猴頭菇山楂飲料制備工藝及穩(wěn)定性研究

孔祥輝,李定金,羅舒函,段振華,*,韓 冰,楊國力,陳喜君

(1.賀州學院食品科學與工程技術研究院,廣西賀州 542899;2.黑龍江省科學院微生物研究所,黑龍江哈爾濱 150010;3.哈爾濱商業(yè)大學,黑龍江哈爾濱 150076;4.黑龍江眾生生物工程有限公司,黑龍江哈爾濱 150028;5.黑龍江省菌物藥工程技術研究中心,黑龍江哈爾濱 150028)

猴頭菇(HericiumErinaceus)又叫刺猬菌、猴頭菌、猴蘑,是一種營養(yǎng)豐富、味道鮮美的食用菌[1]。每百克猴頭菇含26.3 g蛋白質,是香菇的二倍,有“素中葷”稱號;氨基酸種類達16種之多,包括7種人體必需氨基酸[2];每百克猴頭菇含4.2 g脂肪,是名副其實的高蛋白、低脂肪食物,且富含各種維生素和礦物質[2-3]。猴頭菇性平、味甘,利五臟,助消化,具獨特的消化道保護、調理和修復功能[1,4],猴頭菇多糖可促進胃腸道益生菌的生長[5],能增強人體免疫力、抗胃腸道腫瘤。最新研究表明口服猴頭菇8周可減輕抑郁、焦慮和睡眠障礙[6]。山楂又名山里紅,薔薇科山楂屬[7],含糖類、蛋白質、脂肪、維生素C、胡蘿卜素、蘋果酸、枸櫞酸、鈣和鐵等物質,有健脾開胃、消食化滯、改善食欲之效,具有降血脂、降血壓、強心、抗心律不齊等作用[8-13]。

目前,通過酶解技術處理猴頭菇的目的多為提高多糖提取率[14-16],也有利用酶解后獲得的β-葡聚糖延緩小麥面包粉中淀粉消化[17],而用于飲料生產的猴頭菇酶解條件研究較少[18]。近年來,隨著人們生活水平的提高和生活節(jié)奏的加快,人們不僅對飲料的色、香、味的要求越來越高,而且對天然、營養(yǎng)、保健飲料需求量增加,具有多種調理功能的蘑菇飲料成為研究熱點,例如猴頭菇營養(yǎng)飲料[19]、黑枸杞山楂銀耳復合飲料[20]、調味黑木耳飲品[21]和雙耳顆粒果肉飲料[22]等。猴頭菇苦味重,食用前需泡發(fā),程序繁瑣,口感不佳,限制了食用和其保健功效開發(fā)。目前,國內外市場上猴頭菇加工的產品有罐頭食品[23]、瓊脂軟糖[24]、保健酒[25]、保健醋[26]等,也有猴頭菇飲料[27],但一方面仍需研制特殊配方和工藝調整猴頭菇飲料口感以便于產業(yè)化應用,另一方面通過工藝創(chuàng)新使猴頭菇更多活性成分釋放到飲料中,使猴頭菇營養(yǎng)作用和功效作用得到最佳發(fā)揮。

本研究以鮮猴頭菇和山楂為主要原料,研究纖維素酶解最佳條件,提高了猴頭菇汁中固形物含量;采用正交試驗確定猴頭菇山楂果肉飲料最佳配比和保持飲料穩(wěn)定的復合增稠劑配方,獲得一款性狀均一穩(wěn)定、色澤光亮,美味爽口的猴頭菇山楂均質飲料。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

猴頭菇(新鮮) 海林猴頭菇基地;山楂(新鮮) 市售;纖維素酶 10000 U/g,天津市巴斯天化工有限公司;羧甲基纖維素鈉(FVH9)、黃原膠(11138-66-2)、海藻酸鈉(5400)、山梨酸鉀 食品級,鄭州天順食品添加劑公司;檸檬酸、氫氧化鈉 分析純,天津市天新精細化工開發(fā)中心。

HHS-12型電熱恒溫水浴鍋 上海東星建材試驗設備有限公司;202型電熱恒溫干燥箱 天津市泰斯特儀器有限公司;PHS-25型 pH計 上海偉業(yè)儀器廠;CGJB型均質機 河南鄭州玉祥機械設備有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 猴頭菇山楂果肉飲料的工藝流程及操作要點

1.2.1.1 猴頭菇原料預處理 選擇無病害新鮮猴頭菇,除雜,流水清洗,浸泡30 min;榨汁、酶水解、煮沸、過濾,鮮猴頭菇和水以1∶9比例打漿榨汁,調pH5.0,加入1.2%纖維素酶,40 ℃水浴酶解2.5 h,100 ℃煮沸3 min,260目濾網(wǎng)擠壓過濾,濾液為猴頭菇汁。

1.2.1.2 山楂原料預處理 精選山楂,去核除雜,流水清洗,將山楂與水以1∶2比例混合,加熱至100 ℃煮3 min,冷卻至室溫,放入榨汁機中打漿榨汁,260目濾網(wǎng)擠壓過濾,濾液為山楂汁。

1.2.1.3 猴頭菇山楂果肉飲料成品制備 將猴頭菇汁液、山楂汁、蔗糖以一定比例調配,260目濾網(wǎng)過濾得猴頭菇山楂果肉飲料,將0.2%羧甲基纖維素鈉、0.2%黃原膠和0.1%海藻酸鈉加入果肉飲料中,溶解均勻;均質、灌裝、殺菌,飲料采用均質機均質(均質條件:20 MPa,溫度60至65 ℃,2 min),裝入已滅菌玻璃瓶中,高于60 ℃熱灌裝,封蓋,巴氏殺菌,冷卻至室溫即得成品。

1.2.2 猴頭菇酶解最優(yōu)條件

1.2.2.1 單因素實驗

a. pH對猴頭菇汁固形物得率的影響:猴頭菇20 g,加180 g水打漿,加1.2%纖維素酶,分別在初始pH為3.0、4.0、5.0、6.0、7.0的條件下,于40 ℃酶解100 min,測定pH對猴頭菇汁固形物得率的影響。

b. 纖維素酶量對猴頭菇汁固形物得率的影響:猴頭菇20 g,加180 g水打漿,加檸檬酸溶液調pH4.0,分別加入0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%纖維素酶,40 ℃酶解100 min,酶添加量對猴頭菇汁得率的影響。

c. 酶解時間對固形物得率的影響:猴頭菇20 g,加180 g水打漿,加入1.2%纖維素酶,加檸檬酸溶液調pH4.0,40 ℃酶解0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h,酶解時間對猴頭菇汁固形物得率的影響。

d. 酶水解底物濃度對固形物得率的影響:猴頭菇20 g,分別加60、80、120、180、380 g水(底物濃度為25%、20%、15%、10%、5%)打漿,加1.2%纖維素酶,加檸檬酸溶液調pH4.0,40 ℃酶解100 min,底物濃度對猴頭菇汁固形物得率的影響。

1.2.2.2 正交試驗確定猴頭菇酶水解最優(yōu)條件 通過單因素試驗選擇正交試驗的影響因素與水平,采用L9(34)表正交試驗方案,實驗設計的因素水平見表1,以猴頭菇汁固形物得率為指標確定最佳酶解條件。

表1 猴頭菇酶水解正交實驗因素和水平Table 1 The factors and levels of orthogonal experiment on enzymatic hydrolysis of H.Erinaceus

1.2.3 猴頭菇山楂果肉飲料最佳配方

1.2.3.1 猴頭菇汁添加量對飲料品質的影響 分別設置猴頭菇汁添加量為7.5%、10%、12.5%、15%和17.5%,分別添加山楂汁20%和蔗糖6%,調配飲料進行感官綜合評價。

1.2.3.2 山楂汁添加量對飲料品質的影響 分別設置山楂汁添加量為20%、22.5%、25%、27.5%和30%,分別添加猴頭菇汁15%,蔗糖6%,調配飲料進行感官綜合評價。

1.2.3.3 蔗糖添加量對飲料品質的影響 分別設置蔗糖添加量為5%、6%、7%、8%和9%,取猴頭菇汁添加量15%,山楂汁添加量25%,調配飲料進行感官綜合評價。

1.2.3.4 正交試驗確定飲料最佳配方 以猴頭菇汁、山楂汁和蔗糖添加量為實驗因素,采用三因素三水平正交試驗設計,根據(jù)單因素實驗結果,正交因素水平見表2,以感官評價為指標確定飲料最佳配方。

表2 猴頭菇山楂果肉飲料配方正交實驗因素和水平表Table 2 The factors and level of orthogonal experimental of H.Erinaceus and hawthorn pulp beverage

1.2.4 穩(wěn)定劑對飲料品質的影響 采用L9(34)正交試驗設計方案進行最佳工藝條件試驗,根據(jù)預實驗結果和穩(wěn)定劑的應用[22,28-30]設計的因素和水平見表3,以感官評價為指標確定最佳穩(wěn)定劑配方。

表3 飲料穩(wěn)定性正交實驗因素水平表Table 3 The factors and level of orthogonal experimental of stability of beverage

1.2.6 測定方法

1.2.6.1 猴頭菇汁固形物得率 稱取經260目濾網(wǎng)擠壓過濾的、混合均勻狀態(tài)的猴頭菇汁10 g于已知重量的平皿中,置于80 ℃烘箱中鼓風式烘干置恒重,再稱重,用所得干物質凈重除以10即為每克猴頭菇汁中固形物的質量,計算采用以下公式。

猴頭菇汁固形物得率(%)=過濾后猴頭菇汁的質量烘干得到每克猴頭菇汁中固形物的質量/猴頭菇干重占濕重的百分比×猴頭菇樣品濕重的質量×100

文中山楂汁固形物得率測定方法及公式同猴頭菇汁固形物得率。

1.2.6.2 感官評價測定 請食品科學與工程專業(yè)的老師和同學組成 10 人的(男∶女=1∶1)評價小組,分別從色澤、風味、滋味、組織狀態(tài)四個方面對產品的感官品質進行評分,對復合飲料的綜合品質從色澤、香味、組織狀態(tài)和滋味4方面進行感官評定(計分標準見表4),滿分為100分,取平均值為最終結果。

表4 猴頭菇山楂果肉飲料感官評價指標Table 4 The sensory evaluation index of flesh beverage of H.Erinaceus and Hawthorn

1.2.7 微生物指標檢測 菌落總數(shù)、大腸桿菌、致病菌的檢測參照 GB/4789.21-2003《食品衛(wèi)生微生物學檢驗 冷凍食品、飲料檢驗》中規(guī)定的方法。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實驗每個處理設置3次重復,采用平均值±標準差方式。數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計使用軟件Microsoft Excel 2007。

2 結果與分析

2.1 猴頭菇酶解最佳反應條件

2.1.1 pH、纖維素酶添加量、酶解時間和底物濃度對猴頭菇汁固形物得率的影響 pH對猴頭菇汁固形物得率的影響如圖1A,固形物得率隨pH增大,出現(xiàn)了先升后降趨勢,當pH為4.0時固形物得率最大達40.33%。可能是在特定pH范圍內酶活力最佳,pH過高過低會使酶活性下降。纖維素酶量對猴頭菇汁固形物得率影響如圖1B,固形物得率隨纖維素酶量增大出現(xiàn)先升后降趨勢,當纖維素酶量1.2%時,固形物得率達到最大45.26%。可能是由于纖維素酶作為生物催化劑,與底物吸附程度有一定限制;當加酶量達飽和時,增加酶量對其水解作用影響不大,酶活力反而降低[31]。酶解時間對猴頭菇汁固形物得率影響如圖1C,固形物得率隨酶解時間延長出現(xiàn)升高趨勢,酶解時間2.0和2.5 h猴頭菇汁固形物得率分別為53.21%和52.99%,差異不大。這可能是當酶解時間超過2.0 h時,隨著酶的消耗,酶活性開始顯現(xiàn)下降趨勢[31]。底物濃度對猴頭菇汁固形物得率影響結果如圖1D。猴頭菇汁固形物得率隨底物濃度增大出現(xiàn)了先升高后降低趨勢,底物濃度為10%和5%時猴頭菇汁固形物得率分別為57.69%和57.21%。這可能是由于底物濃度增加,溶液量相對減少,溶液粘稠度增加,酶解過程中酶的轉移受到限制,酶活性逐漸降低[31]。圖1中,在同一條件下猴頭菇固形物得率有差異,是由于實驗材料為新鮮猴頭菇,樣品來自于猴頭菇種植基地,批次間猴頭菇的含水量、成熟度均有較大差異,打漿后采用260目濾網(wǎng)粗過濾方式獲得含細小果肉的濁汁型飲料。實驗結果可作為同批次猴頭菇原料實驗結果的比較。

圖1 pH、纖維素酶量、酶解時間和底物濃度對猴頭菇汁得率影響Fig.1 Effects of pH,cellulase,hydrolysis time and substrate concentration on the yield of Hericium Erinaceus juice

2.1.2 猴頭菇酶解最優(yōu)條件 在單因素實驗基礎上進行正交實驗優(yōu)化酶解工藝,結果見表5。

表5 猴頭菇酶水解正交實驗Table 5 Orthogonal experiment on enzymatic hydrolysis of hericium

各因素對猴頭菇汁固形物得率的影響程度依次為D>C>B>A,最佳工藝配方為A3B2C3D1,即pH5.0,纖維素酶添加量1.2%,酶解時間2.5 h,底物濃度5%。由于正交實驗所得出的最優(yōu)方案不在上述9組實驗內,故進行驗證實驗,得到的猴頭菇汁固形物得率為65.83%±1.06%,故確定A3B2C3D1為最優(yōu)方案。

2.2 猴頭菇山楂果肉飲料最佳配方研究

以固形物得率65.83%的猴頭菇酶解汁和按照工藝流程獲得的固形物得率17.5%的山楂汁進行飲料調配的單因素實驗和正交實驗。

2.2.1 猴頭菇酶解汁、山楂汁、蔗糖添加量對飲料感官評分的影響 猴頭菇汁添加量對飲料品質的影響結果如圖2A。隨猴頭菇汁添加量增加,感官評分先升高后降低。猴頭菇汁添加量15%,得分最高為91.4分。猴頭菇汁添加過量會導致猴頭菇苦味加重,導致感官評分下降。不同山楂汁添加量對飲料品質的影響結果如圖2B。隨山楂汁添加量增加,感官評分先上升后降低。在山楂汁添加量25%時,感觀評分最高,達92.8分,這可能是由于山楂汁對飲料有增香作用,隨山楂汁添加量增加,逐步改善了猴頭菇的苦味,但山楂汁添加量過高,導致飲料酸味過重,掩蓋了猴頭菇風味從而導致飲料感官評分下降。蔗糖添加量對制品品質的影響結果如圖2C。隨蔗糖添加量增加,感官評分呈先上升后降低趨勢。蔗糖添加量8%時,感觀評分最高達92.6分,這可能是由于蔗糖對飲料有提味作用,隨蔗糖添加量增加,飲料甜度增加,但蔗糖添加量過高,導致飲料過甜從而導致飲料感官評分下降。

圖2 猴頭菇汁和山楂汁添加量對飲料感官品質的影響Fig.2 The effect of added amount of Hericium erinaceus juice and Hawthorn juice on beverage quality

2.2.2 猴頭菇山楂果肉飲料最佳配方確定 在單因素實驗基礎上進行正交實驗,優(yōu)化調配工藝,其結果如表6。

表6 飲料最佳配方正交試驗表Table 6 The orthogonal test table for optimum formulation of Beverage

各因素對猴頭菇山楂果肉飲料品質影響程度依次為B>C>A,最佳工藝配方為猴頭菇酶解汁15%、山楂汁25%、蔗糖8%,由于正交實驗所得出的最優(yōu)方案不在上述9組內,故進行驗證實驗。經驗證實驗后感官評分為91.2分,故確定A2B2C2為最優(yōu)方案,獲得猴頭菇山楂飲料呈黃紅色,質地均勻,酸甜可口(見圖3A)。

2.3 穩(wěn)定劑對飲料品質的影響

由表7可知,各因素對猴頭菇山楂飲料感官評分的影響程度依次為C>B>A,最佳工藝配方(A3B3C1)為羧甲基纖維素鈉0.2%、黃原膠0.2%、海藻酸鈉0.1%。由于正交實驗所得出的最優(yōu)方案不在上述9組內,故進行一組驗證實驗。經驗證實驗后感官評分為93.1分,故確定A3B3C1為最優(yōu)方案,生產的猴頭菇山楂飲料靜置一年后,質地均勻,無明顯分層,飲料色澤亮麗,口感清涼綿柔,無較大變化(見圖3B)。

圖3 猴頭菇山楂飲料Fig.3 H. Erinaceus-Hawthorn beverage products

表7 飲料穩(wěn)定劑最佳配比正交試驗Table 7 The orthogonal test of optimum proportion of beverage stabilizer

2.4 飲料批量生產成品指標檢驗

飲料申報備案了企業(yè)標準(猴頭菇復合飲料Q/HBW 0005S-2017),并批量生產(見圖3C),產品達到的檢驗指標如下。

2.4.1 感官指標 色澤呈淡黃紅色,均勻一致。香味:具猴頭菇菌香味和山楂淡淡的自然香氣,酸甜適度,風味可口,無異味。組織形態(tài):濁汁型,無沉淀、無凝塊。雜質:無雜質。

2.4.2 微生物指標 微生物指標:經檢測飲料成品滅菌操作成功,無大腸桿菌和致病菌,符合國家標準(細菌總數(shù)≤100 CFU/100 mL,大腸菌群≤3 MPN/100 mL,致病菌:未檢出)。

3 結論與討論

以鮮猴頭菇汁為主要原料,添加山楂汁、蔗糖作為配料,使用復合穩(wěn)定劑提高猴頭菇山楂果肉飲料的穩(wěn)定性。通過單因素和正交的實驗方法確定猴頭菇汁固形物得率為65.83%的最佳酶解條件為pH5.0,纖維素酶1.2%,底物濃度5%,酶解2.5 h。通過感官評價確定的猴頭菇山楂果肉飲料最佳配方為猴頭菇汁15%,山楂汁25%,蔗糖8%,羧甲基纖維素鈉0.2%、黃原膠0.2%、海藻酸鈉0.1%,飲料口感風味最佳,且質地均勻、不分層、不結塊。

陶靜[18]等采用2.0%果膠酶,酶解獲得可溶性固形物含量為92.00 mg/g(即9.2%)。本實驗酶解底物為鮮猴頭菇,采用1.2%纖維素酶優(yōu)化的酶解工藝可使猴頭菇酶解汁固形物含量65.83%。本研究基于鮮猴頭菇破碎榨汁后,酶解方法使猴頭菇汁的固形物得率大幅提高,對實際生產中直接采用鮮猴頭菇酶解制備飲料具有一定的指導意義。有研究表明,經固定化酶處理后,果汁透光率、可溶性固形物和還原糖含量顯著增加[32-33],未來可開展固定化復合酶技術用于制作澄清型猴頭菇山楂果汁。