乳酸菌發酵冬棗冷凍干燥工藝優化及產品特性研究

石 勇，石 訓，縱 偉，張 琪，裴彤彤，焦瑞婷

（1.好想你健康食品股份有限公司，鄭州 450000；2.河南省國德科果蔬研究院有限公司，鄭州 450000；3.鄭州輕工業大學食品與生物工程學院，鄭州 450000）

冬棗（Ziziphus jujubeMill.）為鼠李科棗屬刺棗樹的一個優質鮮食品種，其皮薄而脆，肉質細嫩［1，2］。冬棗含有豐富的多糖、黃酮類、環磷酸腺苷等功能成分［3-5］，具有較高的開發利用價值。近年來，果蔬乳酸菌發酵受到關注，果蔬通過發酵，不僅可以改善果蔬風味，還可以合成多種維生素、生物活性酶［6-8］。將發酵后的果蔬加工為發酵棗干，是一種受到消費者喜愛的休閑食品。目前，對果蔬的干燥方法有熱風干燥［9，10］和真空干燥［8］等方法，但這些方法得到的產品品質有待進一步提高。近年來，真空冷凍干燥技術在植物干燥領域得到應用［11-13］，具有活性成分保持率高、產品品質好的優點。

本研究采用復水率為指標，采用正交試驗優化冷凍干燥乳酸菌發酵冬棗的工藝條件，并將干燥產品和熱風干燥、真空干燥等方法干燥的產品進行比較，為冬棗的開發和利用提供參考。

1 材料和方法

1.1 材料

冬棗采自好想你健康食品股份有限公司棗園；植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）（CICC.20022）購自中國工業微生物菌種保藏管理中心。蔗糖、食鹽為食品用，購自鄭州丹尼斯超市；蘆丁標準品、環磷酸腺苷標準品，購自鄭州正用試劑公司；甲醇、磷酸二氫鉀均為色譜純；其他試劑均為分析純。

TFDS0.25 型真空冷凍干燥機，煙臺中孚冷鏈設備有限公司；DZF-62100 型真空干燥箱，上海雷韻試驗儀器制造有限公司；DHG 9240A 型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海精宏實驗設備有限公司；T6 型紫外-可見分光光度計，北京普析通用儀器有限責任公司；LC-10ATVP 型高效液相色譜儀，日本島津公司；LDZX-50KBS 型立式壓力蒸汽滅菌器，上海申安醫療器械廠；SW-CJ-IBV 型超凈工作臺，上海浦東榮豐科學儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 冬棗乳酸菌發酵 將配好的糖鹽溶液（糖度為10%（m/V），鹽濃度為1%（m/V））于121 ℃滅菌20 min 后冷卻，在無菌條件下，接入4%（V/V）植物乳桿菌。冬棗清洗、去核，切成2 mm 厚薄片，在溶液中按1∶1（m/V）的比例加入處理好的冬棗片。在37 ℃條件下發酵7 d 取出，瀝干水分備用。

1.2.2 單因素試驗

1）根據前期研究，設置-40 ℃為物料預凍溫度，冷凍不同的時間（0、1、2、3、4、5 h）后，在鋪放厚度3 cm、隔板溫度50 ℃、真空壓強60 Pa 下干燥到水分為8%，分析冷凍時間對乳酸菌發酵冬棗果干復水比的影響。冷凍后的冬棗用于冷凍干燥。

2）將乳酸菌發酵冬棗-40 ℃冷凍后，在隔板溫度50 ℃、真空壓強60 Pa 條件下，選取不同鋪放厚度（1、2、3、4、5 cm），干燥到水分為8%，分析不同鋪放厚度對乳酸菌發酵冬棗復水比的影響。

3）將乳酸菌發酵冬棗-40 ℃冷凍后，在真空壓強60 Pa 條件下，鋪放厚度3 cm 條件下，選取不同的隔板溫度（40、45、50、55、60 ℃）干燥到水分為8%，分析隔板溫度對乳酸菌發酵冬棗果干復水比的影響。

4）將乳酸菌發酵冬棗-40 ℃冷凍后，在鋪放厚度3 cm、隔板溫度50 ℃條件下，選取不同真空壓強（30、40、50、60、70、80 Pa）干燥到水分為8%，分析真空壓強對乳酸菌發酵冬棗果干復水比的影響。

1.2.3 熱風干燥制備乳酸菌發酵冬棗果干 將一定質量的乳酸菌發酵冬棗置于干燥箱中，在100 ℃下干燥到產品的水分為8%，用于產品質量指標的測定。

1.2.4 真空干燥制備乳酸菌發酵冬棗果干 將一定質量的金花葵花置于真空干燥箱中，在真空度-0.03～-0.05 MPa，65～70 ℃下干燥到產品水分為8%，用于產品質量指標的測定。

1.2.5 冷凍干燥制備乳酸菌發酵冬棗果干的正交試驗 在單因素試驗的基礎上，采用L9（3）4正交試驗表，以復水率為指標，選取冷凍時間（A）、鋪放厚度（B）、隔板溫度（C）、真空壓強（D）4 個因素在3 個水平上進行正交試驗，因素和水平見表1。

表1 正交試驗因素與水平

1.2.6 水分含量測定 采用干燥稱重法測定，取樣后在105 ℃烘箱中干燥至恒重，計算水分含量。

1.2.7 復水比的測定 稱取Mg 干制品放于燒杯中，在25 ℃室溫下加入50 ℃水中進行浸泡，浸泡一段時間后取出瀝干，用濾紙吸去表面水分，待質量不再增加為止，其質量為G。按下式計算復水比。

1.2.8 產品理化指標的測定 維生素C 的測定采用GB 5009.86—2016 方法［14］，總黃酮含量的測定采用NaNO2-Al（NO3）3-NaOH 比色法［15］，多糖含量采用苯酚-硫酸法測定［16］，cAMP 含量的測定采用高效液相色譜法，色譜柱為ODS-C18（4.6 mm×250 mm，10 μm），流動相采用0.02 mol/L 磷酸二氫鉀-甲醇溶液（80∶20），柱溫為30 ℃，檢測波長為259 nm，體積流量為1.0 mL/min，進樣量為20 μL。

1.2.9 乳酸菌活菌數的測定 取干燥后的棗片，以料液比1∶10 接入無菌生理鹽水中，37 ℃，50 r/min 振蕩2 h 后對活菌數進行測定。計數方法參考GB 4789.35—2016《食品安全國家標準食品微生物學檢驗 乳酸菌檢驗》［17］。

1.2.10 感官評價 由10 名評價員根據表2 評分標準打分，取平均得分。

表2 乳酸菌發酵棗片干燥后的感官評價

2 結果和分析

2.1 冷凍時間對乳酸菌發酵冬棗果干復水比的影響

通過預凍，可將乳酸菌發酵冬棗果干中所有自由水和部分多分子層水完全凍結，要凍結完全，預凍溫度一般比其共晶點低5～10 ℃，-40 ℃預凍溫度滿足此要求。凍結后產生的冰晶對果品內部形成多孔網絡骨架，在水分升華后，冰晶占據的區域形成空隙，賦予產品多孔結構，在復水過程中，易于水分子的進入，提高復水比。從圖1 可以看出，3 h 時水分已充分凍結，因此，采用3 h 為凍結的適宜時間。

圖1 冷凍時間對乳酸菌發酵冬棗果干復水比的影響

2.2 鋪放厚度對乳酸菌發酵冬棗果干復水比的影響

由圖2 可見，復水比隨著物料鋪放厚度的增加而降低。這是因為物料鋪放厚度越大，傳熱效率越低，冰升華為水蒸氣受到的空間阻礙越大，物料中水分去除較慢，導致物料中難以形成多孔性結構，復水時復水比降低。在保證復水比的基礎上，盡可能增加鋪放厚度，因此，3 cm 為適宜的鋪放厚度。

圖2 鋪放厚度對乳酸菌發酵冬棗果干復水比的影響

2.3 隔板溫度對乳酸菌發酵冬棗果干復水比的影響

由圖3 可知，隨著隔板溫度的增加，水分升華的逸散速率增加，復水比增加，但當隔板溫度達到50 ℃后，繼續增加隔板溫度，快速擴散的水分造成傳溫效率降低，復水比反而降低。因此，50 ℃是適宜的隔板溫度。

圖3 隔板溫度對乳酸菌發酵冬棗果干復水比的影響

2.4 真空壓強對乳酸菌發酵冬棗果干復水比的影響

由圖4 可知，壓強的變化影響水的沸點，較高的真空度下，水的沸點低，水蒸氣的逸散速率增加，容易形成多孔性結構，有利于復水比增加，但真空度過高，快速擴散的水分造成傳溫效率降低，復水率降低。同時，真空度過高，氣體分子容易被電場電離產生等離子體，產生擊穿放電造成棗片焦化。因此，選擇真空壓強60 Pa 作為適宜的壓強。

圖4 真空壓強對乳酸菌發酵冬棗果干復水比的影響

2.5 工藝條件的優化

在單因素試驗基礎上，采用L9（3）4正交試驗表，以復水比為指標進行正交試驗，正交試驗方案及結果見表3，方差分析見表4。由極差R分析可發現，影響復水比的各因素作用主次順序是冷凍時間（A）＞真空壓強（D）＞隔板溫度（C）＞鋪放厚度（B），最佳的工藝條件是A2B2C2D2，即冷凍時間3.0 h，鋪放厚度3 cm，隔板溫度50 ℃，真空壓強60 Pa。在此條件下進行3 次平行驗證試驗，復水比為3.25 g/g。

表3 正交試驗方案及結果

由表4 可見，冷凍時間、真空壓強對乳酸菌發酵冬棗果復水比的影響顯著，鋪放厚度、隔板溫度對復水比的影響不顯著。

表4 方差分析結果

2.6 不同方法對乳酸菌發酵冬棗干燥后指標的影響

分別將乳酸菌發酵冬棗采用冷凍干燥、熱風干燥、真空干燥方法進行干燥，比較干燥后的指標，結果見表5。冷凍干燥的產品，復水比、活菌數、維生素C 含量、環磷酸腺苷含量、總黃酮含量和感官評價均高于熱風干燥和真空干燥，但多糖含量少于熱風干燥和真空干燥處理，與熱風干燥處理差異不顯著（P＞0.05）。

表5 不同方法對乳酸菌發酵冬棗干燥后指標的影響

3 小結

冷凍干燥乳酸菌發酵冬棗的工藝條件為冷凍時間3 h，鋪放厚度3 cm，隔板溫度50 ℃，真空壓強60 Pa，乳酸菌發酵冬棗干復水比達3.25 g/g，冷凍干燥產品色澤金黃色、疏脆，棗香氣濃郁，酸甜可口，品質優于熱風干燥和真空干燥處理，表明冷凍干燥是一種乳酸菌發酵冬棗適宜的干燥方法。