牛蒡根果蔬復合酵素的研發

韓欣悅，胡曉晴，劉 強，樊 宇，江思雨，陳紅玲

（宿州學院生物與食品工程學院，安徽宿州 234000）

牛蒡（Arctium lappaL.），又名大力子、東洋參，是菊科牛蒡屬直根系二年生草本植物[1]，在世界各地方均有種植，并且在我國已有近2 000 年的種植史，分布于江蘇、安徽、黑龍江、山東等地區，其中在江蘇徐州豐縣、沛縣和山東蘭陵縣種植歷史最悠久，面積規模最大。作為我國傳統中藥，其果實、根和葉均可作為藥用，現已被世界公認為保健食品。牛蒡根中含有豐富的多糖、酚類物質、蛋白質[2]、氨基酸、維生素，以及鈣、鋅、磷、鐵等多種人體所需的營養物質和礦物質。已有研究表明，牛蒡根具有抗氧化、抗炎、調節神經、降糖降脂、調節免疫[3]等作用，鑒于其豐富的藥理活性，有研究報道了不同基因型牛蒡根中咖啡酰奎寧酸和木脂素的定量分析結果，并對其抗氧化活性進行了研究，開發了具有較強抗氧化活性和良好色澤的牛蒡根茶，對焙燒效果進行了測定，該試驗為后續對牛蒡根的研究提供了理論支持[4]。

近年來，隨著酵素產品應用市場的擴展[5]，消費者逐漸認識到酵素的營養價值。研究表明[2]，酵素中含有豐富的維生素類、氨基酸和酚類、黃酮苷類化合物、礦物質、功效性低聚糖和功效酶等多種功能性成分，部分研究報道也表明酵素有抑菌消炎、抗衰、優化體內環境、抗癌、凈化血液、調節免疫、修復機體損傷等方面的藥物活性。因此，若能開發出一種牛蒡（主要原料） 與酵素結合的[7]具有保健功能的新型產品[6]，不僅能夠進一步綜合產品的保健性能，還能拓展牛蒡類休閑食品的范疇，提高對牛蒡植物的資源利用。

通過對牛蒡根（主要原料） 復合山藥、火龍果、葡萄、蘋果、檸檬等果蔬進行試驗[7]。以米曲霉（Aspergillus oryzae）[8]為發酵菌種，進行人工發酵處理，合理調整發酵過程，減少發酵周期以制備牛蒡根復合果蔬酵素。以pH 值、糖度、酒精度、菌落數、大腸桿菌數（Number ofEscherichia coli）、致病菌數作為評價指標，通過單因素方差試驗分析（ANOVA）[10]和Box-behnken 響應曲面試驗[11]設計完善發酵條件，整合最優發酵條件組合，為牛蒡根復合果蔬酵素的綜合性研發提供一定理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮牛蒡（Arctium lappaL.） 品種為柳川理想，購自江蘇省徐州市豐縣；土豆、山藥、火龍果、葡萄、蘋果、檸檬、枸杞等，均購自當地市場；米曲霉（Aspergillus oryzae≥90%），上海麥克林生化科技有限公司提供；食品級二氧化氯（ClO2），遼寧眾發生物科技有限公司提供；食品級檸檬酸，河南萬海化工產品有限公司提供；異抗壞血酸鈉，濟南魯輝化工有限公司提供；葡萄糖（C6H12O6），天津市致遠化學試劑有限公司提供。

1.2 儀器與設備

FA2004 型電子天平，山東濰坊盛翔試驗設備有限公司產品；BBS-SSC 型超凈工作臺，山東博科生物產業有限公司產品；JJ-2 型組織搗碎機，安慶結佳儀器設備有限公司產品；SHA-C 型水浴恒溫振蕩器，常州潤華電器有限公司產品；TGL-20B 型離心機，上海雙旭電子有限公司產品；JX-24 型打漿機，福州金翔食品機械設備有限公司產品；DSX-24L-1型高壓蒸汽滅菌器，四川高能科迪儀器有限公司產品；UV752 型紫外- 可見分光光度計，山東歐萊博醫療器械有限公司產品；PB-10 型標準型pH 計，廣東正一實驗設備有限公司產品。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

①制備米曲霉菌。參考文獻[13]第二章、第三章進行米曲霉菌的分離篩選；

②新鮮牛蒡→低溫貯存→切除保鮮頭→清洗去皮→殺菌→糖化→去表皮→碎裂→浸漬；

③復合果蔬（山藥、火龍果、蘋果等） →清洗去皮→殺菌→去表皮→切塊→打漿；

④紫皮葡萄→清洗→殺菌→去表皮→搗碎；

①+②+③+④→混合攪拌均勻→密封發酵→牛蒡根果蔬復合酵素。

1.3.2 試驗方法

（1） 將新鮮牛蒡在置于-5 ℃恒溫中貯存2 d 以上，將貯存后的牛蒡在超凈工作臺上切除保鮮頭、清洗去皮、在殺菌液75%乙醇溶液中殺菌3 h 后，將其放在糖化庫內糖化70 d，糖化過的牛蒡去表皮，去皮的厚度為0.3～0.5 mm，將去皮過的牛蒡用粉碎機碎裂，按牛蒡的質量分數加入25%白砂糖，15%護色液，護色液由（質量百分比） 檸檬酸0.02%～0.10%，氯化鈣0.5%～1.5%、食鹽0.5%～0.8%和余量的水配制而成，均勻攪拌，用200 目過濾網過濾，在25 ℃條件下恒溫80 min。

（2） 將復合果蔬（山藥、火龍果、蘋果等） 分別在超凈工作臺上清洗去皮，在殺菌液中殺菌1 h后去表皮、切塊、打漿，打漿溫度控制在7～9 ℃，打漿速度為600～700 r/min，打漿時每隔1 min 加入各質量分數15%的護色液。

（3） 將紫皮葡萄在超凈工作臺上清新干凈后，在殺菌液中殺菌30 min 后去皮搗碎備用。

（4） 將碎牛蒡、復合果蔬（山藥、火龍果、蘋果等） 分別混合，然后加入備用的按混合物總質量分數的6%紫皮葡萄后放入密封發酵玻璃罐，于20～30 ℃恒溫箱中發酵45～55 d，pH 值穩定在3.0～3.5 即判斷發酵結束。

1.3.3 樣品液的制備

在整個發酵過程中，每隔8 d 取樣一次進行相關指標測定。樣品的制備：取20 mL 酵素原液（發酵罐內發酵物分層，上層為發酵果肉殘渣，中層液體為酵素） 以轉速3 500 r/min 離心10 min，取上清液得到樣品。

1.3.4 理化指標測定

pH 值測定，參考文獻[14]中pH 計測定方法；糖度測定，參考文獻[15]中糖度計折光儀測定方法；酒精度測定，參考文獻[16]中酒度計測定方法。

1.3.5 微生物指標測定

菌落總數測定：參考文獻[17]中GB 4789.2—2010 菌落總數測定方法；大腸桿菌群數測定：參考文獻[18]中GB 2789.3—2010 大腸桿菌群數測定方法；致病菌數測定：參考文獻[19]中GB 4789.15—2010 致病菌數測定方法。

1.3.6 感官評分標準

試驗中由10 位具有專業知識的教師感官鑒評，小組根據試驗結果進行感官鑒定。

牛蒡根果蔬復合酵素的感官評分見表1。

表1 牛蒡根果蔬復合酵素的感官評分

2 結果與分析

2.1 單因素試驗分析[23]

2.1.1 發酵溫度對果蔬復合酵素感官評分的影響

發酵溫度對果蔬復合酵素感官評分的影響見圖1。

圖1 發酵溫度對果蔬復合酵素感官評分的影響

由圖1 可知，隨著發酵溫度的升高，果蔬復合酵素的評分呈現先上升再下降的趨勢。因為發酵溫度過低，微生物代謝緩慢；發酵溫度過高，米曲霉菌的活性受到抑制；當發酵溫度為25 ℃時，評分最高，即果蔬復合酵素的最適發酵溫度為25 ℃時口感最佳。

2.1.2 發酵時間對果蔬復合酵素感官評分的影響

發酵時間對果蔬復合酵素感官評分的影響見圖2。

圖2 發酵時間對果蔬復合酵素感官評分的影響

由圖2 可知，隨著酵素發酵時間的延長，果蔬復合酵素的評分呈現先上升后下降的趨勢。因為由于發酵時間的延長，米曲霉菌的種類和數量不斷減少，發酵過程接近終止。當發酵時間為50 d 時，評分最高，即果蔬復合酵素的最適發酵時間為50 d 時香味濃郁醇厚。

2.1.3 米曲霉菌種接種量對果蔬復合酵素感官評分的影響

米曲霉菌種接種量對果蔬復合酵素感官評分的影響見圖3。

圖3 米曲霉菌種接種量對果蔬復合酵素感官評分的影響

由圖3 可知，隨著米曲霉菌種接種量的增加，果蔬復合酵素的評分呈現先上升再下降的趨勢，在菌種接種量為2%時，評分最高，即果蔬復合酵素加入的最適米曲霉菌種量為2%時發酵最好。

2.1.4 紫皮葡萄添加量對果蔬復合酵素感官評分的影響

紫皮葡萄添加量對果蔬復合酵素感官評分的影響見圖4。

圖4 紫皮葡萄添加量對果蔬復合酵素感官評分的影響

由圖4 可知，隨著加入紫皮葡萄量的增加，果蔬復合酵素的評分呈現先增加后下降的趨勢。在紫皮葡萄添加量為6%時，評分最高，即果蔬復合酵素中最適紫皮葡萄量為6%時口感細膩爽滑。

2.2 正交試驗分析

根據單因素試驗結果分析，選取發酵溫度、發酵時間、菌種接種量、紫皮葡萄添加量對感官評分的影響進行正交試驗分析。

正交試驗分析結果見表2。

表2 正交試驗分析結果

由表2 可知，各因素對果蔬復合酵素品質和風味的影響主次順序為D＞C＞A＞B，通過正交試驗結果分析可知，果蔬復合酵素研發的最優配方組合為A3B2C3D2，此時產品的感官評分為90.25 分，即最適發酵溫度為25 ℃，發酵時間為50 d，米曲霉菌種接種量為2%，紫皮葡萄添加量為6%。

2.3 產品品質檢測結果

2.3.1 感官指標

色澤有澤感，澄清透亮；風味，濃郁清香；口感，清新爽口，口感細膩；澄清度，均勻透明，無可見雜質；質地，富有彈性。

2.3.2 理化指標測定

pH 值小于4，糖度小于600 mg/mL，酒精度小于0.50/100 g，符合酵素理化指標檢測要求。

2.3.3 微生物指標

經檢測，細菌總數小于100 CFU/g，大腸菌群小于3 MPN/100 g，致病菌未檢出，符合酵素微生物指標檢測要求。

3 結論

通過試驗分析可知，牛蒡根果蔬復合酵素的最佳工藝參數為發酵溫度25 ℃，發酵時間50 d，米曲霉菌接種量2%，紫皮葡萄添加量6%。在此生產工藝下的酵素產品口感清新爽口、口味最佳，更進一步綜合性發揮酵素產品的保健性能。