黑木耳蕎麥復合乳酸發(fā)酵飲料發(fā)酵條件的優(yōu)化

周琦，任天琦，汪琢

（沈陽工學院生命工程學院，遼寧 撫順 113122）

黑木耳是一種食用性真菌，富含碳水化合物、蛋白質(zhì)和纖維素，脂肪含量較低，其蛋白質(zhì)的含量是牛奶的6倍，并且鈣、磷、鐵、纖維素含量也很多，此外，還含有甘露聚糖、葡萄糖、木糖等，以及卵磷脂、麥角甾醇和維生素C等，都具有很好的清理腸道的功能，并且在黑木耳中含有的一種纖維素可以幫助促進人的腸道蠕動，幫助身體把體內(nèi)的有毒物質(zhì)代謝出來，因此也被人們稱作人體的“清道夫”[1-6]。由于黑木耳具有清腸功能并且營養(yǎng)物質(zhì)豐富，使得黑木耳在食品飲料領(lǐng)域中具有良好的市場價值和開拓前景。

蕎麥，別名甜蕎、烏麥、三角麥，含有豐富的膳食纖維，其含量是一般精制大米的10倍，含有的鐵、錳、鋅等微量元素也比一般谷物豐富[7-9]。其性甘味涼，有開胃寬腸，下氣消積、健脾益氣的功能，既能促進腸胃蠕動，又能舒解便秘；同時膳食纖維還能將腸道中的有害物質(zhì)順利排出；改善腸道菌群，為乳酸菌的增殖提供能量和營養(yǎng)[10-12]。

目前，開發(fā)黑木耳飲料的熱度正逐漸上升，如黑木耳紅糖姜汁復合飲料的研制、黑木耳黑米和黑豆復合飲料的研制、黑木耳人參復合乳酸發(fā)酵飲料的工藝研究，等產(chǎn)品正逐漸被開發(fā)。并且對于蕎麥飲料方面的研究也較受歡迎，比如蕎麥桑葉復合菌發(fā)酵飲品、苦蕎麥醋酸發(fā)酵保健飲料、雙菌種發(fā)酵苦蕎麥酸乳飲料的研究等也同樣具有高熱度[13-15]。所以黑木耳和蕎麥這兩種功能性很強的原料目前正處于研究熱點，而將二者結(jié)合起來進行復合發(fā)酵的工藝還未見報道，本研究將黑木耳和蕎麥進行復合乳酸發(fā)酵，其研究意義在于將兩種同功能的原料結(jié)合到一起以發(fā)揮它最有益的功效，并在乳酸發(fā)酵的基礎(chǔ)上得到一款促進腸道蠕動，保護腸道健康的功能性飲料[16-17]。

雖然現(xiàn)如今乳酸菌飲料的保健功效已經(jīng)被廣泛接受，但是以食用菌和粗糧相結(jié)合的乳酸菌飲料還尚未普及，在國內(nèi)發(fā)展緩慢，有關(guān)類似的研究還鮮有報道，遠遠不能滿足人們對此類產(chǎn)品日益增長的需求。所以這樣一款功能性強的飲料得到很好的研究并推廣出去是很有意義的[18-20]。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黑木耳、蕎麥、草莓：市售；乳酸菌粉：北京川秀科技有限公司。

JD100-3電子分析天平：沈陽龍騰電子有限公司；MJ-BL25B2美的榨汁機、電磁爐：廣東美的生活電器制造有限公司；LK-68LSNJ酸奶發(fā)酵箱：浩博有限公司；FJ300-SH型數(shù)顯高速分散均質(zhì)機：上海標本模型廠；DL-CJ-2NDI潔凈工作臺：北京東聯(lián)哈爾儀器制造有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

黑木耳提前泡發(fā)煮熟：挑選優(yōu)質(zhì)木耳用溫水提前浸泡1.5 h，洗凈后放于電磁爐上煮20 min煮熟后撈出備用。

蕎麥提前泡軟煮熟：將買來蕎麥米用溫水泡1.5 h，浸濕泡軟后放于電磁爐上煮15 min，煮至軟爛后備用。

稱量：按試驗設計取一定比例的蕎麥和黑木耳。

打漿：將稱量好的原料放入榨汁機，加入一定比例的水打漿。

過濾：先用粗濾網(wǎng)過濾一次，濾掉較大的顆粒，再用細濾網(wǎng)再濾一次，使飲料更細膩。

加草莓汁混合：將草莓和水按1∶1（g/mL）的比例榨汁，并稱取一定質(zhì)量的草莓汁。

發(fā)酵：加入一定質(zhì)量的乳酸菌粉，混合均勻后進行發(fā)酵。

調(diào)配、均質(zhì)、滅菌、罐裝：在發(fā)酵后加入甜味劑（甜菊糖苷）和穩(wěn)定劑，通過均質(zhì)機控制壓力為25 MPa～30 MPa，85℃巴氏滅菌15 min，之后罐裝。

冷卻、檢驗、成品：冷卻之后檢測飲料中的大腸桿菌，符合標準即得到成品。

1.2.2 單因素試驗

以感官評分為評價指標，分別選擇乳酸菌粉添加量、蕎麥與黑木耳質(zhì)量比、發(fā)酵時間、草莓汁添加量4個因素進行單因素試驗。研究不同的乳酸菌粉添加量（0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%）、蕎麥與黑木耳質(zhì)量比（2、3、4、5、6）、發(fā)酵時間（20、24、28、32、36 h）、草莓汁添加量（5%、10%、15%、20%、25%）對黑木耳蕎麥復合發(fā)酵飲料感官評分的影響。試驗設計因素和水平見表1。

表1 單因素試驗設計因素和水平Table 1 Factors and levels of the test designs

1.2.3 響應面優(yōu)化試驗設計

根據(jù)單因素試驗，選擇對黑木耳蕎麥復合乳酸發(fā)酵飲料感官評分影響較大的乳酸菌粉添加量、蕎麥與黑木耳質(zhì)量比、發(fā)酵時間、草莓汁添加量4個因素作為自變量，以飲料的感官評分為響應值，利用Design-Expert 8.0.6軟件進行Box-Behnken試驗設計，試驗的因素水平見表2。

表2 響應面試驗因素與水平編碼Table 2 Response surface test factors and horizontal coding

1.2.4 指標檢測方法

1.2.4.1 飲料感官評分

整個感官評價隨機選擇35位人員對黑木耳蕎麥復合乳酸發(fā)酵飲料進行打分評價，分別從色澤、口感、組織狀態(tài)、香氣這4個方面進行感官評價，滿分為100分，分數(shù)越高說明該飲料的質(zhì)量品質(zhì)越高，該產(chǎn)品感官評分標準見表3。

表3 產(chǎn)品感官評分標準Table 3 Sensory rating criteria of the products

2 結(jié)果與分析

2.1 黑木耳蕎麥復合乳酸發(fā)酵飲料單因素試驗結(jié)果與分析

乳酸菌粉添加量對發(fā)酵飲料感官評分的影響見圖1。

圖1 乳酸菌粉添加量對發(fā)酵飲料感官評分的影響Fig.1 Effects of lactic acid bacteria inoculum on sensory scores of fermented beverages

由圖1可以看出隨著乳酸菌粉添加量的增加該飲料的感官評分呈先增加后降低的趨勢，當添加量為0.2%時該飲料的感官評分最高為91分，當添加量超過0.2%時該飲料感官評分有所下降，這可能是由于乳酸菌粉添加量過多，導致發(fā)酵過度，產(chǎn)酸過多。

2.1.2 蕎麥與黑木耳質(zhì)量比對發(fā)酵飲料感官評分的影響

蕎麥與黑木耳質(zhì)量比對發(fā)酵飲料感官評分的影響見圖2。

圖2 蕎麥與黑木耳質(zhì)量比對發(fā)酵飲料感官評分的影響Fig.2 Effect of quality ratio of buckwheat to black fungus on sensory score of fermented beverage

由圖2可以看出，隨著蕎麥與黑木耳質(zhì)量比的不斷增加，發(fā)酵飲料的感官評分呈先增加后降低的趨勢，當原料比例5時該飲料感官評分最高為92分，分析可能此時的原料比例適當，適合發(fā)酵且口感較好。

2.1.3 發(fā)酵時間對發(fā)酵飲料感官評分的影響

發(fā)酵時間對發(fā)酵飲料感官評分的影響見圖3。

圖3 發(fā)酵時間對發(fā)酵飲料感官評分的影響Fig.3 Effects of fermentation time on sensory scores of fermented beverages

由圖3可以看出隨著發(fā)酵時間的增加發(fā)酵飲料的感官評分呈先增加后降低的趨勢，當發(fā)酵時間為32 h時該發(fā)酵飲料感官評分最高，為90分，這可能是因為當發(fā)酵時間為32 h時，最適合該飲料乳酸菌發(fā)酵的時間并達到最佳口感，但當超過32 h時感官評分下降，這可能是由于發(fā)酵過度造成產(chǎn)酸過多從而影響飲料口感。

所有患者都給予人工假體置換治療，患者手術(shù)均采用全麻，采用膝關(guān)節(jié)前正中切口，分離腫塊包膜。一端離斷膝關(guān)節(jié)，注意保護軟組織，另一離斷端距離腫瘤邊界5 cm以上，假體置換后原位髕韌帶重建。假體表面有足夠的軟組織覆蓋和伸膝裝置的完整性，確定截骨端及周圍軟組織無腫瘤殘留，保證關(guān)節(jié)周圍動力的完整和穩(wěn)定。選擇自體骨滅活后結(jié)合人工關(guān)節(jié)重建腫瘤切除后的骨缺損，假體根據(jù)截骨長度定制，術(shù)畢予放置引流管。

2.1.4 草莓汁添加量對發(fā)酵飲料感官評分的影響

草莓汁添加量對發(fā)酵飲料感官評分的影響見圖4。

由圖4可以看出隨著草莓汁添加量的增加發(fā)酵飲料的感官評分呈先增加后降低的趨勢，當草莓汁添加量為20%時發(fā)酵飲料感官評分最高為94分，這可能是由于到達發(fā)酵終點，糖酸比達到最佳狀態(tài)，此時口感最佳。

圖4 草莓汁添加量對發(fā)酵飲料感官評分的影響Fig.4 Effects of the strawberry juice on sensory score of fermented beverage

2.2 響應面結(jié)果與分析

2.2.1 回歸模型的建立及方差分析

在單因素試驗的基礎(chǔ)上根據(jù)Design-Expert軟件中的Box-Benhnke設計原理對黑木耳蕎麥復合乳酸發(fā)酵飲料發(fā)酵條件的優(yōu)化進行四因素三水平的響應面分析和數(shù)據(jù)處理，以乳酸菌粉添加量（A）、蕎麥比黑木耳（B）、發(fā)酵時間（C）、草莓汁添加量（D）為自變量以感官評分（Y）為響應值，確定感官評分較高的工藝條件。響應面分析方案及結(jié)果見表4。

表4 響應面分析方案及試驗結(jié)果Table 4 Response surface analysis scheme and test results

利用Design-Expert8.0.6軟件對表4試驗數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合，獲得以感官評分為響應值的回歸方程：Y=90.00+1.17A+0.05B-1.00C-0.67D+5.00AB+5.00AC+5.00AD+0.75BC-0.75BD-4.75CD-0.042A2-7.04B2-5.04C2-1.29D2。回歸方程的方差分析結(jié)果見表5。

表5 回歸分析結(jié)果Table 5 Results of regression analysis

表5顯示：回歸模型極顯著（P＜0.01），失擬項不顯著（P＞0.05）說明所構(gòu)建的模型與試驗的差異較小，其它因素對模型的干擾程度低，R2=0.973 0、R2adj=0.946 0說明該回歸模型擬合度良好，可以用于黑木耳蕎麥復合發(fā)酵飲料感官評分的理論預測。從回歸方程系數(shù)顯著性檢驗可知，各因素對發(fā)酵飲料感官評分的影響程度依次為：乳酸菌粉添加量>發(fā)酵時間>草莓汁添加量>蕎麥與黑木耳質(zhì)量比；交互項AB、AC、AD、CD極顯著（P＜0.001）；二次項 B2、C2均對該發(fā)酵飲料有極顯著的影響（P＜0.000 1）。比較F值大小可知影響黑木耳蕎麥復合發(fā)酵飲料感官評分的主次因素順序是乳酸菌粉添加量（A）＞發(fā)酵時間（C）＞草莓汁添加量（D）＞蕎麥與黑木耳質(zhì)量比（B）。

2.2.2 響應面分析及最佳發(fā)酵工藝的研究

黑木耳蕎麥復合乳酸發(fā)酵飲料發(fā)酵條件的優(yōu)化的響應面如圖5所示。

圖5 蕎麥與黑木耳質(zhì)量比和乳酸菌粉添加量交互影響感官評分響應面圖Fig.5 Response surface diagram of sensory score affected by the interaction between quality ratio of buckwheat to black fungus and lactobacillus inoculum

根據(jù)響應面圖結(jié)果評價該發(fā)酵飲料試驗因素對響應值的兩兩交互作用。圖5中曲線坡度陡峭，表明該因素的交互作用對黑木耳蕎麥復合乳酸發(fā)酵飲料感官評分的影響較大，而圓形則與之相反。

蕎麥比黑木耳和發(fā)酵時間交互影響感官評分的響應面圖見圖6。

圖6 蕎麥比黑木耳和發(fā)酵時間交互影響感官評分的響應面圖Fig.6 Response surface diagram and contour diagram of the interaction between quality ratio of buckwheat to black fungus and fermentation time on sensory score

由圖6可知形成的曲線坡度較大，說明蕎麥比黑木耳和發(fā)酵時間之間有交互作用，且交互作用達到極顯著效果。蕎麥比黑木耳和草莓汁添加量交互影響感官評分的響應面圖和等高線圖見圖7。

圖7 蕎麥比黑木耳和草莓汁添加量交互影響感官評分的響應面圖Fig.7 Response surface diagram of the interaction between quality ratio of buckwheat to black fungus and strawberry addition amount on sensory score

由圖7可知，形成的曲面坡度較大，說明蕎麥比黑木耳和草莓添加量之間有交互作用，且兩者交互作用顯著。發(fā)酵時間和草莓汁添加量交互影響感官評分的響應面圖見圖8。

圖8 發(fā)酵時間和草莓汁添加量交互影響感官評分的響應面圖Fig.8 Response surface diagram of the interaction between fermentation time and strawberry addition amount on sensory score

由圖8可知該組合形成的曲面坡度較大，說明發(fā)酵時間和草莓汁添加量交互作用顯著。

綜合表4、表5與圖5～圖8，根據(jù)回歸方程得到最佳發(fā)酵工藝為乳酸菌粉添加量0.3%、蕎麥比黑木耳5.33、發(fā)酵時間31.80 h、草莓汁添加量25%。將工藝參數(shù)修正為乳酸菌粉添加量0.3%、蕎麥比黑木耳質(zhì)量比為5、發(fā)酵時間32 h、草莓汁添加量25%，感官評分為94.98分，與理論預測值基本吻合，說明采用響應面法優(yōu)化發(fā)酵飲料工藝條件具有良好的真實可靠性。

2.2.3 最優(yōu)工藝的驗證及相關(guān)指標的檢測

根據(jù)響應面試驗得到的最佳工藝進行試驗驗證，此時該發(fā)酵飲料的感官評分為95分，且香氣撲鼻，具有獨特的蕎麥米香和草莓的香氣，其色澤均勻呈淡粉色，富有光澤。

檢測該發(fā)酵飲料中的大腸菌群≤3 MPN/100 mL，菌落總數(shù)≤100 cfu/mL，可溶性固形物≥6.0%，pH值為4.0，符合GB7101—2015《食品安全國家標準飲料》的標準。

3 結(jié)論

本研究探明了乳酸菌粉添加量、黑木耳與蕎麥質(zhì)量比、發(fā)酵時間、草莓汁添加量這4個因素對該復合發(fā)酵飲料感官評分的影響。研究結(jié)果表明，當乳酸菌粉添加量0.3%、蕎麥與黑木耳質(zhì)量比為5、發(fā)酵時間為36 h，草莓汁添加量25%時，該發(fā)酵飲料感官評分最佳，這樣發(fā)酵好的飲料均勻細膩無沉淀和分層現(xiàn)象。

黑木耳蕎麥復合發(fā)酵飲料的研究不僅可以豐富發(fā)酵飲料的市場，還可以為消費者帶來極大的營養(yǎng)價值與需求[21]。其風味是蕎麥和黑木耳發(fā)酵的特殊香氣夾帶著草莓的清香，入口柔順，清爽解膩。