復合果蔬皮乳酸發酵清涼乳飲料

孔令姝，趙家樂，吳虹艷，譚思敏，孫立艷，任靜, *

1. 東北農業大學食品學院（哈爾濱 150030）；2. 黑龍江搖籃乳業股份有限公司（哈爾濱 150036）

西瓜皮，別名西瓜翠衣，含有豐富的蠟質、糖等成分，具有消暑利尿的功效；冬瓜皮中含有三萜類化合物、維生素B1、維生素C、煙酸、胡蘿卜素等營養物質，具有清熱利水、消腫的功效；黃瓜皮利于維生素C的吸收，并具有抗菌消炎、排毒的功效[1-2]。這3種果蔬皮作為食用或工業生產廢棄物，沒有得到合理利用。因此，對其進行深加工處理、提升其附加值、資源合理化具有重要意義。試驗以果蔬皮汁、脫脂牛乳和薄荷葉浸取液為主要原料，利用乳酸菌對其發酵制作清涼的乳飲料到具有誘人的瓜果清香味，酸甜爽口且口感細膩。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

西瓜皮、冬瓜皮、黃瓜皮（市售，新鮮無腐敗、無病蟲害）；薄荷葉（市售，新鮮無病蟲害）；脫脂牛奶（深圳市德立安食品有限公司）；保加利亞螺桿菌、嗜熱鏈球菌（廣東環凱微生物科技有限公司）；白砂糖（食品級，上海浦仕聯食品銷售有限公司）；檸檬酸（食品級，河南吉鑫化工產品有限公司）；羧甲基纖維素（食品級，海申光食用化學品有限公司）；黃原膠（食品級，鄂爾多斯市中軒生化股份有限公司）；單硬脂酸甘油酯（食品級，成都市科龍化工試劑廠）；海藻酸鈉（食品級，天津市大茂化學試劑廠）。

1.1.2 儀器與設備

BS-224 S電子天平（德國Sartorius公司）；DNP-9272型電熱恒溫培養箱（上海精宏實驗設備有限公司）；MJ-BL 25 B 26多功能榨汁機榨汁機（美的集團有限公司）；ZX 22-ST 2010電磁爐（中山市海瑜生活電器有限公司）；YA1-DYML-S50J高壓滅菌鍋（北京中西遠大科技有限公司）；HHS 21-8電熱恒溫水浴鍋（南京威美特科學儀器有限公司）；PHS-3C pH計（上海儀電科學儀器股份有限公司）；G 10-WY 035 Y手持折光計（北京中西遠大科技有限公司）；TGC-16C型臺式離心機（上海精密科學儀器有限公司產品）；JY 96-IIN型超聲波細胞破碎儀（寧波生物科技有限公司）。

1.2 工藝流程

1.3 操作要點

1.3.1 菌種活化

菌種活化：在試管中添加10 mL脫脂牛奶，經110℃殺菌20 min，冷卻至40 ℃，接入2%的菌種，41 ℃恒溫培養至凝乳，重復幾次，直至充分活化后置于0～4 ℃的冰箱內保存[3]。

1.3.2 原料處理

用清水清洗西瓜、冬瓜、黃瓜，再分離果皮與果肉，取皮切塊備用。

1.3.3 蒸煮

將切塊后的果皮置入沸水中，燙煮3～4 min后撈出，瀝干并冷卻至室溫。

1.3.4 榨汁

向榨汁機中加入西瓜皮、冬瓜皮、黃瓜皮，比例3︰2︰1，并加入與果蔬皮比例1︰1的飲用水，榨汁后用200目篩網過濾。

1.3.5 薄荷葉浸取

新鮮的薄荷葉分選、洗凈，于105 ℃條件下烘干至恒質量，粉碎過60目篩；按料液比1︰6（g/mL），稱取薄荷葉分于250 mL錐形瓶中，加95%乙醇，超聲波提取時間20 min；過濾，合并濾液，減壓蒸餾得薄荷葉提取液，備用[4]。

1.3.6 調配

向果蔬皮汁中加入14%脫脂牛乳，5%薄荷葉浸取液，4%白砂糖，0.06%檸檬酸。

1.3.7 添加穩定劑

添加穩定劑0.2% CMC、0.01%黃原膠、0.09%單硬脂甘油酯、0.08%海藻酸鈉，攪拌均勻。

1.3.8 滅菌

將新鮮的蔬皮汁在80 ℃下巴氏消毒60 s，并放置于4 ℃[5]。

1.3.9 接種發酵

混合液冷卻到41 ℃左右，接入4%菌種，在41 ℃恒溫培養箱中發酵1.5 h。

1.3.10 后熟

發酵結束后，將產品冷卻至10 ℃以下，再放進冰箱中，在2～4 ℃下存放12～24 h。

1.3.11 均質裝瓶

在200～300 kg/cm2的壓力下均質2次后裝瓶[6]。

1.4 發酵條件優化

以發酵后產品的可溶性固形物含量、pH、香氣、滋味等感觀指標作為綜合評價體系，進行單因素和L9(33)的正交試驗，控制白砂糖添加量4%、檸檬酸添加量0.06%、脫脂牛乳含量14%、薄荷葉浸取液含量5%，對發酵的溫度、菌種添加量、時間進行發酵條件優化，以確定最佳發酵條件工藝。

發酵溫度的影響：控制接種量4%，發酵時間1.5 h。探究發酵溫度分別為37，39，41，43和45 ℃時對果蔬皮汁發酵的影響。

接種量的影響：控制發酵溫度41 ℃、發酵時間1.5 h，探究接種量分別為2%，3%，4%，5%和6%時對果蔬皮汁發酵的影響。

發酵時間的影響：控制發酵溫度41 ℃、接種量4%，探究發酵時間分別為0.5，1.0，1.5，2.0和2.5 h時對果蔬皮汁發酵的影響。

發酵條件的正交試驗，在單因素試驗基礎上，對發酵溫度、接種量、發酵時間進行L9(33)的正交試驗設計，各因素水平見表1。

表1 發酵條件正交試驗因素水平表

1.5 發酵配方優化

以發酵后產品的感官評分作為評價標準，進行單因素和L9(34)的正交試驗，控制發酵的溫度41 ℃、菌種添加量4%、發酵時間1.5 h。對白砂糖添加量、檸檬酸添加量、脫脂牛乳添加量、薄荷葉浸取液添加量進行發酵配方優化，以確定最佳發酵配方工藝。

白砂糖添加量的影響：控制檸檬酸添加量0.06%、脫脂牛乳含量14%、薄荷葉浸取液含量5%，探究白砂糖添加量分別為1%，2%，3%，4%和5%時對產品的影響。

檸檬酸添加量的影響：控制白砂糖添加量4%、脫脂牛乳含量14%、薄荷葉浸取液含量5%，探究檸檬酸添加量分別為0.02%，0.04%，0.06%，0.08%和0.10%時對產品的影響。

脫脂牛乳添加量的影響：控制白砂糖添加量4%、檸檬酸添加量0.06%、薄荷葉浸取液含量5%，探究脫脂牛乳含量分別為8%，10%，12%，14%和16%時對產品的影響。

薄荷葉浸取液添加量的影響：控制白砂糖添加量4%、檸檬酸添加量0.06%、脫脂牛乳含量14%。探究薄荷葉浸取液含量分別為3%，4%，5%，6%和7%時對產品的影響。

發酵配方的正交試驗，在單因素試驗的基礎上，對白砂糖添加量、檸檬酸添加量、脫脂牛乳添加量，薄荷葉浸取液添加量進行L9(34)的正交試驗設計，各因素水平見表2。

表2 發酵配方正交試驗因素水平表 %

1.6 復配穩定劑的選擇

在相關文獻及前期單因素試驗的基礎上，選擇CMC、黃原膠、單硬脂甘油酯、海藻酸鈉為考察因素，進行L9(34)正交試驗。充分乳化后，置于4 ℃冰箱冷藏24 h[7]。以4 000 r/min冷凍離心15 min，測定離心沉淀率，以沉淀率為評價指標，優化復合穩定劑的配比[8]。離心率計算見下式，穩定劑配方因素水平表見表3。

表3 復合穩定劑正交試驗因素水平表 %

1.7 感官評價

選10人對成品飲料的色澤、風味、口感、組織狀態進行綜合評分，取其平均值，得出飲料的感官評分。評分標準見表4。

表4 感官評價標準

1.8 產品指標測定

pH，用pH計直接測定；可溶性固形物，用手持折光儀直接測定；總糖，用鐵氰化鉀法測定[9]；蛋白質，用凱氏定氮法測定[10]；微生物，用平板菌落計數法[11]。

1.9 數據處理

每個樣品平行測定3次，單因素試驗及正交試驗數據采用SPSS 19.0軟件進行分析，采用Origin 8.5軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 發酵溫度對發酵結果的影響

發酵過程中溫度是影響微生物生長和繁殖的重要因素。發酵過程中溫度過高，會抑制菌體生長，產生刺激性較強的酸味[12]；溫度過低，微生物生長緩慢，產酸量少，不能達到預期的風味。試驗考察發酵溫度對果蔬皮汁發酵的影響，結果見圖1和表5。

由圖1可知，隨著溫度上升，pH下降明顯；由表5可知，在溫度41 ℃和43 ℃條件下，發酵效果都較為理想，考慮到能耗，故最佳發酵溫度為41 ℃。

2.2 發酵菌種添加量對發酵結果的影響

菌種的添加量在菌種發酵過程中決定其生長和繁殖的速度。菌種量過高，會導致營養物質不足，產生過多的代謝廢物，影響產品感官；菌種量過低，發酵過程緩慢且產品風味不足。故菌種量過高過低都會對產品產生影響。結果見圖2和表6。

由圖2可知，隨著菌種量的增加，pH逐漸下降；由表6可知，當菌種量為4%時，發酵效果較為理想，產品風味口感最佳。

圖1 發酵溫度對發酵飲料可溶性固形物及pH的影響

表5 發酵溫度對產品感官的影響

圖2 菌種添加量對發酵飲料可溶性固形物及pH的影響

表6 菌種添加量對產品感官的影響

2.3 發酵時間對發酵結果的影響

發酵時間的長短對產品品質會有影響。發酵時間過短，菌種產酸量過少且風味物質不夠；發酵時間過長，產品中菌量會增多，而一定時間后，活菌死亡會產生其他次級代謝產物，引起分層現象，且糖分會隨著時間的增加而不斷累積，使產品變得黏稠，影響產品口感[13-15]。試驗考察發酵時間對果蔬皮汁發酵的影響，結果見圖3和表7。

由圖3可知，隨著發酵時間增加，pH明顯下降；綜合考慮口感和pH，確定最佳發酵時間為1.5 h。

圖3 發酵時間對發酵飲料可溶性固形物及pH的影響

表7 發酵時間對產品感官的影響

2.4 發酵條件正交試驗

試驗選用發酵溫度、菌種添加量和發酵時間作為研究對象，進行L9(33)正交試驗，以感官評分表4為評分指標，結果見表8。

影響產品品質因素主次分別為C＞A＞B，即菌種添加量影響最大，其次是發酵溫度，最后是發酵時間。最優的組合為A2B2C2，即發酵溫度41 ℃、菌種添加量4%、發酵時間1.5 h。

表8 發酵條件正交試驗結果

2.5 發酵配方的優化結果

由圖4～圖7可知，當白砂糖添加量、檸檬酸添加量、脫脂牛乳添加量和薄荷葉浸取液添加量分別為4%，0.06%，14%和5%時，感官評價分值最高。

圖4 不同白砂糖添加量的感官評分

圖5 不同檸檬酸添加量的感官評分

圖6 不同脫脂牛乳添加量的感官評分

圖7 不同薄荷葉浸取液添加量的感官評分

2.6 發酵配方正交試驗

試驗選用白砂糖添加量、檸檬酸添加量、脫脂牛乳添加量和薄荷葉浸取液添加量作為研究對象，進行L9(34)正交試驗，以感官評分表4為評分指標，結果見表9。

影響產品質量因素主次分別為C＞A＞B＞D，即檸檬酸添加量影響最大，其次是脫脂牛乳添加量，再次是白砂糖添加量，最后是薄荷葉浸取液添加量，最優組合為A2B2C2D2，即白砂糖添加量4%、檸檬酸添加量0.06%、脫脂牛乳添加量14%、薄荷葉浸取液添加量5%。

表9 發酵配方正交試驗結果

2.7 復合穩定劑配方的確定

添加適量的穩定劑可以使產品長期保持穩定的狀態，延長產品的貨架期。然而單體穩定劑很難達到理想效果，需采用多種穩定劑復合，才能使產品穩定性能增加[16]。如過量添加穩定劑，會使發酵飲料的稠度太高，口感變差，出現糊口感等不良風味[17]。通過試驗發現CMC、黃原膠、單硬脂甘油酯、海藻酸鈉對產品具有穩定作用，并對其進行L9(34)的正交試驗，試驗對穩定劑配方優化的結果見表10。

結果表明，2，3和5號樣品在試驗過程中沉淀率較低，穩定效果好，其穩定劑種類和用量配方為A1B2C2D2、A2B1C2D3和A2B2C3D1，根據方差分析可得知優水平配方為A2B1C3D2，從極差分析中可見，影響果蔬皮發酵飲料穩定性因素的主次分別為A＞C＞D＞B，即CMC＞單硬脂酸甘油酯＞海藻酸鈉＞黃原膠。為得到最佳穩定劑種類和用量配方，將4個配方做重復試驗，試驗結果見表11。

通過重復試驗，K號沉淀率最小，穩定效果最好，因此選擇K號樣品為最佳穩定劑種類和用量，即A2B1C3D2，即CMC 0.2%，黃原膠0.01%，單硬脂甘油酯0.09%，海藻酸鈉0.08%。

2.8 產品指標

復合果蔬皮乳酸發酵清涼飲料呈顏色均勻的乳青色，具有誘人的瓜果清香味，酸甜爽口且口感細膩。可溶性固形物＞20%，pH 4.0左右，蛋白質含量5%，總糖含量6.5%，細菌總數≤12 CFU/mL，大腸桿菌、致病菌未檢出。

表10 復合穩定劑正交試驗結果

表11 沉淀率良好的復合穩定劑的重復試驗

3 討論

以西瓜皮、冬瓜皮、黃瓜皮為原料，開發新的果蔬皮發酵乳飲料，對其發酵工藝進行研究，可為其他產業化發展提供新思路，并在果蔬發酵飲料的基礎上進行低成本、高營養的研究[18-19]。在發酵后期，采用醋酸菌對發酵期間產生的一定量乙醇進行轉化，以確保飲料質量[20]。

4 結論

結果表明，復合果蔬皮乳酸發酵清涼乳飲料的最佳發酵工藝為：發酵溫度41 ℃、接種量4%、發酵時間1.5 h。最佳發酵配方為：白砂糖添加量4%、檸檬酸添加量0.06%、脫脂牛乳添加量14%、薄荷葉浸取液添加量5%。最佳穩定劑配方為：CMC 0.2%、黃原膠0.01%、單硬脂甘油酯0.09%、海藻酸鈉0.08%。此條件得到的產品呈顏色均勻的乳青色，具有誘人的瓜果清香味，酸甜爽口且口感細膩。