猴头菇山楂饮料制备工艺及稳定性研究

孔祥辉,李定金,罗舒函,段振华,*,韩 冰,杨国力,陈喜君

(1.贺州学院食品科学与工程技术研究院,广西贺州 542899;2.黑龙江省科学院微生物研究所,黑龙江哈尔滨 150010;3.哈尔滨商业大学,黑龙江哈尔滨 150076;4.黑龙江众生生物工程有限公司,黑龙江哈尔滨 150028;5.黑龙江省菌物药工程技术研究中心,黑龙江哈尔滨 150028)

猴头菇(HericiumErinaceus)又叫刺猬菌、猴头菌、猴蘑,是一种营养丰富、味道鲜美的食用菌[1]。每百克猴头菇含26.3 g蛋白质,是香菇的二倍,有“素中荤”称号;氨基酸种类达16种之多,包括7种人体必需氨基酸[2];每百克猴头菇含4.2 g脂肪,是名副其实的高蛋白、低脂肪食物,且富含各种维生素和矿物质[2-3]。猴头菇性平、味甘,利五脏,助消化,具独特的消化道保护、调理和修复功能[1,4],猴头菇多糖可促进胃肠道益生菌的生长[5],能增强人体免疫力、抗胃肠道肿瘤。最新研究表明口服猴头菇8周可减轻抑郁、焦虑和睡眠障碍[6]。山楂又名山里红,蔷薇科山楂属[7],含糖类、蛋白质、脂肪、维生素C、胡萝卜素、苹果酸、枸橼酸、钙和铁等物质,有健脾开胃、消食化滞、改善食欲之效,具有降血脂、降血压、强心、抗心律不齐等作用[8-13]。

目前,通过酶解技术处理猴头菇的目的多为提高多糖提取率[14-16],也有利用酶解后获得的β-葡聚糖延缓小麦面包粉中淀粉消化[17],而用于饮料生产的猴头菇酶解条件研究较少[18]。近年来,随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快,人们不仅对饮料的色、香、味的要求越来越高,而且对天然、营养、保健饮料需求量增加,具有多种调理功能的蘑菇饮料成为研究热点,例如猴头菇营养饮料[19]、黑枸杞山楂银耳复合饮料[20]、调味黑木耳饮品[21]和双耳颗粒果肉饮料[22]等。猴头菇苦味重,食用前需泡发,程序繁琐,口感不佳,限制了食用和其保健功效开发。目前,国内外市场上猴头菇加工的产品有罐头食品[23]、琼脂软糖[24]、保健酒[25]、保健醋[26]等,也有猴头菇饮料[27],但一方面仍需研制特殊配方和工艺调整猴头菇饮料口感以便于产业化应用,另一方面通过工艺创新使猴头菇更多活性成分释放到饮料中,使猴头菇营养作用和功效作用得到最佳发挥。

本研究以鲜猴头菇和山楂为主要原料,研究纤维素酶解最佳条件,提高了猴头菇汁中固形物含量;采用正交试验确定猴头菇山楂果肉饮料最佳配比和保持饮料稳定的复合增稠剂配方,获得一款性状均一稳定、色泽光亮,美味爽口的猴头菇山楂均质饮料。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

猴头菇(新鲜) 海林猴头菇基地;山楂(新鲜) 市售;纤维素酶 10000 U/g,天津市巴斯天化工有限公司;羧甲基纤维素钠(FVH9)、黄原胶(11138-66-2)、海藻酸钠(5400)、山梨酸钾 食品级,郑州天顺食品添加剂公司;柠檬酸、氢氧化钠 分析纯,天津市天新精细化工开发中心。

HHS-12型电热恒温水浴锅 上海东星建材试验设备有限公司;202型电热恒温干燥箱 天津市泰斯特仪器有限公司;PHS-25型 pH计 上海伟业仪器厂;CGJB型均质机 河南郑州玉祥机械设备有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 猴头菇山楂果肉饮料的工艺流程及操作要点

1.2.1.1 猴头菇原料预处理 选择无病害新鲜猴头菇,除杂,流水清洗,浸泡30 min;榨汁、酶水解、煮沸、过滤,鲜猴头菇和水以1∶9比例打浆榨汁,调pH5.0,加入1.2%纤维素酶,40 ℃水浴酶解2.5 h,100 ℃煮沸3 min,260目滤网挤压过滤,滤液为猴头菇汁。

1.2.1.2 山楂原料预处理 精选山楂,去核除杂,流水清洗,将山楂与水以1∶2比例混合,加热至100 ℃煮3 min,冷却至室温,放入榨汁机中打浆榨汁,260目滤网挤压过滤,滤液为山楂汁。

1.2.1.3 猴头菇山楂果肉饮料成品制备 将猴头菇汁液、山楂汁、蔗糖以一定比例调配,260目滤网过滤得猴头菇山楂果肉饮料,将0.2%羧甲基纤维素钠、0.2%黄原胶和0.1%海藻酸钠加入果肉饮料中,溶解均匀;均质、灌装、杀菌,饮料采用均质机均质(均质条件:20 MPa,温度60至65 ℃,2 min),装入已灭菌玻璃瓶中,高于60 ℃热灌装,封盖,巴氏杀菌,冷却至室温即得成品。

1.2.2 猴头菇酶解最优条件

1.2.2.1 单因素实验

a. pH对猴头菇汁固形物得率的影响:猴头菇20 g,加180 g水打浆,加1.2%纤维素酶,分别在初始pH为3.0、4.0、5.0、6.0、7.0的条件下,于40 ℃酶解100 min,测定pH对猴头菇汁固形物得率的影响。

b. 纤维素酶量对猴头菇汁固形物得率的影响:猴头菇20 g,加180 g水打浆,加柠檬酸溶液调pH4.0,分别加入0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%纤维素酶,40 ℃酶解100 min,酶添加量对猴头菇汁得率的影响。

c. 酶解时间对固形物得率的影响:猴头菇20 g,加180 g水打浆,加入1.2%纤维素酶,加柠檬酸溶液调pH4.0,40 ℃酶解0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h,酶解时间对猴头菇汁固形物得率的影响。

d. 酶水解底物浓度对固形物得率的影响:猴头菇20 g,分别加60、80、120、180、380 g水(底物浓度为25%、20%、15%、10%、5%)打浆,加1.2%纤维素酶,加柠檬酸溶液调pH4.0,40 ℃酶解100 min,底物浓度对猴头菇汁固形物得率的影响。

1.2.2.2 正交试验确定猴头菇酶水解最优条件 通过单因素试验选择正交试验的影响因素与水平,采用L9(34)表正交试验方案,实验设计的因素水平见表1,以猴头菇汁固形物得率为指标确定最佳酶解条件。

表1 猴头菇酶水解正交实验因素和水平Table 1 The factors and levels of orthogonal experiment on enzymatic hydrolysis of H.Erinaceus

1.2.3 猴头菇山楂果肉饮料最佳配方

1.2.3.1 猴头菇汁添加量对饮料品质的影响 分别设置猴头菇汁添加量为7.5%、10%、12.5%、15%和17.5%,分别添加山楂汁20%和蔗糖6%,调配饮料进行感官综合评价。

1.2.3.2 山楂汁添加量对饮料品质的影响 分别设置山楂汁添加量为20%、22.5%、25%、27.5%和30%,分别添加猴头菇汁15%,蔗糖6%,调配饮料进行感官综合评价。

1.2.3.3 蔗糖添加量对饮料品质的影响 分别设置蔗糖添加量为5%、6%、7%、8%和9%,取猴头菇汁添加量15%,山楂汁添加量25%,调配饮料进行感官综合评价。

1.2.3.4 正交试验确定饮料最佳配方 以猴头菇汁、山楂汁和蔗糖添加量为实验因素,采用三因素三水平正交试验设计,根据单因素实验结果,正交因素水平见表2,以感官评价为指标确定饮料最佳配方。

表2 猴头菇山楂果肉饮料配方正交实验因素和水平表Table 2 The factors and level of orthogonal experimental of H.Erinaceus and hawthorn pulp beverage

1.2.4 稳定剂对饮料品质的影响 采用L9(34)正交试验设计方案进行最佳工艺条件试验,根据预实验结果和稳定剂的应用[22,28-30]设计的因素和水平见表3,以感官评价为指标确定最佳稳定剂配方。

表3 饮料稳定性正交实验因素水平表Table 3 The factors and level of orthogonal experimental of stability of beverage

1.2.6 测定方法

1.2.6.1 猴头菇汁固形物得率 称取经260目滤网挤压过滤的、混合均匀状态的猴头菇汁10 g于已知重量的平皿中,置于80 ℃烘箱中鼓风式烘干置恒重,再称重,用所得干物质净重除以10即为每克猴头菇汁中固形物的质量,计算采用以下公式。

猴头菇汁固形物得率(%)=过滤后猴头菇汁的质量烘干得到每克猴头菇汁中固形物的质量/猴头菇干重占湿重的百分比×猴头菇样品湿重的质量×100

文中山楂汁固形物得率测定方法及公式同猴头菇汁固形物得率。

1.2.6.2 感官评价测定 请食品科学与工程专业的老师和同学组成 10 人的(男∶女=1∶1)评价小组,分别从色泽、风味、滋味、组织状态四个方面对产品的感官品质进行评分,对复合饮料的综合品质从色泽、香味、组织状态和滋味4方面进行感官评定(计分标准见表4),满分为100分,取平均值为最终结果。

表4 猴头菇山楂果肉饮料感官评价指标Table 4 The sensory evaluation index of flesh beverage of H.Erinaceus and Hawthorn

1.2.7 微生物指标检测 菌落总数、大肠杆菌、致病菌的检测参照 GB/4789.21-2003《食品卫生微生物学检验 冷冻食品、饮料检验》中规定的方法。

1.3 数据处理

实验每个处理设置3次重复,采用平均值±标准差方式。数据分析与统计使用软件Microsoft Excel 2007。

2 结果与分析

2.1 猴头菇酶解最佳反应条件

2.1.1 pH、纤维素酶添加量、酶解时间和底物浓度对猴头菇汁固形物得率的影响 pH对猴头菇汁固形物得率的影响如图1A,固形物得率随pH增大,出现了先升后降趋势,当pH为4.0时固形物得率最大达40.33%。可能是在特定pH范围内酶活力最佳,pH过高过低会使酶活性下降。纤维素酶量对猴头菇汁固形物得率影响如图1B,固形物得率随纤维素酶量增大出现先升后降趋势,当纤维素酶量1.2%时,固形物得率达到最大45.26%。可能是由于纤维素酶作为生物催化剂,与底物吸附程度有一定限制;当加酶量达饱和时,增加酶量对其水解作用影响不大,酶活力反而降低[31]。酶解时间对猴头菇汁固形物得率影响如图1C,固形物得率随酶解时间延长出现升高趋势,酶解时间2.0和2.5 h猴头菇汁固形物得率分别为53.21%和52.99%,差异不大。这可能是当酶解时间超过2.0 h时,随着酶的消耗,酶活性开始显现下降趋势[31]。底物浓度对猴头菇汁固形物得率影响结果如图1D。猴头菇汁固形物得率随底物浓度增大出现了先升高后降低趋势,底物浓度为10%和5%时猴头菇汁固形物得率分别为57.69%和57.21%。这可能是由于底物浓度增加,溶液量相对减少,溶液粘稠度增加,酶解过程中酶的转移受到限制,酶活性逐渐降低[31]。图1中,在同一条件下猴头菇固形物得率有差异,是由于实验材料为新鲜猴头菇,样品来自于猴头菇种植基地,批次间猴头菇的含水量、成熟度均有较大差异,打浆后采用260目滤网粗过滤方式获得含细小果肉的浊汁型饮料。实验结果可作为同批次猴头菇原料实验结果的比较。

图1 pH、纤维素酶量、酶解时间和底物浓度对猴头菇汁得率影响Fig.1 Effects of pH,cellulase,hydrolysis time and substrate concentration on the yield of Hericium Erinaceus juice

2.1.2 猴头菇酶解最优条件 在单因素实验基础上进行正交实验优化酶解工艺,结果见表5。

表5 猴头菇酶水解正交实验Table 5 Orthogonal experiment on enzymatic hydrolysis of hericium

各因素对猴头菇汁固形物得率的影响程度依次为D>C>B>A,最佳工艺配方为A3B2C3D1,即pH5.0,纤维素酶添加量1.2%,酶解时间2.5 h,底物浓度5%。由于正交实验所得出的最优方案不在上述9组实验内,故进行验证实验,得到的猴头菇汁固形物得率为65.83%±1.06%,故确定A3B2C3D1为最优方案。

2.2 猴头菇山楂果肉饮料最佳配方研究

以固形物得率65.83%的猴头菇酶解汁和按照工艺流程获得的固形物得率17.5%的山楂汁进行饮料调配的单因素实验和正交实验。

2.2.1 猴头菇酶解汁、山楂汁、蔗糖添加量对饮料感官评分的影响 猴头菇汁添加量对饮料品质的影响结果如图2A。随猴头菇汁添加量增加,感官评分先升高后降低。猴头菇汁添加量15%,得分最高为91.4分。猴头菇汁添加过量会导致猴头菇苦味加重,导致感官评分下降。不同山楂汁添加量对饮料品质的影响结果如图2B。随山楂汁添加量增加,感官评分先上升后降低。在山楂汁添加量25%时,感观评分最高,达92.8分,这可能是由于山楂汁对饮料有增香作用,随山楂汁添加量增加,逐步改善了猴头菇的苦味,但山楂汁添加量过高,导致饮料酸味过重,掩盖了猴头菇风味从而导致饮料感官评分下降。蔗糖添加量对制品品质的影响结果如图2C。随蔗糖添加量增加,感官评分呈先上升后降低趋势。蔗糖添加量8%时,感观评分最高达92.6分,这可能是由于蔗糖对饮料有提味作用,随蔗糖添加量增加,饮料甜度增加,但蔗糖添加量过高,导致饮料过甜从而导致饮料感官评分下降。

图2 猴头菇汁和山楂汁添加量对饮料感官品质的影响Fig.2 The effect of added amount of Hericium erinaceus juice and Hawthorn juice on beverage quality

2.2.2 猴头菇山楂果肉饮料最佳配方确定 在单因素实验基础上进行正交实验,优化调配工艺,其结果如表6。

表6 饮料最佳配方正交试验表Table 6 The orthogonal test table for optimum formulation of Beverage

各因素对猴头菇山楂果肉饮料品质影响程度依次为B>C>A,最佳工艺配方为猴头菇酶解汁15%、山楂汁25%、蔗糖8%,由于正交实验所得出的最优方案不在上述9组内,故进行验证实验。经验证实验后感官评分为91.2分,故确定A2B2C2为最优方案,获得猴头菇山楂饮料呈黄红色,质地均匀,酸甜可口(见图3A)。

2.3 稳定剂对饮料品质的影响

由表7可知,各因素对猴头菇山楂饮料感官评分的影响程度依次为C>B>A,最佳工艺配方(A3B3C1)为羧甲基纤维素钠0.2%、黄原胶0.2%、海藻酸钠0.1%。由于正交实验所得出的最优方案不在上述9组内,故进行一组验证实验。经验证实验后感官评分为93.1分,故确定A3B3C1为最优方案,生产的猴头菇山楂饮料静置一年后,质地均匀,无明显分层,饮料色泽亮丽,口感清凉绵柔,无较大变化(见图3B)。

图3 猴头菇山楂饮料Fig.3 H. Erinaceus-Hawthorn beverage products

表7 饮料稳定剂最佳配比正交试验Table 7 The orthogonal test of optimum proportion of beverage stabilizer

2.4 饮料批量生产成品指标检验

饮料申报备案了企业标准(猴头菇复合饮料Q/HBW 0005S-2017),并批量生产(见图3C),产品达到的检验指标如下。

2.4.1 感官指标 色泽呈淡黄红色,均匀一致。香味:具猴头菇菌香味和山楂淡淡的自然香气,酸甜适度,风味可口,无异味。组织形态:浊汁型,无沉淀、无凝块。杂质:无杂质。

2.4.2 微生物指标 微生物指标:经检测饮料成品灭菌操作成功,无大肠杆菌和致病菌,符合国家标准(细菌总数≤100 CFU/100 mL,大肠菌群≤3 MPN/100 mL,致病菌:未检出)。

3 结论与讨论

以鲜猴头菇汁为主要原料,添加山楂汁、蔗糖作为配料,使用复合稳定剂提高猴头菇山楂果肉饮料的稳定性。通过单因素和正交的实验方法确定猴头菇汁固形物得率为65.83%的最佳酶解条件为pH5.0,纤维素酶1.2%,底物浓度5%,酶解2.5 h。通过感官评价确定的猴头菇山楂果肉饮料最佳配方为猴头菇汁15%,山楂汁25%,蔗糖8%,羧甲基纤维素钠0.2%、黄原胶0.2%、海藻酸钠0.1%,饮料口感风味最佳,且质地均匀、不分层、不结块。

陶静[18]等采用2.0%果胶酶,酶解获得可溶性固形物含量为92.00 mg/g(即9.2%)。本实验酶解底物为鲜猴头菇,采用1.2%纤维素酶优化的酶解工艺可使猴头菇酶解汁固形物含量65.83%。本研究基于鲜猴头菇破碎榨汁后,酶解方法使猴头菇汁的固形物得率大幅提高,对实际生产中直接采用鲜猴头菇酶解制备饮料具有一定的指导意义。有研究表明,经固定化酶处理后,果汁透光率、可溶性固形物和还原糖含量显著增加[32-33],未来可开展固定化复合酶技术用于制作澄清型猴头菇山楂果汁。