蜂蜜西瓜皮汁乳酸發(fā)酵飲料的工藝優(yōu)化

王虹玲，段笑影，曹冬冬，屠程凱，張平，蔣世蘋，宣潔娣

（沈陽工學(xué)院生命工程學(xué)院，遼寧撫順113122）

西瓜皮又名西瓜翠，除了含有豐富的維生素，還含有多種有機(jī)酸、葡萄糖、番茄紅素以及鈉、鎂、鉀、鈣、鐵等多種微量元素。西瓜皮味涼、性干、無毒，它具有清熱、解毒、利尿、降血壓、軟化血管和降低膽固醇的作用，并對腎炎、水腫、肝病及糖尿性有良好的輔助治療作用[1-4]。目前西瓜皮主要被用作動(dòng)物飼料，研究并開發(fā)瓜皮產(chǎn)品，可以很好的變廢為寶，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。蜂蜜是蜜蜂從植物花朵中采集的含水量約為75%的花蜜或分泌物，在蜜蜂體內(nèi)經(jīng)多種轉(zhuǎn)化作用形成，其中多糖大多轉(zhuǎn)變成利于人體吸收及轉(zhuǎn)化的葡萄糖和果糖，含量超過50%[4-9]；此外，蜂蜜中還含有各種維生素、礦物質(zhì)、氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)，是市場上常見的滋養(yǎng)補(bǔ)品之一[10-14]。西瓜皮與蜂蜜經(jīng)過發(fā)酵之后，大分子的營養(yǎng)物質(zhì)可被降解為小分子物質(zhì)而更利于人體吸收，發(fā)酵后維生素與礦物質(zhì)結(jié)合，化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，也大大提高了原料的營養(yǎng)價(jià)值[15-16]。

本試驗(yàn)以市售成熟且未受機(jī)械損傷的西瓜皮，與蜂蜜共同發(fā)酵，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行四因素三水平的正交試驗(yàn)，確定蜂蜜西瓜皮汁乳酸發(fā)酵飲料的最佳釀造工藝，旨在使瓜皮“變廢為寶”，為西瓜皮汁的研究提供新的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

西瓜皮：市售，成熟、未受機(jī)械損傷的西瓜去瓤；脫脂鮮牛奶：市售；蜂蜜，檸檬酸、瓊脂、羧甲基纖維素鈉（carboxymethylcellulose sodium，CMC-Na）、黃原膠（均為食用級）：鄭州食美食品添加劑有限公司；保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌：常州益菌加生物科技有限公司；純凈水：沈陽工學(xué)院微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室自制，符合GB 5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》要求。

1.1.2 儀器與設(shè)備

DHP9012 電熱恒溫培養(yǎng)箱、LDZX-75KBS 立式壓力蒸汽滅菌鍋：上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司；KBZ5-WS 離心機(jī)：賽特湘儀離心儀器有限公司；LKTCB1-T 恒溫水浴鍋：常州博遠(yuǎn)實(shí)驗(yàn)分析儀器廠；WYT-32手持糖度儀：濟(jì)南新昕儀器儀表有限公司；SKG1323榨汁機(jī)：艾詩凱奇電器有限公司；JD100-3 電子天平：沈陽龍騰電子有限公司；BCD-271TMCM 冰箱：青島海爾有限責(zé)任公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程

1.2.2 操作要點(diǎn)

1）菌種活化：將分離并鑒定的保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌（質(zhì)量比1 ∶1）接種到配制好的乳酸細(xì)菌培養(yǎng)基（lactobacilli mrs broth，MRS）培養(yǎng)基中，放在 42 ℃的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h，待菌落長出后，活化3 次，使其達(dá)到最佳活性。

2）菌種馴化：在西瓜皮汁添加量為20%的脫脂鮮牛奶中接種活化好的菌種，在42 ℃恒溫培養(yǎng)箱中恒溫培養(yǎng)至凝乳，然后再接種到西瓜皮汁添加量為50%的脫脂牛奶中，42 ℃恒溫培養(yǎng)至凝乳，再次接種到西瓜皮汁添加量為90%的脫脂牛奶中，42 ℃恒溫培養(yǎng)至凝乳，如此反復(fù)多次，直到菌種生長良好且產(chǎn)酸快，即可作為生產(chǎn)發(fā)酵劑備用。

3）原料處理：選擇肉質(zhì)厚、色澤翠綠、成熟和未經(jīng)機(jī)械損傷的新鮮西瓜為原料，洗凈，去瓤，切成小塊，稱重。

4）蒸煮：將切成小塊狀的西瓜皮放在97 ℃～100 ℃的沸水中熱燙3 min～4 min，使西瓜皮軟化，以破壞西瓜皮中酶的活性，然后撈出冷卻至室溫（25 ℃）。

5）榨汁：將軟化好的西瓜皮放入打漿機(jī)中，加水后打細(xì)，用200 目篩壓濾，得清液備用。

6）調(diào)配：通過加入一定量檸檬酸，使西瓜皮汁的pH 值調(diào)節(jié)為6.5，加入10%的脫脂鮮牛奶，一定量蜂蜜、白砂糖和穩(wěn)定劑，攪拌均勻。

7）均質(zhì)：將調(diào)配好的混合液在轉(zhuǎn)速為500 r/min 的勻漿攪拌機(jī)中均質(zhì)10 min。

8）殺菌：將混合液加熱至 110 ℃，保持 10 min，用以殺菌并使組分進(jìn)一步混勻。

9）接種：待混合液冷卻至42 ℃時(shí)，加入發(fā)酵劑，均勻攪拌，使發(fā)酵劑與混合液均勻混合，在42 ℃恒溫培養(yǎng)箱中保溫發(fā)酵24 h。

10）后熟：待混合液發(fā)酵結(jié)束后，冰浴降溫至10 ℃左右，然后在4 ℃冰箱中保存24 h。

11）均質(zhì)裝瓶：在20 MPa 的壓力下均質(zhì)3 次，裝瓶。

12）檢驗(yàn)：采用抽樣法對成品進(jìn)行感官評價(jià)、理化性質(zhì)和微生物的檢測。

1.2.3 蜂蜜西瓜皮汁乳酸發(fā)酵工藝優(yōu)化單因素試驗(yàn)

1）分別以西瓜皮與水的質(zhì)量比 1 ∶0、1 ∶0.5、1 ∶1、1 ∶1.5、1 ∶2，蜂蜜添加量為 6%，發(fā)酵劑接種量為 6%，發(fā)酵溫度為42 ℃，發(fā)酵24 h，考察西瓜皮與水的質(zhì)量比對產(chǎn)品感官評價(jià)的影響。

2）分別以蜂蜜添加量2%、4%、6%、8%、10%，西瓜皮與水的質(zhì)量比為1 ∶1，發(fā)酵劑接種量為6%，發(fā)酵溫度為42 ℃，發(fā)酵24 h，考察蜂蜜添加量比對產(chǎn)品感官評價(jià)的影響。

3）分別以發(fā)酵劑接種量2%、4%、6%、8%、10%，西瓜皮與水的質(zhì)量比為1：1，蜂蜜添加量為6%，發(fā)酵溫度為42 ℃，發(fā)酵24 h，考察發(fā)酵劑接種量對產(chǎn)品感官評價(jià)的影響。

4）分別以發(fā)酵溫度 36、38、40、42、44 ℃，西瓜皮與水的質(zhì)量比為1 ∶1，蜂蜜添加量為6 %，發(fā)酵劑接種量為6 %，發(fā)酵24 h，考察發(fā)酵溫度對產(chǎn)品感官評價(jià)的影響。

5）分別以發(fā)酵時(shí)間 16、20、24、28、32 h，西瓜皮與水的質(zhì)量比為1 ∶1，蜂蜜添加量為6%，發(fā)酵劑添加量為6%，發(fā)酵溫度為42 ℃，考察發(fā)酵時(shí)間對產(chǎn)品感官評價(jià)的影響。

1.2.4 蜂蜜西瓜皮汁乳酸發(fā)酵工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上，以蜂蜜西瓜皮汁乳酸發(fā)酵飲品的感官評價(jià)為評價(jià)指標(biāo)，選取西瓜皮與水的質(zhì)量比（A）、蜂蜜添加量（B）、發(fā)酵劑接種量（C）和發(fā)酵溫度（D）為正交試驗(yàn)的考察因素，每個(gè)因素設(shè)立了3個(gè)水平，采用L9（34）[17-18]正交組合設(shè)計(jì)，確定最佳的蜂蜜西瓜皮汁乳酸發(fā)酵飲料的工藝條件，正交試驗(yàn)因素與水平見表1。

表1 發(fā)酵工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and leves of orthogonal experiments for Fermentation technology optimization

1.3 產(chǎn)品質(zhì)量評定

1.3.1 感官評價(jià)

本試驗(yàn)挑選沈陽工學(xué)院食品質(zhì)量與安全專業(yè)學(xué)生10 人對成品從色澤、氣味、澄清度口感4 個(gè)方面進(jìn)行感官評價(jià)，評分標(biāo)準(zhǔn)見表2[19-20]。

表2 感官測定的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Evaluation criteria for sensory measurement

1.3.2 理化指標(biāo)

酸度測定，按照GB 5009.239-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品酸度測定》；蛋白質(zhì)測定，按照GB 5009.5-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測定》；可溶性固體物測定，按照GB/T 10786-2006《罐頭食品的檢驗(yàn)方法》；微生物指標(biāo)檢測，按照GB 4789.18-2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)乳和乳制品檢驗(yàn)》。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 西瓜皮與水的質(zhì)量比對蜂蜜西瓜皮汁乳酸發(fā)酵飲料感官品質(zhì)的影響

西瓜與水的質(zhì)量比對蜂蜜西瓜皮汁乳酸發(fā)酵飲料感官品質(zhì)的影響見表3。

表3 西瓜皮與水的質(zhì)量比對成品質(zhì)量的影響Table 3 The effect of the quality of watermelon rind and water on the quality of finished products

由表3 可知，隨著水量的增加，蜂蜜西瓜皮汁乳酸發(fā)酵飲料的感官評分增加；當(dāng)西瓜皮與水的質(zhì)量比為1 ∶1 時(shí)感官評分達(dá)到最大值（71.2 分）；然后隨著水量的增加感官評分逐漸降低。原因可能是水量過少不利于產(chǎn)品的發(fā)酵，導(dǎo)致產(chǎn)品分層并且酸味較明顯；當(dāng)西瓜皮與水的質(zhì)量比達(dá)到1 ∶1 時(shí)，水分充足，有利于有機(jī)酸的降解，糖類物質(zhì)的發(fā)酵轉(zhuǎn)化，從而使得發(fā)酵產(chǎn)生的乳酸等物質(zhì)含量增加，達(dá)到最佳的口感和風(fēng)味；當(dāng)西瓜皮與水的質(zhì)量比繼續(xù)增加，會(huì)使總糖濃度降低，不利于發(fā)酵，并且芳香物質(zhì)以及色素濃度降低，導(dǎo)致產(chǎn)品顏色變淡，酸味、香味不明顯。因此，西瓜皮與水的最佳質(zhì)量比為1 ∶1。

2.1.2 蜂蜜添加量對蜂蜜西瓜皮汁乳酸發(fā)酵飲料感官品質(zhì)的影響

蜂蜜添加量對蜂蜜西瓜皮汁乳酸發(fā)酵飲料感官品質(zhì)的影響見表4。

由表4 可知，蜂蜜西瓜皮汁乳酸發(fā)酵飲料伴隨著蜂蜜添加量的不斷提高，感官評分先增加后降低，蜂蜜添加量在6%時(shí)達(dá)到最大值（79.2 分）。原因可能是西瓜皮中的糖分對乳酸菌生長來說是不夠的，故需要添加一定量的蜂蜜，剛開始的蜂蜜添加量仍然不能完全滿足菌體的發(fā)酵需要；當(dāng)添加量達(dá)到6%時(shí)能完全滿足發(fā)酵需要，使產(chǎn)品達(dá)到最佳的口感和風(fēng)味；蜂蜜添加量繼續(xù)增加，高濃度的蜂蜜會(huì)抑制菌體的生長發(fā)育，從而不利于發(fā)酵的進(jìn)行，并且甜度增加，導(dǎo)致產(chǎn)品感官評分降低。因此，最佳的蜂蜜添加量為6%。

表4 蜂蜜添加量對成品質(zhì)量的影響Table 4 Effect of amount of honey on product quality

2.1.3 發(fā)酵劑接種量對蜂蜜西瓜皮汁乳酸發(fā)酵飲料感官品質(zhì)的影響

發(fā)酵劑接種量對蜂蜜西瓜皮汁乳酸發(fā)酵飲料感官品質(zhì)的影響見表5。

表5 發(fā)酵劑接種量對成品質(zhì)量的影響Table 5 Effect of inoculation amount of ferment on quality of finished products

由表5 可知，蜂蜜西瓜皮汁乳酸發(fā)酵飲料伴隨著發(fā)酵劑接種量的不斷提高，感官評分先增加后降低，發(fā)酵劑接種量在6%時(shí)達(dá)到最大值（80.5 分）。原因可能是接種量過少，菌種量不足以使底物發(fā)酵充分；菌種量過多，導(dǎo)致菌種生長過快，造成酸度增加，導(dǎo)致產(chǎn)品感官評價(jià)降低。因此，最佳的發(fā)酵劑接種量為6%。

2.1.4 發(fā)酵溫度對蜂蜜西瓜皮汁乳酸發(fā)酵飲料感官品質(zhì)的影響

發(fā)酵溫度對蜂蜜西瓜皮汁乳酸發(fā)酵飲料感官品質(zhì)的影響見表6。

由表6 可知，蜂蜜西瓜皮汁乳酸發(fā)酵飲料伴隨著發(fā)酵溫度的不斷增加，感官評分先增加后降低，發(fā)酵溫度在42 ℃時(shí)達(dá)到最大值（82.4 分）。原因可能是發(fā)酵溫度較低時(shí)不利于菌種的生長繁殖，發(fā)酵速度受到影響，導(dǎo)致感官評分較低；發(fā)酵溫度達(dá)到42 ℃時(shí)達(dá)到菌種的最佳發(fā)酵溫度，產(chǎn)品感官評價(jià)分?jǐn)?shù)最高；繼續(xù)增加發(fā)酵溫度，導(dǎo)致溫度過高不利于菌種的發(fā)酵，并且會(huì)破壞營養(yǎng)成分，破壞產(chǎn)品口感與風(fēng)味，從而感官評分降低。因此，最佳的發(fā)酵溫度為42 ℃。

表6 發(fā)酵溫度對成品質(zhì)量的影響Table 6 Effects of fermentation temperature on product quality

2.1.5 發(fā)酵時(shí)間對蜂蜜西瓜皮汁乳酸發(fā)酵飲料感官品質(zhì)的影響

發(fā)酵時(shí)間對蜂蜜西瓜皮汁乳酸發(fā)酵飲料感官品質(zhì)的影響見表7。

表7 發(fā)酵時(shí)間對成品質(zhì)量的影響Table 7 Effects of fermentation time on product quality

由表7 可知，蜂蜜西瓜皮汁乳酸發(fā)酵飲料伴隨著發(fā)酵時(shí)間的不斷增加，感官評分先增加后降低，發(fā)酵時(shí)間在24 h 時(shí)達(dá)到最大值（62.6 分）。原因可能是發(fā)酵時(shí)間過短會(huì)導(dǎo)致發(fā)酵不完全，導(dǎo)致產(chǎn)品感官評分較低；發(fā)酵時(shí)間過長易染菌，導(dǎo)致產(chǎn)品口感與風(fēng)味不佳。因此，最佳的發(fā)酵時(shí)間為24 h。

2.2 發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗(yàn)

選取蜂蜜西瓜汁乳酸發(fā)酵影響較大的4 個(gè)因素即西瓜皮與水的質(zhì)量比（A）、蜂蜜添加量（B）、發(fā)酵劑添加量（C）和發(fā)酵溫度（D）進(jìn)行正交試驗(yàn)，以產(chǎn)品的感官評價(jià)為判斷依據(jù)，確定蜂蜜西瓜汁乳酸發(fā)酵飲料發(fā)酵的最佳工藝，正交試驗(yàn)的結(jié)果與分析見表8。

由表8 可以看出，4 個(gè)因素對蜂蜜西瓜皮汁乳酸發(fā)酵飲料的影響大小為：A＞B＞C＞D，即西瓜皮與水的質(zhì)量比＞蜂蜜添加量＞發(fā)酵劑接種量＞發(fā)酵溫度，其最優(yōu)組合為：A2B2C2D3。根據(jù)上述優(yōu)化條件對蜂蜜西瓜皮汁乳酸發(fā)酵飲料進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)，選用方案A2B2C2D3進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，測得方案A2B2C2D3的感官評價(jià)平均分（93.5±3.2）分，即可以確定A2B2C2D3為最佳方案。

表8 正交試驗(yàn)及感官評價(jià)結(jié)果Table 8 Results of orthogonal experiment and sensory evaluation

2.3 穩(wěn)定劑的選擇和用量確定

穩(wěn)定劑是能增加溶液、膠體、固體和混合物等物質(zhì)的穩(wěn)定性的化學(xué)物，具有減慢反應(yīng)、保持化學(xué)平衡、降低表面張力及防止光、熱分解或氧化分解等作用。合適的穩(wěn)定劑和適當(dāng)?shù)挠昧磕苁狗涿畚鞴掀ぶ樗岚l(fā)酵飲料產(chǎn)品長時(shí)間保持均勻的穩(wěn)定狀態(tài)，減少分層現(xiàn)象。羧甲基纖維素鈉（CMC-Na）、瓊脂、黃原膠及其復(fù)合物均對飲料的穩(wěn)定性有一定作用，其穩(wěn)定性一般與添加量有關(guān)，且復(fù)合使用效果更好[21]。由表9 就可以看出CMC-Na 與黃原膠按質(zhì)量比1 ∶1 混合并且其總含量在0.10%時(shí)就可以使蜂蜜西瓜皮汁乳酸發(fā)酵飲料穩(wěn)定，且成品具有良好的外觀和質(zhì)地。

表9 不同穩(wěn)定劑對產(chǎn)品穩(wěn)定性的影響Table 9 Influence of different stabilizers on product stability

2.4 產(chǎn)品質(zhì)量評定

2.4.1 感官指標(biāo)

色澤呈淡乳白色、無明顯褐變現(xiàn)象、均勻無分層現(xiàn)象、流動(dòng)性好、口感細(xì)膩、酸甜爽口，擁有天然清香的西瓜風(fēng)味，又有蜂蜜的甜味，有乳酸菌飲料的獨(dú)特風(fēng)味且無異味。

2.4.2 理化指標(biāo)

蛋白質(zhì)含量為4.5%，可溶性固形物含量為10.0%，乳酸含量為1.0 %，pH 值為4.2。符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.5-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測定》；GB/T 10786-2006《罐頭食品的檢驗(yàn)方法》；GB 5009.239-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品酸度測定》。

2.4.3 微生物指標(biāo)

細(xì)菌總數(shù)≤120 CFU/mL，大腸桿菌≤12 CFU/100 mL，致病菌未檢測出，符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB 4789.18-2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)乳和乳制品檢驗(yàn)》。

3 結(jié)論

本研究以蜂蜜、西瓜皮為原料制備蜂蜜西瓜皮汁乳酸發(fā)酵飲料，以西瓜皮與水的質(zhì)量比、蜂蜜添加量、發(fā)酵劑接種量、發(fā)酵溫度為考察因素，以感官評價(jià)為考察指標(biāo)，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行正交試驗(yàn)，通過正交試驗(yàn)確定蜂蜜西瓜皮汁乳酸發(fā)酵飲料的最有條件為：西瓜皮與水的質(zhì)量比為1 ∶1，蜂蜜添加量為6%，發(fā)酵劑接種量為6%，發(fā)酵溫度為42 ℃，CMC-Na 與黃原膠按質(zhì)量比1 ∶1 混合且含量為0.1%。按照此優(yōu)化條件測得蜂蜜西瓜皮汁乳酸發(fā)酵飲料感官評分最高，為 93.5±3.2，乳酸含量為 1.0%，pH 值為 4.2。發(fā)酵所得蜂蜜西瓜皮汁乳酸發(fā)酵飲料不僅風(fēng)味獨(dú)特、營養(yǎng)豐富，而且口感、色澤和組織狀態(tài)都受消費(fèi)者歡迎，同時(shí)也是充分利用資源開發(fā)新產(chǎn)品的一條有效途徑。