四棱豆乳酸發酵飲料的研制

肖卓炳，陳 上

(1.吉首大學 林產化工工程湖南省重點實驗室，湖南 張家界 427000；2.吉首大學化學化工學院，湖南 吉首 416000)

四棱豆乳酸發酵飲料的研制

肖卓炳1，陳 上2

(1.吉首大學 林產化工工程湖南省重點實驗室，湖南 張家界 427000；2.吉首大學化學化工學院，湖南 吉首 416000)

以四棱豆為主要原料，用馴化的乳酸菌種進行發酵制備四棱豆乳酸發酵飲料，實驗結果表明制作的最佳工藝條件為按豆水比1:10磨成豆漿，加入8%(m/m)的蔗糖，經85℃、20min滅菌，冷卻后接入經豆奶馴化好的乳酸菌劑3%(V/V)，置于42～44℃恒溫發酵3.5h，再置于4～6℃冰箱中后熟6h，即成營養豐富、酸甜適中的四棱豆乳酸發酵飲料。

四棱豆；發酵；飲料；研制

四棱豆(Psophocarpus tetragonolobus (L.) D.C.)屬一年生或多年生，蝶形花亞科，纏繞草本豆科植物，其種子、塊根、嫩莢、花、莖、葉均可食用，全身富含人體必需的多種營養成分。其種子含有豐富的優質蛋白質、不飽和脂肪酸、礦質元素、維生素以及多種生物活性物質等營養成分，具有降低血清膽固醇水平作用和維系人類腦進化的生命核心物質，對心腦血管疾病具有預防作用，能夠有效地抑制血栓性病癥，預防心肌梗塞和腦梗塞，降低血脂，降低血壓，抑制出血性中風，抑制癌癥的發生和轉移，并且具有增長智力、保護視力、延緩衰老等功效，對人體具有重要營養保健作用，有“綠色的金子”、“奇跡植物”和“長壽菜”之稱[1-4]。

由于四棱豆的營養價值、經濟價值和藥用價值，它已引起全世界的重視和研究，成為許多國家爭相開發利用的植物資源，專業人士對四棱豆及其制品的研究也越來越多，但是我國對四棱豆的研究，還僅限于品種引種栽培實驗和植物生理學等方面，鮮有涉及將其應用于食品加工行業。為了開發新的植物蛋白資源，給四棱豆的深加工提參考，本研究擬采用有益于人體健康的乳酸菌對豆漿進行發酵，以期獲得一種口味極佳、風味特殊、營養豐富且易被廣大消費者吸收利用的新型四棱豆發酵乳飲料。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

四棱豆由湖南懷化學院提供；蔗糖、脫脂奶粉(蛋白質含量32%)、碳酸氫鈉、檸檬酸、蛋白胨、乳糖、豬膽鹽、溴甲酚紫、磷酸二氫鉀、瓊脂、伊紅美蘭(均為食品級) 市購。

供試菌種：保加利亞乳桿菌(Lactobacillus bulgaricus)和嗜熱鏈球菌(Streptococcus thermophilus)，由吉首大學食品科學研究所提供。

1.2 儀器與設備

SZX-ZP型標準型凈化工作臺 上海整新電子廠；YXQ-LS-50SI型立式蒸汽滅菌器 上海博訊實業有限公司醫療設備廠；TG328B型電子分析天平 湘儀天平儀器廠；PHS-2F型精密pH計 上海精密科學儀器有限公司；5415D型臺式離心機 德國Effendorf公司；DNP-9082型電熱恒溫培養箱 鄭州南北儀器設備有限公司； SHY-2A型水浴恒溫振蕩器 金壇市瑞華儀器有限公司；TCL216型電冰箱 廣東TCL集團；高剪切混合乳化機 南通克萊爾混合設備有限公司；XSP-18A型顯微鏡 江南光學儀器廠。

1.3 培養基的制備[5]

1.3.1 乳酸菌培養活化用培養基

脫脂乳培養基：將新鮮牛乳在5000r/min離心15min，去掉上層油脂，再用108℃滅菌15min。

1.3.2 大腸菌群測定用培養基

乳糖膽鹽發酵管：蛋白胨20g、豬膽鹽5g、乳糖10g、0.04%溴甲酚紫水溶液25mL、蒸餾水1000mL，pH7.4。115℃高壓滅菌15min。

伊紅美蘭瓊脂：蛋白胨10g、乳糖10g、磷酸二氫鉀2g、瓊脂17g、2%伊紅Y溶液20mL、0.65%美蘭溶液10mL、蒸餾水1000mL，pH7.1。121℃高壓滅菌15min。

乳糖發酵管：蛋白胨20g、0.04%溴甲酚紫水溶液35mL、乳糖10g、蒸餾水1000mL，pH7.4。115℃高壓滅菌15min。

1.3.3 致病菌檢測用培養基

按GB/T 4789—2003《食品衛生微生物學檢驗》[5]有關部分要求配制。

1.4 發酵飲料生產工藝流程

四棱豆→除雜、選豆→浸泡→脫皮→酶鈍化→磨漿→過濾→配料(加蔗糖、脫脂奶粉)→均質→殺菌→冷卻、接種→裝杯→發酵→成熟→檢驗→成品

1.5 乳酸菌發酵劑的制備

1.5.1 乳酸菌種的活化

將實驗室提供的原始菌種在無菌操作條件下分別移接到滅菌的鮮牛乳中，接種量為1%(V/V)，混合均勻后，在42～44℃的恒溫生化培養箱中培養4～5h至凝乳，如此連續多次培養活化，直到牛乳凝固快速、呈“豆腐腦”狀而無乳清析出為止，置于4～6℃冰箱內保存，備用[6]。

1.5.2 乳酸菌種的馴化

將豆乳與牛乳按1:9、2:8、4:6、6:4、8:2、9:1的體積比配成6種培養基(總體積為10mL)，用20mm× 200mm大試管分裝(每管裝10mL)，于0.1MPa滅菌20min，冷卻至室溫，接種活化好的菌種1%(V/V)，于42～44℃的恒溫生化培養箱中培養4～5h，直至試管中豆乳牛乳混合培養基凝固呈“豆腐腦”狀。按豆乳含量由低到高逐步馴化培養使其發酵能力達到最大且穩定。待其馴化好后按1:1的比例接種混合培養，制成混合菌發酵劑，為后續實驗用[7]。

1.6 豆乳的制備

1.6.1 四棱豆的浸泡

稱取0.5、1、1.5g碳酸氫鈉用適量水溶解后，分別在1L的容量瓶中定容，配成質量分數0.05%、0.1%、0.15%的碳酸氫鈉溶液，挑選無霉變、蟲蛀的四棱豆粒，然后稱取適量四棱豆用0.05%、0.1%、0.15%等3種不同質量分數的碳酸氫鈉溶液進行浸泡(浸泡液體積為四棱豆質量的2～3倍)，以不加堿液者為對照，浸泡時間均為10、12、14h等3個不同的時間段，各設3個重復處理[8]，觀察不同堿液及浸泡時間對四棱豆脫皮效果，確定四棱豆的最佳浸泡脫皮工藝。

1.6.2 四棱豆的脫皮

浸泡后的四棱豆用手搓法脫皮，使四棱豆外皮脫除。

1.6.3 四棱豆的脫腥

四棱豆的脫腥主要采取熱燙脫腥法[9]。將脫皮后的四棱豆粒分別采用“熱水處理法”、“酸處理法”、“堿處理法”3種方法脫腥。(a)熱水處理法：將浸泡好的四棱豆預先在85～90℃的熱水中浸泡5～10min，然后熱水法磨漿；(b)酸處理法：磨漿前將四棱豆置于pH值為3.0～4.5的檸檬酸溶液中浸泡，然后利用熱水磨漿；(c)堿處理法：磨漿前將四棱豆置于pH值為8.0～9.0的碳酸氫鈉溶液中，然后配合使用熱水磨漿。磨漿時加入適量85～90℃的熱水進行磨制，重復磨漿一次，以提高細度，利于蛋白質溶出，再將磨出的豆漿過濾，濾出豆渣后將豆漿再煮沸，以達到鈍化脂肪氧化酶的作用，進一步消除四棱豆中的豆腥氣味。

1.6.4 豆水比的確定

將四棱豆與水按1:8、1:10、1:12、1:14(g/mL)不同比例混合，磨漿殺菌后，接入菌種發酵，測定其pH值，通過pH值與感官確定豆與水的最適比例[10]。

1.6.5 加糖量的確定

在備好的豆漿中分別添加4%、6%、8%、10%、12%(m/m)5種不同量的蔗糖，殺菌后，接入4%(V/V)的菌劑進行發酵，經感官評定確定蔗糖的最佳添加量[11]。

1.6.6 豆乳的調配

將磨制好的豆漿分別加入為0%、5%、10%、15%、20%(V/V)5種不同量的牛乳，再向每組豆乳、牛乳的混合料中加入8%的蔗糖，殺菌后，接入4%(V/V)的菌種進行發酵。再通過發酵后的感官評價確定發酵豆乳中的牛乳添加量[12]。

1.6.7 豆乳的均質

將調配好的豆乳分別預熱至75、80、85、90℃ 4種不同的料溫，再在20MPa條件下進行均質[13]。

1.6.8 豆乳的滅菌

將調配好的豆乳采用適當的方法滅菌。本實驗采用兩種滅菌方法：(a)121℃滅菌10min；(b)85℃滅菌20min[14]。

1.7 豆乳的發酵

1.7.1 乳酸菌劑接種量

將馴化擴大活化好的乳酸菌劑按1%、2%、3%、4%(V/V)4種不同的接種量接種于滅菌好的豆乳中，均各設置3個平行處理，以其發酵凝乳后的產品的感官評價來確定最適的接種量[15]。

1.7.2 豆乳的發酵溫度

將接種后的豆乳置于38、39、40、42、43℃ 5種溫度下進行發酵3.5h，以其發酵凝乳后的產品的感官評價來確定最適的發酵溫度[16]。

1.7.3 豆乳的發酵時間的試驗

將接種后的豆乳在42℃條件下發酵5.5、4.5、3.5、2.5h，以其發酵凝乳后的產品的感官評價為指標來確定最適的發酵時間[17]。

1.7.4 后熟

將發酵好的豆乳置于4℃冰箱中保存，在冷藏期間，酸度會有所上升，同時風味成分含量增加，此為后發酵，又叫后熟，時間不少于6h。

1.8 四棱豆發酵飲料的最佳配比

豆乳中牛乳的含量、蔗糖的添加量、四棱豆與水的比例和菌種的接種量直接影響到產品的口感、氣味、色澤等指標，為此根據上述試驗結果進行四因素三水平的正交試驗[18]。產品的感官評價方法見表1。

表1 感官評價標準Table 1 Standard of sensory evaluation

1.9 理化指標的測定方法

固形物含量采用重量法測定；蛋白質含量采用凱氏定氮法測定；脂肪含量采用索氏提取法測定；酸度的測定方法采用梯涅爾測定法[19]。

1.10 微生物質量的測定方法

乳酸菌數、大腸菌群、致病菌按GB/T 4789—2003《食品衛生微生物學檢驗》標準相關部分進行測定[5]。

2 結果與分析

2.1 乳酸菌種馴化結果

采用豆乳含量由低到高進行發酵以逐步馴化達到菌種發酵能力達到最大且穩定目的。試驗結果見表2。

表2 乳酸菌種馴化試驗結果Table 2 Results of Lactobacillus species domestication

由表2可以看出，通過對乳酸菌種的馴化試驗，以感官評價為指標可以得出：乳酸菌種在豆乳與牛乳體積比為8:2的培養基中凝乳效果最好。

2.2 不同方法對四棱豆脫皮的效果

不同的堿溶液濃度及浸泡時間對四棱豆脫皮效果有所不同，采用不同的堿液濃度溶液對四棱豆進行浸泡脫皮處理實驗，觀察其脫皮效果，結果見表3。

表3 不同濃度堿液處理對四棱豆脫皮的效果Table 3 Effect of alkaline solution with various concentrations on the peeling of winged bean

由表3可知，利用0.1%碳酸氫鈉溶液浸泡12h可以達到最佳的脫皮效果。

2.3 不同脫腥方法產品品質的影響

表4 不同豆乳脫腥方法的結果Table 4 Results of soymilk deodorization using different methods

四棱豆一經加工處理，其含有的脂肪氧化酶能迅速催化脂類底物發生氧化作用，生成乙醇、乙醛和乙烯酮等，使得豆漿產生特殊的豆腥味，極大地影響了酸豆奶的風味，本實驗分別采用了熱水處理法、酸處理法、堿處理法3種方法進行脫腥處理，不同脫腥方法對豆乳感官品質影響的結果見表4。

由表4可知，采用堿處理法，再結合熱磨漿法可以達到較好的脫腥效果，即先用pH值為8.0～9.0的碳酸氫鈉溶液浸泡12h，再加適量的85～90℃的熱水磨漿，其脫腥效果最佳。

2.4 不同的料水比對產品品質的影響

豆漿配制中的豆水比與產品品質密切相關：如果磨制時加水量過少，不利于蛋白質的提取，并且生產的成品凝固結實、不易吸飲，口感粗糙；如果加水量過大，成品不易凝固，香味淡，口感不柔和，風味差。由于浸泡四棱豆時，干四棱豆吸收了部分的水分，故磨漿時加入的磨漿水均以原料的干質量為標準，豆水比例為原料干質量與加入水的體積比(g/mL)。本實驗通過pH值與感官確定豆與水的最適比例，結果見表5。

表5 不同豆水比例對豆乳發酵的影響結果Table 5 Effect of bean-water ratio on soybean milk fermentation

表5表明，豆與水的比例為1:10(g/mL)時，比較適合乳酸菌的發酵，并制品口感、狀態、風味良好。

2.5 不同的加糖量對產品品質的影響

酸豆奶制作中的加糖量非常重要，如果加糖量過多，滲透壓過大，能抑制乳酸菌的生長；加糖量過少，則不能滿足乳酸菌對碳源的需要，同時也影響產品的風味口感。本實驗對添加不同量蔗糖的產品進行感官評定，其結果見表6。

表6 不同加糖量對產品品質的影響結果Table 6 Effect of sucrose amount on product quality

由表6可知，豆乳中最適合的加糖量是8%(m/m)。

2.6 豆漿與牛乳的配比對產品品質的影響

豆漿發酵時添加牛乳可改善成品的口感風味，但更重要的是為了保證乳酸菌的良好生長。四棱豆酸奶雖有類似酸牛奶的凝乳狀態，但與酸牛奶相比，其口味較淡，口感不細膩，香味不足。發酵后產品品質見表7。

表7 豆漿中牛奶添加量對產品品質的影響結果Table 7 Effect of milk amount on product quality

由表7可知，豆漿與牛乳的配比以8.5:1.5為最佳，經乳酸菌發酵后可以獲得感官狀態，口感較優的產品。

2.7 均質溫度對豆漿口感和色澤的影響

均質的溫度對豆漿的口感和色澤的影響也很大，四棱豆在磨漿后，經不同溫度進行均質、煮沸后進行感官評價，結果見表8。

表8 均質溫度對豆漿口感和色澤的影響結果Table 8 Effect of homogenization temperature on taste and color of soybean milk

由表8可知，當均質溫度小于85℃時，隨均質溫度升高色澤逐漸變淺，當均質溫度大于85℃時，豆漿色澤變化不明顯，均質溫度在85℃和90℃時口感很好，綜合考慮到能耗和成本，選擇最適的均質溫度為85℃。

2.8 不同的滅菌條件對產品品質的影響

制作發酵飲料，在接入發酵菌種前一定要進行殺菌處理。由于蛋白質遇熱容易變性，所以生產過程中對加熱溫度應嚴格控制。不同的滅菌條件對產品品質的影響見表9。

表9 不同的滅菌條件對產品品質的影響Table 9 Effect of sterilization condition on product quality

由表9可知，豆乳采用巴氏滅菌(85℃、20min)，既可以制得品質良好的酸豆奶，同時還可以減少生產成本。

2.9 不同接種量對產品品質的影響

產品發酵時接入的菌種用量過大，發酵快，產酸快，培養時間短，但成品風味不佳，口感粗糙、有砂粒感；相反，接種量過少，則發酵時間過長，成品有酸敗味，并且有較多的乳清析出。因此，確定接種量是生產的一個關鍵，本實驗選取不同接種量，發酵后對成品進行感官評價結果如表10所示，由表10可知，配料發酵時最適宜的接種量為3%(m/m)。

表10 不同接種量對產品品質的影響結果Table 10 Effect of inoculation amount on product quality

2.10 不同的發酵溫度對產品品質的影響

表11 不同的發酵溫度對產品品質的影響Table 11 Effect of fermentation temperature on product quality

由表11可知，發酵溫度為42℃，產品的外形、口感均較好。

2.11 不同的發酵時間對產品品質的影響

表12 不同的發酵時間對產品品質的影響Table 12 Effect of fermentation time on product quality

表12表明，發酵時間為3.5h，產品的外形、口感均較好。

2.12 四棱豆發酵飲料配方的正交試驗

根據單因素試驗結果，選取每個因素的最佳效果值的上、下(左、右)各一個值(數)，作為飲料配制時正交試驗中各因素的3個水平，其設計方案見表13。

表13 正交試驗因素與水平Table 13 Factors and levels of orthogonal experiments

通過正交試驗和感官評價對四棱豆發酵飲料的配方進行研究。其試驗結果見表14。

表14 L9(34)正交試驗設計及結果Table 14 Result of L9(34) orthogonal experiments

由表14可知，4個因素的主次關系為：C＞D＞A=B。最佳水平組合為A3B2C3D2，即牛乳含量15%、蔗糖添加量8%、接種量3%、四棱豆與水的比例1:10。在最佳水平條件下進行實驗，并對結果進行綜合評分，結果為92分。

2.13 產品的感官評定、理化和微生物檢測

色澤：呈均勻一致的乳白色、稍微黃。風味：具有豆奶和酸牛奶的復合香味，酸甜爽口適中，無異味。組織狀態：細膩均勻，不分層，無乳清析出。

蛋白質含量3.02%、脂肪含量2.0%、酸度88°T。

乳酸菌活菌數7.9×106CFU/mL、大腸菌群數＜3MPN/100mL、致病菌未檢出。

3 結 論

本實驗研制了一種口味極佳、風味特殊、營養豐富且易被廣大消費者所容易吸收利用的、新型四棱豆發酵飲料。通過單因素和正交試驗確定了四棱豆發酵飲料制作的最佳工藝條件為用質量分數0.1%碳酸氫鈉溶液浸泡四棱豆12h后脫皮，用pH值8.0～9.0的碳酸氫鈉溶液浸泡12h來鈍化四棱豆的脂肪氧化酶，再用85℃的熱水進行磨漿，豆水比例為1:10(g/mL)，牛乳含量為15%(V/ V)，加蔗糖量為8%(m/m)，采用巴氏滅菌(85℃，20min)，接種量為3%(V/V)，發酵溫度為42℃，發酵時間為3.5h，能制得色澤、風味、狀態均較好乳酸發酵豆乳。

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Preparation of Fermentation Beverage with Winged Bean

XIAO Zhuo-bing1，CHEN Shang2
(1. Hunan Provincial Key Laboratory for Forest Products and Chemical Industry Engineering, Jishou University, Zhangjiajie 427000, China；2. College of Chemistry and Chemical Engineering, Jishou University, Jishou 416000, China)

Winged bean was used as the major raw material to prepare fermentation beverage through Lactobacillus fermentation. Results indicated that optimal preparation processing conditions were bean-water ratio of 1:10 for milling, sterilization for 20 min at 85 ℃ after the addition of sucrose 8% (m/m), 3% (V/V) inoculation amount of Lactobacilli in cooling milk, fermentation at 42－44 ℃ for 3.5 h, and mature at 4－6 ℃ 6 h in refrigerator. A nutritious fermentation beverage of winged bean with mild sour and sweet taste was obtained.

winged bean；fermentation；beverage；processing

TS224.4

B

1002-6630(2010)18-0465-06

2010-05-23

湖南省教育廳科學研究項目(08C670)；湖南省科技廳項目(2009FJ3045)

肖卓炳(1961—)，男，教授，碩士，主要從事食品和材料科學研究。E-mail：xiaoyddd@163.com