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(大连民族大学生命科学学院,生物技术与资源利用教育部重点实验室,辽宁大连 116600)

软枣猕猴桃(Actinidiaarguta)富含大量的营养成分,主要包括:叶绿素、β胡萝卜素、叶黄素和黄酮等[1-2]。目前已有研究表明,软枣猕猴桃含有大量的天然多酚[3-4],如咖啡酸、槲皮素[5]等,具有抗氧化活性,可以清除自由基,防止细胞氧化损伤[6],这意味着软枣猕猴桃既有营养价值又有药用价值[7],因此深受消费者的青睐。

打瓜,又名籽瓜,外形与西瓜相似但相对略小,多籽,味淡。打瓜中富含维生素、糖分、酚类物质,以及钙、磷、铁等微量元素[8-9],还含有较多的不饱和脂肪酸[10],适合患心脑血管疾病和高血压的病人食用。中医理论指出,打瓜味甘淡、性温,具有生津止渴、解暑清热、利尿等性质，常食用适量的打瓜可促进消化和新陈代谢[11]。

格瓦斯是一种用麦芽或面包经酵母和乳酸发酵酿造的低度酒精饮料[12]。其口感清爽,并富含维生素、有机酸、糖等[13],不仅可以为人体提供所需的多种营养成分,还可改善人体肠胃消化吸收功能[14]。随着社会的发展,近年来饮料的发展趋势由碳酸饮料转向植物功能性饮料[15]。由于软枣猕猴桃是季节性水果,每年的收获季只有9、10两个月,且贮藏期较短[16],不能满足人们常年的需求。打瓜目前主要的应用是取打瓜籽榨油等,只取瓜籽舍弃瓜瓤瓜肉,严重浪费资源。为了消除软枣猕猴桃季节性的影响,避免资源的浪费,本实验采用响应面法研究复合型打瓜软枣猕猴桃格瓦斯饮料的最佳工艺,所用原材料物美价廉,成品具有一定的生理功能,且风味独特,是一种同时具有经济效益和营养价值的植物功能性饮料,以期提供一种最佳的生产工艺。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

软枣猕猴桃 辽宁农业职业技术学院猕猴桃基地;打瓜 内蒙古自治区通辽市开鲁县;秋林无糖碳烤面包 哈尔滨秋林集团;安琪甜酒酒曲、糯米 市售;MRS培养基 北京奥博星生物技术有限责任公司;果胶酶 活力5×104U/g,郑州华峰食品科技有限公司;植物乳杆菌(Lactobacillusplantarum) 中国普通微生物菌种保藏管理中心。

AL204型电子天平 梅特勒-托利多有限公司;FKB型分层烤箱 佛山市祥兴;XF-12型盘发酵箱 邢台润联科技开发有限公司;FW135型中草药粉碎机 上海楚柏实验室设备有限公司;BJ11/YS-100型实验室恒温箱 武汉西化仪科技有限公司;PL203型精密电子天平 梅特勒-托利多仪器上海有限公司;Lamda-25型紫外可见分光光度计 美国PE公司;T25型匀浆机 德国IKA公司。

1.2 实验方法

1.2.1 格瓦斯饮料的制作方法

1.2.1.1 植物乳杆菌的活化与扩大培养 将保存的植物乳杆菌按2%接种量接入MRS培养基中,置于36 ℃电恒温培养箱培养24 h进行活化,然后转入乳酸菌扩大培养基中按5%接种量接入活化的植物乳杆菌,在36 ℃下进行扩大培养,待植物乳杆菌数量达到107CFU/mL时停止扩大培养。乳酸菌扩大培养基的配方组成为:西红柿80 g,胡萝卜80 g,泡好的黄豆30 g,白砂糖80 g,硫酸镁6 g,碳酸钙50 g,磷酸氢二钠5 g,水669 g。

1.2.1.2 面包屑的制备 烘烤前将秋林面包切成1 cm左右的面包片摆入烤盘中,每个烤盘摆放两层面包片,在120～130 ℃下烘烤0.5 h,当面包片颜色略微发黄时,将面包片翻面,用相同温度和时间烘烤,待面包片两面都成金黄色即可。冷却后用粉碎机将烘烤后的面包片粉碎,室温下密封保存备用。

1.2.1.3 浸泡液的制备 将粉碎好的面包屑放入浸泡容器中,以1∶4 (g/g)加入70～80 ℃的热水,浸泡2～3 h,在此过程中会观察到混合物会逐渐分层,其中下层沉淀物为面包屑,上层液体为浸泡液,将经四层纱布过滤分离得到的浸泡液放在发酵容器中暂存,重复上述浸泡过程2～3次。浸泡容器温度控制在37 ℃左右,经过浸泡过程后,浸泡液会呈面包的金黄色,并且会散发出面包的糊香味。

1.2.1.4 糖化液的制备 用上述浸泡液对糯米进行24 h浸泡,然后将4～5 cm厚泡透的糯米放入蒸锅中,蒸20 min,待糯米蒸熟后将糯米降温至30 ℃,用30 ℃的温水将安琪甜酒酒曲化开,边倒入降温后的糯米边搅拌,再将糯米表面抹平,并将糯米饭呈棋盘式挖出9个直径5 cm,3 cm深的酒窝以便于观察发酵状况,温度控制在30～32 ℃之间,放置48 h进行糖化;糯米糖化过程结束后经固液分离,即得到糖化液,放入5 ℃冷库中备用。

1.2.1.5 打瓜软枣猕猴桃混合汁的制备 软枣猕猴桃的挑选与清洗:选取新鲜、无病虫害和机械伤的软枣猕猴桃,进行清洗,并晾干表面水分备用;打瓜的挑选与清洗:选取无压痕、无虫蚀,味清香的打瓜洗净,去皮去籽,取瓜肉备用。

果汁的制备:各取等量处理好的打瓜和软枣猕猴桃放入榨汁机榨汁(注意榨汁时间,以防止时间过长将猕猴桃籽打碎,影响果汁颜色,一般以1～2 min为宜,转速为12000 r/min),所得汁液按照4∶5的质量比加水调浆后,用四层纱布过滤掉果肉部分后,即可得到新鲜的打瓜软枣猕猴桃汁混合汁。

1.2.1.6 打瓜软枣猕猴桃格瓦斯饮料的制备 将糖化液和打瓜软枣猕猴桃混合汁按一定比例调配,在100 ℃下灭菌15 min后冷却,并接种一定量的上述含有107CFU/mL乳酸菌的乳酸菌扩大培养基,搅拌均匀后放入已消毒的不锈钢桶中,盖上盖子并用保鲜膜封紧,放入30 ℃培养箱中进行前发酵一定时间,筛选出最佳时间后转入5 ℃冷库中进行24 h的后发酵。在发酵后的打瓜软枣猕猴桃果汁中加入一定量的果胶酶,43 ℃下酶解5 h,用多层纱布过滤后,观察饮料呈澄清无沉淀后进行装瓶,在100 ℃水浴中灭菌15 min,冷却后即可得到复合型打瓜软枣猕猴桃格瓦斯饮料。

1.2.2 响应面优化工艺条件 根据预实验结果,实验中所选取的乳酸菌最佳发酵温度为37 ℃,选取对格瓦斯饮料品质影响较大的乳酸菌接种量、乳酸菌发酵时间、糖化液与软枣猕猴桃汁比例以及果胶酶添加量为自变量,感官评分为响应值,采用4因素3水平的Box-Behnken响应面优化复合型打瓜软枣猕猴桃格瓦斯饮料的生产工艺,试验方案设计见表1[17]。

表1 响应面试验因素及水平设计表Table 1 Response surface test factors and levels design table

1.2.3 指标的测定

1.2.3.1 感官评定方法 从样品的色泽、香气、口感和质地上对复合打瓜软枣猕猴桃格瓦斯饮料品质做出评定,选20名经验丰富的评质人员(10男10女)对饮料的各项指标进行打分,具体打分标准见表2,平均值作为感官评定结果。

表2 格瓦斯饮料感官评定标准Table 2 Criteria for sensory evaluation of kvass beverages

1.2.3.2 微生物测定 参照GB 4789.38-2012[18]、GB 4789.3-2010[19]、GB 4789.15-2010[20]、GB 4789.31-2013[21]中规定的方法对菌落总数、大肠菌群、霉菌和致病菌进行测定。

1.3 数据处理

利用Design-Expert 8.0.6软件对数据进行处理,按照软件设计结果共进行29组实验,每组实验重复3次。

2 结果与分析

2.1 Box-Bohnken方案设计与结果

通过Design-Expert 8.0.6数据处理软件,输入数据设计响应曲面优化实验,分析结果见表3。

表3 Box-Bohnken试验设计及结果Table 3 Box-Bohnken design in terms of coded levels with response variable

各因素经回归拟合后,解得回归方程为:

Y=78.78-2.14A+2.17B+0.97C+3.12D+0.53AB-0.32AC-2.68AD-0.85BC-0.70BD-1.62CD+2.74A2+1.59B2-9.62C2+1.90D2

式(1)

2.2 感官评定的优化分析

运用Design-Expert数据处理软件对数据进行处理,取感官评分指标进行响应曲面优化,分析结果得表4。

表4 复合型打瓜软枣猕猴桃格瓦斯饮料的感官评分响应曲面优化分析结果Table 4 Optimization of response surface analysis results of complex type of seeding-watermelon kiwifruit kvass beverage

根据Box-Bohnken试验所得的多元回归方程作响应面图,在其他试验因素固定不变的情况下,交互项对感官评分的影响可通过响应面进行分析[22]。响应面越平缓,表明该因素对感官评分影响越小,反之表明感官评分对因素的改变越敏感[23-24]。从图1c可以看出,植物乳杆菌接种量和果胶酶添加量的交互作用最明显,其他因素之间不明显,与上文方差分析所得结果一致。

图1 以感官评分为指标的响应面图Fig.1 Response surface plots showing the interactive effects of various factors on the sensory score

2.3 验证试验

利用Design-Expert 8.0.6软件优化程序对试验设计与结果数据进行优化,通过响应面分析可求得最佳工艺参数为:植物乳杆菌接种量2×107CFU/mL,乳酸菌发酵时间12 h,糖化液与打瓜软枣猕猴桃汁比例0.97∶1,果胶酶添加量15 mg/100 g,此配方所得的感官评分为93.9268。在此工艺条件下,经试验验证,感官评分为(94.0±0.2)分,复合型打瓜软枣猕猴桃格瓦斯饮料的色泽、香气、口感和质地均较好。

2.4 微生物检测结果

复合型打瓜软枣猕猴桃格瓦斯饮料中微生物检测结果见表5,其中大肠菌群含量、菌落总数、霉菌含量均合格,各种致病菌均未检测出。

表5 微生物检测结果Table 5 Microbial detection results

3 结论

本实验采用饮料发酵工艺,通过响应面优化法获得复合型打瓜软枣猕猴桃格瓦斯饮料的最佳配方工艺为:植物乳杆菌接种量为2×107CFU/ml,乳酸菌发酵时间为12 h,糖化液与打瓜软枣猕猴桃汁比例为0.97∶1,果胶酶添加量为15 mg/100 g。本产品的微生物检测结果:大肠菌群含量、菌落总数、霉菌含量均合格,各种致病菌均未检测出。制得的饮料成品颜色呈淡黄绿色,风味纯正,酸甜适中,澄清无沉淀,且具有打瓜软枣猕猴桃汁的果香和发酵所产生的香味混为一体,口感新鲜而细腻,余味清爽。