石榴蘆薈檸檬復合發酵飲料的研制

李 慧，韓 卓，葉 玲，李士漢，陶澳賢，朱文倩

（蚌埠學院 食品與生物工程學院，安徽 蚌埠 233030）

蘆薈隸屬于百合科、蘆薈屬的草本植物。蘆薈種類較多，富含較多化學成分，其中有效成分高達72 種，主要包括氨基酸、維生素、礦物質、蘆薈素、蘆薈大黃素苷、多糖、有機酸、礦物質和微量元素等[1]。檸檬是蕓香科、柑橘屬的植物。檸檬的利用價值高，其具有多種營養成分，以及維 C、維 B、礦物質、類黃酮及多種微量元素；不僅可以為食品添加香氣，還可以應用于醫學，治療腸胃疾病、緊張、高血壓、貧血等疾病[2]。

石榴是石榴科、石榴屬植物，果實鮮艷、營養豐富。石榴含豐富的維 B1、維 B2和維 C 及煙酸、鉀和植物雌激素，對人體健康十分有利[3-4]。以石榴汁調制的各種飲料，具有幫助消化、抗胃酸過多、軟化血管、止瀉、生津、解毒、降溫等多種功能。經常飲用可預防冠心病、高血壓，可健胃提神、增強食欲[5]。隨著國民健康意識的增強，對于飲料的要求不僅局限于單一果蔬汁，更傾向于復合果蔬汁和混合菌種發酵飲料。

以石榴、蘆薈和檸檬為發酵原料，以混合發酵劑 （乳酸菌和酵母菌） 進行發酵，分析質量比、糖的添加量、初始 pH 值、菌種接種量及發酵時間對感官評分的影響，采用響應面試驗優化酵素發酵條件，為實現大批量生產提供一定的理論基礎和數據分析。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

懷遠石榴、庫拉索蘆薈、檸檬，購自市場；乳酸菌、酵母菌 （果酒），安琪酵母有限公司提供；食用碳酸鈉、異維 C 鈉，德興市明緣化工材料有限責任公司提供；纖維素酶酶 （酶活力 10 萬 U/g）、果膠酶（酶活力 10 萬 U/g），和氏璧生物科技有限公司提供。

1.2 試驗設備

榨汁機，九陽股份有限公司產品；電子分析天平，上海海康電子儀器廠生產產品；紫外 - 分光光度計，上海菁華科技儀器有限公司生產產品；糖度計，廣州銘睿電子科技公司產品；1 000 μL 移液槍、20 μL 移液槍，力辰科技股份有限公司產品；數顯恒溫水浴鍋，上海力辰邦西儀器科技有限公司產品。

1.3 石榴蘆薈檸檬復合發酵飲料的研究

1.3.1 工藝流程石榴、庫拉索蘆薈、檸檬→清洗削皮→榨汁→加水加糖→巴氏滅菌→酶解→復合發酵→成品。

1.3.2 操作要點

（1） 石榴汁的制備。選用全熟、無腐爛及無蟲害的石榴 （懷遠），剝皮、分離石榴籽。用水洗凈、瀝水，然后用榨汁機壓榨，添加 0.1 g/100 mL 的異維 C 鈉進行護色[6-7]。

（2） 蘆薈和檸檬汁的制備。挑選新鮮的蘆薈和檸檬，用無菌水洗凈并晾干；去除蘆薈的外皮，將蘆薈果肉切成 1 cm 左右的塊狀，放在無菌水浸泡0.5 h 去毒；將檸檬帶皮切成 1 cm 的塊狀備用，整個過程都在無菌臺內進行操作。將切成塊狀的蘆薈和檸檬分別用榨汁機打碎成汁。

（3） 調配。利用均質機進行果蔬汁、白砂糖和無菌水的混勻，用碳酸鈉調節 pH 值適宜微生物生長。

（4） 滅菌。混合果汁放入 65 ℃水浴鍋中進行30 min 巴氏滅菌。

（5） 復合酶解。在滅菌后的蘆薈檸檬果汁中按質量分數添加纖維素酶 （0.4%） 和果膠酶 （0.2%），使果汁中的有效成分分解成容易被人體吸收的小分子，然后在 50 ℃的環境中酶解 180 min[8]。

（6） 活 化 菌 種 。 根 據 接 種 量， 按 質 量 比 乳 酸菌∶酵母菌 = 2∶3 稱取菌種于燒杯中，加入適量的無菌水和糖，在 37 ℃下活化 60 min[9-10]。

（7） 接種。在無菌室中按試驗設計對果汁進行接種。

（8） 發酵。按照試驗設計，在 37 ℃的保溫箱內發酵一段時間。

1.3.3 單因素試驗設計

以石榴蘆薈檸檬復合發酵飲料的感官評價作為考 查 指 標 ， 設 置 石 榴 蘆 薈 檸 檬 質 量 比 （4 ∶11 ∶2，6∶9∶4，6∶7∶4，4∶9∶4，4∶7∶6）、白砂糖添加量 （20%，25%，30%，35%，40%）、初始pH 值 （3.2， 3.4， 3.6， 3.8， 4.0）、 菌 種 接 種 量（0.5% ， 1.0% ， 1.5% ， 2.0% ， 2.5%）、 發 酵 溫 度（35，37，39，41，43 ℃）、發酵時間 （2，3，4，5，6 d） 為單因素變量，考查其對石榴蘆薈檸檬復合發酵飲料感官評分的影響。

1.4 響應面優化試驗

使用 Box-benhnken 設計優化試驗，結合單因素試驗結果，進行三因素三水平的響應面試驗。用A、B、C表示白砂糖添加量、初始 pH 值、發酵時間 3 個因素，用 -1，0，1 代表變量的 3 個水平，以感官評分為指標，確定石榴蘆薈檸檬復合發酵飲料最佳發酵工藝。

發酵條件響應面優化試驗因素與水平設計見表 1。

表1 發酵條件響應面優化試驗因素與水平設計

1.5 感官評測方法

參考 QB/T 5323—2018 和 NY 82.2—1988，從石榴蘆薈檸檬復合發酵飲料的外觀、滋味、香味、組織狀態等 4 個方面制定評定感官評分的標準[11]；同時，由 20 個人組成評定小組，根據標準，對飲料進行品嘗打分，感官評分取平均值。

石榴蘆薈檸檬復合發酵飲料感官評分標準見表 2。

表2 石榴蘆薈檸檬復合發酵飲料感官評分標準

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 石榴蘆薈檸 檬質量比對飲料感官評分的影響質量比對飲料感官評分的影響見圖 1。

圖1 質量比對飲料感官評分的影響

由圖 1 可知，隨著石榴蘆薈檸檬質量比的減少，感官評分出現了先增加后減少的趨勢，其中蘆薈果肉本身味道較淡，石榴味道起主要調味作用。當石榴∶蘆薈∶檸檬質量比為 6∶7∶4 時，飲料感官評分最高；隨后，由于檸檬添加量過多及發酵過程中乳酸菌產酸，飲料總體偏酸，影響口感。因此，石榴蘆薈檸檬復合飲料的最佳質量比為 6∶7∶4。

2.1.2 白砂糖添加 量對飲料感 官評分的影響

白砂糖添加量對飲料感官評分的影響見圖 2。

圖2 白砂糖添加量對飲料感官評分的影響

由圖 2 可知，當白砂糖添加量為 20%～25%時，飲料感官評分表現出上升的趨勢，當白砂糖添加量到達 25%時，感官評分達到最大值，但之后白砂糖添加量的增加使其呈現下降趨勢。這可能是白砂糖為發酵體系中微生物的生長發育提供充足的能源，但過多的糖將會抑制微生物的生長，最終導致產酶活力受到抑制[12-13]。因此，石榴蘆薈檸檬復合飲料的最佳白砂糖添加量為 25%。

2.1.3 菌種接種量對飲料感官評分的影響

菌種接種量對飲料感官評分的影響見圖 3。

圖3 菌種接種量對飲料感官評分的影響

由圖 3 可知，當菌種接種量為 1%時，感官評分最高。后期隨著接種量的添加，感官評分呈下降趨勢。這可能是因為菌種的接種量可以直接影響其在發酵體系中的生長，合適的菌種量可以保證溶氧充分，破壞植物細胞結構，同時由于酵母菌是優勢菌種，減少雜菌的干擾，適當的菌種使發酵液充分發酵[14]，使感官評分提高；但當菌種量過多時，發酵體系中的微生物含量增加，維持其生長消耗的營養物質也增加，過量的菌種易產生較多的代謝廢物，影響酵素口感[12]。因此，石榴蘆薈檸檬復合飲料最佳接種量為 1.0%。

2.1.4 發酵時間對飲料感官評分的影響

發酵時間對飲料感官評分的影響見圖 4。

由圖 4 可知，隨著發酵時間的延長，感官評分總體呈先上升后下降的趨勢，發酵 15 h 時，感官評分達到最大值。這可能是因為發酵時間的延長，其中乳酸菌和酵母生長迅速，使飲料酸澀，酒精味過重，影響飲料口感。因此，石榴蘆薈檸檬復合酵素最佳發酵時間為 15 h。

圖4 發酵時間對飲料感官評分的影響

2.1.5 初始 pH 值對飲料感官評分的影響

初始 pH 值對飲料感官評分的影響見圖 5。

圖 5 初始 pH 值對飲料感官評分的影響

由圖 5 可知，當初始 pH 值上升到 3.6 后，隨著pH 值的升高，感官評分有所下降。這可能是因為pH 值會影響菌種的生長速率和產物形成，在一定程度內，隨著 pH 值的增加，發酵速度增加，當 pH 值超過發酵體系的最適范圍時，則抑制菌種的生長。因此，石榴蘆薈檸檬復合飲料最佳初始 pH 值為 3.6。

2.2 響應面試驗優化

以 Box-benhnken 原理為基礎，結合單因素試驗確定的發酵工藝條件水平范圍，以感官評分為測評指標進行試驗。

Box-behnken 試驗設計及結果見表 3。

由表 3 可知，當白砂糖添加量 25%，發酵時間15 h，初始 pH 值 3.6 時，石榴蘆薈檸檬復合飲料口感最佳，評分最高。為了對其進行更深入的研究和條件優化，利用軟件對數據進行回歸分析，并作出相應響應面圖。多元回歸擬合分析得到枸杞多糖酸奶感官評分與各因素變量的二次方程模型為：

表3 Box-behnken 試驗設計及結果

方差分析結果見表 4。

由表 4 可知，該模型p<0.05，差異顯著，失擬項p>0.05， 且R2=0.963 2，R2Adj=0.915 8， 不 顯 著 ，表明該模型預測值與試驗值相似，擬合性好，可用于優化酸奶發酵工藝。回歸方程中A、C的p值小于0.05，表示顯著；二次項A2，B2，C2的p值均小于0.05，表示顯著。

表4 方差分析結果

2.3 響應面因素交互分析

白砂糖添加量與初始 pH 值的 3D 等高線和響應面圖見圖 6。

由圖 6 可知，當初始 pH 值不變時，感官評分隨著白砂糖添加量的增加而呈現先上升后下降的趨勢；當感官評分不變時，感官評分變化趨勢與保持初始pH 值不變時相同。表明白砂糖添加量和初始 pH 值對復合飲料感官評分存在較大的影響。

白砂糖添加量與發酵時間的 3D 等高線和響應面圖見圖 7。

由圖 7 可知，當白砂糖添加量不變時，感官評分隨著發酵時間的延長而表現出先升高后下降的趨勢；當發酵時間不變時，感官評分的變化趨勢與保持白砂糖添加量不變時相同，但變化的幅度趨于平緩，則白砂糖添加量和發酵時間的交互作用對復合飲料感官評分存在較大的影響。

圖 6 白砂糖添加量與初始 pH值的 3D 等高線和響應面圖

圖 7 白砂糖添加量與發酵時間的 3D 等高線和響應面圖

發酵溫度與發酵時間的 3D 等高線和響應面圖見圖 8。

由圖 8 可知，當初始 pH 值不變時，感官評分隨著發酵時間的延長而表現出先升高后下降的趨勢；當發酵時間不變時，感官評分變化趨勢與保持初始pH 值不變時相同。

圖 8 發酵溫度與發酵時間的 3D 等高線和響應面圖

3 結論

在單因素試驗的基礎上，采用響應面軟件對石榴蘆薈檸檬復合飲料的工藝進行優化，在分析各個因素的顯著性和交互作用后，得出石榴蘆薈檸檬復合飲料的最佳工藝條件為石榴∶蘆薈∶檸檬 = 6∶7∶4，菌種接種量 1%，白砂糖添加量 25%，發酵時間 15 h，發酵溫度 37 ℃，初始 pH 值 3.6，在此工藝條件下得到的石榴蘆薈檸檬復合飲料的感官評分為 94 分。