木薯針葉櫻桃發酵飲料的工藝優化及品質分析

宋 貝，楊勁松 *，湯 凱，譚海生，仵云學

（1.海南大學 食品科學與工程學院，海南 ?？?570228；2.海南大學 材料科學與工程學院，海南 ?？?570228；3.海南金芝麟保健食品有限公司，海南 ?？?570228）

木薯（Manihot esculentaCrantz）屬于熱帶和亞熱帶根莖作物，是全球第六大糧食作物[1-2]。華南9號木薯塊根富含淀粉、維生素、膳食纖維和鉀、鈣、磷等礦物質元素，營養豐富且口感清甜，是一種對人體健康有益的優質雜糧[3-5]。

針葉櫻桃（Malpighia glabra）原產于熱帶美洲，在我國于20世紀50年代引種栽培成功[6]。針葉櫻桃果實中含有多種維生素、糖類、果酸、礦物質元素以及特有的抗衰老因子，其鮮果中維生素C（vitamin C，VC）含量為1 215～3 024 mg/100 g[7]，因此被譽為“天然維C果王”[8]。維生素C是維持人體生命活動不可欠缺的重要成分，可以增強機體免疫力，對預防壞血病以及抗腫瘤有一定功效[9]。新鮮的針葉櫻桃水分含量高，儲藏不穩定，易腐敗，從而造成經濟損失。因此，針葉櫻桃的深加工是一種減少損失及提高其附加值的有效方式。

目前，木薯已被加工成木薯汁[1]、木薯糕、木薯酥性餅干[9]等食物，但產品較為單一且加工新技術尚未完善，從而致使木薯產值受到制約。目前碳酸飲料、果汁飲料、乳制品飲料占據國內飲料市場，而糧食飲料相對較少[10]，尤其是以谷物和水果為基礎的復合型飲料產品。因此，開發木薯針葉櫻桃飲料不僅可以促進木薯產業的經濟發展，拓寬糧食飲料的市場，還能滿足人們對健康飲食的需求。本研究以木薯和針葉櫻桃為主要原料，對其飲料的發酵工藝進行優化及對發酵飲料的質量進行評價，旨在為開發功能性復合益生飲料提供理論依據，對進一步開發木薯與針葉櫻桃的價值提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

華南9號木薯：中國熱帶農業科學院熱帶作物品種資源研究所基地；針葉櫻桃：海南省定安縣；植物乳桿菌（Lac-tobacillus plantarum）HCN7、副干酪乳桿菌（Lactobacillus paracasei）YLC92：海南大學食品科學與工程學院實驗室；耐高溫α-淀粉酶（2 000 U/g）、MRS培養基、葡萄糖、果糖和乳酸標準品：上海源葉生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

LGJ-30F中試冷凍干燥系統：北京松源華興科技發展有限公司；JYL-Y11高速破壁打漿機：九陽股份有限公司；YM50FGN全自動高滅菌鍋：上海瀘譽貿易公司；Agilent 1200高效液相色譜儀（high performance liquid chromatography，HPLC）：安捷倫科技（中國）有限公司；BCD-201D容聲冰箱：海信容聲冰箱有限公司；SW-CJ-17-D型超凈工作臺：蘇州佳寶凈化工作設備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 菌懸液的制備

從-80 ℃超低溫冰箱中分別取出含有凍存菌株（植物乳桿菌HNC7和副干酪乳桿菌YLC92）的凍存管，置于室溫條件下溶解，在無菌條件下吸取原菌液100 mL接入MRS液體培養基中，37 ℃培養18 h，傳代2次，活化后的菌液經離心（4 000×g，4 ℃）后重懸于無菌蒸餾水，得到菌懸液。將菌懸液按1∶1混合，制得的菌懸液備用。

1.3.2 木薯針葉櫻桃飲料的工藝流程及操作要點

操作要點：

木薯去皮后切成小塊（2 cm×2 cm×2 cm），于-20 ℃冰箱中冷凍。冷凍的木薯塊取出于室溫條件下解凍，按料液比1∶6（g∶mL）加水打漿，加入耐高溫α-淀粉酶進行酶解，酶解后煮沸10 min滅酶，后迅速冷卻至室溫后用紗布（80目）過濾木薯勻漿，再用循環水式真空泵（功率60 W，真空度0.089 MPa，抽速10 L/min）抽濾得到木薯汁[11]。

新鮮的針葉櫻桃經挑選、洗凈、除核后，進行真空冷凍干燥[12]并將其打粉，果粉置于4 ℃冰箱備用。按果粉與水1∶8（g∶mL）的料液比混合后抽濾得到針葉櫻桃汁。

考點“古希臘和古羅馬”由三大知識點構成：一是古希臘的民主制度，二是古希臘的人文精神，三是古羅馬的法律。在備課中，教師應當充分挖掘課外信息，可以通過學術期刊、網絡、書籍等多種方式搜集資料，補充相關知識。

木薯汁與針葉櫻桃汁以4∶1（V/V）進行調配，經滅菌（85 ℃水浴保溫5 min）、冷卻至37 ℃后，接入菌液進行發酵，所得飲料110 ℃殺菌15 s后迅速冷卻[6]，得到產品。

1.3.3 木薯漿酶解條件優化正交試驗

表1 木薯漿酶解條件優化正交試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for cassava pulp enzymolysis conditions optimization

依據前期試驗結果[13]，以酶添加量（A）、酶解溫度（B）、酶解時間（C）為3個因素，原料利用率[3]為考察指標，設計3因素3水平正交試驗以確定最佳木薯漿酶解條件，正交試驗因素與水平見表1。

1.3.4 木薯針葉櫻桃飲料發酵條件優化單因素試驗

分別考察發酵劑接種量（1%、2%、3%、4%、5%），發酵溫度（33 ℃、35 ℃、37 ℃、39 ℃、41 ℃），發酵時間（6 h、12 h、18 h、24 h、30 h）對木薯針葉櫻桃飲料感官評分的影響。

1.3.5 木薯針葉櫻桃飲料發酵條件優化響應面試驗

在發酵單因素試驗基礎上，以發酵劑接種量（D）、發酵溫度（E）、發酵時間（F）為試驗因素，感官評分（Y）為響應值。根據Box-Behnken中心組合原理，設計響應面優化試驗以確定木薯針葉櫻桃飲料的最佳發酵工藝，其因素與水平設計見表2。

表2 木薯針葉櫻桃飲料發酵條件優化響應面試驗因素與水平Table 2 Factors and levels of response surface experiments for cassava-acerola cherry juice fermentation conditions optimization

感官評價：由10名食品科學與工程學院老師及同學組成評鑒小組，參考GB/T 31121—2014《食品安全國家標準果蔬汁類及其飲料》[14]，對產品進行單項與綜合評分，評價標準見表3。

表3 木薯針葉櫻桃飲料感官評分標準Table 3 Sensory evaluation standards of the cassava-acerola cherry beverage

1.3.7 理化指標測定

可溶性固形物：用便攜式折光儀測定；pH：用酸度計測定；總酸：滴定酸法測定[15]；乳酸、葡萄糖和果糖：采用高效液相色譜法測定[16]；抗氧化性：按照參考文獻[17]的方法測定；菌落總數：采用平板計數法測定[18]；大腸桿菌：采用大腸菌群計數法測定[19]；維生素C：按照參考文獻[20]的方法測定。

2 結果與分析

2.1 木薯漿酶解條件優化正交試驗

由表4可知，各因素對木薯汁原料利用率的影響大小順序為酶解溫度＞酶解時間＞酶添加量。木薯漿最佳酶解條件為A3B2C2，即酶添加量為100 U/g、酶解溫度85 ℃、酶解時間2 h，在此條件下，木薯汁的原料利用率最高達84.63%。

表4 木薯漿酶解條件優化正交試驗結果與分析Table 4 Results and analysis of orthogonal experiments for cassava pulp enzymolysis condition optimization

2.2 飲料發酵條件優化單因素試驗結果

2.2.1 發酵劑接種量對木薯針葉櫻桃飲料感官品質的影響

圖1 發酵劑接種量對木薯針葉櫻桃飲料感官品質的影響Fig.1 Effect of starter inoculum on sensory quality of the cassava-acerola cherry beverage

由圖1可知，隨著接種量的增加，木薯針葉櫻桃飲料的感官評分及乳酸含量均呈先升高后降低的趨勢。接種量為3%時，感官評分最高為96分，乳酸含量最高為4.6 g/L。當接種量＞3%后，乳酸含量隨之降低導致飲料的乳酸風味不足，感官評分降低。因此，選擇木薯針葉櫻桃飲料的最佳接種量為3%。

2.2.2 發酵溫度對木薯針葉櫻桃飲料感官品質的影響

圖2 發酵溫度對木薯針葉櫻桃飲料感官品質的影響Fig.2 Effect of fermentation temperature on sensory quality of the cassava-acerola cherry beverage

由圖2可知，隨著發酵溫度的升高，木薯針葉櫻桃飲料的感官評分及乳酸含量均呈先升高后降低的趨勢。發酵溫度為37 ℃時，感官評分最高為91分，乳酸含量最高為4.47 g/L。發酵溫度高于或者低于37 ℃時，感官評分均較低。因此，選擇木薯針葉櫻桃飲料的最佳發酵溫度為37 ℃。

2.2.3 發酵時間對木薯針葉櫻桃飲料感官品質的影響

圖3 發酵時間對木薯針葉櫻桃飲料感官品質的影響Fig.3 Effect of fermentation time on sensory quality of the cassava-acerola cherry beverage

由圖3可知，隨發酵時間的延長，木薯針葉櫻桃飲料的感官評分呈先升高后降低的趨勢，乳酸含量隨發酵時間延長而逐漸升高。發酵時間為24 h時，感官評分最高為94分，乳酸含量為5.38 g/L。發酵時間短會導致乳酸菌數少，從而不能完全發酵營養物質。當發酵時間為30 h時，感官評分最高為84分，乳酸含量為5.60 g/L。與發酵24 h相比，飲料發酵30 h后，其感官評分下降較多而乳酸含量增加不明顯。因此，選擇木薯針葉櫻桃飲料的最佳發酵時間為24 h。

2.3 飲料發酵條件優化響應面試驗

以發酵劑接種量（D）、發酵溫度（E）、發酵時間（F）為試驗因素，感官評分（Y）為響應值進行Box-Behnken試驗，試驗結果與分析見表5，模型方差分析見表6。

表5 木薯針葉櫻桃飲料發酵條件優化響應面試驗設計與結果Table 5 Design and results of response surface experiments for cassava juice enzymolysis conditions optimization

通過Design Expert 8.0.6軟件對試驗數據進行分析，從而得到木薯針葉櫻桃飲料感官評分（Y）的回歸方程：

Y=89.8+0.88D-0.37E-6.5F-DE-2.25DF+3.25EF-8.15D2-9.65E2-15.40F2

由表6可以看出，回歸模型極顯著（P＜0.000 1），失擬項不顯著（P=0.128 0＞0.05），表明木薯針葉櫻桃飲料數據模型的選取具有合理性。模型的決定系數R2=0.979 8，校正決定系數R2adj=0.953 8，變異系數（coefficient of variation，CV）=3.48%，表明試驗模擬較好，可以用該模型對木薯針葉櫻桃飲料的加工工藝參數進行可靠的預測。由F值大小可以得出各因素對木薯針葉櫻桃飲料的感官品質的影響大小順序為F＞D＞E。一次項F及二次項D2、E2、F2的P值均小于0.01，表明其對飲料感官品質的影響極顯著，交互項EF的P＞0.05，表明其對飲料感官品質的影響顯著。綜上所述，該模型能較好地反映接種量、發酵溫度、發酵時間與飲料感官品質之間的關系。

圖4 發酵劑接種量、發酵溫度、發酵時間交互作用對木薯針葉櫻桃飲料感官評分影響的響應面及等高線Fig.4 Response surface plots and contour lines of effects of interaction between starter inoculum,fermentation temperature and time on sensory scores of cassava-acerola cherry beverage

發酵劑接種量、發酵溫度和發酵時間的交互作用響應面及等高線圖見圖4。響應面圖和等高線圖能較為直觀的反映兩兩因素對試驗結果的影響，響應面的坡度越陡表明因素間的交互作用越顯著[21]。由圖4可以看出，發酵溫度和發酵時間的響應面曲面較陡，這說明二者的交互作用對飲料的感官評分的影響較大，而其余兩兩因素的交互作用影響較小，與方差分析結果較為一致。

通過Design Expert 8.0.6軟件對回歸模型進行預測得到的飲料最佳加工工藝為：接種量3.089%、發酵溫度36.88 ℃、發酵時間22.65 h，飲料感官評分的預測值為90.578分?？紤]到實際操作的可行性，將飲料的加工工藝條件調整為接種量3%，發酵溫度37 ℃，發酵時間23 h。在此優化加工工藝條件下進行3次平行試驗，得到飲料感官評分的均值90.2分，與預測值相近，說明本實驗采用的回歸模型具有實際指導意義。

2.4 木薯針葉櫻桃發酵飲料產品品質分析

木薯針葉櫻桃發酵飲料的可溶性固形物含量為5.83%；pH為3.17；乳酸含量為5.38 g/100 mL；總酸含量為60.53 g/L；葡萄糖含量為1.30 g/L；果糖含量為0.06 g/L；抗氧化性為78.39%；維生素C含量為346.7 mg/100 mL；菌落總數＜100 CFU/mL；大腸桿菌總數＜3 MPN/100 mL，未檢測出致病菌，各項指標均在國家標準規定的范圍內。

3 結論

本研究在單因素試驗基礎上，分別采用正交試驗和Box-Behnken響應面法對木薯酶解條件及飲料的發酵工藝進行優化，并對發酵飲料的理化指標進行測定。結果表明，木薯漿最佳酶解條件為耐高溫α-淀粉酶添加量100 U/g、酶解時間2 h、酶解溫度85 ℃；木薯針葉櫻桃飲料的最佳發酵條件為乳酸菌接種量3%，發酵時間23 h，發酵溫度37 ℃。根據最佳條件制得的發酵飲料的感官評分為90.2分，具有針葉櫻桃特有果香及一定的抗氧化活性，且富含維生素C。本研究得出的最佳發酵工藝具有較好的實際應用價值，能促進新型發酵木薯產品的開發。木薯針葉櫻桃發酵飲料作為一種非乳制品功能飲料，尤其適用于具有乳糖不耐癥的人群。