银杏果黑米乳复合饮料的发酵工艺及超声波强化稳定性研究

李超

（徐州工程学院食品工程学院，江苏徐州221018）

银杏果黑米乳复合饮料的发酵工艺及超声波强化稳定性研究

李超

（徐州工程学院食品工程学院，江苏徐州221018）

以银杏果、黑米和脱脂乳粉为主要原料，对其发酵工艺和超声波强化稳定性工艺进行优化。结果表明：乳酸菌用量、发酵温度和发酵时间对得分影响都极显著，银杏果黑米乳复合饮料的最佳发酵工艺参数为乳酸菌用量6%、发酵温度52℃和发酵时间1 h，此时得分90.7分；占空比对离心沉淀率影响影响明显、超声温度影响极显著、超声时间影响不明显，超声波强化稳定性工艺参数为占空比0.6 s/s、超声温度66.3℃和超声时间10.2 min，此时离心沉淀率为0.2427%；将银杏果、黑米和脱脂乳粉制成的复合发酵饮料自然清香、酸甜适中、复合风味明显。

银杏果；黑米；脱脂乳粉；发酵工艺；稳定性工艺

0 引言

银杏果，又名白果，富含蛋白质、淀粉、多糖、矿物质、粗纤维和多种维生素等成分[1-4]。其具有抗氧化、降血脂、调节免疫等功效[5-9]。黑米中含有蛋白质、碳水化合物、维生素、无机盐、色素、黄酮和多酚等成分[10-12]。其具有抗氧化、抗炎、抗肿瘤、调节免疫等功效[13-16]。本文选用银杏果、黑米和脱脂乳粉为主要原料，首先其发酵工艺条件进行优化，然后针对该饮料在加工贮藏过程中易出现分层及稳定性降低等现象，采用超声波辅助化学稳定剂提高其稳定性，为该饮料实际生产提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

银杏果、黑米和脱脂乳粉，市售；卡拉胶，黄原胶，CMC-Na，单甘脂和果胶，川秀乳酸菌（保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌），中温a-淀粉酶(活力4 000 U/g)。

1.2 仪器与设备

KBS-250型数控超声细胞粉碎机，TGL-16G型台式离心机，pHS-3C型酸度计，JYZ-A511型榨汁机，WY-IT型手持折光仪，HH-4数显恒温水浴锅。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

原料→预处理→制汁→调配→发酵→添加稳定剂→过滤→均质→超声波处理→脱气→灌装→杀菌→产品

1.3.2 操作要点

（1）银杏果汁的制备。

银杏果→去壳→清洗→浸泡（1∶10，室温，2 h）→蒸煮→打浆（1∶5，室温，10 min）→糊化→酶处理→灭酶（100℃，5 min）→纱布过滤→备用

（2）黑米汁的制备。

黑米→清洗→浸泡（1∶10，室温，2 h）→蒸煮→打浆（1∶5，室温，10 min）→糊化→酶处理→灭酶（100℃，5 min）→纱布过滤→备用

（3）乳汁的制备。

脱脂乳粉→冲泡（1∶10，80℃水）→过滤→乳汁

（4）调配。银杏果汁添加量150 mL、黑米汁添加量150 mL、乳汁添加量150 mL、水添加量150 mL和白砂糖添加量36 g搅拌混合。

（5）过滤。200目滤网过滤。

（6）均质。25 MPa，55℃，2次。

（7）脱气。60℃，50 kPa，15 min。

（8）杀菌。93℃，25 min。

1.3.3 指标测定

pH值按照GB/T 10786-2006测定[17]；可溶性固形物按照GB/T 12143-2008测定[18]；细菌总数按照GB/T 4789.2-2010测定[19]；大肠杆菌数按照GB/T 4789.3-2010测定[20]。

离心沉淀率测定：准确称取待测样，4 000 r/min离心30 min，取沉淀物，85℃烘干1 h，得沉淀物。离心沉淀率=沉淀物质量/待测样质量×100%。

2 结果与分析

2.1 发酵工艺

2.1.1 单因素试验

2.1.1.1 乳酸菌用量的确定

在发酵温度48℃和发酵时间1 h的条件下，考查乳酸菌用量的影响，结果如表1所示。由表1可以看出，随着乳酸菌用量的加大，发酵速度加快，发酵出来的饮料富有银杏、黑米和乳的自然香味，发酵特征显现，得分增加；在乳酸菌用量6%时，感官得分达到最大值89.6；当乳酸菌用量超过6%，酸味过重，甚至有异味产生。故综合考虑选择乳酸菌用量6%。

2.1.1.2 发酵温度的确定

在乳酸菌用量6%和发酵时间1 h的条件下，考查发酵温度的影响，结果如表2所示。温度过低不利于乳酸菌菌体的生长，产酸也低；温度过高会造成菌体老化过快。合理的温度是乳酸菌发酵的一个重要保证。由表2可以看出，在52℃时，效果较好，故选择发酵温度52℃。

2.1.1.3 发酵时间的确定

在乳酸菌用量6%和发酵温度52℃的条件下，考查发酵时间的影响，结果如表3所示。由表3可以看出，当发酵1 h时，酸甜适中，发酵风味明显，味道协调；当发酵时间少于1 h时，酸味偏淡；当发酵时间超过1 h时，酸味过重，甚至有异味产生，经济效益上也不合理。故综合考虑选择发酵时间1 h。

表1 乳酸菌用量的影响

表2 发酵温度的影响

表3 发酵时间的影响

2.1.2 正交实验

优良的配方对于饮料的色泽、香气和滋味是至关重要，本研究采用L9(3)4寻找最佳工艺参数，感官评分标准如表4所示；因素水平如表5所示；正交实验结果如表6所示；方差分析结果如表7所示。

表4 感官评分标准

表5 因素水平表

表6 正交试验结果

表7 方差分析结果

由表7可以看出：影响产品品质的因素主次顺序为B＞A＞C，最优方案为A2B2C2，即乳酸菌用量6%、发酵温度52℃和发酵时间1 h。重复验证3次，平均得分为90.7分。

2.2 超声波强化稳定性工艺

2.2.1 单因素试验

2.2.1.1 化学稳定剂种类的确定

在占空比为0.6 s/s、超声功率150 W、超声温度40℃和超声时间5 min的条件下，考查化学稳定剂种类的影响，结果如图1所示。由图1可以看出，5种化学稳定剂种类中果胶对应的离心沉淀率最小，故选择化学稳定剂种类果胶。

2.2.1.2 占空比的确定

在化学稳定剂种类果胶、超声功率150 W、超声温度40℃和超声时间5 min的条件下，考查占空比的影响，结果见图2。由图2可知，随着占空比增加，离心沉淀率先降低后增加；但当占空比达到0.6 s/s时，离心沉淀率达到最小值0.6336%。故选择占空比0.6 s/s。

2.2.1.3 超声功率的确定在化学稳定剂种类果胶、占空比为0.6 s/s、超声温度40℃和超声时间5 min的条件下，考查超声功率的影响，结果见图3。由图3可知，随着超声功率增加，其空化效应增强，对饮料中不溶物的冲击也增强，不溶物更多地被打碎，溶解性增加；但当超声功率进一步增加时，其加速了果胶分子和饮料中不溶物碰撞的机会，两者接触形成较大分子量复合物的机会增加，当这个程度超过由于不溶物被打碎而使溶解性增加的程度时，离心沉淀率就会增加；当超声功率达到150 W时，离心沉淀率达到最小值0.6336%。同时考虑到KBS-250型数控超声细胞粉碎机每次调节的最小刻度，故固定超声功率150 W。

图1 稳定剂种类的影响

图2 占空比的影响

图3 超声功率的影响

图4 超声温度的影响

2.2.1.4 超声温度的确定

在化学稳定剂种类果胶、占空比为0.6 s/s、超声功率150 W和超声时间5 min的条件下，考查超声温度的影响，结果如图4所示。由图4可以看出，随着超声温度增加，离心沉淀率先降低后增加；但当超声温度达到70℃时，离心沉淀率达到最小值0.3789%。故选择超声温度70℃。

2.2.1.5 超声时间的确定

图5 超声时间的影响

在化学稳定剂种类果胶、占空比为0.6 s/s、超声功率150 W和超声温度70℃的条件下，考查超声时间的影响，结果见图5。由图5可知，随着超声时间增加，离心沉淀率先降低后增加；但当超声时间达到10 min时，离心沉淀率达到最小值0.2751%。故选择超声时间10 min。

2.2.2 Box-Behnken试验

2.2.2.1 模型的建立

选取影响显著的三个因素，进行Box-Behnken试验设计，因素水平如表8所示。

表8 因素水平

设该模型的二次多项方程为y=α0+α1x1+α2x2+α3x3+α12x1x2+α13x1x3+α23x2x3+α11x12+α22x22+α33x32，式中：y为预测离心沉淀率；x1，x2，x3为自变量代码值；α0为常数项；α1，α2，α3为线性系数；α12，α13，α23为交互项系数；α11，α22，α33为二次项系数。

运用Design expert V7.0.0软件对表9实验结果进行回归拟合，得回归方程为离心沉淀率=14.35-14.13x1-0.29x2-0.076x3+4.45x1x2-4.75x1x3-3.2x2x3+11.68x12+2.15x22+3.84x32。

表9 实验结果

表10 方差分析结果

对该方程进行方差分析，结果如表10所示。由表10可以看出，模型具有高度显著性(P＜0.0001)，R2Adj= 0.9806和信噪比27.514，远大于4，可知回归方程拟合度和可信度均很高。

2.2.2.2 响应曲面分析与验证实验

根据回归方程，作响应面和等高线图见图6。结合表10中P值可知：模型的一次项x1显著，x2极显著，x3不显著；交互项都不显著；二次项都极显著。对回归方程逐步回归，删除不显著项，再求一阶偏导，并令其为0，得最佳工艺参数占空比0.6 s/s、超声温度66.3℃和超声时间10.2 min，此时理论离心沉淀率0.2391%。重复验证3次，实际离心沉淀率0.2427%。

2.3 产品质量指标

（1）感官指标。灰白色，色泽均匀；富有银杏、黑米和乳特有的自然清香气味；酸甜适中，复合风味明显、有层次感。

图6 占空比、超声温度及其相互作用的响应面和等高线

图7 占空比、超声时间及其相互作用的响应面和等高线

（2）理化指标。pH值4.2～4.5，可溶性固形物8.2%～8.6%。

（3）卫生指标。细菌总数≤100 CFU/mL，大肠杆菌数≤3 MPN/100mL。

图8 超声温度、超声时间及其相互作用的响应面和等高线

3 结论

银杏果黑米乳复合饮料的最佳发酵工艺参数为乳酸菌用量6%、发酵温度52℃和发酵时间1 h，此时得分90.7分；超声波强化稳定性工艺参数为占空比0.6 s/s、超声温度66.3℃和超声时间10.2 min，此时离心沉淀率为0.2427%；将银杏果、黑米和脱脂乳粉制成的复合发酵饮料自然清香、酸甜适中、复合风味明显。

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Optimization of fermentation process and ultrasonic-assisted stability process of compound beverage of ginkgo fruit，black rice and skimmed milk powder

LI Chao
(College of Food Engineering,Xuzhou Institute of Technology,Xuzhou 221018,China)

The fermentation process and ultrasonic-assisted stability process of the compound beverage made from ginkgo fruit,black rice and skimmed milk powder was studied in the paper.The results showed that the dosage of lactic acid bacteria,fermentation temperature and fermentation time were very significant,and the best fermentation conditions of compound beverage of ginkgo fruit,black rice and skimmed milk powder were obtained as follows:dosage of lactic acid bacteria 6%,fermentation temperature 52℃and fermentation time 1 h.Under the optimized conditions,it can be included that the sensory score was 90.7.The duty ratio was significant,ultrasonic treatment time very sig⁃nificant and ultrasonic treatment time insignificant.The optimum conditions of the ultrasonic-assisted stability process were obtained as fol⁃lows:duty ratio 0.6 s/s,ultrasonic treatment temperature 66.3℃,ultrasonic treatment time 10.2 min.Under the optimized conditions,it can be coucluded that the best centrifugal sedimentation rate was 0.2427%.The compound fermentation beverage prepared in the optimal condi⁃tions exhibited a taste of natural fragrance,moderate sweet and sour,and obvious complex flavor.

Ginkgo fruit;black rice;skim milk powder;fermentation process;stability process

TS252.54

A

1001-2230（2017）05-0059-06

2016-08-15

国家星火计划项目(2014GA690103);国家科技富民强县专项行动计划项目(BN2012102);江苏省苏北科技发展计划项目(BN2015018);江苏省高校自然科学研究项目(13KJD550006)。

李超(1978－)，男，副教授，研究方向为天然产物化学和食品加工。