余森艷，何渺源，盧珍蘭，李志紅

（廣西民族師范學院化學與生物工程學院，廣西 崇左 532200）

利用生物技術制備乳酸發(fā)酵飲品，能很好地維持和改善果蔬等原料固有的營養(yǎng)和感官品質，產品不僅具有典型的果蔬風味，還能有效提高其營養(yǎng)保健功效、改善腸道功能、延長產品貨架期[1]。在日本及歐洲很多國家，乳酸發(fā)酵飲品在乳制品市場的比例高達70%，發(fā)酵飲品產業(yè)遠遠超過了世界其他飲品的增長率[2]。

廣西崇左被稱為“中國糖都”[3]，富產甘蔗。甘蔗汁中含有黃酮類化合物、多酚類等多種生理活性物質，可以去除人體內的自由基，起到抗氧化的作用。醫(yī)學研究表明，甘蔗汁中豐富的多酚和黃酮類物質具有較強的抗氧化能力、抗炎癥能力[4-5]。目前，國內種植的甘蔗主要用于制糖，鮮有對其進行乳酸發(fā)酵的研究?；诘貐^(qū)特色，研發(fā)了甘蔗汁乳酸發(fā)酵飲品，產品直接利用甘蔗汁中的糖分，無需另外添加蔗糖，既可以解決甘蔗加工方式的單一問題，拓展甘蔗深加工產業(yè)鏈，助力蔗農經濟增收，也能很好地滿足消費者對乳酸發(fā)酵飲品在口感、營養(yǎng)、健康等方面的更高要求，具有較好的開發(fā)前景和社會效益。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

甘蔗，購自崇左市江州區(qū)農貿市場；乳酸菌（嗜熱鏈球菌與保加利亞乳桿菌復合菌），安琪酵母股份有限公司提供；脫脂乳粉，德運食品有限公司提供；羧甲基纖維素鈉（CMC-Na，食品級），河南萬邦實業(yè)有限公司提供；黃原膠，山東阜豐發(fā)酵有限公司提供；0.05 moL/L 氫氧化鈉溶液、0.1 moL/L鹽酸溶液、1%酚酞溶液，飛凈生物科技有限公司提供。

1.2 儀器與設備

BD-320HEM 型冰箱，青島海爾特種電冰柜有限公司產品；LCZ-80 型甘蔗榨汁機，浙江應曉工貿有限公司產品；WYT-4 型手持糖量計，上海易測儀器設備有限公司產品；YP5002 型電子天平，上海佑科儀器儀表有限公司產品；C21-WT2103A 型電磁爐，廣東美的生活電器制造有限公司產品；pHS-3S 型酸度計，上海佑科儀器儀表有限公司產品；RCD-1A型高速均質乳化機，常州越新儀器制造有限公司產品；LRH-400A 型生化培養(yǎng)箱，廣東泰宏君科學儀器股份有限公司產品。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 操作要點

（1） 甘蔗汁的制備。選擇新鮮、無霉變的甘蔗，洗凈后去皮、切塊、榨汁、過濾，得到甘蔗原汁備用。

（2） 混料、均質。將脫脂乳粉、穩(wěn)定劑0.1%（CMC-Na 與黃原膠質量比1∶1）[6-8]加入甘蔗汁中攪拌均勻，采用均質機在15~20 MPa 下對混合液均質5 min，使產品組織狀態(tài)均勻，獲得甘蔗汁乳酸發(fā)酵基質。

（3） 殺菌、冷卻。將甘蔗汁乳酸發(fā)酵基質在85 ℃條件下殺菌約15 min，再冷卻至室溫。

（4） 恒溫發(fā)酵。在殺菌冷卻后的甘蔗汁乳酸發(fā)酵基質中添加一定量的乳酸菌，攪拌均勻后密封，置于培養(yǎng)箱中進行42 ℃恒溫發(fā)酵。

（5） 冷藏。發(fā)酵結束后，將成品冷卻至室溫，置于4~7 ℃的冰箱中冷藏。

1.4 單因素試驗設計

1.4.1 甘蔗汁質量分數對乳酸發(fā)酵飲品感官評價的影響

設置甘蔗汁質量分數為60%，70%，80%，90%，100%，固定脫脂乳粉添加量2%，乳酸菌添加量3%，發(fā)酵溫度為42 ℃，發(fā)酵時間10 h，考查甘蔗汁質量分數對乳酸發(fā)酵飲品感官評價的影響。

1.4.2 脫脂乳粉添加量對乳酸發(fā)酵飲品感官評價的影響

設置脫脂乳粉添加量為1.0%，1.5%，2.0%，2.5%，3.0%，固定甘蔗汁質量分數80%，乳酸菌添加量3%，發(fā)酵溫度為42 ℃，發(fā)酵時間10 h，考查脫脂乳粉添加量對乳酸發(fā)酵飲品感官評價的影響。

1.4.3 菌種添加量對乳酸發(fā)酵飲品感官評價的影響

設置乳酸菌添加量為1%，2%，3%，4%，5%，固定甘蔗汁質量分數80%，脫脂乳粉添加量2%，發(fā)酵溫度為42 ℃，發(fā)酵時間10 h，考查乳酸菌添加量對乳酸發(fā)酵飲品感官評價的影響。

1.4.4 發(fā)酵時間對乳酸發(fā)酵飲品感官評價的影響

設置發(fā)酵時間為6，8，10，12，14 h，固定甘蔗汁質量分數80%，脫脂乳粉添加量2%，乳酸菌添加量為3%，發(fā)酵溫度為42 ℃，考查發(fā)酵時間對乳酸發(fā)酵飲品感官評價的影響。

1.5 正交試驗設計

在單因素試驗的基礎上，以模糊數學感官評價分數為指標，采用四因素三水平的正交試驗模型L9（34），利用Excel 軟件和SPSS 軟件對甘蔗汁質量分數、脫脂乳粉添加量、乳酸菌添加量、發(fā)酵時間4 個因子進行正交試驗分析，從而確定出甘蔗汁乳酸發(fā)酵飲品的優(yōu)化工藝參數。

1.6 乳酸發(fā)酵飲品感官評價方法

1.6.1 感官評價方法

通過查閱相關文獻，制作甘蔗汁乳酸發(fā)酵飲品感官評價表。以10 位有經驗的食品專業(yè)感官評價人員對甘蔗汁乳酸發(fā)酵飲品的組織狀態(tài)、色澤、口感、香氣4 個感官指標進行模糊數學感官評定，組織狀態(tài)占30 分，色澤占30 分，口感占20 分，香氣占20 分，評價等級分為優(yōu)、良、中、差4 個等級。單因素試驗和正交試驗均按此標準來進行感官評價。

甘蔗汁乳酸發(fā)酵飲料感官評價見表1。

1.6.2 建立模糊數學模型

根據對象集K、因素集M、評語集V、權重集S、模糊關系綜合評判集Y 的確定，建立建立模糊數學模型[9-10]。

研究對象集K：對單因素試驗中的20 組乳酸發(fā)酵飲料樣品和正交試驗中的9 組樣品進行綜合評定，其中單因素試驗中評價對象集K={K1，K2...K20}，K1=標號為1 的樣品，K2=標號為2 的樣品，以此類推。

因 素 集M={M1，M2，M3，M4}，其 中M1、M2、M3、M4分別對應組織狀態(tài)、口感、色澤、香氣。

評語集V={V1，V2，V3，V4}={優(yōu)，良，中，差}。

權重集S={S1，S2，S3，S4}={0.3，0.3，0.2，0.2}，分別對應組織狀態(tài)30 分，口感30 分，色澤20 分，香氣20 分。

模糊關系綜合評價集Y=S·Ri，R 為模糊矩陣。

為了使感官評分更直觀呈現，結合評語集和感官評價，將糊關系綜合評價集賦值計算，設定優(yōu)為90 分，良為80 分，中為70 分，差為60 分[11]，即評價等級集V={90，80，70，60}。將模糊關系綜合評價集Y 分別乘以評價等級集V，然后相加即可得到乳酸發(fā)酵飲品的綜合評價得分。

1.6.3 產品主要理化指標的測定

pH 值的測定，使用酸度計測定；可溶性固形物的測定，使用手持糖量計測定；總酸度的測定，參考國家標準《GB5009.239—2016 食品安全國家標準食品酸度的測定》中的直接滴定法測定。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

2.1.1 甘蔗汁質量分數對乳酸發(fā)酵飲品的影響

甘蔗汁質量分數對產品感官評分及pH 值的影響見圖1。

圖1 甘蔗汁質量分數對產品感官評分及pH 值的影響

由于甘蔗原汁中含糖量較高，發(fā)酵前一般需要稀釋，以降低甘蔗汁的質量分數及生產成本。由圖1可知，甘蔗汁質量分數為60%時，發(fā)酵后飲品的pH值較小，酸甜度不適宜，且味道較淡，香味不足，感官評分較低。當甘蔗汁質量分數為100%的情況下，發(fā)酵后產品的pH 值相對偏高，味道較甜，乳酸發(fā)酵風味不協(xié)調，感官評分低。因此選擇甘蔗汁質量分數為70%，80%，90% 3 個水平用于正交試驗。

2.1.2 脫脂乳粉添加量對乳酸發(fā)酵飲品的影響

脫脂乳粉添加量對產品感官評分及pH 值的影響見圖2。

圖2 脫脂乳粉添加量對產品感官評分及pH 值的影響

脫脂乳粉添加量對乳酸發(fā)酵飲品的口感、穩(wěn)定性起著重要的作用。由圖2 可知，在脫脂乳粉添加量為2%的情況下，感官評分最高，產品組織狀態(tài)均勻一致，口感濃厚細膩，酸甜可口，無異味。脫脂乳粉添加量越高，其感官評分反而越低，其原因可能是脫脂乳粉添加量過多時，會影響產品的組織狀態(tài)，且風味不協(xié)調，導致感官評分低。因此選擇脫脂乳粉添加量為1.5%，2.0%，2.5% 3 個水平用于正交試驗。

2.1.3 乳酸菌添加量對乳酸發(fā)酵飲品的影響

乳酸菌添加量對產品感官評分及pH 值的影響見圖3。

圖3 乳酸菌添加量對產品感官評分及pH 值的影響

由圖3 可知，在乳酸菌添加量為2%~4%時，產品的感官評分較高，酸度適宜，當乳酸菌添加量為1%時，pH 值偏高，酸度低，說明菌種添加量較少可能會導致發(fā)酵不完全，產品風味淡薄，感官評分低。當菌種添加量較大時，發(fā)酵后產品的香氣和口感會下降，pH 值偏低，酸甜不協(xié)調。因此選擇菌種添加量為2%，3%，4%3 個水平用于正交試驗。

2.1.4 發(fā)酵時間對乳酸發(fā)酵飲品的影響

發(fā)酵時間對產品感官評分及pH 值的影響見圖4。

圖4 發(fā)酵時間對產品感官評分及pH 值的影響

發(fā)酵時間的長短直接影響乳酸發(fā)酵飲品的口感和香氣。發(fā)酵時間過短，產酸及風味形成不足，感官評分低；發(fā)酵時間過長，會導致發(fā)酵過度，pH 值偏低，口感下降，且生產時間成本增加。由圖4 可知，隨著發(fā)酵時間的延長，pH 值逐漸下降，發(fā)酵8~12 h 的產品感官評分較高，說明這個時間段的乳酸發(fā)酵飲品口感及風味較好，酸味適中。綜合感官評價和生產成本等因素，選擇發(fā)酵時間為8，10，12 h 3 個水平用于正交試驗。

2.2 正交試驗結果與分析

2.2.1 甘蔗汁乳酸發(fā)酵飲品模糊感官評分結果

正交試驗因素與水平設計見表2。

表2 正交試驗因素與水平設計

在表2 的正交試驗設計方案基礎上，采用模糊數學評價法，得出感官評價結果。

正交試驗設計見表3，方差分析見表4。

表3 正交試驗設計

表4 方差分析

由表3 可知，基于模糊數學綜合感官評價得到的正交試驗結果表明，影響乳酸發(fā)酵飲品感官品質因素的主次順序為A＞B＞C＞D，即甘蔗汁質量分數是主要因素，脫脂乳粉添加量次之，隨后是乳酸菌添加量，發(fā)酵時間影響因素最小。A2B2C2D2為最優(yōu)因素組合，即甘蔗汁質量分數80%，脫脂乳粉添加量2%，乳酸菌添加量3%，發(fā)酵時間10 h。

由表4 可知，甘蔗汁質量分數和脫脂乳粉添加量對乳酸發(fā)酵飲品的品質影響極顯著，乳酸菌添加量影響顯著，發(fā)酵時間影響不顯著。

2.2.2 驗證試驗結果分析

正交試驗的最佳工藝組合A2B2C2D2沒有出現在正交試驗表中，因此需要進行驗證試驗，在最佳工藝條件為甘蔗汁質量分數80%，脫脂乳粉添加量2%，乳酸菌添加量3%，發(fā)酵時間10 h 的情況下，進行3 次平行試驗并取平均值，得分為89.9 分，比正交試驗表3 中的所有感官評分高，因此可將A2B2C2D2作為最佳乳酸發(fā)酵工藝組合。

2.3 乳酸發(fā)酵飲品理化指標檢測結果

以最優(yōu)工藝組合A2B2C2D2制備的甘蔗汁乳酸發(fā)酵飲品為樣品，測定其主要理化指標。

乳酸發(fā)酵飲料基礎理化指標測定結果見表5。

表5 乳酸發(fā)酵飲料基礎理化指標測定結果

3 結論

采用模糊數學法綜合評價方法，得出甘蔗汁乳酸發(fā)酵飲品的最優(yōu)生產工藝條件為發(fā)酵溫度42 ℃，甘蔗汁質量分數80%，脫脂乳粉添加量2%，乳酸菌添加量3%，穩(wěn)定劑添加量0.1%（CMC-Na 與黃原膠質量比1∶1），發(fā)酵時間10 h。在此最優(yōu)工藝條件下研制的甘蔗汁乳酸發(fā)酵飲品呈乳白色，組織狀態(tài)均勻一致，無分層，酸甜適口，具有濃郁的乳酸發(fā)酵風味和甘蔗清香，兼具營養(yǎng)、健康、美味于一體，開發(fā)前景較好。