內(nèi)商品化的酵素發(fā)酵原料多數(shù)為單一種類(lèi)的果蔬，國(guó)際品牌中有采用幾十種甚至上百種原料進(jìn)行發(fā)酵的酵素產(chǎn)品。是否原料品種越多越好，特定主料的酵素是否存在特定成分差異，這些差異是否重要，有待進(jìn)一步研究。