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        響應(yīng)面法優(yōu)化富含L- 乳酸小米發(fā)酵飲料的工藝研究

        2019-12-02 07:53:52張麗萍劉成果張東杰修福建于長(zhǎng)青劉妍妍王憲青張志一
        農(nóng)產(chǎn)品加工 2019年21期
        關(guān)鍵詞:發(fā)酵劑乳酸飲料

        張麗萍,劉成果,張東杰,修福建,于長(zhǎng)青,劉妍妍,王憲青,孔 杰,卞 春,張志一

        (1. 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院,黑龍江大慶 163319;2. 黑龍江省成果食品有限責(zé)任公司,黑龍江密山 158305;3. 東北石油大學(xué),黑龍江大慶 163319;4. 哈爾濱學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150086;5. 蒙牛乳業(yè)(集團(tuán)) 股份有限公司,內(nèi)蒙古 呼和浩特 011500))

        0 引言

        谷物發(fā)酵飲料是一種新型的發(fā)酵飲品,既能保持谷物原有的營(yíng)養(yǎng),又可以通過發(fā)酵產(chǎn)生更多利于人體健康的活性物質(zhì)[1-2]。小米是我國(guó)重要的谷物之一,具有悠久的種植及食用歷史,小米富含膳食纖維、黃色素、多酚、油脂、功能肽等活性成分[3-5],具有降血糖、降血脂、抗氧化、抗疲勞、抗癌、增強(qiáng)免疫力等生物功能[6-13]。試驗(yàn)在前期菌種研究的基礎(chǔ)上,以小米為原料,采用復(fù)合發(fā)酵劑對(duì)小米漿進(jìn)行發(fā)酵,以L- 乳酸含量和感官評(píng)定為指標(biāo),研制富含L- 乳酸的小米發(fā)酵飲料。

        1 材料與方法

        1.1 材料

        小米,北大荒糧食集團(tuán)提供;淀粉酶Sigma;嗜酸乳桿菌,黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院提供。

        1.2 方法

        1.2.1 工藝流程

        小米→磨漿→糖化、液化→滅菌→接種→發(fā)酵→滅菌→發(fā)酵飲料成品。

        1.2.2 單因素試驗(yàn)方法

        (1) 發(fā)酵時(shí)間對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響。取一定預(yù)處理后的小米漿,復(fù)合發(fā)酵劑接種量4%,大豆分離蛋白4%,發(fā)酵溫度42 ℃,分別發(fā)酵1~9 h,采用液相分析小米發(fā)酵飲料中L - 乳酸的產(chǎn)量,以L- 乳酸產(chǎn)量及感官評(píng)分為指標(biāo),研究不同發(fā)酵時(shí)間對(duì)富含L - 乳酸小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響,最終確定富含L- 乳酸小米發(fā)酵飲料的最佳發(fā)酵時(shí)間。

        (2) 發(fā)酵劑接種量對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響。選取一定預(yù)處理后的小米漿,大豆分離蛋白4%,發(fā)酵溫度42 ℃,發(fā)酵時(shí)間6 h,復(fù)合發(fā)酵劑接種量分別為1%,2%,3%,4%,5%,6%,7%,采用液相分析小米發(fā)酵飲料中L- 乳酸的產(chǎn)量,以L- 乳酸產(chǎn)量及感官評(píng)分為指標(biāo),研究不同發(fā)酵劑接種量對(duì)富含L - 乳酸小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響,最終確定富含L- 乳酸小米發(fā)酵飲料的最佳發(fā)酵劑接種量。

        (3) 發(fā)酵溫度對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響。選取一定預(yù)處理后的小米漿,復(fù)合發(fā)酵劑接種量4%,大豆分離蛋白4%,發(fā)酵時(shí)間6 h,分別在35~41 ℃7 個(gè)溫度下恒溫培養(yǎng),采用液相分析小米發(fā)酵飲料中L- 乳酸的產(chǎn)量,以L- 乳酸和感官評(píng)分為指標(biāo),研究不同溫度對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響,最終確定富含L- 乳酸小米發(fā)酵飲料的最佳發(fā)酵溫度。

        (4) 大豆分離蛋白添加量對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響。選取一定預(yù)處理后的小米漿,復(fù)合發(fā)酵劑接種量4%,發(fā)酵溫度42 ℃,發(fā)酵時(shí)間6 h,大豆分離蛋白分別為1%,2%,3%,4%,5%,6%,7%,采用液相分析小米發(fā)酵飲料中L - 乳酸的產(chǎn)量,以L- 乳酸產(chǎn)量及感官評(píng)分為指標(biāo),研究不同大豆分離蛋白添加量對(duì)富含L - 乳酸小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響,最終確定富含L - 乳酸小米發(fā)酵飲料的最佳大豆分離蛋白添加量[14-16]。

        1.2.3 響應(yīng)面試驗(yàn)方法

        在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,以L - 乳酸含量和感官評(píng)分為指標(biāo),進(jìn)行旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn),確定富含L-乳酸小米發(fā)酵飲料的發(fā)酵工藝參數(shù)。

        1.2.4 分析方法

        (1) L- 乳酸的測(cè)定。采用高效液相色譜法測(cè)定L - 乳酸的含量,色譜條件:C18色譜柱,紫外檢測(cè)器,波長(zhǎng)210 nm,進(jìn)樣量20 μL,流動(dòng)相0.01 mol/L磷酸水溶液(pH 值2.5),流速1.0 mL/L[17]。

        (2) 感官評(píng)定方法。采用均衡非完全分塊設(shè)計(jì),根據(jù)外觀(20%)、組織狀態(tài)(30%)、風(fēng)味(50%)等3 個(gè)方面進(jìn)行打分,打分范圍為0~100 分。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

        2.1.1 發(fā)酵時(shí)間對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響

        發(fā)酵時(shí)間對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響見圖1。

        圖1 發(fā)酵時(shí)間對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響

        由圖1 可知,隨著發(fā)酵時(shí)間的不斷增加,小米發(fā)酵飲料中的L - 乳酸含量呈不斷上升趨勢(shì),初期上升較快,當(dāng)發(fā)酵時(shí)間超過7 h 后,L- 乳酸含量上升減緩;同時(shí)感官評(píng)分可以看出,發(fā)酵飲料在7 h 的評(píng)分較高,發(fā)酵初期酸度不足、后期發(fā)酵過酸影響口感,并綜合生產(chǎn)成本等因素,選擇發(fā)酵時(shí)間為6~8 h進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。

        2.1.2 發(fā)酵劑接種量對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響

        發(fā)酵劑接種量對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響見圖2。

        圖2 發(fā)酵劑接種量對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響

        由圖2 可知,隨著發(fā)酵劑添加量的不斷增加,小米發(fā)酵飲料中的L- 乳酸含量呈不斷上升的趨勢(shì),初期上升較快,當(dāng)發(fā)酵劑添加量超過4%后,L - 乳酸含量上升減緩;同時(shí)感官評(píng)分可以看出,發(fā)酵劑添加量在4%的評(píng)分較高,發(fā)酵劑添加量不足時(shí)酸度不足,添加量過多時(shí)發(fā)酵飲料過酸影響口感,并綜合生產(chǎn)成本等因素,選擇發(fā)酵劑添加量為3%~5%進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。

        2.1.3 發(fā)酵溫度對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響

        發(fā)酵溫度對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響見圖3。

        由圖3 可知,隨著發(fā)酵溫度的不斷增加,小米發(fā)酵飲料中的L - 乳酸含量呈不斷上升的趨勢(shì),初期上升較快,當(dāng)發(fā)酵溫度超過42 ℃后,L- 乳酸含量上升減緩;同時(shí)感官評(píng)分可以看出,發(fā)酵飲料在

        圖3 發(fā)酵溫度對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響

        42 ℃的評(píng)分較高,發(fā)酵溫度較低時(shí)酸度不足,當(dāng)溫度過高時(shí)發(fā)酵迅速,小米飲料過酸影響口感,并綜合生產(chǎn)成本等因素,選擇發(fā)酵溫度為37~39 ℃進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。

        2.1.4 大豆分離蛋白添加量對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響

        大豆分離蛋白添加量對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響見圖4。

        圖4 大豆分離蛋白添加量對(duì)小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響

        由圖4 可知,隨著大豆分離蛋白添加量的不斷增加,小米發(fā)酵飲料中的L - 乳酸含量呈不斷上升的趨勢(shì),初期上升較快,當(dāng)大豆分離蛋白添加量超過4%后,L- 乳酸含量上升減緩;同時(shí)感官評(píng)分可以看出,大豆分離蛋白添加量在4%的評(píng)分較高,大豆分離蛋白添加量不足時(shí)酸度不足,添加量過多時(shí)發(fā)酵飲料過酸,影響口感,并綜合生產(chǎn)成本等因素,選擇大豆分離蛋白添加量3%~5%進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。

        2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

        2.2.1 L- 乳酸含量為指標(biāo)最優(yōu)工藝參數(shù)的確定

        以L - 乳酸產(chǎn)量為指標(biāo),進(jìn)行響應(yīng)面分析,模型p≤0.01,失擬項(xiàng)p≥0.05,說明模型構(gòu)建良好,一次項(xiàng)、二次項(xiàng)及交互項(xiàng)p≤0.05,說明存在交互作用,利用SAS 軟件分析后得到,以L - 乳酸為指標(biāo)的四元二次回歸方程為:

        采用SAS 軟件對(duì)回歸方程進(jìn)行分析,最終確定的最佳參數(shù)為發(fā)酵溫度36.9 ℃,發(fā)酵劑接種量3.24%,氮源添加量2.84%,發(fā)酵時(shí)間7.8 h,L- 乳酸含量極大值為10.76 mg/mL。

        2.2.2 以感官評(píng)分為指標(biāo)最優(yōu)工藝參數(shù)的確定

        以L - 乳酸產(chǎn)量為指標(biāo),進(jìn)行響應(yīng)面分析,模型p≤0.01,失擬項(xiàng)p≥0.05,說明模型構(gòu)建良好,一次項(xiàng)、二次項(xiàng)及交互項(xiàng)p≤0.05,說明存在交互作用,利用SAS 軟件分析后得到,以感官評(píng)分為指標(biāo)的四元二次回歸方程為:

        采用SAS 軟件對(duì)回歸方程進(jìn)行分析,最終確定的最佳參數(shù)為發(fā)酵溫度36.53 ℃,發(fā)酵劑接種量3.46%,氮源添加量2.88%,發(fā)酵時(shí)間7.62 h,感官評(píng)分極大值為89.48 分。

        2.2.3 2 個(gè)指標(biāo)綜合的最優(yōu)工藝參數(shù)的確定

        令2 個(gè)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)均為0.5,采用SAS 軟件構(gòu)建一個(gè)新的函數(shù),令Y=0.5Y1+0.5Y2(取權(quán)重系數(shù)各為0.5)。

        采用SAS 軟件對(duì)回歸方程進(jìn)行分析,最終確定最佳參數(shù)為發(fā)酵溫度36.6 ℃,發(fā)酵劑接種量3.15%,氮源添加量2.86%,發(fā)酵時(shí)間7.76 h。由此得到Y(jié)1的最大值為10.53 mg/mL,Y2的最大值為88.3。

        3 結(jié)論

        以L - 乳酸含量和感官評(píng)分為指標(biāo),研究了多種因素對(duì)富含L - 乳酸小米發(fā)酵飲料品質(zhì)的影響,通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面試驗(yàn),確定了最佳的工藝參數(shù),為富含L - 乳酸小米發(fā)酵飲料的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)奠定了實(shí)踐基礎(chǔ)。

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