乳酸菌和酵母菌復(fù)合發(fā)酵南瓜汁工藝研究

梁莉，程晨，張柳茵，謝學(xué)文，陳信友，李全宏，*（.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，北京0008；.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所，北京0008；.北京市南口農(nóng)場(chǎng)，北京00）

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乳酸菌和酵母菌復(fù)合發(fā)酵南瓜汁工藝研究

梁莉1，程晨1，張柳茵1，謝學(xué)文2，陳信友3，李全宏1，*
（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，北京100083；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所，北京100081；3.北京市南口農(nóng)場(chǎng)，北京102202）

研究乳酸菌和酵母菌復(fù)合發(fā)酵南瓜汁的工藝，采用正交設(shè)計(jì)、感官評(píng)價(jià)等方式進(jìn)行發(fā)酵南瓜汁工藝參數(shù)的優(yōu)選、穩(wěn)定劑和甜味劑的篩選。結(jié)果確定發(fā)酵種子培養(yǎng)基配方為：南瓜漿含量40%，葡萄糖2%，豆?jié){5%和碳酸鈣0.4%。南瓜汁最佳發(fā)酵工藝為發(fā)酵溫度36℃，釀酒酵母SY∶乳酸菌群=1∶3（體積比），接種量3%，發(fā)酵12 h后南瓜汁中乳酸菌的濃度可達(dá)9.20lg（CFU/mL）。

乳酸菌；酵母菌；南瓜汁；工藝；活菌數(shù)

我國(guó)南瓜種植面積大、產(chǎn)量高，但大多被直接食用，附加值不高。近年來，利用益生菌發(fā)酵果蔬汁飲品的研究日益增多。發(fā)酵果蔬汁與普通果蔬汁相比，不但能夠增加果蔬制品的營(yíng)養(yǎng)保健功能，改善果蔬制品的風(fēng)味，而且有利于延長(zhǎng)食品保質(zhì)期，提高經(jīng)濟(jì)效益［1-3］。目前，用于發(fā)酵果蔬汁的益生菌以乳酸菌為主，有保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌、干酪乳桿菌、植物乳桿菌、雙歧桿菌等［4-7］。以多種乳酸菌和酵母菌共同發(fā)酵的研究還較少。賀銀鳳通過對(duì)傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品開菲爾及內(nèi)蒙酸馬奶酒的研究發(fā)現(xiàn)，酵母菌和乳酸菌之間有共生關(guān)系［8］。葛磊采用先乳酸菌后酵母菌的發(fā)酵方式開發(fā)了全燕麥發(fā)酵飲料［9］。本研究以南瓜汁為原料，選取前期篩選獲得的3株優(yōu)質(zhì)的乳酸菌與釀酒酵母共同接種于南瓜汁中進(jìn)行發(fā)酵試驗(yàn)，通過發(fā)酵工藝參數(shù)的優(yōu)選為開發(fā)有活性的南瓜功能飲料提供參考。

1　材料與方法

1.1材料與設(shè)備

1.1.1材料

南瓜、馬鈴薯、大豆：購于北京美廉美超市；乳酸菌L.c、L.p、L.r：由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院天然產(chǎn)物實(shí)驗(yàn)室前期分離純化篩選得到；釀酒酵母SY：購于安琪酵母股份有限公司。

1.1.2設(shè)備

LX-B35L型立式自動(dòng)電熱壓力蒸汽滅菌鍋：合肥華泰醫(yī)療設(shè)備有限公司；DHP-9082型電熱恒溫培養(yǎng)箱：上海一恒科學(xué)儀器有限公司；BSA1245-CW分析天平：賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；YT-CJ-1N型超凈工作臺(tái)：北京亞泰科隆實(shí)驗(yàn)科技開發(fā)中心；XW80A漩渦混合器：上海滬西分析儀器廠有限公司；FE20實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司等。

1.2方法

1.2.1種子培養(yǎng)基的優(yōu)化

以南瓜漿作為乳酸菌的基礎(chǔ)培養(yǎng)基，選取葡萄糖補(bǔ)充碳源，加入豆?jié){補(bǔ)充氮源，添加碳酸鈣起緩沖作用，因?yàn)樘妓徕}可以中和乳酸菌產(chǎn)生的乳酸，避免培養(yǎng)基pH過低，更好地促進(jìn)乳酸菌的生長(zhǎng)［10］。乳酸菌L. p、L.c、L.r以1∶1∶1（體積比）的接種量接種于培養(yǎng)基中，接種量為3%，在36℃下發(fā)酵12 h。采用L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)乳酸菌群的種子培養(yǎng)基進(jìn)行優(yōu)化。試驗(yàn)因素與水平見表1。

表1　L9（34）正交試驗(yàn)因素水平Table 1　Factors and levels of the orthogonal experiment L9（34）

1.2.2發(fā)酵工藝參數(shù)的優(yōu)化

為確定南瓜汁發(fā)酵的最佳條件，選擇發(fā)酵菌種配比，接種量，發(fā)酵溫度，發(fā)酵時(shí)間4個(gè)因素分別進(jìn)行單因素試驗(yàn)，根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇菌種配比，發(fā)酵溫度，接種量設(shè)計(jì)三因素三水平的正交試驗(yàn)，最終確定發(fā)酵最佳工藝。

1.2.2.1發(fā)酵時(shí)間的選擇

在待發(fā)酵南瓜汁中，按菌種配比（SY∶乳酸菌群=1∶2，體積比）接入3%的種子培養(yǎng)液，37℃靜置發(fā)酵24 h，每2 h測(cè)定發(fā)酵過程pH的變化。

1.2.2.2菌種配比的選擇

發(fā)酵溫度37℃，接種量為3%，發(fā)酵時(shí)間為12 h的條件下，采用不同菌種配比（SY∶乳酸菌群=1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5，體積比）對(duì)南瓜汁進(jìn)行發(fā)酵，根據(jù)pH、活菌數(shù)及感官得分確定最佳菌種配比。

1.2.2.3接種量的選擇

發(fā)酵溫度37℃，菌種配比（SY∶乳酸菌群=1∶2，體積比），發(fā)酵時(shí)間為12 h的條件下，采用不同接種量（1%、2%、3%、4%、5%）對(duì)南瓜汁進(jìn)行發(fā)酵，根據(jù)pH、活菌數(shù)及感官得分確定最佳接種量。

1.2.2.4發(fā)酵溫度的選擇

在接種量為3%，菌種配比（SY∶乳酸菌群=1∶2，體積比），發(fā)酵時(shí)間12 h的條件下，采用不同發(fā)酵溫度（30、33、36、39、42℃）對(duì)南瓜汁進(jìn)行發(fā)酵，根據(jù)pH、活菌數(shù)及感官得分確定最佳發(fā)酵溫度。

1.2.2.5感官評(píng)價(jià)

采用評(píng)分檢驗(yàn)法對(duì)發(fā)酵南瓜汁進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。分析評(píng)定的指標(biāo)有色澤、香氣、滋味和組織狀態(tài)，各指標(biāo)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2　感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 2　Assessing standard of sensory quality

綜合得分為4個(gè)指標(biāo)評(píng)分之和，即綜合得分=色澤得分+香氣得分+滋味得分+組織狀態(tài)得分。

1.2.2.6發(fā)酵工藝條件正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步得到南瓜汁發(fā)酵的最佳工藝條件，對(duì)影響南瓜汁發(fā)酵的3個(gè)主要因素：菌種配比（1∶2、1∶3、1∶4，體積比），接種量（2%、3%、4%），發(fā)酵溫度（34、36、38℃）進(jìn)行優(yōu)化組合，選用三因素三水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，測(cè)定發(fā)酵過程的pH、活菌數(shù)及感官得分，確定最佳發(fā)酵工藝條件。試驗(yàn)設(shè)計(jì)的各因素水平見表3。

表3　發(fā)酵工藝參數(shù)正交試驗(yàn)因素水平表Table 3　Factors and levels of the orthogonal experiment L9（34）

2　結(jié)果與討論

2.1種子培養(yǎng)基的優(yōu)化

正交試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4　正交試驗(yàn)及結(jié)果Table 4　Results of orthogonal experiment L9（34）

由表4的極差R值可以看出RD＞RB＞RA＞RC，即在正交試驗(yàn)所設(shè)計(jì)的各因素水平中，豆?jié){、南瓜漿、葡萄糖、碳酸鈣的添加量對(duì)于種子液活菌數(shù)的影響依次增大，碳酸鈣對(duì)活菌數(shù)的影響最大，葡萄糖次之，兩種物質(zhì)對(duì)于乳酸菌的生長(zhǎng)作用明顯。從表4還可以看出，活菌數(shù)對(duì)數(shù)最高的是A3B2C1D3，進(jìn)一步繪制各因素水平趨勢(shì)，如圖1所示。

圖1　活菌數(shù)對(duì)數(shù)因素水平趨勢(shì)圖Fig.1　Trend chart of factors and levels for lg（CFU/mL）

直觀分析得出的最佳組合為A3B2C1D3，與正交試驗(yàn)結(jié)果一致，因此種子液培養(yǎng)基的最佳組合為A3B2C1D3，即南瓜漿含量40%，葡萄糖2%，豆?jié){5%和碳酸鈣0.4%。

2.2發(fā)酵工藝優(yōu)化

2.2.1發(fā)酵時(shí)間對(duì)發(fā)酵過程的影響

不同發(fā)酵時(shí)間對(duì)pH的影響見圖2。

圖2　不同發(fā)酵時(shí)間對(duì)pH的影響Fig.2　Effects of different time on pH

酸性飲料的pH一般為3.8～4.2。由圖2可知，發(fā)酵時(shí)間對(duì)發(fā)酵過程pH變化影響顯著。在發(fā)酵初始階段（0 h～2 h），pH下降較慢，在發(fā)酵2 h～8 h時(shí)，各菌株生長(zhǎng)旺盛，產(chǎn)酸較快，發(fā)酵10 h時(shí)，pH為4.09，已達(dá)到酸性飲料的要求，為了使發(fā)酵風(fēng)味更好，適當(dāng)延長(zhǎng)發(fā)酵時(shí)間至12 h，此時(shí)pH為3.94，發(fā)酵液感官評(píng)分較高，所以確定發(fā)酵時(shí)間為12 h。

2.2.2菌株配比對(duì)發(fā)酵過程的影響

不同菌種配比的選擇對(duì)發(fā)酵過程的影響見表5。

表5　不同菌種配比的選擇Table 5　Effects of different proportion quantity on fermentation

從表5可以看出，在發(fā)酵溫度為37℃，接種量為3%，發(fā)酵12 h的條件下，不同菌種配比對(duì)pH、乳酸菌活菌數(shù)及感官得分都具有顯著性差異，菌種配比為1∶3（體積比）時(shí)，pH為3.89，感官得分為8.5，lg（CFU/mL）為9.13，此時(shí)感官得分較高，乳酸菌含量豐富，因此確定菌種配比為1∶3（體積比）。

2.2.3接種量對(duì)發(fā)酵過程的影響

不同接種量對(duì)發(fā)酵的影響見表6。

表6　不同接種量對(duì)發(fā)酵的影響Table 6　Effects of different inoculate quality on fermentation

由表6可以看出，不同接種量對(duì)于發(fā)酵過程具有顯著性差異。隨著接種量的增加，產(chǎn)酸增加，pH下降，感官評(píng)定分值升高，乳酸菌數(shù)量增加，當(dāng)接種量為3%，繼續(xù)增加接種量，pH變化不顯著，感官得分及活菌數(shù)量均有所下降。因此，確定接種量為3%。

2.2.4不同發(fā)酵溫度對(duì)發(fā)酵的影響

不同發(fā)酵溫度對(duì)發(fā)酵的影響見表7。

表7　不同發(fā)酵溫度對(duì)發(fā)酵的影響Table 7　Effects of different temperatures on fermentation

由表7可以看出，發(fā)酵溫度對(duì)于產(chǎn)品風(fēng)味和乳酸菌的含量有顯著影響。當(dāng)溫度在30℃～39℃時(shí)，隨著溫度的升高，產(chǎn)酸增加，pH下降，產(chǎn)品風(fēng)味較好，但是當(dāng)溫度大于36℃時(shí)，活菌數(shù)有所下降。因此，綜合考慮，確定發(fā)酵溫度為36℃。

2.2.5發(fā)酵工藝優(yōu)化結(jié)果

發(fā)酵工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)見表8。

表8　發(fā)酵工藝L9（34）正交試驗(yàn)結(jié)果Table 8　Results of orthorgonal experiment L9（34）for fermentation

從表8正交試驗(yàn)結(jié)果的極差分析可以看出，各試驗(yàn)組pH符合酸性發(fā)酵飲料的標(biāo)準(zhǔn)。就感官得分的影響因素而言，菌種配比、發(fā)酵溫度、接種量對(duì)感官指標(biāo)的影響依次減少。就乳酸菌活菌數(shù)的影響因素而言，接種量、發(fā)酵溫度、菌種配比對(duì)活菌數(shù)的影響依次減少。進(jìn)一步繪制各因素水平與感官得分、活菌數(shù)對(duì)數(shù)值的效應(yīng)曲線圖。

圖3　三因素與感官得分趨勢(shì)圖Fig.3　Trend curve of three factors and sensory quality

圖4　三因素與活菌數(shù)對(duì)數(shù)值趨勢(shì)圖Fig.4　Trend curve of three factors and log（cfu/mL）

由效應(yīng)曲線圖3可知，對(duì)于感官得分的影響，各因素的最優(yōu)水平為A2B2C2，從效應(yīng)曲線圖4可知，對(duì)活菌數(shù)的影響，各因素的最優(yōu)水平為A2B2C2，最優(yōu)組合一致。與試驗(yàn)中出現(xiàn)的兩個(gè)最優(yōu)組合A2B1C2和A2B2C3相比較，是由于因素B和C有差異。為了進(jìn)一步確定結(jié)果，通過試驗(yàn)測(cè)定A2B2C2組的各項(xiàng)指標(biāo)，得到pH3.83，感官得分8.9，lg（CFU/mL）為9.20，優(yōu)于試驗(yàn)組A2B1C2和A2B2C3，因此，選擇A2B2C2作為最佳發(fā)酵工藝條件，即發(fā)酵溫度36℃，SY∶乳酸菌群=1∶3，接種量3%，發(fā)酵時(shí)間為12 h。

3　結(jié)論

本文以以南瓜汁為原料，通過多種乳酸菌和酵母菌共同發(fā)酵，開發(fā)了一款風(fēng)味獨(dú)特的南瓜汁發(fā)酵飲料。對(duì)發(fā)酵劑的種子培養(yǎng)基和發(fā)酵工藝進(jìn)行了研究。確定乳酸菌種子培養(yǎng)基為以南瓜漿為基礎(chǔ)，添加豆?jié){、葡萄糖以補(bǔ)充氮源及碳源、添加碳酸鈣調(diào)節(jié)培養(yǎng)基pH。通過正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化了種子培養(yǎng)基配方為：南瓜漿含量40%，葡萄糖2%，豆?jié){5%和碳酸鈣0.4%。在此條件下，乳酸菌對(duì)數(shù)值可以達(dá)到9.37。對(duì)發(fā)酵過程中對(duì)釀酒酵母和乳酸菌群的菌種配比、接種量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化，確定了最佳發(fā)酵工藝：發(fā)酵溫度36℃，釀酒酵母SY∶乳酸菌群（體積比）= 1∶3，接種量3%，發(fā)酵時(shí)間為12 h。

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Study on the Processing Technique of Pumpkin Juice Co-fermented by Lactic Acid Bacteria and Yeast

LIANG Li1，CHENG Chen1，ZHANG Liu-yin1，XIE Xue-wen2，CHEN Xin-you3，LI Quan-hong1，*
（1.College of Food Science and Nutritional Engineering，China Agricultural University，Beijing 100083，China；2.The Institute of Vegetables and Flowers，Chinese Academy of Agriculture Sciences，Bejing 100081，China；3.Beijing Nankou Farm，Beijing 102202，China）

Orthogonal experiment and sensory evaluation were used to study the suitable processing technique of pumpkin juice co-fermented by lactic acid bacteria and yeast，inculuding fermentation process optimization，screening of sweeteners and stabilizers and prediction of storage time.The result showed that the optimized medium formulation for seed culture was as follow：the pumkin juice content was 40%，the glucose level was 2%，the soybean milk level was 5%and the calcium carbonate level was 0.4%.With the fermentation temperature of 36℃，inoculum concentration of 3%，inoculation ratio of 1∶3 and fermentation time of 12 h，the numbers of lactic acid bacteria in pumpkin juice could be achieved 9.20 lg（CFU/mL）in the end of fermentation.

lactic acid bacteria；yeast；pumpkin juice；processing technique；living bacteria

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.13.021

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助項(xiàng)目（201303112）作者簡(jiǎn)介：梁莉（1991—），女（漢），碩士研究生，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏。

李全宏，教授，博士，主要從事天然產(chǎn)物化學(xué)研究。

2015-06-10