孔令姝，趙家樂(lè)，吳虹艷，譚思敏，孫立艷，任靜, *

1. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院（哈爾濱 150030）；2. 黑龍江搖籃乳業(yè)股份有限公司（哈爾濱 150036）

西瓜皮，別名西瓜翠衣，含有豐富的蠟質(zhì)、糖等成分，具有消暑利尿的功效；冬瓜皮中含有三萜類化合物、維生素B1、維生素C、煙酸、胡蘿卜素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，具有清熱利水、消腫的功效；黃瓜皮利于維生素C的吸收，并具有抗菌消炎、排毒的功效[1-2]。這3種果蔬皮作為食用或工業(yè)生產(chǎn)廢棄物，沒(méi)有得到合理利用。因此，對(duì)其進(jìn)行深加工處理、提升其附加值、資源合理化具有重要意義。試驗(yàn)以果蔬皮汁、脫脂牛乳和薄荷葉浸取液為主要原料，利用乳酸菌對(duì)其發(fā)酵制作清涼的乳飲料到具有誘人的瓜果清香味，酸甜爽口且口感細(xì)膩。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

西瓜皮、冬瓜皮、黃瓜皮（市售，新鮮無(wú)腐敗、無(wú)病蟲害）；薄荷葉（市售，新鮮無(wú)病蟲害）；脫脂牛奶（深圳市德立安食品有限公司）；保加利亞螺桿菌、嗜熱鏈球菌（廣東環(huán)凱微生物科技有限公司）；白砂糖（食品級(jí)，上海浦仕聯(lián)食品銷售有限公司）；檸檬酸（食品級(jí)，河南吉鑫化工產(chǎn)品有限公司）；羧甲基纖維素（食品級(jí)，海申光食用化學(xué)品有限公司）；黃原膠（食品級(jí)，鄂爾多斯市中軒生化股份有限公司）；單硬脂酸甘油酯（食品級(jí)，成都市科龍化工試劑廠）；海藻酸鈉（食品級(jí)，天津市大茂化學(xué)試劑廠）。

1.1.2 儀器與設(shè)備

BS-224 S電子天平（德國(guó)Sartorius公司）；DNP-9272型電熱恒溫培養(yǎng)箱（上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）；MJ-BL 25 B 26多功能榨汁機(jī)榨汁機(jī)（美的集團(tuán)有限公司）；ZX 22-ST 2010電磁爐（中山市海瑜生活電器有限公司）；YA1-DYML-S50J高壓滅菌鍋（北京中西遠(yuǎn)大科技有限公司）；HHS 21-8電熱恒溫水浴鍋（南京威美特科學(xué)儀器有限公司）；PHS-3C pH計(jì)（上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司）；G 10-WY 035 Y手持折光計(jì)（北京中西遠(yuǎn)大科技有限公司）；TGC-16C型臺(tái)式離心機(jī)（上海精密科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品）；JY 96-IIN型超聲波細(xì)胞破碎儀（寧波生物科技有限公司）。

1.2 工藝流程

1.3 操作要點(diǎn)

1.3.1 菌種活化

菌種活化：在試管中添加10 mL脫脂牛奶，經(jīng)110℃殺菌20 min，冷卻至40 ℃，接入2%的菌種，41 ℃恒溫培養(yǎng)至凝乳，重復(fù)幾次，直至充分活化后置于0～4 ℃的冰箱內(nèi)保存[3]。

1.3.2 原料處理

用清水清洗西瓜、冬瓜、黃瓜，再分離果皮與果肉，取皮切塊備用。

1.3.3 蒸煮

將切塊后的果皮置入沸水中，燙煮3～4 min后撈出，瀝干并冷卻至室溫。

1.3.4 榨汁

向榨汁機(jī)中加入西瓜皮、冬瓜皮、黃瓜皮，比例3︰2︰1，并加入與果蔬皮比例1︰1的飲用水，榨汁后用200目篩網(wǎng)過(guò)濾。

1.3.5 薄荷葉浸取

新鮮的薄荷葉分選、洗凈，于105 ℃條件下烘干至恒質(zhì)量，粉碎過(guò)60目篩；按料液比1︰6（g/mL），稱取薄荷葉分于250 mL錐形瓶中，加95%乙醇，超聲波提取時(shí)間20 min；過(guò)濾，合并濾液，減壓蒸餾得薄荷葉提取液，備用[4]。

1.3.6 調(diào)配

向果蔬皮汁中加入14%脫脂牛乳，5%薄荷葉浸取液，4%白砂糖，0.06%檸檬酸。

1.3.7 添加穩(wěn)定劑

添加穩(wěn)定劑0.2% CMC、0.01%黃原膠、0.09%單硬脂甘油酯、0.08%海藻酸鈉，攪拌均勻。

1.3.8 滅菌

將新鮮的蔬皮汁在80 ℃下巴氏消毒60 s，并放置于4 ℃[5]。

1.3.9 接種發(fā)酵

混合液冷卻到41 ℃左右，接入4%菌種，在41 ℃恒溫培養(yǎng)箱中發(fā)酵1.5 h。

1.3.10 后熟

發(fā)酵結(jié)束后，將產(chǎn)品冷卻至10 ℃以下，再放進(jìn)冰箱中，在2～4 ℃下存放12～24 h。

1.3.11 均質(zhì)裝瓶

在200～300 kg/cm2的壓力下均質(zhì)2次后裝瓶[6]。

1.4 發(fā)酵條件優(yōu)化

以發(fā)酵后產(chǎn)品的可溶性固形物含量、pH、香氣、滋味等感觀指標(biāo)作為綜合評(píng)價(jià)體系，進(jìn)行單因素和L9(33)的正交試驗(yàn)，控制白砂糖添加量4%、檸檬酸添加量0.06%、脫脂牛乳含量14%、薄荷葉浸取液含量5%，對(duì)發(fā)酵的溫度、菌種添加量、時(shí)間進(jìn)行發(fā)酵條件優(yōu)化，以確定最佳發(fā)酵條件工藝。

發(fā)酵溫度的影響：控制接種量4%，發(fā)酵時(shí)間1.5 h。探究發(fā)酵溫度分別為37，39，41，43和45 ℃時(shí)對(duì)果蔬皮汁發(fā)酵的影響。

接種量的影響：控制發(fā)酵溫度41 ℃、發(fā)酵時(shí)間1.5 h，探究接種量分別為2%，3%，4%，5%和6%時(shí)對(duì)果蔬皮汁發(fā)酵的影響。

發(fā)酵時(shí)間的影響：控制發(fā)酵溫度41 ℃、接種量4%，探究發(fā)酵時(shí)間分別為0.5，1.0，1.5，2.0和2.5 h時(shí)對(duì)果蔬皮汁發(fā)酵的影響。

發(fā)酵條件的正交試驗(yàn)，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)發(fā)酵溫度、接種量、發(fā)酵時(shí)間進(jìn)行L9(33)的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，各因素水平見表1。

表1 發(fā)酵條件正交試驗(yàn)因素水平表

1.5 發(fā)酵配方優(yōu)化

以發(fā)酵后產(chǎn)品的感官評(píng)分作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行單因素和L9(34)的正交試驗(yàn)，控制發(fā)酵的溫度41 ℃、菌種添加量4%、發(fā)酵時(shí)間1.5 h。對(duì)白砂糖添加量、檸檬酸添加量、脫脂牛乳添加量、薄荷葉浸取液添加量進(jìn)行發(fā)酵配方優(yōu)化，以確定最佳發(fā)酵配方工藝。

白砂糖添加量的影響：控制檸檬酸添加量0.06%、脫脂牛乳含量14%、薄荷葉浸取液含量5%，探究白砂糖添加量分別為1%，2%，3%，4%和5%時(shí)對(duì)產(chǎn)品的影響。

檸檬酸添加量的影響：控制白砂糖添加量4%、脫脂牛乳含量14%、薄荷葉浸取液含量5%，探究檸檬酸添加量分別為0.02%，0.04%，0.06%，0.08%和0.10%時(shí)對(duì)產(chǎn)品的影響。

脫脂牛乳添加量的影響：控制白砂糖添加量4%、檸檬酸添加量0.06%、薄荷葉浸取液含量5%，探究脫脂牛乳含量分別為8%，10%，12%，14%和16%時(shí)對(duì)產(chǎn)品的影響。

薄荷葉浸取液添加量的影響：控制白砂糖添加量4%、檸檬酸添加量0.06%、脫脂牛乳含量14%。探究薄荷葉浸取液含量分別為3%，4%，5%，6%和7%時(shí)對(duì)產(chǎn)品的影響。

發(fā)酵配方的正交試驗(yàn)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)白砂糖添加量、檸檬酸添加量、脫脂牛乳添加量，薄荷葉浸取液添加量進(jìn)行L9(34)的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，各因素水平見表2。

表2 發(fā)酵配方正交試驗(yàn)因素水平表 %

1.6 復(fù)配穩(wěn)定劑的選擇

在相關(guān)文獻(xiàn)及前期單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇CMC、黃原膠、單硬脂甘油酯、海藻酸鈉為考察因素，進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn)。充分乳化后，置于4 ℃冰箱冷藏24 h[7]。以4 000 r/min冷凍離心15 min，測(cè)定離心沉淀率，以沉淀率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，優(yōu)化復(fù)合穩(wěn)定劑的配比[8]。離心率計(jì)算見下式，穩(wěn)定劑配方因素水平表見表3。

表3 復(fù)合穩(wěn)定劑正交試驗(yàn)因素水平表 %

1.7 感官評(píng)價(jià)

選10人對(duì)成品飲料的色澤、風(fēng)味、口感、組織狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)分，取其平均值，得出飲料的感官評(píng)分。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表4。

表4 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.8 產(chǎn)品指標(biāo)測(cè)定

pH，用pH計(jì)直接測(cè)定；可溶性固形物，用手持折光儀直接測(cè)定；總糖，用鐵氰化鉀法測(cè)定[9]；蛋白質(zhì)，用凱氏定氮法測(cè)定[10]；微生物，用平板菌落計(jì)數(shù)法[11]。

1.9 數(shù)據(jù)處理

每個(gè)樣品平行測(cè)定3次，單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行分析，采用Origin 8.5軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵溫度對(duì)發(fā)酵結(jié)果的影響

發(fā)酵過(guò)程中溫度是影響微生物生長(zhǎng)和繁殖的重要因素。發(fā)酵過(guò)程中溫度過(guò)高，會(huì)抑制菌體生長(zhǎng)，產(chǎn)生刺激性較強(qiáng)的酸味[12]；溫度過(guò)低，微生物生長(zhǎng)緩慢，產(chǎn)酸量少，不能達(dá)到預(yù)期的風(fēng)味。試驗(yàn)考察發(fā)酵溫度對(duì)果蔬皮汁發(fā)酵的影響，結(jié)果見圖1和表5。

由圖1可知，隨著溫度上升，pH下降明顯；由表5可知，在溫度41 ℃和43 ℃條件下，發(fā)酵效果都較為理想，考慮到能耗，故最佳發(fā)酵溫度為41 ℃。

2.2 發(fā)酵菌種添加量對(duì)發(fā)酵結(jié)果的影響

菌種的添加量在菌種發(fā)酵過(guò)程中決定其生長(zhǎng)和繁殖的速度。菌種量過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不足，產(chǎn)生過(guò)多的代謝廢物，影響產(chǎn)品感官；菌種量過(guò)低，發(fā)酵過(guò)程緩慢且產(chǎn)品風(fēng)味不足。故菌種量過(guò)高過(guò)低都會(huì)對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生影響。結(jié)果見圖2和表6。

由圖2可知，隨著菌種量的增加，pH逐漸下降；由表6可知，當(dāng)菌種量為4%時(shí)，發(fā)酵效果較為理想，產(chǎn)品風(fēng)味口感最佳。

圖1 發(fā)酵溫度對(duì)發(fā)酵飲料可溶性固形物及pH的影響

表5 發(fā)酵溫度對(duì)產(chǎn)品感官的影響

圖2 菌種添加量對(duì)發(fā)酵飲料可溶性固形物及pH的影響

表6 菌種添加量對(duì)產(chǎn)品感官的影響

2.3 發(fā)酵時(shí)間對(duì)發(fā)酵結(jié)果的影響

發(fā)酵時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)會(huì)有影響。發(fā)酵時(shí)間過(guò)短，菌種產(chǎn)酸量過(guò)少且風(fēng)味物質(zhì)不夠；發(fā)酵時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，產(chǎn)品中菌量會(huì)增多，而一定時(shí)間后，活菌死亡會(huì)產(chǎn)生其他次級(jí)代謝產(chǎn)物，引起分層現(xiàn)象，且糖分會(huì)隨著時(shí)間的增加而不斷累積，使產(chǎn)品變得黏稠，影響產(chǎn)品口感[13-15]。試驗(yàn)考察發(fā)酵時(shí)間對(duì)果蔬皮汁發(fā)酵的影響，結(jié)果見圖3和表7。

由圖3可知，隨著發(fā)酵時(shí)間增加，pH明顯下降；綜合考慮口感和pH，確定最佳發(fā)酵時(shí)間為1.5 h。

圖3 發(fā)酵時(shí)間對(duì)發(fā)酵飲料可溶性固形物及pH的影響

表7 發(fā)酵時(shí)間對(duì)產(chǎn)品感官的影響

2.4 發(fā)酵條件正交試驗(yàn)

試驗(yàn)選用發(fā)酵溫度、菌種添加量和發(fā)酵時(shí)間作為研究對(duì)象，進(jìn)行L9(33)正交試驗(yàn)，以感官評(píng)分表4為評(píng)分指標(biāo)，結(jié)果見表8。

影響產(chǎn)品品質(zhì)因素主次分別為C＞A＞B，即菌種添加量影響最大，其次是發(fā)酵溫度，最后是發(fā)酵時(shí)間。最優(yōu)的組合為A2B2C2，即發(fā)酵溫度41 ℃、菌種添加量4%、發(fā)酵時(shí)間1.5 h。

表8 發(fā)酵條件正交試驗(yàn)結(jié)果

2.5 發(fā)酵配方的優(yōu)化結(jié)果

由圖4～圖7可知，當(dāng)白砂糖添加量、檸檬酸添加量、脫脂牛乳添加量和薄荷葉浸取液添加量分別為4%，0.06%，14%和5%時(shí)，感官評(píng)價(jià)分值最高。

圖4 不同白砂糖添加量的感官評(píng)分

圖5 不同檸檬酸添加量的感官評(píng)分

圖6 不同脫脂牛乳添加量的感官評(píng)分

圖7 不同薄荷葉浸取液添加量的感官評(píng)分

2.6 發(fā)酵配方正交試驗(yàn)

試驗(yàn)選用白砂糖添加量、檸檬酸添加量、脫脂牛乳添加量和薄荷葉浸取液添加量作為研究對(duì)象，進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn)，以感官評(píng)分表4為評(píng)分指標(biāo)，結(jié)果見表9。

影響產(chǎn)品質(zhì)量因素主次分別為C＞A＞B＞D，即檸檬酸添加量影響最大，其次是脫脂牛乳添加量，再次是白砂糖添加量，最后是薄荷葉浸取液添加量，最優(yōu)組合為A2B2C2D2，即白砂糖添加量4%、檸檬酸添加量0.06%、脫脂牛乳添加量14%、薄荷葉浸取液添加量5%。

表9 發(fā)酵配方正交試驗(yàn)結(jié)果

2.7 復(fù)合穩(wěn)定劑配方的確定

添加適量的穩(wěn)定劑可以使產(chǎn)品長(zhǎng)期保持穩(wěn)定的狀態(tài)，延長(zhǎng)產(chǎn)品的貨架期。然而單體穩(wěn)定劑很難達(dá)到理想效果，需采用多種穩(wěn)定劑復(fù)合，才能使產(chǎn)品穩(wěn)定性能增加[16]。如過(guò)量添加穩(wěn)定劑，會(huì)使發(fā)酵飲料的稠度太高，口感變差，出現(xiàn)糊口感等不良風(fēng)味[17]。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)CMC、黃原膠、單硬脂甘油酯、海藻酸鈉對(duì)產(chǎn)品具有穩(wěn)定作用，并對(duì)其進(jìn)行L9(34)的正交試驗(yàn)，試驗(yàn)對(duì)穩(wěn)定劑配方優(yōu)化的結(jié)果見表10。

結(jié)果表明，2，3和5號(hào)樣品在試驗(yàn)過(guò)程中沉淀率較低，穩(wěn)定效果好，其穩(wěn)定劑種類和用量配方為A1B2C2D2、A2B1C2D3和A2B2C3D1，根據(jù)方差分析可得知優(yōu)水平配方為A2B1C3D2，從極差分析中可見，影響果蔬皮發(fā)酵飲料穩(wěn)定性因素的主次分別為A＞C＞D＞B，即CMC＞單硬脂酸甘油酯＞海藻酸鈉＞黃原膠。為得到最佳穩(wěn)定劑種類和用量配方，將4個(gè)配方做重復(fù)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表11。

通過(guò)重復(fù)試驗(yàn)，K號(hào)沉淀率最小，穩(wěn)定效果最好，因此選擇K號(hào)樣品為最佳穩(wěn)定劑種類和用量，即A2B1C3D2，即CMC 0.2%，黃原膠0.01%，單硬脂甘油酯0.09%，海藻酸鈉0.08%。

2.8 產(chǎn)品指標(biāo)

復(fù)合果蔬皮乳酸發(fā)酵清涼飲料呈顏色均勻的乳青色，具有誘人的瓜果清香味，酸甜爽口且口感細(xì)膩?？扇苄怨绦挝铮?0%，pH 4.0左右，蛋白質(zhì)含量5%，總糖含量6.5%，細(xì)菌總數(shù)≤12 CFU/mL，大腸桿菌、致病菌未檢出。

表10 復(fù)合穩(wěn)定劑正交試驗(yàn)結(jié)果

表11 沉淀率良好的復(fù)合穩(wěn)定劑的重復(fù)試驗(yàn)

3 討論

以西瓜皮、冬瓜皮、黃瓜皮為原料，開發(fā)新的果蔬皮發(fā)酵乳飲料，對(duì)其發(fā)酵工藝進(jìn)行研究，可為其他產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供新思路，并在果蔬發(fā)酵飲料的基礎(chǔ)上進(jìn)行低成本、高營(yíng)養(yǎng)的研究[18-19]。在發(fā)酵后期，采用醋酸菌對(duì)發(fā)酵期間產(chǎn)生的一定量乙醇進(jìn)行轉(zhuǎn)化，以確保飲料質(zhì)量[20]。

4 結(jié)論

結(jié)果表明，復(fù)合果蔬皮乳酸發(fā)酵清涼乳飲料的最佳發(fā)酵工藝為：發(fā)酵溫度41 ℃、接種量4%、發(fā)酵時(shí)間1.5 h。最佳發(fā)酵配方為：白砂糖添加量4%、檸檬酸添加量0.06%、脫脂牛乳添加量14%、薄荷葉浸取液添加量5%。最佳穩(wěn)定劑配方為：CMC 0.2%、黃原膠0.01%、單硬脂甘油酯0.09%、海藻酸鈉0.08%。此條件得到的產(chǎn)品呈顏色均勻的乳青色，具有誘人的瓜果清香味，酸甜爽口且口感細(xì)膩。