黑木耳荞麦复合乳酸发酵饮料发酵条件的优化

周琦，任天琦，汪琢

（沈阳工学院生命工程学院，辽宁 抚顺 113122）

黑木耳是一种食用性真菌，富含碳水化合物、蛋白质和纤维素，脂肪含量较低，其蛋白质的含量是牛奶的6倍，并且钙、磷、铁、纤维素含量也很多，此外，还含有甘露聚糖、葡萄糖、木糖等，以及卵磷脂、麦角甾醇和维生素C等，都具有很好的清理肠道的功能，并且在黑木耳中含有的一种纤维素可以帮助促进人的肠道蠕动，帮助身体把体内的有毒物质代谢出来，因此也被人们称作人体的“清道夫”[1-6]。由于黑木耳具有清肠功能并且营养物质丰富，使得黑木耳在食品饮料领域中具有良好的市场价值和开拓前景。

荞麦，别名甜荞、乌麦、三角麦，含有丰富的膳食纤维，其含量是一般精制大米的10倍，含有的铁、锰、锌等微量元素也比一般谷物丰富[7-9]。其性甘味凉，有开胃宽肠，下气消积、健脾益气的功能，既能促进肠胃蠕动，又能舒解便秘；同时膳食纤维还能将肠道中的有害物质顺利排出；改善肠道菌群，为乳酸菌的增殖提供能量和营养[10-12]。

目前，开发黑木耳饮料的热度正逐渐上升，如黑木耳红糖姜汁复合饮料的研制、黑木耳黑米和黑豆复合饮料的研制、黑木耳人参复合乳酸发酵饮料的工艺研究，等产品正逐渐被开发。并且对于荞麦饮料方面的研究也较受欢迎，比如荞麦桑叶复合菌发酵饮品、苦荞麦醋酸发酵保健饮料、双菌种发酵苦荞麦酸乳饮料的研究等也同样具有高热度[13-15]。所以黑木耳和荞麦这两种功能性很强的原料目前正处于研究热点，而将二者结合起来进行复合发酵的工艺还未见报道，本研究将黑木耳和荞麦进行复合乳酸发酵，其研究意义在于将两种同功能的原料结合到一起以发挥它最有益的功效，并在乳酸发酵的基础上得到一款促进肠道蠕动，保护肠道健康的功能性饮料[16-17]。

虽然现如今乳酸菌饮料的保健功效已经被广泛接受，但是以食用菌和粗粮相结合的乳酸菌饮料还尚未普及，在国内发展缓慢，有关类似的研究还鲜有报道，远远不能满足人们对此类产品日益增长的需求。所以这样一款功能性强的饮料得到很好的研究并推广出去是很有意义的[18-20]。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

黑木耳、荞麦、草莓：市售；乳酸菌粉：北京川秀科技有限公司。

JD100-3电子分析天平：沈阳龙腾电子有限公司；MJ-BL25B2美的榨汁机、电磁炉：广东美的生活电器制造有限公司；LK-68LSNJ酸奶发酵箱：浩博有限公司；FJ300-SH型数显高速分散均质机：上海标本模型厂；DL-CJ-2NDI洁净工作台：北京东联哈尔仪器制造有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程

黑木耳提前泡发煮熟：挑选优质木耳用温水提前浸泡1.5 h，洗净后放于电磁炉上煮20 min煮熟后捞出备用。

荞麦提前泡软煮熟：将买来荞麦米用温水泡1.5 h，浸湿泡软后放于电磁炉上煮15 min，煮至软烂后备用。

称量：按试验设计取一定比例的荞麦和黑木耳。

打浆：将称量好的原料放入榨汁机，加入一定比例的水打浆。

过滤：先用粗滤网过滤一次，滤掉较大的颗粒，再用细滤网再滤一次，使饮料更细腻。

加草莓汁混合：将草莓和水按1∶1（g/mL）的比例榨汁，并称取一定质量的草莓汁。

发酵：加入一定质量的乳酸菌粉，混合均匀后进行发酵。

调配、均质、灭菌、罐装：在发酵后加入甜味剂（甜菊糖苷）和稳定剂，通过均质机控制压力为25 MPa～30 MPa，85℃巴氏灭菌15 min，之后罐装。

冷却、检验、成品：冷却之后检测饮料中的大肠杆菌，符合标准即得到成品。

1.2.2 单因素试验

以感官评分为评价指标，分别选择乳酸菌粉添加量、荞麦与黑木耳质量比、发酵时间、草莓汁添加量4个因素进行单因素试验。研究不同的乳酸菌粉添加量（0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%）、荞麦与黑木耳质量比（2、3、4、5、6）、发酵时间（20、24、28、32、36 h）、草莓汁添加量（5%、10%、15%、20%、25%）对黑木耳荞麦复合发酵饮料感官评分的影响。试验设计因素和水平见表1。

表1 单因素试验设计因素和水平Table 1 Factors and levels of the test designs

1.2.3 响应面优化试验设计

根据单因素试验，选择对黑木耳荞麦复合乳酸发酵饮料感官评分影响较大的乳酸菌粉添加量、荞麦与黑木耳质量比、发酵时间、草莓汁添加量4个因素作为自变量，以饮料的感官评分为响应值，利用Design-Expert 8.0.6软件进行Box-Behnken试验设计，试验的因素水平见表2。

表2 响应面试验因素与水平编码Table 2 Response surface test factors and horizontal coding

1.2.4 指标检测方法

1.2.4.1 饮料感官评分

整个感官评价随机选择35位人员对黑木耳荞麦复合乳酸发酵饮料进行打分评价，分别从色泽、口感、组织状态、香气这4个方面进行感官评价，满分为100分，分数越高说明该饮料的质量品质越高，该产品感官评分标准见表3。

表3 产品感官评分标准Table 3 Sensory rating criteria of the products

2 结果与分析

2.1 黑木耳荞麦复合乳酸发酵饮料单因素试验结果与分析

乳酸菌粉添加量对发酵饮料感官评分的影响见图1。

图1 乳酸菌粉添加量对发酵饮料感官评分的影响Fig.1 Effects of lactic acid bacteria inoculum on sensory scores of fermented beverages

由图1可以看出随着乳酸菌粉添加量的增加该饮料的感官评分呈先增加后降低的趋势，当添加量为0.2%时该饮料的感官评分最高为91分，当添加量超过0.2%时该饮料感官评分有所下降，这可能是由于乳酸菌粉添加量过多，导致发酵过度，产酸过多。

2.1.2 荞麦与黑木耳质量比对发酵饮料感官评分的影响

荞麦与黑木耳质量比对发酵饮料感官评分的影响见图2。

图2 荞麦与黑木耳质量比对发酵饮料感官评分的影响Fig.2 Effect of quality ratio of buckwheat to black fungus on sensory score of fermented beverage

由图2可以看出，随着荞麦与黑木耳质量比的不断增加，发酵饮料的感官评分呈先增加后降低的趋势，当原料比例5时该饮料感官评分最高为92分，分析可能此时的原料比例适当，适合发酵且口感较好。

2.1.3 发酵时间对发酵饮料感官评分的影响

发酵时间对发酵饮料感官评分的影响见图3。

图3 发酵时间对发酵饮料感官评分的影响Fig.3 Effects of fermentation time on sensory scores of fermented beverages

由图3可以看出随着发酵时间的增加发酵饮料的感官评分呈先增加后降低的趋势，当发酵时间为32 h时该发酵饮料感官评分最高，为90分，这可能是因为当发酵时间为32 h时，最适合该饮料乳酸菌发酵的时间并达到最佳口感，但当超过32 h时感官评分下降，这可能是由于发酵过度造成产酸过多从而影响饮料口感。

所有患者都给予人工假体置换治疗，患者手术均采用全麻，采用膝关节前正中切口，分离肿块包膜。一端离断膝关节，注意保护软组织，另一离断端距离肿瘤边界5 cm以上，假体置换后原位髌韧带重建。假体表面有足够的软组织覆盖和伸膝装置的完整性，确定截骨端及周围软组织无肿瘤残留，保证关节周围动力的完整和稳定。选择自体骨灭活后结合人工关节重建肿瘤切除后的骨缺损，假体根据截骨长度定制，术毕予放置引流管。

2.1.4 草莓汁添加量对发酵饮料感官评分的影响

草莓汁添加量对发酵饮料感官评分的影响见图4。

由图4可以看出随着草莓汁添加量的增加发酵饮料的感官评分呈先增加后降低的趋势，当草莓汁添加量为20%时发酵饮料感官评分最高为94分，这可能是由于到达发酵终点，糖酸比达到最佳状态，此时口感最佳。

图4 草莓汁添加量对发酵饮料感官评分的影响Fig.4 Effects of the strawberry juice on sensory score of fermented beverage

2.2 响应面结果与分析

2.2.1 回归模型的建立及方差分析

在单因素试验的基础上根据Design-Expert软件中的Box-Benhnke设计原理对黑木耳荞麦复合乳酸发酵饮料发酵条件的优化进行四因素三水平的响应面分析和数据处理，以乳酸菌粉添加量（A）、荞麦比黑木耳（B）、发酵时间（C）、草莓汁添加量（D）为自变量以感官评分（Y）为响应值，确定感官评分较高的工艺条件。响应面分析方案及结果见表4。

表4 响应面分析方案及试验结果Table 4 Response surface analysis scheme and test results

利用Design-Expert8.0.6软件对表4试验数据进行多元回归拟合，获得以感官评分为响应值的回归方程：Y=90.00+1.17A+0.05B-1.00C-0.67D+5.00AB+5.00AC+5.00AD+0.75BC-0.75BD-4.75CD-0.042A2-7.04B2-5.04C2-1.29D2。回归方程的方差分析结果见表5。

表5 回归分析结果Table 5 Results of regression analysis

表5显示：回归模型极显著（P＜0.01），失拟项不显著（P＞0.05）说明所构建的模型与试验的差异较小，其它因素对模型的干扰程度低，R2=0.973 0、R2adj=0.946 0说明该回归模型拟合度良好，可以用于黑木耳荞麦复合发酵饮料感官评分的理论预测。从回归方程系数显著性检验可知，各因素对发酵饮料感官评分的影响程度依次为：乳酸菌粉添加量>发酵时间>草莓汁添加量>荞麦与黑木耳质量比；交互项AB、AC、AD、CD极显著（P＜0.001）；二次项 B2、C2均对该发酵饮料有极显著的影响（P＜0.000 1）。比较F值大小可知影响黑木耳荞麦复合发酵饮料感官评分的主次因素顺序是乳酸菌粉添加量（A）＞发酵时间（C）＞草莓汁添加量（D）＞荞麦与黑木耳质量比（B）。

2.2.2 响应面分析及最佳发酵工艺的研究

黑木耳荞麦复合乳酸发酵饮料发酵条件的优化的响应面如图5所示。

图5 荞麦与黑木耳质量比和乳酸菌粉添加量交互影响感官评分响应面图Fig.5 Response surface diagram of sensory score affected by the interaction between quality ratio of buckwheat to black fungus and lactobacillus inoculum

根据响应面图结果评价该发酵饮料试验因素对响应值的两两交互作用。图5中曲线坡度陡峭，表明该因素的交互作用对黑木耳荞麦复合乳酸发酵饮料感官评分的影响较大，而圆形则与之相反。

荞麦比黑木耳和发酵时间交互影响感官评分的响应面图见图6。

图6 荞麦比黑木耳和发酵时间交互影响感官评分的响应面图Fig.6 Response surface diagram and contour diagram of the interaction between quality ratio of buckwheat to black fungus and fermentation time on sensory score

由图6可知形成的曲线坡度较大，说明荞麦比黑木耳和发酵时间之间有交互作用，且交互作用达到极显著效果。荞麦比黑木耳和草莓汁添加量交互影响感官评分的响应面图和等高线图见图7。

图7 荞麦比黑木耳和草莓汁添加量交互影响感官评分的响应面图Fig.7 Response surface diagram of the interaction between quality ratio of buckwheat to black fungus and strawberry addition amount on sensory score

由图7可知，形成的曲面坡度较大，说明荞麦比黑木耳和草莓添加量之间有交互作用，且两者交互作用显著。发酵时间和草莓汁添加量交互影响感官评分的响应面图见图8。

图8 发酵时间和草莓汁添加量交互影响感官评分的响应面图Fig.8 Response surface diagram of the interaction between fermentation time and strawberry addition amount on sensory score

由图8可知该组合形成的曲面坡度较大，说明发酵时间和草莓汁添加量交互作用显著。

综合表4、表5与图5～图8，根据回归方程得到最佳发酵工艺为乳酸菌粉添加量0.3%、荞麦比黑木耳5.33、发酵时间31.80 h、草莓汁添加量25%。将工艺参数修正为乳酸菌粉添加量0.3%、荞麦比黑木耳质量比为5、发酵时间32 h、草莓汁添加量25%，感官评分为94.98分，与理论预测值基本吻合，说明采用响应面法优化发酵饮料工艺条件具有良好的真实可靠性。

2.2.3 最优工艺的验证及相关指标的检测

根据响应面试验得到的最佳工艺进行试验验证，此时该发酵饮料的感官评分为95分，且香气扑鼻，具有独特的荞麦米香和草莓的香气，其色泽均匀呈淡粉色，富有光泽。

检测该发酵饮料中的大肠菌群≤3 MPN/100 mL，菌落总数≤100 cfu/mL，可溶性固形物≥6.0%，pH值为4.0，符合GB7101—2015《食品安全国家标准饮料》的标准。

3 结论

本研究探明了乳酸菌粉添加量、黑木耳与荞麦质量比、发酵时间、草莓汁添加量这4个因素对该复合发酵饮料感官评分的影响。研究结果表明，当乳酸菌粉添加量0.3%、荞麦与黑木耳质量比为5、发酵时间为36 h，草莓汁添加量25%时，该发酵饮料感官评分最佳，这样发酵好的饮料均匀细腻无沉淀和分层现象。

黑木耳荞麦复合发酵饮料的研究不仅可以丰富发酵饮料的市场，还可以为消费者带来极大的营养价值与需求[21]。其风味是荞麦和黑木耳发酵的特殊香气夹带着草莓的清香，入口柔顺，清爽解腻。