發酵型香蕉復合果汁飲料的研制及營養成分研究

韋 璐，孫欽菊，黃 杰，王艷娜，卓佩琳，黎玫崎，姚美金

（廣西農業職業技術學院，廣西 南寧 530007）

香蕉隸屬芭蕉科（Musaceae），富含碳水化合物、礦物質和多種維生素，同時含有酚類、類黃酮等活性成分物質，具有潤腸通便、抗氧化等保健功效[1-2]。香蕉除鮮食外，還可作為原料生產加工成其他復合果汁飲料產品[3]。芒果隸屬漆樹科（Anacardiaceae）芒果屬（Meagifera），素有“熱帶果王”之稱[4]，其果肉細膩多汁，風味獨特，富含糖，維生素A、B、C，胡蘿卜素以及人體必需的微量元素硒、鈣、磷、鉀等[5-6]。六堡茶屬黑茶，因產于廣西梧州六堡鎮而得名，據悉于清朝時，就以減肥、助消化、降脂等功效而聞名[7]。臨床研究表明，六堡茶具有降血脂、抗凝血、抗氧化[8-9]、調節腸道菌群等功效，具有很高的開發利用價值[10]。

發酵型飲料以果蔬為原料通過微生物發酵釀制而成，其酒精含量在1%vol以下[11]，與普通飲料相比，不僅清涼、止渴，還較好地保存了其營養素，達到調節人體生理功能的目的[12]。經益生菌發酵所得飲料，是現代發酵技術在水果和乳制品混合原料深加工領域的具體應用，對提升適口性、儲藏性和營養性具有重要意義，符合當前飲料的發展消費趨勢，市場前景廣闊[13]。

該課題結合近年來流行的佰生優益生菌產品，研究了以香蕉、芒果、六堡茶為原料，添加多種益生菌發酵，優化了發酵工藝條件，開發出一款發酵風味濃郁、口感酸甜爽口、營養價值豐富的發酵型香蕉復合果汁飲料，并跟蹤測定該飲料在發酵期間理化指標和活性成分的含量，掌握其主要理化指標和活性成分的變化規律，對香蕉復合果汁飲料的品質進行評價，以期為發酵型香蕉果汁飲料工業化生產提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

香蕉、芒果：南寧市廣百家超市；六堡茶（三級成品茶）：中國茶葉有限公司；果膠酶（1萬U/g）：南寧東恒華道生物科技有限公司；佰生優益生菌果蔬酵素發酵菌：昆山佰生優生物科技有限公司；牛血清蛋白溶液（生物技術級）：Luminex公司；考馬斯亮藍G250（分析純）、沒食子酸（優級純）：國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

SM-X電熱恒溫鼓風干燥箱：上海徐吉電氣有限公司；LRH-150生化培養箱：上海一恒科技有限公司；TM-767Ⅲ打漿機：中山市海盤電器有限公司；HWS-26水浴鍋：上海齊欣科學有限公司；VIS-7220N分光光度計：北京瑞利分析儀器有限公司；TDL-40B飛鴿牌系列離心機：上海安亭科學儀器廠。

1.3 實驗方法

1.3.1 發酵型香蕉復合果汁飲料制備工藝流程

1.3.2 香蕉復合果汁飲料制備工藝操作要點

（1）香蕉漿及芒果汁的制備

原料選擇：選擇無褐變、無腐爛、表面無刮傷且結實的果實。

預處理：香蕉、芒果去皮切塊后稱質量并記錄。

打漿：將預處理的果肉放入打漿機中打漿。

酶解：將香蕉、芒果漿分別置于燒杯中，加入0.3%果膠酶和0.3%糖化酶，用保鮮膜封口，置于恒溫為50 ℃的水浴鍋中酶解3 h。

過濾：將酶解的香蕉、芒果漿分別用過濾網過濾。

殺菌冷卻：過濾好的香蕉、芒果汁于85 ℃殺菌15 min，冷卻后于4 ℃條件下密封貯藏，備用。

（2）六堡茶湯的制備

醒茶：沸水醒茶。醒茶時，將熱水注入后盡快將水倒去，重復操作兩次，時間控制在3 s之內。

泡茶：開水沖泡。將純水煮沸后，立即以1∶50的茶水質量比進行悶泡10 min，重復操作兩次。

過濾：悶泡結束后用四層紗布（100目）濾盡茶湯，合并兩次沖泡的茶湯。

殺菌冷卻：茶湯于85 ℃殺菌15 min，冷卻后于4 ℃條件下密封貯藏，備用。

1.3.3 香蕉復合果汁飲料制備工藝優化單因素試驗

以香蕉漿50%，芒果汁5.0%，白砂糖添加量6 g/100 mL為基礎配比，考察不同茶湯添加量（2.5%、5.0%、7.5%、10.0%、12.5%）、發酵溫度（30 ℃、32 ℃、34 ℃、36 ℃、38 ℃）、發酵時間（1 d、2 d、3 d、4 d、5 d、6 d）、酵素接種量（0.04%、0.06%、0.08%、0.10%、0.12%）對香蕉復合果汁飲料感官評分的影響。

1.3.4 香蕉復合果汁飲料制備工藝優化響應面試驗

根據Box-Behnken中心組合試驗設計原理，綜合單因素影響試驗結果，采用3因素3水平的響應面分析方法對發酵型香蕉復合果汁飲料的發酵工藝進行優化。因素與水平見表1。

表1 香蕉復合果汁飲料發酵條件優化響應面分析因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface methodology for banana compound juice beverage fermentation optimization

1.3.5 感官評價

在已優化的發酵工藝條件下對香蕉復合果汁飲料進行感官評分，通過感官評分值，驗證響應面法的可行性。選取10名經過感官培訓的人員，對發酵型香蕉復合果汁飲料的狀態、色澤、氣味與口感進行感官分析，并根據果汁的感官評價標準（表2）進行評分（滿分100分）。

表2 發酵型香蕉復合果汁飲料感官評價標準Table 2 Sensory evaluation standard of fermented banana compound juice beverage

1.3.6 理化指標測定

可溶性固形物測定：使用手持式阿貝折光儀測定；可滴定酸度測定：參照張莉麗等[14]可滴定酸度測定方法；蛋白質含量的測定：采用考馬斯亮藍G-250染色法進行測定[15]；總糖含量的測定：采用苯酚-硫酸法測定[16]；總酚含量的測定：采用福林-酚（Folin-Ciocalteu）法測定[17]。

1.3.7 數據處理

實驗所得數據采用Origin 9.1和Design Expert 10軟件進行繪圖、數據處理及分析，采用Adobe Illustrator CS5軟件進行數據圖表的修飾。

2 結果與分析

2.1 香蕉復合果汁飲料制備工藝優化單因素試驗

2.1.1 茶湯添加量對香蕉復合果汁飲料品質的影響

茶湯添加量對飲料品質的影響見圖1。由圖1可知，隨著茶湯添加量的增加，復合果汁飲料的感官評分先增加后降低，當六堡茶湯添加量為5.0%時，飲料的口感達到最佳狀態，既有香蕉汁及芒果汁的滋味和香氣又含有六堡茶的茶香，風味、色澤協調，當六堡茶湯添加量＞5.0%之后，茶味逐漸掩蓋住果汁的香氣和風味，且飲料顏色發暗。故最佳茶湯添加量為5.0%。

圖1 茶湯添加量對香蕉復合果汁飲料品質的影響Fig.1 Effects of tea soup addition on the quality of banana compound juice beverage

2.1.2 發酵溫度對香蕉復合果汁飲料品質的影響

圖2 發酵溫度對香蕉復合果汁飲料品質的影響Fig.2 Effect of fermentation temperature on the quality of banana compound juice beverage

發酵溫度對飲料品質的影響見圖2。由圖2可知，隨著溫度升高，復合果汁飲料的感官評分先升高后降低。發酵溫度為32 ℃時，復合果汁飲料的感官評分最高，此時飲料顏色淡黃透亮，具有較突出的香蕉汁及芒果汁的復合滋味和香氣。溫度較低時，菌體內酶活性受到抑制，使得發酵產酸速率較慢，同時菌體的繁殖速率也會降低；溫度較高時，菌體的生長受到抑制，菌體有可能遭到破壞，產生影響飲料品質的物質。因此，復合果汁飲料在32 ℃條件下進行發酵口感最佳。

2.1.3 發酵時間對香蕉復合果汁飲料品質的影響

發酵時間對飲料品質的影響見圖3。由圖3可知，發酵時間對飲料感官評分的影響較大，隨著發酵時間的延長，飲料顏色由深變淺，口感也慢慢變酸，繼而影響飲料糖酸比，掩蓋了香蕉汁及芒果汁獨有的香氣及滋味，當發酵時間為5 d時飲料感官評分最高，且色澤淡黃透亮，香蕉及芒果的滋味和香氣濃郁，糖酸比適宜。復合果汁飲料發酵前期，菌體繁殖速度較快，發酵液中風味物質含量及酸度逐漸增加，隨著發酵時間的延長，產酸量會逐漸增大，使得飲料偏酸，從而影響飲料口感。因此，復合果汁飲料的最佳發酵時間為5 d。

圖3 發酵時間對香蕉復合果汁飲料品質的影響Fig.3 Effect of fermentation time on the quality of banana compound juice beverage

2.1.4 酵素接種量對香蕉復合果汁飲料品質的影響

圖4 酵素接種量對香蕉復合果汁飲料品質的影響Fig.4 Effect of Jiaosu starter inoculum on the quality of banana compound juice beverage

酵素接種量對飲料品質的影響見圖4。由圖4可知，酵素接種量對飲料感官評分的影響較小，無顯著變化趨勢，隨著發酵菌接種量增加，感官評分呈現先下降后上升并趨于平穩，且復合果汁飲料色澤、氣味、口感并無明顯變化，考慮成本問題，佰生優益生菌果蔬酵素最佳接種量為0.04%。

2.2 響應面試驗設計及方差分析

表3 香蕉復合果汁飲料發酵條件優化響應面試驗結果與分析Table 3 Results and analysis of response surface methodology for banana compound juice beverage fermentation conditions optimization

結果顯示，各因素最佳條件為：茶湯添加量5.0%、發酵時間5 d、發酵溫度32 ℃。采用Box-Behnken響應面設計法對發酵型香蕉復合果汁飲料工藝條件進行優化。試驗結果如表3所示，利用Design Expert軟件對表3數據進行二次多項回歸擬合，建立以茶湯添加量（A）、發酵時間（B）、發酵溫度（C）為自變量的多元回歸方程：

通過Design-Expert 10軟件進行方差分析來驗證回歸模型及各參數的顯著性，對得出的方程進行方差分析，結果如表4所示。由表4可知，模型P＜0.01，說明本試驗選用的二次多項模型具有高度的顯著性。失擬項P＞0.05（P=0.788 0）不顯著，表明感官評價的實測值與預測值有很好的擬合度，可以用該模型方程來分析和預測不同發酵工藝條件下香蕉復合果汁飲料的感官評分。

表4 響應面試驗結果方差分析Table 4 Variance analysis of response surface methodology

2.3 響應面分析及最優發酵工藝條件的確定

對表3回歸模型系數顯著性檢驗結果中存在顯著交互作用的交互項作響應曲面圖直觀分析，可以進一步研究各因素間交互作用的強弱，結果見圖5。由圖5可知，隨著各因素水平的增加，感官評分均呈現先增加后下降的趨勢，并且響應面形狀陡峭，說明兩者的交互效應顯著，這與方差分析結果相一致。

進一步用Design Expert軟件對試驗模型進行典型性分析，以獲得最優的發酵工藝參數。經分析可知最優參數為：茶湯添加量4.9%，發酵時間5.1 d，發酵溫度33.6 ℃。

圖5 各因素交互作用對感官評分影響的響應面和等高線Fig.5 Response surface plots and contour line of effects of interaction between each two factors on sensory score

2.4 驗證試驗

為了檢驗實驗結果是否與真實情況相一致，根據上述結果進行近似驗證試驗，考慮到實際操作的便利，將最佳工藝條件定為：茶湯添加量5.0%，發酵時間5.0 d，發酵溫度34 ℃。在此條件下進行多次平行試驗，得出的實際感官評分（90分）與理論預測值（89.9分）相近，此時香蕉復合果汁飲料色澤淡黃透亮、具有香蕉和芒果固有的濃郁香味，酸甜適中、香氣清新，因此選取此條件為香蕉復合果汁飲料的最佳工藝參數。

2.5 營養活性成分分析

2.5.1 可溶性固形物隨發酵時間的變化

圖6 發酵型香蕉復合果汁飲料可溶性固形物含量隨發酵時間的變化Fig.6 Changes of soluble solids content in fermented banana compound juice beverage with fermentation time

由圖6可知，可溶性固形物可大致表示飲料的含糖量，發酵第1天可溶性固形物含量下降細微，發酵第3天含量上升，這可能是微生物對香蕉芒果漿進行分解導致其中的可溶性多糖溶于發酵液中，從而使發酵液中糖含量上升，可溶性固形物含量也因此上升，發酵第4天含量下降，原因可能是佰生優益生菌大量繁殖將飲料中的糖消耗所致，可溶性固形物含量總體呈上升趨勢。

2.5.2 可滴定酸度隨發酵時間的變化

圖7 發酵型香蕉復合果汁飲料可滴定酸度隨發酵時間的變化Fig.7 Changes of titratable acidity in fermented banana compound juice beverage with fermentation time

由圖7可知，隨著發酵時間的延長，復合果汁飲料可滴定酸度含量呈上升趨勢，這可能是香蕉復合果汁飲料中添加的佰生優益生菌果蔬酵素代謝活動產生酸性物質所致。佰生優益生菌包含植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌、乳雙歧桿菌、長雙歧桿菌，主要發酵產物為酸性物質，在復合果汁飲料中添加的佰生優益生菌果蔬酵素發酵菌，加快了果汁飲料的發酵速度，因此隨著發酵時間延長，飲料的酸性物質逐漸增加，若其酸度過高，即影響飲料口感，需合理控制發酵時間。

2.5.3 蛋白質含量隨發酵時間的變化

圖8 發酵型香蕉復合果汁飲料蛋白質含量隨發酵時間的變化Fig.8 Changes of protein content in fermented banana compound juice beverage with fermentation time

由圖8可知，發酵前2 d蛋白質含量呈明顯上升趨勢，可能是復合果汁飲料在益生菌作用下分解，使蛋白質融溶入發酵液中，這與文獻[18]報道中蛋白質變化趨勢一致。而發酵后3 d其含量處于相對平穩的狀態，輕微下降可能是少量蛋白質與單寧類物質結合形成沉淀所致。

2.5.4 總糖含量隨發酵時間的變化

圖9 發酵型香蕉復合果汁飲料總糖含量隨發酵時間的變化Fig.9 Changes of total sugar content in fermented banana compound juice beverage with fermentation time

由圖9可知，發酵過程中香蕉復合果汁飲料總糖含量并沒有太大變化，發酵第1天由10.67 g/100 g降至10.07 g/100 g，這可能是由于佰生優益生菌大量繁殖將飲料中的糖代謝成酸性物質，含量隨后上升，原因可能是微生物對香蕉芒果漿進行分解導致其中的可溶性多糖溶于發酵液中，從而使發酵液中的總糖含量上升[13，19]。

2.5.5 總多酚含量隨發酵時間的變化

圖10 發酵型香蕉復合果汁總多酚含量隨發酵時間的變化Fig.10 Changes of total polyphenols content in fermented banana compound juice beverage with fermentation time

由圖10可知，多酚含量與飲料的保健作用和品質密切相關，多酚含量呈現先上升后下降且趨于穩定的趨勢，發酵第1天總多酚含量上升至0.50 mg/mL，其原因可能是佰生優益生菌發酵過程中能使結合多酚得以釋放，從而提高飲料中游離態多酚化合物含量[20]。隨后其含量在0.30 mg/mL上下波動且波動幅度較小，可能是多酚類物質氧化聚合或與蛋白質和其它細胞殘余物結合形成沉淀所致[21]。復合果汁飲料經發酵后，對總多酚的含量影響并不顯著，保留了香蕉復合果汁飲料原有的獨特風味。

2.6 發酵型香蕉復合果汁飲料總體評價

在最佳發酵工藝條件下，釀制的香蕉復合果汁飲料，其可溶性固形物含量為16.80%，可滴定酸度含量為1.20 g/kg，蛋白質含量為10.90 mg/100 g，總糖含量為9.91 g/100 g，總多酚含量為0.38 mg/mL，且飲料色澤淡黃透亮、具有香蕉和芒果固有的濃郁香味，酸甜適中、香氣清新。

3 結論

本實驗以香蕉、芒果、六堡茶湯為主要原料，佰生優益生菌果蔬酵素發酵菌為發酵菌種，通過發酵工藝優化以及營養成分分析，研制生產出發酵型香蕉復合果汁飲料。通過單因素試驗和響應面優化試驗確定最佳發酵工藝條件為香蕉漿50%，芒果汁5%，白砂糖添加量6%、佰生優益生菌果蔬酵素接種量0.04%、茶湯添加量5.0%，發酵時間5.0 d，發酵溫度34 ℃，此條件下得到的香蕉復合果汁飲料色澤淡黃透亮、具有香蕉和芒果固有的濃郁香味，酸甜適中、香氣清新，其可溶性固形物、可滴定酸度、蛋白質、總糖、總多酚的含量分別為16.80%、1.20 g/kg、10.90 mg/100 g、9.91 g/100 g、0.38 mg/mL。在飲料發酵過程中，總糖和總多酚含量變化較小，處于穩定狀態，這表明發酵型香蕉復合果汁中所含有的總糖以及總多酚含量得以保留，而可滴定酸度和蛋白質含量呈上升狀態，這可能是添加的佰生優益生菌果蔬酵素發酵菌代謝活動所致，有助于香蕉復合果汁飲料營養價值的提高。