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乳酸菌和酵母菌复合发酵南瓜汁工艺研究

2017-06-20 23:10:14      点击:

导读

我国南瓜种植面积大、产量高,但大多被直接食用,附加值不高。近年来,利用益生菌发酵果蔬汁饮品的研究日益增多。发酵果蔬汁与普通果蔬汁相比,不但能够增加果蔬制品的营养保健功能,改善果蔬制品的风味,而且有利于延长食品保质期,提高经济效益。目前,用于发酵果蔬汁的益生菌以乳酸菌为主,有保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌、干酪乳杆菌、植物乳杆菌、双歧杆菌等。以多种乳酸菌和酵母菌共同发酵的研究还较少。贺银凤通过对传统发酵产品开菲尔及内蒙酸马奶酒的研究发现,酵母菌和乳酸菌之间有共生关系。葛磊采用先乳酸菌后酵母菌的发酵方式开发了全燕麦发酵饮料。本研究以南瓜汁为原料,选取前期筛选获得的3株优质的乳酸菌与酿酒酵母共同接种于南瓜汁中进行发酵试验,通过发酵工艺参数的优选为开发有活性的南瓜功能饮料提供参考。

1材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料

南瓜、马铃薯、大豆;乳酸菌L.c、L.p、L.r;酿酒酵母SY。

1.1.2 设备

LX-B35L型立式自动电热压力蒸汽灭菌锅;DHP-9082型电热恒温培养箱;BSA1245-CW分析天平;YT-CJ-1N型超净工作台;XW80A漩涡混合器;FE20实验室pH计等。

1.1.2 设备

LX-B35L型立式自动电热压力蒸汽灭菌锅;DHP-9082型电热恒温培养箱;BSA1245-CW分析天平;YT-CJ-1N型超净工作台;XW80A漩涡混合器;FE20实验室pH计等。

1.2 方法

1.2.1 种子培养基的优化

以南瓜浆作为乳酸菌的基础培养基,选取葡萄糖补充碳源,加入豆浆补充氮源,添加碳酸钙起缓冲作用,因为碳酸钙可以中和乳酸菌产生的乳酸,避免培养基pH过低,更好地促进乳酸菌的生长。乳酸菌L.p、L.c、L.r以1∶1∶1(体积比)的接种量接种于培养基中,接种量为3%,在36℃下发酵12h。采用L9(34)正交试验设计进行试验,对乳酸菌群的种子培养基进行优化。试验因素与水平见表1。

1.2.2 发酵工艺参数的优化

为确定南瓜汁发酵的最佳条件,选择发酵菌种配比,接种量,发酵温度,发酵时间 4 个因素分别进行单因素试验,根据单因素试验结果,选择菌种配比,发酵温度,接种量设计三因素三水平的正交试验,最终确定发酵最佳工艺。

1.2.2.1 发酵时间的选择

在待发酵南瓜汁中,按菌种配比(SY∶乳酸菌群 =1∶2,体积比)接入 3 %的种子培养液,37 ℃静置发酵24 h,每 2 h 测定发酵过程 pH 的变化。

1.2.2.2 菌种配比的选择

发酵温度 37 ℃,接种量为 3 %,发酵时间为 12 h的条件下,采用不同菌种配比(SY∶ 乳酸菌群 =1∶1、1 ∶2、1 ∶ 3、1 ∶ 4、1 ∶ 5,体积比)对南瓜汁进行发酵,根据pH、活菌数及感官得分确定最佳菌种配比。

1.2.2.3 接种量的选择

发酵温度 37 ℃,菌种配比(SY ∶ 乳酸菌群 =1 ∶ 2,体积比),发酵时间为 12 h 的条件下,采用不同接种量(1 %、2 %、3 %、4 %、5 %) 对南瓜汁进行发酵, 根据pH、活菌数及感官得分确定最佳接种量。

1.2.2.4 发酵温度的选择

在接种量为 3 %,菌种配比(SY ∶ 乳酸菌群 =1 ∶ 2,体积比),发酵时间 12 h 的条件下,采用不同发酵温度(30、33、36、39、42 ℃)对南瓜汁进行发酵,根据 pH、活菌数及感官得分确定最佳发酵温度。

1.2.2.5 感官评价

采用评分检验法对发酵南瓜汁进行感官评价。 分析评定的指标有色泽、香气、滋味和组织状态,各指标评分标准见表 2。

综合得分为 4 个指标评分之和, 即综合得分=色泽得分+香气得分+滋味得分+组织状态得分。

1.2.2.6 发酵工艺条件正交试验

在单因素试验结果的基础上,为进一步得到南瓜汁发酵的最佳工艺条件, 对影响南瓜汁发酵的 3 个主要因素:菌种配比(1 ∶ 2、1 ∶ 3、1 ∶ 4,体积比),接种量(2 %、3 %、4 %),发酵温度(34、36、38℃)进行优化组合,选用三因素三水平正交试验设计,测定发酵过程的 pH、活菌数及感官得分,确定最佳发酵工艺条件。试验设计的各因素水平见表3。

2结果与讨论

2.1 种子培养基的优化

由表 4 的极差 R 值可以看出 RD>RB>RA>RC, 即在正交试验所设计的各因素水平中,豆浆、南瓜浆、葡萄糖、碳酸钙的添加量对于种子液活菌数的影响依次增大,碳酸钙对活菌数的影响最大,葡萄糖次之,两种物质对于乳酸菌的生长作用明显。从表 4 还可以看出,活菌数对数最高的是A3B2C1D3, 进一步绘制各因素水平趋势,如图 1 所示。

直观分析得出的最佳组合为 A3B2C1D3, 与正交试验结果一致, 因此种子液培养基的最佳组合为A3B2C1D3,即南瓜浆含量 40 %,葡萄糖 2 %,豆浆 5 %和碳酸钙 0.4 %。

2.2 发酵工艺优化

2.2.1 发酵时间对发酵过程的影响

酸性饮料的 pH 一般为 3.8~4.2。由图 2 可知,发酵时间对发酵过程pH 变化影响显著。 在发酵初始阶段(0 h~2 h),pH 下降较慢,在发酵 2 h~8 h 时,各菌株生长旺盛,产酸较快,发酵 10 h 时,pH 为 4.09,已达到酸性饮料的要求,为了使发酵风味更好,适当延长发酵时间至 12 h,此时 pH 为 3.94,发酵液感官评分较高,所以确定发酵时间为 12 h。

2.2.2 菌株配比对发酵过程的影响

从表 5 可以看出,在发酵温度为 37 ℃,接种量为3 %,发酵 12 h 的条件下,不同菌种配比对 pH、乳酸菌活菌数及感官得分都具有显著性差异,菌种配比为 1 ∶3(体积比)时,pH 为 3.89,感官得分为 8.5,lg(CFU/mL)为 9.13,此时感官得分较高,乳酸菌含量丰富,因此确定菌种配比为 1 ∶ 3(体积比)。

2.2.3 接种量对发酵过程的影响

由表 6 可以看出, 不同接种量对于发酵过程具有显著性差异。 随着接种量的增加,产酸增加,pH 下降,感官评定分值升高,乳酸菌数量增加,当接种量为 3 %,继续增加接种量,pH 变化不显著, 感官得分及活菌数量均有所下降。 因此,确定接种量为 3 %。

2.2.4 不同发酵温度对发酵的影响

由表 7 可以看出, 发酵温度对于产品风味和乳酸菌的含量有显著影响。当温度在30 ℃~39 ℃时,随着温度的升高,产酸增加,pH 下降,产品风味较好,但是当温度大于 36 ℃时,活菌数有所下降。 因此,综合考虑,确定发酵温度为36℃。

2.2.5 发酵工艺优化结果

从表 8 正交试验结果的极差分析可以看出, 各试验组 pH 符合酸性发酵饮料的标准。 就感官得分的影响因素而言,菌种配比、发酵温度、接种量对感官指标的影响依次减少。 就乳酸菌活菌数的影响因素而言,接种量、发酵温度、菌种配比对活菌数的影响依次减少。 进一步绘制各因素水平与感官得分、活菌数对数值的效应曲线图。

由效应曲线图 3 可知,对于感官得分的影响,各因素的最优水平为A2B2C2,从效应曲线图 4 可知,对活菌数的影响, 各因素的最优水平为A2B2C2,最优组合一致。与试验中出现的两个最优组合A2B1C2和A2B2C3相比较,是由于因素 B 和 C 有差异。 为了进一步确定结果,通过试验测定 A2B2C2组的各项指标,得到 pH3.83,感官得分 8.9,lg(CFU/mL)为 9.20,优于试验组 A2B1C2和 A2B2C3,因此,选择A2B2C2 作为最佳发酵工艺条件,即发酵温度 36 ℃, SY∶乳酸菌群=1∶3, 接种量 3 %,发酵时间为 12 h。

3结论

本文以南瓜汁为原料,通过多种乳酸菌和酵母菌共同发酵, 开发了一款风味独特的南瓜汁发酵饮料。 对发酵剂的种子培养基和发酵工艺进行了研究。确定乳酸菌种子培养基为以南瓜浆为基础, 添加豆浆、葡萄糖以补充氮源及碳源、添加碳酸钙调节培养基 pH。 通过正交试验设计优化了种子培养基配方为:南瓜浆含量 40 %,葡萄糖 2 %,豆浆 5 %和碳酸钙0.4%。在此条件下,乳酸菌对数值可以达到 9.37。对发酵过程中对酿酒酵母和乳酸菌群的菌种配比、 接种量、发酵温度、发酵时间进行优化,确定了最佳发酵工艺:发酵温度 36 ℃,酿酒酵母 SY∶乳酸菌群(体积比)=1∶3,接种量 3 %,发酵时间为 12 h。

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