固定化乳酸菌发酵桑葚饮料工艺

2021-04-01杜延兵慕鸿雁何忠宝张自立

食品工业 2021年3期

杜延兵，慕鸿雁，何忠宝，张自立

1. 山东商务职业学院（烟台 264670）；2. 山东省粮油食品工程技术研发中心（烟台 264670）；3. 青岛农业大学食品科学与工程学院（青岛 266109）

桑葚是多年生桑科桑树的成熟果实，又名桑果、桑枣、桑实、葚子、乌葚等，可直接食用[1]。桑葚极具营养价值，现代研究证实，成熟的桑葚果实中含有丰富的活性蛋白、维生素、氨基酸、胡萝卜素、矿物质等成分[2]，营养价值是苹果的5～6倍，是葡萄的4倍，具有调节免疫、抗氧化[3]、降糖、降血脂[4]、抗癌、抗突变、抗衰老[5]、抗疲劳[6]等作用。

桑葚牛奶复合饮料既有牛奶的香气，又有桑葚所特有的清香，口感风味独特[7]，营养保健价值更高[8]。虽然有利用固定化乳酸菌发酵果蔬汁饮料的研究报道[9-14]，但桑葚牛奶复合饮料的开发研究几乎没有，故试验以桑葚汁和牛奶为主要原料，采用海藻酸钠作为包埋剂，对固定化乳酸菌发酵生产桑葚牛奶复合饮料的工艺进行研究，为实际生产应用提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

新鲜成熟桑葚、新鲜牛奶、精制白砂糖；乳酸菌混合菌粉（含保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌，比例1∶1，实验室保藏）；氯化钙、氢氧化钠、海藻酸钠、抗坏血酸、CMC-Na（均为分析纯）。

MRS液体培养基：蛋白胨10.00 g，牛肉膏10.00 g，酵母浸粉5.00 g，葡萄糖20.00 g，吐温80 1.00 mL，磷酸氢二钾2.00 g，乙酸钠5.00 g，柠檬酸氢二胺2.00 g，硫酸镁0.50 g，硫酸锰0.25 g，加蒸馏水至1 000 mL，调酸度至pH 6.2～6.4，高压灭菌（0.1 MPa，121℃）15 min备用。

1.2 试验设备

YXQ-SG46-280S高压灭菌锅（上海博讯实业有限公司）；SPX-250B恒温恒湿培养箱（常州市华普达教学仪器有限公司）；TGL-16C高速台式冷冻离心机（上海安亭科学仪器厂）；754型紫外-可见分光光度计（上海光谱仪器有限公司）；101A-1型电热恒温水浴锅（龙口市先科仪器公司）；HR-1843榨汁机（飞利浦（中国）电子公司）；WLS-201型精密温度计（青岛隆盛希望电子有限公司）；FA2004电子天平（奥豪斯国际贸易有限公司）；PHS-25型pH计（上海天达仪器有限公司）。

1.3 工艺流程

桑葚→预处理→榨汁→过滤→调pH→灭菌→加入灭菌牛奶→接种→发酵→过滤→发酵液→调配→二次杀菌→成品 ↑ ↑ ↑菌种→活化→固定化固定化胶珠白砂糖、稳定剂

1.4 操作要点

1.4.1 桑葚汁制备

将挑选出的合格桑葚放入3～4倍的无菌水中清洗，重复3次，置于通风处沥干，用榨汁机进行榨汁，同时添加60 mg/L的SO2进行护色[15]，用孔径0.150 mm的过滤网进行过滤，收集的滤液即为桑葚汁。

1.4.2 调pH

用饱和碳酸钠溶液调节桑葚汁的pH至中性[13,15]。

1.4.3 杀菌

在75 ℃杀菌15～20 min。

1.4.4 活化

将乳酸菌混合菌粉接种于MRS液体培养基内，在37 ℃恒温培养至对数期[13,16]，取适量菌液，加入等体积的0.9%氯化钠溶液制成菌悬液。

1.4.5 固定化

取10 mL菌悬液，加入到一定浓度的海藻酸钠溶液中混和均匀，用无菌注射器吸取混合液缓缓滴入2%氯化钙溶液中造粒，固定化1.5～2 h过滤得直径2.5～3.0mm胶珠，用无菌水洗涤3次，备用[17]。

1.4.6 接种、发酵

以一定接种量接入固定化胶珠，恒温发酵36 h[14]。

1.4.7 调配

发酵液中加入6 g白砂糖和0.2 g CMC-Na[18]，以改善产品的感官品质。

1.5 指标测定

1.5.1 pH的测定

采用PHS-25型pH计测定pH。

1.5.2 乳酸含量的测定

采用酸碱中和滴定法[19]测定乳酸含量。

1.5.3 还原糖含量的测定

采用3, 5-二硝基水杨酸（DNS）比色法[20]测定还原糖含量。

2 结果与分析

2.1 桑葚汁与新鲜牛奶体积比对发酵的影响

分别以桑葚汁与新鲜牛奶体积比2∶1，4∶1，6∶1，8∶1和10∶1比例配成发酵原液100 mL，按照1.3和1.4操作，取样测乳酸含量。试验条件：海藻酸钠溶液质量分数2.0%、接种量8%、发酵温度36 ℃。影响见表1所示。

表1 发酵原液配比对发酵的影响

乳酸含量随着发酵原液中桑葚汁所占比例增大而降低，若发酵原液中桑葚汁所占比例过大，则乳酸菌生长受其营养物质所限，发酵效果较差，酸味小甚至无酸味；若桑葚汁所占比例过小，会导致桑葚的特有风味被牛奶覆盖，并且产酸量增加使牛奶变性凝结，不利于发酵的正常进行。结合感官评定结果，确定最佳桑葚汁与新鲜牛奶体积比为6∶1。

2.2 海藻酸钠溶液浓度对发酵的影响

分别以质量分数1.0%，1.5%，2.0%，2.5%和3.0%的海藻酸钠溶液对乳酸菌进行固定化，按照1.3和1.4操作，取样测乳酸含量。试验条件：桑葚汁与新鲜牛奶体积比6∶1，接种量8%，发酵温度36 ℃。影响见表2所示。

表2 海藻酸钠溶液浓度对发酵的影响

随着海藻酸钠溶液质量分数增加，乳酸含量逐渐降低，胶珠强度不断升高。在质量分数分别为1.5%，2.0%和2.5%时，乳酸含量的差别并不明显，结合感官评定结果，确定海藻酸钠溶液质量分数为2.0%。

2.3 接种量对发酵的影响

分别以接种量4%，6%，8%，10%和12%进行接种，按照1.3和1.4操作，取样测乳酸含量。试验条件：桑葚汁与新鲜牛奶体积比6∶1，海藻酸钠溶液质量分数2.0%，发酵温度36 ℃。影响见图1所示。

图1 接种量对乳酸含量的影响

随着接种量增加，乳酸含量呈先上升后下降趋势。接种量8%时，乳酸含量达到最高，这是因为接种量过高会对乳酸菌的生长产生抑制作用。由此可见，最适接种量为8%。

2.4 发酵温度对发酵的影响

分别在30，32，34，36和38 ℃温度下按照1.3和1.4操作，取样测乳酸含量。试验条件：桑葚汁与新鲜牛奶体积比6∶1，海藻酸钠溶液质量分数2.0%，接种量8%。影响见图2所示。

随着发酵温度升高，乳酸含量呈先上升后下降趋势，发酵温度36 ℃时，乳酸含量最高。这是因为温度低于36 ℃时，乳酸菌生长总量较小，随着温度升高，乳酸菌生长逐渐变得旺盛，温度升至36 ℃时，菌体最多、活力最大；温度高于36 ℃时，随着温度的升高，乳酸菌菌体逐渐老化，活力降低，不利于产酸。因此，最适发酵温度为36 ℃。

图2 发酵温度对乳酸含量的影响

2.5 正交试验

为全面考察各因素对发酵的影响，在单因素试验的基础上选择桑葚汁与新鲜牛奶体积比、海藻酸钠溶液质量分数、接种量、发酵温度进行L9(34)正交试验，因素水平表见表3，正交试验结果见表4。

由表4可知，影响发酵效果的各因素主次关系为A＞C＞D＞B，最佳发酵工艺条件组合为A1B2C2D1，即桑葚汁与新鲜牛奶体积比5∶1、海藻酸钠溶液质量分数2.0%、接种量8%、发酵温度35 ℃。此组合不在试验设计中，因此需要做验证试验，按照最佳条件A1B2C2D1，平行试验3次，得平均乳酸含量为0.606%，平均还原糖含量为6.112 g/100 mL。